不同施肥措施提高南方黄泥田供钾能力及钾素平衡的作用

【目的】基于连续 30 年南方低产黄泥田培肥定位试验,研究土壤全钾、速效钾、缓效钾含量与钾素盈亏特性,明确钾肥投入量与产量的关系,以期为黄泥田钾素肥力定向培育及水稻钾肥施用提供科学依据。 【方法】定位监测不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥 + 牛粪 (NPKM)、化肥 + 全部稻草还田 (NPKS) 四种施肥处理代表性年份耕层土壤钾素含量动态变化,分析各形态钾素间及与有机碳含量的关系,并于相邻集中年份 2010、2011、2013、2014 年采集植株样品以评价土壤钾素水平、土壤钾素盈亏、植株养分对钾肥投入量的响应。 【结果】30 年施肥处理下,土壤全钾含量平均较 CK 增加 2.2%～5.0%,且双季稻年份不同处理差异较单季稻年份大,速效钾含量历年平均较 CK 增加 43.9%～102.4%,以 NPKS 增加最为明显,而不同处理的土壤缓效钾含量无明显差异。土壤速效钾含量与全钾呈显著正相关,土壤全钾、速效钾含量与有机碳均呈极显著正相关。各施肥处理提高了收获期植株钾含量与累积量。NPKS 处理每年盈余钾素 (K₂O) 101.1 kg/hm2,其余处理每年亏缺幅度为 –89.4～–18.6 kg/hm2。钾肥用量、速效钾含量、土壤钾素盈亏量相互间呈极显著正相关,可推算出外源钾肥 (K₂O) 每年投入量达到 161.8 kg/hm2 时,土壤钾素处于持平状态,其对应的土壤速效钾含量为 95.3 mg/kg。钾肥用量、速效钾含量、土壤钾素盈亏量及籽粒钾含量均与植株产量呈显著正相关。 【结论】水稻增产效果与土壤钾肥投入量、速效钾含量及钾素盈亏量有关。黄泥田土壤速效钾较缓效钾、全钾更直接反映生产力水平。长期施肥提高了黄泥田土壤全钾与速效钾含量,NPK 化肥加秸秆还田对增加土壤钾素盈余与提升速效钾效果要明显优于单施 NPK 化肥或 NPK 肥配合粪肥。     

长期施肥对水稻土和紫色土钾素容量和强度关系的影响

采用钾素容量/强度(Q/I)法研究了长期不同施肥对水稻土和紫色土供钾状况的影响。结果表明:经过长期不同施肥影响,水稻土和紫色土的钾离子平衡活度比(AR0K)大小顺序均表现出:化肥有机肥配施(NPKM)>化肥NPK配施(NPK)>不施肥(CK)>化肥氮单施(N)和化肥氮磷配施(NP);土壤活性钾(KL)、非专性吸附钾(-ΔK0)和专性吸附钾(KX)大小顺序水稻土为NPKM>NPK>CK>N和NP,紫色土为NPKM>NPK和CK>N和NP。长期施肥对水稻土钾位缓冲容量(PBCK)影响不明显,施肥15a后紫色土PBCK大小顺序为:NP>N>CK>NPKM和NPK。水稻土的AR0K、KL和-ΔK0值均大于紫色土,而其PBCK(21.7～29.1)和K+与Ca2++Mg2+交换自由能(-ΔG)值(11.4～13.9kJmol-1)小于紫色土(PBCK值为48.2～125.8,-ΔG值为14.9～19.9kJmol-1)。长期单施N和施NP条件下,土壤AR0K、KL、-ΔK0和KX值降低,而PBCK和-ΔG值升高,土壤(尤其是紫色土)钾素耗竭程度加剧,施NPK和NPKM减缓了土壤钾素的耗竭。长期不同施肥下,紫色土钾素的耗竭程度均高于水稻土,前者年均钾肥或有机肥的施用量不足。     

