水旱轮作条件下根区与非根区土壤钾素变化及固定释放特性研究

摘要

水旱轮作是我国南方主要耕作制度之一，在作物持续增产、维持地力和土壤改良中发挥着重要的作用。水旱轮作区一年两熟或多熟，随作物收获带走大量钾素；同时由于轮作区高温多雨，土壤钾素淋失严重，因此该种植制度下常出现土壤钾素亏缺的现象，并已严重制约着农业生产的发展。在我国钾资源相对短缺的现实条件下，开展水旱轮作条件下的土壤供钾能力研究具有重要意义。本论文采用分室根箱试验，研究了水旱轮作条件下根区与非根区土壤钾素动态变化特征，水旱轮作方式、外源钾、土壤粘土矿物组成与作物吸钾量的相互关系，轮作后的根区与非根区土壤的固钾和释钾规律，以揭示根际土壤供钾特性及对作物生长的意义，从而为不同性质土壤下的水旱轮作制中钾肥的合理施用提供依据。主要研究结果如下：
　　 1．土壤样品风干后测定低估了土壤对当季作物的供钾能力。不施钾（-K）条件下，不同含水量时（微湿、近饱和、淹水），红壤、黄褐土、潮土和灰潮土风干样速效钾含量与鲜样测定值相比均有所降低，平均降低幅度分别为11.5％、3.8％、12.1％和5.0％；施钾（+K）条件下，风干样速效钾含量与鲜样测定值相比降幅更大，4种土壤分别为15.1％、9.5％、21.0％和20.2％。-K条件下，红壤、黄褐土、潮土和灰潮土风干样缓效钾含量与鲜样相比也有所降低，平均降低幅度分别为8.7％、13.4％、18.4％和22.8％；+K条件下，红壤风干样缓效钾含量与鲜样相比显著增加，平均增幅为34.7％。黄褐土、潮土和灰潮土风干样缓效钾含量与鲜样相比则有所降低，平均降幅分别为8.7％、7.7％和9.9％。试验结果还显示，采用鲜样直接测定土壤速效钾和缓效钾时，同一土壤不同含水量间的钾素含量无显著差异。
　　 2．无论种植油菜还是水稻，作物吸收利用的钾主要来自于根区。根区钾含量降低时，非根区土壤钾向根区迁移。黄红壤非根区土壤水溶性钾和交换性钾含量（y）与距根区距离（X）线性拟合达显著相关，距根区越近，含量越小；黄褐土各形态钾素含量与距离的相关性不显著。
　　 3．水旱轮作条件下，作物首先吸收利用根区土壤水溶性钾，随着作物生长和吸钾强度的增大，根区土壤交换性钾和非交换性钾向水溶性钾转化。同时，非根区土壤水溶性钾向根区迁移；非根区交换性钾和非交换性钾向水溶性钾方向转化，也有一定程度降低，距根区越近对作物吸钾量贡献越大。一个水旱轮作期内，黄红壤主要供钾形态为交换性钾和水溶性钾，作物吸收利用的非交换性钾较少；黄褐土主要供钾形态为非交换性钾，其次是交换性钾和水溶性钾。
　　 4．油菜-水稻轮作（先旱后水）条件下，无论黄红壤还是黄褐土，施钾对前季作物油菜干物质量没有明显影响，但能显著提高轮作后季水稻干物质量。水稻-油菜轮作（先水后旱）条件下，对于黄红壤，施钾对前、后季作物干物质量均没有明显影响；而在黄褐土上，施钾对前季作物水稻增产显著。无论是先旱后水，还是先水后旱，施钾均可明显提高作物非籽粒部位的钾含量，且黄红壤上种植作物的各部位钾含量明显比黄褐土上的高。整个轮作期，+K处理作物吸钾量与-K处理相比显著提高。两种轮作方式下，黄红壤上种植作物的吸钾量明显高于黄褐土。
　　 5．水旱轮作条件下，外源钾的施用可以明显提高根区与非根区土壤各形态钾素含量。外源钾施入黄红壤后主要以水溶态和交换态钾存在，施入黄褐土后主要以交换态和非交换态钾存在。由于作物生长吸钾，根区土壤钾素与不种作物处理相比显著降低，施钾可以缓解根区土壤钾素的亏缺，并显著提高非根区土壤钾素含量，且当季施钾处理的效果更加明显。不同水旱轮作方式下，施钾对根区与非根区土壤钾素动态变化的影响不尽相同。
　　 6．水旱轮作条件下，作物生长吸钾改变了土壤粘土矿物组分。与基础土壤相比，轮作后黄红壤不施钾处理根区土壤绿泥石含量增加；黄褐土不施钾处理根区土壤蛭石、绿泥石和1.4 nm过度矿物均相对增加。距根区较近的非根区土壤粘土矿物组分也有相应改变。外源钾的施用在一定程度上缓解了土壤粘土矿物组分的变化。
　　 7．水旱轮作后，根区与非根区土壤的固钾和释钾能力不同。以1：1型高岭石为主要粘土矿物的黄红壤固钾能力较弱。以2：1型水云母和蛭石为主要粘土矿物的黄褐土固钾能力较强，且固钾量随着外源钾加入浓度的增加而增大。根区土壤固钾能力显著高于非根区土壤，释钾量则相反。土壤非交换性钾含量也是影响土壤钾素固定和释放能力的因素之一。外源钾的施用降低了土壤的固钾率，提高了轮作后土壤的供钾能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1水早轮作制的分布与类型

