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摘要：利用 GPS 定位在贵州中部山区采集了165 个代表性土壤样品，对贵州中部山区不同成土母质发育形成的不同土层中土壤交换性钙 （Ca） 和交换性镁 （Mg） 的剖面分布进行了比较分析，结果表明：（1）贵州中部山区烟田耕层土壤交换性Ca含量平均值为9.00 cmol/kg，变异系数64.71 %，交换性Ca缺乏和较缺乏（<6 cmol/kg）的土样占土样总数的34.21%；土壤交换性Mg含量平均值为1.70 cmol/kg，变异系数79.95%，交换性Mg缺乏和较缺乏（<1.6 cmol/kg）的土样占土样总数的59.01%。（2）植烟土壤交换性Ca和Mg含量在不同成土母质间存在显著性差异，第四纪红土发育形成的土壤交换性Ca和Mg含量较高，而沟谷堆积物发育形成的土壤交换性Mg含量较低。（3）在剖面垂直分布上，不同成土母质发育形成的土壤交换性Ca含量均表现出自上而下依次递减的规律，而不同成土母质发育形成的土壤交换性Mg含量分布规律不明显。（4）植烟土壤交换性Ca和Mg含量随海拔高度的升高而呈下降趋势，低海拔土壤的交换性Ca、Mg含量显著高于高海拔地区。从本试验结果可推论，土壤的成土母质和海拔高度是影响土壤交换性Ca和Mg含量分布的主要因素。
关键词：贵州中部山区；土壤交换性钙；土壤交换性镁；成土母质；分布
中图分类号： S151.9；S158.2 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）03-0334-04
Ca和Mg是烤烟生长所必需的中量营养元素，对烤烟的生长发育、生理代谢、产质量均有重要影响，其在土体中的迁移过程也可表征营养元素的淋溶强度[1-3]。相关研究表明，烟叶Ca和Mg含量和土壤中交换性Ca和Mg含量呈显著正相关[4]；土壤交换性Ca有利于烟株对硼和氯素的吸收，而土壤交换性Mg有利于烟叶总糖的积累，对氮和磷素的吸收有一定的抑制作用[5]。也有相关研究表明，降低土壤中交换性Mg的含量可能会提高烟叶中钾含量，从而使得烟叶钾和Mg含量达到较好的平衡[6]。
成土母质在土壤形成和发育上具有重要的作用，能直接影响土壤的矿物组成和土壤颗粒组成，并在很大程度上影响着土壤的理化性质以及肥力。有研究表明，成土母质在阐述土壤养分空间变异上比其他因素更为重要，土壤Ca和Mg含量分布也受成土母质的影响[7]。土壤交换性Ca和Mg的剖面分布在一定程度上可以反映土壤中营养元素的输入、输出和循环[8]。相关研究表明，土壤交换性Ca和Mg剖面分布受不同土地利用方式变更条件下植被变化与根系深度变化等对土壤理化性质的综合影响[9]。就植烟土壤而言，现有研究多集中于耕层土壤交换性Ca和Mg含量的空间分布及影响因素上[10-13]，但在土壤交换性Ca和Mg分布与海拔高度、成土母质及其在烟田剖面中垂直分布方面的报道较少。本试验重点研究了贵州中部山区烟田土壤的交换性Ca和Mg含量与成土母质、海拔高度之间的关系以及在剖面中的垂直分布特征，旨在为植烟土壤的科学施肥提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区域
贵州中部山区属喀斯特低山丘陵地貌，位于105°33′～108°12′E和25°35′～27°13′N之间，研究区域海拔范围为850～1 400 m，是我国传统中间香型烤烟最典型生态区[14]。研究选取遵义县、余庆县、凯里县、黔西县、贵定县、开阳县、西秀县共7县，为贵州中部山区典型烤烟风格特征的代表性取样区。
1.2 样品采集
