甘肅隴東地區紫花苜蓿草地土-草礦質養分 含量及其相關性

李滿紅，師尚禮，張英俊，魚小軍

(1.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業 可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.中國農業大學，北京 100083)

土壤養分是土地生產力的基礎，是植物生長的必要條件，也是衡量土壤質量好壞的重要指標[1]，其質量的優劣直接關系到農產品的質量安全，人類的健康以及社會經濟的可持續發展[2]。紫花苜蓿(Medicagosativa)是一種多年生豆科植物，粗蛋白質含量高[3]。氮是植物體內許多重要有機化合物的組分，對植物生命活動，產量形成和品質優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能力。迄今為止，國內外專家學者對土壤重金屬和作物中礦質元素的研究越來越多[6-10]。我國學者對草地土壤微量元素特征也進行了一些研究，其中潘峰等[11]對隴東塬區土壤和農作物微量元素富集能力的分析認為，根部對其富集能力高于地上部分。近年來，我國學者對紫花苜蓿和土壤養分相關性也進行了一些研究，賈蕓等[12]研究表明，紫花苜蓿的葉片N、P含量與土壤N、P含量均無顯著相關性，而紫花苜蓿葉片的N∶P值與土壤P含量呈顯著性相關。韓冬梅[13]在其研究中發現，植物全磷含量與土壤全磷含量呈正相關，植物鉀與土壤全鉀為負相關。也有研究報道土壤全磷和速效磷都與產量具有顯著的正相關關系，但是針對土壤全量與苜蓿全量養分相關性的研究較少，結論也不盡相同[14]。

目前，針對農作物和土壤營養元素含量和相關性的研究主要集中在N、P、K速效養分及其肥料效應方面，對其全量含量和相關性的研究較少。微量元素Fe、Mn、Cu、Zn的研究多集中在對土壤性質的變異特性及其重金屬污染等方面，偏重于其全量的分析，對紫花苜蓿和土壤有效量的含量特征和相關性的研究還較少。通過測定土壤和苜蓿中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性，以期為評價隴東地區苜蓿草地土-草養分的虧缺、土壤元素供給特征、苜蓿品質及健康水平提供依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區位于甘肅省隴東地區的慶陽市和平涼市，屬于甘肅黃土高原溝壑區，區內塬(梁)川(溝)相間，塬川高差400 m，塬區土壤以黃棉土為主，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涼市涇川縣，海拔930～1 462 mm，年平均氣溫10℃，年降水量555 mm，年日照時數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，年日照時數2 179 h；環縣，海拔1 200～1 700 m，年平均氣溫9.0℃，年降水量430 mm，年日照時數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，年日照時數2 400 h進行試驗。

1.2 樣品采集

對研究區為高原溝壑地形特征和土壤為黃綿土為主的調查基礎上，兼顧苜蓿的刈割次數和苜蓿生長的年限等特征，分別在環縣的洪德鄉、樊家川、天池鄉，合水的固城、段家集、何家畔，涇川的豐臺、高平、汭豐，莊浪的盤安、臥龍、南湖進行采樣，測定苜蓿和土壤大量和微量元素的含量。采樣時間為2013年10月初(表1)。

表1 試驗地取樣點的位置

1.3 土壤樣品

采集0～20 cm土壤，每個采樣點選擇當地具有代表性的苜蓿種植區地塊，每個地塊采用5點取樣法取樣后組成1個混合樣品，每個采樣點采集3個混合土壤，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，采樣點遠離路邊、溝邊及肥堆邊，土壤樣品去除石塊等雜質后在實驗室自然陰干、碾碎，過 2 mm尼龍篩，密封備用。試驗共采集土壤樣品36個。

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，放入烘箱中進行105℃殺青，65℃烘干至恒重。

1.5 試驗方法與數據處理

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

1.5.2 數據處理 應用 SPSS 17.0對所有數據進行統計分析，進行單因素方差分析(one-way ANOVA)、檢驗各樣點之間指標的顯著性以及相關性分析。圖表采用WPS軟件數據處理和圖形繪制。文中數值均以平均值±標準誤表示。各縣苜蓿草地相同礦質元素均需進行土-草之間的相關性分析。

2 結果與分析

2.1 土壤礦質養分

隴東地區土壤全氮平均含量為1.21 g/kg，莊浪>環縣，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，各樣點間差異不顯著(P>0.05)；全鉀的平均含量為19.32 g/kg，各樣點之間的差異不顯著(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、環縣、涇川均差異顯著(P<0.05)，但合水、環縣、涇川之間差異不顯著。有效態錳的平均含量為28.21 mg/kg，莊浪、涇川>環縣、合水，差異顯著(P<0.05)，但莊浪和涇川，合水和環縣之間差異不顯著。有效銅含量為1.91 mg/kg，涇川>環縣，差異顯著(P<0.05)，但環縣、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、環縣，差異顯著(P<0.05)，但莊浪、涇川、環縣之間差異不顯著(P>0.05)。

