中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (12): 2390-2403.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.010
杨文辉(), 罗灏程, 董二伟, 王劲松, 王媛, 刘秋霞, 黄晓磊, 焦晓燕(
)
收稿日期:
2023-08-19
接受日期:
2023-10-09
出版日期:
2024-06-16
发布日期:
2024-06-25
通信作者:
联系方式:
杨文辉,E-mail:752144121@qq.com。
基金资助:
YANG WenHui(), LUO HaoCheng, DONG ErWei, WANG JinSong, WANG Yuan, LIU QiuXia, HUANG XiaoLei, JIAO XiaoYan(
)
Received:
2023-08-19
Accepted:
2023-10-09
Published:
2024-06-16
Online:
2024-06-25
摘要:
【目的】 研究长期施用化肥钾、秸秆还田、有机肥配施化肥钾结合秸秆还田及其深翻对玉米高粱轮作体系作物钾利用效率、土壤钾形态及非交换性钾释放的影响,为合理使用钾肥和提高钾养分资源高效利用提供理论依据。【方法】 于2011—2022年在山西省晋中市进行长期定位试验,共设6个处理:不施肥(CK)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、秸秆还田结合有机肥(MS)、氮磷钾肥配施有机肥结合秸秆还田(NPKMS)、氮磷钾肥配施有机肥结合秸秆还田和深翻(NPKMSD),研究不同施肥处理对作物籽粒产量、地上部钾吸收量、钾利用效率、土壤钾形态和土壤非交换性钾释放特征的影响。【结果】 与NP和NPK比较,MS、NPKMS和NPKMSD提高籽粒产量6%—8%,地上部钾吸收量提高22%—43%。NPKMS和NPKMSD 处理钾素农学利用效率仅为NPK和MS的50%;施肥改变了土壤剖面钾形态,2022年收获后与CK、NP和NPK处理相比,MS、NPKMS和NPKMSD 处理0—20 cm土层速效钾含量分别提高了2.2—2.8倍,缓效钾提高了8%—10%;与NPKMS比较,NPKMSD提高了20—40 cm土层速效钾含量。基于随机森林回归模型分析表明,0—20和20—40 cm土层的速效钾与缓效钾含量能解释地上部钾吸收量的64.1%,0—20 cm土层速效钾、缓效钾含量和20—40 cm土层的速效钾含量是影响植株钾吸收的关键因子。用氯化钙浸提时NPK、MS、NPKMS 和 NPKMSD 处理0—20 cm土层非交换性钾累积释放量分别是 NP 的1.04、1.77、1.99和1.81倍,柠檬酸浸提时则分别为1.05、1.41、1.85和1.63倍。与NPKMS 处理比较,NPKMSD处理20—40 cm土层柠檬酸浸提的非交换性钾累积释放量提高17.8%,而氯化钙浸提对其非交换性钾累积释放量没有显著影响。【结论】 与施用相当量的化肥钾比较,秸秆还田和有机肥能明显活化土壤钾,提高土壤有效钾和缓效钾的含量,提高钾肥利用效率。化肥钾配施有机肥结合秸秆还田会造成作物钾奢侈吸收降低钾利用效率。深翻提高根层下土层速效钾含量但对产量影响不显著。秸秆还田和有机肥明显促进土壤非交换性钾的释放速率和累积释放量,长期秸秆还田结合适量有机肥能够替代化学钾肥。
杨文辉, 罗灏程, 董二伟, 王劲松, 王媛, 刘秋霞, 黄晓磊, 焦晓燕. 长期不同施肥和深翻对玉米高粱轮作体系作物钾利用及土壤钾形态的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(12): 2390-2403.
YANG WenHui, LUO HaoCheng, DONG ErWei, WANG JinSong, WANG Yuan, LIU QiuXia, HUANG XiaoLei, JIAO XiaoYan. Effects of Long-Term Fertilization and Deep Plough on Crop Potassium Utilization and Soil Potassium Forms in Maize-Sorghum Rotation System[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(12): 2390-2403.