在典型烟田内，耕层采用随机多点法取样，各点采样充分混匀，四分法留取2 kg土壤作为待测样品。在相同的典型烟田地块内，挖掘标准土壤剖面（宽1.0～1.2 m×深1.2～1.5 m），按划分的发生层分别采集农化样和环刀样用于测定土壤容重。
1.3 土壤样品分析及交换性钙镁含量分级标准
土样经室内风干、去杂，研磨后过100目筛。土壤容重环刀样于105 ℃烘干测定。土壤交换性Ca和Mg含量采用 1 mol/L NH4OAc浸提，利用原子吸收分光光度计（上海-4530F型）测定，测定波长分别为285.2 nm 和422.7 nm[15-17]。土壤养分含量丰缺判定根据全国第二次土壤普查肥力评价标准[18-19]（表1）。
1.4 数据处理
采用 SPSS 17.0统计软件进行数据分析，用Microsoft Excel 2010软件绘图。
2 结果与分析
2.1 烟田耕层土壤交换性Ca和Mg含量总体状况
从表2可以看出，贵州中部山区烟田耕层土壤交换性Ca含量平均值为9.00 cmol/kg，变异系数64.71 %。交换性Ca缺乏和较缺乏（<6 cmol/kg）的土样占土样总数的34.21%，贵定、西秀、遵义和开阳存在交换性钙缺乏和较缺乏的烟田，缺乏和较缺乏总比例由高至低的地区依次为贵定、西秀、遵义和开阳，分别为90.91%、8000%、28.58%和11.11%。余慶、凯里、黔西土壤交换性Ca含量较高，均高于10 cmol/kg，平均含量依次为14.48、14.18、10.20 cmol/kg。
由表3可知，贵州中部山区烟田耕层土壤交换性Mg含量为 0.02～11.82 cmol/kg，平均为1.70 cmol/kg，变异系数79.95%。交换性Mg缺乏和较缺乏（<1.6 cmol/kg）的土样占土样总数的59.01%，各植烟点普遍都存在交换性Mg缺乏的烟田，其中西秀区域土样总体缺乏，各取样区域比例由高至低的地区依次为西秀、贵定、余庆、开阳、黔西、遵义和凯里，缺乏和较缺乏总比例分别为100.00%、91.91%、56.47%、5555%、47.05%、42.86%、2000%。贵定、西秀土壤交换性Mg平均含量较低，均低于0.8 cmol/kg，平均含量分别为0.70、0.63 cmol/kg。 2.2 不同成土母质耕层土壤交换性Ca和Mg含量
贵州中部山区基本上均属于混合岩石区，成土母岩主要为碳酸岩或碳酸岩夹碎屑岩，局部地区有碎屑岩、浅变质变岩、页岩、黏土岩分布。典型烟田所处的地形部位主要有山坡和沟谷两大类，山坡上的成土母质一般为各类岩性风化物残积-坡积物和第四纪红土，沟谷中的成土母质一般为各类岩性风化物、第四纪红土经过搬运后在沟谷中堆积而成。本研究将贵州中部山区土壤的成土母质类型划分为第四纪红土、岩类风化残积-坡积物和沟谷堆积物三大类。
贵州中部山区不同成土母质土壤耕层交换性Ca和Mg含量分析结果见图1，不同成土母质发育而来的土壤交换性Ca和Mg含量存在一定的差异。与其他成土母质相比，第四纪红土发育形成的土壤交换性Ca含量较高，与其他2类成土母质发育的土壤间的差异达显著水平；土壤交换性Mg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较高，沟谷堆积物土壤交换性Mg含量较低。
2.3 不同成土母质土壤交换性Ca和Mg含量剖面垂直分布
