2017, Vol. 37文章信息
- 刘秀梅, 毕思圣, 张新宇, 朱红, 辛显彬, 马风云, 王华田, 仲凤维
- LIU Xiumei, BI Sisheng, ZHANG Xinyu, ZHU Hong, XIN Xianbin, MA Fengyun, WANG Huatian, ZHONG Fengwei.
- 磁化微咸水灌溉对欧美杨I-107微量元素和碳氮磷养分特征的影响
- Effects of magnetized brackish water on the absorption and distribution of microelements, carbon, nitrogen and phosphorus in Populus × euramericana 'Neva'
- 生态学报. 2017, 37(20): 6691-6699
- Acta Ecologica Sinica. 2017, 37(20): 6691-6699
- http://dx.doi.org/10.5846/stxb201607291556
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文章历史
- 收稿日期: 2016-07-29
- 网络出版日期: 2017-06-01
2. 山东省高校森林培育重点实验室, 泰安 271018;
3. 泰安市泰山林业科学研究院, 泰安 271000
2. Key Laboratory of Silviculture in Universities of Shandong (Shandong Agricultural University), Tai'an 271018, China;
3. Taishan Research Institute of Forestry Science, Tai'an 271000, China
植物和土壤是生态系统中主要的营养物质储存库, 营养元素的含量特征因土壤类型和植物种类而异, 同时在一定程度上受外界环境因素影响。土壤养分含量及其有效性是生态系统中重要的化学指标, 影响着植物的生长和发育, 二者相互作用, 构成一个整体。
微量元素是植物体内各种酶、生长激素及维生素等的关键组分, 在植物生长发育过程中起重要作用[1]。参与植物体内各种生理代谢活动所需的Fe、Mn、Zn、Cu等微量元素主要来源于土壤, 土壤中微量元素的供应水平会影响植物的代谢功能[2-3]。碳氮磷是植物生命活动过程中的基础元素, 是生命体实现能量代谢、遗传变异和信息表达的重要部分[4]。碳为构成植物体的结构性物质, 氮磷为功能性物质[5], 三者是植物必需的营养元素和生长限制元素, 在植物生长发育过程中起重要作用[6], 其化学计量比则是判断土壤对植物生长过程中养分供应的重要指标[7-8]。因此, 研究植物和土壤之间不同种类的矿质养分, 探讨土壤生态化学循环过程中养分的迁移规律和植物体养分限制情况, 对揭示植物对盐分生境的适应机制具有重要意义。
随着经济的快速发展, 淡水资源供需矛盾日益严重, 合理开发地下微咸水资源逐渐成为各国关注的热点[9]。目前, 国内外诸多学者对微咸水的灌溉方法与技术、土壤盐分对土壤质量和作物产量及品质的影响等内容进行了研究, 并取得了一定的研究成果, 这为微咸水的利用提供了理论基础[10]。微咸水的利用虽然满足了作物不同时期的需水要求, 但过量微咸水灌溉会引起土壤生态环境恶化、降低作物产量和品质。为避免长期微咸水灌溉造成的土壤盐渍化, 有必要研究微咸水的相关处理技术, 以降低灌溉后对土壤环境、植物生长发育等造成的不利影响。
磁化水处理技术作为一种农业新型灌溉技术, 具有简便、高效及低投入等特点。液态水在以一定流速经过磁场后, 水分子与离子的水合作用增强, 溶解度提高, 土壤离子交换能力和离子饱和度提高, 可以在一定程度上避免长期微咸水灌溉导致的Na+过量积累。研究发现, 磁化水灌溉可以提高种子中微量元素和碳氮硫等养分的含量[11]、提高土壤脱盐率[12]及节约灌溉用水量[13-14]、提高水分利用效率[15], 且与普通水相比, 磁化水灌溉后土壤疏松、不板结。