长期施用化肥和稻草对红壤性水稻土钾素固定的影响

研究了长期定位施肥试验中连续27年(1981-2007年)施用化肥和稻草对红壤水稻土钾素固定及其影响因素的影响。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,在加入外源钾浓度0.4～4.0g/L的范围内,土壤固钾量均随着加入外源钾浓度的增加而增大。5个施肥处理的固钾能力存在差异,与试前土壤相比,长期不施钾(CK和NP)处理土壤的固钾能力增强,长期施钾肥或稻草(NPK、NP+RS和NPK+RS)处理土壤的固钾能力降低,长期施用钾肥和稻草是影响土壤固钾能力的重要原因,施钾量高的处理土壤的固钾能力低。在高强度稻-稻种植条件下,水稻作物从土壤中带走大量的钾。长期不施用钾肥,会导致土壤钾素的严重耗竭,此后施入的钾则会被土壤固定,导致钾肥对当季作物的有效性降低。当土壤中钾含量相对较高时,施入钾肥则不易被吸附固定。如果施入的钾不能及时被作物吸收利用,则极易被淋失。长期施用钾肥和稻草后,土壤速效钾和缓效钾含量增加,土壤的固钾能力降低;另外,长期施用钾肥和稻草引起土壤K+饱和度的增加,也使土壤的固钾能力降低。     

长期施钾对红壤水稻土水稻产量及土壤钾素状况的影响

研究了长期定位施肥试验中连续27年（1981～2007）施用钾肥对水稻产量和土壤钾素状况的影响。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,施钾能明显提高水稻产量,施钾肥的NPK和NPK+RS处理27年的早稻平均产量分别比NP和NP+RS处理增加15.2%和10.9%;晚稻增产17.2%和9.1%;在27年54季水稻种植期间,不同施肥处理早、晚稻产量的变化趋势不同。CK、NP处理的早、晚稻产量随时间的推移呈负变化趋势,而NPK、NP+RS和NPK+RS处理的早、晚稻产量呈正变化趋势。施钾的NPK和NPK+RS处理不同土层中土壤全钾、缓效钾和速效钾含量均高于NP和NP+RS处理的相同土层;除NPK+RS处理外,其它各处理表观钾平衡均为负值,其中CK和NP处理钾的负平衡值最大。长期施用钾肥能提高水稻产量和维持土壤钾素肥力。     

长期施钾对双季玉米钾素吸收利用和土壤钾素平衡的影响

  【目的】  玉米 (Zea mays L.) 生产需要投入大量的钾素营养。研究长期大量投入钾素对玉米钾素吸收利用以及土壤钾素平衡的影响，旨在保障该地区双季玉米的高产高效和土壤钾库平衡。  【方法】  红壤钾肥长期定位试验位于江西省进贤县，始于1986年，种植制度为一年两季玉米。试验处理包括不施肥对照 (CK)，氮磷化肥 处理(NP)，氮磷钾化肥处理(NPK)，2倍量的氮磷钾化肥处理 (DNPK)，氮磷钾化肥+有机肥处理 (NPKM) 和单施有机肥处理 (OM)。每季收获后，调查分析玉米产量和钾素含量，以及耕层土壤有效钾含量，计算玉米钾素吸收量、钾肥利用率、钾肥收获指数、钾肥农学效率和土壤钾素表观平衡；并以每10年为一个阶段，分析玉米产量、钾素吸收利用等指标及耕层土壤速效钾含量、钾素表观平衡等的变化规律。  【结果】  在试验的33年（1986—2018）间，NPK、DNPK、NPKM和OM处理的玉米年均产量和年均吸钾量均显著高于NP处理。在试验的第一个10年 (1986—1995年) 间，各钾肥处理间玉米产量和吸钾量无显著差异；而在第3个10年 (2006—2015) 和后3年 (2016—2018年) 间，NPKM处理的玉米年产量和年吸钾量分别比NPK处理提高了129.9%～246.7%和55.2%～62.1%。33年玉米的年均钾肥利用率以OM处理最高，而DNPK处理显著低于其他处理。在2006—2015和2016—2018年，NPKM处理的钾肥利用率显著高于DNPK处理，在2016—2018年间分别比NPK和DNPK处理显著增加了56.0%和119.2%。与NPK处理相比，1996—2005、2006—2015和2016—2018年间NPKM处理的年钾肥收获指数分别提高了61.6%、53.5%和35.8%，年钾肥农学效率分别增加了23.3%、227.8%和445.5%。除了1986—1995年间OM处理土壤钾素为亏缺外，其他施钾处理的土壤钾素均为盈余，NPKM处理的钾盈余量比NPK处理增加了53.2%～211.6%。钾素盈余量与耕层土壤速效钾含量显著相关 (P < 0.001)，钾素盈余量每增加1 kg/hm2，2016—2018年间耕层土壤速效钾含量增加2.60 mg/kg，明显高于1996—2005和2006—2015年的1.40和1.18 mg/kg。  【结论】  除前10年的单施有机肥处理外，其他施用钾肥处理在试验期间土壤钾素均处于盈余状态，钾肥施用量和钾肥来源对玉米钾素的吸收量没有显著影响。试验20年之后，有机无机肥配施对玉米产量、吸钾量和钾肥利用率的提升优势逐渐凸显。同时，长期施用钾肥导致的钾素盈余量增加会进一步提升耕层土壤速效钾含量，且随着试验年限的延长，钾素盈余量对耕层土壤速效钾的提升作用逐渐增加。     

