甘肅隴東地區(qū)紫花苜蓿草地土-草礦質(zhì)養(yǎng)分 含量及其相關(guān)性

李滿紅，師尚禮，張英俊，魚小軍

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè) 可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100083)

土壤養(yǎng)分是土地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，是植物生長(zhǎng)的必要條件，也是衡量土壤質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)[1]，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，人類的健康以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[2]。紫花苜蓿(Medicagosativa)是一種多年生豆科植物，粗蛋白質(zhì)含量高[3]。氮是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的組分，對(duì)植物生命活動(dòng)，產(chǎn)量形成和品質(zhì)優(yōu)劣均有非常重要的作用[4-5]，土壤磷素含量高低一定程度反映了土壤中磷素的貯量和供應(yīng)能力。迄今為止，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)土壤重金屬和作物中礦質(zhì)元素的研究越來越多[6-10]。我國(guó)學(xué)者對(duì)草地土壤微量元素特征也進(jìn)行了一些研究，其中潘峰等[11]對(duì)隴東塬區(qū)土壤和農(nóng)作物微量元素富集能力的分析認(rèn)為，根部對(duì)其富集能力高于地上部分。近年來，我國(guó)學(xué)者對(duì)紫花苜蓿和土壤養(yǎng)分相關(guān)性也進(jìn)行了一些研究，賈蕓等[12]研究表明，紫花苜蓿的葉片N、P含量與土壤N、P含量均無顯著相關(guān)性，而紫花苜蓿葉片的N∶P值與土壤P含量呈顯著性相關(guān)。韓冬梅[13]在其研究中發(fā)現(xiàn)，植物全磷含量與土壤全磷含量呈正相關(guān)，植物鉀與土壤全鉀為負(fù)相關(guān)。也有研究報(bào)道土壤全磷和速效磷都與產(chǎn)量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，但是針對(duì)土壤全量與苜蓿全量養(yǎng)分相關(guān)性的研究較少，結(jié)論也不盡相同[14]。

目前，針對(duì)農(nóng)作物和土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量和相關(guān)性的研究主要集中在N、P、K速效養(yǎng)分及其肥料效應(yīng)方面，對(duì)其全量含量和相關(guān)性的研究較少。微量元素Fe、Mn、Cu、Zn的研究多集中在對(duì)土壤性質(zhì)的變異特性及其重金屬污染等方面，偏重于其全量的分析，對(duì)紫花苜蓿和土壤有效量的含量特征和相關(guān)性的研究還較少。通過測(cè)定土壤和苜蓿中N、P、K和微量元素Fe、Mn、Cu、Zn含量的高低，并分析其在土壤和苜蓿中含量的特征及相關(guān)性，以期為評(píng)價(jià)隴東地區(qū)苜蓿草地土-草養(yǎng)分的虧缺、土壤元素供給特征、苜蓿品質(zhì)及健康水平提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省隴東地區(qū)的慶陽(yáng)市和平?jīng)鍪?，屬于甘肅黃土高原溝壑區(qū)，區(qū)內(nèi)塬(梁)川(溝)相間，塬川高差400 m，塬區(qū)土壤以黃棉土為主，平均海拔1 200～1 800 m，由于受涇河及其支流的侵蝕，地貌呈塬、梁、峁、坪、溝、谷相間分布,地形比較破碎。選擇苜蓿種植面積較大的平?jīng)鍪袥艽h，海拔930～1 462 mm，年平均氣溫10℃，年降水量555 mm，年日照時(shí)數(shù)2 274 h；莊浪縣，海拔1 400～2 857.5 m，年平均氣溫8.1℃，無霜期 159 d，年降水量510 mm，年日照時(shí)數(shù)2 179 h；環(huán)縣，海拔1 200～1 700 m，年平均氣溫9.0℃，年降水量430 mm，年日照時(shí)數(shù)2 600 h；合水縣，海拔979～1 682 m，年平均氣溫7.5℃，年降水量562.8 mm，年日照時(shí)數(shù)2 400 h進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 樣品采集

對(duì)研究區(qū)為高原溝壑地形特征和土壤為黃綿土為主的調(diào)查基礎(chǔ)上，兼顧苜蓿的刈割次數(shù)和苜蓿生長(zhǎng)的年限等特征，分別在環(huán)縣的洪德鄉(xiāng)、樊家川、天池鄉(xiāng)，合水的固城、段家集、何家畔，涇川的豐臺(tái)、高平、汭豐，莊浪的盤安、臥龍、南湖進(jìn)行采樣，測(cè)定苜蓿和土壤大量和微量元素的含量。采樣時(shí)間為2013年10月初(表1)。