本文以欧美杨I-107(Populus× euramericana ‘Neva’)为试材, 通过对植物组织和土壤中微量元素及碳氮磷养分含量测定, 分析植物体对各营养元素的吸收和利用及土壤对养分的固持状况, 以期阐明磁化微咸水灌溉对土壤-植物养分运输和循环的作用机理, 为微咸水的开发利用及磁化水处理技术的应用提供理论基础。
1 材料和方法 1.1 试验材料试验材料为当年生欧美杨I-107(Populus×euramericana ‘Neva’), 插穗直径(1.52±0.11) cm、长度12 cm。盆栽试验地点位于山东农业大学试验站内(117°08′E, 36°11′N)。供试土壤类型以壤质土为主, 全氮、全磷、全钾含量分别为0.80、0.53、0.70 g/kg, 碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为318.50、201.30、13.50 mg/kg, 有机质含量24.03 g/kg, pH 7.0。盆栽容器为直径25 cm、高20 cm的陶土盆, 每盆装入土壤10 kg。扦插时间为2014年3月下旬, 每盆1株, 自来水灌溉, 前期进行统一管理。
1.2 试验设计模拟海水质量比NaCl:Na2SO4:CaCl2:MgCl2=4:2:2:1, 配制成浓度为4.0 g/kg的灌溉微咸水。磁化水处理器为Magnetic Technologies L. L. C(阿联酋)的U050(12.7 mm), 其长度160 mm, 内径21 mm, 出水量5 m3/h。
试验共设4个处理：磁化微咸水灌溉处理(magnetized 4 g/L saline solution irrigation, M4)、非磁化微咸水灌溉处理(non-magnetized 4 g/L saline solution irrigation, NM4)、磁化淡水灌溉处理(magnetized 0 g/L saline solution irrigation, M0) 及非磁化淡水灌溉处理(non-magnetized 0 g/L saline solution irrigation, NM0)。盆栽试验, 重复6次。5月初待扦插苗30 cm以上, 按照试验设计分别进行4个不同处理的灌溉试验, 每隔5 d饱和灌溉1次。
1.3 样品采集于同年8月10日采集栽培容器中部根际土壤(10—15 cm), 实验室风干去除残根及石砾, 过80目筛后用于微量元素(microelements)和有机碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量及碳氮磷化学计量比(C/N, C/P, N/P)的测定分析。同时采集扦插苗中部成熟叶片和根系, 经自来水和去离子水反复冲洗, 105℃杀青后80℃烘干至恒重, 粉碎后过60目筛, 用于微量元素和总碳(total carbon, TC)、全氮和全磷含量测定。
1.4 测定方法(1) 植物组织矿质元素含量测定 Fe、Mn、Zn、Cu采用原子吸收分光光度法测定；总碳采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法；全氮采用凯氏定氮法测定；全磷采用钒钼黄比色法测定[16]。
(2) 土壤矿质元素含量测定 Fe、Mn、Zn、Cu全量(浓H2SO4-H2O2消煮)和有效态含量(ASI浸提法)采用原子吸收分光光度法测定；有机质采用K2Cr2O7-H2SO4容量法；全氮采用凯氏定氮法；全磷采用钼蓝比色法；全钾采用NaOH熔融-火焰光度法；碱解氮采用碱解扩散法；有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法；速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法[16]。
1.5 数据处理采用Excel 2013和SAS 9.0进行数据处理, 利用单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan新复极差法(Duncan′s multiple-range)进行差异显著性分析(P < 0.05)；各营养元素之间的相关性分析采用SPSS 16.0。
