長(zhǎng)期秸稈還田提升稻麥輪作系統(tǒng)土壤供鉀容量和強(qiáng)度

楊 雅，夏賢格，范先鵬，夏 穎，張富林，劉冬碧，吳茂前，張志毅*

（1 長(zhǎng)江大學(xué)，湖北荊州 434000；2 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所/國(guó)家農(nóng)業(yè)環(huán)境潛江觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/湖北省農(nóng)業(yè)面源污染防治工程技術(shù)研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部潛江農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物肥料化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430064）

鉀素是土壤礦物質(zhì)的主要組成部分，在維持土壤健康中發(fā)揮著重要作用。然而中國(guó)鉀肥資源缺乏，鉀肥進(jìn)口量依賴度達(dá)50%[1]。而隨著復(fù)種指數(shù)的增加、高產(chǎn)作物品種的推廣、農(nóng)業(yè)集約化程度的提高以及氮磷肥的大量施用，作物帶走鉀素增多，土壤鉀素逐漸出現(xiàn)虧缺[2]。我國(guó)秸稈資源相當(dāng)豐富，年均總量約9億t[3]，約占世界秸稈資源產(chǎn)量的20%～30%[4]。合理利用秸稈中鉀素，對(duì)作物產(chǎn)量形成、培肥地力、提高鉀素循環(huán)利用、減少化肥施用等方面發(fā)揮重要作用[3-5]。

土壤鉀素形態(tài)、存在位置和釋放過(guò)程影響植物對(duì)鉀素吸收利用。當(dāng)鉀飽和時(shí)外源鉀會(huì)釋放到土壤溶液中，減少土壤對(duì)鉀的固定吸附，反之亦然[6]。土壤固定的鉀能夠補(bǔ)充土壤溶液活性鉀的量、強(qiáng)度和速率，兩者共同決定土壤鉀對(duì)植物的有效性。能夠釋放到土壤溶液的鉀素存在于非特定的平面位置(p位)、特定的楔形邊緣位置(e位)和含鉀2∶1礦物的層間位置(i位)[7]。由于與土壤固相的黏結(jié)較弱，平面位置的K對(duì)溶液中K+耗散的響應(yīng)要比楔形邊緣位置快得多[8]。因此，在非特定的平面位點(diǎn)上富集鉀會(huì)增加鉀的釋放速率，這與植物對(duì)鉀的需求一致。相反，非特定的平面鉀含量較低時(shí)，特定點(diǎn)對(duì)鉀釋放的參與較大，會(huì)降低土壤鉀釋放速率，無(wú)法滿足植物吸收。粘土礦物種類[9]、養(yǎng)分管理方式[10]會(huì)顯著影響土壤鉀釋放速率。一般來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期不平衡施肥或不施肥導(dǎo)致土壤的供鉀能力下降，降低土壤鉀的釋放速率[11]。

稻麥輪作是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的種植方式之一，主要分布在長(zhǎng)江中下游地區(qū)，面積約1300萬(wàn)hm2，產(chǎn)量占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的25%以上[12]。秸稈含鉀豐富，且以離子態(tài)存在，秸稈鉀可以作為一種很好的鉀肥資源來(lái)利用[13]。秸稈直接還田是利用秸稈中的鉀資源最直接、最簡(jiǎn)便和最有效的途徑[14]。長(zhǎng)期秸稈還田提高土壤中全鉀、非交換性鉀和交換性鉀含量，且各形態(tài)鉀素與伊利石含量呈正相關(guān)關(guān)系[15]。李繼福等[14]對(duì)稻田的研究表明，長(zhǎng)期秸稈還田不僅可以起到歸還養(yǎng)分的作用，同時(shí)秸稈腐解的過(guò)程也是一個(gè)活化礦物鉀的過(guò)程，促進(jìn)礦物鉀的釋放。

