甘肃高寒阴湿区几种土壤养分限制因子研究

甘肃高寒阴湿区几种土壤养分限制因子研究

崔云玲　郭天文　李娟　郭永杰　王成宝（甘肃省农科院土肥所　甘肃兰州　730070）

摘要：应用土壤养分状况综合评价法，对甘肃省高寒阴湿区4种主要农田土壤的11种养分状况进行了实验室分析、吸附试验和温室盆栽诊断，结果证明：（1）养分亏缺顺序为扁坡黑麻土N＞P＞Zn＞S，何马家黑麻土N＞P＞K＞S＞Mn＞Zn，黄绵土P＞N＞B＞Mo＞K＞S，红黏土N＞P＞Cu＞Mo＞S，其他元素可满足作物生长需要。（2）上述方法能较好地用来评价土壤养分状况并能块速和比较准确地确定土壤养分的限制因子及其缺乏程度。

关键词：高寒阴湿区；土壤营养诊断；温网室研究

甘肃西南部高寒阴湿区是贫困地区之一，海拔2000～2500m，年平均气温5.2℃，年降雨量500～700mm，属雨养农业区。该区土壤阴湿冷凉，土层薄，土壤松散易形成泥石流。长期以来，农民对土壤的投入较少，施肥水平甚低，对雨水资源的利用率不高。作物产量的高低对农民的生活水平及经济收入有直接影响。因此，提高土壤肥力，加强土壤养分管理已成为当地农业发展亟待解决的重要课题。

土壤养分状况与作物生长关系密切，但不同类型土壤或同一类型不同区域土壤的养分状况差异较大。因而关于诊断土壤养分限制因子的方法，是许多农业科技工作者长期以来的研究重点。以往缺素研究多采用大量营养元素单因子或少数因子配合的研究手段，对诸多营养元素间的平衡和相对丰缺状况缺乏系统研究^[1]。为了克服这一缺点，本课题采用土壤养分综合评价法对几种土壤中的养分状况进行了较为全面的研究。Hunter（1980）首次提出了土壤养分状况的系统调查法——温室调查法^[2]，Portch（1988）对其进行补充完善，提出了土壤养分的综合评价法^[3]。该方法主要包括土壤的常规分析、养分吸附试验和指示作物盆栽试验3个部分。本文以Portch修正法为依据，对甘肃省高寒阴湿区4种土壤的养分状况进行了系统诊断研究。

1　材料与方法

1.1　土壤样品的采集和测定

注：本文发表于《干旱地区农业研究》，2007，25（2）：58～62.

供试土壤分别取自甘肃临夏州和政县的吊滩乡、新庄乡（黑麻土），积石山县的癿藏乡（黄绵土）、关家川乡（红黏土）。采用多点取样法采集耕层（0～20cm）土样约70kg，自然风干混匀后过2mm筛，各取出1.0kg送北京中加合作实验室，按ASI法^[4]进行常规分析。分析项目包括pH值、有机质（O.M.）、NH₄-N、活性Ca、Mg（1mol/LKCl浸提）、速效P、速效K、速效Cu、活性Fe、速效Mn和速效Zn（ASI浸提剂提取）、速效S和速效B（0.08mol/L CaH₄（PO₄）₂提取）。其余样品留作吸附实验及盆栽试验之用。

1.2　吸附试验

根据ASI确定的各营养元素亏缺临界值，凡测定值低于3倍临界值的元素均进行土壤吸附试验。本研究进行吸附试验的元素有K、P、S、B、Cu、Mn和Zn。方法是将事先配制好的不同浓度待测元素的溶液，加入一定量的土壤中，拌匀后于无尘室内（室温25℃左右）静置3～6d，风干后用ASI法浸提，测定土壤中各元素的有效含量。以加入吸附液的量为横坐标，浸提量为纵坐标绘制吸附曲线，来评价土壤的吸附固定能力，并确定盆栽试验中适宜的施肥量^[5，6]。

以上两个步骤均由中国农科院中—加合作实验室协助完成。

1.3　温室生物诊断方法

温室生物诊断采用盆栽试验，于2002年在甘肃省农科院土肥所温室进行。结合化学分析值和吸附试验结果，可确定最佳处理，确定试验处理时，首先按经验确定适合于一般作物的养分含量临界值，根据室内分析结果与各元素亏缺临界值，确定盆栽试验所需要肥料的加入量（表1）。若土壤中某元素化学分析值高于3倍临界值，在OPT中不施，当低于3倍临界值时，结合其吸附曲线使在OPT中的量达到其3倍临界值。从OPT配方中除去或加入某一元素，构成元素的丰缺诊断处理。4种土壤的盆栽试验处理见表2。

