黄土高原沟壑区不同施肥条件下土壤速效钾含量研究

从怀军, 张 展, 徐 斌

(1.西北农林科技大学 水土保持研究所, 陕西 杨凌 712100; 2.黄河水文水资源科学研究院, 郑州 450004)

黄土高原沟壑区地势较高，坡度较大,且水土流失严重，可利用耕地资源很少，对黄土高原沟壑区的耕地地力研究能够查清耕地土壤的地力状况、肥力水平，实现资源的优化配置，促进农业可持续发展。钾是植物生长发育必不可少的营养元素之一，它参与植物众多的生理生化过程。比如，参与植物的光合作用、能量储存、呼吸作用、细胞增大等，它是植物很多重要有机化合物的组成成分之一，钾还能促进植物早期的根系形成和生长，提高植物的适生能力。有效钾是指土壤中含有的能为作物当季吸收利用的含钾量，而作物对钾的吸收也受到土壤中钾浓度的影响，因此，有效钾是反映土壤中钾水平的一个相对指标。测定土壤中有效钾的含量，能够相对地反映土壤的供钾水平，并可借此判断土壤是否有施用钾肥的必要。施入有机肥能降低土壤对钾的吸附，把土壤中难溶钾活化为可利用钾，促进植物对钾的吸收和利用[1-2]，从而提高土壤中有效钾的含量，扩大土壤中有效钾库。张继宏等[3]研究表明，棕黄土使用有机肥后土壤中钾含量显著增加。化肥与有机肥配合使用，可使土壤中全氮和速效氮含量明显增加[4-5]。王林权等[6]研究指出，施用鸡粪可显著提高土壤中速效钾含量。施入有机肥，可以补充土壤中有效钾的含量，对土壤中钾的耗竭起到抑制的作用[7]。周晓芬等[8]研究表明，有机肥的施入能明显增加土壤中速效钾和缓效钾的含量，使得土壤供钾能力增强，并且有机肥供钾能力受到土壤类型和环境因素的影响。刘义新等[9]

研究指出，有机肥能促进土壤中储存态钾转化为有效钾，增加土壤中钾的有效性，对土壤中交换性钾也有增加的作用。

1 试验地概况

试验采用实地种植和长期观测相结合的研究方法。采取土样后带回试验测定，后期利用Excel软件处理数据。试验设在陕西省长武农业生态试验站模拟弃土场，长武站地理坐标为107°41′E，35°14′N，属暖温带半湿润大陆性季风气候，降雨季节分布不均，年均降水584 mm，地下水位50～80 m。年均气温9.1℃，无霜期171 d。地带性土壤为黑垆土，母质是深厚的中壤质马兰黄土，土体疏松，通透性好，具有良好的“土壤水库”效应。试验选取一片平整场地修建小区种植植物，小区用砖块砌筑，长×宽×高为2 m×2 m×0.8 m，将附近荒地生土填在小区内模拟弃土场，填土厚度为70 cm，同时在每个小区内中央插有2 m长中子管，用中子仪测定土壤水分含量[10-12]。小区示意图见图1。试验前土壤背景养分状况见表1。

图1 试验小区示意图

项目土层/cm有机质/(g·kg-1)铵态氮/(mg·kg-1)硝态氮/(mg·kg-1)速效磷/(mg·kg-1)速效钾/(mg·kg-1)背景值0—104.504.862.762.75121.2210—204.294.892.212.46113.46施有机肥0—109.365.492.7922.26211.2110—208.125.372.3921.32190.81施秸秆0—106.926.952.3814.64158.5910—205.945.662.1512.67140.64

2 试验设计

植物主要是选择了在陕西地区广泛应用于水土保持和绿化中的常见豆科、禾本科植物。分别是：柠条、紫穗槐、白三叶、草木樨和黑麦草。各植物生长特性见表2。

表2 试验植物

植物播种设3种不同施肥处理方式：A施有机肥(羊粪)，施肥量为30 000 kg/hm2；B施秸秆，施肥量为9 000 kg/hm2；C不施肥，不作处理；设3个空地：AO施有机肥，不种植物；BO施秸秆，不种植物；CK不施肥，不种植物。试验方案见表3。

表3 试验方案

羊粪、秸秆(已粉碎)从当地农家购买。羊粪和秸秆均在种植植物前一次性施入土壤中，肥料施入土壤10—20 cm，充分与土壤混合均匀，然后将土地平整。混播植物种子按1∶1比例播种，采用单播和混播两种方式。单播、混播方式均为条播。植物具体种植模式如下：