秸稈還田提高土壤鉀素含量和庫(kù)容已經(jīng)得到大量證實(shí)，但是長(zhǎng)期秸稈還田后土壤鉀素存在位點(diǎn)及其釋放過(guò)程還不清楚。四苯硼鈉對(duì)土壤鉀的提取過(guò)程類似于植物根系的耗竭吸收，可將土壤非交換態(tài)鉀不斷地提取出來(lái)，適合用于研究土壤鉀的釋放動(dòng)力學(xué)或評(píng)估土壤鉀的生物有效性[16-17]。缺鉀脅迫環(huán)境會(huì)誘導(dǎo)植物根系大量分泌有機(jī)酸物質(zhì)，這些物質(zhì)通過(guò)酸化、配位交換和還原作用活化土壤礦物態(tài)鉀，以滿足作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求[18]。低分子有機(jī)酸條件下鉀素釋放動(dòng)力學(xué)特征能夠表征養(yǎng)分虧缺時(shí)土壤供鉀能力。因此，四苯硼鈉和低分子有機(jī)酸分別表征不同條件下土壤鉀素供應(yīng)能力。本研究采用連續(xù)浸提、四苯硼鈉和有機(jī)酸模擬研究了不同處理下土壤鉀素形態(tài)、存在位點(diǎn)和鉀素的釋放動(dòng)力學(xué)特征，明晰稻麥輪作制長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)土壤鉀素釋放特征的影響。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)地點(diǎn)為湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)柳洲村，位于江漢平原腹地。地形地貌為沖積平原，土壤類型為河流沖積物母質(zhì)發(fā)育的潮土，土層深厚，質(zhì)地輕壤，種植制度為水稻-小麥。定位試驗(yàn)從2005年6月水稻季開始。試驗(yàn)前土壤pH(土∶水 = 1∶2.5)7.1、有機(jī)質(zhì)20.6 g/kg、全氮1.53 g/kg、堿解氮121 mg/kg、有效磷19.2 mg/kg、容重1.2 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，包括：1) CK，兩季作物不施肥、秸稈不還田；2) RS，兩季作物不施肥、每季秸稈還田量為6000 kg/hm2，其中水稻季還田麥稈，小麥季還田稻草，為保證小區(qū)間的一致性，還田的秸稈均來(lái)自附近的同一田塊；3) NPK，兩季作物施肥，秸稈不還田，其中水稻季N、P2O5、K2O依次為150、90、90 kg/hm2、小麥季 N、P2O5、K2O 依次為120、75、60 kg/hm2；4) NPKS，施肥配合秸稈還田，施肥量同NPK，秸稈還田量同RS 。試驗(yàn)小區(qū)面積20 m2，4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間用田埂隔開，區(qū)組間有固定的排灌溝，溝寬40 cm2，每個(gè)小區(qū)可獨(dú)立排灌。試驗(yàn)開始前采集基礎(chǔ)土樣(0—20 cm)，用常規(guī)方法分析土壤基本理化性質(zhì)。

試驗(yàn)所用氮、磷、鉀肥分別為尿素(N 46%)、過(guò)磷酸鈣(P2O512.1%)和氯化鉀(K2O 60%)。水稻季氮肥60%作底肥、40%作分蘗肥，小麥氮肥60%作底肥、40%作拔節(jié)肥；磷、鉀肥全部作底肥施用。秸稈還田方法：水稻季將試驗(yàn)地附近田塊的小麥秸稈用粉碎機(jī)粉碎，澆水充分潤(rùn)濕，按秸稈量5%的比例加酵素菌及適量紅糖、尿素、米糠，與秸稈混合均勻，蓋上彩條布堆腐約14 天，插秧前將秸稈均勻地撒在已整好的田面后栽秧；小麥季將試驗(yàn)地附近田塊的稻草切成6～10 cm小段，同上述方法操作，堆腐21～28 天，條播小麥后將秸稈均勻地撒在田面。還田秸稈前采集樣本，測(cè)定秸稈含水量，計(jì)算試驗(yàn)小區(qū)所需秸稈量，分析養(yǎng)分含量，計(jì)算還田秸稈帶入的養(yǎng)分量。

