长期施肥下pH和有机碳影响红壤团聚体钾素分配的机制
发布时间：2021-10-28 08:16
土壤酸化、有机碳偏低和钾素匮缺,是我国南方旱地红壤资源可持续利用的突出问题。有机肥和化肥长期配合施用,可通过缓解土壤酸化和增加土壤有机碳影响土壤矿物钾释放和解钾菌特性进而改善土壤钾素状况。然而,对于土壤酸化和有机碳水平影响钾素形态转化的机理缺乏深入研究。因此,本研究在南方丘陵区选取江西省和湖南省2个具有典型红壤分布的省份,依托位于江西省红壤研究所（江西省南昌市进贤县张公镇）和中国农业科学院祁阳红壤实验站（湖南省永州市祁阳县文富市镇）的2个红壤长期施肥定位试验（分别始于1981年和1990年）,分别选取不施肥对照（CK）、施氮磷肥（NP）、施氮磷钾肥（NPK）、氮磷钾配施有机肥（NPKM）和氮磷钾配施秸秆（NPKS）处理。在2015年采集各处理耕层（0–20 cm）的原状土壤进行团聚体分组,分析0–20 cm土层各团聚体组分中的钾素含量和储量,从而揭示长期不同施肥下土壤团聚体组分中钾素含量和储量的分配规律;结合室内模拟试验,通过调控各施肥土壤的pH和有机碳水平（控制土壤其他属性一致）,探明土壤pH和有机碳水平与团聚体钾素的相关关系;并结合玉米根际土壤样品,在解析长期不同施肥处理下解钾菌的...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
土壤中钾素形态转化（杨振明等，1998，略有修改）
咄寥繣K含量（Zhaoetal.,2014），进而有效补充土壤钾库。但是，作物秸秆的钾肥替代效果受土壤初始条件的影响较大，当土壤EK含量较高时，作物秸秆对钾肥的替代效果不显著（Suietal.,2015）。1.2.2长期施肥对红壤团聚体组分及其碳氮磷等元素含量的影响在常规的土壤质地分级中，根据土壤黏粉砂分级（AjiboyeandOgunwale,2013）的结果表明，钾素主要集中在黏粒中，其次为粉粒和砂粒（王岩和杨振明,2000;Najafi-GhiriandJaberi,2013;Ghirietal.,2012）。然而，在土壤的形成过程中，黏粉粒常常通过各种有机无机物质胶结成团聚体（图1.2，ZhangandHorn,2001）。关于土壤钾素分析测试，常规的分析方法往往是将土壤粉碎后过1mm筛测定EK和NEK含量，过0.15mm筛测定TK含量，而团聚体组分（2-0.053mm）中钾素的形态和含量则不明晰。因此，作为土壤物理结构的基本单位，研究和分析土壤团聚体中钾素含量对于指导具体的土壤结构改良意义重大。前人研究（Huangetal.,2010；Yuetal.,2012；刘震等，2013；Zhangetal.,2018a）表明，不同施肥措施显著改变土壤的物理结构，特别是配施有机肥。这主要是由于有机肥带入了较多有机碳，而这些有机碳对于土壤团聚体和胶体的形成起到了至关重要的作用。Huang等（2010）研究表明有机无机肥配施显著提高了土壤中大团聚体含量（>2mm）；李丛蕾等（2015）研究发现，红壤旱地施用生物质炭与过氧化钙后，>0.25mm团聚体含量比不施肥对照增加了16.1%-75.7%。同时，作为衡量土壤养分存储和供应能力的重要指标，团聚体各组分的养分分配显著影响作物的养分吸收（王经纬等，2017；Huangetal.,2010）。图1.2土壤团聚体的形成过程Fig.1.2Formationprocessofsoilaggregates然而，目前有关团聚体组分中的养分研究主要集中在碳、氮、磷（王经纬等，20