(1) 将柠条、黑麦草、草木樨分别在3种不同施肥处理下单播，重复1次。测定土壤养分，筛选对弃土场土壤改良效果明显的植物；

(2) 选择紫穗槐与草木樨、黑麦草与白三叶在3种不同处理下混播，重复1次。测定土壤养分，筛选对弃渣土场土壤改良效果明显的植物；

各个小区除施肥不同外，其他外部条件均保持一致。试验测试指标为：土壤含水量、有机质、速效氮(硝态氮、铵态氮)、速效磷、速效钾。

3 不同施肥条件下植物小区土壤速效钾含量

钾既是土壤中营养元素的重要组成部分，也是植物生长不可或缺的元素。速效钾是植物需要的重要元素，可以作为一个衡量土壤肥力的重要指标[13]。钾能够促进光合作用，其主要功能与植物的新陈代谢有关。明显提高植物对氮的吸收和利用，同时有助于作物的抗逆性。有学者指出，速效钾含量影响着作物的产量和质量，甚至土壤中速效钾含量的多少可以影响生态环境的安全[14-15]。在土壤中，对植物最有效的钾素就是速效钾，其含量可以直接供应植物利用的钾含量水平[15-18]。前人已经证明，速效钾对于土壤养分循环方面有着重要意义，直接反映出了土壤钾含量水平和土壤的肥力情况[19-21]。

3.1 土壤0-10 cm层速效钾含量

图2所示为不同施肥条件下土壤0—10 cm层土壤速效钾含量。从图2可以看出，在施肥条件下(有机肥、秸秆)土壤速效钾含量要高于不施肥土壤含量。

图2 不同施肥条件下土壤0-10 cm速效钾含量

在施有机肥条件下，与空地(AO)相比，黑麦草小区土壤速效钾含量有所降低，减少了3.96 mg/kg，减幅为2.22%。其他小区土壤含量与空地相比均为增加，其中，黑麦草+白三叶增加最大为29.41 mg/kg，增幅为16.47%；紫穗槐+草木樨增加幅度最小，比空地增加了4.46 mg/kg，增幅为2.50%；柠条比空地增加12.39 mg/kg，增幅为6.94%；草木樨增加了9.73 mg/kg，增幅为5.45%。各小区土壤速效钾含量大小顺序为：黑麦草(208.02 mg/kg)>柠条(191.00 mg/kg)>草木樨(188.34 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(183.08 mg/kg)>黑麦草(174.65 mg/kg)。

单播植物土壤速效钾平均含量为184.66 mg/kg，比空地增加6.05 mg/kg；混播植物土壤速效钾平均含量为195.55 mg/kg，比空地增加了16.94 mg/kg。混播植物改良效果优于单播植物。

采用施秸秆条件下，所有小区土壤速效钾含量均高于空地(BO)。其含量大小顺序为：草木樨(212.57 mg/kg)>柠条(189.63 mg/kg)>黑麦草+白三叶(170.41 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(156.85 mg/kg)>黑麦草(149.53 mg/kg)。其中，草木樨增长量最多，比空地增加了71.94 mg/kg，增幅为51.16%；增幅最小的是黑麦草，比空地增加了8.89 mg/kg，增幅为6.33%；柠条增加了49.00 mg/kg，增幅为34.84%；紫穗槐+草木樨增加了16.22 mg/kg，增幅为11.53%；黑麦草+白三叶增加了29.78 mg/kg，增幅为21.17%。

单播植物土壤速效钾平均含量为183.91 mg/kg，比空地增加了43.28 mg/kg；混播植物土壤速效钾平均含量为163.63 mg/kg，比空地增加了23.00 mg/kg。单播植物对土壤改良效果优于混播植物。

在不施肥条件下，所有小区土壤速效钾含量均低于空地(CK)。其含量大小顺序为：草木樨(170.67 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(164.59 mg/kg)>黑麦草+白三叶(149.36 mg/kg)>柠条(136.49 mg/kg)>黑麦草(130.94 mg/kg)。其中，减少量最多的是黑麦草，减少了45.29 mg/kg，减幅为25.70%；减少量最小的是草木樨，比空地减少了5.56 mg/kg，减幅为3.15%；柠条减少了39.74 mg/kg，减幅为22.55%；紫穗槐+草木樨减少了11.64 mg/kg，减幅为6.61%；黑麦草+白三叶减少了26.87 mg/kg，减幅为15.25%。

