1、喀斯特農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境鈣鎂補(bǔ)償研究高尚玉 畢 坤(貴州省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站)(貴州省地礦局地質(zhì)科學(xué)研究所)主后詞： 鈣鎂補(bǔ)償 農(nóng)業(yè)生態(tài) 喀斯特內(nèi)容提要 鈣鎂是農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的主量元素，在喀斯特農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中鈣鎂的賦存、遷移、平衡能否滿(mǎn)足農(nóng)作物生長(zhǎng)的需要，是一個(gè)研究很薄弱的問(wèn)題。本文應(yīng)用鈣鎂遷移轉(zhuǎn)化的垂直剖面變化，闡述其自巖石、土層、農(nóng)作物的賦存狀況及供需平衡關(guān)系，初步總結(jié)出碳酸鹽巖富鈣鎂，土層貧鈣鎂，農(nóng)作物需鈣鎂的生態(tài)特征，以所掌握的資料，提出該區(qū)缺鈣鎂的認(rèn)識(shí)，并采取相應(yīng)的補(bǔ)償對(duì)策，改善缺鈣鎂的生態(tài)環(huán)境。 由酸鹽巖為物質(zhì)基礎(chǔ)形成的喀斯特農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，是在特定的地質(zhì)、地貌、土層、地球化學(xué)、植被、氣候、水

2、文等因子對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效應(yīng)綜合反映而賦予的獨(dú)特內(nèi)函。在喀斯特分布占全省面積70左右的貴州，其特點(diǎn)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(fù)雜。尤其是農(nóng)作物根系生長(zhǎng)的巖石及土層，在成巖過(guò)程和成土過(guò)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(xiàn)在鈣鎂含量更為短缺，難以滿(mǎn)足農(nóng)作物生長(zhǎng)之需。 關(guān)于喀斯特農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境缺鈣鎂的問(wèn)題，一般難以理解，習(xí)慣認(rèn)為富鈣鎂的碳酸鹽巖區(qū)應(yīng)是高鈣鎂區(qū)，以為鈣鎂在土層中含量也高，而忽略了成土過(guò)程中鈣鎂易流失的問(wèn)題。兩者之間形成了一個(gè)誤區(qū)。筆者從工作實(shí)踐及收集有關(guān)資料進(jìn)行研究，初步認(rèn)為該環(huán)境碳酸鹽巖富鈣鎂，土層貧鈣鎂

3、，農(nóng)作物需鈣鎂，并提出補(bǔ)償鈣鎂的措施。由于資料少，所得結(jié)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(wàn)km2以上，各地區(qū)均分析過(guò)CaO、MgO的含量，但分散在各種普查找礦、喀斯特研究報(bào)告中，難予匯總，唯“黔南巖溶研究”中9，系統(tǒng)地測(cè)試分析了不同時(shí)代地層的碳酸鹽巖剖面CaO、MgO的含量(表1)，所得結(jié)果基本反映其化學(xué)成分。CaO加權(quán)平均含量為25275563，MgO加權(quán)平均含量為01266，CaOMgO為13830766，說(shuō)明各類(lèi)碳酸鹽巖鈣鎂含量較高，成為該兩元素的貯存庫(kù)。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(qū)第四系松散堆積，可分為由碳酸鹽巖風(fēng)化形成的原地堆積層，主要為黃、黃棕、紅色粘土、亞粘土、砂質(zhì)粘土，是貴州土壤的最大底土層，地質(zhì)上常稱(chēng)殘積層。第二類(lèi)為近源和遠(yuǎn)源搬運(yùn)堆積在碳酸鹽巖分布區(qū)的不同顏色的亞砂土，亞粘土、砂礫層等，稱(chēng)異地堆積層，成因?yàn)槠路e，沖積、洪積、湖積等類(lèi)型。前者因碳酸鹽巖成巖過(guò)程中物質(zhì)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(yùn)過(guò)程中帶來(lái)了較多的礦物巖石，其中礦物元素含量相對(duì)增加，礦物營(yíng)養(yǎng)元素較富，自然肥力較高。兩種堆積類(lèi)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(tài)環(huán)境。貴州中部高原喀斯特區(qū)六枝、貴陽(yáng)、凱里

5、一線(xiàn)以南，采集了27個(gè)原地堆積土樣，測(cè)試CaO的含量為0.060.87，MgO的含量0.671.94(表2)。貴州省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所對(duì)貴州省主要土類(lèi)背景值研究結(jié)果，CaO的區(qū)域平均值為0.41，MgO的區(qū)域平均值為0.89。不同土類(lèi)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(pán)水野鐘自然保護(hù)區(qū)石炭系灰?guī)r成土富集系數(shù)，Ca為0.3l，Mg為0.050.25，比Sl、Al、Ti、Fe低若干倍。茂蘭自然保護(hù)區(qū)石灰?guī)r的成土富集系數(shù)，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(zhì)研究中一測(cè)