2 结果与分析 2.1 磁化微咸水灌溉对植株微量元素的影响从表 1中看出, 不同处理之间叶片组织中Fe、Mn、Zn和Cu 4种微量元素含量差异显著(P < 0.05)。与对照相比(M0, NM0), 微咸水灌溉处理(M4, NM4) Fe含量降低, 为16.6%—19.3%；Zn、Mn和Cu含量提高, 分别为6.7%—17.6%、51.8%—61.7%和15.0%—29.8%, Zn含量提高幅度最大。与非磁化微咸水灌溉相比, 磁化微咸水灌溉中Fe、Zn和Cu 3种元素含量提高, 其中M0较NM0分别增加72.8%、4.8%和50.6%, M4较NM4分别增加78.5%、12.1%和33.4%。
| 处理 Treatment | 叶片Leaf | 根系Root | |||||||
| Fe(μg/g) | Mn(μg/g) | Zn(μg/g) | Cu(μg/g) | Fe(μg/g) | Mn(μg/g) | Zn(μg/g) | Cu(μg/g) | ||
| M0 | 65.79±1.11a | 17.01±0.28b | 12.02±0.31c | 3.99±0.08b | 927.05±12.89a | 49.16±0.60b | 15.70±0.59a | 7.37±0.23a | |
| NM0 | 38.07±2.66c | 20.39±0.10ab | 11.47±0.16c | 2.65±0.29d | 744.43±9.21b | 55.69±0.35a | 14.71±0.12a | 7.09±0.22a | |
| M4 | 54.84±0.80b | 20.01±0.31c | 19.44±0.27a | 4.59±0.08a | 890.62±16.99a | 39.72±0.71c | 12.03±0.14b | 7.46±0.12a | |
| NM4 | 30.73±0.97d | 21.84±0.82a | 17.34±0.45b | 3.44±0.08c | 592.13±9.73c | 54.39±1.18a | 11.01±0.25b | 7.33±0.64a | |
| M4：磁化微咸水灌溉magnetized 4 g/L saline solution irrigation, NM4：非磁化微咸水灌溉处理non-magnetized 4 g/L saline solution irrigation, M0：磁化淡水灌溉处理magnetized 0 g/L saline solution irrigation, NM0：非磁化淡水灌溉处理non-magnetized 0 g/L saline solution irrigation; 表中数据为3次测定的平均值±标准误, 同行中不同小写字母表示处理间的差异达到显著水平(P < 0.05) | |||||||||
微咸水灌溉根系组织中Fe、Mn、Zn含量呈降低趋势, M4较M0分别降低3.9%、19.2%和23.4%, NM4较NM0分别降低20.5%、36.9%和25.2%, 其中非磁化微咸水灌溉根系组织中Fe、Mn、Zn含量降低幅度大于磁化微咸水灌溉植株, 磁化处理显著提高了根系组织中Fe、Mn、Zn的含量(P < 0.05)。与非磁化微咸水灌溉相比, 磁化微咸水灌溉Fe、Zn和Cu含量提高, M0较NM0分别提高24.5%、6.7%和4.0%, M4较NM4分别提高50.4%、9.3%和1.8%；Mn含量则降低, 为13.3%和36.9%。
2.2 磁化微咸水灌溉对植株碳氮磷养分含量的影响叶片组织中总碳、全氮和全磷含量(表 2)依次为：总碳>全氮>全磷。总碳含量最高, 达246.6—559.80mg/kg, 较全氮和全磷含量分别高472.2%和207.7%。与对照相比(M0, NM0), 微咸水灌溉处理叶片组织中总碳、全氮和全磷含量降低, 其中总碳含量下降幅度最大, 为28.9%—39.7%；M4较M0分别降低39.7%、4.3%和0.1%, NM4较NM0分别降低28.9%、8.1%和25.9%；C/N降低21.7%—36.9%, 而对C/P和N/P比值无显著影响。与非磁化微咸水灌溉相比, 磁化微咸水灌溉提高了总碳和全磷含量及C/N比值, 其中M0较NM0分别提高61.3%、65.5%和90.0%, M4较NM4分别提高37.0%、123.2%和53.1%。由此看出, 磁化微咸水灌溉对叶片总碳有明显的提高作用；全氮则降低10.5%—14.0%。
| 处理 Treatment | 叶片Leaf | 根系Root | |||||||