贵州中部山区不同成土母质发育的典型烟田土壤剖面各层次的交换性Ca和Mg含量见表4。不同成土母质发育形成的土壤在土层数和土壤厚度上有较大差异，岩类风化残积-坡积物形成的土壤由于一般位于山坡上，由其发育形成的土壤较浅，发生层一般划分出3～4层；沟谷堆积物形成的土壤多位于河谷中，其形成的土壤较深，发生层一般划分出5层左右；第四纪红土发育的土壤pH值较高，黏粒含量高，发生层一般划分出4层。不同成土母质发育形成的土壤交换性Ca含量均表现出由上而下逐次递减的规律，其中，第四纪红土发育形成的土壤耕作层（Ap层）交换性Ca含量略高于其他2个母质，而不同母质发育形成的土壤黏化层或雏形层（B层）交换性Ca含量差异不显著；而不同成土母质发育形成的土壤交换性Mg含量表现出自上而下依次递减的规律不明显，与其他2个母质相比较，沟谷堆积物发育形成的土壤Ap层、B层交换性Mg含量较低，两者差异显著。
2.4 不同海拔典型烟田耕作层土壤交换性Ca和Mg含量分布
贵州中部山区典型烟田的土壤分布于 800～1 300 m海拔范围，土壤交换性Ca、Mg含量随海拔高度的变化见图2。土壤交换性Ca和Mg含量Ca/Mg比值随海拔高度升高呈下降趋势。土壤交换性Ca/Mg比值随海拔的升高而降低的趋势较小，土壤交换性Ca/Mg比值与海拔高度相关性不显著。表明海拔高度影响交换性Ca和Mg含量的分布。
3 讨论与结论
土壤交换性Ca和Mg含量主要受成土母质及土壤形成过程中迁移过程的影响[20-21]，人为耕作制度对土壤交换性Ca和Mg的含量也有一定的影响[22-24]。同时，土壤交换性Ca/Mg比值的大小反映了土壤生态过程的变化及Ca和Mg的生物有效性[25]。本研究结果表明，贵州中部山区典型烟田土壤约1/3的土壤交换性Ca缺乏和较缺乏，同时1/2以上的土壤交换性Mg缺乏和较缺乏。主要原因为贵州属于多雨省份，而贵州中部山区的贵定和西秀多以山地和丘陵为主，沟谷地更有利于水分的保持，土壤含水量相对较高；贵定和西秀的土壤pH值较低，均值分别为5.30和5.24，土壤Ca和Mg淋失程度较高，导致土壤交换性Ca和Mg含量较低。针对贵州中部山区土壤交换性Ca和Mg含量偏低的情况，烟田可施用钙镁磷肥，以满足烤煙对交换性Ca和Mg的需求。贵州中部山区不缺Ca和Mg，原因可能是有施用钙镁磷肥的习惯；其次可能是自然降雨由山上向下流动，流经石灰岩和白云岩山体会溶解一部分钙镁带入经过的烟田的耕作层。
本研究结果还表明，不同成土母质发育而来的土壤交换性Ca和Mg含量存在一定的差异。与其他成土母质比较，第四纪红土发育形成的土壤交换性Ca含量较高；而第四纪红土和岩类风化残积-坡积物发育形成的土壤交换Mg含量较高，沟谷堆积物土壤交换Mg含量较低。主要是第四纪红土发育的土壤类型中黏粒较多，黏粒与有机质形成复合体降低了Ca和Mg的淋失。尚斌等研究表明，第四纪红土发育的土壤有机质含量较高，而黏粒与有机质形成复合体降低了有机质的矿化，促进了土壤有机质的积累[14]；李军等研究表明，石灰岩母质和页岩母质发育的土壤各种养分含量均较高，这主要是其土壤黏粒较多，而花岗岩母质和砂岩母质发育的土壤砂粒较多，因此土壤养分含量相对较低[22]。同时不同母质发育的土壤交换性Ca和Mg含量不同，与土壤的矿物类型有关，不同的土壤矿物土壤交换性Ca和Mg含量存在本质的差异[26]。
土壤交换性Ca和Mg含量与海拔高度具有一定的相关性，邱学礼等研究发现，土壤交换性Ca、Mg含量随海拔高度的升高而呈下降趋势研究[27]，本研究结果与其基本一致。徐宜民等研究表明，贵州中部山区降雨量随海拔高度的升高而增加，烟田坡度相对越陡，土壤中交换性Ca、Mg的淋失程度越高，导致贵州中部山区植烟土壤交换性Ca和Mg含量随海拔高度的升高而降低。
