长期施肥下潮土速效钾含量与钾素投入水平关系

张水清， 杨 莉， 黄绍敏， 娄翼来， 聂胜委， 郭斗斗， 三島慎一郎

(1 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州 450002; 2 农业部人力资源开发中心，北京 100125; 3 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081; 4 日本农业环境技术研究所，日本筑波305-8604; 5 华中农业大学资源与环境学院，武汉 430070)

通常情况下，土壤钾素含量随着外源钾素投入量的增加而增加[1-3]，外源钾素的形态不同，土壤中不同形态钾素含量的增幅不同[4-5]，有机肥对土壤钾库和速效钾的含量增加显著[6, 7]，然而许多试验发现，在富钾土壤如潮土区钾肥的效果不明显[8, 9]，在较缺钾的土壤上，施钾肥第一年钾肥效果显著，以后则不明显[10]。每年施入土壤中的钾一部分补充到钾库成为无效钾，小部分成为交换性钾和水溶性钾[11]。土壤耕层速效钾过多超出作物需求有可能导致钾素的淋失。比如砖红壤上钾素存在相当量的淋失[12]，干旱的黄土区也证明存在速效钾的流失现象[13]。土壤钾素本身各形态之间有着复杂的转换关系、 对作物的有效性随土壤类型、 土壤湿度、 温度等不同[14-17]。目前，潮土钾素研究主要集中在土壤钾素的变化、 提升土壤肥力方面，而关于钾素投入量与速效钾含量关系研究尚不充足。本试验根据21年的长期定位试验，研究土壤速效钾变化规律及其与钾素投入水平的关系，旨在为华北潮土区合理施用钾肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验在“国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站”进行，其原址位于河南省郑州市，N34°47′和E113°40′。1988年开始，经过两年匀地种植，于1990年开始不同施肥结构和种植制度下(小麦—玉米和小麦—大豆)的作物产量与土壤肥力和肥料效益长期定位监测试验。供试土壤为砂壤质潮土，成土母质为黄河冲积物，土壤pH 8.1，全氮、 全磷、 全钾和有机质分别为0.64、 0.65、 16.9和10.6 g/kg，碱解氮、 有效磷和速效钾分别为76.6、 9.0和71.7 mg/kg。试验地于2009年5月采用原状土搬迁方式移至河南省原阳县祝楼乡，位于原试验地正北约23 km。

1.2 试验设计

试验长期小麦—玉米轮作，设9个处理: 1)种植，不施肥(CK)； 2)单施氮肥(N)； 3) 施氮磷肥, 不施钾肥(NP)； 4)施氮钾肥, 不施磷肥 (NK)； 5) 施磷钾肥, 不施氮肥(PK)； 6)施氮磷钾化肥(NPK)； 7)有机肥与氮磷钾化肥配施，与NPK处理等氮量，化肥氮占总氮30%(MNPK)； 8)处理MNPK施肥量的1.5倍(1.5MNPK)； 9)玉米秸秆，配施氮磷钾化肥，与NPK处理等氮量(SNPK)。2009年之前不设重复，试验区面积16×25=400 m2， 2009年搬土后每小区43 m2，随机区组排列，3次重复，施肥量见表1。

表1 试验处理及施肥量 (kg/hm2)

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品的采集与分析 每年玉米季收获后用5点取样法取土样，在2010年之后改为小麦收获后取样，风干后过2 mm筛，土壤速效钾采用乙酸铵提取—火焰光度计法。

1.3.2 数据处理 本文速效钾含量及钾素投入量均以纯钾计算，钾素投入量为累积钾素投入量。数据整理与作图使用Excel 2007，统计分析使用SPSS 17.0。

2 结果与分析

2.1 土壤速效钾含量的动态变化

图1 长期不同施肥条件下土壤速效钾含量动态Fig.1 Dynamics of soil readily available K content under different fertilizer treatments

2.2 土壤速效钾含量与钾素投入的关系

对各钾肥处理下的土壤速效钾含量与钾素投入之间的关系进行回归分析。对于3种无机钾肥处理(NK、 PK、 NPK)而言，土壤速效钾含量均随着钾素投入量的增加而增加，但增长幅度有一定差别(图2)。钾素投入每增加1 kg，PK、 NK和NPK处理土壤速效钾含量分别增加0.033 mg/kg、 0.025 mg/kg和0.007 mg/kg，增加幅度PK>NK>NPK。由图2还可以看出，3种施用有机物料处理的土壤速效钾含量均随钾素投入量的增加而增加，其中MNPK和1.5MNPK处理土壤速效钾增长幅度一致，均为钾素投入每增加1 kg，土壤速效钾含量增加0.025 mg/kg; 而秸秆还田处理的土壤速效钾含量增长幅度较有机肥处理相对较低，每增加1 kg钾素投入，土壤速效钾含量增加0.014 mg/kg。

图2 长期不同施肥条件下土壤速效钾含量与钾素投入量的关系Fig.2 Relationship between soil available K content and K input level under long term fertilizer treatments

3 讨论与结论

参考文献:

[1] 范钦桢, 谢建昌. 长期肥料定位试验中土壤钾素肥力的演变[J]. 土壤学报, 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] 黄绍文, 金继运, 王泽良, 程明芳. 北方主要土壤钾形态及其植物有效性研究[J]. 植物营养与肥料学报, 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] 徐晓燕, 马毅杰, 张瑞平. 土壤中钾的转化及其与外源钾的相互关系的研究进展[J]. 土壤通报, 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] 葛玮健, 常艳丽, 刘俊梅, 等. 塿土区长期施肥对小麦—玉米轮作体系钾素平衡与钾库容量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 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] 周晓芬, 张彦才, 李巧云. 有机肥对土壤钾素供应能力及其特点研究[J]. 中国生态农业学报, 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] 索东让, 候格平, 王平, 梁国森. 定位连施土粪对土壤钾素的影响[J]. 甘肃农业大学学报, 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] 黄绍敏, 宝德俊, 皇甫湘荣, 等.长期定位施肥小麦的肥料利用率研究[J]. 麦类作物学报, 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] 陈防, 鲁剑巍, 万运帆, 等. 长期施钾对作物增产及土壤钾素含量及形态的影响[J]. 土壤学报, 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, 杨杰, 等.土壤-作物系统钾素动力学模型及其参数研究[J]. 土壤学报, 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] 龙怀玉, 李韵珠, 张维理, 蒋以超. 温度对潮土和褐土钾吸附动力学的影响[J]. 中国农业科学, 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] 罗微, 林清火, 林钊沐, 等. 钾肥在砖红壤中的淋失特征初步模拟研究[J]. 水土保持学报, 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, 张兴昌, 邵明安. 黄土区土壤钾素径流流失试验研究[J]. 水土保持学报, 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, 张淑香, 李小平, 王丽霞. 长期施肥对褐潮土磷、 钾状况及速效供应能力的影响[J]. 华北农学报, 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] 黄绍敏, 宝德俊, 皇甫湘荣, 等. 不同栽培因子对河南潮土上小麦产量的影响[J]. 麦类作物学报, 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] 黄绍敏, 杨先明, 皇甫湘荣, 等. 不同栽培因子对河南玉米产量的影响程度[J]. 玉米科学, 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] 张水清, 黄绍敏, 刘建青, 等. 长期定位施肥对冬小麦干物质生产、 产量形成及钾素吸收分配的影响[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.