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土壤研究
使用土壤溶液取样器进行土壤采样和测试解释

 

概要

· 土壤测试是一种有用且相对便宜的管理工具,用于种植者评估其田间作物养分水平。
· 适当的土壤取样方法和时间有助于确保测试结果的可靠性,从而做出与肥料和石灰等土壤投入相关的明智决策。
· 标准土壤测试通常评估pH值,缓冲液pH值,有机物质,阳离子交换容量,磷,钾,钙,镁和碱的饱和度。
· 单纯微量元素土壤测试通常不是预测潜在微量营养素缺乏的可靠工具。组织测试,土壤性质和生长条件一起是更完整的诊断方法。
关键的营养水平(低于此点的作物产量可能迅速下降)和作物去除率对于确定施用于田地的施肥量和频率是有用的。

       种植者必须有效地管理田间投入,同时降低产量损失的风险,从而在季节之后实现盈利能力最大化。肥料是生产过程中的重要可变成本,可用工具评估其需求。本作物见解将描述土壤测试,报告解释和评估北美作物肥料需求的最佳管理措施。

土壤测试 - 选择实验室

       主管分析实验室在质量标准控制的环境中使用严格的标准化方法; 所有这些对于可靠和可比较的数据对于实地知情决策都很重要。一些商业实验室也存在,一些授权学院也有实验室。种植者可以从审查选择土壤测试实验室的注意事项和技巧中受益(Diedrick,et al。2010)。
由于存在高度可变性和可疑精度的风险,在园艺中心发现的土壤测试套件和试纸不能代替专业的测试实验室分析。一项良好的实验室检测报告与一项手术的化肥和石灰投资量相比是一项小投资。一旦选择了实验室,必须收集并处理好质量样品以进行准确的分析。

样品采集

       无论采样计划是随机的还是精确管理系统的一部分,都需要收集并提交清晰具有代表性的样本,以获得可靠的结果。以下是获取代表性样品进行分析的一些最佳管理实践。

使用土壤溶液取样器进行土壤采样和测试解释
图1.玉米收获后的土壤取样。农作物残留物被移到一旁,以便准确确定土壤有机质。
· 对于给定的场地,每2到4年进行一次土壤采样; 每年抽样很少增加额外的信息。
· 农作物不在田间生长的样本(适用于标准土壤采样)。
· 避免在最近使用化肥,肥料或石灰材料的地方使用。
· 每年在同一时间举行实地调查,以便随着时间的推移分析更具可比性。在下一次作物之前3至6个月进行采样将有足够的时间进行任何pH或营养调整。对于许多作物而言,这次是深秋收获后。
使用土壤溶液取样器进行土壤采样的操作说明
图2.采用已安装的液压采样器对大场进行土壤采样。
· 彻底清洁土壤探测器或仪器以清除所有残留的土壤或碎片。它不会大量使用异物来显着污染样品。
· 确保采样容器的清洁程度相似,以防止污染。塑料或不锈钢容器比其他材料更可取。
· 将残留物,碎片和任何植物从样品地点的土壤表面移开。否则会导致不正确(太高)的有机物质测量。
· 从6到8英寸的深度拉土芯,或深度到发生土壤混合的犁层。长期免耕田,多年生牧草,垄作耕作以及类似系统也可以在较浅的深度上采样,以注意土壤pH值在最高2至4英寸内的任何变化。
· 在20英亩或更少的土地上获得15到20个土芯。对于较大的区域,即使场地看起来均匀,也要提交多个样本以获得更准确的土壤信息。
· 样品的核心混合良好。通常情况下,样品可以在混合后发送潮湿。对于标准的土壤测试,空气干燥是允许的,但不加热核心以加速干燥。
· 按照土壤实验室的说明书提交,使用实验室推荐或提供的容器。