长期施钾和秸秆还田对河北潮土区作物产量和土壤钾素状况的影响

以河北冲积平原典型潮土区小麦-玉米轮作长期定位试验（19922009年）为基础,分析了长期施用钾肥和秸秆还田对作物产量、 土壤钾含量及钾素平衡的影响。研究结果表明,不同处理下小麦、 玉米17年平均产量均表现为NPKStNPKNPStNP,其中,小麦、 玉米NPKSt处理比NP处理分别增产9.37%和19.23%,NPK处理比NP处理分别增产6.32%和18.25%; NPSt处理比NP处理分别增产2.76%和9.60%; 长期定位施肥下,各处理耕层土壤（020 cm）各施钾肥的处理其速效钾、 缓效钾含量均与NP处理差异极显著,且表现为NPKStNPKNPStNP; 各处理下层土壤（2040 cm）的速效钾、 缓效钾含量差异均不显著,从钾素平衡看,NP处理钾素表观年盈亏量为-170.0 kg/hm2,土壤钾严重亏缺; NPSt处理实际平衡盈亏率-58.4%,表观年盈亏量为-150.6 kg/hm2; NPK处理钾素表观年盈亏量-3.1 kg/hm2,盈亏率-1.0%,基本接近平衡; NPKSt处理实际平衡盈亏率36.8%,表观年盈亏量为111.4 kg/hm2。试验结果说明,在潮土区,在施氮、 磷肥的基础上,配施钾肥或秸秆还田不仅能持续提高小麦、 玉米的高产、 稳产生产能力, 而且对保持农田土壤钾素平衡、 有效改善耕层土壤钾素状况、 提高土壤肥力有重要的作用。     

长期施肥下红壤旱地解钾菌变化及其驱动因子

在南方红壤区,研究长期施肥下土壤解钾菌的变化规律及其驱动因素,可为该地区土壤钾素资源管理和钾肥合理施用提供理论依据。基于红壤旱地长期定位施肥试验(始于1986年),选取不施肥(CK)、施氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾肥配施有机肥(NPKM)处理,分析玉米开花期根际土壤的解钾菌类型和解钾能力及其有机酸和激素含量,并结合玉米根系特性和根际土壤理化性质探讨影响红壤旱地解钾菌变化的关键因子。结果表明:与NPK处理相比,NPKM处理的根长、根表面积、根直径和根体积分别增加了112.3%、174.4%、32.43%和291.5%,根际土壤pH提高了0.67个单位,有机质、非交换性钾和交换性钾分别增加了29.50%、19.34%和53.89%。各施肥处理根际土壤中均存在解钾菌,CK和NP处理的解钾菌均为类芽孢杆菌属,NPK和NPKM处理则均为纤维菌属。与CK处理相比,NP、NPK和NPKM处理下根际土壤解钾菌的解钾效率分别增加了162.4%、139.0%和105.6%,其中NP处理解钾菌的解钾效率最高。偏最小二乘路径模型的结果显示,根系和施肥可同时调控解钾菌的解钾效率。冗余分析(RDA)进一步表明,根系长度和表面积与土壤解钾菌特性呈显著正相关关系(P0.05)。因此,红壤旱地长期不同施肥措施不仅直接影响玉米根系发育特征和根际土壤理化性质,还能显著改变土壤解钾菌群落及其解钾能力,其中根系长度和表面积是调控玉米根际土壤中解钾菌的关键因子。     

