山西農(nóng)田土壤供鉀能力評價

山西農(nóng)田土壤供鉀能力評價

植物的總吸收鉀通常超過所吸收的磷含量，這與氮非常相似。因此，含鉀植物的鉀含量高于含氮量。作物吸鉀量取決于作物種類和作物產(chǎn)量水平,一般為50～200kg/hm2。20世紀(jì)90年代以來,隨著農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量不斷提高和氮磷化肥投入的增加以及復(fù)種指數(shù)的提高和品種改良,在山西省施用鉀肥增產(chǎn)顯著的報道較多,鉀已經(jīng)或正在成為限制山西省農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。為了解和掌握土壤的供鉀狀況,充分發(fā)揮土壤供鉀潛力和合理施用鉀肥,人們多采用生物耗竭并結(jié)合化學(xué)方法來進(jìn)行綜合評價土壤鉀素狀況。生物方法是了解土壤鉀有效性的直接而有效的方法,因為植株在不同土壤上吸鉀量的大小是反映土壤鉀有效性的一個尺度。為此,從主要農(nóng)田土壤中選取了有代表性的耕層土壤樣品19個,通過生物耗竭試驗和化學(xué)分析方法,研究山西省主要耕作土壤的供鉀能力,以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理分配和科學(xué)施用鉀肥提供依據(jù)。1材料和方法1.1土壤樣品的采集1998年10月,根據(jù)山西省耕地主要土壤類型(褐土、栗褐土、潮土、黃綿土、栗鈣土、紅粘土,面積分別占全省耕地土壤總面積的54.86%,18.04%,13.30%,8.98%,3.08%,0.9%)的分布,在全省從南到北取了19個有代表性的農(nóng)田耕層(0～20cm)土樣。供試土壤樣品中,取自黃綿土類樣品2個(No.1、2),栗褐土類樣品3個(No.3、4、5),潮土類樣品3個(No.6、7、8),紅粘土類樣品3個(No.9、10、11),栗鈣土類樣品3個(No.12、13、14),褐土類樣品5個(No.15、16、17、18、19)。按取土的區(qū)域劃分,則取自晉東南地區(qū)的土樣2個(No.11、15),取自晉南地區(qū)的土樣4個(No.9、10、18、19),取自晉中地區(qū)的土樣3個(No.8、16、17),取自呂梁地區(qū)的土樣4個(No.1、2、3、6),取自忻州地區(qū)土樣的1個(No.7),取自晉北地區(qū)土樣5個(No.4、5、12、13、14)。供試土樣的土壤類型、取樣地點(diǎn)及基本理化性質(zhì)見表1。1.2總養(yǎng)分的配制利用從美國國際農(nóng)化服務(wù)中心引進(jìn)的土壤養(yǎng)分系統(tǒng)研究的設(shè)備和技術(shù)分析土壤中11種大、中和微量元素的有效養(yǎng)分含量,以此確定除鉀元素外的其它營養(yǎng)元素的適宜用量(ASI法)。每個土壤每盆裝過3mm篩的風(fēng)干土樣500g,4次重復(fù)。用玉米晉單36(山西省高產(chǎn)品種)作為指示作物,每茬種植一個月左右收獲,連同根部計算生物產(chǎn)量并測定植株含鉀量。取少量土樣(每處理4次重復(fù)混合土樣)測定土壤的速效鉀和緩效鉀。生物耗竭試驗所需各種養(yǎng)分的配制及加入量如下:N:每升水中加入0.30g分析純NH4NO3,相當(dāng)于含N105mg/L;P:每升水中加8.36gH3PO4(85%)配成磷素營養(yǎng)液。每500g土中加10mL該營養(yǎng)液,相當(dāng)于加入P45mg/kg;S:每升水中加9.5gH2SO4(96.5%)配成硫素營養(yǎng)液。