玉米田養(yǎng)鵝對(duì)土壤不同形態(tài)鉀和有機(jī)質(zhì)含量及pH的影響

趙立琴，谷利偉，焦峰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶163319）

鉀素是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一，在提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高作物抗逆性等方面起到非常重要的作用[1-2]。土壤是植物鉀素的主要來(lái)源[3]，土壤鉀素的植物有效性取決于土壤鉀素存在形態(tài)、分布狀況及其各形態(tài)鉀素向植物有效性的轉(zhuǎn)化程度[4-6]。土壤中的鉀包括水溶性鉀、交換性鉀、緩效鉀和礦物鉀四種形態(tài)，水溶性鉀存在于土壤溶液中，活動(dòng)性最高，可以被植物直接吸收利用，是植物鉀素營(yíng)養(yǎng)的直接來(lái)源[7]，但這部分鉀含量很低，不能滿(mǎn)足植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育的需要。交換性鉀又分為非特殊吸附性鉀和特殊吸附性鉀，非特殊吸附性鉀是指土壤膠體表面上吸附的，且能夠被Mg2+、Ca2+等[8]所交換；土壤特殊吸附性鉀是指2∶1型粘土礦物楔形位上特殊吸附，不能被Mg2+、Ca2+等[8]所交換，但能被NH4+所交換，是土壤速效鉀的主要組成部分，可以被作物直接吸收利用。土壤緩效鉀（非交換性鉀）主要是指易風(fēng)化含鉀礦物晶格內(nèi)含有的鉀和土壤礦物所固定的鉀，是不能被其他離子所交換的，通常用1 mol·L-1的硝酸煮沸浸提[8]，土壤緩效鉀是土壤速效鉀的儲(chǔ)備形態(tài)，在一定條件下可以逐漸轉(zhuǎn)化為速效鉀，是評(píng)價(jià)土壤供鉀潛力的重要指標(biāo)。礦物鉀是存在于土壤礦物中難以釋放的鉀，很難被作物吸收利用，必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能轉(zhuǎn)化為作物可以吸收利用的鉀[8]。不同形態(tài)鉀素之間處于動(dòng)態(tài)平衡，其含量及其轉(zhuǎn)化過(guò)程決定土壤的供鉀能力。

“玉鵝種養(yǎng)”是“農(nóng)牧一體化”理論技術(shù)模式之一，是一種生態(tài)種養(yǎng)循環(huán)發(fā)展的新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，當(dāng)前研究主要集中在田間雜草防控、物種多樣性的維持[9-11]、土壤水熱狀況及養(yǎng)分收支平衡[12-13]等方面。研究在長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基礎(chǔ)上探討“玉鵝種養(yǎng)”模式對(duì)土壤不同形態(tài)鉀素含量、有機(jī)質(zhì)含量及pH的影響，并對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行分析，以明確“玉鵝種養(yǎng)”模式下鉀素吸收、利用及相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，為“玉鵝種養(yǎng)”模式下鉀素管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)分別位于黑龍江省大慶市大同區(qū)北方種鵝場(chǎng)和綏化市安達(dá)畜牧場(chǎng)二分場(chǎng)種鵝場(chǎng)，大慶試驗(yàn)區(qū)面積1.30 km2，土壤為石灰性黑鈣土，土壤堿解氮115.83 mg·kg-1、Olsen-P 28.67 mg·kg-1、速效鉀249.65 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)22.33 g·kg-1、pH值8.17；安達(dá)試驗(yàn)區(qū)面積2.40 km2，土壤為鹽化草甸土，土壤堿解氮130.67 mg·kg-1、Olsen-P 17.24 mg·kg-1、速效鉀173.26 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)28.51 g·kg-1、pH值8.54。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)動(dòng)物品種為北方獅白鵝，大慶和安達(dá)試驗(yàn)區(qū)分別于2012年和2017年開(kāi)始試驗(yàn)，玉米種植采用常規(guī)壟作，秸稈不還田。分處理組（T）和對(duì)照組（CK）兩個(gè)處理。處理組（T）每年在6月下旬，當(dāng)玉米植株高度約1.2 m，玉米地里已長(zhǎng)出雜草時(shí)選取2周齡～3周齡的健康北方獅白鵝放養(yǎng)，放養(yǎng)密度為525～600只·km-2，不施用化肥和農(nóng)藥，外圍用1 m高的鐵絲網(wǎng)圍欄，在玉米地外空地上放置若干補(bǔ)飼食槽和自動(dòng)飲水器，供鵝自由覓食和飲水，補(bǔ)飼糧以玉米篩漏和谷糠為主。對(duì)照組（CK）采用傳統(tǒng)施肥方式，施用化肥和農(nóng)藥，但不放養(yǎng)鵝，N、P2O5、K2O施用量分別為225、120和90 kg·hm-2，其中60%氮肥和100%磷鉀肥做種肥，施在種下5～10 cm，40%氮肥做追肥，在玉米拔節(jié)期施用。