长期施肥及石灰后效对不同生育期玉米根际钾素的影响

依托祁阳红壤旱地定位施肥试验(始于1990年),选取施氮磷(NP)、氮磷+石灰(NPCa)、氮磷钾(NPK)、氮磷钾+石灰(NPKCa)、氮磷钾配施秸秆(NPKS)、氮磷钾配施秸秆+石灰(NPKSCa)6个处理,采集玉米不同生育期根际与非根际土壤,测定其钾、钙、镁、铝含量和p H。结果表明:与NP处理相比,施钾处理(NPK和NPKS)根际和非根际土壤速效钾含量显著提高。NP、NPK和NPKS处理根际速效钾在拔节期和灌浆期均处于亏缺状态,亏缺率分别平均为18.2%、34.2%和26.4%。与对应不施石灰处理相比,NPKCa和NPKSCa处理根际土壤速效钾含量在苗期分别降低46.0 mg kg~(-1)和26.5 mg kg~(-1),非根际分别降低68.5 mg kg~(-1)和56.0 mg kg~(-1);从拔节期至收获期,根际速效钾含量平均升高25.2 mg kg~(-1)和33.7 mg kg~(-1),非根际略微降低。NPCa、NPKCa和NPKSCa处理根际土壤速效钾盈亏率与不施石灰相比,整个生育期分别平均提高8.6%、33.2%和19.3%。根际和非根际土壤速效钾含量与相对应缓效钾含量、钾饱和度、K+/(Ca2++Mg2+)和K+/Al3+呈极显著正相关关系。缓效钾和钾饱和度相对变化率(交换性钙镁相对变化率)与速效钾相对变化率呈极显著正(负)相关关系。长期施氮磷钾肥基础上施石灰(NPKCa和NPKSCa)4年以后,根际土壤速效钾、缓效钾含量及钾饱和度均提高(苗期除外),根际土壤交换性钙镁含量提高幅度低于非根际,最终缓解根际土壤钾素的亏缺。     

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

本文研究了土区小麦-玉米轮作体系长期氮磷钾化肥不同配合施用方式及氮磷钾化肥与秸秆或有机肥配合施用对钾素平衡以及土壤钾库的影响。试验包括9个处理,分别为不施肥（CK）、单施氮（N）、氮钾（NK）、磷钾（PK）、氮磷（NP）、氮磷钾（NPK）、氮磷钾配合一季秸秆还田（SNPK）、氮磷钾配合低量有机肥（M1NPK）和高量有机肥（M2NPK）。结果表明,除NK、PK和M2NPK处理外,其它处理小麦和玉米钾的携出量均大于钾的投入量,导致土壤钾素处于亏缺状态,20年累计亏缺量为6174333 kg/hm2。与试验前相比,长期施肥种植没有显著影响土壤全钾含量; 长期施用钾肥显著提高土壤速效钾含量,但长期不施钾肥处理的土壤速效钾含量也未显著降低; 无论施钾与否土壤非交换性钾（Mactotal K）以及非交换性钾中更容易被HNO3溶解提取的钾（Step K）均明显低于试验前水平。表明土壤非交换性钾可以作为该土壤钾素消耗的指标。考虑到施钾肥的经济投入和现有资源高效利用（如秸秆、有机肥）,从长远的角度出发,维持土壤钾素肥力以及土地可持续生产力,土区小麦-玉米轮作体系采用秸秆全部还田或施有机肥是必要的。     

秸秆还田与施钾对华北低产潮土区作物产量及土壤钾素的影响

在华北平原的低产田上,研究了3年秸秆还田和施钾肥对小麦-玉米作物产量和耕层土壤钾素状况的影响。结果表明,相对于NP处理,NPK和NPK+秸秆还田(St)处理对小麦和玉米均有显著的增产效果;NPK+St处理增产最为明显,而且降低了年度间的产量变异系数。秸秆还田可以显著增加土壤速效形态钾含量。同季作物种植下,NPK+St处理的钾肥利用率、钾肥农学效率和钾肥偏生产力都高于NPK处理。NPK+St能提高0～20 cm耕层土壤速效钾、非交换性钾、矿物态钾和全钾含量。因此,秸秆还田有利于土壤不同形态钾素的稳定和增加,而NPK+St处理不仅能保证作物高产稳产,还能提高土壤各形态钾素含量。