腐植酸緩釋鉀肥對(duì)土壤鉀素含量和甘薯吸收利用的影響

王振振，張 超，史春余*，柳洪鵑，史衍璽

(1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安271018;2青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東青島266109)

甘薯是典型的喜鉀作物，增施鉀肥可以增加干物質(zhì)生產(chǎn)量，提高干物質(zhì)在塊根中的分配率，提高塊根產(chǎn)量，因此甘薯生產(chǎn)中十分重視施用鉀肥［1－5］。然而，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中鉀肥利用率偏低，不但造成資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，而且不能充分發(fā)揮鉀肥對(duì)作物的增產(chǎn)作用［6］;施用緩控釋肥料是提高肥料利用率的有效途徑之一［7］。腐植酸(Humic Acid，簡(jiǎn)稱 HA)作為一類有良好生物活性的有機(jī)高分子物質(zhì)［8］，不但具有刺激作物生長(zhǎng)、活化土壤養(yǎng)分的作用，而且對(duì)氮、磷、鉀等化學(xué)元素養(yǎng)分具有吸附、緩釋等作用。有關(guān)腐植酸具有活化土壤養(yǎng)分、促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收的報(bào)道［9－11］以及腐植酸與速效肥料配合施用可以提高化學(xué)元素養(yǎng)分利用率的報(bào)道較多［11－15］;而關(guān)于施用腐植酸類肥料對(duì)土壤不同形態(tài)養(yǎng)分含量影響的研究尚少［16］。本試驗(yàn)利用自行制備的、具有一定緩釋性能的腐植酸鉀肥，在田間小區(qū)試驗(yàn)條件下研究了施用腐植酸緩釋鉀肥對(duì)土壤不同形態(tài)鉀素含量和甘薯吸收利用的影響，旨在為腐植酸類肥料的研制和在根莖類作物上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2008～2009年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行，供試品種為濟(jì)薯22。供試土壤質(zhì)地為砂壤土，試驗(yàn)地0—20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為13.7 g/kg，堿解氮 71.13 mg/kg，速效磷(P)20.58 mg/kg，速效鉀(K)63.47 mg/kg。供試鉀肥為硫酸鉀，氧化鉀含量為50%。供試腐植酸緩釋鉀肥為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自行制備：先將腐植酸活化，再讓腐植酸與硫酸鉀充分吸附、反應(yīng)，最后利用圓盤造粒;制備的腐植酸鉀肥含 K2O 18%、游離腐植酸 24%、pH 7.88。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：空白對(duì)照(CK);等量腐植酸對(duì)照(HA，游離腐植酸24 g/m2);等量氧化鉀對(duì)照(K，硫酸鉀36 g/m2);腐植酸緩釋鉀肥(Ha-K，腐植酸緩釋鉀肥100 g/m2)。4月30日栽秧，行距0.8 m，株距0.25 m，種植密度52000株/hm2，小區(qū)面積20 m2，每個(gè)處理重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列。所用肥料均作為基肥一次性施入;對(duì)甘薯而言供試土壤速效氮、磷含量較高，所以本試驗(yàn)不施用氮、磷肥;其他管理措施同一般大田。

1.3 取樣與測(cè)定項(xiàng)目和方法

土樣留取方法：分別在封壟期(栽秧后50 d)、莖葉生長(zhǎng)高峰期(栽秧后110 d)和收獲期(栽秧后170 d)用土鉆取耕作層土壤樣品，風(fēng)干后研磨過(guò)0.25 mm篩用于土壤鉀素含量的測(cè)定。

植株取樣方法：在甘薯封壟期開(kāi)始第一次取樣，之后每隔20 d取一次樣，直至收獲。具體方法：在每個(gè)處理的取樣區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取取樣點(diǎn)，重復(fù)3次，每個(gè)取樣點(diǎn)選取生長(zhǎng)正常的植株5株，挖出塊根、洗凈、切片，將植株分為葉、柄、莖、塊根4部分，裝袋烘干稱重。干樣粉碎后用于植株鉀素含量測(cè)定。收獲期將測(cè)產(chǎn)區(qū)內(nèi)的塊根全部挖出稱重，同時(shí)統(tǒng)計(jì)塊根數(shù)和株數(shù)，計(jì)算平均單株結(jié)薯數(shù)和塊根重，并留樣烘干后計(jì)算塊根出干率。

