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Mathayo Mpanda Mathew,Amos E. Majule,Robert Marchant,Fergus Sinclair那 “坦桑尼亚乞力马扎罗山坡斜坡土壤微量营养素浓度的变异性“,应用与环境土壤科学那 卷。2016那 文章ID.9814316那 7. 页面那 2016. https://doi.org/10.1155/2016/9814316/9814316
坦桑尼亚乞力马扎罗山坡斜坡土壤微量营养素浓度的变异性
抽象的
尽管少量需要,土壤微粉粉是植物生长的重要因素。微量营养素的缺乏可能导致严重的作物失败,而过度的水平会导致健康危害;因此,调查其在农业土地中的地位至关重要。从680到1696 M A.L的高度梯度建立五十个地块。在坦桑尼亚乞力马扎罗山的斜坡上。在每种图中的四个位置处的顶部(0-20cm)和Substhils(21-50cm)上进行染色土壤。傅里叶变换中红外(FT-MIR)光谱和湿化学用于土壤分析。结果表明,TOPSOIL中微量营养素的平均浓度为FE(mgkg.-1),Mn(mgkg.-1),Zn( mgkg-1),b(mgkg.-1)和铜(mgkg.-1).微量营养素的变化通过升高没有统计学不同(DF = 41,)通过土壤深度(DF = 49,).微量营养素之间的相关性对于Fe具有重要意义与Mn(那),B与Zn(那),B与Cu(那和cu与Zn(那).相关的微量营养素暗示它们受到类似因素的影响。土壤pH用B,Fe和Mn与Cu和Zn负相关,因此可能影响其可用性。因此,需要足够水平维持微量营养素的需要至关重要。管理干预可包括通过在较高的升高和在低地掺入有机物中来调节土壤pH通过降低酸度。
1.介绍
土壤养分是支持植物生长和作物产量的重要元素[1].将土壤养分维持在足以容纳宏观和微观养分的水平,仍然是确保作物持续产量的先决条件[2那3.].通常,大量要求的Macronuriver是许多干预措施的焦点,与少量所需的微量营养素不同[4.-6.].在撒哈拉以南非洲,土壤不孕症仍然是负责农作物衰退的关键因素之一[7.那8.].由于作物多样性减少等各种因素造成的土壤不孕症的挑战,导致了各种干预措施的应用,包括使用无机肥料和使用豆科物种的农林复合做法[9.-11.].
植物所需的微量营养素数量非常少,足够、不足和有毒水平的阈值也非常接近。一些综述性研究已经总结并提出了基于提取方法的微量营养素范围[4.那12.].土壤微量营养素的主要来源是来自母体材料和腐殖质中的有机形式的无机形式,但缺乏或毒性主要是归因于母体材料[13.那14.].此外,在调节微量营养素中起重要作用的因素包括土壤pH,氧化态,有机物,菌根,有机化合物和螯合物的稳定性[15.那16.].
大多数土壤的微量元素含量各不相同,微量元素供应不足令人担忧[17.].微量营养素的缺乏可能导致严重的作物失败;因此,试图改善作物生产和土壤管理[18.-21.]必须符合微量营养素修正案[22.那23.].
通常,土壤营养素的浓度受土壤类型,气候,地形和管理措施的影响[24.-26.].例如,下降植被覆盖和重度降水可以加速微量营养素浸出。对微量营养素的浸出的增加是由于它们在溶液中的自由离子或可溶性配合物的发生[27.].因此,由于倾斜地形的地表径流和山谷底部的沉积,微营养素沿海拔转移需要适当的土壤管理措施,以解决养分转移和作物产量[28.].