表1
不同施肥处理2011—2022年秸秆还田量及秸秆钾含量"
年度 Year | 秸秆还田量 The amount of straw returned to the field (kg·hm-2) | 秸秆钾含量 K content of straw (%) | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CK | NP | NPK | MS | NPKMS | NPKMSD | CK | NP | NPK | MS | NPKMS | NPKMSD | |
2011 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2012 | 0 | 0 | 0 | 5771.70 | 5960.95 | 6055.55 | 0 | 0 | 0 | 1.14 | 1.14 | 1.14 |
2013 | 0 | 0 | 0 | 9960.15 | 11064.80 | 11165.00 | 0 | 0 | 0 | 1.24 | 1.93 | 1.80 |
2014 | 0 | 0 | 0 | 7032.10 | 8305.75 | 8276.05 | 0 | 0 | 0 | 0.75 | 0.94 | 0.97 |
2015 | 0 | 0 | 0 | 9013.95 | 9562.60 | 9919.20 | 0 | 0 | 0 | 2.24 | 2.93 | 2.80 |
2016 | 0 | 0 | 0 | 5847.50 | 6227.10 | 6220.30 | 0 | 0 | 0 | 1.71 | 1.82 | 1.74 |
2017 | 0 | 0 | 0 | 4888.35 | 5613.15 | 4973.30 | 0 | 0 | 0 | 2.12 | 2.52 | 2.37 |
2018 | 0 | 0 | 0 | 7572.45 | 7278.95 | 8446.60 | 0 | 0 | 0 | 1.84 | 1.87 | 1.73 |
2019 | 0 | 0 | 0 | 5752.35 | 4860.75 | 5710.55 | 0 | 0 | 0 | 3.89 | 3.30 | 3.68 |
2020 | 0 | 0 | 0 | 6327.45 | 6087.15 | 5375.50 | 0 | 0 | 0 | 1.68 | 2.12 | 1.81 |
2021 | 0 | 0 | 0 | 6247.80 | 6509.30 | 6141.70 | 0 | 0 | 0 | 2.67 | 2.53 | 2.92 |
2022 | 0 | 0 | 0 | 6457.45 | 6257.65 | 6725.65 | 0 | 0 | 0 | 2.35 | 2.83 | 2.33 |
2011- 2022 | 0 | 0 | 0 | 74871.25 | 77728.15 | 79009.40 | 0 | 0 | 0 | 1.92 | 2.14 | 2.08 |
表2
施肥和深翻对2011—2022年土壤钾素盈余及钾利用效率的影响"
处理 Treatment | 钾素投入总量 Total K input (kg·hm-2) | 钾素输出总量 Total K output (kg·hm-2) | 钾素表观平衡量 Apparent K balance (kg·hm-2) | 钾利用效率 K utilization efficiency (%) | 钾素农学利用效率 Agronomic utilization efficiency of K (kg·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|
CK | 0 | 1337.85±18.8c | -1337.85±18.84d | - | - |
NP | 0 | 1861.10±9.81b | -1861.10±9.81e | - | - |
NPK | 743.76 | 1910.20±15.83a | -1166.44±15.83c | 7.34±2.25c | 15.88±0.09a |
MS | 825.93 | 678.85±8.77e | 147.08±8.77b | 58.96±1.49a | 15.26±0.03a |
NPKMS | 1569.69 | 734.95±1.75d | 834.74±1.75a | 49.39±2.95b | 8.14±0.05b |
NPKMSD | 1569.69 | 700.10±5.29de | 869.59±5.29a | 45.57±1.50b | 8.02±0.02b |
表3
不同浸提剂和处理对土壤非交换性钾累计释放量和释放速率的影响"
浸提剂 Extractant | 土壤深度 Soil depth (cm) | 处理 Treatment | 累计释放量 Cumulative release amount (mg·kg-1) | 释放速率 Release rate (mg·kg-1·d-1) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
T1 | T2 | T | T1 | T2 | T | ||||
