长期施用化肥和稻草对红壤性水稻土非交换性钾释放动力学的影响

研究了长期定位施肥试验中连续27年(1981-2007)施用化肥和稻草对红壤性水稻土非交换性钾释放特征及其动力学的影响.本试验选择了其中5个处理:CK(不施肥)、NP(施氮、磷肥)、NPK(施氮、磷、钾肥)、NP+RS(施氮、磷肥和稻草)和NPK+RS(施氮、磷、钾肥和稻草).结果表明,长期施用钾肥和稻草的条件下,各处理土壤中非交换性钾的释放均存在2个不同的阶段:即第一阶段(1～14 h)表现为直线上升阶段,第二阶段(14～796 h)为缓慢增长阶段.5个处理中,长期不施钾处理(CK和NP)的土壤非交换性钾累积释放量较低,分别为62.22和56.12 mg/kg,长期施钾处理(NPK、NP+RS和NPK+RS)的土壤非交换性钾累积释放量较高,分别为67.52、64.41和75.33 mg/kg.施稻草处理(NPK+RS和NP+RS)的土壤非交换性钾释放量明显高于相应不施稻草处理(NPK和NP)的土壤,这可能与长期施用稻草促使土壤矿物钾中的一部分向非交换性钾转化有关.用抛物线扩散、零级反应、一级反应和Elovich方程模拟土壤非交换性钾的释放动力学结果表明,Elovich方程能比较好地模拟5个处理土壤非交换性钾的释放动力学.分段直线方程能更好地描述土壤非交换性钾释放的机制.     

广东不同母质发育水稻土钾素的固定与释放

本文通过室内模拟和化学方法研究了广东几种不同母质发育的水稻土的钾素的固定与释放特性。结果表明,砂页岩、珠江三角洲沉积物、石灰岩和玄武岩发育的水稻土的固钾量均随钾加入量的增加而增大,但花岗岩发育的水稻土却相反;砂页岩、花岗岩和玄武岩发育的水稻土的固钾量在淹水时最高,而沉积物和石灰岩发育的水稻土则在恒湿时最高;沉积物发育的水稻土的非交换性钾累计释放量和平均释放速率显著高于其它母质发育的水稻土;施钾肥对非交换性钾释放的影响因土壤所含粘土矿物类型而异。     

紫色水稻土钾有效性和钾释放的研究

紫色水稻土全钾含量属中等水平,速效钾属中等偏下水平,土壤对钾素的供应总体不足。作物吸收的钾,矿物钾占76.95％,速效钾和缓效钾仅占10.81％和12.24％。土壤矿物钾释放随时间的延长逐渐下降,随土壤颗粒粒径的下降显著增大,在80分钟时,释放量仍高达08～8.8mgkg-1.min-1,80分钟内的累积释放量为土壤缓效钾的1.5～2.0倍;土壤速效钾的形成随时间的延长逐渐趋向稳定。不同土壤矿物钾的释放顺序和土壤速效钾形成顺序的不一致性,是由它们的机理和土壤性状综合造成的,但是,Elovich方程都能较好地拟合土壤矿物钾的释放过程和土壤速效钾的形态过程,方程参数b值能反映过程进行的速度。     

水旱轮作条件下不同类型土壤供钾能力及钾素动态变化研究

采用盆栽试验,研究了黑麦草-水稻轮作条件下不同类型土壤供钾能力及钾素动态变化,以期为土壤供钾机制研究及合理的钾素调控提供依据。结果表明：不施钾条件下（NP处理）,潮土上种植作物的生物量和吸钾量最高,黄褐土次之,红壤最低;施钾条件下（NPK处理）,3种土壤上种植作物的生物量无显著差异,作物吸钾量为黄褐土>潮土>红壤。整个轮作期,红壤、黄褐土和潮土NPK处理的作物生物量较NP处理分别增加55.6%、45.2%和23.2%,作物吸钾量分别增加368.8%、166.8%和74.5%。轮作前季（黑麦草季）,NP处理的3种土壤水溶性钾含量和交换性钾含量均降低,潮土非交换性钾含量明显降低,红壤和黄褐土非交换性钾含量在前期变化不大,中期有升高的趋势,后期显著降低;NPK处理的土壤钾含量均高于NP处理,且各种形态钾含量的变化趋势与NP处理基本相同。轮作后季（水稻季）,NP处理的3种土壤水溶性钾含量变化不大,交换性钾含量呈先降低后升高的趋势,非交换性钾含量呈先升高后降低的趋势;NPK处理的土壤交换性钾含量在水稻生长前期明显升高,中期下降,后期有略微上升,水溶性钾和非交换性钾含量有先升高后降低的变化趋势。综上所述,在不施钾条件下,轮作期内各土壤钾素消耗量较大,水溶性钾和交换性钾含量降低,并促进了非交换性钾的释放;施钾能提高土壤水溶性钾和交换性钾含量,并向非交换性钾方向转化,施钾对黑麦草和水稻有显著增产效果,可以有效地提高土壤供钾水平。     