在坦桑尼亚,很少有研究试图评估与支持作物生产有关的土壤微量营养素的浓度。这一趋势导致了对各种农业土壤中微量元素的现状和变异性的部分了解[18.那29.那30.].因此,本研究旨在确定沿塔尼曼山山山山山坡的土壤微量营养素的浓度水平和变异性。产生的信息可用于规划土壤管理干预措施,以维持土壤微生物的足够水平,并解决研究现场的缺陷。
2.材料和方法
2.1.研究网站
该研究在塔坦桑尼亚北部Moshi Roych Charts山脉沿乞力马扎罗山南坡沿田园山脉进行(图1).一般来说,研究现场的土壤源于丰富的火山岩和锰[32.那33.].乞力马扎罗山是一个由莫桑比克腰带的先锋岩石岩石包围的东非裂谷中发现的斯特拉托沃山脉[32.那34.].整个研究区域的水文过程非常复杂,包括强降水和深层地下水渗入[35.].乞力马扎罗地区的总人口为1,640,087,平均家庭规模为4.3 [36.].Chagga部落是研究地点的主要居民,其他种族包括Pare和Taita。
2.2.土地利用系统
研究横断面分为基于高度,气候和土壤的三个土地利用区。这些土地利用区在农业系统中表现出变化,分为高地(高地),米德兰(中间区)和低地。
普满位于1438和1696 m a.s.l.土壤由腐殖质鼻炎占主导地位[6.那37.].平均年度温度为24°C,每年1250到2000毫米的降雨范围[38.-40].地形是平缓的斜坡。Chagga家庭菜园系统是占主导地位的农业系统,包括以香蕉种植园和咖啡为主要作物的多层农林复合系统。家畜的饲养是通过零放牧来完成的。对于奶牛来说,它包括弗里斯、泽西、埃尔郡以及改良品种和当地品种的杂交品种(乞力马扎罗瘤牛)。其他牲畜包括肉牛、奶羊和肉羊、绵羊和猪。也有空地用于饲料和玉米种植。其他分布在农场的农作物包括山药、圆薯和蔬菜[40那41.].
米德兰建立了高地和低地汇集的过渡。它位于900到1438 m a.s.l之间[40].主要土壤是卓越的phaeozem [6.那37.].年平均气温26°C,年降雨量1000-1200毫米[38.那39.].地形是平缓的斜坡。Chagga Homegarden和玉米独球分泌系统的混合物是主要的农业系统。作为移动落水,玉米是非常主要的,使得该区域部分被称为玉米带。发现的其他作物包括咖啡,香蕉,豆蔻和豆类,它们在一起。牲畜保存是员工喂养和开放场地放牧的混合,主要物种是牛,山羊和羊。
低地区延伸低于900米A.L.每年降水量为400-900毫米,平均温度为33°C [40].主要土壤包括饱和冲积土[6.那37.].地形是平淡和平坦的。主要年度作物包括向日葵,棉,玉米,高粱,木薯,水稻和鸽子豌豆。自由牲畜主要是牛奶的土着品种(乞力马扎罗Zebu),山羊和羊在农作物后普遍练习农场后的农场[40].
2.3。土壤采样与分析
沿着25公里长期预选的横断25公里,从680到1696 M A.L:12个地块,在米德兰的14个地块,24岁,在米德兰的24块,24岁,沿着60公里的预选横断板建立了50公里。用于土壤采样的非洲土壤信息系统(AFSIS)方案适用于倒置的Y形设计在每个图中的采样4个子镜子中使用倒置的y形设计[42.].使用螺旋钻和取样板在顶部(0-20cm)和底层(21-50厘米)上进行采样。将土壤分开混合在桶中,用于制备复合样品的子和表土。用于将每个样品减少到500克,每个样品从每个曲线的顶部和底层中减少到500克[43.].样品用拉链袋包装并标记。然后使用木擀面销将样品风干,研磨,并通过2mm筛网筛分。
2.3.1。光谱数据分析
取自所有地块和土壤深度的风干子样品,每个约20克装入4口井中。然后,在内罗毕的世界农林中心(ICRAF)土壤-植物光谱诊断实验室(布鲁克Optik GmbH, Germany)使用傅立叶变换中红外反射光谱在4001.6 - 601.7 cm波段范围内对土壤进行分析[44.])。扫描土壤样品32次及其四个光谱平均,以考虑样品内的可变性和井中的粒度和包装的差异[43.].
2.3.2。参考土壤分析
在内罗毕作物营养实验室中随机选择约30%的土壤副回物作为校准组[45.].通过标准电位法使用土壤 - 水比例为1:2的水平/体积的水平级测量法分析土壤pH [43.].采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析微量元素(B、Cu、Fe、Mn和Zn),采用Mehlich 3-稀释氟化铵- edta和硝酸铵[46.].
