天津滨海新区盐碱土壤钙素形态特征研究

赵 杰，肖 辉，王立艳，李梦琦，张 慧，王晓风

（天津市农业科学院农业资源与环境研究所，天津 300192）

天津濒临渤海，海拔低、地下水位高、矿化度大，土壤盐渍化严重。由于受土壤盐渍化的影响，作物吸收养分困难、生长受到抑制、产量明显偏低，长期以来，一直是限制天津市农业发展的重要因素。

钙是植物必需的营养元素，在植物生长发育、生理代谢和应对环境胁迫中起着重要的调控作用［1］。地壳中平均含钙量3.25%，含量列于第5 位［2］。土壤含钙量可以从痕量到4%以上，其决定于母质、气候及其他成土因素，土壤中全钙含量决定着土壤的潜在供钙能力。土壤中钙有4 种存在形态，即有机物中的钙、矿物态钙、代换态钙和水溶性钙［3］。有机物中的钙主要存在于动植物残体中，占全钙的0.1%～1.0%。矿物态钙占全钙量的40%～90%，是主要钙形态。土壤含钙矿物主要是硅酸盐矿物，如方解石碳酸钙及石膏硫酸钙等，这些矿物易于风化或具一定的溶解度，并以钙离子形态进入溶液，其中大部分被淋失，一部分被土壤胶体吸附成为代换钙，代换钙占全钙量的20%～30%。代换钙占盐基总量的大部分，对作物有效性好［4］。水溶性钙含量为每公斤几毫克到几百毫克。土壤的有效钙一般指交换性钙和水溶性钙。水溶性钙指存在于土壤溶液中的钙，是植物可直接利用的有效态钙。

大多数土壤含钙量较高，表土平均含钙量可达1.37%，土壤溶液中钙的含量约为0.01 mol/L，正常条件下能够满足大部分作物的需要［5］。一般大田作物缺钙的现象并不多见，但在含钙较少的酸性沙质土壤上，种植需钙多的花生、蔬菜、果树等作物时应重视钙的供应。此外，石灰性土壤上的果树、蔬菜也出现了缺钙现象，如苹果的苦痘病或水心病，鸭梨的黑心病和桃树缺钙果实的顶腐病及缺钙造成的大量落叶［6］，蔬菜中的番茄［7，8］、甜椒脐腐病［9］，大白菜干烧心［10］等，也很常见，不仅影响产量，而且会使果实品质变差，且不耐贮藏。

针对滨海盐碱土壤中钙素缺乏的问题研究较为鲜见，因此，本研究针对滨海新区蔬菜缺钙现象，研究滨海新区盐碱地区土壤盐碱对钙素形态的影响，以期为滨海新区植物钙素营养的调控提供依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

供试土壤均取自天津滨海新区大港农场，该地区属温带大陆性季风气候，滨海冲积平原，年降雨量为570～690 mm，但分布不均，70%集中在6—8 月，年均蒸发量为1 100 mm，地下水位为0.9～1.5 m；土壤属中壤、氯化物型盐渍化土壤。2018 年9 月在大港农场选择7 个代表性样地，每个样地间距超过150 m。每个样地间隔20 m 随机选取4 个1 m×1 m样方，采用直径5 cm 的土钻采集0～20 cm 的表层土壤，共得到28 个土壤样品。土样经风干后，磨细过2 mm 筛备用。

1.2 测定项目及方法

土壤全盐采用5∶1 水土比（质量比）浸提，残渣烘干法测定；pH 采用2.5∶1 水土比（质量比）悬液电位法测定；土壤全钙采用HNO3-HClO4消煮法；交换性钙采用1 mol/L 乙酸铵浸提；水溶性钙采用5∶1 水土比（质量比）浸提；溶液中钙素含量测定均采用原子吸收分光光度计法。

1.3 数据处理与分析

数据统计分析包括线性相关、回归分析等均由Microsoft Excel 软件和SPSS 21.0 软件完成。

2 结果与分析

2.1 土壤不同形态钙素的含量

对采集的28个土样进行分析测定，结果如表1所示。滨海新区盐碱土壤全钙含量为23.25～42.73 g/kg，平 均 值 为32.23 g/kg。23.25～30.00 g/kg 与30.00～42.73 g/kg 所占比例均约为50%，表明滨海新区盐碱地全钙含量较丰富。交换性钙含量变化范围较小，为5.00～7.28 g/kg，占全钙比例为16.03%～25.41%；水溶性钙含量变化较大，变化范围为11.80～562.40 mg/kg，占全钙比例为0.050%～1.930%。

表1 不同盐分梯度盐碱土壤全钙、交换性钙、水溶性钙的含量

2.2 全盐含量和pH 对盐碱土壤钙素形态的影响

2.2.1 全盐含量对盐碱土壤钙素形态的影响 如图1所示，全钙含量与土壤全盐含量无显著关系。钙是易移动的元素，土壤全钙含量主要受地球化学作用的影响，仅与成土过程、母质有关［2］。

