油棕种植园不同立地条件下钾和镁通过径流和淋溶的损失特征

《Nutrient Cycling in Agroecosystems》：Potassium and magnesium losses via runoff and leaching under oil palm at contrasting sites

　　

高温多雨的气候和高度风化的土壤给热带湿润地区的农业养分管理带来了挑战。苏门答腊岛的肥料试验显示油棕对施肥的反应存在差异，这可能是由于养分通过径流和深层淋溶而损失所致。本研究量化了这两种途径中钾（K）和镁（Mg）的损失，以支持养分平衡计算并促进特定地点的肥料推荐。在北苏门答腊岛两个年平均降雨量对比鲜明的地点（Bah Lias为1668 mm，P. Rambong为4094 mm），在平坦和陡坡上的23年生油棕小区中测量了K和Mg的损失。这些小区每年分两次施用118 kg N、51 kg P、127 kg K和31 kg Mg ha-1 a-1。研究人员测量了径流和深层淋溶，并在降雨事件后分析了沉积物、凋落物以及溶解态K和Mg的含量。作为降雨量的比例，P. Rambong和Bah Lias的径流分别为12%和2%，深层淋溶分别为61%和23%。在两个地点的平坦地形上，当表示为施用量的一部分时，通过深层淋溶损失的K和Mg超过了通过径流的损失。各地点的总K和Mg损失相似，相当于P. Rambong投入量的33%和30%，但在Bah Lias仅为4%和6%。可以利用降雨数据预测损失。对这些损失机制的了解有助于制定减少损失的策略。研究人员提出了额外的田间保护措施，例如等高叶片堆叠或拦水埂，并结合肥料投入的调整。

研究背景与问题

油棕是印度尼西亚的主要农业经济作物，其高效施肥管理对维持生产力和盈利能力至关重要，目前肥料成本已占田间运营总成本的60%以上。钾（K）和镁（Mg）是油棕生长所需的大量营养元素，全球范围内油棕对K肥的需求在所有主要作物中最高。然而，长期肥料试验表明，油棕对K和Mg施用的响应在不同地点间存在显著差异，这主要归因于土壤和气候条件的差异。先前的研究指出，实际生产中只有不到100%的施用K和Mg被油棕吸收，相当一部分养分通过物理过程如地表径流和深层淋溶而损失。尽管已有研究评估了径流和淋溶中的养分损失，但针对高降雨量、风化土壤的热带地区，同时量化K和Mg在这两种途径下的损失及其影响因素的研究仍不充分。因此，本研究旨在量化两个具有对比性降雨量和土壤特性的地点（P. Rambong和Bah Lias）中，油棕种植园内K和Mg通过地表径流和深层淋溶的损失，以支撑养分平衡计算，并为制定因地制宜的肥料推荐提供科学依据。

研究内容与结论

研究人员在苏门答腊岛北部的两个地点（P. Rambong，年均降雨量4094 mm；Bah Lias，年均降雨量1668 mm）设置了试验。在每处地点，分别选择平坦（坡度0–3%）和陡坡（坡度30–50%）地块，对23年生成龄油棕进行了为期一年（径流试验，2010年）和两年（淋溶试验，2009–2010年）的观测。所有小区均接受统一的年度施肥量（118 kg N, 51 kg P, 127 kg K, 31 kg Mg ha^-1 a^-1）。研究得出的主要结论包括：1）降雨量是驱动养分损失的关键因素，高降雨量地点（P. Rambong）的径流系数（11.4%）和深层淋溶量（占降雨量的61%）远高于低降雨量地点（Bah Lias，分别为2.8%和23%），导致其K和Mg的总损失量（分别相当于施肥量的33%和30%）显著高于后者（分别为4%和6%）。2）坡度加剧了养分损失，陡坡地块的径流量及其中K、Mg的浓度和损失量普遍高于平坦地块。3）在两种途径中，深层淋溶是K和Mg损失的主要路径，尤其是在平坦地形上，其贡献超过了地表径流。4）径流中损失的K和Mg绝大部分（97–99%）以溶解态形式存在，而非吸附于沉积物或凋落物中。5）高降雨量地点（P. Rambong）因养分大量淋失，导致了更低的养分吸收效率、明显的缺镁症状（叶片脉间黄化）以及对K、Mg肥更强的产量响应，而低降雨量地点（Bah Lias）则相反，表明前者需要更高的肥料投入才能达到最优产量。

