畜禽粪便中钾的有效性及其在土壤中的释放特点

倪中应，叶永青，徐立军，谢国雄，许杰（桐庐县农业技术推广中心，浙江桐庐500；杭州市植保土肥总站，杭州000；富阳市农业技术推广中心，浙江富阳400）

畜禽粪便中钾的有效性及其在土壤中的释放特点

倪中应1，叶永青1，徐立军1，谢国雄2，许杰3
（1桐庐县农业技术推广中心，浙江桐庐311500；2杭州市植保土肥总站，杭州310020；3富阳市农业技术推广中心，浙江富阳311400）

摘要：为了解畜禽粪便中钾对农作物的生物有效性，对采自杭州市规模化养殖场的牛粪、猪粪、鸭粪和鸡粪等4种畜禽粪进行了钾的化学形态分析及其土壤培养试验。结果表明：4种畜禽粪便中全钾含量在4.87～53.40 g/kg之间，平均为21.50 g/kg。含钾量由高至低依次为猪粪>鸡粪>鸭粪>牛粪。畜禽粪便中的钾具很高的生物有效性，其中，速效钾占全钾的比例平均为49.4%，缓效钾占全钾的比例平均为32.4%。畜禽粪便施入土壤后，其中大部分钾可在短时间内释放成为土壤有效钾。

关键词：畜禽粪；钾；化学形态；生物有效性

0　引言

钾是植物生长必需的大量元素之一[1-2]，对植物体内碳水化合物的形成、复青壮苗、促进植物导管和细胞组织增厚、韧皮部疏导组织的壮大，增强抗倒伏性、增加含糖量和淀粉量都有一定的作用[3-4]。由于中国土壤钾素水平普遍偏低，耕地土壤缺钾问题突出、钾肥资源不足。中国土壤工作者一直非常重视土壤中钾的存在形态、供钾能力、施用钾肥的增产效果及提高钾肥利用率等方面的研究[5-8]，施用钾肥是中国农业增产的重要措施[9-11]。钾肥施用对作物的增产效果与钾肥的施用量及钾肥的生物有效性密切相关[12-14]，因此了解肥料中钾素的生物有效性及其在土壤中的释放特点对指导科学施肥有重要意义。研究表明，土壤中的钾从化学形态上可分为水溶性钾、交换性钾、非交换性钾和结构钾；从植物有效性角度可分为速效钾（水溶性钾＋交换性钾）、缓效性钾（非交换性钾）和相对无效钾（矿物钾）[15]。土壤中各形态钾之间存在着渐变性，并处于一定的动态平衡。土壤钾素的固定和释放对这一平衡过程产生重要影响，进而影响钾对植物的有效性，其反应方向依赖于土壤交换性钾[5]。土壤中各种形态钾之间的转化速率是影响土壤供钾能力的重要因素之一，对植物生长具有重要意义。钾肥的施用不仅可显著地影响农作物的生长，同时对土壤中钾素形态及供钾能力也有很大的影响[10,15]。中国常用的化学钾肥主要为溶解度较高的硫酸钾和氯化钾等，它们具很高的生物有效性，施入土壤后主要呈离子状态，一部分被植物吸收利用，另一部分则被胶体吸附成为速效钾或缓效钾。中国钾肥资源不足，化学钾肥常常不能满足作物生长的需要，施用有机肥是农田土壤补充钾素的重要途径[16-17]。一般认为，有机肥中钾素最终可成为作物可利用的钾，但有关有机肥中钾的有效性及有机肥施入土壤后钾的释放特性少有报道[18-19]。近年来，随着中国畜禽养殖业的不断发展，畜禽粪便已成为施于农田的主要有机肥。为了深入了解畜禽粪便中钾的生物有效性，从规模化养殖场采集了牛粪、猪粪、鸭粪和鸡粪等4种畜禽粪，采用化学分析方法探讨了畜禽粪便中钾的有效性及其在土壤中的释放特性，旨在为科学施用畜禽粪便提供依据。

表1　供试土壤性状

1　材料与方法

1.1供试材料

研究于2013年3月共从杭州市代表性规模化养殖场采集了12个畜禽粪肥样，分属牛粪、猪粪、鸭粪、鸡粪等4类粪肥，每类粪肥各采集3个样品；每个样品由同一养殖场的4～6次（个）分样混合而成。畜禽粪样在室温下风干，磨细过0.15 mm土筛用于钾的形态分析和其在土壤中释放行为研究。供试土壤2种，分别为红壤和潮土。红壤采自杭州西湖区，为第四纪红土母质发育的黄筋泥；潮土采自浙江大学华家池校区，为河口海相沉积物发育的黄松土，供试土壤性状见表1。

