水田和旱地土壤交换性镁的特征差异

张世昌 吴良泉 张卫清 许炜东 杨文浩 张卫强 普正仙 王芳

摘要 明確水田和旱地土壤交换性镁的供应能力及影响因素，为科学施用镁肥提供依据。通过对福建省漳州市诏安县400组不同利用方式的典型耕地土壤进行分析，研究水田、旱地2种土壤交换性镁供应能力的差异性及其机理。结果表明，全县土壤交换性镁平均含量仅为46.9 mg/kg，各乡镇间存在较大差异，其中土壤交换性镁平均含量最高的乡镇是桥东，平均含量达91.3 mg/kg，最低的乡镇是白洋，平均含量仅为17.9 mg/kg;水田土壤为51.9 mg/kg，旱地土壤为32.5 mg/kg，水田土壤交换性镁的供应能力高于旱地;稻—稻—菜水旱轮作方式的土壤交换性镁含量平均为70.58 mg/kg，稻—稻轮作方式为47.85 mg/kg，大豆—甘薯旱地轮作方式为28.91 mg/kg，不同耕作方式对土壤交换性镁供应能力有较大影响。进一步分析土壤交换性镁与理化性状关系得出，土壤交换性镁与有机质、阳离子交换量、黏粒、粉粒等呈极显著正相关（ P <0.01），与砂粒含量呈极显著负相关。综合得出，诏安县土壤交换性镁含量处于较低水平，各乡镇间分布不平衡，且供应能力较弱，可能会影响作物正常生长，因此，合理增施镁肥，特别是旱地土壤，可以有效降低缺镁造成的影响，对农业可持续发展具有重要意义。

关键词 水田;旱地;交换性镁;耕作方式

中图分类号 S153  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）11-0145-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.11.038

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Differences in Soil Exchangeable Mg Characteristics between Paddy Soil and Upland Soil

ZHANG Shi-chang1， WU Liang-quan2，3，ZHANG Wei-qing1 et al

（1.General Station of Farming Soil and Fertilizer， Fujian Province，Fuzhou，Fujian 350003;2.College of Resources and Environmental Sciences， Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002;3.International Magnesium Institute，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002）

Abstract The supply capacity and influencing factors of exchangeable magnesium in paddy and upland soil were definited， which provided basis for scientific application of magnesium fertilizer. Based on the analysis of 400 groups of typical cultivated soil samples in Zhaoan County， Zhangzhou City， Fujian Province and their different utilization patterns，the differences of physical and chemical properties of paddy and upland soils and the effects of different utilization modes on the supply capacity of exchangeable magnesium were studied. The results showed that the average content of exchangeable magnesium in the whole county was 46.9 mg/kg， there were great differences among towns， the highest average content was 91.3 mg/kg in Qiaodong， the lowest was 17.9 mg/kg in Baiyang; 51.9 mg/kg in paddy soil and 32.5 mg/kg in upland soil. The average of exchangeable magnesium content in rice-rice-vegetable rotation was 70.58， 47.85 mg/kg in rice-rice paddy field and 28.91 mg/kg in soybean-sweet potato upland soil. The supply capacity of exchangeable magnesium on different planting modes had significant influence. Further analysis of the relationship between exchangeable magnesium and physical and chemical properties of soil showed that the content of exchangeable magnesium in soil was positively correlated with， organic matter， cation exchange capacity， clay， silt， sand （ P  < 0.01）， and negatively correlated with the content of sand. Put it all together， the exchangeable magnesium content of soil in Zhaoan County was low， and its supply capacity was weak，which might affect the normal growth of crops. Therefore， reasonable application of magnesium fertilizer， especially dry land soil， could effectively reduce the impact of magnesium deficiency， which was of great significance to the sustainable development of agriculture.

