腐植酸缓释钾肥对土壤钾素含量和甘薯吸收利用的影响

王振振，张 超，史春余*，柳洪鹃，史衍玺

(1山东农业大学农学院，作物生物学国家重点实验室，山东泰安271018;2青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛266109)

甘薯是典型的喜钾作物，增施钾肥可以增加干物质生产量，提高干物质在块根中的分配率，提高块根产量，因此甘薯生产中十分重视施用钾肥［1－5］。然而，农业生产中钾肥利用率偏低，不但造成资源浪费和经济损失，而且不能充分发挥钾肥对作物的增产作用［6］;施用缓控释肥料是提高肥料利用率的有效途径之一［7］。腐植酸(Humic Acid，简称 HA)作为一类有良好生物活性的有机高分子物质［8］，不但具有刺激作物生长、活化土壤养分的作用，而且对氮、磷、钾等化学元素养分具有吸附、缓释等作用。有关腐植酸具有活化土壤养分、促进作物养分吸收的报道［9－11］以及腐植酸与速效肥料配合施用可以提高化学元素养分利用率的报道较多［11－15］;而关于施用腐植酸类肥料对土壤不同形态养分含量影响的研究尚少［16］。本试验利用自行制备的、具有一定缓释性能的腐植酸钾肥，在田间小区试验条件下研究了施用腐植酸缓释钾肥对土壤不同形态钾素含量和甘薯吸收利用的影响，旨在为腐植酸类肥料的研制和在根茎类作物上的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验于2008～2009年在山东农业大学农学试验站进行，供试品种为济薯22。供试土壤质地为砂壤土，试验地0—20 cm土层土壤有机质含量为13.7 g/kg，碱解氮 71.13 mg/kg，速效磷(P)20.58 mg/kg，速效钾(K)63.47 mg/kg。供试钾肥为硫酸钾，氧化钾含量为50%。供试腐植酸缓释钾肥为实验室内自行制备：先将腐植酸活化，再让腐植酸与硫酸钾充分吸附、反应，最后利用圆盘造粒;制备的腐植酸钾肥含 K2O 18%、游离腐植酸 24%、pH 7.88。

1.2 试验设计

试验设4个处理：空白对照(CK);等量腐植酸对照(HA，游离腐植酸24 g/m2);等量氧化钾对照(K，硫酸钾36 g/m2);腐植酸缓释钾肥(Ha-K，腐植酸缓释钾肥100 g/m2)。4月30日栽秧，行距0.8 m，株距0.25 m，种植密度52000株/hm2，小区面积20 m2，每个处理重复4次，随机区组排列。所用肥料均作为基肥一次性施入;对甘薯而言供试土壤速效氮、磷含量较高，所以本试验不施用氮、磷肥;其他管理措施同一般大田。

1.3 取样与测定项目和方法

土样留取方法：分别在封垄期(栽秧后50 d)、茎叶生长高峰期(栽秧后110 d)和收获期(栽秧后170 d)用土钻取耕作层土壤样品，风干后研磨过0.25 mm筛用于土壤钾素含量的测定。

植株取样方法：在甘薯封垄期开始第一次取样，之后每隔20 d取一次样，直至收获。具体方法：在每个处理的取样区内随机选取取样点，重复3次，每个取样点选取生长正常的植株5株，挖出块根、洗净、切片，将植株分为叶、柄、茎、块根4部分，装袋烘干称重。干样粉碎后用于植株钾素含量测定。收获期将测产区内的块根全部挖出称重，同时统计块根数和株数，计算平均单株结薯数和块根重，并留样烘干后计算块根出干率。

腐植酸缓释钾肥缓释效果评价采用沙柱淋溶法［17］，在直径3 cm、高20 cm的玻璃淋洗管中，事先用0.075mm的尼龙滤布封底口;淋洗管内分为三层，上下两层为40 g细砂(过0.25 mm～1 mm筛，180℃烘干)，中间一层为腐植酸钾肥5.00 g，上面覆盖两层滤纸以防加水时扰乱砂层，重复6次，以不加肥料的砂柱和等养分含量的硫酸钾为对照。第一次先加20 mL水使砂柱接近饱和，再加入10 mL水淋洗砂柱，收集淋洗液。以后每1小时加入10 mL水;每次收集的淋洗液定容至50 mL。淋洗液中的钾素含量采用火焰光度法测定。

土壤养分和植株全钾含量的测定方法：土壤有机质采用水合热重铬酸钾容量法;碱解氮采用碱解扩散法;速效磷采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法;速效钾含量用NH4OAc(pH 7)浸提—火焰光度法;有效性钾含量采用冷的2 mol/L HNO3浸提—火焰光度法测定。缓效钾含量是从1 mol/L热HNO3浸提的钾量减去速效性钾量。植株全钾含量采用硫酸和过氧化氢消化—火焰光度法测定。