每500g土中加5mL硫素營養(yǎng)液,相當(dāng)于加入S30mg/kg;Fe:每升水中加9.68gFeCl3·6H2O(分子量:270.30)配成含F(xiàn)e2000mg/L鐵素營養(yǎng)液。每500克土加入5mL該營養(yǎng)液,相當(dāng)于加入Fe20mg/kg;Mn:每升水中加10.81gMnCl2·4H2O(分子量:197.91)配成含Mn3000mg/L錳素營養(yǎng)液。每500g土中加入5mL該營養(yǎng)液,相當(dāng)于加入Mn30mg/kg;Cu:每升水中加0.54gCuCl2·2H2O(分子量:170.48)配成含Cu200mg/L銅素營養(yǎng)液。每500g土中加入5mL該營養(yǎng)液,相當(dāng)于加入Cu2mg/kg;Zn:每升水中加2.08gZnCl2(分子量:136.28)配成含Zn1000mg/L鋅素營養(yǎng)液。每500g土加入5mL該營養(yǎng)液,相當(dāng)于加入Zn10mg/kg;B:每升水中加1.15gH3BO3(分子量:61.83)配成含B200mg/L硼素營養(yǎng)液。每500g土中加入5mL該營養(yǎng)液,相當(dāng)于加入B2mg/kg。1.3總hno3含量測定土壤鉀素:速效鉀用1mol/L中性NH4OAc溶液浸提,緩效鉀用1mol/LHNO3溶液煮沸提取,均用原子吸收分光光度計測定。植株含鉀量:取植株樣品0.5000g于100mL三角瓶中,加50.00mL0.5mol/LHCl溶液,放置過夜,25℃恒溫振蕩5min后過濾、稀釋,用原子吸收分光光度計測定稀釋液中的鉀。2結(jié)果與討論2.1不同土壤形狀的鉀含量2.1.1不同土壤條件下土壤速效鉀含量分布特征根據(jù)土壤速效鉀的分級標(biāo)準(zhǔn),供試山西土壤的速效鉀含量(表1)屬“中”、“高”、“極高”等級的土樣分別占總樣品的21.0%、47.4%、31.6%。所有土壤速效鉀平均含量為141.7mg/kg,表明山西省大多數(shù)土壤速效鉀含量較為豐富,當(dāng)季供鉀能力較高。不同土壤類型、不同取土地區(qū)土壤速效鉀含量相差較大(表2)。就土壤類型而言,取自紅粘土類、潮土類土壤速效鉀含量最高,平均含量分別為189.7mg/kg和165.0mg/kg,屬“極高“等級;取自褐土類、黃綿土類、栗褐土類土壤的速效鉀平均含量分別為149.7mg/kg、136.7mg/kg、116.3mg/kg,屬“高”等級;而取自栗鈣土類的土壤速效鉀平均含量為86.0mg/kg,屬“中”等級。從中看出,供試紅粘土、潮土的當(dāng)季供鉀能力最高;褐土、黃綿土、栗褐土當(dāng)季供鉀能力中等;栗鈣土的當(dāng)季供鉀能力最低。按取土地區(qū)分布看,取自晉東南和晉南地區(qū)的土壤速效鉀含量均高,平均分別為187.6和173.1mg/kg,當(dāng)季供鉀能力較高;而取自晉北地區(qū)的土壤速效鉀含量較低,平均為96.0mg/kg,當(dāng)季供鉀能力較低;而取自晉中、呂梁地區(qū)的土壤速效鉀含量居中,平均分別為144.1、145.7mg/kg,當(dāng)季供鉀能力中等。2.1.2土壤的供鉀能力供試19個土壤緩效鉀含量(見表1)屬“中上”、“高”、“極高”等級的土樣分別占總樣品的15.8%、68.4%、15.8%。所有供試土壤緩效鉀平均含量為1003.9mg/kg,表明山西省大多數(shù)土壤緩效鉀含量較為豐富,有較好的長期供鉀能力(供鉀潛力)。不同土壤類型、不同取土地區(qū)土壤緩效鉀含量相差也很大。