Key words Paddy soil;Upland soil;Exchangeable magnesium;Planting mode

镁是植物叶绿素中心原子，核糖体亚单位桥接载体以及许多酶（如RNA聚合酶、ATP酶、蛋白激酶、磷酸酶、谷胱甘肽合酶和碳酸酵素等）蛋白的必需組分。土壤交换性镁含量主要受成土母质、气候条件、地理环境、人为活动等的影响，这些因素均会影响土壤交换性镁的总体供应能力[1-2]。加之传统栽培措施对中微量元素，尤其是镁肥投入不足，进一步加剧了土壤交换性镁缺乏，已成为集约化农业生产中的一个重要限制因子。尤其是华南酸性土壤区，降雨量大，还存在土壤镁淋失的风险，而土壤缺镁严重影响了该地区作物产量和品质的提升[3]。在此生产背景下，提高土壤交换性镁含量及土壤镁的有效性、改善作物镁营养状况已成为目前农业生产中亟待解决的问题。

国内外已对土壤类型、成土母质、海拔、河流走向与土壤交换性镁含量的关系进行了研究。李巧玲等[4]研究表明，土壤交换性镁含量与有机质、全氮含量呈极显著正相关，与速效钾含量呈显著正相关。黄鸿翔等[1]在南方7种不同土壤类型采集126个样品，结果表明土壤交换性镁含量表现为水稻土最高，供应能力最好，而红土质红壤最低。土壤交换性镁含量还受成土母质和海拔的影响，土壤交换性镁含量以第四纪红土和岩类风化残积-坡积物发育形成的土壤最高，沟谷堆积物土壤交换性镁含量较低;土壤交换性镁含量随海拔的升高而呈下降趋势[5]。河流南岸地带土壤交换性镁含量高于北岸地带土壤交换性镁含量，其原因有河流的走向是从东北流向西南，在地势上由东北向西南降低，流域南岸镁含量分布受河流影响较大，另一方面，流河南岸地带属河流灌区，由于土壤的淋溶作用使河水中含有一定数量的镁，河水通过灌溉而进入到土壤，使得土壤中交换性镁含量提高[6]。由此可见，土壤交换性镁含量受到自然因素的影响很大，且关于自然因素对土壤交换性镁含量的影响研究已较为深入，而人为因素（耕作方式）对土壤交换性镁含量的影响研究还十分缺乏。因此，笔者通过分析水田、旱地2种土壤类型的交换性镁含量差异及影响因素，探讨不同耕作方式下的交换性镁含量的差异及造成差异可能的因素，为进一步优化镁肥施用技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

诏安县位于福建省南部沿海，闽粤交界处，毗邻广东省饶平县，地理坐标为116°55′～117°22′E、23°35′～24°11′N。主要河流有东溪和西溪。诏安县陆域面积1 293.6 km2，县城区规划面积100 km2，海岸线长88 km，海域面积273 km2，耕地面积21 933 hm2，园地面积23 333 hm2。诏安县年均气温21.3 ℃，无霜期长349 d以上，年均降雨量1 442.3 mm，集中在4—9月，尤以6—8月最多。7—9月为台风季节，台风暴雨为境内主要灾害。

1.2 土壤调查样点

在福建省漳州市诏安县采集典型耕作土壤样品，该数据库总共包括400组数据，包含土壤交换性镁、交换性钾、交换性钙、pH、有机质、阳离子交换量、黏粒、粉粒和砂粒含量等信息。该土壤数据被分成2种类型，水田土壤（ n =258）和旱地土壤（ n =142），旱地土壤的主要耕作方式为大豆—红薯轮作体系，水田土壤主要的耕作方式为早稻—晚稻或早稻—晚稻—蔬菜轮作体系。土壤主要为花岗岩和流纹岩风化而来。

1.3 测定项目与方法

土壤交换性K、Ca、Mg用 1 mol/L醋酸铵浸提-原子吸收分光光度法测定;土壤pH用水浸提（水土比2.5∶1.0），电位法测定;有机质含量用重铬酸钾浓硫酸外加热法测定;阳离子交换量用中性醋酸盐法测定;土壤颗粒含量用吸管法测定。