氯化钙 CaCl2 | 0-20 | CK | 121.91c | 70.30b | 192.20c | 59.71c | 8.79b | 19.14c | |
NP | 112.45c | 67.67b | 180.13c | 55.08c | 8.46b | 17.94c | |||
NPK | 118.01c | 69.95b | 187.96c | 57.80c | 8.74b | 18.72c | |||
MS | 208.30b | 111.03a | 319.33b | 102.03b | 13.88a | 31.80b | |||
NPKMS | 240.42a | 119.04a | 359.46a | 117.75a | 14.88a | 35.80a | |||
NPKMSD | 212.05b | 115.29a | 327.35ab | 103.86b | 14.41a | 32.60ab | |||
平均Mean | 168.86 | 92.21 | 261.07 | 82.71 | 11.53 | 26.00 | |||
20-40 | CK | 104.72c | 64.95a | 169.67c | 51.29c | 8.12a | 16.90c | ||
NP | 111.93bc | 70.60a | 182.53bc | 54.82bc | 8.82a | 18.18bc | |||
NPK | 103.77c | 62.70a | 166.48c | 50.83c | 7.84a | 16.58c | |||
MS | 130.88ab | 73.21a | 204.09ab | 64.10ab | 9.15a | 20.32ab | |||
NPKMS | 135.10a | 73.46a | 208.57ab | 66.17a | 9.18a | 20.77ab | |||
NPKMSD | 145.22a | 75.58a | 220.80a | 71.13a | 9.45a | 21.99a | |||
平均Mean | 121.94 | 70.08 | 192.02 | 59.72 | 8.76 | 19.12 | |||
柠檬酸 Citric acid | 0-20 | CK | 141.81c | 188.73c | 330.54d | 69.46c | 23.59c | 32.92d | |
NP | 129.73c | 174.71c | 304.44d | 63.54c | 21.84c | 30.32d | |||
NPK | 145.49c | 173.83c | 319.32d | 71.26c | 21.73c | 31.80d | |||
MS | 207.45b | 222.58b | 430.03c | 101.61b | 27.82b | 42.82c | |||
NPKMS | 285.37a | 278.03a | 563.40a | 139.77a | 34.75a | 56.11a | |||
NPKMSD | 253.51a | 241.30b | 494.80b | 124.17a | 30.16b | 49.28b | |||
平均Mean | 193.89 | 213.20 | 407.09 | 94.97 | 26.65 | 40.54 | |||
20-40 | CK | 129.43b | 185.62ab | 315.05bc | 63.39c | 23.20ab | 31.37bc | ||
NP | 144.28b | 190.39a | 334.67ab | 70.67bc | 23.80ab | 33.33ab | |||
NPK | 128.83b | 166.77ab | 295.60c | 63.10c | 20.85bc | 29.44c | |||
MS | 143.62b | 180.15ab | 323.77bc | 70.34bc | 22.52abc | 32.24bc | |||
NPKMS | 150.41b | 159.77b | 310.18bc | 73.67b | 19.97c | 30.89bc | |||
NPKMSD | 173.05a | 192.51a | 365.56a | 84.76a | 24.06a | 36.40a | |||
平均Mean | 144.94 | 179.20 | 324.14 | 70.99 | 22.40 | 32.28 |
表4
不同浸提剂条件下非交换性钾释放的拟合模型"
浸提剂 Extractant | 土壤深度 Soil depth (cm) | 处理 Treatment | 一级动力学方程 First-order reaction | 抛物线扩散 Parabolic diffusion | 零级反应 Zero-order reaction | |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0-49 h | 49-241 h | 0-241 h | 0-49 h | 49-241 h | 0-241 h | 0-49 h | 49-241 h | 0-241 h | ||||||||||||||
R2 | SE | R2 | SE | R2 | SE | R2 | SE | R2 | SE | R2 | SE | R2 | SE | R2 | SE | R2 | SE | |||||