取自紅粘土類土壤的緩效鉀含量最高,平均為1135.9mg/kg,屬“高”等級,而取自栗鈣土類土壤緩效鉀最低,平均為641.1mg/kg,達(dá)“中上”等級,取自褐土類、潮土類、黃綿土類、栗褐土類的土壤緩效鉀平均含量介于其間(表2)?？梢?紅粘土的長期供鉀能力最高;褐土、潮土、黃綿土、栗褐土長期供鉀能力中等;栗鈣土長期供鉀能力最低。值得指出的是,供鉀能力中等的土類中也有供鉀能力較高的土壤,如屯留褐土,速效鉀含量為197.6mg/kg,緩效鉀含量為1251.7mg/kg,均達(dá)“極高”等級。表2還看出,按地區(qū)分布,取自晉東南和晉南地區(qū)的土壤緩效鉀含量均高,平均分別為1167.2mg/kg和1126.1mg/kg,表明供鉀能力較高;而取自晉北地區(qū)的土壤緩效鉀含量較低,平均為757.2mg/kg,表明供鉀能力較低。取自晉中、呂梁地區(qū)的土壤緩效鉀含量居中,緩效鉀含量晉中平均為1073.3mg/kg,呂梁為1028.4mg/kg,供鉀能力中等。忻州地區(qū)(一個土樣)盡管土壤速效鉀(133.8mg/kg)、緩效鉀含量(1161.3mg/kg)均屬“高”或“極高”等級,但其轉(zhuǎn)換速率較為緩慢,水溶性鉀含量(33.4mg/kg)是所有供試土壤中最低的,因而其供鉀能力屬中等,生物耗竭試驗的結(jié)果也證實(shí)這一點(diǎn)。供試的19個山西耕地土壤的供鉀能力由南至北呈逐漸降低的趨勢,這與我省由南到北水熱條件由濕、熱變?yōu)楦伞⒗?以及土壤質(zhì)地由細(xì)變粗的趨勢相一致,也與有關(guān)已有研究結(jié)果是一致的。2.2緩效鉀的“最低水平”值的時空分布鉀素的生物耗竭試驗結(jié)果(表3)表明,在不施鉀情況下,供試的19個土壤連續(xù)種植玉米幼苗,由于玉米植株對土壤鉀素的不斷吸收,致使土壤速效鉀、緩效鉀逐漸耗損,當(dāng)降低到某一水平時,就不再繼續(xù)下降而趨于“最低水平”值,這同其他有關(guān)研究結(jié)果一致。供試土壤中絕大部分土壤種植首茬后,土壤速效鉀、緩效鉀急劇下降,種植3茬后,土壤速效鉀、緩效鉀的下降趨于穩(wěn)定?！白畹退健敝档拇笮『统霈F(xiàn)前的耗竭茬數(shù)是土壤供鉀能力的主要特征之一。供試的19種土壤,其土壤速效鉀“最低水平”值的變幅為39.74～72.79mg/kg,平均為54.62mg/kg;緩效鉀“最低水平”值的變幅為398.89～1004.1mg/kg,平均為842.04mg/kg?！白畹退健敝底钤绯霈F(xiàn)在第3茬,最晚在第6茬(表3)。表3還表明,不同土壤類型、不同取土地區(qū),土壤速效鉀和緩效鉀的“最低水平”值不同,這大體上與各原始土壤的供鉀水平及鉀素形態(tài)轉(zhuǎn)換速率密切相關(guān)的。就土類而言,取自紅粘土類的土壤,土壤速效鉀、緩效鉀平均含量較高,平均分別為189.7mg/kg、1135.9mg/kg,“最低水平”值也較高,平均分別為71.4、938.7mg/kg且都出現(xiàn)在第5、6茬,表明該土類的供鉀水平較高。而取自栗鈣土類土壤的速效鉀、緩效鉀平均含量較低,分別為86.0、641.1mg/kg,“最低水平”值也較低,平均分別為41.3、531.5mg/kg,且出現(xiàn)較早(第3茬),表明該土類土壤的供鉀水平較低。其它土類土壤的速效鉀、緩效鉀“最低水平”值介于上述兩土類之間。按地區(qū)分布看,取自晉東南和晉南2個地區(qū)的土壤速效鉀、緩效鉀“最低水平”值較高,出現(xiàn)較晚(第5、6茬),這2個地區(qū)土壤速效鉀、緩效鉀的平均含量較高,分別為187.6、1167.2mg/kg和167.9、1126.1mg/kg,表明這2個地區(qū)的供鉀水平較高。