稻田施氮量对水稻产量和稻米品质的影响

【目的】明确适宜稻田施氮量以保障水稻产量和稻米品质提升,协调土壤养分和水稻品质之间的供需平衡。【方法】以“沪旱61”为供试水稻品种,设置了4个稻田施氮量(折合纯N分别为0、100、200和300 kg hm^-2)以解析稻田施氮量对水稻产量和稻米品质的影响。【结果】施氮处理的水稻产量在5.2～9.0 t hm^-2范围,比对照提升41.0%～71.7%。随施氮量的增加,稻米中的蛋白质含量增加;而直链淀粉含量、胶稠度和食味值下降。随施氮量的增加,土壤中铵态氮和硝态氮含量增加;速效磷和速效钾含量下降,降幅分别达9.7%～45.5%和23.3%～70.7%。稻米食味品质是影响稻米综合品质的关键因素。统计学分析表明,稻米的蛋白质含量与土壤中硝态氮、速效钾和速效磷含量呈负相关,而直链淀粉含量与土壤中硝态氮、速效钾和速效磷含量呈正相关。【结论】在保证水稻稳产和稻米品质提升的前提下,“沪旱61”水稻栽培的最佳氮素用量为200 kg hm^-2。     

不同水型水稻土施钾效果及施钾技术的研究

本文通过不同水型水稻土水稻施钾效果的研究,结果表明,潜育型水稻土>潴育型水稻土>淹育型水稻土。水稻施钾能增强根系氧化力,提高土壤氧化还原电位的百分比和降低土壤还原物质含量,以及增加土壤好气性细菌和降低反硝化细菌的百分比等作用,均为潜育型水稻土>潴育型水稻土>淹育型水稻土;水稻生长季节的水、土温度,土壤供钾能力和水稻吸收土壤钾素的量为淹育型水稻土>潴育型水稻土>潜育型水稻土。而水稻吸收肥料钾占总吸钾量的比,则为潜育型水稻土>潴育型水稻土>淹育型水稻土。并找出了淹育型水稻土、潴育型水稻土和潜育型水稻土水稻施钾有效的土壤速效钾含量临界值,分别为54、82和141mg kg^-1。本文还提出了不同水型水稻土在不同土壤速效钾水平下,水稻最高产量和最经济产量的施钾量,以及钾肥的适宜施用期,为合理施用钾肥提供了科学依据。     

土地利用方式改变对紫色水稻土不同形态钾演变特征的影响

近年来紫色水稻土区农业种植结构发生很大变化,深刻影响了土壤钾素的赋存形态和动态平衡。厘清土地利用方式改变对紫色水稻土不同形态钾演变特征的影响,对紫色水稻土区钾肥管理和环境保护具有重要意义。运用时间序列方法,分析了紫色水稻土在撂荒、旱作和改为鱼塘后土壤不同形态钾的动态变化特征和影响因素。结果表明紫色水稻土利用方式改变后,土壤水溶性钾与土壤水分状况密切相关。撂荒和旱作均会降低土壤水溶性钾含量,改为鱼塘后能提升土壤水溶性钾含量。3种土地利用方式均能提升土壤交换性钾和非交换性钾含量,提升幅度和提升速率为旱作>撂荒>养鱼。紫色水稻土改为鱼塘5 a后或撂荒12 a后土壤不同形态钾之间可以达到大致的平衡,而旱作20 a后土壤不同形态钾之间仍未达到大致的平衡。紫色水稻土利用方式改变后土壤黏粒含量和黏粒矿物的动态变化与土壤中的钾平衡有关。土地利用方式改变导致的土壤有机质（SOM）损失可能会影响土壤钾的赋存形态和动态平衡,进而引起土壤黏粒的富集和黏粒矿物的变化,今后要加强这方面的研究。     

