1、喀斯特農業生態環境鈣鎂補償研究高尚玉 畢 坤(貴州省環境監測中心站)(貴州省地礦局地質科學研究所)主后詞： 鈣鎂補償 農業生態 喀斯特內容提要 鈣鎂是農作物生長所需的主量元素，在喀斯特農業生態環境中鈣鎂的賦存、遷移、平衡能否滿足農作物生長的需要，是一個研究很薄弱的問題。本文應用鈣鎂遷移轉化的垂直剖面變化，闡述其自巖石、土層、農作物的賦存狀況及供需平衡關系，初步總結出碳酸鹽巖富鈣鎂，土層貧鈣鎂，農作物需鈣鎂的生態特征，以所掌握的資料，提出該區缺鈣鎂的認識，并采取相應的補償對策，改善缺鈣鎂的生態環境。 由酸鹽巖為物質基礎形成的喀斯特農業生態環境，是在特定的地質、地貌、土層、地球化學、植被、氣候、水

2、文等因子對農業生產效應綜合反映而賦予的獨特內函。在喀斯特分布占全省面積70左右的貴州，其特點是山多地少，土層薄，土地自然肥力低，植被覆蓋率低，垂直氣候變化大，水文條件復雜。尤其是農作物根系生長的巖石及土層，在成巖過程和成土過程中礦物元素含量先天不足及可溶性礦物流失，使土層中礦物元素貧乏，最突出地表現在鈣鎂含量更為短缺，難以滿足農作物生長之需。 關于喀斯特農業生態環境缺鈣鎂的問題，一般難以理解，習慣認為富鈣鎂的碳酸鹽巖區應是高鈣鎂區，以為鈣鎂在土層中含量也高，而忽略了成土過程中鈣鎂易流失的問題。兩者之間形成了一個誤區。筆者從工作實踐及收集有關資料進行研究，初步認為該環境碳酸鹽巖富鈣鎂，土層貧鈣鎂

3、，農作物需鈣鎂，并提出補償鈣鎂的措施。由于資料少，所得結論是否正確，還須深入研究，此文僅供參考。 1 富鈣鎂的碳酸鹽巖 ，貴州碳酸鹽巖分布面積12萬km2以上，各地區均分析過CaO、MgO的含量，但分散在各種普查找礦、喀斯特研究報告中，難予匯總，唯“黔南巖溶研究”中9，系統地測試分析了不同時代地層的碳酸鹽巖剖面CaO、MgO的含量(表1)，所得結果基本反映其化學成分。CaO加權平均含量為25275563，MgO加權平均含量為01266，CaOMgO為13830766，說明各類碳酸鹽巖鈣鎂含量較高，成為該兩元素的貯存庫。表1 震旦系第四系碳酸鹽巖CaO、MgO、酸不溶物平均含量表2、 第四系松散

4、堆積層的鈣鎂含量喀斯特區第四系松散堆積，可分為由碳酸鹽巖風化形成的原地堆積層，主要為黃、黃棕、紅色粘土、亞粘土、砂質粘土，是貴州土壤的最大底土層，地質上常稱殘積層。第二類為近源和遠源搬運堆積在碳酸鹽巖分布區的不同顏色的亞砂土，亞粘土、砂礫層等，稱異地堆積層，成因為坡積，沖積、洪積、湖積等類型。前者因碳酸鹽巖成巖過程中物質成分較單一，成土后礦物元素含量低，影響自然肥力。后者在堆積、搬運過程中帶來了較多的礦物巖石，其中礦物元素含量相對增加，礦物營養元素較富，自然肥力較高。兩種堆積類型的共同特征，都具有可溶性鈣鎂等元素大量流失，硅鋁大量富集，成為缺鈣鎂的生態環境。貴州中部高原喀斯特區六枝、貴陽、凱里

5、一線以南，采集了27個原地堆積土樣，測試CaO的含量為0.060.87，MgO的含量0.671.94(表2)。貴州省環境保護科學研究所對貴州省主要土類背景值研究結果，CaO的區域平均值為0.41，MgO的區域平均值為0.89。不同土類和不同母巖形成的土壤，CaO和MgO的含量列入表3，可看出鈣、鎂含量一般較低。六盤水野鐘自然保護區石炭系灰巖成土富集系數，Ca為0.3l，Mg為0.050.25，比Sl、Al、Ti、Fe低若干倍。茂蘭自然保護區石灰巖的成土富集系數，Ca為0.0240.03，Mg為0.1251.28，排在Si、Al、Ti、Fe、K、P之后(表4)相差十分懸殊。黔南煙草地質研究中一測

