長期施肥下潮土速效鉀含量與鉀素投入水平關(guān)系

張水清， 楊 莉， 黃紹敏， 婁翼來， 聶勝委， 郭斗斗， 三島慎一郎

(1 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002; 2 農(nóng)業(yè)部人力資源開發(fā)中心，北京 100125; 3 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081; 4 日本農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)研究所，日本筑波305-8604; 5 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070)

通常情況下，土壤鉀素含量隨著外源鉀素投入量的增加而增加[1-3]，外源鉀素的形態(tài)不同，土壤中不同形態(tài)鉀素含量的增幅不同[4-5]，有機肥對土壤鉀庫和速效鉀的含量增加顯著[6, 7]，然而許多試驗發(fā)現(xiàn)，在富鉀土壤如潮土區(qū)鉀肥的效果不明顯[8, 9]，在較缺鉀的土壤上，施鉀肥第一年鉀肥效果顯著，以后則不明顯[10]。每年施入土壤中的鉀一部分補充到鉀庫成為無效鉀，小部分成為交換性鉀和水溶性鉀[11]。土壤耕層速效鉀過多超出作物需求有可能導(dǎo)致鉀素的淋失。比如磚紅壤上鉀素存在相當(dāng)量的淋失[12]，干旱的黃土區(qū)也證明存在速效鉀的流失現(xiàn)象[13]。土壤鉀素本身各形態(tài)之間有著復(fù)雜的轉(zhuǎn)換關(guān)系、 對作物的有效性隨土壤類型、 土壤濕度、 溫度等不同[14-17]。目前，潮土鉀素研究主要集中在土壤鉀素的變化、 提升土壤肥力方面，而關(guān)于鉀素投入量與速效鉀含量關(guān)系研究尚不充足。本試驗根據(jù)21年的長期定位試驗，研究土壤速效鉀變化規(guī)律及其與鉀素投入水平的關(guān)系，旨在為華北潮土區(qū)合理施用鉀肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗在“國家潮土土壤肥力與肥料效益長期監(jiān)測站”進行，其原址位于河南省鄭州市，N34°47′和E113°40′。1988年開始，經(jīng)過兩年勻地種植，于1990年開始不同施肥結(jié)構(gòu)和種植制度下(小麥—玉米和小麥—大豆)的作物產(chǎn)量與土壤肥力和肥料效益長期定位監(jiān)測試驗。供試土壤為砂壤質(zhì)潮土，成土母質(zhì)為黃河沖積物，土壤pH 8.1，全氮、 全磷、 全鉀和有機質(zhì)分別為0.64、 0.65、 16.9和10.6 g/kg，堿解氮、 有效磷和速效鉀分別為76.6、 9.0和71.7 mg/kg。試驗地于2009年5月采用原狀土搬遷方式移至河南省原陽縣祝樓鄉(xiāng)，位于原試驗地正北約23 km。

1.2 試驗設(shè)計

試驗長期小麥—玉米輪作，設(shè)9個處理: 1)種植，不施肥(CK)； 2)單施氮肥(N)； 3) 施氮磷肥, 不施鉀肥(NP)； 4)施氮鉀肥, 不施磷肥 (NK)； 5) 施磷鉀肥, 不施氮肥(PK)； 6)施氮磷鉀化肥(NPK)； 7)有機肥與氮磷鉀化肥配施，與NPK處理等氮量，化肥氮占總氮30%(MNPK)； 8)處理MNPK施肥量的1.5倍(1.5MNPK)； 9)玉米秸稈，配施氮磷鉀化肥，與NPK處理等氮量(SNPK)。2009年之前不設(shè)重復(fù)，試驗區(qū)面積16×25=400 m2， 2009年搬土后每小區(qū)43 m2，隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，施肥量見表1。

表1 試驗處理及施肥量 (kg/hm2)

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤樣品的采集與分析 每年玉米季收獲后用5點取樣法取土樣，在2010年之后改為小麥收獲后取樣，風(fēng)干后過2 mm篩，土壤速效鉀采用乙酸銨提取—火焰光度計法。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理 本文速效鉀含量及鉀素投入量均以純鉀計算，鉀素投入量為累積鉀素投入量。數(shù)據(jù)整理與作圖使用Excel 2007，統(tǒng)計分析使用SPSS 17.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤速效鉀含量的動態(tài)變化

圖1 長期不同施肥條件下土壤速效鉀含量動態(tài)Fig.1 Dynamics of soil readily available K content under different fertilizer treatments

