不同种植制度下长期施钾与秸秆还田对作物产量和土壤钾素的影响

【目的】研究施钾和秸秆还田对华北地区不同种植制度下作物产量和耕层土壤钾素状况的影响。【方法】在华北平原的河北潮土和山西褐土上进行连续13年的施钾和秸秆还田试验。【结果】施钾和秸秆还田能增加小麦和玉米产量,处理之间表现为:NPK+St>NPK>NP+St>NP,施钾处理的作物产量与NP处理的产量差异显著,轮作制度下玉米的施钾效应高于小麦。与山西单作制度相比,河北轮作制度下的土壤钾素损耗严重,除NPK+St处理外土壤钾素均表现亏缺。秸秆还田和施用钾肥较NP处理可不同程度提高河北潮土和山西褐土耕层土的水溶性钾、非特殊吸附钾、非交换性钾、矿物钾及全钾含量,且降低矿物钾比例的同时提高其余几种形态钾的比例。与定位开始相比,两种类型土壤各形态钾含量和比例随时间变异特点不同,两定位点土壤矿物钾和全钾含量均表现下降。【结论】整体看直接施用化肥钾的效果优于秸秆还田。但从提高作物产量和缓解土壤钾素下降来看,小麦秸秆还田是一个有效的补钾措施。

长期施钾下中国3种典型农田土壤钾素固定及其影响因素研究

【目的】探索不同轮作方式和不同气候下,长期施钾对土壤钾素固定的影响。【方法】采用室内模拟法和X射线衍射分析技术研究了中国3种典型农田土壤,即灰漠土、潮土和紫色土在长期施钾条件下对外源钾固定能力的变化,并分析了影响土壤钾素固定的主要因素。【结果】在外源钾加入浓度0.4～4.0g·L-1的范围内,长期施钾与不施钾相比,水云母含量较低的紫色土对外源钾的固定量和固定率显著降低,分别降低了91～559mg·kg-1和14%～23%;水云母含量较丰富的潮土固钾量和固钾率略有降低,分别降低了35～274mg·kg-1和6%～8%;而水云母含量丰富的灰漠土固钾能力没有发生明显变化。长期施钾对3种土壤SOC、CEC和<0.002mm粘粒含量均无显著影响,而缓效钾和K+饱和度分别增加了11.3～349.9mg·kg-1和11%～65%。【结论】长期施钾主要是通过影响土壤含钾矿物组成的变化,即水云母向云母-蒙脱石混层层间矿物的转化,而影响土壤钾素的固定,长期施钾延缓或阻止了这种转化,使土壤对外源钾的固定能力降低;土壤缓效钾含量和K+饱和度增加,也使土壤固钾能力降低。

长期施钾对红壤水稻土水稻产量及土壤钾素状况的影响

研究了长期定位施肥试验中连续27年（19812-007）施用钾肥对水稻产量和土壤钾素状况的影响。本试验选择了其中5个处理：CK（不施肥）、NP（施氮、磷肥）、NPK（施氮、磷、钾肥）、NP＋RS（施氮、磷肥和稻草）和NPK＋RS（施氮、磷、钾肥和稻草）。结果表明,施钾能明显提高水稻产量,施钾肥的NPK和NPK＋RS处理27年的早稻平均产量分别比NP和NP＋RS处理增加15.2%和10.9%;晚稻增产17.2%和9.1%;在27年54季水稻种植期间,不同施肥处理早、晚稻产量的变化趋势不同。CK、NP处理的早、晚稻产量随时间的推移呈负变化趋势,而NPK、NP＋RS和NPK＋RS处理的早、晚稻产量呈正变化趋势。施钾的NPK和NPK＋RS处理不同土层中土壤全钾、缓效钾和速效钾含量均高于NP和NP＋RS处理的相同土层;除NPK＋RS处理外,其它各处理表观钾平衡均为负值,其中CK和NP处理钾的负平衡值最大。长期施用钾肥能提高水稻产量和维持土壤钾素肥力。