表1 試驗(yàn)地取樣點(diǎn)的位置

1.3 土壤樣品

采集0～20 cm土壤，每個(gè)采樣點(diǎn)選擇當(dāng)?shù)鼐哂写硇缘能俎７N植區(qū)地塊，每個(gè)地塊采用5點(diǎn)取樣法取樣后組成1個(gè)混合樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)采集3個(gè)混合土壤，充分混合，用四分法分取1 kg的土壤樣本，用土鉆采集土壤樣品，測(cè)定其大量元素和微量元素的含量。由于草地的建植年份和草地管理方式不同，減少誤差，采樣點(diǎn)遠(yuǎn)離路邊、溝邊及肥堆邊，土壤樣品去除石塊等雜質(zhì)后在實(shí)驗(yàn)室自然陰干、碾碎，過 2 mm尼龍篩，密封備用。試驗(yàn)共采集土壤樣品36個(gè)。

1.4 苜蓿樣品

于2013年10月初在紫花苜蓿的初花期，刈割紫花苜蓿植株作為樣品，留茬高度為5 cm，試驗(yàn)共采集苜蓿樣品36株。樣品消除表面黏附物后，放入烘箱中進(jìn)行105℃殺青，65℃烘干至恒重。

1.5 試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理

1.5.1 分析測(cè)試方法 土壤中全氮含量采用濃H2SO4-加速劑消煮流式分析儀測(cè)定，土壤全磷含量采用HClO4- H2SO4消煮-鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤全鉀含量采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測(cè)定，土壤微量有效元素測(cè)定采用DTPA-TEA浸提，原子吸收火焰法測(cè)定有效性 Cu、Zn、Fe、Mn含量[15-16]。各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定重復(fù)3次。

1.5.2 數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用 SPSS 17.0對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)、檢驗(yàn)各樣點(diǎn)之間指標(biāo)的顯著性以及相關(guān)性分析。圖表采用WPS軟件數(shù)據(jù)處理和圖形繪制。文中數(shù)值均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。各縣苜蓿草地相同礦質(zhì)元素均需進(jìn)行土-草之間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤礦質(zhì)養(yǎng)分

隴東地區(qū)土壤全氮平均含量為1.21 g/kg，莊浪>環(huán)縣，差異顯著(P<0.05)，但二者與其他兩縣之間差異均不顯著。全磷平均含量為0.43 g/kg，各樣點(diǎn)間差異不顯著(P>0.05)；全鉀的平均含量為19.32 g/kg，各樣點(diǎn)之間的差異不顯著(P>0.05)；且土壤中氮、磷、鉀含量，鉀素最高(表2)。

土壤有效鐵平均含量為10.00 mg/kg，莊浪的最大，為18.35 mg/kg，與合水、環(huán)縣、涇川均差異顯著(P<0.05)，但合水、環(huán)縣、涇川之間差異不顯著。有效態(tài)錳的平均含量為28.21 mg/kg，莊浪、涇川>環(huán)縣、合水，差異顯著(P<0.05)，但莊浪和涇川，合水和環(huán)縣之間差異不顯著。有效銅含量為1.91 mg/kg，涇川>環(huán)縣，差異顯著(P<0.05)，但環(huán)縣、莊浪、合水之間差異不顯著。有效鋅的平均值為3.27 mg/kg，合水>莊浪、涇川、環(huán)縣，差異顯著(P<0.05)，但莊浪、涇川、環(huán)縣之間差異不顯著(P>0.05)。

表2 試驗(yàn)地各樣點(diǎn)土壤礦質(zhì)養(yǎng)分含量

注：同行不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 紫花苜蓿礦質(zhì)養(yǎng)分

紫花苜蓿全氮的平均含量為27.51 g/kg，環(huán)縣的含量最高，為28.72 g/kg，大于合水，差異顯著(P<0.05)，但二者與其他兩縣差異均不顯著。全磷含量平均為0.51 g/kg，環(huán)縣>合水，差異顯著，但二者與其他兩縣差異均不顯著。全鉀平均含量為34.45 g/kg，樣點(diǎn)之間的差異均不顯著，且各樣點(diǎn)苜蓿植株中氮、磷、鉀含量，鉀最高(表3)。

