日光温室钾镁配施对土壤固相和液相钾、钙、镁分配及比例的影响

闫 波，韩霁昌，陈竹君，蔡 苗，魏 样，王辉民，王欢元

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司, 陕西 西安 710000; 2.西北农林科技大学 资源与环境学院， 陕西 杨凌 712100)

土壤是由气相、液相和固相共同组成的复杂系统，其中，液相与固相是植物生长发育所需养分的主要供应源。土壤中的养分多以带电离子的形式被土壤胶体吸附，以此形态得以保存在土壤中。而被吸附的离子只有解离释放到土壤液相才能被作物吸收利用。因此，土壤液相与固相养分的分布与组成共同影响着养分的生物有效性[1-2]。近年来，杨凌日光温室栽培番茄等作物频繁出现典型的缺镁症状。据报道，作物缺镁会影响作物生长，影响作物对养分的吸收，严重时会造成减产[3-5]。缺镁症状的发生不仅与土壤固相交换性钾、钙、镁的含量与比例有关[6-9]，还与土壤液相钾、钙、镁的浓度与比例有关[10]，同时还与离子之间的拮抗作用有关[11-13]。而目前针对缺镁症状的研究主要集中在南方地区作物缺镁表现及矫正措施方面[14-16]，对北方地区钾、钙、镁养分在土壤固相及液相迁移与转化的研究较少。因此，有必要研究镁肥、钾肥配施对土壤固相及液相钾、钙、镁养分分配及比例的影响，以期为合理配施镁肥、钾肥和预防、矫正缺镁症状提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

番茄施用镁肥试验于2013年9月—2014年3月在陕西杨凌示范区五泉镇11号日光温室进行。该地区海拔约520 m，属半湿润半干旱区，典型的大陆性季风气候。年平均气温约13℃，年均降水量约620 mm，主要集中在7—9月，年均蒸发量约1 400 mm。温室建于2009年，温室长100 m，宽7 m，地面全覆盖聚乙烯薄膜，前茬作物番茄出现缺镁症。番茄定植时间为2013年9月17日，全部收获期为2014年3月5日。种植前温室土壤基本性质见表1。

表1 供试日光温室土壤基本性质

1.2 试验设计

试验设Mg、K肥两个因素，Mg肥设3个水平，分别用Mg0、Mg1、Mg2表示，钾肥设2个水平，分别用K1、K2表示，随机区组设计(表2)，组成4个处理，每个处理重复3次，随机区组排列，共12小区，小区面积15.08 m2。番茄采用宽窄行种植，行距分别为50 cm和80 cm，株距30 cm，每小区共计68株。肥料分为基肥和追肥，于不同时期施用。基肥施用云南牌磷肥(P2O5≥18%)，史丹利复合肥(N-P2O5-K2O含量为18-18-18)，共计135 kg·hm-2N、405 kg·hm-2P2O5和135 kg·hm-2K2O；追肥施用尿素(N≥46%)、圣诞树水溶肥(N-P2O5-K2O含量为16-8-34)和硫酸镁。具体施肥量见表2。基肥于8月25日一次施入土壤，追肥时分为3次分别于11月6日、11月18日、12月2日施入，每次施肥量相同。追肥采用滴灌+文丘里施肥器的水肥一体化系统施入土壤。灌溉时通过北京农业工程技术研究中心生产的温室环境自动监控系统读取田间土壤含水量(0～50 cm)，用水表控制灌溉总量，使0～50 cm土壤含水量达到田间持水量的80%。

1.3 测试项目及方法

土壤溶液提取：于12月3号第3茬果(盛果期)用环刀取鲜土150 g(相当于118 g干土)，在日立Himac2CR21型高速离心机上于25℃、相当于水吸力1.0×105Pa条件下离心，收集提取土壤溶液，测定土壤溶液中K+、Ca2+、Mg2+等离子组成。提取土壤溶液后的固相从环刀中取出，风干，粉碎过筛后保存，以备测定固相土壤交换性离子组成。

表2 各处理施肥量

土壤固相交换离子组成：交换性K+、Ca2+、Mg2+采用1 mol·L-1pH 8.2的醋酸钠反复交换至胶体上无Ca2+离子，交换溶液分别用火焰光度法测定K+，原子吸收分光光度法测定Ca2+、Mg2+。由于石灰性土壤交换性阳离子主要为K+、Ca2+、Mg2+，分别以K+/(K++Ca2++Mg2+)、Ca2+/(K++Ca2++Mg2+)和Mg2+/(K++Ca2++Mg2+)厘摩尔百分率代表交换性K+、Ca2+、Mg2+离子饱和度分别用CPSK+、CPSCa2+和CPSMg2+表示。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel和SAS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤固相及液相K+、Ca2+、Mg2+含量的影响