图1 全盐含量与钙素形态的关系

全盐含量与水溶性钙含量呈极显著正相关，这说明盐渍化程度越高的土壤中，溶液中的钙含量越高。全盐含量与水溶性钙含量之间的关系可用方程y= 431.8x-69.21（R2=0.794 5**）加以拟合。土壤溶液中钙的浓度在石灰性土壤中受土壤空气中二氧化碳分压所左右，在非石灰性土壤中，钙离子则受土壤盐基交换作用所制约［11］。因而在盐渍化土壤中，水溶性钙含量较高。

全盐含量与交换性钙含量呈显著正相关，全盐含量与交换性钙含量之间的关系可用方程y=1.21x+5.84（R2=0.306 4）加以拟合。钙吸附解吸与土壤环境的关系密切，土壤溶液中钙浓度通常通过与土壤胶体上吸附的交换性钙的平衡来调节。钙在阳离子交换位上的饱和度、陪伴离子、钙与交换位结合的特性，以及溶液中阴离子浓度都会影响溶液中钙的浓度。一价代换性K+和Na+存在时可显著抑制代换钙的解吸，而二价Mg2+的抑制作用则不明显［12，13］。因而盐渍化条件下尽管土壤交换性钙含量充足，但有效性小。

2.2.2 pH 对盐碱土壤钙素形态的影响 由图2 所示，土壤pH 与全钙和交换性钙含量无显著关系，而与水溶性钙含量呈极显著关系。用二次方程y=1 332x2-22 956x+98 940（R2=0.554 7）模拟可知，土壤pH 在8.00～8.65 时，水溶性钙含量随着pH 降低而显著增高，这是因为土壤中氢离子含量增加导致土壤中含钙物质的溶解。当pH 超过8.65 时，水溶性钙含量则呈一定的上升趋势。

图2 pH 与钙素形态的关系

2.3 土壤全钙、交换性钙、水溶性钙之间的相关性

如图3 所示，水溶性钙含量与全钙含量显著相关，拟合方程为y= -2.182x2+143.17x-2 114.1（R2=0.201 0）。当全钙含量在33 g/kg 以下时，水溶性钙含量与全钙含量呈显著正相关；当全钙含量在33 g/kg 以上时，水溶性钙含量与全钙含量呈显著负相关。交换性钙含量与全钙含量极显著相关，可用方程y= -0.009 4x2+0.707 6x-6.231 9（R2=0.748 1）加以拟合。当全钙含量在37 g/kg 以下时，交换性钙含量随全钙含量的增加而升高；当全钙含量在37 g/kg以上时，交换性钙含量则呈缓慢下降趋势。水溶性钙含量与交换性钙含量呈极显著正相关，可用方程y= 0.004 5x5.297（R2=0.319 2）加以拟合。本研究中，土壤全钙、交换性钙、水溶性钙三者两两之间均呈显著相关性，因为全钙是补充不同形态钙的基础。矿物态钙是钙的主要形态，是交换性钙的重要来源，因此土壤全钙与交换性钙呈显著正相关［14］。土壤中的交换态钙和水溶态钙保持着动态平衡，交换态钙易于迁移和被植物吸收利用，当水溶态钙因被植物吸收或淋失而浓度降低时，交换态钙即释放到土壤中进行补充。

图3 土壤全钙、交换性钙、水溶性钙的关系

3 讨论与小结

钙在植物中起着不可估量的作用。钙能稳定细胞膜、细胞壁，还参与第二信使传递，调节渗透作用，具有酶促作用等；钙对生物膜的完整性具有重要作用［15］。土壤交换性钙含量是评价土壤供钙能力的一个重要指标，它与植株叶片的含钙量和植株叶片的吸钙量存在一定的相关性。导致植物钙缺乏有2个原因，一是土壤缺钙，主要发生于酸性沙质土壤，导致水稻、小麦、玉米和棉花生长和结实受阻，花生空壳等。另一个原因是生理缺钙，尽管土壤含钙丰富，但是果树和蔬菜常出现钙缺乏现象。对于大多数作物和土壤而言，交换性钙高于2.0 cmol（1/2Ca2+）/kg时土壤不至于缺钙，小于1.4 cmol（1/2Ca2+）/kg 时，钙肥对花生有增产效果［16］，但也有一些并不一致。植物根系从土壤中吸收营养物质时，各元素间存在拮抗作用和协同作用，一般来说，阳离子与阳离子之间、阴离子与阴离子之间存在拮抗作用，低价位离子Na+和K+对高价位离子Ca2+具有明显的拮抗作用［12］。研究表明，小麦根在含NaCl 的培养液中吸收大量的Na+和Cl-，而对Ca2+的吸收减少。补充CaCl2后细胞内的Cl-和Na+含量明显减少，质膜相对透性下降，Ca2+吸收增加［17］。

本研究中滨海盐碱地交换性钙含量与全盐含量呈显著正相关，且含量充足，但同时钙吸收受到高含量盐分离子的抑制，导致能被植物吸收利用的量减少，可通过增施外源钙以防止植物缺钙。交换性钙含量与土壤pH 无显著关系，而水溶性钙含量在一定范围内随pH 降低而增加，建议通过改良盐碱地降低pH［18］，减缓缺素症状。