黃河三角洲土壤鉀對植物群落的響應(yīng)研究

劉昕　靖淑慧　馮若昂　張?zhí)炫e　劉加珍

摘 要：分析了黃河三角洲土壤鉀在4種典型植物群落中的差異及原因，探討了不同群落全鉀對速效鉀的影響，結(jié)果表明：（1）棉田地因人為耕作及解鉀菌的影響，在10～20 cm土層速效鉀出現(xiàn)極高值；其他3種自然植被在0～40 cm的腐殖質(zhì)層相對較多的土層上，其速效鉀的含量相對較高。全鉀的垂直變化趨勢與速效鉀相同，但棉田全鉀含量相比其他自然植被的要低，這是由于鉀作為棉花生長不可缺少的元素，土壤中的全鉀轉(zhuǎn)化為有效鉀被棉花吸收，降低其含量；其他3種自然植被所需要的鉀來自含鉀礦物的風(fēng)化，全鉀含量差異不大。（2）不同植被類型下速效鉀和全鉀表層的含量均大于深層的含量，速效鉀以棉田的表、底土差比最大，與棉花的根際促生菌及根系分泌物的生理特征有關(guān)；全鉀以蘆葦群落的表、底土差比最大，這與蘆葦群落歸還量的生態(tài)特征有關(guān)。（3）回歸分析表明，檉柳和堿蓬群落土壤全鉀和速效鉀存在顯著線性關(guān)系，反映出群落與環(huán)境鉀元素處于動態(tài)平衡關(guān)系；而蘆葦群落與棉田群落則相反，表現(xiàn)出群落與環(huán)境鉀元素“累積”與“轉(zhuǎn)化”的失衡。

關(guān)鍵詞：植被 全鉀 速效鉀 差比 相關(guān)關(guān)系

中圖分類號：S158；Q145 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（c）-0108-04

鉀是植物生長所需三大營養(yǎng)元素之一，可活化植物體內(nèi)的酶，促進(jìn)新陳代謝，提高光合作用與其產(chǎn)物的運轉(zhuǎn)能力[1]。鉀參與作物體內(nèi)幾乎所有的生化過程[2]，對植物體生長發(fā)育有重要作用。緩效性鉀與速效鉀之間存在動態(tài)平衡，一定條件下緩效鉀可以釋放出來，是土壤速效性鉀的儲備庫[3]。黃河三角洲地處118°05”～119°18E和36°55～38°16N 之間[4]，是典型的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)，其潮間帶和潮上帶土壤鹽分在群落間存在明顯差異[5]，鹽分含量影響著物種的多樣性[6]。不同的土地利用方式對土壤鉀有較大影響[7]，有研究表明，堿蓬、檉柳群叢土壤可溶性鹽具有較強(qiáng)的表聚性[8]，與生物及人為活動對土壤鹽分的改變[9]有關(guān)。因此，該文通過探討不同植被類型對土壤鉀素的影響，探討土壤鉀素在濱海濕地的變化規(guī)律，為該地區(qū)鹽堿地的改良和土壤肥力的提高提供參考。

1 數(shù)據(jù)采集與方法

選擇4種典型植物群落即檉柳群落、堿蓬群落、蘆葦群落、棉田群落，分別進(jìn)行土壤剖面分層采樣，采樣深度為0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm等，直至采到地下水水位。對每個采樣點用GPS進(jìn)行定位，記錄每個采樣點周圍的地形地貌和植被類型。

野外采回的土壤經(jīng)自然風(fēng)干，按照常規(guī)方法[10]提取浸出液后進(jìn)行土壤速效鉀和全鉀含量的測定。速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法，全鉀采用硝酸—高氯酸消解—火焰光度計法，將土壤表層鉀和深層鉀含量的差與表層鉀含量的比值作為差比。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析以及圖表的制作在Excel和SPSS中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鉀的垂直分布

檉柳群落在0～20 cm土層速效鉀的含量較高，在5～10 cm值最大（圖1（a））；堿蓬群落土壤在0～40 cm土層速效鉀含量較高，在20～40 cm值最大；蘆葦群落在0～40 cm土層速效鉀含量較高，在0～5 cm值最大達(dá)207 mg/kg；棉田群落土壤在10～20 cm出現(xiàn)極高值，達(dá)718 mg/kg。4個群落土壤速效鉀均在40～60 cm的土層驟降。分析原因可知，棉田10～20 cm為耕作層，耕作層棉花根系有植物根際促生菌的存在，其中解鉀菌能溶解礦物鉀為速效鉀[11]，從而使10～20 cm處速效鉀含量增高；而檉柳、堿蓬和蘆葦屬于自然植被，其土壤剖面在0～40 cm土層上的有機(jī)質(zhì)層和腐殖質(zhì)層營養(yǎng)元素相對較多，故此層面上的土壤的速效鉀的含量較高。

