耕作土壤非交换性钾有效性的研究

土壤与环境1999,8(2):117~120ISSN1008－181XSoilandEnvironmentalSciencesCN44－1441/P收稿日期：1998－10－03耕作土壤非交换性钾有效性的研究邢世和周碧青祝金虹张美寿（福建农业大学土地与环境学系，福州350002）摘要采用2种化学连续提取法及连续耗钾实验，研究了几种耕作土壤非交换性钾释放特性及有效性。结果表明，供试土壤非交换性钾释放特性和有效性与粘土矿物密切相关。富含伊利石的土壤非交换性钾的释放量大，速率快，有效性高；黑麦草吸收该土壤的非交换性钾量及总吸钾量高，生物量大。而富含高岭石或蒙脱石的土壤非交换性钾有效性明显较低；非交换性钾的释放量和速率、黑麦草吸收该土壤的非交换性钾量、总吸钾量及生物量的均值分别仅为富含伊利石土壤的46.96%、45.50%、41.65%、43.90%和67.52%。供试土壤耗竭前期非交换性钾有效性高，供钾量大；黑麦草生长良好，生物量大。关键词非交换性钾；释放量；释放速率；有效性StudyontheAvailabilityofNonexchangeablePotassiuminCultivatedSoils.XingShihe,ZhouBiqing,ZhuJinhongandZhangMeishou(DepartmentofLand&EnvironmentalScience,FujianAgriculturalUniversity,Fuzhou350002).Soil&EnvironSci,1999,8(2):117~120ThereleasingcharacteristicsandavailabilityofnonexchangeableKincultivatedsoilswerestudiedbytwochemicalsuccessiveextractionandpotexhaustion.TheresultsshowedthatthereleasingcharacteristicsandavailabilityofnonexchangeableKrelatedremarkablytoclayminerals.Thereleasingcapacity,rateandavailabilityofnonexchangeableKinsoilswithrichilliteweremuchhigherthanthoseinotherswithrichkaoliniteormontmorillonite,sothattheamountsofnonexchangeableandtotalKabsorbedbyryegrassanddrybiomassinthesoilswerehigherthanthoseinothers.Theaveragesofreleasecapacityandrate,amountsofnonexchangeableandtotalKabsorbedbyryegrassanddrybiomassinkaoliniticandmontmorilloniticsoilswere46.96％、45.50％、41.65％、43.90％and67.52％ofthoseinilliticsoils.TheavailabilityofnonexchangeableKinthesoilswasmuchhighersothatsoilKsuppliedsufficiently,ryegrassgrewwellandthedrybiomassweremuchhigherduringtheearlierstageofexhaustion.KeywordsnonexchangeableK;releasecapacity;releaserate;availability交换性钾是作物直接吸收的钾素形态，但土壤中交换性钾的数量相当有限，且交换性与非交换性钾处于动态平衡。鲍士旦等的研究表明作物在生长期内吸收的钾有61.0％~80.1％来自层间钾[1]。Ganeshamurthy发现在连续种植的条件下，作物在整个生长期内吸收的钾远远超出土壤中交换性钾的含量[2]。显然，土壤交换性钾含量并不能全面反映土壤钾素的供给力，土壤非交换性钾是作物钾素的重要潜在给源。因此，研究土壤非交换性钾供给特性（包括供给量和速率），对于合理评价土壤实际供钾状况是十分重要的。为此，118土壤与环境Vol.8No.2本文采用Ca2＋饱和土壤的2种化学连续提取法，以非交换性钾释放容量和速率指标，结合黑麦草连续耗钾实验，研究评价几种耕作土壤非交换性钾的有效性状况。1材料与方法1.1供试土壤8个耕层土壤样品分别采自福建6个县（市），采集地点、成土母质和土壤名称见表1。1.2土壤钾素与粘土矿物测定土壤钾素按土壤化学常规分析方法测定；粘土矿物采用X射线衍射仪测定（结果见表1）。1.3土壤非交换性钾释放动态测定1.3.1钙饱和土壤制备取30g土壤于离心管，加1mol/LCaCl2溶液振荡一定时间后离心弃去溶液，如此重复多次除去土壤中的交换性钾后，用蒸馏水洗至无Cl-，风干研磨过2mm筛备用。1.3.20.01mol/L草酸连续提取法取2gCa2＋饱和土壤于离心管中，加20ml0.01mol/L草酸在（20±1）℃下间歇振荡提取，提取时间为0.5、2、6、12、24、96、192、336、528、720h，振荡至提取时间则取出离心分离，即刻向离心管加入0.01mol/L草酸溶液继续恒温振荡提取，如此重复至最后提取时间。1.3.3氢质阳离子交换树脂袋连续提取法除采用Ca2＋饱和土壤外，氢质树脂袋连续提取法详见周碧青等（1995）的方法[3]。两种方法的提取液均用火焰光度计法测定释放的钾。1.4土壤钾生物耗竭试验土壤钾生物耗竭试验详见周碧青等（1995）的方法[3]。黑麦草吸收非交换性钾量＝吸钾总量－（土壤原速效钾量－耗竭后土壤速效钾剩余量）。