用400ml黑色塑料钵，先将各待加养分元素配成溶液，一次性加入风干土中，室内放置阴干后充分拌匀，每钵按容重1.28g/cm³装土至300ml（土重384g/钵），均设12个处理，重复4次。先将一根长约12cm的过滤烟嘴从盆钵底部圆孔插入装土，留出约10cm与灌溉液相连，利用毛细管原理灌溉。开始播种时灌水按土重的20%计。缺N和CK处理用蒸馏水，其他处理用0.3g/L NH₄NO₃溶液作灌溉液。以高粱为指示作物，播入1cm土壤深处，每钵播种15粒，出苗后定苗至10株。当高粱达到最大生长量（约50d左右）时收获地上部分，在105℃下杀青，80℃下烘至恒重，称量植株的干物质重，以最佳处理的生物产量为100，计算各处理的相对产量。

2　结果与分析

2.1　供试土壤养分状况的评价

通过对原始土壤的化学分析，可初步明确土壤养分的丰缺状况及作物生长的限制因子。4种土壤的分析结果（表1）表明，N和S含量均低于对应的亏缺临界值，说明这两种元素在高寒阴湿区土壤中普遍缺乏；B、Cu、Fe和Zn元素含量均高于临界值；扁坡村黑麻土K含量低于临界值，P含量高于临界值，其余三种土壤K含量都高于临界值，P含量均低于临界值；另外，黑麻土中Mn的含量低于临界值，黄绵土和

表1　供试土壤养分含量及温室盆栽推荐加入量

Tab 1　Content of nutrient elements in soil and recommend amount added in pot experiment

表2　温室盆栽诊断试验方案

Tab 2　Treatments of green-house experiment and nutrient added

红黏土中Mn的含量都高于临界值。不同地域的土壤各元素的含量存在着一定的差异。土壤常规分析只能用于定性判别养分限制因子存在的可能性，但限制因子的亏缺程度及顺次，还需进一步验证。

2.2　4种土壤对营养元素的吸附能力

供试土壤几种元素的吸附试验表明，黑麻土、黄绵土、红黏土中加入的肥料P转化成不可提取的形态的分别为29%～58%、20%～48%、27%～40%；4种土壤中，何马家黑麻土对P的吸附及固定作用最强，其次为扁坡黑麻土和红黏土，黄绵土相对较弱（图1）。对K的吸附及固定（图2）扁坡黑麻土＞何马家黑麻土＞黄绵土，这与4种土壤钾的含量有关。S的吸附（图3）在扁坡黑麻土、红黏土中低量和高量时出现，何马家黑麻土、黄绵土则在高量时出现，何马家黑麻土＞红黏土＞扁坡黑麻土＞黄绵土。B的吸附在4种土壤中均未出现。4种土壤Cu的吸附及固定表现为黄绵土＞红黏土，两种黑麻土间差异不大，前两种土壤的吸附大于后两种（图4）。供试土壤对Mn的吸附很强（图5），当Mn的加入量≤20μg/ml时90%以上的被吸附固定，其中两种黑麻土表现尤为突出，黄绵土和红黏土吸附力相对较弱；但当Mn的加入量超过20μg/ml，吸附固定明显减弱。Zn的吸附（图6），红粘土和何马家黑麻土的曲线基本重合，黄绵土和扁坡黑麻土吸附力相近，其顺序为何马家黑麻土＞红黏土＞黄绵土＞扁坡黑麻土。

2.3　土壤中作物养分丰缺顺序

图1　P的吸附曲线

Fif1　Absorption curve of p

图2　K的吸附曲线

Fif1　Absorption curve of K

图3　S的吸附曲线

Fif1　Absorption curve of S

图4　Cu的吸附曲线

Fif1　Absorption curve of Cu

图5　Mn的吸附曲线

Fif1　Absorption curve of Mn

图6　Zn的吸附曲线

Fif1　Absorption curve of Zn

在常规分析和吸附试验的基础上进行盆栽生物试验，以便进一步确定各种养分的丰缺程度。对4种土壤的盆栽结果进行的方差分析表明（表3），扁坡黑麻土严重缺N、P，缺S、Zn，不施该两种元素分别减产63.64%和39.09%，均达到差异极显著水平；减S和减Zn分别减产18.64%和22.73%，+Cu、+Fe和+Mo处理分别减产25.91%、15.0%和13.0%，达差异显著或极显著，表明该土壤不缺Cu、Fe、Mo；-K、-Mn的处理较OPT分别减产4.09%、4.55%，可能是推荐处理中Mn估计不足。扁坡黑麻土养分限制因子及亏缺顺序为N＞P＞Zn＞S^[7]。

