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。