| M0 | NM0 | M4 | NM4 | M0 | NM0 | M4 | NM4 | ||
| 总碳(TC) /(mg/kg) Total carbon | 559.80±61.68a | 347.00±18.03b | 337.80±18.81b | 246.60±19.80b | 253.80±24.68c | 189.80±20.76c | 517.00±5.00a | 424.80±38.78b | |
| 全氮(TN)/(mg/kg) Total nitrogen | 65.15±0.99ab | 75.79±2.09a | 62.36±5.87b | 69.68±4.10ab | 100.10±5.64b | 174.88±35.40a | 86.24±4.31b | 156.66±24.10ab | |
| 全磷(TP) /(mg/kg) Total phosphorus | 287.01±16.82a | 173.41±10.44b | 286.75±41.18a | 128.45±9.70b | 59.34±12.84a | 49.96±9.82b | 40.40±3.63b | 46.49±1.96b | |
| C/N | 8.59±1.09a | 4.52±0.12b | 5.42±0.67b | 3.54±0.06b | 2.54±0.31bc | 1.09±0.42a | 5.99±0.68a | 2.71±0.65ab | |
| C/P | 1.95±0.84ab | 2.00±0. 24a | 1.18±0.13b | 1.92±1.35ab | 4.27±0.51c | 3.80±0.12d | 12.80±0.36a | 9.14±0.17b | |
| N/P | 0.23±0.08ab | 0.44±0.07b | 0.22±0.21ab | 0.54±0.13a | 1.69±0.21c | 3.50±0.08ab | 2.13±0.04b | 3.37±0.16a | |
根系组织中, 与对照相比(M0, NM0), 微咸水灌溉中总碳含量升高为103.7%—123.8%, C/N和C/P比值提高, M4较M0分别增加135.8%和201.4%, NM4较NM0分别提高148.6%和140.5%, 但对N/P没有明显影响, 由此看出, 微咸水灌溉条件下, 促进了碳在根系中的积累；全氮和全磷含量则降低, M4较M0降低13.6%和31.9%, NM4较NM0降低10.4%和6.95%。与非磁化微咸水灌溉相比, 磁化微咸水灌溉中, 总碳含量、C/N和C/P比值提高, 其中M0较NM0分别提高33.7%、133.0%和12.4%, M4较NM4分别提高21.7%、121.0%和40.0%；全氮含量和N/P比值降低, M0较NM0分别降低42.8%和45.0%, M4较NM4分别降低51.7%和36.8%；对全磷含量没有显著影响。
叶片和根系组织中, 与叶片相比, 根系中总碳、全氮、C/P和N/P比值略高于叶片, 且磁化微咸水灌溉植株高于非磁化微咸水灌溉植株；全磷及C/N比值则略低, 但磁化微咸水灌溉植株中全磷和C/N高于非磁化微咸水灌溉的植株。可见, 磁化作用下植株叶片和根系组织中富碳能力提高。
2.3 磁化微咸水灌溉对土壤微量元素全量和有效态含量的影响土壤微量元素全量的测定分析发现, 与对照相比(M0, NM0), 微咸水灌溉土壤中Fe、Mn和Zn全量降低, 其中M4较M0降低6.1%、13.8%和9.5%, NM4较NM0降低21.9%、7.2%和23.8%；Cu全量提高, 分别为11.0%和19.6%, 且各处理间呈显著差异水平(P < 0.05)；与非磁化微咸水灌溉相比(NM0, NM4), 磁化微咸水灌溉土壤中Fe、Mn和Zn含量提高, 其中M0较NM0分别增加22.4%、28.3%和25.5%, M4较NM4分别提高47.0%、19.2%和49.1%, Cu全量则降低, 分别为0.7%和8.1%, 且各处理间总体呈显著差异水平(P < 0.05)。