1.3 土壤化學(xué)分析

1.3.1 土壤鉀素形態(tài)分析[19]采用對(duì)角線布點(diǎn)法采集2018年水稻收獲后土壤樣品，用于土壤鉀素形態(tài)分析。水溶性K+采用去離子水浸提法測(cè)定，非交換性鉀用1 mol/L HNO3浸提，交換性鉀用1 mol/L醋酸銨浸提，各提取液均用火焰光度計(jì)測(cè)定鉀素含量。

1.3.2 粘土礦物吸附點(diǎn)位鉀 供試土壤采自2018年水稻收獲期，測(cè)定礦物不同位置鉀素含量。稱取2.00 g (m)土樣放入25 mL離心管(記取二者質(zhì)量為m0)中，加入20 mL (v1)蒸餾水，150 r/min振蕩30 min，4000 r/min離心5 min，測(cè)定上清液K濃度(c1)，然后小心倒掉上清液，記取離心管質(zhì)量(m1)；沉淀中再加入0.5 mol/L中性CaCl2溶液20 mL (v2)，150 r/min振蕩30 min，4000 r/min離心5 min，測(cè)定上清液K濃度(c2)，小心倒掉上清液，記取離心管質(zhì)量(m2)；再往離心管沉淀中加入1 mol/L中性NH4OAc溶液20 mL (v3)，150 r/min振蕩30 min，4000 r/min離心5 min，測(cè)定上清液中的K濃度(c3)。另取2.50 g土樣，用1 mol/L熱硝酸法，測(cè)得酸溶性鉀Q酸。各位點(diǎn)鉀含量的計(jì)算公式如下:

式中，Δv1=(m1-m0)/ρ1，此處ρ1指蒸餾水密度，為1.00 g/mL；Δv2=(m2-m0)/ρ2，此處 ρ2指 CaCl2溶液密度，為1.02 g/L；Q水、Qp、Qe和Qi分別代表水溶性鉀、p位鉀、e位鉀和i位鉀含量。2018年小麥和水稻收獲后分析籽粒和秸稈中鉀素含量、干物質(zhì)量，鉀素表觀平衡量(kg/hm2)=投入鉀素總量(kg/hm2)-作物吸收鉀素總量(kg/hm2)。其中，土壤鉀素的投入量主要是指化肥和秸稈還田攜入量，降雨和種子的含鉀量未計(jì)入，作物攜出鉀量主要包括作物地上部(莖、葉、穗軸、籽粒等)的攜出量，根茬的含鉀量未計(jì)入[20]。

1.3.3 鉀釋放動(dòng)力學(xué) 測(cè)定2018年水稻收獲后土壤四苯硼鈉和有機(jī)酸條件下鉀素釋放過(guò)程。有機(jī)酸(如檸檬酸、草酸等)可以模擬植物根系的作用。檸檬酸、草酸等有機(jī)酸普遍存在于土壤中，在植物根系和微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生[21]，參與土壤K釋放。因此，采用檸檬酸和草酸的混合物進(jìn)行土壤鉀提取。有機(jī)酸條件下，稱2.0 g的供試土壤加入20 mL有機(jī)酸(0.005 mol/L檸檬酸+0.005 mol/L草酸)溶液，pH 為 5.8。(25±1)°C 條件下培養(yǎng) 1～1008 h。分別在 1、7、9、31、45、69、94、124、166、216、264、336、432、528、624、720、816、912、1008 h時(shí)取樣，用火焰光度計(jì)測(cè)定各時(shí)期上清液中鉀的濃度。

四苯硼鈉條件下，稱取0.50 g土樣于50 mL離心管中，加入3 mL (0.2 mol/L)四苯硼鈉(NaTPB)與0.01 mol /L EDTA 的混合劑，該試劑pH為9.5。分別振蕩0.5、1.5、4、6、12、24、48和96 h，加入25 mL終止劑(0.5 mol/L NH4Cl+0.14 mol/L CuCl2)，搖勻后置于沸水浴中煮沸60 min，離心后分離，上清液過(guò)濾后加入3滴6 mol/L HCl，用火焰光度計(jì)測(cè)定鉀的濃度[22-23]。

