秸稈還田供鉀效果與調(diào)控土壤供鉀的機(jī)制研究.pdf

1、鉀是作物必需的大量元素之一，而作物吸收的鉀主要來自土壤。施用鉀肥能夠很好地補(bǔ)充土壤鉀素，但鑒于我國水溶性鉀肥資源相對短缺的局面，一方面要優(yōu)化鉀肥施用、提高鉀肥利用率;另一方面拓寬鉀肥資源途徑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，比如豐富的秸稈鉀和其它含鉀巖石物料等均是潛在的鉀素資源。本文通過數(shù)據(jù)調(diào)查、田間試驗(yàn)和室內(nèi)模擬，系統(tǒng)研究了秸稈鉀資源（以湖北省為例）的種類、分布特征，秸稈鉀替代化肥鉀的效果以及秸稈腐解（有機(jī)酸）對含鉀礦物黑云母的表面溶解，為秸稈鉀素

2、資源的合理利用提供依據(jù)。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、藕笔〗斩捹Y源量和秸稈鉀素量年均分別為2892萬t/年和48.3萬t/年，水稻、油菜、小麥、玉米和棉花秸稈量占到全省秸稈總量的92.5％，屬優(yōu)勢秸稈資源。根據(jù)2013年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，湖北省作物秸稈和秸稈鉀資源主要分布在襄陽市、荊州市、黃岡市、荊門市、孝感市和宜昌市6個(gè)地區(qū)，累計(jì)分別占到全省總量的74.6％和74.0％，即江漢平原和鄂東丘陵地區(qū)是秸稈資源的主產(chǎn)區(qū)?；诤笔〗?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展

3、現(xiàn)狀，提出秸稈直接還田是秸稈資源利用最根本的途徑，也是增加糧食產(chǎn)量和培肥地力的重要措施;同時(shí)建議秸稈還田應(yīng)因地制宜，根據(jù)地域差異建立完善的技術(shù)體系。
　?、扑窘斩掆浐突殊浽谒?土體系中主要以交換態(tài)鉀存在，其次是水溶態(tài)鉀。隨著外源鉀用量的增加，鉀離子易被土壤固定;且在等量條件下，秸稈鉀處理的交換態(tài)鉀比例高于化肥鉀處理，而非交換態(tài)鉀所占比例則相反。因此，在一定外源鉀用量范圍內(nèi)，土壤對秸稈鉀和化肥鉀的固定沒有顯著差異，而當(dāng)用量超過閾

4、值時(shí)，秸稈的投入會(huì)降低土壤對鉀素的固定。因此，秸稈鉀和化肥鉀具有相似的化學(xué)性質(zhì)，能夠進(jìn)行替代施用。另外，在秸稈腐解、鉀離子釋放過程中，秸稈腐解物可以重新吸附環(huán)境中的鉀離子，且受到腐解時(shí)期和外源鉀素濃度的雙重影響。作物秸稈可以在腐解初期通過吸收水溶液而固定大量的鉀離子，也可以在腐解后期通過化學(xué)途徑和物理途徑吸附鉀離子，這些固持的鉀離子又可供下季作物吸收利用。
　?、窃绲?晚稻-冬油菜輪作秸稈還田定位試驗(yàn)7年結(jié)果表明，秸稈還田（翻壓或

5、覆蓋）均能顯著提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量，以油菜籽增產(chǎn)效果最為明顯。無論傳統(tǒng)翻耕秸稈還田還是免耕秸稈覆蓋均能提高雙季稻-油菜輪作體系的生產(chǎn)力、起到培肥地力的積極效應(yīng)。秸稈還田可顯著提高農(nóng)田系統(tǒng)氮和鉀的盈余量。因此，氮肥和鉀肥用量可進(jìn)行適當(dāng)減少，以便充分利用秸稈氮鉀資源。單季秸稈還田替代鉀肥試驗(yàn)表明，施鉀肥和秸稈還田均能增加水稻產(chǎn)量和地上部鉀素累積量，增產(chǎn)效果以秸稈還田配施鉀肥最好。秸稈還田條件下，中、高鉀土壤(速效鉀含量＞100 mg/k