土壤微量元素有效态含量的测定分析发现, 与对照相比(M0, NM0), 微咸水灌溉土壤中Fe、Mn和Zn含量提高, 其中M4较M0分别提高49.7%、12.4%和18.9%, NM4较NM0分别提高3.6%、8.2%和8.6%, Cu有效态含量则降低, 分别为12.6%和5.0%, 且各处理间总体呈显著差异水平(P < 0.05)；与非磁化微咸水灌溉相比, 磁化微咸水灌溉土壤中有效态Fe、Mn、Zn和Cu含量均降低, M0较NM0分别降低43.3%、43.1%、20.0%和16.8%, M4较NM4分别降低18.1%、40.9%、12.4%和23.4%。
| 处理 Treatment | 微量元素全量Complete Microelements | 微量元素有效态含量Available Microelements | |||||||
| Fe/(μg/g) | Mn/(μg/g) | Zn/(μg/g) | Cu/(μg/g) | Fe/(μg/g) | Mn/(μg/g) | Zn/(μg/g) | Cu/(μg/g) | ||
| M0 | 2261.02±28.87a | 270.33±2.78a | 70.07±0.41a | 18.96±0.38c | 8.27±0.09d | 7.02±0.04d | 1.96±0.03c | 1.83±0.02c | |
| NM0 | 1846.98±7.72c | 210.67±0.43c | 55.82±00.62c | 19.10±0.66c | 14.59±0.09b | 12.34±0.09b | 2.45±0.01b | 2.20±0.01a | |
| M4 | 2122.16±11.02b | 232.98±1.96b | 63.39±0.35b | 20.99±0.22b | 12.38±0.13c | 7.89±0.03c | 2.33±0.02b | 1.60±0.01d | |
| NM4 | 1443.27±16.95d | 195.42±2.61d | 42.53±0.32d | 22.85±0.31a | 15.12±0.9a | 13.35±0.03a | 2.66±0.07a | 2.09±0.03b | |
碳氮磷是土壤养分的重要组成部分, 是影响土壤养分循环和生态系统健康的重要因子, 其含量多少, 会影响土壤微生物活动、凋落物分解速率和有机碳的累积。通过对有机碳、全氮、全磷的测定发现(表 4), 3种营养元素在土壤中的含量大小依次为有机碳>全氮>全磷, 与对照相比(M0, NM0), 微咸水灌溉中土壤有机碳和全氮含量降低, 其中M4较M0降低4.9%和31.9%, NM4较NM0降低24.3%和28.1%；全磷提高22.4%和38.0%。与非磁化微咸水灌溉相比, 磁化微咸水灌溉土壤中有机碳和全氮含量提高, 其中M0较NM0提高15.9%和61.8%, M4较NM4提高45.7%和53.1%；全磷降低, 为25.0%和19.9%。
| 处理 Treatment | 有机碳(OC) Organic carbon/ (mg/kg) | 全氮(TN) Total nitrogen/ (mg/kg) | 全磷(TP) Total phosphorus/ (mg/kg) | 有机碳/全氮(C/N) Organic carbon and total phosphorus ratio | 有机碳/全磷(C/P) Organic carbon and total phosphorus ratio | 全氮/全磷(N/P) Organic carbon and total phosphorus ratio |
| M0 | 5570.99±59.18a | 3108.34±41.73a | 93.00±0.21d | 1.79±0.03b | 60.01±1.79a | 33.49±1.14a |
| NM0 | 4807.02±132.59c | 1921.30±20.12c | 124.00±0.11b | 2.50±0.07a | 38.80±1.39c | 15.50±1.33c |
| M4 | 5299.67±13.96b | 2117.09±26.85b | 113.80±0.14c | 2.47±0.03a | 45.96±1.11b | 18.60±1.16b |
| NM4 | 3638.21±128.88d | 1382.47±5.35d | 142.00±0.10a | 2.63±0.10a | 25.62±1.65d | 9.74±0.94d |