2.3.3。化学计量分析
化学计量程序用于分析来自土壤光谱的数据和参考土壤样品的测量值。通过立方平滑花键处理土壤光谱,然后使用“使用”21个数据点的平滑间隔“拍摄第一种衍生物。trans“功能在”soil.spec“在R-软件中。然后通过使用偏重的方格回归使用反射谱的第一衍生物校准测量的土壤性质[47.-49.].发育的回归模型用于预测土壤性质(表1)对于其余的样本及其相关系数()及校正均方根标准误差(RMSEC): 在哪里是预测的参考值,是测量的参考值,是样品的数量,和是模型中使用的主要组件数。
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笔记.Fe:铁;Mn:锰;Zn:锌;B:硼;和铜:铜。 |
2.4。统计分析
为土壤性质计算了描述性统计(最大,最小,最小,最小和平均值,标准偏差,次峰,刚性症和变异系数)。非参数kruskal-wallis测试(测定土壤微量元素含量与海拔和土壤深度的关系。皮尔森相关性用于比较具有不同维度单位的变量[50.],以确定土壤pH值与微量元素之间的关系,以及微量元素之间的相关性。所有统计分析均使用R-statistics软件[48.].
3.结果
相关系数()的校准湿化学和MIR结果(表1)B和土壤pH很大(= 0.78和0.93),表明湿化学和MIR分析程序之间的大相关。Cu,Fe,Mn和Zn的结果显示介质相关性(= 0.31-0.46)。
B,Cu,Fe,Mn和Zn的浓度随整个仰角范围的土壤深度而变化(表2).本研究观察到微量营养素浓度的变异(表2)范围由不足至充足不等,如其他研究认为植物生长所需[12.].
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笔记.max =最大,min =最小,SE =平均标准误差,std. dev. =标准差,CV =变异系数。 |
除硼外,表层土壤中Cu、Fe、Mn和Zn的平均浓度均高于底土2)越过高地。然而,表层和底层土壤浓度的变化差异不显著(测试:DF = 49,).散骨对表土呈阳性(1.2-2.0)和Substhils(0.99-2.05),除了靠近对称分布的Fe。所有土壤微量营养素都阳性阳性阳性,表明尖锐的分布,底层中的Fe除外(表2)阴性,表明更容易分布。
土壤微量营养素表明高可变性,特别是对于B,Cu,Mn和Zn的浓度(CV> 0.5)。然而,浓度水平与海拔没有显着差异(测试:DF = 41,).这意味着浓度水平在海拔内部和海拔之间是不同的,进一步通过散点图表明(图)2).
土壤pH在高地酸性强烈酸性,估计值为5.2,并在低地的值为9的碱性碱性(表格)2, 数字2).同样地,土壤pH与B,Fe和Mn的正相关和与Cu和Zn的负相关(表3.).这意味着土壤pH对研究现场的土壤微量营养素的可用性影响。
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笔记.(价值),大幅度,. |
发现微量营养素之间的相关性对Fe具有统计意义与Mn,B.与Zn,B.与铜,铜与Zn,暗示这些相关的微量营养素受到类似因素的影响。
4。讨论
B,Cu,Fe,Mn和Zn的平均浓度()被发现是足够的范围(表2),而B的最小水平(0.000078 mgkg-1),Cu(0.75 mgkg-1)和Zn(0.92 mgkg-1)表明缺陷。微量营养素的缺乏,充足和毒性范围非常小[4.那12.];因此,了解其适当的土地管理的集中级别非常重要。总之,本研究观察到的微量营养素的浓度水平与坦桑尼亚的其他研究相似[30.那51.].
在高海拔中土壤pH低(表2, 数字2),由于母体材料的性质以及导致浸出基础阳离子的平均年降水量,较高的Al贡献。在较低的升高,土壤pH是碱性的;这是由于随着蒸发的倾斜和土壤沉积和其暴露于表面的可易换碱度的浓度增加。因此,土壤pH值随着升高而增加。
土壤pH指示的图案恰逢微量营养素的可用性的变化(图2),暗示它有直接影响。其他研究表明,土壤pH值通过有利于加速氧化、沉淀和固定的条件来影响微量元素的有效性[5.那17.].发现B,Mn和土壤pH的阳性相关性(表3.),从而为它们的供应提供了有利条件。已知B、Mn和Fe的溶解度随土壤pH的降低而增加[52.].