1.4 数据处理

数据处理采用Excel及SPSS软件进行计算和统计分析，并制作相关图表。

2 结果分析

2.1 土壤理化性状

全县土壤理化性状见表1。由表1可知，诏安县土壤交换性镁含量平均为46.9 mg/kg，为0.1～456.1 mg/kg，75%土样的土壤交换性镁低于58.2 mg/kg，土壤缺镁相对严重;土壤pH平均为5.5，有机质含量平均为20.2 g/kg，交换性钾含量平均为55.1 mg/kg，交换性钙含量平均为717.1 mg/kg，阳离子交换量平均为5.4 cmol（+）/kg，交换性镁饱和度平均为8.1%;交换性钾/镁比平均为6.9，交换性钙/镁比平均为90.3，远超适宜作物生长的比值范围，易发生缺镁现象;在土壤组成的黏、粉、砂中，黏粒比例平均为6.2%，粉粒比例平均为16.2%，砂粒比例平均为77.6%，土壤相对偏砂。

2.2 耕地土壤交换性镁含量及分布

诏安县不同乡镇耕地土壤交换性镁平均含量存在较大差异（表2）。土壤交换性镁平均含量最高的乡镇是桥东，平均含量达91.3 mg/kg，最低的乡镇是白洋，平均含量仅为17.9 mg/kg。土壤交换性镁平均含量大于60.0 mg/kg的乡镇是四都、桥东2个乡镇，土壤交换性镁平均含量小于30.0 mg/kg的乡镇有梅州、白洋、红星、秀篆4个乡镇，在30.0～60.0 mg/kg的乡镇有金星、梅岭、建设、太平、官陂、深桥、旅游、西潭8个乡镇。表明耕地土壤交换性镁含量存在明显的乡镇差异，可能是因为受成土母质、土壤类型、气候条件和人为因素的影响所致。

2.3 土壤交换性镁含量与土壤理化性状的关系

2.3.1 与土壤阳离子交换量和有机质的关系。

从图1可以看出，土壤阳离子交换量在3～13 cmol（+）/kg，与土壤交换性镁含量呈极显著正相关，随着土壤阳离子交换量的增加土壤交换性镁含量相应提高，表明土壤阳离子交换量增加有利于提高土壤交换性镁含量。土壤有机质含量在5～40 g/kg，与土壤交换性镁含量呈极显著正相关，随着土壤有机质的增加，土壤交换性镁也相应增加。

2.3.2 与土壤黏粒、粉粒和砂粒的关系。

图2表明，土壤交换性镁含量与黏粒、粉粒含量呈极显著线性正相关，表明土壤黏粒、粉粒含量增加时，有利于提高土壤镁有效性;土壤砂粒含量与土壤交换性镁含量呈极显著线性负相关，表明随着土壤砂粒含量的增加，土壤交换性镁含量显著下降。

2.4 不同类型土壤的理化性状分析

由图3可知，水田土壤交换性镁含量平均为51.9 mg/kg，旱地土壤平均为32.5 mg/kg，水田土壤交换性镁含量高于旱地。图4表明，水田和旱地土壤pH基本相同，在土壤有机质、CEC、黏粒、粉粒含量中，表现为水田高于旱地，而砂粒含量则是旱地高于水田。

2.5 耕作方式对土壤交换性镁含量的影响

耕作方式对土壤交换性镁含量有极显著影响（图5），稻—稻—菜轮作土壤交换性镁含量为70.58 mg/kg，稻—稻耕作方式土壤交换性镁含量为47.85 mg/kg，大豆—甘薯耕作方式土壤交换性镁含量为28.91 mg/kg，稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式的土壤交换性镁含量高于大豆—甘薯耕作方式。进一步分析了稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式和大豆—甘薯耕作方式的土壤理化性状，稻—稻耕作方式的土壤交换性镁含量、pH、阳离子交换量、有机质、黏粒和粉粒等含量均高于大豆—甘薯耕作方式，而砂粒含量则低于大豆—甘薯耕作方式。综合分析得出，稻—稻耕作方式土壤交换性镁含量及供应能力高于大豆—甘薯耕作方式。