6、試了十三個點的資料(表5)，CaO為0.04一3.20，平均為0.68，MgO為0.17一4.59，平均為1.16。后十個點在碳酸鹽巖區，CaO平均為0.2，MgO平均為0.89。貴州草海第四紀湖相沉積粘土CKl7孔厚78m，CaO為1.0519.97，平均為8.01，CKl5孔厚73m，CaO含量0.97一11.61，平均為2.45。Ca的含量較高，反映當時沉積環境中碳酸鈣的富集與風化型的粘土有差異。但CKl5孔表層全新世的泥炭及有機質粘土，CaO含量僅0.97。上述可以看出，表土層是一個鈣鎂貧乏層。3、 耕作土層中鈣鎂有效態含量據已收集的礦物元素有效態在土層中的含量，以K、P、N、B、Mo

7、、Zn、Mn、Cu、Fe、稀土為較多，而主量元素Ca、Mg則很少，現將僅有的黔南煙草地質種值試驗的資料列如表5，平均含量Ca為0.012，Mg為0.009。 4、 鈣鎂在垂直剖面中的轉換系數 在黔南煙草地質研究中，分別測試了巖石、土層中鈣鎂的有效態及烤煙垂直剖面的鈣鎂元素含量，然后用烤煙與土層有效態含量的比值，土層有效態與土層含量的比值，土層與巖石中含量的比值(表6)所得結果反映其轉換關系，明顯地看出巖石富鈣鎂，土層貧鈣鎂，烤煙需鈣鎂的特征。 元 素含 量剖面號 Si02 Fe203 Al2O3 CaO MeO S P K Hg Cu Pb Zn Cd Cr N CO MO A F()Mg/K

8、gYQ4 31.06 3182 13.07 15，40 28.6733.93 0.06 0.11 0.67 0.94 0.014 0043 0.051 0124 1.25 1.76 0.54 0.74 95.0 1100 42 854 208 453 3.0 4.8 100.0108.0 80 233 18 185 4.04 5.4 70 99 1600 2700YQ5 383l 4295 1328 149426.882804 01l 024 079 088 0018 0018 0039 0047 117 134 062 068 100 118 59 139 240 293 26 34 800

9、 950 109 178 33 100 3.4 4.9 43.9 57.2 1250 1400YQ7 5445 1039 1800 087 109 0017 0069 149 013 95 53 147 1，8 930 76 40 1.4 155 1700YQ9 2998 17513183 008 091 0，0ll 0064 154 104 118 12l 355 26 850 143 63 52 787 2200YQ1044.71179934，14010090001301331410452234464893898320168315352700YQ12 649l 747 1622 004 0

10、88 0010 0026 174 008 45 57 90 16 67 8 7 1.6 332 900YQ1543.17 1062 2659 015 215 001l 0023 4。03 032 92 107 255 28 75 12l 80 32 469 4200YQ1848879462359010194 0010 0033 372 024 74 146 162 12 71 68 82 27 415 3300YQ304195165723390041142 0058 09806 56 147 636 33 696 2250表2 黃紅色粘土化學分析結果表 表3 貴州不同土類及不同母巖土壤鈣鎂元素

11、背景值（%）元素名統計單元樣品數分布類型 全 距 背景值 背景值范圍 X或G S或SgCaO 紫色土 19 B 0.055.07 019 1.72 005363 水稻土 49 L 0.052.49 0395 2.588 006265 石灰土 38 L 0.197.60 1253 2.280 024651 黃 壤 64 B 0.050.46 006 0.11 O05028 黃棕壤 15 N 0.050.66 028 0.20 005068 紅 壤 29 B 0.050.17 005 0.04 005013MgO 紫色土 19 N 0.603.99 212 0.91 030394 石灰土 38 L

12、 0.27一4.06 429 1.916 039525 水稻土 50 N 0.2l一2.18 109 0.43 023195 黃 壤 63 L 0.241.96 0664 1.484 030一146 黃棕壤 15 N 0.451.82 105 0.8 029一181 紅 壤 30 L 0.260.91 0459 1.09 023091CaO 砂 巖 42 B 0.050.47 005 0.3 005031 石灰巖 71 L 0.058.88 0785 2.74 O096，94 第四系 26 B0.050.85 010 0.9 O05048 頁 巖 29 B 0.051.67 011 0.2 0

13、050?5沖積母質 14 N 0.051.25 046 0.38 005一122 砂頁巖 32 B 0.051.66 007 0.44 005095MgO 砂 巖 43 B 0.241.84 049 0.45 024一l；39 石灰巖 71 N 0.214.06 142 0.88 021318 第四系 27 L 0.421.96 0801 1.495 036一179 頁 巖 30 L 0.3l一3.05 O938 1.889 026335沖積母巖 14 N 0.421.66 100 0.41 018一1.82 砂頁巖 32 B 0.333.99 074 1.13l 0333.00表4茂蘭石灰土