钾肥利用率计算公式如下［18］：

钾肥吸收利用率(%)=(施钾区甘薯吸钾量－钾空白区甘薯吸钾量)/施钾量×100

钾肥农学利用率(kg/kg)=(施钾区甘薯块根产量－钾空白区甘薯块根产量)/施钾量

钾肥偏生产力(kg/kg，K)=施钾区甘薯块根产量/施钾量

1.4 数据分析

田间试验数据均为两年试验的平均值。采用Microsoft Excel 2003和DPS v7.05软件进行数据处理及作图，作图数据计算标准差，多重比较采用新复极差法(LSR法)。

2 结果与分析

2.1 腐植酸钾肥中钾素的释放特性

从图1可以看出，两种肥料的钾素累积释放动态均为L型曲线。硫酸钾(K)在第4次淋洗时，累积释放率已接近100%;而腐植酸钾肥(Ha-K)到第10次淋洗时，累积释放率尚未接近100%。说明腐植酸钾肥中的钾素具有缓慢释放的特性。

根据钾素累积释放率可以计算出钾素释放速率，图1还可以看出，两种肥料钾素释放速率的峰值出现时间相同，但是腐植酸钾肥的峰值低于硫酸钾。前4次淋洗，腐植酸钾肥的释放速率低于硫酸钾，而在之后的淋洗中腐植酸钾肥的释放速率高于硫酸钾。

图1 肥料钾素累积释放率和释放速率Fig．1 Accumulated release rate and release rate of K in fertilizer

2.2 腐植酸缓释钾肥对甘薯土壤钾素含量的影响

图2显示，随着甘薯的生长发育，2个不施钾肥处理(CK和HA)的土壤速效钾含量逐渐下降，等量氧化钾对照(K)的土壤速效钾含量先升后降，腐植酸缓释钾肥处理(Ha-K)的土壤速效钾含量则逐渐上升。

在甘薯不同生长时期，等量腐植酸对照(HA)的土壤速效钾含量均明显低于空白对照(CK)，这与腐植酸刺激甘薯生长、增加养分吸收有关。但是，等量氧化钾对照(K)和腐植酸缓释钾肥(Ha-K)2个处理的土壤速效钾含量明显高于空白对照;其中栽秧后50 d和110 d等量氧化钾对照的增幅较大，栽秧后170 d腐植酸缓释钾肥处理的增幅较大。说明腐植酸缓释钾肥可以有效地提高甘薯生长后期土壤速效钾含量，满足块根膨大对钾素的需求。

随着甘薯的生长发育，空白对照(CK)、等量氧化钾对照(K)和腐植酸缓释钾肥(Ha-K)3个处理的土壤有效钾含量的变化趋势与速效钾含量的变化趋势相似(图2)。但是，等量腐植酸对照的土壤有效钾含量变化趋势与速效钾含量相反，即随着甘薯生长，土壤有效钾含量逐渐升高。

等量腐植酸对照的土壤有效钾含量，栽秧后50 d低于空白对照，栽秧后110 d和170 d高于空白对照，这与腐植酸对土壤钾素的活化作用有关。等量氧化钾对照的土壤有效钾含量，栽秧后50 d、110 d和170 d均显著高于空白对照，其中栽秧后110 d增幅最大。腐植酸缓释钾肥处理的土壤有效钾含量，栽秧后50 d、110 d与空白对照相似，栽秧后170 d显著高于空白对照，其中栽秧后170 d增幅最大。说明腐植酸缓释钾肥也可以有效地提高甘薯生长后期土壤有效钾含量。

由图2还可以看出，随着甘薯的生长发育，空白对照(CK)和等量腐植酸对照(HA)2个处理的土壤缓效钾含量逐渐降低，等量氧化钾对照(K)的土壤缓效钾含量呈现先升后降的趋势，而腐植酸缓释钾肥(Ha-K)处理的土壤缓效钾含量变幅不大。

图2 甘薯不同生长时期土壤中速效钾、有效钾和缓效钾含量Fig．2 Soil rapidly available K，effectively available K and slowly available K contents at different growth periods of sweet potato

与空白对照相比，等量腐植酸对照的土壤缓效钾含量，栽秧后50 d、110 d和170 d均下降，说明施用腐植酸具有使土壤中缓效钾转化为有效钾的作用;而等量氧化钾对照的土壤缓效钾含量，栽秧后50 d相似，栽秧后110 d和170 d明显增加，其中110 d增加显著。与等量氧化钾对照相比，腐植酸缓释钾肥处理的土壤缓效钾含量在甘薯各个生长时期都下降，说明腐植酸缓释钾肥中的钾素被土壤固定成为缓效钾的量较小。

2.3 腐植酸缓释钾肥对甘薯钾素吸收利用和产量的影响

2.3.1 对钾素吸收积累动态的影响 从图3可以看出，随着甘薯的生长发育，等量氧化钾对照(K)和腐植酸缓释钾肥(Ha-K)2个处理的钾素积累量变化动态呈一单峰曲线，栽秧后110 d最大;而空白对照(CK)和等量腐植酸对照(HA)2个处理的钾素积累量一直增加。在甘薯生长的各个时期，3个施肥处理的钾素积累量都高于空白对照;其中，腐植酸缓释钾肥处理最高，等量氧化钾对照次之，再次是等量腐植酸对照。