氯化钙 CaCl2 | 0-20 | CK | 0.9668 | 4.72 | 0.9393 | 5.99 | 0.9536 | 7.30 | 0.9992 | 1.05 | 0.9922 | 1.97 | 0.9966 | 2.06 | 0.9174 | 7.26 | 0.9769 | 5.08 | 0.9152 | 10.81 | ||
NP | 0.9709 | 3.74 | 0.9462 | 4.50 | 0.9643 | 5.31 | 0.9978 | 1.37 | 0.9809 | 2.94 | 0.9921 | 3.13 | 0.9327 | 6.22 | 0.9703 | 5.96 | 0.8993 | 11.44 | ||||
NPK | 0.9812 | 3.13 | 0.9570 | 4.65 | 0.9691 | 5.98 | 0.9983 | 1.09 | 0.9852 | 2.69 | 0.9938 | 2.80 | 0.9454 | 5.57 | 0.9734 | 5.90 | 0.9085 | 11.03 | ||||
MS | 0.9833 | 5.22 | 0.9431 | 8.63 | 0.9624 | 9.19 | 0.9977 | 2.98 | 0.9892 | 3.08 | 0.9935 | 4.53 | 0.9481 | 9.85 | 0.9896 | 8.02 | 0.8975 | 19.38 | ||||
NPKMS | 0.9938 | 4.15 | 0.9466 | 9.76 | 0.9643 | 10.22 | 0.9971 | 3.45 | 0.9936 | 2.70 | 0.9946 | 4.66 | 0.9590 | 9.75 | 0.9874 | 8.29 | 0.8974 | 21.28 | ||||
NPKMSD | 0.9911 | 4.05 | 0.9100 | 11.97 | 0.9379 | 11.99 | 0.9929 | 3.19 | 0.9967 | 1.89 | 0.9980 | 2.52 | 0.9588 | 8.66 | 0.9965 | 4.84 | 0.9253 | 16.64 | ||||
平均 Mean | 0.9812 | 4.17 | 0.9404 | 7.58 | 0.9586 | 8.33 | 0.9972 | 2.19 | 0.9896 | 2.55 | 0.9948 | 3.28 | 0.9436 | 7.89 | 0.9823 | 6.35 | 0.9072 | 15.10 | ||||
20-40 | CK | 0.9655 | 3.75 | 0.9400 | 5.17 | 0.9565 | 6.10 | 0.9999 | 0.79 | 0.9918 | 1.84 | 0.9968 | 1.85 | 0.9282 | 6.09 | 0.9654 | 3.95 | 0.9151 | 9.91 | |||
NP | 0.9879 | 2.62 | 0.9320 | 5.52 | 0.9519 | 6.87 | 0.9955 | 1.73 | 0.9862 | 2.61 | 0.9941 | 2.76 | 0.9564 | 5.12 | 0.9548 | 4.92 | 0.9093 | 11.27 | ||||
NPK | 0.9771 | 3.23 | 0.9574 | 4.78 | 0.9687 | 5.62 | 0.9981 | 0.75 | 0.9892 | 2.05 | 0.9956 | 2.08 | 0.9374 | 5.44 | 0.9624 | 3.98 | 0.9124 | 9.74 | ||||
MS | 0.9914 | 2.64 | 0.9568 | 5.37 | 0.9705 | 5.78 | 0.9946 | 2.13 | 0.9929 | 1.99 | 0.9947 | 2.84 | 0.9581 | 5.72 | 0.9653 | 4.47 | 0.9016 | 12.59 | ||||
NPKMS | 0.9972 | 1.52 | 0.9446 | 6.78 | 0.9587 | 8.38 | 0.9877 | 3.08 | 0.9912 | 2.26 | 0.9940 | 3.10 | 0.9729 | 4.68 | 0.9599 | 4.92 | 0.9005 | 12.92 | ||||
NPKMSD | 0.9898 | 2.95 | 0.8920 | 8.89 | 0.9236 | 9.66 | 0.9965 | 2.12 | 0.9952 | 1.66 | 0.9961 | 2.76 | 0.9557 | 6.52 | 0.9758 | 3.97 | 0.9032 | 13.18 | ||||
平均 | 0.9848 | 2.79 | 0.9371 | 6.09 | 0.9550 | 7.07 | 0.9954 | 1.77 | 0.9911 | 2.07 | 0.9952 | 2.57 | 0.9515 | 5.59 | 0.9639 | 4.37 | 0.9070 | 11.60 | ||||