6、g)，水稻季鉀肥用量可以比推薦用量減少20.0～49.1％;而低鉀土壤(速效鉀含量＜100 mg/kg)當(dāng)前鉀肥用量不足，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行增施，以保證增產(chǎn)效果和培肥地力。高鉀土壤長期秸稈還田替代鉀肥水旱輪作定位試驗(yàn)（3年）表明，一個(gè)輪作周期后施用鉀肥和秸稈還田具有明顯的增產(chǎn)效果，尤以冬油菜增產(chǎn)效果最為明顯，但仍以秸稈還田配施鉀肥效果最好。秸稈還田對水稻和冬油菜三年平均的鉀肥吸收利用率沒有顯著影響，但顯著提高了冬油菜季的鉀肥農(nóng)學(xué)利用率。同鉀肥利

7、用率相比，秸稈還田配施鉀肥后的鉀素利用率和鉀素農(nóng)學(xué)利用率均有所降低。在連續(xù)秸稈還田條件下，水稻季年均鉀肥用量可以減少42.2％，并能維持施鉀肥的產(chǎn)量水平;冬油菜年均鉀肥用量可以減少31.2％，同時(shí)比施鉀獲得更高的產(chǎn)量水平。長期秸稈還田配施鉀肥可以有效緩解水旱輪作體系土壤鉀素虧缺狀態(tài)并顯著提高土壤速效鉀含量以及促進(jìn)非交換性鉀向交換態(tài)的轉(zhuǎn)化并維持新的動(dòng)態(tài)平衡。
　?、扔袡C(jī)酸和含鉀礦物表面短時(shí)間反應(yīng)結(jié)果表明，含鉀礦物黑云母的溶解是從(0

8、01)面上的臺(tái)階、碎片和凹坑邊緣開始。檸檬酸溶液能夠顯著提高K、Si和Al的釋放速率和表面溶解速率，且隨著pH的升高呈下降趨勢。在pH4.0的檸檬酸溶液中反應(yīng)70 min后，黑云母表面上產(chǎn)生比pH6.0和8.0的檸檬酸溶液處理更多的蝕坑。而長時(shí)間的反應(yīng)結(jié)果顯示，在pH4.0的弱酸水溶液中反應(yīng)24 h時(shí)，黑云母(001)面上有微型蝕坑出現(xiàn)，其深度介于0.1～0.9 nm之間，表面變得比較粗糙;反應(yīng)96 h時(shí)，黑云母(001)面上蝕坑較為明

9、顯，但僅占總表面的4.8％，蝕坑的深度平均為0.957 nm;反應(yīng)140 h時(shí)，黑云母(001)面上有不穩(wěn)定的覆蓋物沉積，阻礙表層溶解過程的持續(xù)進(jìn)行。在pH4.0的檸檬酸溶液中，經(jīng)過24 h培養(yǎng)，(001)面上有大量的蝕坑出現(xiàn)，單層溶解現(xiàn)象明顯;48h時(shí)，表面臺(tái)階溶解速率顯著提高，溶解面積可達(dá)總表面的48.7％;140 h時(shí)，(001)面上有圓形狀脹裂發(fā)生，表層(高度，1～2 nm)發(fā)生破裂，產(chǎn)生較多的黑云母碎片，溶解速率進(jìn)一步加快。隨

10、著檸檬酸溶液中Na+濃度的增加，表層溶解速率增大，(001)面上也有次生覆蓋物沉積。同時(shí)，界面上Na+-K+交換作用加劇，表層結(jié)構(gòu)(高度，2～10 nm)脹裂現(xiàn)象更加明顯。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，140 h時(shí)，黑云母(001)面的深層結(jié)構(gòu)(深度，～20 nm)亦逐漸隆起并引起周邊區(qū)域產(chǎn)生裂縫(深度，0.1～1.9 nm)，最終導(dǎo)致表層微結(jié)構(gòu)區(qū)域水化，形成含鈉水化云母。因此，在復(fù)雜的根際環(huán)境中，有機(jī)酸在礦物溶解和礦質(zhì)元素釋放過程中具有先促進(jìn)、