长期施钾与秸秆还田对华北潮土和褐土区作物产量及土壤钾素的影响

分析了在华北平原的河北潮土和山西褐土上连续13年施用钾肥和秸秆还田下的大田作物产量和耕层土壤钾素状况。结果表明,在施用氮磷肥基础上长期施钾和秸秆还田能增加小麦和玉米产量,各施钾处理产量与氮磷处理差异显著。两定位点钾肥和秸秆还田的效应不尽相同;小麦年际间各处理产量变异(CV≤13%)小于玉米(CV>14%),河北潮土上的玉米增产效果高于小麦。与山西单作制度相比,河北轮作制度下土壤钾素支出大。秸秆还田和施用钾肥较只施氮磷肥可不同程度提高河北潮土和山西褐土0—20和20—40 cm两土层水溶性钾(河北0—20cm平均提高5.8 mg/kg,山西16.9 mg/kg,下同)、非特殊吸附钾(21.2 mg/kg,35.9 mg/kg)、非交换性钾(75.1 mg/kg,57.5 mg/kg)、矿物钾(0.03%,0.01%)及全钾含量;降低矿物钾比例的同时提高其余几种形态钾的比例。随土层加深,除矿物钾外,其余形态钾含量和比例均下降,特殊吸附钾不受施钾措施和土层深度的影响。直接施用钾肥效果优于秸秆还田,且两种措施对上层土壤各形态钾的影响效果大于下层土。

长期施钾与秸秆还田对西北地区不同种植制度下作物产量及土壤钾素的影响

研究了在西北地区代表性的灌淤土、栗钙土上连续13年施用钾肥和小麦秸秆还田对作物产量和耕层土壤钾素的影响。结果表明,施用化学钾肥和小麦秸秆还田能显著增加宁夏轮作种植制度下作物产量,表现为:氮磷钾肥配合秸秆还田>只施用氮磷钾肥>氮磷肥配合秸秆还田>只施用氮磷肥;且作物种类对施钾措施的显效时间上有差异,而钾素投入对青海点小麦产量无显著作用。宁夏点作物年际间产量变异系数低于青海点,小麦的产量变异系数大于玉米,但钾肥产量效应却低于玉米。两定位点除氮磷钾+秸秆还田外,其余处理土壤钾素均表现亏缺,轮作制度下土壤钾素亏缺量较小麦单作制大。两定位点施钾或秸秆还田处理的水溶性钾、非特殊吸附钾、非交换性钾和全钾含量均不同程度高于只施氮磷处理;除矿物钾外,其余几种形态钾比例均高于氮磷处理,特殊吸附钾不受施钾措施的影响。与定位开始时相比,两种类型土壤各形态钾含量和比例随时间变异特点不同,与原始土壤钾素状况及种植制度密切相关。

灌淤土区长期施钾对作物产量与养分及土壤钾素的长期效应研究

通过在宁夏灌淤土区长达14年的连续施钾和小麦秸秆还田试验, 研究钾素投入对作物产量、养分和土壤钾素状况的影响。结果表明：小麦秸秆还田和长期施用钾肥均可不同程度提高小麦和玉米的经济产量, 其中施钾年平均增产小麦244 kg·hm^-2, 玉米397 kg·hm^-2, 处理之间产量表现为氮磷钾肥配合秸秆还田〉施用氮磷钾肥〉氮磷肥配合秸秆还田〉只施用氮磷肥。定位后8-10年施钾肥开始显著有效, 玉米显效时间早于小麦；秸秆还田和钾肥的投入均可提高籽粒和秸秆的钾素吸收量, 秸秆含钾丰富, 籽粒钾含量仅占植株钾总量的13%-17%；施用钾肥可提高作物籽粒大中微量元素含量而降低秸秆中、微量元素含量, 促进籽粒对大部分元素的吸收；长期不施钾肥处理（NP和NP＋St）0-20 cm土层土壤速效钾和缓效钾含量较定位开始时下降; 所有处理土壤全钾含量均表现下降, 下降幅度为0.8-1.2 g·kg-1。

长期施钾及小麦秸秆还田对北方典型土壤固钾能力的影响

【目的】探索在连续13年的钾肥施用及小麦秸秆还田条件下耕层土壤对外源钾素的固定能力。【方法】在各点同一氮磷用量水平上长期进行不同用量钾肥投入以及小麦秸秆还田,定位13年后对不同试验点各处理土壤样品进行不同浓度的KCL溶液浸泡处理,以研究中国北方典型土壤的固定钾素能力。【结果】长期连续施用钾肥或秸秆还田可显著降低土壤对外源钾素的固定,环境溶液中钾素浓度从1000mg·L-1上升至4000mg·L-1时,土壤固钾量亦随之增加。一年两作种植制度下土壤的固钾量较单作制高。土壤固钾能力表现出明显的地带性分布规律,自西向东土壤对钾的固定能力逐渐增强。在环境溶液中钾为1000mg·L-1浓度下,取自西北、华北和东北试验点只施氮磷肥(NP)处理土壤的平均固钾量分别为349、443和469mg·kg-1。【结论】连续耗竭及连续施钾的土壤固钾能力差异亦是判断土壤钾素状况的重要特征之一。