1.3 樣品的采集與分析

分別于2019年4月份（記為T(mén)a和CKa）整地前和10月份（記為T(mén)o和CKo）玉米成熟期進(jìn)行土壤樣品采集，將處理組（T）和對(duì)照組（CK）分成四個(gè)面積相近的采樣單元，每個(gè)采樣單元按照“S”型路線(xiàn)采集0～10 cm土壤樣品7點(diǎn)，混合均勻，用四分法進(jìn)行縮分，留樣1 kg左右?guī)Щ貙?shí)驗(yàn)室，4次重復(fù)。

土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、研磨、去雜、過(guò)篩后，土壤全鉀采用HNO3-HCl-HF消煮；水溶性鉀按照水土比10∶1用蒸餾水浸提；土壤速效鉀采用中性NH4OAC浸提；土壤緩效鉀（非交換性鉀）=1 mol·L-1熱HNO3浸提鉀-速效鉀；土壤吸附性鉀=速效鉀-水溶性鉀；土壤礦物鉀=土壤全鉀-土壤速效鉀-土壤緩效鉀，鉀采用ICP-OES測(cè)定（PE，Optima 8000）；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測(cè)定；土壤pH采用2.5∶1的水土比，電位法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010作圖，DPS7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，單因素和LSD法進(jìn)行方差分析和多重比較。表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米田養(yǎng)鵝對(duì)土壤不同形態(tài)鉀含量的影響

由表1可見(jiàn)養(yǎng)鵝處理對(duì)不同形態(tài)鉀含量的影響順序?yàn)橥寥浪苄裕舅傩р洝治叫遭洠揪徯р洠译S著養(yǎng)鵝年限增加，影響程度顯著提高；對(duì)礦物鉀和全鉀影響相對(duì)較小。安達(dá)試驗(yàn)區(qū)養(yǎng)鵝處理土壤水溶性鉀、吸附性鉀和速效鉀含量均顯著高于CK，增幅平均為38.43%、12.06%、14.29%，而緩效鉀含量略有降低，但降幅不大；大慶試驗(yàn)區(qū)春秋兩季養(yǎng)鵝玉米田土壤水溶性鉀、吸附性鉀和速效鉀含量顯著或極顯著高于CK，春季樣品增加了51.23%、16.72%、19.27%；秋季樣品增加了213.20%、119.43%、128.30%，養(yǎng)鵝處理的緩效鉀含量也是極顯著高于CK，提高了98.31%。

表1 土壤水溶性鉀、吸附性鉀、速效鉀、緩效鉀、礦物鉀和全鉀含量Table 1 Content of water-soluble K，adsorbed K，available K，slow-release K，mineral K and total K in soil

