玉米田养鹅对土壤不同形态钾和有机质含量及pH的影响

赵立琴，谷利伟，焦峰

（黑龙江八一农垦大学，大庆163319）

钾素是植物生长发育必需的三大营养元素之一，在提高作物产量、改善农产品品质、提高作物抗逆性等方面起到非常重要的作用[1-2]。土壤是植物钾素的主要来源[3]，土壤钾素的植物有效性取决于土壤钾素存在形态、分布状况及其各形态钾素向植物有效性的转化程度[4-6]。土壤中的钾包括水溶性钾、交换性钾、缓效钾和矿物钾四种形态，水溶性钾存在于土壤溶液中，活动性最高，可以被植物直接吸收利用，是植物钾素营养的直接来源[7]，但这部分钾含量很低，不能满足植物的正常生长发育的需要。交换性钾又分为非特殊吸附性钾和特殊吸附性钾，非特殊吸附性钾是指土壤胶体表面上吸附的，且能够被Mg2+、Ca2+等[8]所交换；土壤特殊吸附性钾是指2∶1型粘土矿物楔形位上特殊吸附，不能被Mg2+、Ca2+等[8]所交换，但能被NH4+所交换，是土壤速效钾的主要组成部分，可以被作物直接吸收利用。土壤缓效钾（非交换性钾）主要是指易风化含钾矿物晶格内含有的钾和土壤矿物所固定的钾，是不能被其他离子所交换的，通常用1 mol·L-1的硝酸煮沸浸提[8]，土壤缓效钾是土壤速效钾的储备形态，在一定条件下可以逐渐转化为速效钾，是评价土壤供钾潜力的重要指标。矿物钾是存在于土壤矿物中难以释放的钾，很难被作物吸收利用，必须经过较长时间才能转化为作物可以吸收利用的钾[8]。不同形态钾素之间处于动态平衡，其含量及其转化过程决定土壤的供钾能力。

“玉鹅种养”是“农牧一体化”理论技术模式之一，是一种生态种养循环发展的新型农业发展模式，当前研究主要集中在田间杂草防控、物种多样性的维持[9-11]、土壤水热状况及养分收支平衡[12-13]等方面。研究在长期定位试验基础上探讨“玉鹅种养”模式对土壤不同形态钾素含量、有机质含量及pH的影响，并对其相关性进行分析，以明确“玉鹅种养”模式下钾素吸收、利用及相互转化的规律，为“玉鹅种养”模式下钾素管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点分别位于黑龙江省大庆市大同区北方种鹅场和绥化市安达畜牧场二分场种鹅场，大庆试验区面积1.30 km2，土壤为石灰性黑钙土，土壤碱解氮115.83 mg·kg-1、Olsen-P 28.67 mg·kg-1、速效钾249.65 mg·kg-1、有机质22.33 g·kg-1、pH值8.17；安达试验区面积2.40 km2，土壤为盐化草甸土，土壤碱解氮130.67 mg·kg-1、Olsen-P 17.24 mg·kg-1、速效钾173.26 mg·kg-1、有机质28.51 g·kg-1、pH值8.54。

1.2 试验设计

试验动物品种为北方狮白鹅，大庆和安达试验区分别于2012年和2017年开始试验，玉米种植采用常规垄作，秸秆不还田。分处理组（T）和对照组（CK）两个处理。处理组（T）每年在6月下旬，当玉米植株高度约1.2 m，玉米地里已长出杂草时选取2周龄～3周龄的健康北方狮白鹅放养，放养密度为525～600只·km-2，不施用化肥和农药，外围用1 m高的铁丝网围栏，在玉米地外空地上放置若干补饲食槽和自动饮水器，供鹅自由觅食和饮水，补饲粮以玉米筛漏和谷糠为主。对照组（CK）采用传统施肥方式，施用化肥和农药，但不放养鹅，N、P2O5、K2O施用量分别为225、120和90 kg·hm-2，其中60%氮肥和100%磷钾肥做种肥，施在种下5～10 cm，40%氮肥做追肥，在玉米拔节期施用。

1.3 样品的采集与分析

分别于2019年4月份（记为Ta和CKa）整地前和10月份（记为To和CKo）玉米成熟期进行土壤样品采集，将处理组（T）和对照组（CK）分成四个面积相近的采样单元，每个采样单元按照“S”型路线采集0～10 cm土壤样品7点，混合均匀，用四分法进行缩分，留样1 kg左右带回实验室，4次重复。