土壤非交换性钾释放动力学特征及其生物有效性

采用生物耗竭法和0.2 mol L-1四苯硼钠化学浸提法,利用不同动力学模型对我国8种主要土壤非交换性钾的释钾特性及其生物有效性进行定量评估。结果表明,供试土壤非交换性钾释放分为快速释放和稳定释放两个阶段,一级动力学模型、Elovich模型、双常数模型和扩散模型均能描述土壤非交换性钾的释放过程。根据双常数模型中参数(a)所表征的土壤非交换性钾释放速率常数,供试8种土壤的释钾能力按取土地区存在着自西向东、自北向南渐减的趋势。盆栽耗钾试验中,在累积释钾量高且释放速率快的土壤上,不施钾处理黑麦草累积生物量、累积吸钾量和相对含钾量较高,表现出强的供钾能力;与此相反,累积释放量低且释放速率慢的土壤上,其各项指标偏低,供钾能力较弱。四种动力学模型所表征的土壤非交换性钾释放速率与不施钾处理黑麦草含钾量及吸钾量极显著相关。以黑麦草钾素丰缺临界值34.0 g kg-1和土壤非交换性钾释放速率396 mg kg-1 h-1作为评价指标,供试8种土壤中,仅取自新疆的干旱土、陕西和黑龙江的均腐土在短期不施用钾肥的情况下能保证黑麦草丰产且不出现缺钾症状。     

广东不同母质水稻土供钾特性的评价

应用生物耗竭法并结合模拟试验综合评价了广东5种主要母质发育水稻土的供钾特性。研究结果表明:(1)2mol/L冷HNO3法提取的有效钾与水稻吸钾量间的相关性最好,建议用2mol/L冷HNO3法提取的钾来评价土壤的供钾状况。(2)1mol/L沸HNO3法提取的非交换性钾含量在耗竭后高于耗竭前的水平,与水稻吸钾量相关性很小或呈负相关,不适宜用来评价耗竭土壤。(3)广东5种主要母质发育的水稻土供钾能力大小顺序为:三角洲沉积物发育水稻土>花岗岩发育水稻土>砂页岩发育水稻土>石灰岩发育水稻土>玄武岩发育水稻土。该试验结果可供水稻合理施用钾肥作参考。     

钾肥对杂交水稻养分积累以及生理效率的影响

在浙江省金华市进行连续4年水稻钾肥田间试验,以研究钾肥对杂交水稻氮磷钾养分吸收和利用效率的影响。结果表明,钾肥可促进氮磷养分从水稻的茎叶部位向穗输送,增加水稻产量。同不施钾处理比较,施钾处理杂交稻氮的平均吸收总量增加7.1～9.3kg/hm2,磷增加0.9～1.1kg/hm2,钾增加38.3～56.6kg/hm2;氮和磷养分的利用效率无显著提高,而钾素的利用效率明显降低26.3%～28.9%。在养分的吸收和利用效率方面,杂交稻较常规稻表现出明显的生理优势。分析土壤交换性钾和缓效钾含量的年动态变化得出,杂交稻较常规稻消耗土壤中更多的缓效钾,施钾处理下的测试土壤速效钾含量逐年下降,而土壤缓效钾含量却有逐年上升的趋势。     

不同类型生态区稻-稻种植制度中钾肥效应及钾素平衡研究

研究了在丘陵生态区和洞庭湖生态区稻-稻种植制度中钾肥对水稻产量和钾肥效应及钾素平衡的影响。结果表明,在施钾量为0、112.5、150和187.5K2O kg hm-2的条件下,在丘陵生态区红黄泥田上,150K2O kg hm-2的施钾水平已达到较高的产量;洞庭湖生态区的紫潮泥田中缓效钾与速效钾含量均较高,目前施钾效应不明显。两种类型生态区土壤上施用氮肥的增产效果明显地大于施用钾肥。丘陵生态区红黄泥田上的3个施钾处理两季水稻吸收来自肥料钾的百分数比例均高于洞庭湖生态区的紫潮泥田。丘陵生态区红黄泥田上的3个施钾处理早稻钾素利用率平均为35.0%,晚稻为51.8%;洞庭湖生态区紫潮泥的3个施钾处理早稻钾素利用率平均为27.1%,晚稻为42.6%。肥料氮的利用率随钾肥施用量的增加而提高,这一趋势在晚稻上更为明显。在每季水稻施钾量为112.5、150、187.5 K2Okg hm-2的条件下,钾素平衡出现亏缺。在早稻施氮量165N kg hm-2(丘陵生态区),150N kg hm-2(洞庭湖生态区)和晚稻施氮量180N kg hm-2的条件下,两种类型生态区土壤上的氮素平衡中氮均出现盈余,且氮素盈余量随钾肥用量的增加而下降。     