表2 試驗地各樣點土壤礦質養分含量

注：同行不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 紫花苜蓿礦質養分

紫花苜蓿全氮的平均含量為27.51 g/kg，環縣的含量最高，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，樣點之間的差異均不顯著，且各樣點苜蓿植株中氮、磷、鉀含量，鉀最高(表3)。

試驗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，各樣點間差異不顯著；有效銅平均含量為0.47 mg/kg，各樣點之間差異不明顯。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為有效鐵>有效錳、有效鋅、有效銅(表3)。

表3 試驗地各樣點紫花苜蓿礦質養分含量

2.3 土壤和紫花苜蓿大量元素含量的相關性

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

土壤微量元素和苜蓿微量元素含量的相關性分析表明，環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出顯著正相關(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出極顯著正相關(P=0.002)，其他樣點并未表現出顯著相關性(表4)。

表4 隴東地區土壤和苜蓿礦質養分含量的相關系數(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 土壤中營養元素含量特征

土壤養分是土壤肥力的重要組成，是作物高產穩產的基礎條件。在水、熱、氣等條件協同適宜的前提下,土壤養分含量和供應狀況直接影響作物生長發育和產量高低。土壤養分狀況也是合理施肥的直接依據。

隴東地區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年時的19.55 g/kg和1998年時的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。

土壤有效鐵平均含量為10.0 mg/kg，屬于白由路等[19]報道得出的2等范圍，表現為缺乏，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，表現為適中，由此可見，隴東地區土壤有效錳極度充足，有效銅、有效鋅適中，有效鐵缺乏。

3.2 苜蓿中營養元素含量特征

參照美國農學會、作物學會和土壤學會2004年出版的《Alfalfa management Guide》中的組織分析診斷表[20],對隴東地區紫花苜蓿營養現狀進行評價。

診斷表中氮素適中下限為25 g/kg,釆樣點氮素平均含量為27.51 g/kg。磷素適中下限為2.5g/kg,采樣點磷元素最高含量為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，隴東地區苜蓿的氮素含量高于診斷表低的上限，表現為適中，磷素明顯低于診斷表低的上限值，表現為缺乏，鉀素高于診斷表中高的下限值，表現為充足。

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，該區苜蓿中鐵、錳、銅、鋅含量都表現為缺乏。

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K素的需求量高于其他任何一種元素且苜蓿的高產是建立在高K的基礎上，這與結果相符。在任何一個采樣點，苜蓿中微量元素含量由高到低的順序為鐵、錳、鋅、銅，這與方勇等[22]報道結果相符，且有效鐵含量明顯高于其他微量元素，說明苜蓿對鐵的需求量高于錳、銅、鋅、銅。謝開云等[14]通過對甘肅紫花苜蓿的調查研究表明，甘肅省苜蓿植株中鐵、錳、銅鋅的含量整體表現為缺乏，這與此次研究結果一致。

3.3 土壤與苜蓿營養元素含量的相關性

鄭子英[23]報道兩年以上的紫花苜蓿對氮肥不敏感。賈恒義等[24]通過紫花苜蓿對氮、磷、鉀肥的效應研究認為，氮肥對紫花苜蓿的生物性狀表現為負效應。陳玉福等[25]的研究報道，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]研究發現，在不同類型土壤上施磷肥苜蓿的增產效果不同,苜蓿對磷的響應很大程度上取決于土壤性質。賈蕓等[12]研究報道，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。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，植物鉀與土壤全鉀為負相關。可見，土壤氮與苜蓿氮、土壤磷與苜蓿磷是正相關還是負相關還有待進一步研究。該區土壤和紫花苜蓿的有效鐵的含量呈顯著正相關(P<0.05),土壤和紫花苜蓿有效鋅的含量呈極顯著正相關(P<0.01)。

4 結論

(1)土壤N素含量高于我國平均水平，表現適中，P素低于我國平均水平，表現為缺乏，K素略低于我國平均水平；土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn與白由路[19]建立的我國苜蓿地土壤養分5級標準相比，Fe、Mn、Cu、Zn含量表現為錳極富、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，Fe、Mn、Cu、Zn含量均低，且由高到低的順序為Fe>Mn>Zn>Cu。苜蓿對K素含量高于所測其他任何一種元素。

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