14、的成土富集系數 母巖 地點 項目 Si02 Fe2O3 A12O3 CaO MgO K2O TiO2 P2O3白 石 巖畢 拉 坳土壤 巖石 系數4847 079 6135830 058 143l1997 0，65 3072 076 3164 00242，45 1960 0125O34 00S 567154 004 3850014 001 140 序列Si02TiO2Al2O3Fe2O3P2O5K2OMgOCaO 石 灰 巖 瑤 寨 土壤 巖石 系數 4545 083 5476 834 014 5957 2659 055 4835 1585430 003 195 152 128 055 003

15、 1833 142 006 2366 006 001 60序 列Fe2O3SiO2Al2O3TiO2K2OP2O5MgOCaO表5 黔南不同巖類區耕作土鈣鎂含量及有效態含量 含量()木老坪玉華小開洲新華董嶺雞場七克麻翁王宋廣農沙子關龍昌長虹村平均CaO0553183200170260100260520320040。100.160.120.68MgO2431472454590390170740830350400321.010.121.16Ca()(有效態)001380.021800083001540008000970017590123 001001130.004MeO(有效態)001500103

16、900630.009400100012000500143001450.01470.0125表6 鈣鎂在垂直剖面的轉換系數表 元 素木老坪玉華小開洲新華 董嶺 七克 王宋 麻萌沙子關 廣農Ca烤煙土層有效態 163 78 240 106 230 183 221 74 177 203土層有效態土層 003001021006005006005005005009土層巖石 003273 0290007 0003 00070006 0009 0005Mg烤煙土層有效態 34 35 45 45 26 39 19 42 19 28土層有效態土層 0008002 00l0003 004 002 005 0007

17、 008 003 土層巖石 1007126 O8 58 19 004 04 25 0035 鈣鎂離子在土層中的飽和度 土壤中的鹽基飽和度，代表鹽基離子交換量與陽離子交換量的比值百分數，土壤的肥力與鹽基離子交換量成正比，與陽離子交換量成反比。換句話說，鹽基離子越高，礦物營養元素越多，有效性越高；陽離子交換量越大，其有效肥力也越高。鈣的飽和度一般為6585表示充足，低于65則鈣量不足，產生缺鈣癥。目前僅收集到梵凈山區鈣的飽和度平均值為10.5%,遠遠低于65的下限。鎂的飽和度平均值為305，也較低。陽離子交換量與土壤肥力分為三級，大于20mmollOOg的土為強肥力，1020mmollOOg的土為

18、中等肥力，小于10mmol100g的土為弱肥力，據遵義地區土壤，水稻土、旱土，自然土大于20mmollOOg的土陽離子交換量為其面積的179。黔東南州水稻土及旱土大于20mmol100g的土陽離子交換量為本州面積的159。貴州全省耕土面積80左右屬土壤肥力中下水平。土壤普查的成果只反映陽離子交換量和鹽基飽和度，對單項鹽基離子的飽和度，因工作量大，難予進行。6 農作物對鈣鎂的需求量鈣鎂是農作物生長所需的主量元素，缺乏或過量對其產品質量皆有影響，不同的作物佳濃度含量各異，烤煙中鈣的最佳濃度值為23，鎂為o。4一15，據黔南烤煙鈣鎂元素測定，鈣在28個元素總量中占18一32，鎂在28個元素中占總量的

19、03一65，經統計50以上的烤煙缺鈣鎂，補償鈣鎂可提高烤煙質量。 農作物的鈣鎂需求量可用吸收系數表示，六盤水野鐘自然保護區植物的吸收系數如表7，黔南烤煙吸收系數如表8。鈣和鎂的吸收系數大于其他元素，農作物吸收鈣鎂量較大，說明需要量也高，體現了鈣鎂元素在農作物中的主量地位。表7 野鐘保護區植物吸收系數(植物土壤)(%) 項目 Ca Mg Al Si Fc Ti Mn NO 植物 10 5 05 10 015 005 003 015 土壤 01 05 2 10 4 05 015 003 系數100 10 025 1 004 01 02 5 順序Ca(100)Mg(10)Na(5)Si(1)Al(0.25)Mn(02)Ti(01)Fc(004)表8 黔南烤煙吸收系數(烤煙土壤)() 項目 Ca Mg Al Si Fc Ti Mn Na 烤煙192034002026002000400l0.004 土壤03080523312287052005 0.15 系數640430004000800070007 02