典型的标准土壤测试报告

       大多数实验室都提供“标准土壤测试”,涵盖一系列对农业决策非常重要的土壤化学测量。尽管一些实验室有所不同,通常包括pH值,缓冲液pH值,阳离子交换容量(CEC),碱饱和度,有机物质(OM)和常量营养素磷(P),钾(K +),钙(Ca 2+)和镁(Mg 2+)。在当地实验室的标准测试中,在盐度和碱度更普遍的平原和西部地区,电导率,可溶性盐,钠(Na +)和氯离子(Cl -)也可以报告。
硝酸盐(NO3-)和硫(S)通常不是标准测试的一部分,但被认为是常量营养素。一些地区使用硝酸盐测试来进行植物前期氮(N)管理和季节内调查决定,但各地区的建议不尽相同。

测试值的解释

       pH值是衡量物质酸度的指标。pH值以数字表示,而不是百分比或其他数量。pH等级上的7.0值被认为是中性的,即该物质既不是酸性也不是碱性的。pH值越小,表示H +离子和酸度越高。土壤溶液的酸性会影响植物生存和繁殖所需的许多物理,化学和生物反应。最佳pH值因作物和地区而异,但通常在6.0至7.0 pH(微酸性)之间,尽管苜蓿在pH 6.8至7.0之间繁茂。
使用土壤溶液取样器进行土壤采样的数据
图3.土壤pH值对植物养分的相对可利用性。
       
       缓冲液pH值
 - 一旦确定需要调节pH值,缓冲液pH值就会显示进行调节所需的石灰材料的量。低缓冲液pH值表明需要更多石灰材料来提高pH值,而不是更高的缓冲液pH值。
在这种情况下,“缓冲”是指土壤“补给”酸度的能力,并且是土壤中铝(Al 3+)矿物质和H +的功能(并且与CEC有关)。如果土壤的缓冲性很差(砂质),需要较少的石灰质材料将pH提高到一定水平,而不是高度缓冲的土壤(粘质土)。一些土壤测试可能将缓冲液pH值报告为石灰测试指数,或LTI,其仅仅是缓冲液pH值乘以10。
       有机物质 - 以百分比表示,OM是土壤样品的非矿物质含量,通常由燃烧来确定。有机质有许多功能,包括持水能力,养分循环,促进土壤结构和CEC。
       CEC - 阳离子交换容量以每100克土壤毫克当量计量。CEC主要由土壤中的粘土矿物学和OM水平决定。阳离子交换容量表示土壤中可以保持阳离子或带正电的离子(如Ca 2 +,Mg 2 +,Mn 2 +,Zn 2 +,K +,H +和Al 3+)的静电荷位置的量度。
       对于土壤颗粒上的每个“等效”带电位点,可以保持一个正电荷(由这些离子上的上标数字表示)。在K +的情况下,K +离子具有单一正电荷,并由一个CEC站点持有。对于Ca 2+离子,需要两个CEC位点来保持一个Ca 2+离子,三个C 3+位点以及Al 3+等。
       土壤中更高的CEC值代表更多的营养阳离子附着能力。例如,高CEC土壤在理论上可以承载许多K +离子,但是需要更多的K +作为肥料施用以填充位于土壤颗粒表面上的位点,之后它容易释放到土壤溶液中并被植物吸收。
P -磷报道于p艺术p ER  100万年(PPM)或每英亩磅(每英亩1磅= 2百万分之一)。这不是对土壤中总磷的测量,但它是对植物可用的磷的估算值。测试程序利用与植物根可能发生的P吸收相关的提取剂。该值报告土壤测试          为“ 提取磷并非所有的实验室使用相同的过程; 有些可能会使用Bray-Kurtz P1,Mehlich III,Olsen或其他程序。报告的P值将根据测试程序而变化,并且不能直接相互比较。
P是植物中的重要元素,因为它是DNA,RNA,能量转移分子ATP以及氨基酸和蛋白质的一部分。
        K + - 钾以ppm或lb /英亩的“可交换性K”报告。像P一样,土壤样品中的所有K +都不可用于植物。大部分K被锁定在矿物结构中,有些可从粘土边缘缓慢获得,其他K +离子可能附着在CEC上(可交换),并易于流向土壤溶液。K +萃取溶液测量K +,该K +可以很容易地从CEC转移到土壤溶液中,模拟土壤中根系可能存在的过程。
        钾在植物中的水分调控和酶激活中至关重要。植物气孔是用于气体交换的叶片中的开口,通过K +进出开口周围的细胞来打开和关闭。
        植物秸秆中的钾(以及其他营养物质)或土壤表面上的残留物可以通过降雨事件和残留物分解(有时包括残留物中高达80%的K)循环回到土壤中。如果土壤取样前收获后很少或没有降雨发生,由于缺乏循环,报告的K +值可能低于预期。干燥的条件也会限制缓慢提供的K +向CEC的移动。
        Ca 2+ - 土壤钙含量以ppm或lb /英亩报告,有时列为“可交换的钙”。钙在许多矿物质土壤中是常见的元素,虽然它们可能发生在某些地区,但在pH 5.5以上的大多数土壤环境中缺乏这种缺陷。对疑似Ca 2+缺陷的最容易的修正是用石灰化合物提高土壤pH值,并且在≥200-300ppm时认为Ca 2+是足够的。钙对于植物细胞壁结构,细胞分裂和许多酶促过程是必不可少的。
        Mg 2+ - 镁含量以ppm或lb /英亩计量,有时列为“可交换的镁”。镁是叶绿素和许多酶和酶活化的关键元素。作物中可能存在缺陷,可用含Mg肥料或白云石灰岩进行补救。大多数农作物≥50-100ppm时,Mg 2+就足够了。
        基本饱和度 - 这是一个百分比基础上对CEC中主要阳离子的描述。通常列出Ca 2 +,Mg 2 +,K +和H +(有时是Na +和Al 3+),因为它们的浓度最高。其他阳离子可能附着,例如金属微量营养素,但它们通常以ppm为单位,而不是百分比(1ppm = 0.0001%)
        H +的百分比与前面讨论的缓冲液pH值有关。当H +离开CEC并进入土壤溶液时,溶液变得更酸性。CEC上的H +部分有时被称为“储备酸度”。