单播植物土壤速效钾平均含量为146.03 mg/kg，比空地减少了30.20 mg/kg；混播植物土壤速效钾平均含量为156.98 mg/kg，比空地减少了19.26 mg/kg。在不施肥条件下，混播植物对土壤改良效果优于单播植物。

3.2 土壤10-20 cm层速效钾含量

在3种不同施肥条件下，各小区土壤速效钾含量基本持平，变化不大，只有在黑麦草+白三叶小区内施有机肥条件下，土壤速效钾含量较高(图3)。

在施有机肥条件下，与空地(AO)相比，只有黑麦草+白三叶比空地高，提高了59.68 mg/kg，增幅为39.01%。其余与空地相比均有所减少，其中，草木樨减少最大，减幅为13.44%，减少了20.56 mg/kg；紫穗槐+草木樨次之，比空地减少17.93 mg/kg，减幅为11.72%；黑麦草减幅最小为2.54%，减少了3.88 mg/kg；柠条减少了6.78 mg/kg，减幅为4.43%。各小区土壤速效钾含量大小顺序为：黑麦草+白三叶(212.66 mg/kg)>黑麦草(149.10 mg/kg)>柠条(146.20 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(135.05 mg/kg)>草木樨(132.43 mg/kg)。

图3 不同施肥条件下土壤10-20 cm速效钾含量

单播植物土壤速效钾平均含量为142.58 mg/kg，比空地减少了10.40 mg/kg；混播植物土壤速效钾平均含量为173.86 mg/kg，比空地增加了20.88 mg/kg。在施有机肥条件下，混播植物对土壤改良效果优于单播植物。

在施秸秆条件下，各小区土壤速效钾含量大小顺序为：柠条(149.33 mg/kg)>草木樨(144.26 mg/kg)>黑麦草+白三叶(143.13 mg/kg)>黑麦草(132.46 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(129.69 mg/kg)。其中，黑麦比空地(BO)减少了3.40 mg/kg，减幅为2.50%；紫穗槐+草木樨比空地减少了6.18 mg/kg，减幅4.55%；柠条比空地增加了13.47 mg/kg，增幅为9.91%；草木樨比空地增加了8.39 mg/kg，增幅为6.18%；黑麦草+白三叶比空地增加了7.26 mg/kg，增幅为5.35%。

单播植物土壤速效钾平均含量为142.01 mg/kg，比空地增加了6.15 mg/kg；混播植物土壤速效钾含量为136.41 mg/kg，比空地增加了0.55 mg/kg。在施秸秆条件下，单播植物对土壤改良效果优于混播植物。

在不施肥条件下，草木樨小区土壤速效钾含量比空地(CK)提高了5.14 mg/kg，增幅为3.46%。其余小区与空地相比均有所减少，其中，黑麦草+白三叶减小幅度最大为10.28%，减少了15.25 mg/kg；黑麦草减小幅度次之，减少了14.32 mg/kg，减幅为9.65%；柠条减幅最小为7.03%，减少了10.44 mg/kg；紫穗槐+草木樨减少了11.40 mg/kg，减幅为7.68%。各小区土壤速效钾含量大小顺序为：草木樨(153.48 mg/kg)>柠条(137.91 mg/kg)>紫穗槐+草木樨(136.95 mg/kg)>黑麦草(134.03 mg/kg)>黑麦草+白三叶(133.09 mg/kg)。

单播植物土壤速效钾平均含量为141.80 mg/kg，比空地减少了6.54 mg/kg；混播植物土壤速效钾平均含量为135.02 mg/kg，比空地减少了13.32 mg/kg。在不施肥条件下，单播植物对土壤改良效果优于混播植物。就土壤速效钾含量与空地相比较而言，在0—20 cm内，单播植物与混播植物对土壤改良效果相当。

4 结 论

从表4可以看出，在0—10 cm，10—20 cm层内，土壤速效钾含量均表现为：有机肥>秸秆>不施肥。在不施肥条件下，同样出现了平均含量低于空地的情况，这也从侧面说明了初期土壤培肥时需要补充植物生长所需的养分。

表4 土壤0-20 cm层土壤速效钾含量

由以上试验数据发现，施入有机肥和秸秆极大地增加了土壤中有效钾的含量；有机肥处理下各植物平均含量较基土值有所降低，但是仍明显高于空地含量；不施肥处理下各植物平均含量均高于空地，秸秆处理各植物平均含量较基土值也有所增加；3种处理下平均有效钾含量比较：施有机肥>施秸秆>不施肥，0—10 cm土层普遍高于10—20 cm土层含量。

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