何马家黑麻土的养分限制因子是N、P、K、S、Mn和Zn，缺乏程度为N＞P＞K＞S＞ Mn＞Zn，从最佳处理OPT中分别减去N、P、K、S、Mn和Zn的处理，与OPT相比分别减产58.43%、25.2%、16.14%、30.31%、21.65%和25.59%，差异达显著或极显著水平；加入B、Cu、Fe和Mo的处理，分别较OPT减产25.59%、16.61%、32.28%和28.61%，差异达显著水平，说明土壤中不缺B、Cu、Fe、Mo四种元素。

表3　供试土壤盆栽试验结果

（注：①），②）：-K和+Cu为黑麻土，+K和-Cu为黄绵土和红黏土，其他处理都一样（下同）。）（Note:①），②）:-K and+Cu are in Haplic Kastanzens，+K and-Cu are in Calcaric Cambisois and Cumulic Anthrosols，the same is in other treatmens（the same as below）.

黄绵土在4种土壤中肥力水平最差，产量最低。该土壤N、P严重不足，B、Mo、K和S亦表现缺乏，亏缺顺序为P＞N＞B＞Mo＞ K＞S，土壤中不缺Cu和Zn。从最佳处理（OPT）中分别减N、P和S处理，植株的干物重比OPT分别下降了20.27%、28.38%和8.78%，+K、+B和+Mo的处理较OPT增加了11.49%、23.65%和21.76%，差异均达显著或极显著水平，说明土壤缺N、P、S、K、B、Mo等元素；-Cu、-Zn处理与OPT相比干重增加了25.68%、28.92%，差异达显著水平，说明土壤中不缺Cu、Zn。

红黏土的Fe、B、K、Mn和Zn可满足作物生长需要，N、P、Cu、Mo和S缺乏，其亏缺顺序为N＞P＞Cu＞Mo＞S，其中Mo应在重复试验中加入OPT。从最佳处理（OPT）中分别减N、P、S、Cu处理，植株干物质分别下降了63.64%、39.09%、8.06%、11.79%，差异达显著水平。

2.4　盆栽生物试验结果与土壤养分测定丰缺状况的关系

从表4可看出盆栽试验与实验分析有很好的一致性。4种土壤中，对所有测定结果含量低于相应亏缺临界值的元素而言，盆栽试验中从最佳处理中减去对应元素，植株干物质重均低于最佳处理（表4）。实验室测定结果不缺乏或与临界值接近时，则盆栽试验不施或加入对应元素处理的植株干物质重与最佳处理相比差异不明显。除红黏土中的加Cu，黄绵土中的减Zn处理较OPT增产外其余元素均表现出同样的趋势；测定结果高于2～3倍临界值，则在最佳处理中加入对应元素的植株干重显著降低，即产生毒害作用。

表4　实验室测定值与盆栽试验结果的比较

Tab 4 Comparison between results measured in lab and potted experiment

3　结论

甘肃高寒阴湿区4种土壤普遍缺N和P，其他元素的丰缺状况因土壤而异。扁坡黑麻土严重缺N、P，缺S、Zn，不缺Cu、Fe、Mo；何马家黑麻土的养分限制因子是N、P、K、S、Mn和Zn，缺乏程度为N＞P＞K＞S＞ Mn＞Zn，土壤中不缺B、Cu、Fe、Mo元素；黄绵土N、P严重不足，B、Mo、K和S亦表现缺乏，亏缺顺序为P＞N＞B＞Mo＞K＞S，土壤中不缺Cu和Zn；红黏土中的Fe、B、K、Mn和Zn可满足作物生长需要，N、P、Cu、Mo和S缺乏，其亏缺顺序为N＞P＞Cu＞Mo＞S。盆栽试验进一步验证室内分析结果，二者有很好的一致性。

建议在田间试验中侧重对扁坡黑麻土的N、P、S、Zn和Mn，何马家黑麻土的N、P、K、S、Mn和Zn，黄绵土的N、P、B、Mo、K和S，红黏土的N、P、Cu、Mo和S开展单因子或交互作用的深入研究。