試驗(yàn)地苜蓿有效鐵含量為2.88 mg/kg，涇川的含量最高，為5.23 mg/kg，合水含量最低，為1.53 mg/kg，兩者差異顯著(P<0.05)，但二者與其他兩者差異不顯著。有效錳的含量為0.63 mg/kg，各樣點(diǎn)間差異不顯著；有效銅平均含量為0.47 mg/kg，各樣點(diǎn)之間差異不明顯。有效鋅平均含量為0.58 mg/kg，涇川>合水，差異顯著(P<0.05)，但二者與其他兩者差異不顯著。且苜蓿中鐵、錳、銅、鋅平均含量整體表現(xiàn)為有效鐵>有效錳、有效鋅、有效銅(表3)。

表3 試驗(yàn)地各樣點(diǎn)紫花苜蓿礦質(zhì)養(yǎng)分含量

2.3 土壤和紫花苜蓿大量元素含量的相關(guān)性

在隴東地區(qū)土壤大量元素的含量和苜蓿大量元素的含量的相關(guān)性關(guān)系分析表明，合水縣土壤全氮與苜蓿全氮的含量表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)(P=0.026)；環(huán)縣土壤全磷和苜蓿全磷的含量表現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)(P=0.003)。

土壤微量元素和苜蓿微量元素含量的相關(guān)性分析表明，環(huán)縣和涇川縣土壤有效鐵的含量和苜蓿有效鐵的含量都表現(xiàn)出顯著正相關(guān)(P<0.05)，涇川縣土壤中有效鋅的含量與苜蓿中有效鋅的含量表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)(P=0.002)，其他樣點(diǎn)并未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性(表4)。

表4 隴東地區(qū)土壤和苜蓿礦質(zhì)養(yǎng)分含量的相關(guān)系數(shù)(N=72)

注：*表示差異顯著(P<0.05)；**表示差異極顯著(P<0.01)

3 討論

3.1 土壤中營(yíng)養(yǎng)元素含量特征

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要組成，是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)條件。在水、熱、氣等條件協(xié)同適宜的前提下,土壤養(yǎng)分含量和供應(yīng)狀況直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量高低。土壤養(yǎng)分狀況也是合理施肥的直接依據(jù)。

隴東地區(qū)土壤全氮平均含量為1.21 g/kg，較1983年[17]普查的0.80 g/kg和1998年甘肅省[18]土壤調(diào)查的0.92 g/kg分別升高0.41、0.29 g/kg，升幅分別為51.3%、31.5%，升幅明顯。土壤全磷的平均含量為0.43 g/kg，比1983年0.7 g/kg和1998年0.74 g/kg分別降低0.27、0.31g/kg，降幅分別為38.6%、41.9%。降幅明顯。土壤全鉀平均含量19.32 g/kg，比1983年時(shí)的19.55 g/kg和1998年時(shí)的21.77 g/kg分別降低0.23、2.45 g/kg，降幅分別為1.2%、11.2%，降幅仍有增加。隴東地區(qū)氮適中、少磷、少鉀,氮、磷肥施用不平衡的問題，土壤缺鉀降幅仍然有所顯現(xiàn)。

土壤有效鐵平均含量為10.0 mg/kg，屬于白由路等[19]報(bào)道得出的2等范圍，表現(xiàn)為缺乏，土壤有效錳的平均含量為28.2 mg/kg，屬于 5等范圍，表現(xiàn)為極度充足，有效銅的平均含量為1.9 mg/kg屬于2等偏3等的范圍，表現(xiàn)為基本適中。土壤有效鋅的平均含量為3.27 mg/kg，屬于3等，表現(xiàn)為適中，由此可見，隴東地區(qū)土壤有效錳極度充足，有效銅、有效鋅適中，有效鐵缺乏。

3.2 苜蓿中營(yíng)養(yǎng)元素含量特征

參照美國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)、作物學(xué)會(huì)和土壤學(xué)會(huì)2004年出版的《Alfalfa management Guide》中的組織分析診斷表[20],對(duì)隴東地區(qū)紫花苜蓿營(yíng)養(yǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。

診斷表中氮素適中下限為25 g/kg,釆樣點(diǎn)氮素平均含量為27.51 g/kg。磷素適中下限為2.5g/kg,采樣點(diǎn)磷元素最高含量為0.60 g/kg。鉀診斷表中適中水平為2.25%～3.40%,鉀元素平均為34.5 g/kg,高于高下限(34 g/kg) 0.5 g/kg，可見，隴東地區(qū)苜蓿的氮素含量高于診斷表低的上限，表現(xiàn)為適中，磷素明顯低于診斷表低的上限值，表現(xiàn)為缺乏，鉀素高于診斷表中高的下限值，表現(xiàn)為充足。