2.2 玉米田養(yǎng)鵝對(duì)土壤不同形態(tài)鉀比例變化的影響

由表2可知玉米田養(yǎng)鵝能提高土壤水溶性鉀、吸附性鉀、緩效鉀和速效鉀占全鉀的比例，而礦物鉀的比例降低，養(yǎng)鵝年限越長(zhǎng)，T與CK間的差異越大。大慶試驗(yàn)區(qū)養(yǎng)鵝處理秋季樣品水溶性鉀、吸附性鉀、速效鉀和緩效鉀占比均極顯著高于CK，分別提高了2.20倍、1.22倍、1.31倍、1.02倍；而礦物鉀極顯著降低，降低了0.05倍。安達(dá)試驗(yàn)區(qū)春、秋兩季樣品和大慶試驗(yàn)區(qū)春季樣品養(yǎng)鵝處理與CK間差異不顯著，但是養(yǎng)鵝處理活性較高的鉀組分占比均高于CK，而礦物鉀占比降低。與CK相比，安達(dá)試驗(yàn)區(qū)養(yǎng)鵝處理土壤水溶性鉀、吸附性鉀、緩效鉀和速效鉀占比平均提高了38.89%、9.25%、10.86%和0.88%，大同試驗(yàn)區(qū)春季樣品分別提高了50.00%、20.25%、22.35%和6.84%。說(shuō)明玉米田養(yǎng)鵝能促進(jìn)礦物鉀的礦化分解，提高土壤鉀素的有效性。

表2 土壤水溶性鉀、吸附性鉀、速效鉀、緩效鉀、礦物鉀占全鉀的百分比Table 2 The percentage of soil water-soluble K，adsorbed K，available K，slow-release K and mineral K in total K

2.3 玉米田養(yǎng)鵝模式下土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量變化及其與不同形態(tài)鉀的關(guān)系

由圖1可見(jiàn)玉米田養(yǎng)鵝對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、pH值有很大的影響，養(yǎng)鵝玉米田土壤有機(jī)質(zhì)含量提高，而pH值呈降低的趨勢(shì)。兩地春季樣品土壤有機(jī)質(zhì)差異不顯著，大慶試驗(yàn)區(qū)Ta有機(jī)質(zhì)含量高于CKa，提高了9.04%；安達(dá)試驗(yàn)區(qū)Ta和CKa有機(jī)質(zhì)含量相近。兩地秋季樣品養(yǎng)鵝處理有機(jī)質(zhì)含量顯著或極顯著高于CK，安達(dá)和大慶To有機(jī)質(zhì)含量分別比CKo提高5.71%和37.36%，說(shuō)明養(yǎng)鵝年限越長(zhǎng)土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅越大。

圖1 土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值變化Fig.1 Changes of organic matter content and pH in soil

兩地春秋兩次采樣養(yǎng)鵝處理的pH值均低于不養(yǎng)鵝處理（CK）。大慶春秋兩季T與CK相比pH值降低達(dá)顯著或極顯著水平，分別降低了2.07%和1.35%；安達(dá)春秋兩季T和CK間差異均不顯著?？傮w來(lái)說(shuō)秋季樣品T和CK間差異大于春季樣品，這可能是由秋末春初土壤頻繁凍融交替引起的活性有機(jī)碳礦化和溶解性有機(jī)酸的釋放量增加引起的[14-15]。

為了進(jìn)一步明確不同形態(tài)鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量、pH值間的關(guān)系，對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)分析（見(jiàn)表3），由表3可知土壤全鉀與礦物鉀間呈極顯著正相關(guān)，兩地相關(guān)系數(shù)分別為0.94**和0.90**；水溶性鉀與吸附性鉀、緩效鉀和速效鉀間顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.64**、0.69**、0.74**（安達(dá)） 和0.55*、0.77**、0.65**（大慶）；水溶性鉀與礦物鉀間呈負(fù)相關(guān)，大慶試驗(yàn)區(qū)相關(guān)顯著，安達(dá)試驗(yàn)區(qū)相關(guān)不顯著；緩效鉀與吸附性鉀和pH值呈正相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)與緩效鉀間呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 土壤鉀組分含量與有機(jī)質(zhì)含量和pH間相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis between the contents of soil potassium fractions with organic matter contents and pH