表1供试土壤钾素状况与粘土矿物组成样号采样地点成土母质土壤名称全钾(g/kg)缓效钾(mg/kg)速效钾(mg/kg)粘土矿物组成1)1龙岩新罗泥质岩乌泥田15.84191.157.0K(G)2连城文川紫色砂砾岩紫泥田24.04318.9137.8I(G)3连城文川紫色砂砾岩乌泥田24.26208.4107.0I(G)4漳浦前亭玄武岩红壤性土6.40144.371.3MtK5漳浦前亭玄武岩灰泥田8.05126.353.8MtK6长乐鹤上闪长花岗岩赤土5.80147.349.3K(G)7福鼎店下凝灰岩红泥土20.32196.059.6K(G)8福州建新冲积物灰泥田26.61523.4130.4IK1）K为高岭石，Mt为蒙脱石，I为伊利石，G为三水铝石；除8号土壤K和I均为主要矿物外，其余土壤粘土矿物按主次顺序排列；（G）表示少量的三水铝石。Vol.8No.2邢世和等：耕作土壤非交换性钾有效性的研究1192结果分析与讨论2.1土壤非交换性钾释放动态及其差异研究表明，0.01mol/L草酸和氢质树脂袋连续提取法的土壤非交换钾释放动态均表现出一致的变化趋势，即在初始阶段，土壤非交换性钾释放量大；随着提取时间的延长，非交换性钾释放量渐趋减少；但不同土壤非交换性钾释放总量差异明显（表2）。发育于紫色砂砾岩的2、3号和冲积物的8号土壤，非交换性钾释放总量均明显高于其余供试土壤，0.01mol/L草酸和氢质树脂袋连续提取法的720h的非交换性钾累积释放量平均值分别为488.36和182.68mg/kg；而其余土壤仅分别为162.46和110.79mg/kg。以对数方程拟合非交换性钾释放动态，结果表明，两种方法的释钾动态拟合曲线的斜率大小差异也十分明显（表2），2、3和8号土壤拟合曲线斜率明显高于其余土壤，前者草酸和氢质树脂袋法释钾曲线斜率平均值分别达66.81和15.03mg/(kg·h)，而后者仅分别为21.24和8.90mg/(kg·h)。拟合曲线斜率大小可反映土壤释钾速率的快慢[3]，可见2、3和8号土壤非交换性钾不仅释放量大，且释放速率快，这表明非交换性钾有效性高，供钾潜力大。其原因主要是这些土壤含有较大量的富钾矿物伊利石及云母（表1），而这些矿物中的钾较易于释放[4]。2.2土壤非交换性钾供给特性及其差异土壤钾素形态处于动态平衡，土壤速效钾因作物吸收而含量降低时，作为钾素储备库的非交换性钾即可释放补充。表3黑麦草耗竭实验结果表明，供试土壤植株总吸钾量中有39.00％~54.88％来自非交换性钾，平均达47.71％。统计结果表明，黑麦草总吸钾量与土壤缓效钾量（1mol/LHNO3煮沸法）及黑麦草吸收非交换性钾量均呈极显著正相关，r值分别为0.840**和0.968**。这充分反映在连续种植过程中，土壤非交换性钾在作物营养表2两种化学连续提取法的非交换性钾释放动态拟合曲线方程、累积释钾量及释钾速率提取方法样号拟合方程相关系数720h累积释钾量(mg/kg)释钾速率(mg/(kg·h))0.011Y=3.79+17.67lnx0.9377145.6817.67mol/L2Y=1.33+78.77lnx0.9824561.4278.77草酸3Y=-11.04+65.82lnx0.9687473.7465.824Y=13.93+19.91lnx0.9956144.0619.915Y=13.76+16.27lnx0.9967120.4916.276Y=-1.42+20.97lnx0.9529155.7420.977Y=-11.60+31.37lnx0.9184246.3331.378Y=-41.99+55.83lnx0.8823429.9355.83氢质1Y=45.02+9.29lnx0.9872105.049.29树脂2Y=94.73+14.49lnx0.9955198.8214.493Y=85.08+13.06lnx0.9879175.7413.064Y=78.13+8.33lnx0.9895130.638.335Y=51.53+7.97lnx0.9899109.537.976Y=37.01+9.63lnx0.9961104.649.637Y=42.38+9.30lnx0.9959104.129.308Y=43.02+17.54lnx0.9820173.4917.54120土壤与环境Vol.8No.2中的重要地位。从表3还可见，耗竭前期黑麦草吸收非交换性钾量和生长量均较高。前期黑麦草吸收的非交换性钾量达19.83~61.34mg/kg，平均值为35.27mg/kg；生物量达6.39~10.78g/kg，平均值为7.98g/kg；分别占黑麦草吸收非交换性钾总量和生物总量的54.68％~72.74％（均值为63.90％）和57.79％~65.01％（均值为61.39％）。而后期黑麦草吸收的非交换性钾量和生长量则明显降低，平均值仅分别为22.55mg/kg和5.04g/kg。这说明前期土壤非交换性钾的供给能力较强，能满足黑麦草正常生长对钾素的需求，从而促进黑麦草的速生快长，而后期的供钾能力减弱，黑麦草的生长受到影响，生物量降低。由于供试土壤的成土母质、粘土矿物组成及含量不同，非交换性钾供应能力差异显著，表现为不同土壤的黑麦草吸收非交换性钾数量差异明显。以伊利石为主的2、3和8号土壤，耗竭期内植株吸收非交换性钾量和生长量均高于以蒙脱石或高岭石为主的土壤。可见，供试土壤非交换性钾的供应状况与前述的用化学连续提取法获得的土壤非交换性钾释放趋势基本一致。相关分析结果表明，两种化学连续提取法的土壤非交换性钾的累积释放量均与黑麦草吸收的非交换性钾量及生物量呈显著或极显著正相关，其中草酸法的相关系数分别为0.813*和0.728*，氢质树脂法的相关系数分别为0.955**和0.800*。这说明在化学连续提取法中，非交换性钾累积释放量高、释钾速率快的土壤，非交换性钾有效性高，黑麦草吸收非交换性钾量多，植株生长迅速，生物量大。3结论供试土壤非交换性钾的释放特性及其有效性与粘土