1.2释放试验

为了解畜禽粪便施用后土壤中有效态钾的变化，分别从畜禽粪中选择牛粪、猪粪、鸭粪、鸡粪各1个，在2种土壤进行施用畜禽粪便的室内盆钵培养试验；每类畜禽粪的试验设置对照（不施畜禽粪）和施0.5%畜禽粪便2个处理，重复3次，每一盆钵用土量为7.5 kg。培养期间土壤水分状况控制在65%～75%的田间持水量（每次采样后，添加水分量根据取样后实际土壤量进行调整），温度控制在20～25℃。分别在培养时间1、2、5、10、15、25、35、60天从各盆钵中采集混合样（取样量约30 g，取样后培养试验继续进行），分析土壤中速效钾含量的动态变化，以评估畜禽粪便中钾在土壤中的释放随时间的变化。

1.3分析方法

分析项目包括土壤和畜禽粪便中速效钾、全钾，畜禽粪便中缓效钾、有机质结合态钾。其中，土壤和畜禽粪便中速效钾用醋酸铵提取[20]，火焰光度法测定。缓效钾用1 mol/L HNO3煮沸10 min提取，火焰光度法测定；测定值减去醋酸铵提取的钾即为缓效钾。土壤全钾用碱融法融熔[18]，火焰光度法测定钾。畜禽粪便中全钾测定时，先用高温灰化样品，然后采用HF消化法消解样品，火焰光度法测定钾。畜禽粪便中有机质结合态钾测定：在提取缓效钾的残余物中先用30%H2O2（用HNO3调节pH 2）在85℃水浴中提取2 h，再用1 mol/L醋酸铵提取（用HNO3调pH 2）16 h，用火焰光度法测得的钾含量减去速效钾和缓效钾即为有机结合态钾。畜禽粪便中残余态钾采用全钾减去速效钾、缓效钾和有机质结合态钾计算获得。

2　结果与分析

2.1粪肥中钾的含量

表2表明，杭州市12个畜禽粪样的全钾含量在4.87～53.40 g/kg之间，平均为21.50 g/kg，变异系数为71.0%。总体上，畜禽粪中含钾量由高至低依次为：猪粪>鸡粪>鸭粪>牛粪，它们的平均钾含量分别为29.80、22.70、16.74、16.73 g/kg。猪粪中钾平均含量约为牛粪和鸭粪的1.8倍。不同种类畜禽粪中钾含量的差异可能与使用饲料不同有关。

2.2粪肥中钾的化学形态

研究的畜禽粪便样品中钾素主要以速效钾和缓效钾为主（表2）。其中，速效钾占全钾的比例在29.8%～ 69.3%之间，平均为49.4%；缓效钾占全钾的比例在16.3%～43.3%之间，平均为32.4%；速效钾和缓效钾等2种钾形态总和占总钾的76.6%～87.4%，平均为81.7%。由此可见，畜禽粪便中钾有很高的生物有效性。与有机组分结合的钾比例相对较低，在7.6%～ 14.4%之间，平均为11.3%。畜禽粪便中的残余态钾可能存在于混入畜禽粪便中的矿物质中，只占全钾的3.9%～9.5%，平均为7.0%。

表2　不同来源粪样中钾含量及其形态组成

图1　施用畜禽粪便后土壤速效钾的动态变化

2.3粪肥中钾在土壤中的释放特点

图1为4种畜禽粪在2类土壤中速效钾随培养时间的变化。从中可知，施用畜禽粪便的土壤中速效钾含量明显高于对照土壤，且在较短的培养时间（5～10天）内土壤速效钾均达到较高的水平。由此可见，由畜禽粪便施用引入的钾素可在短时间内成为土壤速效钾。图中结果还表明，随着培养时间的进一步增加，土壤速效钾呈现下降的趋势，这可能与进入土壤的钾被土壤固定成为缓效钾有关。畜禽粪便施入土壤后，土壤中钾可发生以下转变：一是畜禽粪便中的速效钾释放进入土壤；二是畜禽粪便中的缓效钾逐渐释放进入土壤，部分与有机物质结合的钾也因有机物质的矿化被逐渐释放；三是进入土壤的速效钾被土壤中云母、蛭石等粘土矿物固定转变为缓效钾。施入畜禽粪便初期，土壤中速效钾的增加说明速效钾的释放速率大于速效钾被固定转变为缓效钾的速率；而后期土壤速效钾的下降可能与从畜禽粪便中释放的速效钾速率小于速效钾被固定转变为缓效钾的速率有关。