由图1、图2可知，随着镁肥施用量的增加，土壤固相交换性镁含量呈增加趋势，土壤液相Mg2+浓度显著增加，Mg1K2、Mg2K2处理土壤液相Mg2+浓度相比Mg0K2处理分别增加26.64%、74.78%。交换性钾含量呈降低趋势，相比Mg0K2处理，Mg1K2处理、Mg2K2处理交换性钾含量分别降低15.78%、27.74%，且差异达到显著水平；土壤液相K+浓度随着施用镁肥量的增加而显著增加，Mg1K2、Mg2K2处理K+浓度相比Mg0K2处理分别增加18.84%、73.91%，表明镁肥的施用促使钾由固相向液相转移，这可能是由于Mg2+为二价离子，相比一价离子K+更容易被土壤胶体吸附固定，施用镁肥后，Mg2+替代K+被土壤胶体吸附，从而使固相中的镁含量增加，钾含量减少，而被交换下的钾进入液相，使液相钾含量增加[6,17-19]。随着施用镁肥量的增加，土壤固相交换性钙含量无显著变化，液相Ca2+浓度变化趋势为：Mg1K2

图1 不同施肥处理土壤固相交换性K+、Ca2+、Mg2+含量(不同小写字母表示差异显著，P<0.05，下同。)

图2不同施肥处理土壤液相K+、Ca2+、Mg2+浓度

Fig.2 K+, Ca2+, Mg2+concentrations of soil liquid phase under different fertilization

2.2 不同处理对土壤固相交换性离子饱和度和液相离子比例的影响

表3显示，随着施用镁肥量的增加，土壤固相钾饱和度有降低的趋势，钙饱和度、镁饱和度有增加的趋势。Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1处理钾饱和度相比Mg0K2处理分别降低13.39%、27.21%、29.12%，其中Mg2K2、Mg2K1处理与Mg0K2处理差异达到显著水平。Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1处理钙饱和度相比Mg0K2处理分别提高1.43%、2.95%、1.14%，镁饱和度分别提高0.92%、1.45%、23.58%。镁的有效性与其饱和度及钾、钙饱和度有关，镁饱和度越高，钾、钙饱和度越低，则镁越容易被作物吸收利用。因此，施用镁肥有利于促进作物对镁的吸收。

表3 不同施肥处理土壤固相交换性K+、Ca2+、Mg2+饱和度

注：不同小写字母表示差异显著，P<0.05。下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference atP<0.05 level. The same as below.

由表4可以看出，与Mg0K2处理K+、Ca2+、Mg2+分别占总量的比例相比，Mg1K2、Mg2K2处理土壤液相中K+占K+、Ca2+、Mg2+总量的比例均显著增加，增幅分别为23.91%、31.21%，Mg2K1处理K+所占比例显著降低，相比Mg0K2、Mg2K2处理分别降低48.58%、60.81%，表明仅施用镁肥而不减少钾肥的施用对K+所占比例无显著影响，而减少施用钾肥可以大幅度降低土壤液相K+占K+、Ca2+、Mg2+总量的比例。Ca2+所占比例随着施用镁肥量的增加有降低的趋势，Mg1K2、Mg2K2处理相比Mg0K2处理显著降低，降幅分别为8.36%、9.29%，而Mg2K1处理与Mg0K2处理无显著差异，表明土壤液相Ca2+所占比例的变化是由K、Mg因素共同决定的。施用镁肥的3个处理Mg2+所占比例相比对照(Mg0K2处理)显著增加，Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1处理分别增加32.03%、31.62%、32.84%。综上所述，施用镁肥可以显著降低土壤液相K+、Ca2+、Mg2+总量中Ca2+所占比例、显著增加Mg2+所占比例，减少钾肥的施用可以显著降低K+所占比例。由于钾、钙与镁之间存在拮抗作用，施用镁肥、减少施用钾肥均有利于作物吸收镁。

表4 不同施肥处理土壤液相K+、Ca2+、Mg2+占总量的比例

2.3 不同施肥处理对土壤固相及液相离子比例的影响

作物对镁的吸收与Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例有关，比例越小，越有利于作物对镁的吸收。由图3可知，Mg2K1处理Ca2+/Mg2+比例相比Mg0K2处理显著降低，降低幅度达到16.89%，但4个处理之间土壤固相Ca2+/Mg2+比例差异不显著，表明仅施用镁肥对土壤固相Ca2+/Mg2+比例影响不明显，但施用镁肥的同时减少钾肥施用，能大幅降低土壤固相Ca2+/Mg2+比例。K+/Mg2+比例随着施用镁肥量的增加呈降低趋势，Mg1K2、Mg2K2处理K+/Mg2+比例相比Mg0K2处理分别降低14.52%、26.61%，其中Mg2K2处理与Mg0K2处理差异显著，Mg2K1处理K+/Mg2+比例为4个处理中最低，相比Mg0K2、Mg2K2处理分别降低41.94%、20.88%，表明施用镁肥能大幅度降低土壤固相K+/Mg2+比例，施用镁肥的同时减少钾肥的施用，对K+/Mg2+比例的降低作用进一步加强。随着施用镁肥量的增加，土壤固相Ca2+/K+比例有增加的趋势，Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1处理Ca2+/K+比例相比Mg0K2处理分别增加17.35%、42.39%、42.84%。

