山西农田土壤供钾能力评价

山西农田土壤供钾能力评价

植物的总吸收钾通常超过所吸收的磷含量，这与氮非常相似。因此，含钾植物的钾含量高于含氮量。作物吸钾量取决于作物种类和作物产量水平,一般为50～200kg/hm2。20世纪90年代以来,随着农作物单位面积产量不断提高和氮磷化肥投入的增加以及复种指数的提高和品种改良,在山西省施用钾肥增产显著的报道较多,钾已经或正在成为限制山西省农业持续发展的主要因素之一。为了解和掌握土壤的供钾状况,充分发挥土壤供钾潜力和合理施用钾肥,人们多采用生物耗竭并结合化学方法来进行综合评价土壤钾素状况。生物方法是了解土壤钾有效性的直接而有效的方法,因为植株在不同土壤上吸钾量的大小是反映土壤钾有效性的一个尺度。为此,从主要农田土壤中选取了有代表性的耕层土壤样品19个,通过生物耗竭试验和化学分析方法,研究山西省主要耕作土壤的供钾能力,以期为农业生产中合理分配和科学施用钾肥提供依据。1材料和方法1.1土壤样品的采集1998年10月,根据山西省耕地主要土壤类型(褐土、栗褐土、潮土、黄绵土、栗钙土、红粘土,面积分别占全省耕地土壤总面积的54.86%,18.04%,13.30%,8.98%,3.08%,0.9%)的分布,在全省从南到北取了19个有代表性的农田耕层(0～20cm)土样。供试土壤样品中,取自黄绵土类样品2个(No.1、2),栗褐土类样品3个(No.3、4、5),潮土类样品3个(No.6、7、8),红粘土类样品3个(No.9、10、11),栗钙土类样品3个(No.12、13、14),褐土类样品5个(No.15、16、17、18、19)。按取土的区域划分,则取自晋东南地区的土样2个(No.11、15),取自晋南地区的土样4个(No.9、10、18、19),取自晋中地区的土样3个(No.8、16、17),取自吕梁地区的土样4个(No.1、2、3、6),取自忻州地区土样的1个(No.7),取自晋北地区土样5个(No.4、5、12、13、14)。供试土样的土壤类型、取样地点及基本理化性质见表1。1.2总养分的配制利用从美国国际农化服务中心引进的土壤养分系统研究的设备和技术分析土壤中11种大、中和微量元素的有效养分含量,以此确定除钾元素外的其它营养元素的适宜用量(ASI法)。每个土壤每盆装过3mm筛的风干土样500g,4次重复。用玉米晋单36(山西省高产品种)作为指示作物,每茬种植一个月左右收获,连同根部计算生物产量并测定植株含钾量。取少量土样(每处理4次重复混合土样)测定土壤的速效钾和缓效钾。生物耗竭试验所需各种养分的配制及加入量如下:N:每升水中加入0.30g分析纯NH4NO3,相当于含N105mg/L;P:每升水中加8.36gH3PO4(85%)配成磷素营养液。每500g土中加10mL该营养液,相当于加入P45mg/kg;S:每升水中加9.5gH2SO4(96.5%)配成硫素营养液。每500g土中加5mL硫素营养液,相当于加入S30mg/kg;Fe:每升水中加9.68gFeCl3·6H2O(分子量:270.30)配成含Fe2000mg/L铁素营养液。每500克土加入5mL该营养液,相当于加入Fe20mg/kg;Mn:每升水中加10.81gMnCl2·4H2O(分子量:197.91)配成含Mn3000mg/L锰素营养液。每500g土中加入5mL该营养液,相当于加入Mn30mg/kg;Cu:每升水中加0.54gCuCl2·2H2O(分子量:170.48)配成含Cu200mg/L铜素营养液。每500g土中加入5mL该营养液,相当于加入Cu2mg/kg;Zn:每升水中加2.08gZnCl2(分子量:136.28)配成含Zn1000mg/L锌素营养液。每500g土加入5mL该营养液,相当于加入Zn10mg/kg;B:每升水中加1.15gH3BO3(分子量:61.83)配成含B200mg/L硼素营养液。每500g土中加入5mL该营养液,相当于加入B2mg/kg。1.3总hno3含量测定土壤钾素:速效钾用1mol/L中性NH4OAc溶液浸提,缓效钾用1mol/LHNO3溶液煮沸提取,均用原子吸收分光光度计测定。植株含钾量:取植株样品0.5000g于100mL三角瓶中,加50.00mL0.5mol/LHCl溶液,放置过夜,25℃恒温振荡5min后过滤、稀释,用原子吸收分光光度计测定稀释液中的钾。