腐植酸緩釋鉀肥緩釋效果評(píng)價(jià)采用沙柱淋溶法［17］，在直徑3 cm、高20 cm的玻璃淋洗管中，事先用0.075mm的尼龍濾布封底口;淋洗管內(nèi)分為三層，上下兩層為40 g細(xì)砂(過(guò)0.25 mm～1 mm篩，180℃烘干)，中間一層為腐植酸鉀肥5.00 g，上面覆蓋兩層濾紙以防加水時(shí)擾亂砂層，重復(fù)6次，以不加肥料的砂柱和等養(yǎng)分含量的硫酸鉀為對(duì)照。第一次先加20 mL水使砂柱接近飽和，再加入10 mL水淋洗砂柱，收集淋洗液。以后每1小時(shí)加入10 mL水;每次收集的淋洗液定容至50 mL。淋洗液中的鉀素含量采用火焰光度法測(cè)定。

土壤養(yǎng)分和植株全鉀含量的測(cè)定方法：土壤有機(jī)質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀容量法;堿解氮采用堿解擴(kuò)散法;速效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法;速效鉀含量用NH4OAc(pH 7)浸提—火焰光度法;有效性鉀含量采用冷的2 mol/L HNO3浸提—火焰光度法測(cè)定。緩效鉀含量是從1 mol/L熱HNO3浸提的鉀量減去速效性鉀量。植株全鉀含量采用硫酸和過(guò)氧化氫消化—火焰光度法測(cè)定。

鉀肥利用率計(jì)算公式如下［18］：

鉀肥吸收利用率(%)=(施鉀區(qū)甘薯吸鉀量－鉀空白區(qū)甘薯吸鉀量)/施鉀量×100

鉀肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施鉀區(qū)甘薯塊根產(chǎn)量－鉀空白區(qū)甘薯塊根產(chǎn)量)/施鉀量

鉀肥偏生產(chǎn)力(kg/kg，K)=施鉀區(qū)甘薯塊根產(chǎn)量/施鉀量

1.4 數(shù)據(jù)分析

田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為兩年試驗(yàn)的平均值。采用Microsoft Excel 2003和DPS v7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，作圖數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，多重比較采用新復(fù)極差法(LSR法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸鉀肥中鉀素的釋放特性

從圖1可以看出，兩種肥料的鉀素累積釋放動(dòng)態(tài)均為L(zhǎng)型曲線。硫酸鉀(K)在第4次淋洗時(shí)，累積釋放率已接近100%;而腐植酸鉀肥(Ha-K)到第10次淋洗時(shí)，累積釋放率尚未接近100%。說(shuō)明腐植酸鉀肥中的鉀素具有緩慢釋放的特性。

根據(jù)鉀素累積釋放率可以計(jì)算出鉀素釋放速率，圖1還可以看出，兩種肥料鉀素釋放速率的峰值出現(xiàn)時(shí)間相同，但是腐植酸鉀肥的峰值低于硫酸鉀。前4次淋洗，腐植酸鉀肥的釋放速率低于硫酸鉀，而在之后的淋洗中腐植酸鉀肥的釋放速率高于硫酸鉀。

圖1 肥料鉀素累積釋放率和釋放速率Fig．1 Accumulated release rate and release rate of K in fertilizer

2.2 腐植酸緩釋鉀肥對(duì)甘薯土壤鉀素含量的影響

圖2顯示，隨著甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育，2個(gè)不施鉀肥處理(CK和HA)的土壤速效鉀含量逐漸下降，等量氧化鉀對(duì)照(K)的土壤速效鉀含量先升后降，腐植酸緩釋鉀肥處理(Ha-K)的土壤速效鉀含量則逐漸上升。

在甘薯不同生長(zhǎng)時(shí)期，等量腐植酸對(duì)照(HA)的土壤速效鉀含量均明顯低于空白對(duì)照(CK)，這與腐植酸刺激甘薯生長(zhǎng)、增加養(yǎng)分吸收有關(guān)。但是，等量氧化鉀對(duì)照(K)和腐植酸緩釋鉀肥(Ha-K)2個(gè)處理的土壤速效鉀含量明顯高于空白對(duì)照;其中栽秧后50 d和110 d等量氧化鉀對(duì)照的增幅較大，栽秧后170 d腐植酸緩釋鉀肥處理的增幅較大。說(shuō)明腐植酸緩釋鉀肥可以有效地提高甘薯生長(zhǎng)后期土壤速效鉀含量，滿足塊根膨大對(duì)鉀素的需求。

隨著甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育，空白對(duì)照(CK)、等量氧化鉀對(duì)照(K)和腐植酸緩釋鉀肥(Ha-K)3個(gè)處理的土壤有效鉀含量的變化趨勢(shì)與速效鉀含量的變化趨勢(shì)相似(圖2)。但是，等量腐植酸對(duì)照的土壤有效鉀含量變化趨勢(shì)與速效鉀含量相反，即隨著甘薯生長(zhǎng)，土壤有效鉀含量逐漸升高。

