黃土高原溝壑區(qū)不同施肥條件下土壤速效鉀含量研究

從懷軍, 張 展, 徐 斌

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.黃河水文水資源科學(xué)研究院, 鄭州 450004)

黃土高原溝壑區(qū)地勢較高，坡度較大,且水土流失嚴(yán)重，可利用耕地資源很少，對黃土高原溝壑區(qū)的耕地地力研究能夠查清耕地土壤的地力狀況、肥力水平，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。鉀是植物生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)元素之一，它參與植物眾多的生理生化過程。比如，參與植物的光合作用、能量儲存、呼吸作用、細胞增大等，它是植物很多重要有機化合物的組成成分之一，鉀還能促進植物早期的根系形成和生長，提高植物的適生能力。有效鉀是指土壤中含有的能為作物當(dāng)季吸收利用的含鉀量，而作物對鉀的吸收也受到土壤中鉀濃度的影響，因此，有效鉀是反映土壤中鉀水平的一個相對指標(biāo)。測定土壤中有效鉀的含量，能夠相對地反映土壤的供鉀水平，并可借此判斷土壤是否有施用鉀肥的必要。施入有機肥能降低土壤對鉀的吸附，把土壤中難溶鉀活化為可利用鉀，促進植物對鉀的吸收和利用[1-2]，從而提高土壤中有效鉀的含量，擴大土壤中有效鉀庫。張繼宏等[3]研究表明，棕黃土使用有機肥后土壤中鉀含量顯著增加。化肥與有機肥配合使用，可使土壤中全氮和速效氮含量明顯增加[4-5]。王林權(quán)等[6]研究指出，施用雞糞可顯著提高土壤中速效鉀含量。施入有機肥，可以補充土壤中有效鉀的含量，對土壤中鉀的耗竭起到抑制的作用[7]。周曉芬等[8]研究表明，有機肥的施入能明顯增加土壤中速效鉀和緩效鉀的含量，使得土壤供鉀能力增強，并且有機肥供鉀能力受到土壤類型和環(huán)境因素的影響。劉義新等[9]

研究指出，有機肥能促進土壤中儲存態(tài)鉀轉(zhuǎn)化為有效鉀，增加土壤中鉀的有效性，對土壤中交換性鉀也有增加的作用。

1 試驗地概況

試驗采用實地種植和長期觀測相結(jié)合的研究方法。采取土樣后帶回試驗測定，后期利用Excel軟件處理數(shù)據(jù)。試驗設(shè)在陜西省長武農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站模擬棄土場，長武站地理坐標(biāo)為107°41′E，35°14′N，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，降雨季節(jié)分布不均，年均降水584 mm，地下水位50～80 m。年均氣溫9.1℃，無霜期171 d。地帶性土壤為黑壚土，母質(zhì)是深厚的中壤質(zhì)馬蘭黃土，土體疏松，通透性好，具有良好的“土壤水庫”效應(yīng)。試驗選取一片平整場地修建小區(qū)種植植物，小區(qū)用磚塊砌筑，長×寬×高為2 m×2 m×0.8 m，將附近荒地生土填在小區(qū)內(nèi)模擬棄土場，填土厚度為70 cm，同時在每個小區(qū)內(nèi)中央插有2 m長中子管，用中子儀測定土壤水分含量[10-12]。小區(qū)示意圖見圖1。試驗前土壤背景養(yǎng)分狀況見表1。

圖1 試驗小區(qū)示意圖

項目土層/cm有機質(zhì)/(g·kg-1)銨態(tài)氮/(mg·kg-1)硝態(tài)氮/(mg·kg-1)速效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)背景值0—104.504.862.762.75121.2210—204.294.892.212.46113.46施有機肥0—109.365.492.7922.26211.2110—208.125.372.3921.32190.81施秸稈0—106.926.952.3814.64158.5910—205.945.662.1512.67140.64

2 試驗設(shè)計

植物主要是選擇了在陜西地區(qū)廣泛應(yīng)用于水土保持和綠化中的常見豆科、禾本科植物。分別是：檸條、紫穗槐、白三葉、草木樨和黑麥草。各植物生長特性見表2。

表2 試驗植物

植物播種設(shè)3種不同施肥處理方式：A施有機肥(羊糞)，施肥量為30 000 kg/hm2；B施秸稈，施肥量為9 000 kg/hm2；C不施肥，不作處理；設(shè)3個空地：AO施有機肥，不種植物；BO施秸稈，不種植物；CK不施肥，不種植物。試驗方案見表3。

表3 試驗方案

羊糞、秸稈(已粉碎)從當(dāng)?shù)剞r(nóng)家購買。羊糞和秸稈均在種植植物前一次性施入土壤中，肥料施入土壤10—20 cm，充分與土壤混合均勻，然后將土地平整。混播植物種子按1∶1比例播種，采用單播和混播兩種方式。單播、混播方式均為條播。植物具體種植模式如下：

