长期施肥土壤-作物体系钾素动态变化研究

摘要

长期定位试验是研究不同施肥制度和耕作条件下土壤肥力和肥料效益演变的重要手段。本文以1989年建成的“国家紫色土肥力与肥料效益监测基地”为研究平台，利用多年定位试验保存的土壤和数据资料，采用长期定位试验与化学形态分析相结合的方法，研究了在稻麦水旱轮作体系中，不同施肥措施对紫色土钾素含量、形态转化、供钾能力和稻麦产量的影响以及稻麦生长期土壤．作物钾素动态变化。旨在了解长期不同施肥措施下紫色土钾素肥力的变化，明确长期不同施肥对稻麦产量和钾素平衡的影响，为紫色土钾肥的合理施用，充分利用紫色土钾素资源、提高紫色十钾素肥力提供科学依据。主要结果如下： 经16年稻麦水旱轮作定位试验后，无论施钾与否，耕层和犁底层土壤中全钾、缓效钾、速效钾含量与试验前相比均下降(速效钾含量除1.5(NPK)+M1处理外)，其中以不施钾处理(CK、NP)下降最多，速效钾和缓效钾分别比试验前降低16.4 mg/kg和159.0mg/kg：施钾肥的各处理速效钾和缓效钾分别降低8.7mg/kg和109.7mg/kg：有机肥与化肥配施处理钾素含量下降最少，速效钾与试验前基本平衡，缓效钾降低93.3mg/kg。。说明在现有的钾肥用量(每季施用K2O 60.75kg/hm2)水平下，不能满足稻麦对钾素的需求，稻麦通过吸收利用土壤中的钾而导致土壤钾素亏缺，在我国钾肥资源不足的国情下，通过秸秆还田和施用有机肥可以缓解土壤钾素亏缺。 对1991年(试验前)和2007年0-20cm、20-40cm土壤钾素形态分析结果表明，紫色土中水溶性钾、非特殊吸附态钾、特殊吸附态钾含量只占土壤全钾的0.39％(各处理2年平均)；土壤非交换性钾占全钾的2.65％：紫色十中矿物钾占全钾比例最大，达到96.96％，说明矿物钾是紫色土钾素的主要组成成分。与试验前相比，16年定位试验后土壤各种钾素形态均有不同程度的下降趋势，其中以水溶性钾降低最少，特殊吸附态钾和非交换钾下降较多：施钾肥能基本维持土壤水溶性钾的平衡，使土壤供钾强度维持在一个适当的水平。在长期不施钾土壤钾素严重耗竭时，土壤特殊吸附钾、非交换钾和矿物钾都明显下降，成为作物吸收利用的钾源。由于耕作施肥和根茬的门还都在0-20cm土层，导致犁底层(20-40cm)土壤各种形态钾素含量的亏缺程度都高于耕层(0-20cm)。 紫色土供钾量和供钾能力随试验年限的延长呈下降趋势，16年平均紫色土对一季小麦的供钾量平均为40.8 kg/hm2，对一季水稻的供钾量平均为90.1k/hm2：紫色土对水稻的供钾能力平均为90％，对小麦的供钾能力平均为85.8％。在水旱轮作条件下，紫色土对小麦的供钾能力逐年下降，从试验初期的100％下降到62％；而紫色土对水稻的供钾能力一直维持在90％左右，淹水能促进紫色土钾的释放，提高土壤的供钾能力。从紫色土的X射线衍射图谱可以看出，与施钾(NPK处理)土壤相比，长期不施钾(NP处理)土壤膨胀性粘土矿物含量增加，土壤的固钾量和固钾率明显提高，NP比NPK处理固钾量提高91～559 mg/kg，平均335 mg/kg:固钾率提高14～23％，平均18％。长期施钾后，影响了土壤含钾矿物的组成，从而影响各种形态钾素含量及土壤供钾能力。 小麦不同生育期吸钾量具有很强的阶段性，小麦拔节期前(小麦播种至第100d)，吸钾量变化不大，普遍维持在一个较低的水平上：当小麦进入拔节期后，吸钾量急剧上升，到小麦孕穗期地上部吸钾量达到最大，在此25d内小麦吸钾量达到了一生总吸钾量的27％左右；直到小麦开花期之后小麦吸钾量开始逐渐下降；到小麦完熟期出现植株钾素外排现象。各处理0-20cm、20-40cm土层土壤速效钾、缓效钾含量随小麦生育进程而发生变化，在小麦拔节期前(小麦播种至第100d前)，由于小麦吸钾量少，土壤中速效钾、缓效钾含量变化不大：随着小麦需钾量的不断增加，土壤中速效钾、缓效钾含量也开始大幅降低，到小麦孕穗期降至最低，并一直到开花期都维持在基本相同的含钾水平上；随着小麦的不断成熟，土壤速效钾、缓效钾含量也出现回升。 水稻移栽后植株吸钾量逐渐上升，至分孽盛期(移栽后第45d左右)达到整个水稻生育期中最大吸钾量，水稻移栽第30-45d的这15d内，其吸钾量占水稻总吸钾量的30％多；随着水稻进入黄熟期，吸钾量也逐渐减少，并维持在一个较稳定的水平上。各处理0-20cm、20-40cm土层土壤速效钾、缓效钾含量随水稻生育进程的变化而变化，各处理不同土层的速效钾和缓效钾含量在水稻移栽后30d内变化不人，基本维持在移栽前的水平上；到移栽30d后，两土层速效钾、缓效钾开始下降，至第45d时降到最低点，随后，其含量又逐渐回升，到第75d时达剑一个稳定的水平上。 施钾提高了植株体内钾素含量，促进作物生长，从而提高了稻麦产量，16年平均施钾(NPK处理)比不施钾(NP处理)水稻增产10.0％、小麦增产14.2％，在试验的前3年钾肥没有增产效果，第5年后钾肥的增产效果显现并逐年升高。每季施用60.75kg化学钾肥不能维持土壤钾素平衡，化学钾肥与厩肥配施，由于厩肥含钾量低，也难以维持土壤钾素平衡，只有稻草还田与化学钾肥配施才能维持钾素平衡(盈余329.8kg/hm2)。冈此，在我国钾资源贫乏的国情下，循环利用稻草或秸杆，对于保持土壤钾素的持续供应具有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章文献综述