中国农业科学院博士学位论文第一章引言6图1.3解钾菌的解钾机理（李新新，2013，略有修改）Fig.1.3Potassium-dissolvingmechanismofpotassium-dissolvingbacteria(modified,Li,2013)1.2.4土壤pH和有机碳对钾素形态及含量的影响土壤pH和有机碳含量是表征土壤的重要属性，二者对于全土及团聚体中钾素形态转化具有重要作用。一般认为，较低的土壤pH不利于植物的生长，从而严重抑制植物的吸钾能力（黎成厚等，1999；孙小茗等，2006），进而导致钾素在土壤中的累积和淋溶。因此，土壤pH和有机碳的变化与土壤钾素形态和含量密切相关。HeandChen（2013）通过路径分析表明，土壤pH和有机碳是控制根际土壤水溶性钾、NEK和EK含量的重要影响因子。在低pH条件下土壤胶体的钾离子饱和度，由于土壤H3O+和铝离子与钾离子竞争而降低，随着钾离子饱和度的降低，土壤钾的有效性亦降低（黎成厚等，1999；孙小茗等，2006）。熊柳梅等（2006）研究表明，香蕉（MusaparadisiacalL.）种植区土壤EK与pH存在极显著的正相关。同时，有机碳含量增加可以显著促进土壤钾素供应能力（蔡泽江等，2011），相反，去除土壤有机碳则显著降低了红壤性水稻土钾的吸附量，从而不利于土壤钾素的保蓄（Liaoetal.,2013）。目前，有关pH与土壤钾素的研究主要集中在（根系分泌的）低分子量有机酸对土壤根际钾素释放的影响上。很多研究（涂书新等，1999；江长胜等，2002；王东升等，2006和2007；丛日环等，2009a）证实，外源低分子有机酸可以显著增加土壤矿物钾的释放，江长胜等（2002）研究认为，在反应初期，土壤中EK和黏土矿物层间靠近外缘部位的钾离子易通过扩散离开黏土矿物晶格束缚进入液相，且随着时间延长，NEK释放速度降低。何冰等（2015）研究认为，根系分泌物进入根际土壤时，EK释放主?
【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤有机碳矿化激发效应的微生物机制研究进展[J]. 魏圆云,崔丽娟,张曼胤,潘旭. 生态学杂志. 2019(04)
[2]不同碳负荷梯度下稻田土壤有机碳矿化特征[J]. 童瑶瑶,王季斐,祝贞科,邓扬悟,陈珊,葛体达,袁红朝,吴金水. 环境科学. 2019(03)
[3]长期施钾对水旱轮作系统产量及土壤团聚体钾分布的影响[J]. 宋美芳,胡义涛,黄帅,何俊峰,陈佛文,邹家龙,李继福. 南方农业学报. 2018(06)
[4]铁促进土壤有机碳累积作用研究进展[J]. 王璐莹,秦雷,吕宪国,姜明,邹元春. 土壤学报. 2018(05)
[5]有机肥氮投入比例对土壤微生物碳源利用特征的影响[J]. 何翠翠,李贵春,尹昌斌,张洋. 植物营养与肥料学报. 2018(02)
[6]不同钾效率基因型香蕉根际钾营养与根系特性研究[J]. 吴宇佳,张文,符传良,郑道君,刘国彪,谢良商. 生态环境学报. 2018(03)
[7]稻田土壤厌氧氨氧化菌群落结构对长期不同施肥的响应[J]. 聂三安,王祎,王飞,杨静,周碧青,邢世和. 土壤学报. 2018(03)
[8]长期施肥对红壤旱地团聚体特性及不同组分钾素分配的影响[J]. 柳开楼,黄晶,张会民,李冬初,韩天富,蔡泽江,王伯仁,黄庆海. 土壤学报. 2018(02)
[9]土壤微团聚体中矿物-有机复合体特征[J]. 褚冰杰,余光辉,刘飞飞,沈其荣,冉炜. 土壤学报. 2017(06)
[10]长期施肥及石灰后效对不同生育期玉米根际钾素的影响[J]. 韩天富,王伯仁,张会民,黄晶,李冬初,蔡泽江,柳开楼,蔡岸冬,徐明岗. 土壤学报. 2017(06)
博士论文
[1]生物炭影响土壤磷素、钾素有效性的微生态机制[D]. 刘赛男.沈阳农业大学 2016
[2]长期施肥下我国典型农田土壤钾素演变特征及机理[D]. 张会民.西北农林科技大学 2007
硕士论文
[1]不同施肥方式对红壤团聚体稳定性及层级结构的影响[D]. 张章.华中农业大学 2016
[2]长期不同施肥及产胞外多糖菌株对土壤团聚体结构与生物活性的影响[D]. 潘彬.南京农业大学 2015
[3]长期施肥及不同pH下红壤钾素有效性研究[D]. 岳龙凯.中国农业科学院 2014
[4]一株红壤高效解钾菌的筛选、鉴定、发酵条件优化及促生作用的研究[D]. 李新新.南京农业大学 2013
本文编号：3462539
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