2结果与讨论2.1不同土壤形状的钾含量2.1.1不同土壤条件下土壤速效钾含量分布特征根据土壤速效钾的分级标准,供试山西土壤的速效钾含量(表1)属“中”、“高”、“极高”等级的土样分别占总样品的21.0%、47.4%、31.6%。所有土壤速效钾平均含量为141.7mg/kg,表明山西省大多数土壤速效钾含量较为丰富,当季供钾能力较高。不同土壤类型、不同取土地区土壤速效钾含量相差较大(表2)。就土壤类型而言,取自红粘土类、潮土类土壤速效钾含量最高,平均含量分别为189.7mg/kg和165.0mg/kg,属“极高“等级;取自褐土类、黄绵土类、栗褐土类土壤的速效钾平均含量分别为149.7mg/kg、136.7mg/kg、116.3mg/kg,属“高”等级;而取自栗钙土类的土壤速效钾平均含量为86.0mg/kg,属“中”等级。从中看出,供试红粘土、潮土的当季供钾能力最高;褐土、黄绵土、栗褐土当季供钾能力中等;栗钙土的当季供钾能力最低。按取土地区分布看,取自晋东南和晋南地区的土壤速效钾含量均高,平均分别为187.6和173.1mg/kg,当季供钾能力较高;而取自晋北地区的土壤速效钾含量较低,平均为96.0mg/kg,当季供钾能力较低;而取自晋中、吕梁地区的土壤速效钾含量居中,平均分别为144.1、145.7mg/kg,当季供钾能力中等。2.1.2土壤的供钾能力供试19个土壤缓效钾含量(见表1)属“中上”、“高”、“极高”等级的土样分别占总样品的15.8%、68.4%、15.8%。所有供试土壤缓效钾平均含量为1003.9mg/kg,表明山西省大多数土壤缓效钾含量较为丰富,有较好的长期供钾能力(供钾潜力)。不同土壤类型、不同取土地区土壤缓效钾含量相差也很大。取自红粘土类土壤的缓效钾含量最高,平均为1135.9mg/kg,属“高”等级,而取自栗钙土类土壤缓效钾最低,平均为641.1mg/kg,达“中上”等级,取自褐土类、潮土类、黄绵土类、栗褐土类的土壤缓效钾平均含量介于其间(表2)。可见,红粘土的长期供钾能力最高;褐土、潮土、黄绵土、栗褐土长期供钾能力中等;栗钙土长期供钾能力最低。值得指出的是,供钾能力中等的土类中也有供钾能力较高的土壤,如屯留褐土,速效钾含量为197.6mg/kg,缓效钾含量为1251.7mg/kg,均达“极高”等级。表2还看出,按地区分布,取自晋东南和晋南地区的土壤缓效钾含量均高,平均分别为1167.2mg/kg和1126.1mg/kg,表明供钾能力较高;而取自晋北地区的土壤缓效钾含量较低,平均为757.2mg/kg,表明供钾能力较低。取自晋中、吕梁地区的土壤缓效钾含量居中,缓效钾含量晋中平均为1073.3mg/kg,吕梁为1028.4mg/kg,供钾能力中等。忻州地区(一个土样)尽管土壤速效钾(133.8mg/kg)、缓效钾含量(1161.3mg/kg)均属“高”或“极高”等级,但其转换速率较为缓慢,水溶性钾含量(33.4mg/kg)是所有供试土壤中最低的,因而其供钾能力属中等,生物耗竭试验的结果也证实这一点。供试的19个山西耕地土壤的供钾能力由南至北呈逐渐降低的趋势,这与我省由南到北水热条件由湿、热变为干、冷,以及土壤质地由细变粗的趋势相一致,也与有关已有研究结果是一致的。2.2缓效钾的“最低水平”值的时空分布钾素的生物耗竭试验结果(表3)表明,在不施钾情况下,供试的19个土壤连续种植玉米幼苗,由于玉米植株对土壤钾素的不断吸收,致使土壤速效钾、缓效钾逐渐耗损,当降低到某一水平时,就不再继续下降而趋于“最低水平”值,这同其他有关研究结果一致。供试土壤中绝大部分土壤种植首茬后,土壤速效钾、缓效钾急剧下降,种植3茬后,土壤速效钾、缓效钾的下降趋于稳定。“最低水平”值的大小和出现前的耗竭茬数是土壤供钾能力的主要特征之一。供试的19种土壤,其土壤速效钾“最低水平”值的变幅为39.74～72.79mg/kg,平均为54.62mg/kg;缓效钾“最低水平”值的变幅为398.89～1004.1mg/kg,平均为842.04mg/kg。“最低水平”值最早出现在第3茬,最晚在第6茬(表3)。表3还表明,不同土壤类型、不同取土地区,土壤速效钾和缓效钾的“最低水平”值不同,这大体上与各原始土壤的供钾水平及钾素形态转换速率密切相关的。