(1) 將檸條、黑麥草、草木樨分別在3種不同施肥處理下單播，重復(fù)1次。測定土壤養(yǎng)分，篩選對棄土場土壤改良效果明顯的植物；

(2) 選擇紫穗槐與草木樨、黑麥草與白三葉在3種不同處理下混播，重復(fù)1次。測定土壤養(yǎng)分，篩選對棄渣土場土壤改良效果明顯的植物；

各個小區(qū)除施肥不同外，其他外部條件均保持一致。試驗測試指標(biāo)為：土壤含水量、有機質(zhì)、速效氮(硝態(tài)氮、銨態(tài)氮)、速效磷、速效鉀。

3 不同施肥條件下植物小區(qū)土壤速效鉀含量

鉀既是土壤中營養(yǎng)元素的重要組成部分，也是植物生長不可或缺的元素。速效鉀是植物需要的重要元素，可以作為一個衡量土壤肥力的重要指標(biāo)[13]。鉀能夠促進光合作用，其主要功能與植物的新陳代謝有關(guān)。明顯提高植物對氮的吸收和利用，同時有助于作物的抗逆性。有學(xué)者指出，速效鉀含量影響著作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，甚至土壤中速效鉀含量的多少可以影響生態(tài)環(huán)境的安全[14-15]。在土壤中，對植物最有效的鉀素就是速效鉀，其含量可以直接供應(yīng)植物利用的鉀含量水平[15-18]。前人已經(jīng)證明，速效鉀對于土壤養(yǎng)分循環(huán)方面有著重要意義，直接反映出了土壤鉀含量水平和土壤的肥力情況[19-21]。

3.1 土壤0-10 cm層速效鉀含量

圖2所示為不同施肥條件下土壤0—10 cm層土壤速效鉀含量。從圖2可以看出，在施肥條件下(有機肥、秸稈)土壤速效鉀含量要高于不施肥土壤含量。

圖2 不同施肥條件下土壤0-10 cm速效鉀含量

在施有機肥條件下，與空地(AO)相比，黑麥草小區(qū)土壤速效鉀含量有所降低，減少了3.96 mg/kg，減幅為2.22%。其他小區(qū)土壤含量與空地相比均為增加，其中，黑麥草+白三葉增加最大為29.41 mg/kg，增幅為16.47%；紫穗槐+草木樨增加幅度最小，比空地增加了4.46 mg/kg，增幅為2.50%；檸條比空地增加12.39 mg/kg，增幅為6.94%；草木樨增加了9.73 mg/kg，增幅為5.45%。各小區(qū)土壤速效鉀含量大小順序為：黑麥草(208.02 mg/kg)>檸條(191.00 mg/kg)>草木樨(188.34 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(183.08 mg/kg)>黑麥草(174.65 mg/kg)。

單播植物土壤速效鉀平均含量為184.66 mg/kg，比空地增加6.05 mg/kg；混播植物土壤速效鉀平均含量為195.55 mg/kg，比空地增加了16.94 mg/kg。混播植物改良效果優(yōu)于單播植物。

采用施秸稈條件下，所有小區(qū)土壤速效鉀含量均高于空地(BO)。其含量大小順序為：草木樨(212.57 mg/kg)>檸條(189.63 mg/kg)>黑麥草+白三葉(170.41 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(156.85 mg/kg)>黑麥草(149.53 mg/kg)。其中，草木樨增長量最多，比空地增加了71.94 mg/kg，增幅為51.16%；增幅最小的是黑麥草，比空地增加了8.89 mg/kg，增幅為6.33%；檸條增加了49.00 mg/kg，增幅為34.84%；紫穗槐+草木樨增加了16.22 mg/kg，增幅為11.53%；黑麥草+白三葉增加了29.78 mg/kg，增幅為21.17%。

單播植物土壤速效鉀平均含量為183.91 mg/kg，比空地增加了43.28 mg/kg；混播植物土壤速效鉀平均含量為163.63 mg/kg，比空地增加了23.00 mg/kg。單播植物對土壤改良效果優(yōu)于混播植物。

在不施肥條件下，所有小區(qū)土壤速效鉀含量均低于空地(CK)。其含量大小順序為：草木樨(170.67 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(164.59 mg/kg)>黑麥草+白三葉(149.36 mg/kg)>檸條(136.49 mg/kg)>黑麥草(130.94 mg/kg)。其中，減少量最多的是黑麥草，減少了45.29 mg/kg，減幅為25.70%；減少量最小的是草木樨，比空地減少了5.56 mg/kg，減幅為3.15%；檸條減少了39.74 mg/kg，減幅為22.55%；紫穗槐+草木樨減少了11.64 mg/kg，減幅為6.61%；黑麥草+白三葉減少了26.87 mg/kg，減幅為15.25%。