基本饱和度比率
       关于基础饱和度确定石灰和肥料施用量,特别是Ca:Mg比率的用处一直存在争议。缺乏证据表明一定比例的基质对于最佳作物性能是必需的。大量的研究表明,如果营养物质在土壤中的含量足够高,pH值在适当范围内,农艺作物的最佳产量可以在各种Ca:Mg比率范围内实现。
        然而,对于特定的作物和土壤,有几个比例的注释。Mg:K的比例对牧草种植者很重要。如果植物吸收了过量的K +,而Mg 2+的含量较低,则饲料中可能含有低Mg 2+含量,并导致牲畜的代谢状况,称为草皮手足抽搐(低镁血症)。白云质石灰石和含Mg肥料是可选的,但将饲料添加剂与镁一起供给家畜可能更经济。
        当Mg 2+超过Ca 2+时,或当Na +变高(> 15%)时,这可能表明可能的土壤结构问题,例如粘土分散或絮凝,表面密封和水分渗透减少。这很可能发生在自然存在的Na +和Mg 2+区域,但这些在北美并不普遍。
可溶性盐 - 可溶性盐含量(或电导率)以dS / m或mmho / cm(相当于)表示。如果土壤中的可溶性盐过高,植物不能吸收足够的水,枯萎,并在严重的情况下死亡。在大多数作物中,性能和产量在3至4 dS / m及更高的水平下迅速下降,并可能受影响低至2 dS / m。
        盐问题主要在北美大草原和西部地区引起关注,在这些地区,各种盐都是土壤中高含量的天然盐。一些出水灌溉水和肥料也有可能导致盐问题,最显着的是钾盐(KCl; 0-0-60)和尿素(46-0-0)的混合。应用犁沟或条带时要格外小心。