土壤中钾素形态转化（杨振明等，1998，略有修改）
咄寥繣K含量（Zhaoetal.,2014），进而有效补充土壤钾库。但是，作物秸秆的钾肥替代效果受土壤初始条件的影响较大，当土壤EK含量较高时，作物秸秆对钾肥的替代效果不显著（Suietal.,2015）。1.2.2长期施肥对红壤团聚体组分及其碳氮磷等元素含量的影响在常规的土壤质地分级中，根据土壤黏粉砂分级（AjiboyeandOgunwale,2013）的结果表明，钾素主要集中在黏粒中，其次为粉粒和砂粒（王岩和杨振明,2000;Najafi-GhiriandJaberi,2013;Ghirietal.,2012）。然而，在土壤的形成过程中，黏粉粒常常通过各种有机无机物质胶结成团聚体（图1.2，ZhangandHorn,2001）。关于土壤钾素分析测试，常规的分析方法往往是将土壤粉碎后过1mm筛测定EK和NEK含量，过0.15mm筛测定TK含量，而团聚体组分（2-0.053mm）中钾素的形态和含量则不明晰。因此，作为土壤物理结构的基本单位，研究和分析土壤团聚体中钾素含量对于指导具体的土壤结构改良意义重大。前人研究（Huangetal.,2010；Yuetal.,2012；刘震等，2013；Zhangetal.,2018a）表明，不同施肥措施显著改变土壤的物理结构，特别是配施有机肥。这主要是由于有机肥带入了较多有机碳，而这些有机碳对于土壤团聚体和胶体的形成起到了至关重要的作用。Huang等（2010）研究表明有机无机肥配施显著提高了土壤中大团聚体含量（>2mm）；李丛蕾等（2015）研究发现，红壤旱地施用生物质炭与过氧化钙后，>0.25mm团聚体含量比不施肥对照增加了16.1%-75.7%。同时，作为衡量土壤养分存储和供应能力的重要指标，团聚体各组分的养分分配显著影响作物的养分吸收（王经纬等，2017；Huangetal.,2010）。图1.2土壤团聚体的形成过程Fig.1.2Formationprocessofsoilaggregates然而，目前有关团聚体组分中的养分研究主要集中在碳、氮、磷（王经纬等，20
中国农业科学院博士学位论文第一章引言6图1.3解钾菌的解钾机理（李新新，2013，略有修改）Fig.1.3Potassium-dissolvingmechanismofpotassium-dissolvingbacteria(modified,Li,2013)1.2.4土壤pH和有机碳对钾素形态及含量的影响土壤pH和有机碳含量是表征土壤的重要属性，二者对于全土及团聚体中钾素形态转化具有重要作用。一般认为，较低的土壤pH不利于植物的生长，从而严重抑制植物的吸钾能力（黎成厚等，1999；孙小茗等，2006），进而导致钾素在土壤中的累积和淋溶。因此，土壤pH和有机碳的变化与土壤钾素形态和含量密切相关。HeandChen（2013）通过路径分析表明，土壤pH和有机碳是控制根际土壤水溶性钾、NEK和EK含量的重要影响因子。在低pH条件下土壤胶体的钾离子饱和度，由于土壤H3O+和铝离子与钾离子竞争而降低，随着钾离子饱和度的降低，土壤钾的有效性亦降低（黎成厚等，1999；孙小茗等，2006）。熊柳梅等（2006）研究表明，香蕉（MusaparadisiacalL.）种植区土壤EK与pH存在极显著的正相关。同时，有机碳含量增加可以显著促进土壤钾素供应能力（蔡泽江等，2011），相反，去除土壤有机碳则显著降低了红壤性水稻土钾的吸附量，从而不利于土壤钾素的保蓄（Liaoetal.,2013）。目前，有关pH与土壤钾素的研究主要集中在（根系分泌的）低分子量有机酸对土壤根际钾素释放的影响上。很多研究（涂书新等，1999；江长胜等，2002；王东升等，2006和2007；丛日环等，2009a）证实，外源低分子有机酸可以显著增加土壤矿物钾的释放，江长胜等（2002）研究认为，在反应初期，土壤中EK和黏土矿物层间靠近外缘部位的钾离子易通过扩散离开黏土矿物晶格束缚进入液相，且随着时间延长，NEK释放速度降低。何冰等（2015）研究认为，根系分泌物进入根际土壤时，EK释放主?