表5显示，Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1处理土壤液相Ca2+/Mg2+比例相比Mg0K2处理分别降低31.51%、32.29%、24.96%，施用镁肥的处理相比对照土壤液相Ca2+/Mg2+比例显著降低，表明施用镁肥可以显著降低土壤液相Ca2+/Mg2+比例。K+/Mg2+比例Mg0K2、Mg1K2、Mg2K2处理之间无显著差异，Mg2K1处理K+/Mg2+比例显著低于其它3个处理，为0.33，表明施用镁肥的同时减少钾肥的施用，可以显著降低土壤液相K+/Mg2+比例。Mg0K2、Mg1K2、Mg2K2处理之间土壤液相Ca2+/K+比例差异不显著，均显著低于Mg2K1处理，Mg2K1处理Ca2+/K+比例达到其它3个处理的2倍以上。

图3 不同施肥处理土壤固相交换性Ca2+/Mg2+、K+/Mg2+、Ca2+/K+比例

2.4 不同施肥处理对番茄产量及钾、钙、镁吸收的影响

番茄产量随着施镁量的增加有增加的趋势，Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1处理相比Mg0K2处理分别增产1.19%、3.19%、2.55%。随着施用镁肥量的增加，番茄钾含量及携出量差异不显著，番茄钙携出量及镁含量和镁携出量均随着镁肥施用量的增加而增加，Mg2K2处理镁含量及携出量最高，显著高于其它3个处理。虽然Mg2K1处理相比Mg2K2处理番茄钾、钙、镁含量显著降低，但与对照相比，钙、镁含量与携出量有所增加。综上所述，番茄施用镁肥具有一定的增产作用，并可以促进番茄对钙、镁的吸收。镁肥施用量以90 kg·hm-2硫酸镁肥最佳。

3 讨论与结论

1) 施用镁肥主要对土壤固相钾含量及液相钾、镁含量有影响。相比Mg0K2处理，Mg1K2处理、Mg2K2处理液相镁含量分别增加26.64%、74.78%，交换性钾含量分别降低15.78%、27.74%，液相钾含量分别增加18.84%、73.91%，镁肥施用促使钾素由固相向液相转移。

2) 镁肥施用可以显著降低土壤固相钾饱和度、K+/Mg2+比例和液相Ca2+/Mg2+比例，而对液相K+/Mg2+比例、固相Ca2+/Mg2+比例影响不明显。

3) 与对照相比，施用90 kg·hm-2硫酸镁肥的同时施用钾肥量减半处理，土壤固相交换性镁含量、饱和度分别提高20.12%、23.58%，但未达显著水平，液相镁浓度、Mg2+所占比例显著增加，增幅分别为38.58%、32.84%；土壤固相Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例分别降低16.89%、41.94%，土壤液相Ca2+/Mg2+比例降低24.96%，K+/Mg2+比例降低62.07%，均达到显著水平。

4) 番茄施用镁肥具有一定的增产效果，并能促进番茄对镁素的吸收。钾肥施用减半后，作物并未减产，且镁携出量相比对照增加。

研究表明，植物对镁素的吸收主要与土壤中镁含量、镁饱和度、Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例有关，当土壤中镁含量低于50～60 mg·kg-1，或者镁饱和度低于6%～10%时[22-24]，或者Ca2+/Mg2+比例高于7时，或者K+/Mg2+比例高于0.4～0.7时[25]，作物就可能会出现缺镁症状。据此分析，4个处理固相交换性镁含量处于不缺镁水平，但镁饱和度、Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例均处于缺镁水平。施用镁肥有利于土壤Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例的降低，镁饱和度增加，并能增加番茄镁素吸收量，对矫正缺镁症状具有积极作用。本研究中，施用90 kg·hm-2硫酸镁肥效果最佳。根据种植番茄前后土壤养分含量变化分析，镁饱和度、K+/Mg2+比例变化的主要原因是土壤钾含量的大量增加。因此，在施用镁肥的同时减少钾肥的施用，是调节土壤镁饱和度、K+/Mg2+比例，矫正缺镁症状的关键。综合考虑番茄产量、镁吸收量及肥料成本，施用90 kg·hm-2硫酸镁肥并将钾肥施用量减半(200 kg·hm-2)为最佳处理。

表6 不同施肥处理对番茄产量、钾钙镁含量及镁携出量的影响

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