3 討論

玉米田養(yǎng)鵝處理通過(guò)鵝對(duì)玉米底部葉片和雜草的采食，改變了玉米田的通風(fēng)、透光條件，進(jìn)而改善土壤的水、熱狀況，鵝的糞便作為有機(jī)肥直接排泄到農(nóng)田土壤，使土壤微生物環(huán)境得到改善，對(duì)土壤的理化性狀和養(yǎng)分平衡產(chǎn)生重要影響。曹艦艇等[11]指出玉米田養(yǎng)鵝增加了農(nóng)田系統(tǒng)雜草數(shù)量、種類(lèi)和生物量，提高了生物多樣性，使土壤容重降低、土壤含水率增加。仝淑萍等[13]指出“，玉鵝種養(yǎng)”生產(chǎn)模式下白天土壤溫度高于對(duì)照，夜間土壤溫度低于對(duì)照，晝夜溫差變大。王秋菊等[16]指出玉米田養(yǎng)鵝降低土壤的pH值，提高土壤有機(jī)質(zhì)及堿解氮和速效鉀的含量。研究表明養(yǎng)鵝的玉米田土壤水溶性鉀、吸附性鉀、速效鉀等。

含量和占比均提高，有機(jī)質(zhì)的含量也相應(yīng)提高，但pH值降低，養(yǎng)鵝年限越長(zhǎng)，T與CK間差異越大。這與前人的研究結(jié)果是一致的。而土壤水分、質(zhì)地、容重、溫度、pH值、陪伴離子、鉀離子的濃度等是影響土壤鉀素有效性的重要因素。土壤水分含量增加，鉀素的擴(kuò)散速率加快，直接增加通過(guò)擴(kuò)散方式遷移的鉀素含量[17]；土壤溫度是影響鉀素動(dòng)態(tài)變化和土壤供鉀能力的一個(gè)重要因素，在0～40℃范圍內(nèi)，增加溫度能使土壤交換性鉀離子減少，水溶性鉀濃度增加[18]。

相關(guān)分析表明土壤全鉀與礦物鉀間極顯著正相關(guān)；水溶性鉀與吸附性鉀、緩效鉀和速效鉀間顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.64**、0.69**、0.74**（安達(dá)）和0.55*、0.77**、0.65**（大慶），水溶性鉀、吸附性鉀、緩效鉀與礦物鉀間呈負(fù)相關(guān)；吸附性鉀與緩效鉀間呈正相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)與緩效鉀間顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，而pH值與緩效鉀間呈正相關(guān)。孫偉紅等[19]指出，土壤水溶性鉀、吸附性鉀、非交換鉀與秸稈還田量呈顯著正相關(guān)，與礦物鉀呈顯著負(fù)相關(guān)，與研究基本一致。殷志遙等[20]指出礦物鉀和全鉀之間相關(guān)極顯著，這與研究結(jié)果也是相符的。

4 結(jié)論

玉米田養(yǎng)鵝使土壤水溶性鉀、速效鉀、吸附性鉀顯著或極顯著高于CK，影響順序?yàn)橥寥浪苄裕疚叫遭洝炙傩р洠揪徯р?，?duì)礦物鉀和全鉀含量影響不大。玉米田養(yǎng)鵝能夠提高土壤水溶性鉀、吸附性鉀、緩效鉀和速效鉀等活動(dòng)性較高鉀組分的占比，而基本無(wú)效的礦物鉀占比降低，說(shuō)明玉米田養(yǎng)鵝能促進(jìn)礦物鉀的礦化和分解，提高土壤鉀素的有效性。玉米田養(yǎng)鵝利于有機(jī)質(zhì)的積累，降低土壤的pH值，是培肥地力、堿土改良的有效方法之一。土壤水溶性鉀、吸附性鉀和緩效鉀間呈顯著正相關(guān)，全鉀和礦物鉀顯著正相關(guān)；緩效鉀與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)，而與pH值顯著正相關(guān)，說(shuō)明玉米田養(yǎng)鵝可以通過(guò)提高土壤有機(jī)質(zhì)、降低pH值而加速土壤緩效鉀的釋放。