图3 甘薯钾素积累量Fig．3 K accumulation in sweet potato

2.3.2 收获期块根产量及钾肥吸收利用率 由表1可以看出，与空白对照(CK)相比，3个施肥处理都显著提高了甘薯块根的产量，等量腐植酸对照(HA)、等量氧化钾对照(K)和腐植酸缓释钾肥(Ha-K)处理分别增产7.65%、16.00%和22.83%;3个施肥处理也显著增加了单株结薯数，其中腐植酸缓释钾肥处理增幅最大。但是，各施肥处理的单薯重都有不同程度的降低，这与其单株结薯数较多有关。

与等量氧化钾对照相比，腐植酸缓释钾肥处理的钾肥吸收利用率、钾肥农学利用率和钾肥偏生产力都有显著提高，分别提高20.09%、42.69%和5.89%(表2)。

3 讨论与结论

3.1 单施腐植酸条件下土壤中不同形态钾素含量的变化

已有研究表明，施用腐植酸可以通过增加土壤团粒结构、提高土壤酶活性以及促进微生物活动来活化土壤养分，也可以通过刺激根系和植株生长促进作物对养分的吸收［9－11］;因此，单施腐植酸条件下，土壤速效钾含量主要受土壤中钾素活化和植株对钾素吸收两个方面的影响。罗奇祥等［19］在裸地上的研究表明，施用腐植酸后提高了不同类型土壤速效钾的含量;而许咏梅等［16］在灰漠土棉田研究表明，施用外源腐植酸能降低土壤速效钾含量、提高土壤缓效钾含量，说明施用腐植酸以后土壤速效钾含量的变化方向与是否种植作物有关。本试验结果表明，施用腐植酸促进了甘薯对钾素的吸收，降低了甘薯全生育期土壤中的速效钾和缓效钾含量以及生长前期土壤有效钾含量，同时提高了甘薯生长中、后期土壤有效钾含量。施用腐植酸降低土壤中速效钾含量的结论与许咏梅等［16］的研究结果一致，分析认为土壤速效钾含量降低与腐植酸对植株吸收钾素的促进效应大于对土壤钾素活化的促进效应有关。而施用腐植酸降低土壤缓效钾含量的结论与徐咏梅等的研究结果相反，原因有待于进一步研究。施用腐植酸提高甘薯生长中、后期土壤有效钾含量，则说明腐植酸对土壤钾素除了具有活化(缓效钾等其他形态钾素转化为速效钾)作用以外，对土壤钾素的有效化也具有促进作用。

表1 各处理甘薯产量及产量构成因素Table 1 Yield and yield components of sweet potato in different treatments

表2 钾肥吸收利用率、钾肥农学利用率及钾肥偏生产力Table 2 The recovery efficiency，agronomic efficiency and partial factor productivity of potassium

3.2 施用腐植酸缓释钾肥条件下土壤中不同形态钾素含量的变化

腐植酸不仅具有刺激作物生长、活化土壤养分的作用，还对氮、磷、钾等化学养分具有吸附、络合等作用［20－24］。已有研究表明，腐植酸主要是通过对钾素的吸附作用获得缓释效果［24－25］，这为腐植酸缓释钾肥的研制提供了理论依据。本研究通过淋洗试验表明，腐植酸钾肥对其中的钾素具有一定的缓释作用。虽然与包膜类的缓/控释肥料相比，腐植酸钾肥的缓释效果较差;但是，与硫酸钾的差异还是显著的。

已有研究表明，腐植酸与速效肥料配合使用在改良土壤、促进土壤养分有效化和提高肥料养分利用率等方面有明显的效果［11－15］。但是，腐植酸与速效钾肥料配合使用对土壤不同形态钾素含量影响的研究鲜见报道。在腐植酸与速效钾肥料配合使用的条件下，土壤中速效钾含量的消长主要受三个方面的影响，一是外界肥料的供给;二是土壤中缓效钾的转化;三是植物对钾素的吸收利用。本试验结果表明，与等量氧化钾对照相比，施用腐植酸缓释钾肥，促进了甘薯对钾素的吸收，降低了甘薯生长前、中期土壤速效钾和有效钾的含量，提高了甘薯生长后期土壤速效钾和有效钾的含量。初步分析认为，腐植酸缓释钾肥处理降低甘薯生长前、中期土壤速效钾和有效钾的含量的主要原因：一是肥料中的腐植酸对植株吸收钾素的促进效应大于对土壤钾素活化的促进效应;二是由于腐植酸对肥料中钾素的缓释作用，减少了前、中期速效钾素的供应。腐植酸缓释钾肥处理提高甘薯生长后期土壤速效钾和有效钾的含量主要是由于其增加了后期速效钾素的供应。

本试验结果还表明，与等量氧化钾对照相比，施用腐植酸缓释钾肥，显著提高了钾肥吸收利用率、农学利用率、偏生产力和块根产量，增幅分别为20.09%，42.69%，5.89%和22.83%。分析认为施用腐植酸缓释钾肥提高甘薯块根产量与腐植酸对钾肥的缓释作用和腐植酸对甘薯生长的刺激作用都有关系。

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