而取自晉北地區(qū)的土壤速效鉀、緩效鉀含量較低,平均分別為96.0、757.2mg/kg,其“最低水平”值也較低,且出現(xiàn)在第3、4茬,表明該地區(qū)的供鉀水平較低。其它地區(qū)土壤速效鉀、緩效鉀“最低水平”值則介于上述地區(qū),屬中等。除忻州地區(qū)外,供試土壤的速效鉀和緩效鉀“最低水平”值均有從南至北逐漸降低的趨勢。2.3玉米總吸鉀量的計算生物耗竭試驗的結(jié)果表明,各茬玉米吸鉀量和各茬占總吸鉀量的比例,以第1茬為最大,玉米吸鉀量平均為194.8mg/kg,首茬吸鉀量占吸鉀總量的比例平均為42.8%;第2茬,玉米吸鉀量平均為139.0mg/kg,占吸鉀總量的比例平均為30.9%;第3茬,玉米吸鉀量平均為70.6mg/kg,占吸鉀總量的比例平均為15.6%。第3茬之后吸鉀量和占吸鉀總量的比例逐漸降低,玉米吸鉀量平均23.4～9.6mg/kg,占吸鉀總量的比例平均為5.4%～2.3%。6茬玉米吸鉀總量的變幅在242.4～618.4mg/kg,平均為452.0mg/kg(表4)。不同土壤類型、不同取土區(qū)域,玉米吸鉀總量變化各異,這與各土類原始土壤的供鉀能力及鉀形態(tài)間轉(zhuǎn)換速率密切相關(guān)。不同土壤類型玉米吸鉀總量大小順序為:紅粘土>潮土>黃綿土>褐土>栗褐土>栗鈣土(圖1a);按不同地區(qū)分布看,玉米吸鉀總量大小順序為:晉東南>晉南>呂梁>晉中>忻州>晉北(圖1b)。忻州地區(qū)土壤玉米吸鉀量(390.4mg/kg)較低,盡管原始土壤中速效鉀、緩效鉀的平均含量屬中等和高級,分別為133.8mg/kg、1161.3mg/kg,但其各形態(tài)鉀素轉(zhuǎn)化速率慢,不能滿足植物的需要,因此供鉀能力相對較低。植株在不同土壤上吸鉀量的大小是反映土壤鉀有效性的一個尺度。分析玉米幼苗總的吸鉀量的結(jié)果表明,在不施鉀的條件下,玉米總的吸鉀量以安澤柳樹溝河壩地紅粘土、安澤柳樹溝觀音寺紅粘土、屯留紫金山紅粘土、屯留褐土、文水孝義潮土、介休宋古潮土(502.0～620.0mg/kg)的吸鉀量為高;其次是柳林黃綿土、昔陽褐土、襄汾褐土、平魯良種場栗褐土(420.0～500.0mg/kg)的吸鉀量中等,其余土壤的吸鉀量低(240.0～404.0mg/kg)。玉米吸鉀總量可作為評價土壤長期供鉀能力的重要指標(biāo),按玉米總吸鉀量大小所分等級即為相應(yīng)土壤長期供鉀能力高低的等級。值得指出的是,長期供鉀能力低的土類中有長期供鉀能力中等的土壤,如平魯良種場栗褐土(No.5);長期供鉀能力高的土類中也有供鉀能力低的土壤,如忻州播明潮土(No.7);長期供鉀能力中等的土類中有供鉀能力高的土壤,如屯留褐土(No.15)。同樣,供鉀能力高的晉南地區(qū),也有供鉀能力低的土壤,如臨汾南麻褐土(No.18);供鉀能力低的晉北地區(qū),也有供鉀能力中等的土壤,如平魯良種場栗褐土(No.5);供鉀能力中等晉中的地區(qū),也有供鉀能力低的土壤,如壽陽宗艾褐土(No.16)。2.4土壤總吸鉀量的測定生物耗竭過程中,不施鉀情況下玉米總吸鉀量中來自速效鉀和緩效鉀的量分別為種植前和種植后土壤中該形態(tài)鉀的降低量,來自礦物鉀的量則為玉米總吸鉀量減去速效鉀、緩效鉀的總下降量。由表5可知,供試土壤耗竭結(jié)束后速效鉀含量總下降量平均為87.1mg/kg,其貢獻(xiàn)率平均為19%;緩效鉀含量下降量平均為161.9mg/kg,其貢獻(xiàn)率平均為36%;礦物鉀的釋放量平均為203.0mg/kg,