酸化红壤施石灰后根际土壤钾素转化特征与机制

摘要

我国南方红壤地区面临着土壤酸化和钾素缺乏两大难题，严重制约着该区农业生产潜力的提高和健康可持续的发展。本试验依托祁阳典型旱地红壤长期定位施肥试验（始于1990），选取施肥酸化以及施石灰改良处理，分析玉米不同生育时期根际与非根际钾素的变化特征。利用分室根箱盆栽试验，探究不同石灰用量下各施肥酸化处理玉米和小麦钾含量、吸钾量和根际与非根际不同距离钾素的动态变化。从钾素的吸附解吸角度研究石灰对钾素有效性的驱动机制，为南方酸化红壤进行石灰改良和钾素的培育提供理论依据。主要研究结果如下:
　　(1)不同生育期土壤速效钾含量表现为:苗期＞收获期＞灌浆期≈拔节期，根际速效钾含量均处于亏缺状态，拔节期和灌浆期亏缺最严重。与NP处理相比，NPK和NPKS处理玉米根际与非根际土壤速效钾含量均显著提高。与不施石灰相比，NPCa处理在石灰当季和后效作用下玉米根际与非根际土壤速效钾均无显著变化;NPKCa和NPKSCa处理速效钾含量随玉米生育期延长呈先降低后升高趋势，缓效钾含量均呈先缓慢降低后微弱升高的趋势，玉米根际土壤速效钾的盈亏率升高，钾素的亏缺程度减缓。在氮磷钾肥配施下（NPK和NPKS）增施适量的石灰以后，根际土壤速效钾含量降低，降低到一定程度（玉米42.6 mg/kg，小麦51.5 mg/kg）后趋于稳定。
　　(2)相比NP处理，NPK和NPKS处理增施石灰后，钾素的吸附平衡常数和最大缓冲容量均降低，钾素的最大吸附量增大。随石灰用量的增加，NPK处理钾素吸附平衡常数和最大缓冲容量均出现增加趋势，最大缓冲容量的相对变化量与速效钾含量相对变化量呈显著负相关关系。与不施用石灰相比，施石灰后土壤pH提高0.5-1.0个单位，根际与非根际土壤交换性铝含量平均降低3.9 cmol/kg，土壤交换性钙镁含量平均增加2.8 cmol/kg。速效钾含量与缓效钾含量、钾饱和度、K+/(Ca2++Mg2+)和K+/Al3+均呈极显著正相关关系。
　　(3)在偏施肥（N、NP和NK）下随石灰用量的增加，相同施肥处理玉米-小麦干物重、钾含量、钾素吸收效率和钾生理效率均无显著差异;在氮磷钾肥配施下增施适量的石灰（1.41 g/kg），显著提高土壤pH和降低交换性铝含量，增加玉米-小麦生物量和吸钾量，提高钾素吸收效率和钾生理效率。同时促进钾素从非根际逐渐向近根际的迁移，距离根际越近，对作物吸钾量影响越大。根际缓效钾对作物吸钾量有一定的贡献。
　　综上所述，在长期施钾肥下石灰通过提高土壤pH，增加根际钾饱和度、交换性钙镁含量和减少交换性铝含量，促进玉米-小麦良好生长，提高干物重、钾素吸收效率和钾生理效率，缓解根际钾素亏缺，距离根越近，对作物吸钾量影响越大。本试验条件下，在土壤pH小于5.0之前进行石灰改良，且石灰用量为1.41 g/kg，钾素的培肥和酸化改良效果较佳，玉米-小麦生长良好。另外，在进行石灰改良的同时要增施适量的钾肥，以促进玉米-小麦健康生长。

目录

声明

摘要

英文缩略表

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 农田土壤钾素形态及其有效性

1．2．2 土壤钾素的循环转化特征及影响因素

1．2．3 施石灰对土壤钾素有效性的影响

1．2．4 土壤钾素吸附解吸性质的研究

1．2．5 土壤根际钾索的研究

1．3 研究问题的提出及研究目标

第二章 研究内容和研究方法

2．1 研究内容

2．1．1 施石灰对红壤钾素不同形态变化的影响

2．1．2 施石灰对红壤钾素吸附、解吸及土壤表面电化学性质的影响

2．1．3 施石灰下红壤钾素转化与作物钾素吸收的关系

2．2 研究技术路线

2．3 研究方案

2．3．1 试验区概况

2．3．2 试验设计

2．3．3 数据测定

第三章 长期施肥及石灰对根际与非根际钾素形态转化的影响

3．1 石灰当季效应对根际与非根际土壤速效钾含量的影响

3．2 石灰当季效应对根际与非根际土壤缓效钾含量的影响

3．3 石灰后效对根际与非根际土壤速效钾的影响

3．4 石灰后效对根际与非根际土壤缓效钾含量的影响

3．5 不同石灰用量对根际与非根际不同距离土壤速效钾含量的影响

3．6 不同石灰用量对根际与非根际不同距离土壤缓效钾含量的影响

3．7 讨论

3．8 小结

第四章 施石灰对钾素吸附和解吸及土壤表面电化学特性的影响

4．1 石灰当季效应对钾素吸附和解吸的影响

4．2 石灰后效对钾素吸附和解吸的影响

4．3 钾素的吸附参数与土壤速效钾含量的相关关系

4．4 石灰当季效应对土壤pH、交换性铝和交换性钙镁的影响

4．5 石灰后效对土壤PH、交换性铝和交换性钙镁的影响

4．6 土壤PH、交换性铝和交换性钙镁对钾素的影响

4．6．1 速效钾与土壤PH、交换性铝和交换性钙镁等指标相关性

4．6．2 缓效钾、交换性钙镁和钾饱和度相对变化率对速效钾相对变化率的影响

4．7 讨论

4．8 小结

第五章 施石灰下土壤钾素转化与作物钾素吸收的关系

5．1 施石灰对玉米-小麦干物质重的影响

5．2 施石灰对玉米-小麦钾含量的影响

5．3 施石灰对玉米-小麦吸钾量的影响

5．4 施石灰对钾素吸收效率和钾生理效率的影响

5．5 土壤钾素与玉米-小麦吸钾量的相关关系

5．6 土壤酸度、交换性钙镁和钾饱和度与玉米-小麦吸钾量的相关关系

5．7 讨论

5．8 结论

第六章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历