采用4個(gè)動(dòng)力學(xué)模型擬合土壤鉀隨時(shí)間的累積釋放量，并通過(guò)決定系數(shù)(R2)和回歸標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)的大小來(lái)比較各模型的適用性程度，R2愈大，SE愈小，則擬合愈好。以下為各模型表達(dá)式：

式中，y為土壤鉀累積釋放總量(mg/kg)；x 為時(shí)間(h)；a、b為動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鉀素表觀平衡

在4種不同處理中，CK處理鉀素虧缺嚴(yán)重，周年虧缺達(dá)133.7 kg/hm2(表1)。施用化肥后，提高了鉀素輸入量，但是同時(shí)也大幅提高鉀素輸出量，最終土壤鉀素平衡依然呈虧缺狀態(tài)，達(dá)到123.5 kg/hm2，略低于CK。秸稈還田后，無(wú)論施肥與否均提高土壤表觀平衡，秸稈還田處理鉀素盈余約58 kg/hm2。這說(shuō)明供試土壤在僅施化肥或不施肥條件下土壤鉀素耗竭，還田后的秸稈作為外源鉀素，提高土壤鉀素供給。

表1 不同處理土壤周年鉀素表觀平衡(kg/hm2)Table 1 Soil annual potassium apparent balance under different treatments

2.2 土壤鉀素形態(tài)

在四種不同的處理中(表2)，水溶性鉀含量介于8.0～9.0 mg/kg，各處理間無(wú)顯著差異。各處理土壤交換性鉀的含量主要表現(xiàn)為NPKS＞RS＞NPK＞CK，其中NPKS處理的交換性鉀含量最高(76.5 mg/kg)，其次為RS處理(73.5 mg/kg)，二者顯著高于NPK和CK處理(P＜0.05)，提高量約為12.3～18.5 mg/kg。這說(shuō)明土壤鉀素盈余狀況下，土壤交換性鉀含量得到提升。土壤非交換鉀主要存在于土壤中含鉀的礦物中，是衡量土壤供鉀潛力的重要指標(biāo)，其含量越高，說(shuō)明土壤的供鉀能力越大。長(zhǎng)期秸稈還田土壤非交換性鉀的含量均顯著高于秸稈不還田處理(P＜0.05)，其中RS處理非交換性鉀的含量最高(721.9 mg/kg)。相比CK處理，RS處理非交換性鉀含量提高了157.6 mg/kg；相比NPK處理，NPKS處理非交換性鉀含量提高了85.6 mg/kg?？梢钥闯鲈谑┓屎筒皇┓蕛煞N條件下，秸稈還田均能提高土壤速效鉀含量以及潛在供鉀能力。

表2 不同處理土壤中各形態(tài)鉀的含量(mg/kg)Table 2 Different forms of potassium in soil with different fertilization

2.3 粘土礦物吸附點(diǎn)位鉀

土壤中能夠吸持鉀的點(diǎn)位大致分為3種，即處在粘粒表面的p位點(diǎn)，礦物晶片邊緣的e位點(diǎn)和礦物層間的i位點(diǎn)[1]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期秸稈還田和施肥處理，各處理礦物吸附位點(diǎn)鉀含量發(fā)生顯著變化。各處理p位鉀占3個(gè)位點(diǎn)鉀的比例很低，在3.9%～4.7%(表3)。與不施肥(CK)相比，RS和NPKS處理p位鉀含量得到大幅增加，分別提高4.5和7.8 mg/kg。e位鉀占3個(gè)位點(diǎn)鉀比例為7.0%～8.3%，略高于p位點(diǎn)鉀占比。與CK相比，RS處理e位鉀含量極顯著高于CK (P＜0.01)，提高了9.2 mg/kg。NPK、NPKS處理e位點(diǎn)鉀含量和CK相近。i位鉀占3個(gè)位點(diǎn)鉀比例為88.3%～88.7%，表現(xiàn)為RS＞NPKS＞NPK≈CK。RS和NPKS處理e位點(diǎn)鉀極顯著高于CK和NPK處理(P＜0.01)，提高了約104.6～160.2 mg/kg。說(shuō)明NPKS處理能夠提高粘土礦物各位點(diǎn)鉀含量。