2.2 土壤速效鉀含量與鉀素投入的關(guān)系

對各鉀肥處理下的土壤速效鉀含量與鉀素投入之間的關(guān)系進行回歸分析。對于3種無機鉀肥處理(NK、 PK、 NPK)而言，土壤速效鉀含量均隨著鉀素投入量的增加而增加，但增長幅度有一定差別(圖2)。鉀素投入每增加1 kg，PK、 NK和NPK處理土壤速效鉀含量分別增加0.033 mg/kg、 0.025 mg/kg和0.007 mg/kg，增加幅度PK>NK>NPK。由圖2還可以看出，3種施用有機物料處理的土壤速效鉀含量均隨鉀素投入量的增加而增加，其中MNPK和1.5MNPK處理土壤速效鉀增長幅度一致，均為鉀素投入每增加1 kg，土壤速效鉀含量增加0.025 mg/kg; 而秸稈還田處理的土壤速效鉀含量增長幅度較有機肥處理相對較低，每增加1 kg鉀素投入，土壤速效鉀含量增加0.014 mg/kg。

圖2 長期不同施肥條件下土壤速效鉀含量與鉀素投入量的關(guān)系Fig.2 Relationship between soil available K content and K input level under long term fertilizer treatments

3 討論與結(jié)論

參考文獻:

[1] 范欽楨, 謝建昌. 長期肥料定位試驗中土壤鉀素肥力的演變[J]. 土壤學(xué)報, 2005, 42 (4): 10-14.

Fan Q Z, Xie J C. Variation of potassium fertility in soil in the long-term fertilizer experiment[J]. Acta Pedologica Sinica, 2005, 42(4): 10-14.

[2] 黃紹文, 金繼運, 王澤良, 程明芳. 北方主要土壤鉀形態(tài)及其植物有效性研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 1998, 4(2): 156-164.

Huang S W, Jin J Y, Wang Z L, Cheng M F. Native potassium forms and plant availability in selected soils from northern China[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 1998, 4 (2): 156-164.

[3] 徐曉燕, 馬毅杰, 張瑞平. 土壤中鉀的轉(zhuǎn)化及其與外源鉀的相互關(guān)系的研究進展[J]. 土壤通報, 2003, 34(5): 489-492.

Xu X Y, Ma Y J, Zhang R P. Research progress in transformation of soil potassium in relation to potash application[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2003, 34(5): 489-492.

[4] 葛瑋健, 常艷麗, 劉俊梅, 等. 塿土區(qū)長期施肥對小麥—玉米輪作體系鉀素平衡與鉀庫容量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2012, 18(3): 629-636.

Ge W J, Chang Y L, Liu J Metal. Potassium balance and pool as influenced by long-term fertilization under continuous winter wheat- summer maize cropping system in a manural loess soil[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(3): 629-636.

[5] 周曉芬, 張彥才, 李巧云. 有機肥對土壤鉀素供應(yīng)能力及其特點研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2003, 11(2)： 61-63.

Zhou X F, Zhang Y C, Li Q Y. Soil potassium supplying capacity and characteristics as affected by organic fertilizers[J]. Chinese Journal of Eco- agriculture, 2003, 11(2): 61-63.

[6] 索東讓, 候格平, 王平, 梁國森. 定位連施土糞對土壤鉀素的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2001, 36(4)： 457-460.

Suo D R, Hou G P, Wang P, Liang G S. Effects of consecutive position fertilization with dung on soil potassium content[J]. Journal of Gansu Agricultural University, 2001, 36(4): 457-460.

[7] Cox A E, Joern B C, Brouder S M, Gao D. Plant-available potassium assessment with a modified sodium tetraphenylboron method[J]. Soil Science Society America Journal, 1999, 63(4): 902-911.

[8] 黃紹敏, 寶德俊, 皇甫湘榮, 等.長期定位施肥小麥的肥料利用率研究[J]. 麥類作物學(xué)報, 2006, 26(2)： 121-126.

Huang S M, Bao D J, Huangfu X Retal. Effect of long term fertilization on fertilizer utilization efficiency of wheat in Fluvo-aquic soil[J]. Journal of Triticeae Crops, 2006, 26(2): 121-126.

[9] 陳防, 魯劍巍, 萬運帆, 等. 長期施鉀對作物增產(chǎn)及土壤鉀素含量及形態(tài)的影響[J]. 土壤學(xué)報, 2000, 37(2)： 233-241.