土壤样品经风干、研磨、去杂、过筛后，土壤全钾采用HNO3-HCl-HF消煮；水溶性钾按照水土比10∶1用蒸馏水浸提；土壤速效钾采用中性NH4OAC浸提；土壤缓效钾（非交换性钾）=1 mol·L-1热HNO3浸提钾-速效钾；土壤吸附性钾=速效钾-水溶性钾；土壤矿物钾=土壤全钾-土壤速效钾-土壤缓效钾，钾采用ICP-OES测定（PE，Optima 8000）；土壤有机质采用重铬酸钾容量法——外加热法测定；土壤pH采用2.5∶1的水土比，电位法测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2010作图，DPS7.05软件对数据进行统计分析，单因素和LSD法进行方差分析和多重比较。表中数据为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 玉米田养鹅对土壤不同形态钾含量的影响

由表1可见养鹅处理对不同形态钾含量的影响顺序为土壤水溶性＞速效钾≈吸附性钾＞缓效钾，且随着养鹅年限增加，影响程度显著提高；对矿物钾和全钾影响相对较小。安达试验区养鹅处理土壤水溶性钾、吸附性钾和速效钾含量均显著高于CK，增幅平均为38.43%、12.06%、14.29%，而缓效钾含量略有降低，但降幅不大；大庆试验区春秋两季养鹅玉米田土壤水溶性钾、吸附性钾和速效钾含量显著或极显著高于CK，春季样品增加了51.23%、16.72%、19.27%；秋季样品增加了213.20%、119.43%、128.30%，养鹅处理的缓效钾含量也是极显著高于CK，提高了98.31%。

表1 土壤水溶性钾、吸附性钾、速效钾、缓效钾、矿物钾和全钾含量Table 1 Content of water-soluble K，adsorbed K，available K，slow-release K，mineral K and total K in soil

2.2 玉米田养鹅对土壤不同形态钾比例变化的影响

由表2可知玉米田养鹅能提高土壤水溶性钾、吸附性钾、缓效钾和速效钾占全钾的比例，而矿物钾的比例降低，养鹅年限越长，T与CK间的差异越大。大庆试验区养鹅处理秋季样品水溶性钾、吸附性钾、速效钾和缓效钾占比均极显著高于CK，分别提高了2.20倍、1.22倍、1.31倍、1.02倍；而矿物钾极显著降低，降低了0.05倍。安达试验区春、秋两季样品和大庆试验区春季样品养鹅处理与CK间差异不显著，但是养鹅处理活性较高的钾组分占比均高于CK，而矿物钾占比降低。与CK相比，安达试验区养鹅处理土壤水溶性钾、吸附性钾、缓效钾和速效钾占比平均提高了38.89%、9.25%、10.86%和0.88%，大同试验区春季样品分别提高了50.00%、20.25%、22.35%和6.84%。说明玉米田养鹅能促进矿物钾的矿化分解，提高土壤钾素的有效性。

表2 土壤水溶性钾、吸附性钾、速效钾、缓效钾、矿物钾占全钾的百分比Table 2 The percentage of soil water-soluble K，adsorbed K，available K，slow-release K and mineral K in total K

2.3 玉米田养鹅模式下土壤pH值、有机质含量变化及其与不同形态钾的关系

由图1可见玉米田养鹅对土壤有机质、pH值有很大的影响，养鹅玉米田土壤有机质含量提高，而pH值呈降低的趋势。两地春季样品土壤有机质差异不显著，大庆试验区Ta有机质含量高于CKa，提高了9.04%；安达试验区Ta和CKa有机质含量相近。两地秋季样品养鹅处理有机质含量显著或极显著高于CK，安达和大庆To有机质含量分别比CKo提高5.71%和37.36%，说明养鹅年限越长土壤有机质含量增幅越大。

图1 土壤有机质含量和pH值变化Fig.1 Changes of organic matter content and pH in soil

两地春秋两次采样养鹅处理的pH值均低于不养鹅处理（CK）。大庆春秋两季T与CK相比pH值降低达显著或极显著水平，分别降低了2.07%和1.35%；安达春秋两季T和CK间差异均不显著。总体来说秋季样品T和CK间差异大于春季样品，这可能是由秋末春初土壤频繁冻融交替引起的活性有机碳矿化和溶解性有机酸的释放量增加引起的[14-15]。