就土类而言,取自红粘土类的土壤,土壤速效钾、缓效钾平均含量较高,平均分别为189.7mg/kg、1135.9mg/kg,“最低水平”值也较高,平均分别为71.4、938.7mg/kg且都出现在第5、6茬,表明该土类的供钾水平较高。而取自栗钙土类土壤的速效钾、缓效钾平均含量较低,分别为86.0、641.1mg/kg,“最低水平”值也较低,平均分别为41.3、531.5mg/kg,且出现较早(第3茬),表明该土类土壤的供钾水平较低。其它土类土壤的速效钾、缓效钾“最低水平”值介于上述两土类之间。按地区分布看,取自晋东南和晋南2个地区的土壤速效钾、缓效钾“最低水平”值较高,出现较晚(第5、6茬),这2个地区土壤速效钾、缓效钾的平均含量较高,分别为187.6、1167.2mg/kg和167.9、1126.1mg/kg,表明这2个地区的供钾水平较高。而取自晋北地区的土壤速效钾、缓效钾含量较低,平均分别为96.0、757.2mg/kg,其“最低水平”值也较低,且出现在第3、4茬,表明该地区的供钾水平较低。其它地区土壤速效钾、缓效钾“最低水平”值则介于上述地区,属中等。除忻州地区外,供试土壤的速效钾和缓效钾“最低水平”值均有从南至北逐渐降低的趋势。2.3玉米总吸钾量的计算生物耗竭试验的结果表明,各茬玉米吸钾量和各茬占总吸钾量的比例,以第1茬为最大,玉米吸钾量平均为194.8mg/kg,首茬吸钾量占吸钾总量的比例平均为42.8%;第2茬,玉米吸钾量平均为139.0mg/kg,占吸钾总量的比例平均为30.9%;第3茬,玉米吸钾量平均为70.6mg/kg,占吸钾总量的比例平均为15.6%。第3茬之后吸钾量和占吸钾总量的比例逐渐降低,玉米吸钾量平均23.4～9.6mg/kg,占吸钾总量的比例平均为5.4%～2.3%。6茬玉米吸钾总量的变幅在242.4～618.4mg/kg,平均为452.0mg/kg(表4)。不同土壤类型、不同取土区域,玉米吸钾总量变化各异,这与各土类原始土壤的供钾能力及钾形态间转换速率密切相关。不同土壤类型玉米吸钾总量大小顺序为:红粘土>潮土>黄绵土>褐土>栗褐土>栗钙土(图1a);按不同地区分布看,玉米吸钾总量大小顺序为:晋东南>晋南>吕梁>晋中>忻州>晋北(图1b)。忻州地区土壤玉米吸钾量(390.4mg/kg)较低,尽管原始土壤中速效钾、缓效钾的平均含量属中等和高级,分别为133.8mg/kg、1161.3mg/kg,但其各形态钾素转化速率慢,不能满足植物的需要,因此供钾能力相对较低。植株在不同土壤上吸钾量的大小是反映土壤钾有效性的一个尺度。分析玉米幼苗总的吸钾量的结果表明,在不施钾的条件下,玉米总的吸钾量以安泽柳树沟河坝地红粘土、安泽柳树沟观音寺红粘土、屯留紫金山红粘土、屯留褐土、文水孝义潮土、介休宋古潮土(502.0～620.0mg/kg)的吸钾量为高;其次是柳林黄绵土、昔阳褐土、襄汾褐土、平鲁良种场栗褐土(420.0～500.0mg/kg)的吸钾量中等,其余土壤的吸钾量低(240.0～404.0mg/kg)。玉米吸钾总量可作为评价土壤长期供钾能力的重要指标,按玉米总吸钾量大小所分等级即为相应土壤长期供钾能力高低的等级。值得指出的是,长期供钾能力低的土类中有长期供钾能力中等的土壤,如平鲁良种场栗褐土(No.5);长期供钾能力高的土类中也有供钾能力低的土壤,如忻州播明潮土(No.7);长期供钾能力中等的土类中有供钾能力高的土壤,如屯留褐土(No.15)。同样,供钾能力高的晋南地区,也有供钾能力低的土壤,如临汾南麻褐土(No.18);供钾能力低的晋北地区,也有供钾能力中等的土壤,如平鲁良种场栗褐土(No.5);供钾能力中等晋中的地区,也有供钾能力低的土壤,如寿阳宗艾褐土(No.16)。2.4土壤总吸钾量的测定生物耗竭过程中,不施钾情况下玉米总吸钾量中来自速效钾和缓效钾的量分别为种植前和种植后土壤中该形态钾的降低量,来自矿物钾的量则为玉米总吸钾量减去速效钾、缓效钾的总下降量。由表5可知,供试土壤耗竭结束后速效钾含量总下降量平均为87.1mg/kg,其贡献率平均为19%;缓效钾含量下降量平均为161.9mg/kg,其贡献率平均为36%;矿物钾的释放量平均为203.0mg/kg,