Chen F, Lu J W, Wan Y Fetal. Effect of long term potassium application on crop yield increase, soil potassium content and forms[J]. Acta Pedologica Sinica, 2000, 37(2): 233-241.

[10] 章明清, 彭嘉桂, 楊杰, 等.土壤-作物系統(tǒng)鉀素動力學(xué)模型及其參數(shù)研究[J]. 土壤學(xué)報, 2003, 40(1)： 89-95.

Zhang M Q, Peng J G, Yang Jetal. Kinetic model and parameters of potassium in soil-crop system[J]. Acta Pedologica Sinica, 2003, 40(1): 89-95.

[11] 龍懷玉, 李韻珠, 張維理, 蔣以超. 溫度對潮土和褐土鉀吸附動力學(xué)的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(6)： 878-885.

Long H Y, Li Y Z, Zhang W L, Jiang Y C. K+adsorption kinetics of fluvo-aquic and cinnamon soil under different temperatures[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 37(6): 878-885.

[12] 羅微, 林清火, 林釗沐, 等. 鉀肥在磚紅壤中的淋失特征初步模擬研究[J]. 水土保持學(xué)報, 2004, 18(6)： 93-96.

Luo W, Lin Q H, Lin Z Metal. Preliminary simulated study on leaching of potash in Lao soil[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(6): 93-96.

[13] 彭浩, 張興昌, 邵明安. 黃土區(qū)土壤鉀素徑流流失試驗研究[J]. 水土保持學(xué)報, 2004, 18(1)： 70-73.

Peng H, Zhang X C, Shao M A. Study on soil potassium runoff loss in loess area[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(1): 70-73.

[14] Mengel K, Rahmatullah, Dou H. Release of potassium from the silt and sand fraction of loess-derived soils[J]. Soil Science, 1998, 163(10): 805-813.

[15] Singh M, Singh V P, Damodar D. Reddy potassium balance and release kinetics under continuous rice-wheat cropping system in Vertisol[J]. Field Crops Research, 2002, 77: 81-91.

[16] Sharma A, Jalali V K, Sanjay S. Non-exchangeable potassium release and its removal in foot-hill soils of North-west Himalayas[J]. Catena, 2010, 82: 112-117.

[17] Benipal D S, Pasricha N S. Non-exchangeable K release and supplying power of Indo-Gangetic alluvial soils[J]. Geoderma, 2002, 108: 197-206.

[18] 宋永林, 張淑香, 李小平, 王麗霞. 長期施肥對褐潮土磷、 鉀狀況及速效供應(yīng)能力的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報, 2009, 24 (增刊)： 286-291.

Song Y L, Zhang S X, Li X P, Wang L X. Effect of long term fertilization on changes and available supply capacity of P, K in fluvo-aquil soil[J]. Acta Agriculturae Boreali Sinica, 2009, 24(Suppl.): 286-291.

[19] 黃紹敏, 寶德俊, 皇甫湘榮, 等. 不同栽培因子對河南潮土上小麥產(chǎn)量的影響[J]. 麥類作物學(xué)報, 2005, 25 (5): 69-74.

Huang S M, Bao D J, Huangpu X Retal. Factors affect the wheat yield in alluvial soil in Henan Province[J]. Journal of Triticeae Crops, 2005, 25(5): 69-74.

[20] 黃紹敏, 楊先明, 皇甫湘榮, 等. 不同栽培因子對河南玉米產(chǎn)量的影響程度[J]. 玉米科學(xué), 2006, 14(3): 116-119.

Huang S M, Yang X M, Huangpu X Retal. Effect of cultivation factors on maize yield in fluvo- aquic soil in Henan Province[J]. Journal of Maize Science, 2006, 14(3): 116-119.

[21] 張水清, 黃紹敏, 劉建青, 等. 長期定位施肥對冬小麥干物質(zhì)生產(chǎn)、 產(chǎn)量形成及鉀素吸收分配的影響[J]. 土壤, 2012, 44(4): 680-685.

Zhang S Q, Huang S M, Liu J Qetal. Effects of long term fertilization on dry matter production, yield formation, K uptake and distribution of winter wheat (TriticumaestivumL.)[J]. Soils, 2012, 44 (4): 680-685.

[22] Benbi D K and Biswas C R. Nutrient budgeting for phosphorus and potassium in a long-term fertilizer trial[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 1999, 54: 125-132.

[23] Simonsson M, Andersson S, Andrist-Rangel Yetal. Potassium release and fixation as a function of fertilizer application rate and soil parent material[J]. Geoderma, 2007, 140: 188-198.