【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤有机碳矿化激发效应的微生物机制研究进展[J]. 魏圆云,崔丽娟,张曼胤,潘旭. 生态学杂志. 2019(04)
[2]不同碳负荷梯度下稻田土壤有机碳矿化特征[J]. 童瑶瑶,王季斐,祝贞科,邓扬悟,陈珊,葛体达,袁红朝,吴金水. 环境科学. 2019(03)
[3]长期施钾对水旱轮作系统产量及土壤团聚体钾分布的影响[J]. 宋美芳,胡义涛,黄帅,何俊峰,陈佛文,邹家龙,李继福. 南方农业学报. 2018(06)
[4]铁促进土壤有机碳累积作用研究进展[J]. 王璐莹,秦雷,吕宪国,姜明,邹元春. 土壤学报. 2018(05)
[5]有机肥氮投入比例对土壤微生物碳源利用特征的影响[J]. 何翠翠,李贵春,尹昌斌,张洋. 植物营养与肥料学报. 2018(02)
[6]不同钾效率基因型香蕉根际钾营养与根系特性研究[J]. 吴宇佳,张文,符传良,郑道君,刘国彪,谢良商. 生态环境学报. 2018(03)
[7]稻田土壤厌氧氨氧化菌群落结构对长期不同施肥的响应[J]. 聂三安,王祎,王飞,杨静,周碧青,邢世和. 土壤学报. 2018(03)
[8]长期施肥对红壤旱地团聚体特性及不同组分钾素分配的影响[J]. 柳开楼,黄晶,张会民,李冬初,韩天富,蔡泽江,王伯仁,黄庆海. 土壤学报. 2018(02)
[9]土壤微团聚体中矿物-有机复合体特征[J]. 褚冰杰,余光辉,刘飞飞,沈其荣,冉炜. 土壤学报. 2017(06)
[10]长期施肥及石灰后效对不同生育期玉米根际钾素的影响[J]. 韩天富,王伯仁,张会民,黄晶,李冬初,蔡泽江,柳开楼,蔡岸冬,徐明岗. 土壤学报. 2017(06)
博士论文
[1]生物炭影响土壤磷素、钾素有效性的微生态机制[D]. 刘赛男.沈阳农业大学 2016
[2]长期施肥下我国典型农田土壤钾素演变特征及机理[D]. 张会民.西北农林科技大学 2007
硕士论文
[1]不同施肥方式对红壤团聚体稳定性及层级结构的影响[D]. 张章.华中农业大学 2016
[2]长期不同施肥及产胞外多糖菌株对土壤团聚体结构与生物活性的影响[D]. 潘彬.南京农业大学 2015
[3]长期施肥及不同pH下红壤钾素有效性研究[D]. 岳龙凯.中国农业科学院 2014
[4]一株红壤高效解钾菌的筛选、鉴定、发酵条件优化及促生作用的研究[D]. 李新新.南京农业大学 2013
本文编号：3462539
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