母质类型影响土层深度和养分的剖面分布，第四纪红土发育形成的土壤土层较深且各个发生学层次养分含量较高，沟谷堆积物和岩类风化残积-坡积物发育形成的土壤土层相对较浅且各个发生学层次养分含量较低[28]。本研究对不同成土母质发育土壤的研究表明，典型剖面交换性Ca含量表现出自上而下依次递减的规律，而不同成土母质发育形成的土壤交换性Mg含量表现出自上而下依次递减的规律不明显。对于农田来说，施肥主要集中在表土层，而土壤的微生物群落大部分也在表土层，所以土壤养分的迁移和转化主要发生在表土层，长期施肥导致表土层养分含量升高，自然降雨由山上向下流动，流经石灰岩和白云岩山体会溶解一部分Ca、Mg带入经过的烟田的耕作层。对不同成土母质发育土壤的研究表明，典型剖面交换性Ca含量表现出自上而下依次递减的规律[29-30]，因随着土壤深度的增加，人为施肥的影响也越来越小，残留在土壤中的植物根系数量越来越少，导致典型剖面交换性Ca含量表现出自上而下依次递减的规律。
关键词：贵州中部山区；土壤交换性钙；土壤交换性镁；成土母质；分布
中图分类号： S151.9；S158.2 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）03-0334-04
Ca和Mg是烤烟生长所必需的中量营养元素，对烤烟的生长发育、生理代谢、产质量均有重要影响，其在土体中的迁移过程也可表征营养元素的淋溶强度[1-3]。相关研究表明，烟叶Ca和Mg含量和土壤中交换性Ca和Mg含量呈显著正相关[4]；土壤交换性Ca有利于烟株对硼和氯素的吸收，而土壤交换性Mg有利于烟叶总糖的积累，对氮和磷素的吸收有一定的抑制作用[5]。也有相关研究表明，降低土壤中交换性Mg的含量可能会提高烟叶中钾含量，从而使得烟叶钾和Mg含量达到较好的平衡[6]。
成土母质在土壤形成和发育上具有重要的作用，能直接影响土壤的矿物组成和土壤颗粒组成，并在很大程度上影响着土壤的理化性质以及肥力。有研究表明，成土母质在阐述土壤养分空间变异上比其他因素更为重要，土壤Ca和Mg含量分布也受成土母质的影响[7]。土壤交换性Ca和Mg的剖面分布在一定程度上可以反映土壤中营养元素的输入、输出和循环[8]。相关研究表明，土壤交换性Ca和Mg剖面分布受不同土地利用方式变更条件下植被变化与根系深度变化等对土壤理化性质的综合影响[9]。就植烟土壤而言，现有研究多集中于耕层土壤交换性Ca和Mg含量的空间分布及影响因素上[10-13]，但在土壤交换性Ca和Mg分布与海拔高度、成土母质及其在烟田剖面中垂直分布方面的报道较少。本试验重点研究了贵州中部山区烟田土壤的交换性Ca和Mg含量与成土母质、海拔高度之间的关系以及在剖面中的垂直分布特征，旨在为植烟土壤的科学施肥提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区域
贵州中部山区属喀斯特低山丘陵地貌，位于105°33′～108°12′E和25°35′～27°13′N之间，研究区域海拔范围为850～1 400 m，是我国传统中间香型烤烟最典型生态区[14]。研究选取遵义县、余庆县、凯里县、黔西县、贵定县、开阳县、西秀县共7县，为贵州中部山区典型烤烟风格特征的代表性取样区。
1.2 样品采集
在典型烟田内，耕层采用随机多点法取样，各点采样充分混匀，四分法留取2 kg土壤作为待测样品。在相同的典型烟田地块内，挖掘标准土壤剖面（宽1.0～1.2 m×深1.2～1.5 m），按划分的发生层分别采集农化样和环刀样用于测定土壤容重。
1.3 土壤样品分析及交换性钙镁含量分级标准
土样经室内风干、去杂，研磨后过100目筛。土壤容重环刀样于105 ℃烘干测定。土壤交换性Ca和Mg含量采用 1 mol/L NH4OAc浸提，利用原子吸收分光光度计（上海-4530F型）测定，测定波长分别为285.2 nm 和422.7 nm[15-17]。土壤养分含量丰缺判定根据全国第二次土壤普查肥力评价标准[18-19]（表1）。