1.1钾素研究概况

1.1.1土壤钾素形态分级

1.1.2土壤不同形态钾的植物有效性

1.1.3土壤供钾能力的评定及土壤钾素释放速率

1.1.4植物钾素营养研究进展

1.2国内外长期肥料定位试验研究进展

1.2.1长期施肥对土壤肥力的影响

1.3水旱轮作体系中土壤钾素平衡研究

1.3.1水旱轮作概况

1.3.2轮作体系中钾素平衡研究

第2章绪论

2.1研究目的及意义

2.2研究目标

2.3研究内容

2.4技术路线

第3章材料方法

3.1试验基地概况

3.1.1试验地点和气候条件

3.1.2试验小区和供试土壤

3.2试验设计

3.3样品的采集及分析

3.3.1土壤样品采集

3.3.2植株样品采集

3.3.3分析测定方法

第4章结果与讨论

4.1长期施肥对紫色土钾素含量的影响

4.1.1长期不同施肥对紫色土速效钾含量的影响

4.1.2长期不同施肥对紫色土缓效钾含量的影响

4.1.3长期不同施肥对紫色土全钾含量的影响

4.2长期施肥对紫色土钾素形态组成的影响

4.2.1不同形态钾在土壤全钾中的分配

4.2.2长期定位施肥对土壤水溶性钾的影响

4.2.3长期定位施肥对土壤非特殊吸附态钾的影响

4.2.4长期定位施肥对土壤特殊吸附态钾的影响

4.2.5长期定位施肥对土壤非交换性钾的影响

4.2.6长期定位施肥对土壤矿物钾的影响

4.3长期水旱轮作条件下紫色土供钾能力及变化

4.3.1紫色土自然供钾能力及变化

4.3.2紫色土供钾量及变化

4.4长期施钾紫色土固钾能力及变化

4.5稻-麦轮作周期土壤-作物体系钾素动态变化

4.5.1小麦生长期土壤-作物体系钾素动态变化

4.5.2水稻生长季土壤-作物体系钾素动态变化

4.6长期施肥对稻麦产量及钾素吸收利用的影响

4.6.1长期施钾对稻麦产量的影响

4.6.2钾与不同肥料配施对小麦、水稻生长的影响

4.6.3稻麦对钾的吸收利用

4.6.4钾素收支平衡状况

第5章结论

参考文献

致谢

发表论文及参与课题