52年玉米—小麦轮作体系下成土土钾素动态与黏土矿物学的长期变化

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Long-Term Changes in Soil Potassium Dynamics and Clay Mineralogy Under a 52-Year Maize–Wheat Cropping System in an Inceptisol

　　

摘要

旁遮普地区的农民施肥实践严重偏向氮肥（N）和磷肥（P），往往忽略钾肥（K）的施用。本研究揭示了在52年玉米-小麦轮作体系下，包括农家肥（FYM）在内的不同施肥方式对始成土（Inceptisols）钾素动态及黏土矿物学特征的长期影响。研究考察了七种施肥管理方案：对照、50% NPK、100% N、100% NP、100% NPK、100% NPK + FYM以及150% NPK，分别在0–15、15–30、30–45、45–60和60–100 cm土层深度取样。通过植物消解法定量测定钾吸收量（KU），并计算表观钾平衡。土壤钾以水溶态钾（WSK）、交换态钾（ExK）、非交换态钾（NExK）和总钾（TK）四种形态测定。采用X射线衍射法研究0–15 cm和60–100 cm土层的土壤矿物学特征，通过平衡实验测定量/强（Q/I）参数。产量和吸收量的趋势如下：100% NPK + FYM > 150% NPK > 100% NPK > 100% NP > 50% NPK > 100% N > 对照。100% NP处理由于未施钾肥且钾吸收量较高，表现为最大的钾负平衡。钾素缺失导致非交换态钾的年损失量分别高达100% NP处理27、100% N处理24、对照19和50% NPK处理16 kg ha?1year?1，直接表明长期使用非交换态钾（r2 = 0.93）并导致云母（illite）强度下降。施用钾肥的处理在产量、钾素库、土壤有机碳（SOC）含量、平衡活性比（AReK）和自由能（ΔG）方面均有显著改善。研究表明，仅省略钾肥施用导致最高的钾负平衡，长期消耗非交换态钾，耗竭钾素库，并改变细粒级分中云母的强度。推荐施用适量钾肥配合农家肥，或超量施用钾肥，有利于获得最优产量、改善钾素动态及整体土壤健康。