为了进一步明确不同形态钾含量、有机质含量、pH值间的关系，对其进行了相关分析（见表3），由表3可知土壤全钾与矿物钾间呈极显著正相关，两地相关系数分别为0.94**和0.90**；水溶性钾与吸附性钾、缓效钾和速效钾间显著或极显著正相关，相关系数分别为0.64**、0.69**、0.74**（安达） 和0.55*、0.77**、0.65**（大庆）；水溶性钾与矿物钾间呈负相关，大庆试验区相关显著，安达试验区相关不显著；缓效钾与吸附性钾和pH值呈正相关；土壤有机质与缓效钾间呈显著或极显著负相关。

表3 土壤钾组分含量与有机质含量和pH间相关分析Table 3 Correlation analysis between the contents of soil potassium fractions with organic matter contents and pH

3 讨论

玉米田养鹅处理通过鹅对玉米底部叶片和杂草的采食，改变了玉米田的通风、透光条件，进而改善土壤的水、热状况，鹅的粪便作为有机肥直接排泄到农田土壤，使土壤微生物环境得到改善，对土壤的理化性状和养分平衡产生重要影响。曹舰艇等[11]指出玉米田养鹅增加了农田系统杂草数量、种类和生物量，提高了生物多样性，使土壤容重降低、土壤含水率增加。仝淑萍等[13]指出“，玉鹅种养”生产模式下白天土壤温度高于对照，夜间土壤温度低于对照，昼夜温差变大。王秋菊等[16]指出玉米田养鹅降低土壤的pH值，提高土壤有机质及碱解氮和速效钾的含量。研究表明养鹅的玉米田土壤水溶性钾、吸附性钾、速效钾等。

含量和占比均提高，有机质的含量也相应提高，但pH值降低，养鹅年限越长，T与CK间差异越大。这与前人的研究结果是一致的。而土壤水分、质地、容重、温度、pH值、陪伴离子、钾离子的浓度等是影响土壤钾素有效性的重要因素。土壤水分含量增加，钾素的扩散速率加快，直接增加通过扩散方式迁移的钾素含量[17]；土壤温度是影响钾素动态变化和土壤供钾能力的一个重要因素，在0～40℃范围内，增加温度能使土壤交换性钾离子减少，水溶性钾浓度增加[18]。

相关分析表明土壤全钾与矿物钾间极显著正相关；水溶性钾与吸附性钾、缓效钾和速效钾间显著或极显著正相关，相关系数分别为0.64**、0.69**、0.74**（安达）和0.55*、0.77**、0.65**（大庆），水溶性钾、吸附性钾、缓效钾与矿物钾间呈负相关；吸附性钾与缓效钾间呈正相关；土壤有机质与缓效钾间显著或极显著负相关，而pH值与缓效钾间呈正相关。孙伟红等[19]指出，土壤水溶性钾、吸附性钾、非交换钾与秸秆还田量呈显著正相关，与矿物钾呈显著负相关，与研究基本一致。殷志遥等[20]指出矿物钾和全钾之间相关极显著，这与研究结果也是相符的。

4 结论

玉米田养鹅使土壤水溶性钾、速效钾、吸附性钾显著或极显著高于CK，影响顺序为土壤水溶性＞吸附性钾≈速效钾＞缓效钾，对矿物钾和全钾含量影响不大。玉米田养鹅能够提高土壤水溶性钾、吸附性钾、缓效钾和速效钾等活动性较高钾组分的占比，而基本无效的矿物钾占比降低，说明玉米田养鹅能促进矿物钾的矿化和分解，提高土壤钾素的有效性。玉米田养鹅利于有机质的积累，降低土壤的pH值，是培肥地力、碱土改良的有效方法之一。土壤水溶性钾、吸附性钾和缓效钾间呈显著正相关，全钾和矿物钾显著正相关；缓效钾与有机质呈显著负相关，而与pH值显著正相关，说明玉米田养鹅可以通过提高土壤有机质、降低pH值而加速土壤缓效钾的释放。