关键技术与方法

1. 1.
   径流试验设计：在两个地点的平坦和陡坡地块上设置随机完全区组设计，每个处理三个重复。每个样方由2×2棵油棕组成（面积251–312 m2），边界用镀锌钢板围封，下坡端设混凝土集水槽和收集桶（2500–3000 L）以拦截和测量地表径流总量。
2. 2.
   深层淋溶试验设计：在平坦区域布设张力式渗漏计。每个重复的三个渗漏计分别安装在距油棕中心1.20 m（除草圈）、3.50 m（区间带）和4.75 m（叶堆区）处，埋深1.60 m。渗漏计由底部连接陶瓷杯的PVC桶构成，通过持续的低真空泵（约16 kPa）抽取渗漏水至采样瓶。
3. 3.
   样品采集与分析：在每次显著降雨事件后的24小时内，测量径流水量和渗漏水体积，并采集水样、沉积物和凋落物样品。水样中的K和Mg浓度分别采用火焰发射光谱法和原子吸收光谱法测定；沉积物中的交换性阳离子用1 M醋酸铵提取后分析；凋落物经酸消解后分析K和Mg含量。通过将水量或质量乘以对应养分浓度计算养分损失量。

研究结果

地表径流及相关K和Mg损失

研究发现，地点与坡度对径流量（p = 0.035）、K损失（p < 0.001）和Mg损失（p < 0.001）存在显著的交互作用。总体而言，P. Rambong的径流系数（11.4%）远高于Bah Lias（2.8%）。径流中损失的K和Mg绝大部分（97–99%）来自溶解态。P. Rambong的K和Mg损失量（23.6–37.0 kg K ha^-1，2.7–4.3 kg Mg ha^-1）显著高于Bah Lias（1.9–3.6 kg K ha^-1，0.2–0.3 kg Mg ha^-1）。坡度效应显著，陡坡上的径流养分浓度和总损失量均高于平坦地块。此外，单次降雨事件的径流量与降雨量呈显著正相关（R2 = 0.48–0.69）。

深层淋溶及相关K和Mg损失

深层淋溶量及其携带的K和Mg负荷在P. Rambong远大于Bah Lias。P. Rambong的年均深层淋溶量为2117 mm（占降雨量的61%），而Bah Lias仅为370 mm（占降雨量的23%）。相应地，P. Rambong通过淋溶损失的K和Mg量（19 kg K ha^-1，7 kg Mg ha^-1）分别是Bah Lias的6倍和5倍，分别相当于施用量的15%和22%。Mg的相对淋溶损失比例（22%）高于K（15%），这可能与酸性风化土壤中Mg的较弱吸附能力有关。

K和Mg的总损失及鲜果串产量响应

综合来看，在平坦地形上，P. Rambong的K和Mg总年损失量（42.4 kg K ha^-1，9.5 kg Mg ha^-1）分别是Bah Lias（4.9 kg K ha^-1，1.7 kg Mg ha^-1）的8.7倍和5.5倍。深层淋溶是主要的损失途径，占总K损失的44–61%和总Mg损失的72–86%。这些高额的养分损失直接反映在P. Rambong油棕较低的养分吸收量、出现的缺镁症状以及对K、Mg肥显著的增产响应上（鲜果串产量增加高达12 t ha^-1），而Bah Lias的油棕则对施肥几乎无响应。

讨论与结论

讨论部分指出，降雨量是影响径流和淋溶损失的首要因素，其效应甚至超过坡度。研究建立的基于降雨量估算径流和深层淋溶的回归方程（R2 = 0.48–0.69）可作为实用的预测工具。尽管本研究中的田间管理措施（如等高梯田、地面覆盖、等高放置修剪叶片）已有效降低了养分损失，但在高降雨量地区，进一步优化肥料管理策略至关重要，例如增加施肥频率、使用缓释或控释肥料、采用溶解度较低的镁源（如白云石）以提高土壤pH值和阳离子交换容量。研究强调，油棕的肥料推荐不应仅基于叶片营养诊断，还需结合基于降雨数据的养分损失预测，以实现精准施肥。

研究结论部分翻译如下：本研究量化了油棕种植园中K和Mg损失对场地特征和养分相互作用的依赖性。两个地点间养分损失的巨大差异可能反映了降雨-径流特性、地形、土壤质地和矿物学的综合效应。在P. Rambong，养分损失因地势、降雨强度和高K输入引起的阳离子竞争而被放大，导致了明显的缺镁症状和对Mg肥强烈的产量响应。相比之下，Bah Lias的养分损失低得多，且对Mg肥无显著产量响应，表明土壤供应充足。这些不同结果凸显了制定因地制宜的肥料策略的必要性。根据当地条件（考虑降雨、坡度、土壤保持能力和养分相互作用）定制K和Mg投入，可以提升油棕种植园的农艺表现和环境可持续性。径流和淋溶中的养分损失与降雨密切相关，可利用降雨数据进行预测，这有助于将研究结果推广到其他地点。未来研究需包括更详细的土壤水分运动和土壤性质测量，以改进对不同田间条件下养分损失的估算。