微量营养素土壤测试

       请注意,标准土壤测试通常不包括锰,硼,锌,铁和铜等元素。此时,难以将土壤中的微量营养素水平与作物响应相关联。
       植物需要很少的这些微量营养素才能繁殖,确切的需要量可能难以确定。研究人员面临的挑战是将土壤测试水平与植物吸收(如P和K)可靠地相关联。即使这是已知的,与测试水平和作物响应的关系也是可变的。为了使微量营养素预测进一步复杂化,微量营养素的可用性可以随着一年中变化的土壤物理特征(水分,曝气,微生物活性等)而变化。
       如果微量营养素的土壤测试水平很高,作物对该营养物质施肥的反应是不太可能的。如果微量营养素水平在土壤中处于边际或较低水平,那么作物对微量营养素的应用仍可能无效。此外,并非所有作物对特定微量营养素都具有相同的敏感性。
       了解可能导致营养素缺乏的土壤,作物敏感性和环境因素有助于衡量风险并做好适当准备(Butzen,2010; Diedrick,2010; Jeschke and Diedrick,2010)。

选择肥料率

       养分管理决策的起点是将土壤测试结果与特定作物的既定临界水平进行比较。如果特定营养素的土壤测试水平低于该水平(图4),临界水平是产量损失潜力迅速增加的点。
在营养物的临界水平以下,可能会出现肥料响应

图4.在营养物的临界水平以下,可能会出现肥料响应; 在它之上,预计没有反应。来源:康奈尔大学,2010。
       这些确定的临界值可能因地区而异,但最近的研究表明临界值接近表1中的范围
表1.各种作物和土壤的关键P和K水平。
使用土壤溶液取样器进行土壤采样和测试解释
      1所有作物的ppm K = 75 +(2.5 x CEC)的临界水平
     
      2括号内的值为磅/英亩。
       
       3几个来源不引用CEC特定的K,并且可能会有所不同。请咨询您当地的先锋专业人士以获取更多当地信息。

       种植者可采用的一种策略是将土壤测试水平设置在临界水平之上,并将营养物质应用于年度或两年的作物去除率。这解释了肥料传播的变化以及确保土壤测试水平超过预期作物去除的临界水平。这种做法可以指导出租土地适当的肥料施用量,或当化肥价格高时,仍能降低产量损失的风险。大约作物去除率低于; 这些数值可能因年份和环境的不同而不同。

表2。主要大田作物收获部分的养分去除。
作物 单元 ñ 2 O 5 2 O
苜蓿干草 45 13 50
苜蓿(Haylage) 14 3.2 12
油菜(谷物) 蒲式耳 1.9 0.91 0.46
玉米(谷物) 蒲式耳 0.9 0.37 0.27
玉米(Stover)1 10 4 20
玉米(青贮) 9.4 3.3 8
羊茅/茅 37 12 54
高粱(谷物) 蒲式耳 1.1 0.39 0.39
大豆(谷物) 蒲式耳 3.8 0.8 1.4
向日葵(谷物) 蒲式耳 2.5 1.2 1.6
小麦籽粒) 蒲式耳 1.2 0.63 0.37
小麦(稻草) 13 3.3 23

1基于杜邦先锋研究。
       肥料产品将在袋子或箱子上打印分析,以确定产品中含有的N,P和K量。这是广泛使用三个数字安排为NPK。标签上的N值只是N的一个百分比,但P和K被列为P 2 O 5和K 2 O.
作物去除和施肥是改变土壤测试营养水平的活动。取决于缓冲能力(CEC)和土壤矿物组成,改变土壤测试P和K所必需的P 2 O 5和K 2 O 的量将变化,并且在某些情况下难以预测。肯塔基州的研究(Thom and Dollarhide,2002)表明,对于低水平的土壤测试P,需要更多的P 2 O 5肥料来改变水平,而高土壤测试P水平> 100 ppm(表3)。
       为了将K +测试水平改变1 ppm,K 2 O添加量可以在每英亩2至6磅的范围内,这取决于现有的K +水平,土壤矿物质和CEC。

表3.增加或减少土壤测试P所需的P 2 O 5量在各种初始土壤测试P的范围内增加1 ppm
使用土壤溶液取样器进行土壤采样样本

结论

        土壤测试是了解土壤支持作物生长能力的廉价做法。了解每种土壤测试价值意味着什么,种植者可以做出更明智的作物输入决策,以最大限度地降低风险并实现利润最大化。

 

 

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