土壤pH值与Zn、Cu呈负相关(表2)3.).这表明研究区高海拔的强酸性和低海拔的碱性条件降低了Zn和Cu的有效性(图)2).盐渍土倾向于增强Cu和Zn的不溶性氧化物和氢氧化物的形成,这限制了它们的可用性[4.].此外,我们的观察结果表明Cu远低于60 mgkg-1.60 mgkg以上的任何浓度-1被认为是有毒的,并且与之前观察不同,邻近农场的Cu水平传输有限[30.].
研究现场微量营养素之间的相关性(表3.)可以解释它们之间的关系,从而提高它们的可用性。例如,众所周知,高浓度的Mn和Fe会抑制锌和铜等可提取的重金属[53.].但是,这并非如此,因为这些元素之间存在差和统计学上的关提觉(表格3.).因此,其他因素包括土壤pH,仍然是责任。此外,存在Fe和Mn之间的正和显着相关性(表3.),强调了Mn影响Fe的可得性这一事实。这意味着,在相同的土壤pH水平下,如前所述,增加锰浓度可能会增加铁的有效性[54.].
表层土壤的微量元素含量高于底层土壤(见表)2)但虽然差异没有统计学意义(测试:DF = 49,).这意味着沉积和分解有机物的沉积和分解在表土中较高,因此有助于释放微量营养素[1那55.].此外,在三种土地用途中,淋滤并没有将可提取的微量元素从表层移到地下。这在一定程度上可以解释为在900米a.s.l.以下由于干燥条件和高密实性造成的土壤排水较少。同样,在900米a.s.l.以上,农场由Chagga家庭花园组成,保持较高的植被覆盖率,估计在10%以上[39.,通过增加凋落物、覆盖物和根系产量来减少淋滤[56.].
在同一海拔(图2),一些土壤微量营养素显示出浓度水平的差异。这可能可以通过地貌的差异来解释,特别是在与本地化管理相关的山区。它已被注意到另一个研究中,地形和土地利用对土壤化学性质的影响有影响[57.].同样,由于地形的不同,在坦桑尼亚Usambara山区也观察到土壤微量元素变异的差异[18.].
平均而言,土壤微量元素的足够浓度水平(表2)提供植物制作和人类健康的前景。马拉维的一项研究指出,富含微量营养素的土壤影响了它们在食物作物中的浓度[14.];因此,观察到的Fe浓度(表2)可能导致在研究区内解决Fe缺乏饮食。已经确定Fe缺乏是坦桑尼亚的严重问题,影响了所有女性的30%,并负责50%的贫血,由于低食品的食物耗材低消耗[58.].
5.结论
研究区域中的土壤微量营养素随深度和高度而变化,尽管变化没有统计学意义。B,Cu,Fe,Mn和Zn的平均浓度足以支持植物生长的范围。土壤pH从高酸度下降到低酸度的下坡增加,以低升高到低地的强碱。显示土壤pH与B,Fe和Mn正面与Cu和Zn带负相关。微量营养素之间的相关性对于Fe具有重要意义与Mn,B.与Zn,B.与铜,铜与锌。土壤微量元素的相关性表明它们受到相似因素的影响。土壤pH影响土壤微量元素的有效性,包括限制B、Cu和Zn。提高研究区域的作物产量需要考虑土壤管理,以维持足够的微量元素水平,并解决某些地区B、Cu和Zn的不足。管理措施可能包括通过在高海拔地区施用石灰和在低地地区添加有机物来降低土壤的酸度,从而降低土壤的pH值。在低地施用有机质可确保微量元素以足以支持植物生长的水平缓慢释放。
相互竞争的利益
提交人声明他们没有竞争利益。
致谢
这项工作是博士的一部分。由标题为“气候变化对非洲东非生态系统服务和粮食安全的影响(芝麻).” CHIESA was funded by the Ministry for Foreign Affairs of Finland and coordinated by the International Centre of Insect Physiology and Ecology (ICIPE) in Nairobi, Kenya. World Agroforestry Centre and CGIAR’s CRP program on Humid Tropics supported Mathayo Mpanda Mathew in various capacities. Special thanks are due to Fortunatus Muya, Jimmy Sianga, Wilson Mchomvu, and Andrew Sila for assistance in field and laboratory work.
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