1.2水旱轮作体系中的钾素循环与平衡

1.2.1钾的输入

1.2.2钾的输出

1.2.3钾素平衡

1.3土壤钾素形态及植物有效性

1.3.1水溶性钾

1.3.2交换性钾

1.3.3非交换性钾

1.3.4矿物钾

1.4不同形态钾素之间的转化及影响因素

1.4.1土壤钾的固定及机制

1.4.2土壤钾的释放及机制

1.4.3影响因素

1.5根际钾素营养

2课题研究的背景、目的、内容和技术路线

2.1研究背景

2.2研究目标

2.3研究内容

2.4技术路线

3原状土壤样品风干后测定对土壤钾素含量的影响

3.1前言

3.2材料与方法

3.2.1试验材料

3.2.2试验设计

3.2.3测试方法

3.2.4统计分析方法

3.3结果与分析

3.3.1速效钾

3.3.2缓效钾

3.4讨论

3.4.1土样风干后测定对土壤钾素含量的影响

3.4.2取样时土壤含水量对鲜样测定结果的影响

3.5结论

4轮作条件下根区与非根区土壤钾素变化特征

4.1前言

4.2材料与方法

4.2.1试验材料

4.2.2试验设计

4.2.3试验装置

4.2.4作物与水分管理

4.2.5取样、测试分析方法

4.2.6统计分析方法

4.3结果与分析

4.3.1单季油菜(旱作)或水稻(水作)

4.3.2轮作

4.4讨论

4.4.1钾素扩散的动力

4.4.2土壤钾素形态转化的影响因素

4.4.3水旱轮作对土壤钾素迁移转化与作物有效性影响

4.4.4土壤钾素植物有效性评价

4.5结论

5施钾对作物干物质量及钾素吸收量的影响

5.1前言

5.2材料与方法

5.2.1试验材料

5.2.2试验设计

5.2.3试验装置

5.2.4作物与水分管理

5.2.5取样、测试分析方法

5.2.6统计分析方法

5.3结果与分析

5.3.1干物质量

5.3.2不同部位含钾量

5.3.3钾素吸收量

5.4讨论

5.5结论

6施钾对根区与非根区土壤不同形态钾素含量动态变化的影响

6.1前言

6.2材料与方法

6.2.1试验材料

6.2.2试验设计

6.2.3试验装置

6.2.4作物与水分管理

6.2.5取样、测试分析方法

6.2.6统计分析方法

6.3结果与分析

6.3.1油菜-水稻轮作

6.3.2水稻-油菜轮作

6.4讨论

6.5结论

7水旱轮作后根区与非根区土壤粘土矿物组分变化

7.1前言

7.2材料与方法

7.2.1试验材料

7.2.2试验设计

7.2.3试验装置

7.2.4作物与水分管理

7.2.5取样及分析方法

7.3结果与分析

7.3.1黄红壤前后季均不施钾处理

7.3.2黄红壤前后季均施钾处理

7.3.3黄褐土前后季均不施钾处理

7.3.4黄褐土前后季均施钾处理

7.4讨论

7.5结论

8轮作后根区与非根区土壤固钾和释钾特性

8.1前言

8.2材料与方法

8.2.1试验材料

8.2.2试验设计

8.2.3试验装置

8.2.4作物与水分管理

8.2.5取样及测试分析方法

8.2.6土壤固钾和释钾试验方法

8.2.7统计分析方法

8.3结果与分析

8.3.1油菜-水稻轮作(先旱后水)

8.3.2水稻-油菜轮作(先水后旱)

8.4讨论

8.5结论

9总结

9.1主要结论

9.1.1土壤样品风干后测定低估了土壤对当季作物的供钾能力

9.1.2水早轮作下根区与非根区土壤钾素变化不同

9.1.3外源钾施用对不同水早轮作方式下作物干物质量和吸钾量的影响不同

9.1.4外源钾施用对根区与非根区土壤钾素变化特征的影响

9.1.5水旱轮作高强度种植条件下，作物吸钾改变了土壤粘土矿物组分

9.1.6水早轮作后根区与非根区土壤固钾和释钾规律

9.2创新点

9.2.1研究内容上的创新

9.2.2研究方法和技术手段上有所创新

9.2.3结论上的创新

9.3展望

9.3.1试验装置的改进

9.3.2取样方法的改进

9.3.3研究领域的深入

参考文献

攻读博士学位期间发表的文章

致谢