山西省几种典型土壤供钾能力评价

从山西省主要农田土壤中选取有代表性的耕层土壤样品 19个 ,应用生物耗竭法并结合化学方法对该省主要土壤的供钾能力进行综合评价。研究表明 ,供试的 19个土壤中无论不同形态钾含量还是耗竭后土壤钾素 (速效钾、缓效钾 )最低水平值的大小和出现前耗竭的茬数、作物吸钾量均存在较大差异 ,并因土壤类型、取土地区不同而异。最低水平值和作物吸钾量是土壤供钾的重要特征参数。供试山西土壤的长期供钾能力按取土地区有从南至北逐渐下降的趋势 ,在不同土壤类型上有红粘土、潮土 黄绵土、褐土 栗褐土、栗钙土的趋势。     

北方地区滨海盐渍土型稻田土壤供氮能力的研究

采用短期淹水密闭淋洗培养法(恒温30℃),研究北方地区滨海盐渍土型旱地土壤(种植苜蓿草)开垦种植水稻5年和30年稻田土壤供氮能力。结果表明:(1)3种土壤初始矿质氮主要分布在0~20 cm土层,且土壤初始矿质氮含量的高低顺序为旱地土壤>30年稻田土壤>5年稻田土壤;5年稻田土壤与旱地土壤之间初始矿质氮含量差异达5%显著水平。(2)相同土层,土壤矿化氮量高低顺序为30年稻田土壤>旱地土壤>5年稻田土壤;任意2种土壤之间矿化氮量差异均达1%显著水平。(3)相同土层,土壤供氮能力大小为30年稻田土壤>旱地土壤>5年稻田土壤;其中,在0~20 cm和40~60 cm土层,任意2种土壤之间供氮能力差异均达1%显著水平,在20~40 cm土层,30年稻田土壤与旱地土壤、5年稻田土壤之间供氮能力差异均达1%显著水平,而旱地土壤与5年稻田土壤之间供氮能力则无明显差异。这表明滨海盐渍土型旱地土壤开垦种植水稻后,不仅影响了土壤有机质(氮)含量,而且也影响了土壤有机氮品质,种植水稻5年使土壤供氮能力显著下降,而种植30年使土壤供氮能力显著上升。     

我国主要土壤供钾能力的综合评价

本文应用生物耗竭法并结合化学的对我国１１种主要土壤的供钾能力做了综合评价。     

长期施用钾肥和稻草对红壤双季稻田土壤供钾能力的影响

以红壤双季稻区长期定位施肥试验(1981―2012年)为基础,研究了长期施用化肥和稻草对双季稻集约化种植下水稻产量、作物吸钾量和土壤供钾能力的影响。结果表明,施钾能增加水稻稻谷和稻草的产量;水稻从土壤中的吸钾量随钾肥施用量的增加而显著增加,年平均吸钾量顺序为NPK+RS(施氮磷钾化肥+稻草)NPK(施氮磷钾化肥)NP+RS(施氮磷化肥+稻草)CK(不施任何肥料)NP(施氮磷化肥);长期不施用或施用不足量钾肥(CK、NP、NP+RS)会导致耕层土壤速效钾、缓效钾和全钾数量的亏缺。长期施用钾肥和稻草不仅有利于土壤伊利石含量的增加,而且有利于晶格不良伊利石向晶格良好伊利石的方向发展;施钾能增加土壤黏粒中的游离伊利石和伊利石的含量,长期施用钾肥和稻草会使土壤黏粒中的蛭石向伊利石转化。土壤钾素的容量-强度(Q/I)曲线参数可以解释长期施用钾肥和稻草处理土壤供钾能力强是由于这些处理的活性钾(-ΔK°)量高、专性吸附钾位(Kx)多、有效钾强度(AReK)强、紧吸持K+量多,而潜在缓冲容量(PBCK)、吉布斯自由能(-ΔG)和阳离子交换系数(KG)较长期不施钾肥处理低。综上,在施氮磷肥的基础上,配施钾肥和稻草还田不仅能提高水稻高产、稳产的能力,而且对促进水稻对钾的吸收量、增强土壤的钾吸持能力、保持农田钾素平衡以及提高土壤供钾能力有重要作用。     