1.4 数据处理
采用 SPSS 17.0统计软件进行数据分析，用Microsoft Excel 2010软件绘图。
2 结果与分析
2.1 烟田耕层土壤交换性Ca和Mg含量总体状况
从表2可以看出，贵州中部山区烟田耕层土壤交换性Ca含量平均值为9.00 cmol/kg，变异系数64.71 %。交换性Ca缺乏和较缺乏（<6 cmol/kg）的土样占土样总数的34.21%，贵定、西秀、遵义和开阳存在交换性钙缺乏和较缺乏的烟田，缺乏和较缺乏总比例由高至低的地区依次为贵定、西秀、遵义和开阳，分别为90.91%、8000%、28.58%和11.11%。余慶、凯里、黔西土壤交换性Ca含量较高，均高于10 cmol/kg，平均含量依次为14.48、14.18、10.20 cmol/kg。
由表3可知，贵州中部山区烟田耕层土壤交换性Mg含量为 0.02～11.82 cmol/kg，平均为1.70 cmol/kg，变异系数79.95%。交换性Mg缺乏和较缺乏（<1.6 cmol/kg）的土样占土样总数的59.01%，各植烟点普遍都存在交换性Mg缺乏的烟田，其中西秀区域土样总体缺乏，各取样区域比例由高至低的地区依次为西秀、贵定、余庆、开阳、黔西、遵义和凯里，缺乏和较缺乏总比例分别为100.00%、91.91%、56.47%、5555%、47.05%、42.86%、2000%。贵定、西秀土壤交换性Mg平均含量较低，均低于0.8 cmol/kg，平均含量分别为0.70、0.63 cmol/kg。 2.2 不同成土母质耕层土壤交换性Ca和Mg含量
贵州中部山区基本上均属于混合岩石区，成土母岩主要为碳酸岩或碳酸岩夹碎屑岩，局部地区有碎屑岩、浅变质变岩、页岩、黏土岩分布。典型烟田所处的地形部位主要有山坡和沟谷两大类，山坡上的成土母质一般为各类岩性风化物残积-坡积物和第四纪红土，沟谷中的成土母质一般为各类岩性风化物、第四纪红土经过搬运后在沟谷中堆积而成。本研究将贵州中部山区土壤的成土母质类型划分为第四纪红土、岩类风化残积-坡积物和沟谷堆积物三大类。
贵州中部山区不同成土母质土壤耕层交换性Ca和Mg含量分析结果见图1，不同成土母质发育而来的土壤交换性Ca和Mg含量存在一定的差异。与其他成土母质相比，第四纪红土发育形成的土壤交换性Ca含量较高，与其他2类成土母质发育的土壤间的差异达显著水平；土壤交换性Mg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较高，沟谷堆积物土壤交换性Mg含量较低。
2.3 不同成土母质土壤交换性Ca和Mg含量剖面垂直分布
贵州中部山区不同成土母质发育的典型烟田土壤剖面各层次的交换性Ca和Mg含量见表4。不同成土母质发育形成的土壤在土层数和土壤厚度上有较大差异，岩类风化残积-坡积物形成的土壤由于一般位于山坡上，由其发育形成的土壤较浅，发生层一般划分出3～4层；沟谷堆积物形成的土壤多位于河谷中，其形成的土壤较深，发生层一般划分出5层左右；第四纪红土发育的土壤pH值较高，黏粒含量高，发生层一般划分出4层。不同成土母质发育形成的土壤交换性Ca含量均表现出由上而下逐次递减的规律，其中，第四纪红土发育形成的土壤耕作层（Ap层）交换性Ca含量略高于其他2个母质，而不同母质发育形成的土壤黏化层或雏形层（B层）交换性Ca含量差异不显著；而不同成土母质发育形成的土壤交换性Mg含量表现出自上而下依次递减的规律不明显，与其他2个母质相比较，沟谷堆积物发育形成的土壤Ap层、B层交换性Mg含量较低，两者差异显著。
2.4 不同海拔典型烟田耕作层土壤交换性Ca和Mg含量分布