表3 不同處理土壤中粘土礦物的不同位點(diǎn)鉀含量(mg/kg)Table 3 Potassium content at different sites of clay minerals in soil with different fertilization

2.4 土壤鉀釋放動(dòng)力學(xué)

以土壤非交換性鉀的累積釋放量與對(duì)應(yīng)釋放時(shí)間關(guān)系得到鉀釋放曲線圖(圖1)。在四苯硼鈉條件下，鉀的釋放可持續(xù)96 h，其中0～12 h為快速釋放時(shí)期，之后進(jìn)入緩慢釋放期。有機(jī)酸浸提的土壤鉀釋放可維持1008 h，快速釋放期在0～45 h。有機(jī)酸條件下的土壤鉀總釋放量多于四苯硼鈉浸提。

圖1 不同浸提劑條件下土壤鉀素釋放動(dòng)力學(xué)Fig. 1 Dynamics of soil potassium release with different extraction agents

利用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Elovich模型、雙常數(shù)模型和拋物線擴(kuò)散模型等4種數(shù)學(xué)模型對(duì)鉀素釋放動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合(表4)。在四苯硼鈉0～96 h條件下雙常數(shù)方程的R2多最高，標(biāo)準(zhǔn)差最小，說(shuō)明所有處理中非交換性鉀的釋放過(guò)程以雙常數(shù)方程擬合最好；在有機(jī)酸0～45 h條件下Elovich 模型和雙常數(shù)方程擬合R2高于其他模型，標(biāo)準(zhǔn)差低于其他模型，說(shuō)明Elovich 模型和雙常數(shù)方程適用于擬合有機(jī)酸0～45 h條件下數(shù)據(jù)。有機(jī)酸46～1008 h條件下一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的R2最高，標(biāo)準(zhǔn)差最小，說(shuō)明以一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合最好。因此，在四苯硼鈉0～96 h和有機(jī)酸0～45 h條件下采用雙常數(shù)方程，有機(jī)酸46～1008 h條件下采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型研究鉀素釋放 (表4)。

表4 不同浸提劑條件下鉀釋放的擬合模型Table 4 Fitted model of potassium release with different extraction agents

表5表明，在四苯硼鈉條件下，快速釋放階段的釋放速率約為緩慢釋放階段的20.6～32.2倍?？焖籴尫烹A段各處理鉀素釋放量表現(xiàn)為RS＞NPKS＞CK＞NPK，緩慢釋放階段各處理釋放量表現(xiàn)為RS＞CK＞NPKS＞NPK，快速釋放階段釋放量約為緩慢釋放階段釋放量的2.9～4.6倍。其中，RS和NPKS處理的釋放量快速釋放階段較 NPK 處理分別多 166.6、81.1 mg/kg，慢速釋放階段分別多 71.4、27.9 mg/kg?？梢钥闯?，秸稈還田處理主要增加快速釋放階段鉀素釋放量和釋放速率，這些釋放的鉀素大部分存在于礦物層間[22]。在有機(jī)酸條件下，快速釋放階段和緩慢釋放階段都表現(xiàn)為RS和NPKS處理鉀素釋放量和釋放速率均高于CK和NPK處理。相比CK和NPK處理，RS和NPKS處理鉀素平均釋放速率在快速和緩慢釋放階段分別增加了42.2和1.85 mg/(kg·d)。NPKS 和 RS 處理鉀素釋放量在快速釋放階段較NPK處理分別增加了16.3、14.5 mg/kg，在緩慢釋放階段分別增加了46.2和111.8 mg/kg。說(shuō)明秸稈不還田時(shí)，土壤鉀素呈耗竭狀態(tài)，鉀釋放較慢，秸稈還田條件下土壤鉀素呈盈余狀態(tài)，盈余的鉀素釋放速度較快。

表5 不同處理土壤緩效鉀釋放量和釋放速率Table 5 The amount and rate of non-exchangeable K released from soils under different treatments

3 討論

3.1 土壤非交換性鉀存在位點(diǎn)