與診斷表相比，鐵的最高含量為8.86 mg/kg,低于下限(30 mg/kg)，錳的最高水平為0.71 mg/kg,明顯低于錳素下限(20 mg/kg，)，表現(xiàn)為缺乏。銅素最高含量為0.47 mg/kg,低于下限(3 mg/kg)，鋅的最高含量0.66 mg/kg，低于下限(20 mg/kg)，可知，苜蓿中鐵、錳、銅、鋅的最高含量均低于診斷表中的下限值，該區(qū)苜蓿中鐵、錳、銅、鋅含量都表現(xiàn)為缺乏。

苜蓿植株中大量元素全鉀含量最高、全氮次之，全磷最低。張英俊等[21]研究表明，苜蓿對(duì)K素的需求量高于其他任何一種元素且苜蓿的高產(chǎn)是建立在高K的基礎(chǔ)上，這與結(jié)果相符。在任何一個(gè)采樣點(diǎn)，苜蓿中微量元素含量由高到低的順序?yàn)殍F、錳、鋅、銅，這與方勇等[22]報(bào)道結(jié)果相符，且有效鐵含量明顯高于其他微量元素，說明苜蓿對(duì)鐵的需求量高于錳、銅、鋅、銅。謝開云等[14]通過對(duì)甘肅紫花苜蓿的調(diào)查研究表明，甘肅省苜蓿植株中鐵、錳、銅鋅的含量整體表現(xiàn)為缺乏，這與此次研究結(jié)果一致。

3.3 土壤與苜蓿營(yíng)養(yǎng)元素含量的相關(guān)性

鄭子英[23]報(bào)道兩年以上的紫花苜蓿對(duì)氮肥不敏感。賈恒義等[24]通過紫花苜蓿對(duì)氮、磷、鉀肥的效應(yīng)研究認(rèn)為，氮肥對(duì)紫花苜蓿的生物性狀表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。陳玉福等[25]的研究報(bào)道，隨著氮肥用量的增加,苜蓿粗蛋白含量逐漸增加,但增加的幅度越來越低。Seight D H等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在不同類型土壤上施磷肥苜蓿的增產(chǎn)效果不同,苜蓿對(duì)磷的響應(yīng)很大程度上取決于土壤性質(zhì)。賈蕓等[12]研究報(bào)道，紫花苜蓿的葉片N，P含量與土壤N，P含量均無顯著相關(guān)性，而紫花苜蓿的葉片N∶P值與土壤P含量呈顯著性正相關(guān)。韓冬梅[13]研究表明植物全磷含量與土壤全磷含量呈正相關(guān)，植物鉀與土壤全鉀為負(fù)相關(guān)?？梢姡寥赖c苜蓿氮、土壤磷與苜蓿磷是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)還有待進(jìn)一步研究。該區(qū)土壤和紫花苜蓿的有效鐵的含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),土壤和紫花苜蓿有效鋅的含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

4 結(jié)論

(1)土壤N素含量高于我國(guó)平均水平，表現(xiàn)適中，P素低于我國(guó)平均水平，表現(xiàn)為缺乏，K素略低于我國(guó)平均水平；土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn與白由路[19]建立的我國(guó)苜蓿地土壤養(yǎng)分5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn含量表現(xiàn)為錳極富、鋅中等、鐵和銅缺乏。

(2)苜蓿大量元素N、P、K、Fe含量分別為27.51、0.51、34.45 g/kg，微量元素Mn、Cu、Zn含量分別為2.88、0.63、0.47和0.58 mg/kg，與《Alfalfa management Guide》[20]組織診斷表相比，N含量適中，P含量低，K含量最高，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn含量均低，且由高到低的順序?yàn)镕e>Mn>Zn>Cu。苜蓿對(duì)K素含量高于所測(cè)其他任何一種元素。

(3)土壤與苜蓿中的全磷含量呈高度相關(guān)(r=-0.738,P<0.01)，土壤與苜蓿全氮含量呈中度相關(guān)(r=-0.522，P<0.05)，土壤與苜蓿有效鐵含量呈中度相關(guān)(r=0.61,P<0.05)，土壤與苜蓿有效鋅含量呈相關(guān)(r=0.742,P<0.05)，其余元素均未呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。