3 讨论

3.1  土壤交换性镁的丰缺程度

土壤交换性镁含量是衡量土壤中镁的丰缺程度和镁肥效应大小的重要指标。对于大多植物而言，土壤交换性镁含量60 mg/kg为缺镁临界值[7]。该研究结果表明，诏安县农田耕层（0～20 cm）土壤交换性镁含量在0.1～456.1 mg/kg，平均含量为46.9 mg/kg。按照以上土壤交换性镁含量临界值判断，大部分诏安县土壤交换性镁含量处于缺镁状况。然而，诏安县在大量施用氮、磷和钾肥的情况下，特别是钾肥的施用增加了作物对镁营养的需求，土壤交换性钾/镁比平均为6.9，远高于适宜植物吸收的范围，从而进一步加剧了农作物缺镁现象。目前，诏安县在农作物上大量施用有机肥、秸秆还田，对农作物缺镁有所缓解，但土壤交换性镁含量还是无法得到有效补充，农作物缺镁得不到根本解决。所以，农业生产中应增加镁肥，重视土壤镁营养的补充，以避免农作物发生缺镁现象。

3.2 土壤理化性状对交换性镁含量的影响

该研究结果表明，土壤交换性镁含量与阳离子交换量呈极显著正相关，这与前人的研究结果一致[8-9]。随着交换性阳离子含量的增加，土壤交换性盐基（钙、镁、钾、钠）含量也同步增加，从而增加了土壤交换性镁含量。此外，土壤交换性镁与有机质呈极显著正相关，与侯玲利等[10]在茶园土壤研究的结果相符。说明土壤交换性阳离子及有机质是影响诏安土壤交换性镁的重要因素。从土壤特性来看，土壤交换性镁与土壤黏粒、粉粒含量呈极显著正相关，而与砂粒含量呈极显著负相关，与林齐民等[8]在福建省主要土壤研究结果相一致。考虑到土壤腐殖质绝大部分集中于黏粒和粉粒级复合体，而腐殖质形成的有机胶体对离子具有交换吸附作用，可以吸附更多的镁离子，而黏粒、粉粒含量越高，腐殖质含量越多，吸附镁离子的能力也就越强。因此，施用镁肥时，应考虑土壤有机质含量、阳离子交换量等性质对镁有效性的影响。

3.3 土壤类型对交换性镁含量的影响

该研究结果显示，全县土壤交换性镁含量平均为46.9 mg/kg，水田土壤为51.9 mg/kg，旱地土壤为32.5 mg/kg，水田土壤交换性镁含量高于旱地，这与以往的研究结果基本相符[11-12]。水田与旱地土壤交换性镁含量差异较大，一方面可能是由于水田土壤长期淹水，使黏粒经淋洗向下移动形成犁底层利于储水，减少耕层水分向下移动，减少耕层交换性镁向下淋洗，另一方面水田土壤的有机质、阳离子交换量、黏粒、粉粒含量较高，有利于对交换性镁的吸附，减少耕地交换性镁的损失。旱地土壤中砂粒含量较高，有利于水分向下移动，水分下移可能会带走耕层土壤中的交换性镁，这也是导致旱地土壤交换性镁较低的原因。因此，应注重旱地土壤的镁肥补充。