长期施钾对东北春玉米产量和土壤钾素状况的影响

【目的】为探明长期施钾对大田玉米产量和耕层土壤钾素状况的影响。【方法】本文通过在东北三省的代表性土壤上连续13年的定位施钾试验进行研究。【结果】东北3个定位试验点在施用氮磷肥基础上长期施钾对玉米产量的影响差异较大,辽宁13年间(1993～2005)施钾效应不稳定,吉林自第3年(1995年)开始施钾显著增产,黑龙江自定位开始施钾显著增产;辽、吉、黑3点长期施钾条件下作物产量13年平均分别增加9.9%～10.3%、12.6%～13.6%和17.5%～21.7%。辽宁、吉林两点施K2O112.5kg·ha^(-1)时土壤-作物系统内钾素处于较明显的亏缺状况,而施K2O225.0kg·ha^(-1)时3个定位点钾素均有较多的盈余。长期施钾均能显著增加土壤速效钾含量,且土壤速效钾含量随施钾量的增加而增加,而长期施钾对3个定位点缓效钾含量的影响有所不同。【结论】基于产量、效益和土壤钾素状况,3点的适宜钾(K_2O)用量为112.5kg·ha^(-1)左右。

不同生态条件下长期施钾对土壤钾素固定影响的机理

采用X射线衍射分析技术和室内模拟法,研究了长期施钾对不同生态条件和不同轮作制度下黑土、塿土和灰漠土钾素固定的影响机理.结果表明,长期施钾对水云母含量较低土壤的钾素固定能力影响较大.与不施钾土壤相比,水云母含量较低的黑土和含量较丰富的塿土在外源钾加入浓度在400～4000 mg·kg^-1范围内,对外源钾的固定量分别降低了75～747 mg·kg^-1和16～238 mg·kg^-1,而水云母含量丰富的灰漠土的固钾能力无明显变化.长期施钾主要通过影响土壤含钾矿物组成对土壤固钾能力产生影响,即延缓或阻止水云母向云母-蒙脱石混层层间矿物的转化,使土壤对外源钾的固定能力降低;另外,长期施钾使土壤缓效钾含量和K^＋饱和度增加,土壤固钾能力降低.

壤质潮土长期施钾对小麦玉米轮作制作物钾吸收的影响

在辛集马兰农场进行钾肥定位试验,研究小麦-玉米轮作制度长期施钾对钾养分吸收的影响。试验开始于1992年秋天,共设4个处理,分别为只施氮磷肥的对照（NP）;在对照基础上加施秸秆（NPSt）;在对照基础上加施钾肥（NPK）;在对照基础上加施秸秆和钾肥（NPKSt）。4次重复,顺序排列,小区面积50 m2。结果表明：作物的籽粒年吸钾量与肥料中钾的施入量以及作物籽粒和秸秆产量呈显著或极显著正相关。作物籽粒钾吸收量随K2O施入量的增多而增多,与施入的速效钾形态无关。作物籽粒钾含量与钾肥的施入量相关关系不显著。在北方壤质潮土小麦玉米轮作制土壤中,小麦籽粒年均含钾量在4.99~5.13 g/kg,玉米籽粒的年均含钾量在3.75~3.93 g/kg。在壤质潮土小麦轮作制条件下,当施入一定量外源钾肥时,单位面积小麦植株地上部分和玉米植株地上部分K2O养分吸收量差异不大。小麦季K2O吸收量为140.37 kg/hm2,玉米季为138.23 kg/hm2,据此可有效指导该类型区的钾肥投入。