秸稈還田可以緩解土壤鉀素的虧缺，增強(qiáng)土壤的供鉀能力。秸稈還田提高土壤交換性鉀和非交換性鉀的含量，并以非交換性鉀為主(表2)。土壤中的非交換性鉀主要存在于土壤的粘土礦物中，其中p位鉀位于粘粒的外表面，對(duì)鉀親和力較弱；e位鉀處在顆粒邊緣或楔形帶，其電荷鍵合鉀的能力比p位強(qiáng)；i位鉀是僅在2∶1型粘土礦物才有的內(nèi)晶格位置，對(duì)K+顯示出較強(qiáng)的親和力。有研究表明，長(zhǎng)期不施鉀或施鉀量較低均可導(dǎo)致土壤鉀素出現(xiàn)虧缺[24]，引起粘土礦物固定的鉀素大量釋放；而鉀素盈余條件下會(huì)提高粘土礦物鉀素的固定。在RS和NPKS的處理中，p和i位鉀含量均高于其他處理。i位鉀是植物的潛在鉀庫(kù)資源，特定環(huán)境下可以轉(zhuǎn)化為植物易吸收態(tài)鉀。這是因?yàn)橥寥乐懈魑轿稽c(diǎn)上的鉀處于動(dòng)態(tài)平衡之中，植物生長(zhǎng)吸收鉀素致使土壤中鉀平衡發(fā)生變化，為維持平衡，迫使高能吸附點(diǎn)位(i位鉀)所吸持的鉀素釋放[25]。秸稈不還田處理土壤鉀素都表現(xiàn)為虧缺(表1)，各位點(diǎn)鉀含量低于施秸稈或秸稈和鉀肥配合施用的處理，導(dǎo)致i位鉀釋放；秸稈與化學(xué)鉀肥配合施用土壤鉀素表觀平衡呈盈余狀態(tài)，盈余鉀素被粘土礦物固定，各吸附位點(diǎn)鉀含量能夠保持在較高水平。土壤中盈余的鉀素主要固定在粘土礦物層間(i位點(diǎn))，少量固定在表面位置(p位點(diǎn))。

3.2 土壤非交換性鉀釋放特征

鉀素釋放動(dòng)力學(xué)研究中，不同浸提劑處理反映了不同類型鉀素的釋放過(guò)程。四苯硼鈉浸提法中，四苯硼鈉與K+形成KBPh4沉淀，促使溶液中K+濃度降低，促使土壤礦物層間鉀的釋放[23]，這個(gè)過(guò)程與植物根系耗竭吸收相似，主要反映層間鉀素的釋放過(guò)程。有機(jī)酸溶液浸提法中，有機(jī)酸一方面通過(guò)H+擴(kuò)散進(jìn)入并置換層間K+，使之成為游離K+；另一方面H+與礦物Si-O-Si或Al-O-Al反應(yīng)，使其水解并釋放出K+[26]，這個(gè)過(guò)程類似于植物處于缺鉀脅迫環(huán)境下植物根系大量釋放有機(jī)酸物質(zhì)，能夠反映礦物層間鉀和結(jié)構(gòu)鉀的釋放。