6、試了十三個(gè)點(diǎn)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(gè)點(diǎn)在碳酸鹽巖區(qū)，CaO平均為0.2，MgO平均為0.89。貴州草海第四紀(jì)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(dāng)時(shí)沉積環(huán)境中碳酸鈣的富集與風(fēng)化型的粘土有差異。但CKl5孔表層全新世的泥炭及有機(jī)質(zhì)粘土，CaO含量?jī)H0.97。上述可以看出，表土層是一個(gè)鈣鎂貧乏層。3、 耕作土層中鈣鎂有效態(tài)含量據(jù)已收集的礦物元素有效態(tài)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(xiàn)將僅有的黔南煙草地質(zhì)種值試驗(yàn)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(zhuǎn)換系數(shù) 在黔南煙草地質(zhì)研究中，分別測(cè)試了巖石、土層中鈣鎂的有效態(tài)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(tài)含量的比值，土層有效態(tài)與土層含量的比值，土層與巖石中含量的比值(表6)所得結(jié)果反映其轉(zhuǎn)換關(guān)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(hào) 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(xué)分析結(jié)果表 表3 貴州不同土類(lèi)及不同母巖土壤鈣鎂元素

11、背景值（%）元素名統(tǒng)計(jì)單元樣品數(shù)分布類(lèi)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?guī)r 71 L 0.058.88 0785 2.74 O096，94 第四系 26 B0.050.85 010 0.9 O05048 頁(yè) 巖 29 B 0.051.67 011 0.2 0

13、050?5沖積母質(zhì) 14 N 0.051.25 046 0.38 005一122 砂頁(yè)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?guī)r 71 N 0.214.06 142 0.88 021318 第四系 27 L 0.421.96 0801 1.495 036一179 頁(yè) 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(yè)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(shù) 母巖 地點(diǎn) 項(xiàng)目 Si02 Fe2O3 A12O3 CaO MgO K2O TiO2 P2O3白 石 巖畢 拉 坳土壤 巖石 系數(shù)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(shù) 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(lèi)區(qū)耕作土鈣鎂含量及有效態(tài)含量 含量()木老坪玉華小開(kāi)洲新華董嶺雞場(chǎng)七克麻翁王宋廣農(nóng)沙子關(guān)龍昌長(zhǎng)虹村平均CaO0553183200170260100260520320040。100.160.120.68MgO2431472454590390170740830350400321.010.121.16Ca()(有效態(tài))001380.021800083001540008000970017590123 001001130.004MeO(有效態(tài))001500103

16、900630.009400100012000500143001450.01470.0125表6 鈣鎂在垂直剖面的轉(zhuǎn)換系數(shù)表 元 素木老坪玉華小開(kāi)洲新華 董嶺 七克 王宋 麻萌沙子關(guān) 廣農(nóng)Ca烤煙土層有效態(tài) 163 78 240 106 230 183 221 74 177 203土層有效態(tài)土層 003001021006005006005005005009土層巖石 003273 0290007 0003 00070006 0009 0005Mg烤煙土層有效態(tài) 34 35 45 45 26 39 19 42 19 28土層有效態(tài)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(yáng)離子交換量的比值百分?jǐn)?shù)，土壤的肥力與鹽基離子交換量成正比，與陽(yáng)離子交換量成反比。換句話(huà)說(shuō)，鹽基離子越高，礦物營(yíng)養(yǎng)元素越多，有效性越高；陽(yáng)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(chǎn)生缺鈣癥。目前僅收集到梵凈山區(qū)鈣的飽和度平均值為10.5%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于65的下限。鎂的飽和度平均值為305，也較低。陽(yáng)離子交換量與土壤肥力分為三級(jí)，大于20mmollOOg的土為強(qiáng)肥力，1020mmollOOg的土為

18、中等肥力，小于10mmol100g的土為弱肥力，據(jù)遵義地區(qū)土壤，水稻土、旱土，自然土大于20mmollOOg的土陽(yáng)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(yáng)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(yáng)離子交換量和鹽基飽和度，對(duì)單項(xiàng)鹽基離子的飽和度，因工作量大，難予進(jìn)行。6 農(nóng)作物對(duì)鈣鎂的需求量鈣鎂是農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的主量元素，缺乏或過(guò)量對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)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(jù)黔南烤煙鈣鎂元素測(cè)定，鈣在28個(gè)元素總量中占18一32，鎂在28個(gè)元素中占總量的

19、03一65，經(jīng)統(tǒng)計(jì)50以上的烤煙缺鈣鎂，補(bǔ)償鈣鎂可提高烤煙質(zhì)量。 農(nóng)作物的鈣鎂需求量可用吸收系數(shù)表示，六盤(pán)水野鐘自然保護(hù)區(qū)植物的吸收系數(shù)如表7，黔南烤煙吸收系數(shù)如表8。鈣和鎂的吸收系數(shù)大于其他元素，農(nóng)作物吸收鈣鎂量較大，說(shuō)明需要量也高，體現(xiàn)了鈣鎂元素在農(nóng)作物中的主量地位。表7 野鐘保護(hù)區(qū)植物吸收系數(shù)(植物土壤)(%) 項(xiàng)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(shù)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(shù)(烤煙土壤)() 項(xiàng)目 Ca Mg Al Si Fc Ti Mn Na 烤煙192034002026002000400l0.004 土壤03080523312287052005 0.15 系數(shù)640430004000800070007 02