贵州中部山区典型烟田的土壤分布于 800～1 300 m海拔范围，土壤交换性Ca、Mg含量随海拔高度的变化见图2。土壤交换性Ca和Mg含量Ca/Mg比值随海拔高度升高呈下降趋势。土壤交换性Ca/Mg比值随海拔的升高而降低的趋势较小，土壤交换性Ca/Mg比值与海拔高度相关性不显著。表明海拔高度影响交换性Ca和Mg含量的分布。
3 讨论与结论
土壤交换性Ca和Mg含量主要受成土母质及土壤形成过程中迁移过程的影响[20-21]，人为耕作制度对土壤交换性Ca和Mg的含量也有一定的影响[22-24]。同时，土壤交换性Ca/Mg比值的大小反映了土壤生态过程的变化及Ca和Mg的生物有效性[25]。本研究结果表明，贵州中部山区典型烟田土壤约1/3的土壤交换性Ca缺乏和较缺乏，同时1/2以上的土壤交换性Mg缺乏和较缺乏。主要原因为贵州属于多雨省份，而贵州中部山区的贵定和西秀多以山地和丘陵为主，沟谷地更有利于水分的保持，土壤含水量相对较高；贵定和西秀的土壤pH值较低，均值分别为5.30和5.24，土壤Ca和Mg淋失程度较高，导致土壤交换性Ca和Mg含量较低。针对贵州中部山区土壤交换性Ca和Mg含量偏低的情况，烟田可施用钙镁磷肥，以满足烤煙对交换性Ca和Mg的需求。贵州中部山区不缺Ca和Mg，原因可能是有施用钙镁磷肥的习惯；其次可能是自然降雨由山上向下流动，流经石灰岩和白云岩山体会溶解一部分钙镁带入经过的烟田的耕作层。
本研究结果还表明，不同成土母质发育而来的土壤交换性Ca和Mg含量存在一定的差异。与其他成土母质比较，第四纪红土发育形成的土壤交换性Ca含量较高；而第四纪红土和岩类风化残积-坡积物发育形成的土壤交换Mg含量较高，沟谷堆积物土壤交换Mg含量较低。主要是第四纪红土发育的土壤类型中黏粒较多，黏粒与有机质形成复合体降低了Ca和Mg的淋失。尚斌等研究表明，第四纪红土发育的土壤有机质含量较高，而黏粒与有机质形成复合体降低了有机质的矿化，促进了土壤有机质的积累[14]；李军等研究表明，石灰岩母质和页岩母质发育的土壤各种养分含量均较高，这主要是其土壤黏粒较多，而花岗岩母质和砂岩母质发育的土壤砂粒较多，因此土壤养分含量相对较低[22]。同时不同母质发育的土壤交换性Ca和Mg含量不同，与土壤的矿物类型有关，不同的土壤矿物土壤交换性Ca和Mg含量存在本质的差异[26]。
土壤交换性Ca和Mg含量与海拔高度具有一定的相关性，邱学礼等研究发现，土壤交换性Ca、Mg含量随海拔高度的升高而呈下降趋势研究[27]，本研究结果与其基本一致。徐宜民等研究表明，贵州中部山区降雨量随海拔高度的升高而增加，烟田坡度相对越陡，土壤中交换性Ca、Mg的淋失程度越高，导致贵州中部山区植烟土壤交换性Ca和Mg含量随海拔高度的升高而降低。
母质类型影响土层深度和养分的剖面分布，第四纪红土发育形成的土壤土层较深且各个发生学层次养分含量较高，沟谷堆积物和岩类风化残积-坡积物发育形成的土壤土层相对较浅且各个发生学层次养分含量较低[28]。本研究对不同成土母质发育土壤的研究表明，典型剖面交换性Ca含量表现出自上而下依次递减的规律，而不同成土母质发育形成的土壤交换性Mg含量表现出自上而下依次递减的规律不明显。对于农田来说，施肥主要集中在表土层，而土壤的微生物群落大部分也在表土层，所以土壤养分的迁移和转化主要发生在表土层，长期施肥导致表土层养分含量升高，自然降雨由山上向下流动，流经石灰岩和白云岩山体会溶解一部分Ca、Mg带入经过的烟田的耕作层。对不同成土母质发育土壤的研究表明，典型剖面交换性Ca含量表现出自上而下依次递减的规律[29-30]，因随着土壤深度的增加，人为施肥的影响也越来越小，残留在土壤中的植物根系数量越来越少，导致典型剖面交换性Ca含量表现出自上而下依次递减的规律。