等量腐植酸對(duì)照的土壤有效鉀含量，栽秧后50 d低于空白對(duì)照，栽秧后110 d和170 d高于空白對(duì)照，這與腐植酸對(duì)土壤鉀素的活化作用有關(guān)。等量氧化鉀對(duì)照的土壤有效鉀含量，栽秧后50 d、110 d和170 d均顯著高于空白對(duì)照，其中栽秧后110 d增幅最大。腐植酸緩釋鉀肥處理的土壤有效鉀含量，栽秧后50 d、110 d與空白對(duì)照相似，栽秧后170 d顯著高于空白對(duì)照，其中栽秧后170 d增幅最大。說(shuō)明腐植酸緩釋鉀肥也可以有效地提高甘薯生長(zhǎng)后期土壤有效鉀含量。

由圖2還可以看出，隨著甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育，空白對(duì)照(CK)和等量腐植酸對(duì)照(HA)2個(gè)處理的土壤緩效鉀含量逐漸降低，等量氧化鉀對(duì)照(K)的土壤緩效鉀含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，而腐植酸緩釋鉀肥(Ha-K)處理的土壤緩效鉀含量變幅不大。

圖2 甘薯不同生長(zhǎng)時(shí)期土壤中速效鉀、有效鉀和緩效鉀含量Fig．2 Soil rapidly available K，effectively available K and slowly available K contents at different growth periods of sweet potato

與空白對(duì)照相比，等量腐植酸對(duì)照的土壤緩效鉀含量，栽秧后50 d、110 d和170 d均下降，說(shuō)明施用腐植酸具有使土壤中緩效鉀轉(zhuǎn)化為有效鉀的作用;而等量氧化鉀對(duì)照的土壤緩效鉀含量，栽秧后50 d相似，栽秧后110 d和170 d明顯增加，其中110 d增加顯著。與等量氧化鉀對(duì)照相比，腐植酸緩釋鉀肥處理的土壤緩效鉀含量在甘薯各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期都下降，說(shuō)明腐植酸緩釋鉀肥中的鉀素被土壤固定成為緩效鉀的量較小。

2.3 腐植酸緩釋鉀肥對(duì)甘薯鉀素吸收利用和產(chǎn)量的影響

2.3.1 對(duì)鉀素吸收積累動(dòng)態(tài)的影響 從圖3可以看出，隨著甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育，等量氧化鉀對(duì)照(K)和腐植酸緩釋鉀肥(Ha-K)2個(gè)處理的鉀素積累量變化動(dòng)態(tài)呈一單峰曲線，栽秧后110 d最大;而空白對(duì)照(CK)和等量腐植酸對(duì)照(HA)2個(gè)處理的鉀素積累量一直增加。在甘薯生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期，3個(gè)施肥處理的鉀素積累量都高于空白對(duì)照;其中，腐植酸緩釋鉀肥處理最高，等量氧化鉀對(duì)照次之，再次是等量腐植酸對(duì)照。

圖3 甘薯鉀素積累量Fig．3 K accumulation in sweet potato

2.3.2 收獲期塊根產(chǎn)量及鉀肥吸收利用率 由表1可以看出，與空白對(duì)照(CK)相比，3個(gè)施肥處理都顯著提高了甘薯塊根的產(chǎn)量，等量腐植酸對(duì)照(HA)、等量氧化鉀對(duì)照(K)和腐植酸緩釋鉀肥(Ha-K)處理分別增產(chǎn)7.65%、16.00%和22.83%;3個(gè)施肥處理也顯著增加了單株結(jié)薯數(shù)，其中腐植酸緩釋鉀肥處理增幅最大。但是，各施肥處理的單薯重都有不同程度的降低，這與其單株結(jié)薯數(shù)較多有關(guān)。

與等量氧化鉀對(duì)照相比，腐植酸緩釋鉀肥處理的鉀肥吸收利用率、鉀肥農(nóng)學(xué)利用率和鉀肥偏生產(chǎn)力都有顯著提高，分別提高20.09%、42.69%和5.89%(表2)。