不同母质类型水稻土酶活性及其与理化性质的关系

将选自湖南双季稻区6种典型成土母质发育的水稻土置于长沙市郊同一生态条件下,通过7年定位池栽试验,研究了不同母质类型对土壤酶活性的影响以及酶活性与土壤理化性质之间的关系。结果表明：不同母质类型对土壤蔗糖酶活性的影响达到显著水平(P<0.05),对酸性磷酸酶、脲酶及过氧化氢酶活性的影响达到极显著水平(P<0.01)。主成分分析表明不同母质发育的水稻土酸性磷酸酶及脲酶作为综合评价土壤酶活性的指标要优于蔗糖酶及过氧化氢酶。6种不同母质水稻土土壤酶综合得分排序为：板页岩>河流沉积物>花岗岩>第四纪红土>紫色页岩>石灰岩。相关性分析表明,土壤蔗糖酶活性与有机质、全氮含量呈显著的正相关关系(P<0.05)。脲酶活性与硝态氮、铵态氮含量呈显著的正相关关系(P<0.05),与pH值呈显著的负相关关系(P<0.05)。酸性磷酸酶活性与速效磷含量呈显著正相关关系(P<0.05),与pH值呈显著负相关关系(P<0.05)。     

Effect of Potassium Nutrition of Different Varieties of Rice on the Redox Status in Microzone Rhizosphere Soils

Being divided into three groups-strong,moderate and weak-according to the different kinetic parameters (Fmax,km,Cmin) of potassium uptake by crops,21 cultivars of rice have been studied to find out the relationships between their potassium nutrition and the oxidation-reduction status in the rhizosphere soils. Results show that,with no application of K fertilizer,there were higher contents of active reducing substances and ferrous iron in rhizosphere soils planted with cultivars,such as Zhongguo 91,week in absorbing potassium than in soils cropped with cultivars,Shanyou 64,stronger in absorbing potassium.As a result of K application,however,these toxic substances were decreased appreciably in the soil,particularly in the root zone where weakly K-absorbing sultivars were growing,and the parameter of soil redox (pH pE) was increased,the most striking example of this being found in the rhizosphere soil where the more strongly K-absorbing sultivars were growing.On and close to the root surface in soils where rice plants were supplied with potassium fertilizer,rather more iron oxide had been accumulated compared with rice receiving no potash,and even greater amounts of red iron oxide precipitated on the rice root in neutral paddy soils.As shown by the concentration distribution of active reducing substances and ferrous iron in a microzone of the profile,the redox range of rice roots supplied with potassium may extend as far as several centimeters from the root surface.It can thus be seen that potassium nutrition exerts its effect first on the morphological properties of rice roots and their exudation of oxygen,then on the content of soluble oxygen and the count and species of oxygen-consuming microbes in the rhizosphere soil,and finally on the redox status of the soil.     

Potassium supply capacity response to K-bearing mineral changes in Chinese purple paddy soil chronosequences

Purpose

Purple paddy soils are important for food production. Their potassium (K) supply capacity affects rice yields through its effect on nutrient availability. We hypothesize that changes in soil mineralogy can influence the K supply capacity and the efficiency of K fertilizer. Designing management practices that optimize crop yield while minimizing environmental impacts is a major challenge in agriculture. For this, it is necessary to understand the evolution of, and interaction of, minerals and different chemical forms of K in the soil system.

Materials and methods

Taking advantage of the long-term paddy cultivation history in China, two purple paddy soil chronosequences, one in Guang’an, Sichuan Province (P sequence) and the other in Longsheng, Guangxi Autonomous Region (PS sequence) in Southwest China, were investigated.

Results and discussion

Depotassification is prevalent in both paddy soil chronosequences, which is consistent with the decrease of illite and K-feldspar in the P sequence and with the decrease of muscovite in the PS sequence. K-bearing primary minerals are the long-term stable source of non-exchangeable K (interlayer K) in both chronosequences. Illite in clay fractions acts as the main sources of non-exchangeable K in the P sequence. In contrast, clay minerals derived from muscovite are the main sources of non-exchangeable K in the PS sequence. Clay mineral authigenesis is an important process in the purple paddy soils rich in K-bearing minerals.

Conclusions

The changes in mineralogy of purple paddy soils do not conform to the usual sequence found in the well-drained natural soils. Artificial submergence promotes the conversion of mineral K (lattice-bound K) to non-exchangeable K and enhances the availability of mineral K. The disintegration of K-bearing primary minerals thus controls the K supply capacity in purple paddy soils.