碳氮磷化学计量比(C/N/P)是土壤中碳素、氮素与磷素之间总质量的比值, 也是土壤生态计量学中的重要指标。与对照相比(M0, NM0), 微咸水灌溉土壤中C/P和N/P比值下降, 其中M4较M0降低23.4%和44.5%, NM4较NM0降低34.0%和37.2%；C/N提高4.5%和5.2%, N/P下降幅度最大37.2%—44.5%。与非磁化微咸水灌溉相比, 磁化微咸水灌溉土壤中C/P和N/P比值提高, M0较NM0提高54.7%和116.1%, M4较NM4提高79.4%和91.0%, 磁化微咸水灌溉土壤中N/P提高幅度最大为91.0%—116.1%；C/N降低分别为28.4%和6.1%。
3 结论与讨论 3.1 磁化微咸水灌溉影响植物养分特征和碳氮磷化学计量叶片和根系组织中, 磁化微咸水灌溉后植株Fe、Zn和Cu含量均高于非磁化微咸水灌溉植株, 与王俊花等[17]对黄瓜、Harsharn等[18]对雪豆和鹰嘴豆中微量元素含量的研究结果相似, 这是由于植株体内长期磁场效应作用于养分的迁移所致。磁场的存在会使某些激素含量增加, 如Turker等[19]发现, 磁场作用下提高了向日葵中赤霉素、吲哚乙酸、玉米素的含量, 这可以刺激植物增强对营养元素的吸收。铁在植物体内的运输一般是通过木质部, 且与质外体pH大小相关, 叶片中Fe含量降低, 说明铁由根系向叶片的运输能力较弱, 这与韩振海等[20]对高pH抑制铁吸收和运输的研究结果一致, 主要因为位于质膜上的铁还原酶活性受质外体pH调控；根系和叶片Fe含量提高, 叶片颜色较深, 这是由于磁化作用可以通过质外体pH的调节影响铁的跨膜运输和质外体中铁的活化, 使被活化的铁一部分通过跨原生质膜运输至叶片参与叶绿素合成, 另一部分释放到介质中[21]。元素Zn在叶片中累积量较高, 这说明盐分环境下受磁化作用影响, 植株根部对Zn吸收能力较强、根部到叶片的传输能力较快, 叶片对Zn的解毒和储存能力增强[22]。Cu含量的多少对氮代谢、蛋白合成及光合作用产生影响, 磁化作用维持了相对较高水平的Cu, 这不仅可以增强蛋白的活性, 还可以维持光合作用的正常进行。
氮和磷是构成各种蛋白质和遗传物质的重要元素, 光合作用同化的碳是植物生理生化过程中的底物和能量的来源[23], 其分配特征在养分循环过程中占据重要地位。微咸水灌溉后, 叶片和根系中C含量最高但低于对照水平, 这表示盐分环境下, 植株可以维持一定水平的C含量；叶片中P含量次之、N含量最少, 即叶片中P累积量增加, 而N富集量则降低, 这与任书杰等[24]的研究结果略有差异；叶片中N含量的多少可以直接决定植物光合能力的强弱, N含量下降则说明光合能力降低。根系N含量低于C含量、P含量最低, 这是由于土壤中大量可溶性P随盐分淋溶, 导致耕层中P含量降低, 同时盐分离子的摄入, 会影响有效态氮的含量水平以及植物对有效态氮的直接吸收利用。与非磁化微咸水灌溉相比, 磁化微咸水灌溉后, 叶片和根系均维持了相对较高水平的总碳和全磷含量, 且叶片中累积量高于根系；全氮含量降低, 且叶片中累积量低于根系；这说明磁化作用改变了植物碳氮磷三种营养元素的分布格局, 并有利于C、P在植株体内的富集。
C/N和C/P表示植物的生长速度与N、P利用效率之间的相关性, N/P比值反映植物生长受N或者P的限制情况[6, 25]。磁化作用下, 叶片中C/N比值提高、C/P和N/P比值下降, 根系中C/N和C/P比值提高、N/P比值下降, 另外, 叶片和根系中C/N比值较非磁化灌溉中提高, 且根系低于叶片, 这说明根系是光合产物的暂时储存和运输器官, 适度较低的C/N比值则表示光合产物向外运输的高效性；N/P较低, 维持在0.23—3.37, 加之较低的N含量, 说明在盐分环境下, 植株受N、P共同作用的同时更容易受N的影响, 这与张珂等[26]的研究结果相似。相关性分析结果表明, 根系中N含量均与叶片和根系中C、N、P含量呈负相关, 这体现了叶片-根系间养分吸收和分配的经济策略[27]。