土壤鉀素釋放過(guò)程是先快速后緩慢，長(zhǎng)期秸稈還田可以提高土壤鉀素累積釋放量和釋放速率；在有機(jī)酸參與下，土壤鉀素能夠保持長(zhǎng)期緩慢釋放，并且秸稈還田處理鉀素釋放量和釋放速率高于其他處理。在圖1中，四苯硼鈉鉀快速釋放階段在0～12 h，該階段離子態(tài)、交換性鉀等活性鉀素快速釋放。秸稈還田處理在四苯硼鈉提取0～12 h鉀素累積釋放量均高于CK和NPK處理。相比CK，RS和NPKS四苯硼鈉快速釋放階段鉀素釋放速率提高274.8和104.0 mg/(kg·d) (表5)?？焖籴尫烹A段是因?yàn)樵卺尫懦跗冢惩恋V物中p位點(diǎn)的鉀會(huì)優(yōu)先快速釋放出來(lái)。當(dāng)粘土礦物p位點(diǎn)的鉀被耗盡，e位點(diǎn)的鉀就會(huì)開始釋放，進(jìn)一步導(dǎo)致i位點(diǎn)的鉀釋放。四苯硼鈉0～12 h鉀素釋放量達(dá)274.1～440.7 mg/kg，這些鉀素可能更多位于p位點(diǎn)和e位點(diǎn)。隨著浸提時(shí)間增加，土壤鉀素釋放速率逐漸減緩。12～96 h內(nèi)，四苯硼鈉鉀釋放速率降低至17.0～37.4 mg/(kg·d)，四苯硼鈉鉀緩慢釋放階段釋放量表現(xiàn)為RS＞CK＞NPKS＞NPK。這說(shuō)明長(zhǎng)期只施用氮磷鉀化肥且施鉀量不高的情況下，土壤鉀素庫(kù)存會(huì)降低，化肥配合施用秸稈能夠減緩?fù)寥赖V物層間鉀素的耗竭，證明了施用化肥配合施用秸稈是提高土壤鉀素肥力的重要途徑。

有機(jī)酸(檸檬酸和草酸)條件下同樣存在兩個(gè)鉀素釋放階段，這與Jalali等[27]研究結(jié)果相似。有機(jī)酸從兩個(gè)方面促進(jìn)土壤鉀素釋放：1)由于礦物表面晶格斷裂，鉀直接溶解在溶液中；2)結(jié)構(gòu)鉀與有機(jī)酸發(fā)生質(zhì)子作用和鰲合作用，溶液中的質(zhì)子可以和礦物表面的羥基反應(yīng)，加快礦物的溶解，另外，有機(jī)酸溶液中帶羥基和羧基的小分子有機(jī)酸很容易與礦物中的金屬離子發(fā)生反應(yīng)，形成金屬—有機(jī)復(fù)合體，破壞了礦物的結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)礦物中鉀素的釋放[28]。Li等[29]和Wang等[30]通過(guò)純礦物體系培養(yǎng)試驗(yàn)證實(shí)，一般條件下的有機(jī)酸促進(jìn)土壤中鉀的釋放主要是質(zhì)子作用，即H+交換K+來(lái)促進(jìn)土壤鉀素釋放。有機(jī)酸浸提鉀累積釋放量在快速釋放階段，表現(xiàn)為秸稈還田處理的鉀累積釋放量高于秸稈不還田處理，相比CK，RS和NPKS處理鉀素釋放速率提高約50 mg/d，快速釋放階段是以離子形式存在于土壤溶液和土壤膠體的鉀，通過(guò)擴(kuò)散和離子交換進(jìn)入溶液的過(guò)程，該階段鉀釋放速度快，單位時(shí)間釋放量大，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短[31]。在緩慢釋放階段，有機(jī)酸浸提鉀釋放速率緩慢，在25.6～28.3 mg/(kg·d) (表5)。在1008 h時(shí)，RS和NPKS處理鉀累積釋放量分別比CK和NPK提高了約47～110 mg/kg。緩慢釋放階段，鉀的釋放速度相對(duì)較慢，單位時(shí)間內(nèi)鉀的釋放量相對(duì)較小，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，是一個(gè)緩慢的過(guò)程[32-33]。因此，有機(jī)酸條件下長(zhǎng)期秸稈還田主要提高鉀快速釋放階段釋放速度和釋放量，對(duì)結(jié)構(gòu)鉀(緩慢釋放階段)釋放量和釋放速率的影響較小。

4 結(jié)論

秸稈的外源鉀素能夠補(bǔ)充土壤鉀素，影響土壤鉀素表觀平衡，長(zhǎng)期秸稈還田后土壤鉀素由虧缺轉(zhuǎn)為盈余狀態(tài)。秸稈還田既能提高土壤交換性鉀，也能提高非交換性鉀含量，其增加的鉀素主要位于礦物層間位置，少量在礦物表面。秸稈還田增加了土壤鉀素的供應(yīng)強(qiáng)度和容量。