柠檬酸 Citric acid | 0-20 | CK | 0.9820 | 4.95 | 0.9315 | 19.25 | 0.9309 | 25.71 | 0.9296 | 8.81 | 0.9967 | 3.33 | 0.9716 | 13.88 | 0.9810 | 4.88 | 0.9925 | 5.45 | 0.9842 | 10.46 | ||
NP | 0.9979 | 1.45 | 0.9228 | 18.45 | 0.9231 | 23.89 | 0.9729 | 5.69 | 0.9970 | 3.30 | 0.9712 | 12.90 | 0.9906 | 3.11 | 0.9955 | 3.94 | 0.9889 | 8.14 | ||||
NPK | 0.9718 | 5.50 | 0.9073 | 18.24 | 0.9226 | 21.65 | 0.9355 | 10.13 | 0.9936 | 4.37 | 0.9805 | 11.52 | 0.9792 | 4.95 | 0.9960 | 3.69 | 0.9804 | 11.12 | ||||
MS | 0.9989 | 1.64 | 0.9241 | 22.70 | 0.9271 | 31.49 | 0.9747 | 8.23 | 0.9988 | 1.77 | 0.9829 | 13.71 | 0.9905 | 4.52 | 0.9875 | 8.39 | 0.9778 | 15.26 | ||||
NPKMS | 0.9999 | 1.71 | 0.9419 | 24.80 | 0.9466 | 35.45 | 0.9636 | 12.94 | 0.9976 | 4.26 | 0.9902 | 13.06 | 0.9929 | 5.71 | 0.9763 | 14.41 | 0.9586 | 27.49 | ||||
NPKMSD | 0.9982 | 2.58 | 0.9275 | 25.00 | 0.9356 | 33.09 | 0.9502 | 13.21 | 0.9992 | 1.93 | 0.9885 | 11.80 | 0.9959 | 3.17 | 0.9856 | 9.78 | 0.9647 | 21.97 | ||||
平均 Mean | 0.9914 | 2.97 | 0.9258 | 21.41 | 0.9310 | 28.55 | 0.9544 | 9.84 | 0.9972 | 3.16 | 0.9808 | 12.81 | 0.9884 | 4.39 | 0.9889 | 7.61 | 0.9758 | 15.74 | ||||
20-40 | CK | 0.9911 | 366.40 | 0.9228 | 19.06 | 0.9234 | 24.28 | 0.9906 | 3.69 | 0.9937 | 4.91 | 0.9658 | 14.82 | 0.9748 | 5.06 | 0.9974 | 3.13 | 0.9929 | 6.69 | |||
NP | 0.9796 | 380.43 | 0.9220 | 20.10 | 0.9228 | 25.80 | 0.9943 | 3.20 | 0.9955 | 3.90 | 0.9738 | 13.66 | 0.9536 | 7.54 | 0.9961 | 3.91 | 0.9881 | 8.94 | ||||
NPK | 0.9956 | 333.57 | 0.9141 | 17.39 | 0.9198 | 21.98 | 0.9632 | 5.51 | 0.9946 | 3.95 | 0.9704 | 12.45 | 0.9909 | 2.85 | 0.9968 | 3.16 | 0.9898 | 7.37 | ||||
MS | 0.9994 | 363.69 | 0.9100 | 18.51 | 0.9172 | 24.02 | 0.9720 | 6.14 | 0.9964 | 3.15 | 0.9761 | 12.44 | 0.9912 | 3.25 | 0.9937 | 4.74 | 0.9855 | 9.73 | ||||
NPKMS | 0.9998 | 331.77 | 0.9155 | 18.32 | 0.9226 | 22.19 | 0.9615 | 6.72 | 0.9880 | 4.63 | 0.9734 | 11.37 | 0.9925 | 3.12 | 0.9909 | 5.22 | 0.9815 | 10.09 | ||||
NPKMSD | 0.9965 | 398.25 | 0.9303 | 19.47 | 0.9346 | 25.23 | 0.9804 | 5.64 | 0.9985 | 2.17 | 0.9843 | 11.03 | 0.9795 | 5.88 | 0.9917 | 5.91 | 0.9773 | 13.36 | ||||
平均 Mean | 0.9937 | 362.35 | 0.9191 | 18.81 | 0.9234 | 23.92 | 0.9770 | 5.15 | 0.9945 | 3.78 | 0.9740 | 12.63 | 0.9804 | 4.62 | 0.9944 | 4.34 | 0.9858 | 9.36 |
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