3 討論與結(jié)論

3.1 單施腐植酸條件下土壤中不同形態(tài)鉀素含量的變化

已有研究表明，施用腐植酸可以通過(guò)增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、提高土壤酶活性以及促進(jìn)微生物活動(dòng)來(lái)活化土壤養(yǎng)分，也可以通過(guò)刺激根系和植株生長(zhǎng)促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收［9－11］;因此，單施腐植酸條件下，土壤速效鉀含量主要受土壤中鉀素活化和植株對(duì)鉀素吸收兩個(gè)方面的影響。羅奇祥等［19］在裸地上的研究表明，施用腐植酸后提高了不同類型土壤速效鉀的含量;而許詠梅等［16］在灰漠土棉田研究表明，施用外源腐植酸能降低土壤速效鉀含量、提高土壤緩效鉀含量，說(shuō)明施用腐植酸以后土壤速效鉀含量的變化方向與是否種植作物有關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用腐植酸促進(jìn)了甘薯對(duì)鉀素的吸收，降低了甘薯全生育期土壤中的速效鉀和緩效鉀含量以及生長(zhǎng)前期土壤有效鉀含量，同時(shí)提高了甘薯生長(zhǎng)中、后期土壤有效鉀含量。施用腐植酸降低土壤中速效鉀含量的結(jié)論與許詠梅等［16］的研究結(jié)果一致，分析認(rèn)為土壤速效鉀含量降低與腐植酸對(duì)植株吸收鉀素的促進(jìn)效應(yīng)大于對(duì)土壤鉀素活化的促進(jìn)效應(yīng)有關(guān)。而施用腐植酸降低土壤緩效鉀含量的結(jié)論與徐詠梅等的研究結(jié)果相反，原因有待于進(jìn)一步研究。施用腐植酸提高甘薯生長(zhǎng)中、后期土壤有效鉀含量，則說(shuō)明腐植酸對(duì)土壤鉀素除了具有活化(緩效鉀等其他形態(tài)鉀素轉(zhuǎn)化為速效鉀)作用以外，對(duì)土壤鉀素的有效化也具有促進(jìn)作用。

表1 各處理甘薯產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 1 Yield and yield components of sweet potato in different treatments

表2 鉀肥吸收利用率、鉀肥農(nóng)學(xué)利用率及鉀肥偏生產(chǎn)力Table 2 The recovery efficiency，agronomic efficiency and partial factor productivity of potassium

3.2 施用腐植酸緩釋鉀肥條件下土壤中不同形態(tài)鉀素含量的變化

腐植酸不僅具有刺激作物生長(zhǎng)、活化土壤養(yǎng)分的作用，還對(duì)氮、磷、鉀等化學(xué)養(yǎng)分具有吸附、絡(luò)合等作用［20－24］。已有研究表明，腐植酸主要是通過(guò)對(duì)鉀素的吸附作用獲得緩釋效果［24－25］，這為腐植酸緩釋鉀肥的研制提供了理論依據(jù)。本研究通過(guò)淋洗試驗(yàn)表明，腐植酸鉀肥對(duì)其中的鉀素具有一定的緩釋作用。雖然與包膜類的緩/控釋肥料相比，腐植酸鉀肥的緩釋效果較差;但是，與硫酸鉀的差異還是顯著的。

已有研究表明，腐植酸與速效肥料配合使用在改良土壤、促進(jìn)土壤養(yǎng)分有效化和提高肥料養(yǎng)分利用率等方面有明顯的效果［11－15］。但是，腐植酸與速效鉀肥料配合使用對(duì)土壤不同形態(tài)鉀素含量影響的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。在腐植酸與速效鉀肥料配合使用的條件下，土壤中速效鉀含量的消長(zhǎng)主要受三個(gè)方面的影響，一是外界肥料的供給;二是土壤中緩效鉀的轉(zhuǎn)化;三是植物對(duì)鉀素的吸收利用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與等量氧化鉀對(duì)照相比，施用腐植酸緩釋鉀肥，促進(jìn)了甘薯對(duì)鉀素的吸收，降低了甘薯生長(zhǎng)前、中期土壤速效鉀和有效鉀的含量，提高了甘薯生長(zhǎng)后期土壤速效鉀和有效鉀的含量。初步分析認(rèn)為，腐植酸緩釋鉀肥處理降低甘薯生長(zhǎng)前、中期土壤速效鉀和有效鉀的含量的主要原因：一是肥料中的腐植酸對(duì)植株吸收鉀素的促進(jìn)效應(yīng)大于對(duì)土壤鉀素活化的促進(jìn)效應(yīng);二是由于腐植酸對(duì)肥料中鉀素的緩釋作用，減少了前、中期速效鉀素的供應(yīng)。腐植酸緩釋鉀肥處理提高甘薯生長(zhǎng)后期土壤速效鉀和有效鉀的含量主要是由于其增加了后期速效鉀素的供應(yīng)。

本試驗(yàn)結(jié)果還表明，與等量氧化鉀對(duì)照相比，施用腐植酸緩釋鉀肥，顯著提高了鉀肥吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和塊根產(chǎn)量，增幅分別為20.09%，42.69%，5.89%和22.83%。分析認(rèn)為施用腐植酸緩釋鉀肥提高甘薯塊根產(chǎn)量與腐植酸對(duì)鉀肥的緩釋作用和腐植酸對(duì)甘薯生長(zhǎng)的刺激作用都有關(guān)系。

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