3.4 耕作方式对土壤交换性镁含量的影响

该研究结果表明，稻—稻—菜耕作方式下的土壤交换性镁含量为70.58 mg/kg，稻—稻耕作方式为47.85 mg/kg，大豆—甘薯耕作方式为28.91  mg/kg;不同耕作方式的土壤交换性镁含量表现为稻—稻—菜>稻—稻>大豆—甘薯，这与前人的报道结果相一致[13-14]。稻—稻—菜耕作方式的土壤交换性镁含量最高，可能与种植蔬菜时施用大量有机肥导致。区善汉等[15]研究表明，连续施用虾肽肥3 年能提高0～20 cm 浅层土壤交换性镁含量以及20～40 cm土壤交换性镁含量明显提高;冯焕德等[16]研究表明，与常规施肥处理相比，羊粪发酵肥替代50%化肥处理的土壤交换性镁提升20%以上，达显著差异;这与该研究结果相符合，因此，施用有机肥也是增加土壤交换性镁的有效措施之一。

4 结论

全县土壤交换性镁含量平均仅为46.9 mg/kg，存在鎂缺乏现象，且各乡镇间存在较大差异，水田土壤高于旱地土壤，稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式高于大豆—甘薯耕作方式。土壤交换性镁含量与有机质、阳离子交换量、黏粒、粉粒等含量呈极显著正相关（ P <0.01），与砂粒含量呈极显著负相关。因此，实际生产过程中，应注意在旱地作物施用镁肥。

参考文献

[1] 黄鸿翔，陈福兴，徐明岗，等.红壤地区土壤镁素状况及镁肥施用技术的研究[J].土壤肥料，2000（5）：19-23.

[2] 阮建云，管彦良，吴洵.茶园土壤镁供应状况及镁肥施用效果研究[J].中国农业科学，2002，35（7）：815-820.

[3] CAKMAK I，YAZICI A M.Magnesium：A forgotten element in crop production [J].Better crops，2010，94：23-25.

[4] 李巧玲，苏建平，阚建鸾，等.江苏省如皋市土壤中量元素含量有效性评价[J].土壤，2019，51（2）：263-268.

[5] 宋文静，孟霖，王程栋，等.贵州中部山区植烟土壤交换性钙镁含量分布特征[J].江苏农业科学，2015，43（3）：334-337.

[6] 姜勇，张玉革，梁文举，等.耕地土壤交换性镁含量的空间变异性特征[J].沈阳农业大学学报，2003，34（3）：181-184.

[7] 胡霭堂.植物营养学：下册[M].2版.北京：中国农业大学出版社，2003：200-220.

[8] 林齐民，陈举鸣.福建省主要土壤类型的镁素含量[J].福建农学院学报，1986，15（2）：132-140.

[9] 丁玉川，焦晓燕，聂督，等.山西农田土壤交换性镁含量、分布特征及其与土壤化学性质的关系[J].自然资源学报，2012，27（2）：311-321.

[10] 侯玲利，陈磊，郭雅玲，等.福建省铁观音茶园土壤镁素状况研究[J].植物营养与肥料学报，2009，15（1）：133-138.

[11] 刘坤，周冀衡，李强，等.植烟土壤交换性钙镁含量及对烟叶钙镁含量的影响[J].西南农业学报，2017，30（9）：2065-2070.

[12] 张莹，刘畅，宋昂，等.基于典范对应分析的会仙岩溶湿地土壤理化性质与土壤酶活性关系研究[J].中国岩溶，2016，35（1）：11-18.

[13] 李戌清，张雅，田忠玲，等.茄子连作与轮作土壤养分、酶活性及微生物群落结构差异分析[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2017，43（5）：561-569.

[14] 刘冬碧，熊桂云，胡时友，等.不同利用方式下土壤的养分特性及其变异性初探[J].湖北农业科学，2003，42（6）：51-55.

[15] 区善汉，林林，刘冰浩，等.虾肽有机肥对沙田柚叶片與果实品质及果园土壤养分的影响[J].中国农学通报，2021，37（3）：105-111.

[16] 冯焕德，党志国，倪斌，等.羊粪发酵肥替代化肥对芒果园土壤性状、叶片营养及果实品质的影响[J].中国土壤与肥料，2019（6）：190-195.