單播植物土壤速效鉀平均含量為146.03 mg/kg，比空地減少了30.20 mg/kg；混播植物土壤速效鉀平均含量為156.98 mg/kg，比空地減少了19.26 mg/kg。在不施肥條件下，混播植物對土壤改良效果優(yōu)于單播植物。

3.2 土壤10-20 cm層速效鉀含量

在3種不同施肥條件下，各小區(qū)土壤速效鉀含量基本持平，變化不大，只有在黑麥草+白三葉小區(qū)內(nèi)施有機肥條件下，土壤速效鉀含量較高(圖3)。

在施有機肥條件下，與空地(AO)相比，只有黑麥草+白三葉比空地高，提高了59.68 mg/kg，增幅為39.01%。其余與空地相比均有所減少，其中，草木樨減少最大，減幅為13.44%，減少了20.56 mg/kg；紫穗槐+草木樨次之，比空地減少17.93 mg/kg，減幅為11.72%；黑麥草減幅最小為2.54%，減少了3.88 mg/kg；檸條減少了6.78 mg/kg，減幅為4.43%。各小區(qū)土壤速效鉀含量大小順序為：黑麥草+白三葉(212.66 mg/kg)>黑麥草(149.10 mg/kg)>檸條(146.20 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(135.05 mg/kg)>草木樨(132.43 mg/kg)。

圖3 不同施肥條件下土壤10-20 cm速效鉀含量

單播植物土壤速效鉀平均含量為142.58 mg/kg，比空地減少了10.40 mg/kg；混播植物土壤速效鉀平均含量為173.86 mg/kg，比空地增加了20.88 mg/kg。在施有機肥條件下，混播植物對土壤改良效果優(yōu)于單播植物。

在施秸稈條件下，各小區(qū)土壤速效鉀含量大小順序為：檸條(149.33 mg/kg)>草木樨(144.26 mg/kg)>黑麥草+白三葉(143.13 mg/kg)>黑麥草(132.46 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(129.69 mg/kg)。其中，黑麥比空地(BO)減少了3.40 mg/kg，減幅為2.50%；紫穗槐+草木樨比空地減少了6.18 mg/kg，減幅4.55%；檸條比空地增加了13.47 mg/kg，增幅為9.91%；草木樨比空地增加了8.39 mg/kg，增幅為6.18%；黑麥草+白三葉比空地增加了7.26 mg/kg，增幅為5.35%。

單播植物土壤速效鉀平均含量為142.01 mg/kg，比空地增加了6.15 mg/kg；混播植物土壤速效鉀含量為136.41 mg/kg，比空地增加了0.55 mg/kg。在施秸稈條件下，單播植物對土壤改良效果優(yōu)于混播植物。

在不施肥條件下，草木樨小區(qū)土壤速效鉀含量比空地(CK)提高了5.14 mg/kg，增幅為3.46%。其余小區(qū)與空地相比均有所減少，其中，黑麥草+白三葉減小幅度最大為10.28%，減少了15.25 mg/kg；黑麥草減小幅度次之，減少了14.32 mg/kg，減幅為9.65%；檸條減幅最小為7.03%，減少了10.44 mg/kg；紫穗槐+草木樨減少了11.40 mg/kg，減幅為7.68%。各小區(qū)土壤速效鉀含量大小順序為：草木樨(153.48 mg/kg)>檸條(137.91 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(136.95 mg/kg)>黑麥草(134.03 mg/kg)>黑麥草+白三葉(133.09 mg/kg)。

單播植物土壤速效鉀平均含量為141.80 mg/kg，比空地減少了6.54 mg/kg；混播植物土壤速效鉀平均含量為135.02 mg/kg，比空地減少了13.32 mg/kg。在不施肥條件下，單播植物對土壤改良效果優(yōu)于混播植物。就土壤速效鉀含量與空地相比較而言，在0—20 cm內(nèi)，單播植物與混播植物對土壤改良效果相當(dāng)。

4 結(jié) 論

從表4可以看出，在0—10 cm，10—20 cm層內(nèi)，土壤速效鉀含量均表現(xiàn)為：有機肥>秸稈>不施肥。在不施肥條件下，同樣出現(xiàn)了平均含量低于空地的情況，這也從側(cè)面說明了初期土壤培肥時需要補充植物生長所需的養(yǎng)分。

表4 土壤0-20 cm層土壤速效鉀含量

由以上試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，施入有機肥和秸稈極大地增加了土壤中有效鉀的含量；有機肥處理下各植物平均含量較基土值有所降低，但是仍明顯高于空地含量；不施肥處理下各植物平均含量均高于空地，秸稈處理各植物平均含量較基土值也有所增加；3種處理下平均有效鉀含量比較：施有機肥>施秸稈>不施肥，0—10 cm土層普遍高于10—20 cm土層含量。

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