小麦-玉米种植制度下长期施钾对土壤钾素Q/I关系的影响

为评价长期施肥条件下土壤钾素容量和强度（Q/I）关系,采用Q/I法研究了小麦—玉米种植制度下3类土壤（土、潮土和红壤）,连续15年不施钾（NP）和施钾（NPK）土壤钾素Q/I关系的变化及其参数与土壤性质变化的关系。结果表明,长期施钾土壤K＋平衡活度比（AR0）、土壤活性钾（KL）、非专性吸附钾（-△K0）和专性吸附钾（KX）均较不施钾土壤的高,其中,施钾后AR0和-△K0值提高幅度最大的是红壤,分别提高13.78和12.17倍;15年连续施用钾肥对红壤钾位缓冲容量（PBC）影响不明显,塿土和潮土长期施钾处理PBC值显著降低（17%～20%）。不施钾土壤K＋和Ca2＋＋Mg2＋交换自由能（-△G）（13.69～19.33 kJ/mol）高于施钾土壤（12.15～12.81 kJ/mol）;土壤钾素Q/I参数与土壤1 mol/L HNO3浸提钾、K＋饱和度和有机质含量等存在显著相关关系。土壤钾素Q/I参数能科学评价土壤的供钾状况。连续15年施钾肥土壤供钾能力较高,长期不施钾肥土壤钾素亏缺明显,尤其是潮土和红壤易出现缺钾。

长期施用钾肥和稻草对红壤双季稻田土壤供钾能力的影响

以红壤双季稻区长期定位施肥试验(1981―2012年)为基础,研究了长期施用化肥和稻草对双季稻集约化种植下水稻产量、作物吸钾量和土壤供钾能力的影响。结果表明,施钾能增加水稻稻谷和稻草的产量;水稻从土壤中的吸钾量随钾肥施用量的增加而显著增加,年平均吸钾量顺序为NPK+RS(施氮磷钾化肥+稻草)>NPK(施氮磷钾化肥)>NP+RS(施氮磷化肥+稻草)>CK(不施任何肥料)>NP(施氮磷化肥);长期不施用或施用不足量钾肥(CK、NP、NP+RS)会导致耕层土壤速效钾、缓效钾和全钾数量的亏缺。长期施用钾肥和稻草不仅有利于土壤伊利石含量的增加,而且有利于晶格不良伊利石向晶格良好伊利石的方向发展;施钾能增加土壤黏粒中的游离伊利石和伊利石的含量,长期施用钾肥和稻草会使土壤黏粒中的蛭石向伊利石转化。土壤钾素的容量-强度(Q/I)曲线参数可以解释长期施用钾肥和稻草处理土壤供钾能力强是由于这些处理的活性钾(-ΔK°)量高、专性吸附钾位(Kx)多、有效钾强度(AReK)强、紧吸持K+量多,而潜在缓冲容量(PBCK)、吉布斯自由能(-ΔG)和阳离子交换系数(KG)较长期不施钾肥处理低。综上,在施氮磷肥的基础上,配施钾肥和稻草还田不仅能提高水稻高产、稳产的能力,而且对促进水稻对钾的吸收量、增强土壤的钾吸持能力、保持农田钾素平衡以及提高土壤供钾能力有重要作用。

长期施钾对玉米连作土壤-作物系统钾素特征的影响

通过在东北三省代表型土壤上连续13年的长期钾肥定位试验,研究施钾对大田玉米和耕层土壤钾素系统特征的影响。结果表明:施钾可明显增加玉米植株各部分含钾量,对秸秆钾含量的提高尤其明显。施用钾肥可显著提高玉米籽粒产量,施钾量增加籽粒产量没有进一步提高从而使钾肥效益降低。各定位点NP和NPK1处理的土壤钾素显现出一定的表观亏缺,年均亏缺量在4.7～135.5kgK2Ohm-2,NPK2处理则表观盈余。施钾可提高土壤速效钾含量,施钾量增加速效钾含量升高,相比NP处理施钾总体增加了土壤缓效钾和全钾的含量;施钾增加速效钾和缓效钾在全钾中的比例,降低矿物钾的比例。与1993年定位时相比:NP处理速效钾含量下降,其余施钾处理含量表现上升;各处理缓效钾含量略有增加;全钾含量则有不同幅度的下降,东北三省的土壤表现一致。可考虑玉米秸秆还田来缓解农田土壤钾素的逐年下降。

长期施用钾肥对草甸土钾素形态的影响

通过连续13年的钾肥定位试验,研究了施钾对草甸土耕层土壤钾素各形态含量和比例的影响。结果表明,长期施用钾肥较不施钾处理可以增加耕层土中水溶性钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾、非交换性钾的含量和在全钾中的比例,施钾量增加促进了这种状况,同时降低了矿物钾在全钾中的比例。随土层加深,大部分处理的水溶性钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾和非交换性钾含量和比例随之降低,而矿物钾和全钾含量相应处理却随之升高,其中施钾处理的效果明显。