图1结果还表明，无论是红壤还是潮土，施用畜禽粪后土壤速效钾的含量均是猪粪>鸡粪>鸭粪和牛粪，这与畜禽粪中钾含量的高低一致，即畜禽粪中钾水平的高低在一定程度上决定了其对土壤有效钾影响的大小。

3　结论

试验结果表明，规模化养殖场的牛粪、猪粪、鸭粪和鸡粪等4种畜禽粪的钾主要以速效态和缓效态形式存在，具有很高的生物有效性。畜禽粪便施入土壤后，其中大部分钾可在短时间内释放成为土壤有效钾。

4　讨论

农作物从土壤中吸收利用的养分主要为土壤中的有效态养分，肥料是土壤有效态养分的重要补充。因肥料资源短缺，秸秆还田和施用畜禽粪便等有机肥是中国农田土壤养分的重要来源。已有研究表明[21-22]，氮和磷是有机物质的重要组分，作物秸秆和传统有机肥中的氮和磷一般需通过较长时间的矿化才能转化为植物能利用的氮、磷。但本研究表明，钾与氮、磷有所不同，畜禽粪便中的钾具很高的生物有效性，其速效钾占全钾的比例平均可达49.4%，畜禽粪便施入土壤后其中大部分钾可在短时间内释放成为土壤有效钾。这一方面与畜禽粪便中的钾主要以无机态形式存在有关，另一方面也可能与近年来饲料添加剂的应用增加了畜禽粪便中游离态无机钾比例有关。因此，施用畜禽粪便可在较短时间内实现土壤补钾的目的，施用畜禽粪便对土壤的补钾效果快于补氮和补磷。本研究是在室内控制条件下进行，其获得的结果还有待于大田试验及种植作物条件下加以进一步验证。

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Chemical Forms and Release Characteristics of Potassium in Livestock and Poultry Manure

Ni Zhongying1, Ye Yongqing1, Xu Lijun1, Xie Guoxiong2, Xu Jie3
(1Agricultural Technology Promotion Center of Tonglu County, Tonglu 311500, Zhejiang, China;2Hangzhou Plant Protection and Soil-fertilizer Station, Hangzhou 310020, Zhejiang, China;3Agricultural Technology Promotion Center in Fuyang City, Fuyang 311400, Zhejiang, China)

Abstract:In order to know the bio-availability of potassium in livestock and poultry manure, four kinds of livestock and poultry manure including cattle manure, pig manure, duck manure and chicken manure were collected from large-scale farms in Hangzhou. The chemical forms of potassium were analyzed and the soil cultivation experiments were conducted. The results showed that the total K content in the manure ranged from 4.87 to 53.40 g/kg, and the average value was 21.50 g/kg. Potassium content in livestock and poultry manure decreased in the order of pig manure, chicken manure, duck manure and cattle manure. Bio-availability of K in livestock and poultry manure was very high. The average proportion of available K in the total K was 49.4%, and the average proportion of slow-release K in the total K was 32.4%. Most potassium in the manure could be released into soil and became available K in a short time after the manure was applied to soil.

Key words:Livestock and Poultry Manure; Potassium; Chemical Forms; Bio-availability

中图分类号：S158

文献标志码：A论文编号：cjas15090010

基金项目：2013—2014年度杭州市财政项目“杭州市商品有机肥的研究与应用”（杭农财2013-17）。

第一作者简介：倪中应，男，1966年出生，浙江桐庐人，高级农艺师，主要从事土肥技术研究。

通信地址：311500桐庐县桐君街道富春路69号桐庐县农技推广中心，Tel：0571-64602382，E-mail：hztlnzy@163.com。 310020杭州市杭海路434-1植保土肥总站，Tel：0571-86991208，E-mail：xgx1000@163.com。

通讯作者：谢国雄，男，1964年出生，浙江建德人，推广研究员，本科，从事土壤肥料研究与推广。

收稿日期：2015-09-28，修回日期：2015-11-10。