植物微量元素与碳氮磷之间存在一定的相关性。研究发现, 叶片和根系中C与Fe的相关系数最高。Fe在植物细胞呼吸、光合作用以及金属蛋白的催化反应等生理过程中发挥着重要作用, 是关键的电子传递体, 在植物生命活动中是不可或缺的[28]；Fe是叶绿体的主要构成元素, 叶绿体是进行光合作用的重要场所, 植物对光能的吸收、传递和转化均是通过叶绿体上的类囊体膜实现的, 是利用光能将CO2转化为碳水化合物, 释放能量的过程, 而CO2的同化循环过程的部位则是叶绿体基质。因此, 元素Fe的吸收和分配对调节碳循环来改善植物的光合效率具有重要意义。研究发现, Mn和Zn的吸收和转运与N的吸收和分配呈负相关, 这说明N与Mn、Zn之间存在拮抗作用, 即随着Mn和Zn在叶片和根系中的富集, 降低了对N的积累, 对于其作用机理有待进一步研究。
3.2 磁化微咸水灌溉促进全量养分的积累和有效态养分的利用土壤养分全量在一定程度上代表着土壤养分的源与库以及某种养分的潜在供应水平, 有效态养分则是反映养分被植物吸收利用的有效性, 二者综合反映土壤养分状况。研究发现, 微咸水灌溉后土壤微量元素全量较对照相比降低, 微量元素有效态含量提高；磁化微咸水灌溉较非磁化微咸水灌溉维持了相对较高水平的全量养分和较低水平的有效态养分, 对植物体内养分含量的测定发现, 磁化微咸水灌溉提高了微量元素积累量。这说明, 磁化作用下土壤在维持相对较高水平微量元素全量的同时, 又促进了植物体对有效态养分的吸收和利用。
植株体内和土壤中, 元素Fe含量最高, 元素Cu含量最低, Kopittke等[29]发现, 土壤中有效态元素Cu与植物的生理特性密切相关, 含量过高会阻碍植物生长, 长期盐分环境植物可通过沉淀、络合、降解等调节作用降低对Cu的吸收利用。因此, Cu含量降低而Fe含量升高是植物对环境的一种积极适应方式, 同时也说明磁化作用对土壤微量元素的改善状况是一个长期而缓慢的过程。
3.3 磁化微咸水灌溉对碳氮磷养分特征的影响有机碳是土壤不可或缺的肥力指标, 参与全球碳循环, 其在土壤剖面中的垂直分布格局的差异是影响土壤碳动态的重要因素, 也是土壤碳循环的重要研究内容。研究发现, 土壤有机碳含量高于氮磷, 且磁化微咸水灌溉维持了相对较高水平的有机碳含量, 说明磁化作用有利于提高土壤有机质的数量和腐殖化系数, 改善土壤结构、提高土壤的固碳能力。土壤氮和磷是重要的营养元素, 可直接反映生态系统中土壤的营养状况。土壤氮含量是氮素矿化与积累平衡的结果[30], 有机质含量对氮的贡献率最大, 二者密切相关[31], 有机质在微生物作用下对矿质碳的分解释放, 是作物可直接利用的土壤中有效氮的主要来源, 也是影响土壤氮素矿化过程的主要因素[32]。研究发现, 土壤氮磷含量低于有机碳含量, 磁化微咸水灌溉维持了相对较高水平的氮含量和较低水平的磷含量, 说明磁化作用可以影响氮的矿化, 并维持一定水平的有效氮供应；土壤中磷含量降低, 但植物体内磷含量提高, 表示磁化作用有利于有效化磷由土壤固相向土壤液相的释放, 水溶态磷含量及矿质元素迁移速率提高, 加速了植物体对磷的吸收利用。相关性分析表明二者与有机碳呈负相关关系, 这表示土壤本身对碳氮磷的固定具有一定的调节作用。
土壤碳氮磷比值是有机质或其他成分中碳素、氮素与磷素的比值, 是衡量土壤有机质组成和土壤质量的重要指标之一。C/N与土壤有机质的分解速率呈负相关, C/N较低则矿化作用较强, 反之则较弱；C/P的降低则有利于土壤中微生物的活动以及对有机质的分解和养分的释放, 同时对有效态磷有一定的提高作用。磁化微咸水灌溉中, 土壤有机碳含量提高, C/N则降低, 说明盐渍化生境中, 磁化作用在促进有机质、有机氮分解和矿化的同时, 也提高了土壤固定有机碳的能力。磁化微咸水灌溉中C/N比值降低, 则表示氮超过微生物生长所需要的部分可以释放到凋落物或土壤中, 有机质C/N比值与其分解速度成反比[34], 说明盐分环境下, 受磁化作用影响有机质的分解速度减缓, 这不仅可以维持土壤微生物在生命活动过程中所需的碳素, 也保证了微生物构成自己身体所需的碳素来源[35], 同时增强了土壤的固碳能力和氮的循环。微咸水灌溉中C/P和N/P比值降低, 研究发现P属空间变异性较小且易沉积的元素, 变化较稳定[36], 其含量水平在90—140 mg/kg, 低于我国土壤含磷量的平均水平(0.56 g/kg), 这说明盐渍化土壤中表现为磷缺乏现象；磁化作用下, 土壤维持了相对较高水平C/P和N/P比值, 这可以在一定程度上补充盐分环境下氮素的不足, 增强磷素的迁移速率, 维持植株对氮磷的吸收。
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