酸性紫色土长期定位施钾效应及对土壤肥力的影响

通过对酸性紫色土１２年的稻、麦轮作，有机、无机定位施钾的研究证明：ＮＰＫ或农ＮＰＫ配施的产量高，效果好；施钾时间愈长，增产愈显著；施钾对下一季作物有后效。经测定，连续施钾的土壤容重降低，孔隙率提高，有机质和氮、磷含量增加。通过对稻、麦、油主要生育期的植株分析得出：三种作物适宜的钾氮比分别为０．６、０．５、０．４，可作为预测缺钾和诊断施钾的依据。

20年持续施钾对烤烟/油菜轮作土壤钾素Q/I关系的影响

研究长期施钾下烤烟/油菜轮作土壤钾素供应能力变化特征及其机制,为农田合理施用钾肥和农业土壤发生发育的研究提供科学依据。烤烟/油菜轮作下选取连续20 a烤烟季施钾量0、187.5和375 kg·hm^-2处理,测算其土壤钾素表观平衡(Kab)以及土壤钾素容量和强度关系曲线(Q/I曲线)的土壤钾素平衡活度比(ARe)、土壤活性钾(KL)、非专性活性钾(-ΔK0)、专性活性钾(KX)、土壤钾位缓冲容量(PBC)、K^+与Ca^2++Mg^2+交换自由能(-ΔG)等参数,以及速效钾(Kav)、缓效钾(Knex)、K^+饱和度(KS)、黏土矿物组分等土壤性质,分析Q/I曲线参数变化及其与土壤理化性质变化之间的关系。结果表明,经过20 a定位试验后,ARe在0.38×10^-3~8.91×10^-3(mol·L^-1)0.5之间,-ΔK0在0.02~0.55 cmol·kg^-1之间,KL在1.61~2.16 cmol·kg^-1之间,KX在1.06~2.14 cmol·kg^-1之间,PBC在6.20~7.76 cmol·kg^-1(mol·L^-1)-0.5之间,-ΔG在11.70~19.72 kJ·mol^-1之间。持续施钾土壤的ARe、-ΔK0较不施钾土壤显著增大,KL、KX、PBC、-ΔG较不施钾土壤显著减小。ARe、-ΔK0与Kav、Knex、KS、Kab呈极显著正相关,KL、Kx、PBC、-ΔG与Kav、Knex、KS、Kab呈极显著负相关。土壤钾素Q/I曲线参数彼此之间显著相关。上述指标可被整合成一个主成分指标,不施钾肥土壤的主成分指标值显著大于施钾肥土壤。施钾肥土壤的活性钾主要保持在黏土矿物晶体的契形边缘点位,植物有效性较高,不施钾肥土壤的活性钾主要保持在黏土矿物晶体的层间点位,植物有效性降低。不施钾肥土壤的蛭石含量高于施钾土壤,而伊利石含量小于施钾土壤。综上,土壤钾素Q/I参数ARe、-ΔK0、KL、Kx、PBC和-ΔG可作为土壤供钾能力指标,土壤钾素表观平衡驱动了土壤钾素Q/I曲线形状与参数分异、土壤供钾能力分异及土壤黏土矿物变化,施钾肥量越大、土壤钾素盈余越大,土壤供钾能力越强。长期钾素亏缺下,矿物钾转化为专性活性钾的速率大于专性活性钾释放成非专性活性钾的速率。长期钾素亏缺导致伊利石向蛭石转化。

长期不施钾肥对华北平原潮土钾素动态演变的影响研究

利用长期定位试验探讨了施氮磷肥、秸秆还田和不同耕作方式下长期不施钾肥对土壤速效钾变化及其对作物产量的影响。结果表明：长期不施钾肥土壤速效钾处于下降趋势：30年内耕层（0～20 cm）土壤速效钾含量降低了26.46%～54.64%,年均降低0.88%～1.82%;而亚耕层（20～40 cm）降低了10.66%～42.22%,年均降低0.36%～1.41%。在前15年（1985～2000年）土壤速效钾含量减少的速度较缓慢,而中10年（2000～2010年）则较快,2010年以后则较为平缓。长期不施钾肥、但同时施用氮磷肥将促进作物对土壤钾素的消耗;较高作物产量可导致速效钾的大量减少,而单施氮肥或磷肥处理的土壤速效钾含量变化较小。秸秆还田缓解了土壤钾素的减少,但对弥补土壤钾素的亏损作用很小。免耕相对于秸秆覆盖还田和秸秆翻耕还田对土壤钾素亏损的影响较少,但因其作物产量较低,秸秆翻耕还田较有利于作物产量的提高。