全鉀的垂直變化趨勢與速效鉀相同（圖1（b）），檉柳和堿蓬群落10～20 cm土層全鉀含量最高分別為16.9 g/kg、13.9 g/kg；蘆葦群落在5～10 cm土層最高為15.4 g/kg；棉田則在10～20 cm出現(xiàn)最高值為12.1 g/kg。這是由于植物生長所需要的鉀來自含鉀礦物的風(fēng)化[12]，所以檉柳、堿蓬和蘆葦?shù)娜浐坎町惒淮?。但棉田剖面的全鉀含量比自然植被低，因棉田種植相對集中，而鉀是棉花生長發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素[13] ，土壤中的全鉀轉(zhuǎn)化為有效鉀被棉花吸收，使土壤全鉀含量降低。

2.2 土壤鉀表層與深層差異

由圖2（a）可知，不同植被類型下土壤全鉀在表層的含量均大于深層的全鉀含量，其中，棉田的表土與底土間差異最大，表層和深層的差比棉田>堿蓬>檉柳>蘆葦（表1），其原因是棉花對鉀的需求量較大[14]，其根部存在植物根際促生菌，植物根際促生菌是一種自由生活在土壤或附生于植物根際的一類有益菌群，具有固氮、解磷、解鉀及分泌植物激素等生理活性[15]。能溶解礦物鉀轉(zhuǎn)化為速效鉀[11]，從而被棉花吸收進(jìn)而造成棉田表層和深層的全鉀差異。

由圖2（b）可知，不同植被類型下速效鉀的含量也均大于深層速效鉀含量，表層與深層速效鉀含量以蘆葦?shù)牟町愖畲?，速效鉀的表層和深層的差比為蘆葦>檉柳>棉田>堿蓬（表1），因蘆葦群落營養(yǎng)元素的歸還量大于存留量，蘆葦群落有密集的根系[16]，蘆葦根系從中層土壤吸收的速效鉀一部分被利用，一部分歸還給土壤，造成蘆葦群落的表層和深層較大的差異。

2.3 土壤全鉀對速效鉀的影響

由圖3可知，檉柳、堿蓬的土壤全鉀（x）與速效鉀（y）呈顯著的正相關(guān)，擬合方程分別為y=0.0443x -0.4024（R2=0.596 2）與y=0.119x -1.1798（R2 =0.701 3）；檉柳與堿蓬屬于自然土壤，人為因素影響小，全鉀到速效鉀的轉(zhuǎn)化由土壤自身實現(xiàn)故變幅不大，說明土壤速效鉀含量高低受制于全鉀供應(yīng)。而蘆葦與棉田土壤全鉀（x）與速效鉀（y）線性關(guān)系不明顯。

人為施肥作用使速效鉀含量大幅度增加，可在較低全鉀含量下產(chǎn)生含量較高的速效鉀，加之棉花根系解鉀菌的存在，使礦物態(tài)鉀轉(zhuǎn)化為速效鉀，所以棉田全鉀與速效鉀之間不存在明顯線性關(guān)系；而蘆葦群落表層土壤肥力高，植物根系密集，相比其他群落其營養(yǎng)元素的歸還性較強(qiáng)，根系從中層土壤吸收的速效鉀一部分被利用，秋冬季一部分歸還給土壤，致使0～10 cm土層全鉀含量較高（圖1（b）），但這種積累不能快速轉(zhuǎn)化為速效鉀而供植物吸收利用，因此可被植物直接利用的土層速效鉀含量相對較低（圖1（b））。這種“累積”大于“轉(zhuǎn)化”的關(guān)系，使全鉀與速效鉀之間不存在明顯的線性關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）4種群落土壤剖面全鉀與速效鉀垂直變化相同，表現(xiàn)為40 cm以上土層全鉀、速效鉀含量較高，但最大值出現(xiàn)在不同土層深度，其中，棉田土壤在解鉀菌的作用下，速效鉀在10～20 cm出現(xiàn)極高值達(dá)718 mg/kg，遠(yuǎn)高于自然植被。而棉花對鉀的集中吸收利用及轉(zhuǎn)化使全鉀含量相對較低。

（2）就不同群落表層與深層的鉀元素差比而言，全鉀表層深層差異大小順序為棉田>堿蓬>檉柳>蘆葦，其原因是棉花對鉀的需求量較大[12]，其根部存在植物根際促生菌，加之棉花根系分泌物可以提高速效鉀的含量[17]；所以使棉田的土壤全鉀表土與底土間差異最大；而速效鉀差比大小順序為蘆葦>檉柳>棉田>堿蓬，這是因為蘆葦群落營養(yǎng)元素的歸還量大于存留量，密集的蘆葦根系，中層土壤吸收的速效鉀一部分被利用，一部分歸還給土壤，造成蘆葦群落的表層和深層存在較大的差異。

（3）該區(qū)域土壤肥力的形成過程中，土壤鉀與植物群落類型存在密切的關(guān)系，表現(xiàn)為檉柳和堿蓬剖面土壤的全鉀和速效鉀存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，此兩種群落的生物與環(huán)境的鉀元素處于一種動態(tài)有效轉(zhuǎn)化的平衡關(guān)系；而蘆葦群落與棉田群落土壤速效鉀和全鉀之間不存在顯著的線性關(guān)系，表現(xiàn)出群落與環(huán)境之間鉀元素的“累積-轉(zhuǎn)化”失衡的關(guān)系。

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