梅旭陽，高菊生，楊學云，黃 晶，蔡澤江，李冬初，王伯仁，柳開樓，徐明崗，張會民*

（1 西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院，農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌 712100；2 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，耕地培育技術國家工程實驗室，北京 100081；3 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，祁陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，湖南祁陽 426182；4 江西省紅壤研究所, 國家改良工程技術研究中心，江西進賢 331717）

紅壤酸化及石灰改良影響冬小麥根際土壤鉀的有效性

梅旭陽1,2,3，高菊生2,3，楊學云1*，黃 晶2,3，蔡澤江2,3，李冬初2,3，王伯仁2,3，柳開樓2,4，徐明崗2,3，張會民2,3*

（1 西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院，農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌 712100；2 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，耕地培育技術國家工程實驗室，北京 100081；3 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，祁陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，湖南祁陽 426182；4 江西省紅壤研究所, 國家改良工程技術研究中心，江西進賢 331717）

【目的】了解初始酸度對石灰改良紅壤鉀素有效性的效應，為酸化紅壤改良提供依據(jù)和支撐?！痉椒ā坷煤掀铌柕湫偷牡谒募o紅土，制備 pH 分別為 4.0、4.5、4.8、5.2 的土壤。每個酸度土壤的一半加石灰改良至 pH 6.0 (石灰改良處理)，另一半不變 (酸化對照)，以該土壤進行了小麥盆栽試驗。每盆內(nèi)放入一個尼龍網(wǎng)根袋，袋內(nèi)添加供試紅壤 150 g，其余放置袋外，共 1.65 kg 。小麥生長 80 天后收獲，調(diào)查了小麥生物量和鉀吸收量，測定比較了小麥根際和非根際土壤不同形態(tài)的鉀含量變化。【結果】1) 冬小麥生物量 (地上部和根部) 與供試土壤初始 pH 顯著正相關 (P＜0.05)，也與鉀吸收量顯著正相關 (P＜0.05)。石灰改良處理冬小麥生物量均顯著高于相應的酸化對照，并隨供試土壤初始 pH 升高而顯著升高。2) 不同酸化土壤冬小麥根際土壤速效鉀含量均隨 pH 升高顯著降低，非根際土壤的速效鉀含量顯著高于相應的根際土壤 (除 pH 4.0 外)。石灰改良處理根際土壤速效鉀含量均顯著低于相應的酸化對照，且非根際土壤顯著高于根際土，非根際土壤速效鉀含量隨初始 pH升高而顯著下降。3) 不同酸化土壤冬小麥根際土壤鉀離子飽和度隨 pH 升高而顯著下降，非根際土壤鉀離子飽和度則隨 pH 升高呈增加趨勢。石灰改良處理土壤各處理根際土鉀離子飽和度均顯著低于非根際土，非根際土鉀離子飽和度與酸化對照的變化趨勢一致。4) 不同酸化處理紅壤冬小麥生物量與根際速效鉀虧缺量呈極顯著正相關 (P＜0.01)，冬小麥根際土壤速效鉀虧缺率和冬小麥吸鉀量、根際鉀離子飽和度虧缺率均呈極顯著正相關(P＜0.01)；而石灰改良處理根際土壤速效鉀虧缺率則與初始 pH 呈顯著負相關 (P＜0.05)?！窘Y論】在本試驗的pH 范圍內(nèi)，酸化條件下，根際土壤速效鉀含量隨 pH 降低而升高，而冬小麥吸鉀量及生物量均隨 pH 升高而升高。表明酸化紅壤影響冬小麥鉀養(yǎng)分吸收的主導因素是土壤的酸度。施石灰降低了土壤的酸度，提高酸化紅壤作物產(chǎn)量和吸鉀量。紅壤施用石灰校正酸化應在 pH 降到 5.0 之前進行。酸化紅壤石灰改良后，還應注意適量補充鉀肥。

紅壤；酸化；根際土；石灰；鉀有效性

紅壤總面積 5690 萬公頃，是我國南方最重要的土壤類型之一[1]。大多數(shù)紅壤有機質(zhì)含量低，鋁含量高，保肥保水性能差[2]，嚴重缺鉀[3–4]。大量施用化肥[3,5–9]和頻繁酸雨[10–11]加快了紅壤酸化速度[12]，擴大了酸化面積，進一步加劇了土壤鉀素有效性低的問題[13]。施用石灰是阻控土壤酸化[14]，提高紅壤生產(chǎn)力的有效措施[15]。施用石灰不僅可以中和酸化紅壤的活性酸和潛性酸，而且可增加有效陽離子交換量[2]，提高鉀的有效性[10]。因此研究紅壤酸化及其改良、校正過程中鉀素的有效性對提高紅壤生產(chǎn)力有重要理論意義和實踐價值。鉀的有效性指的是能被植物吸收利用的程度[16]。鉀養(yǎng)分通過植物根系吸收進入植物體，而根系通過吸收和物質(zhì)分泌作用改變了根際土壤的化學組成、物理結構和生物學性質(zhì)，進而影響土壤中鉀養(yǎng)分有效性。根際是圍繞于植物根系周圍很小的土壤微域。受根系生理活動的影響，在物理、化學和生物特性上不同于非根際土壤 (本體土壤) 的特殊區(qū)域[17]。由于根際微域內(nèi)的有效養(yǎng)分為實際有效養(yǎng)分，能直接為根系吸收，決定著作物實際吸收的養(yǎng)分量，而非根際土壤中的有效養(yǎng)分只是潛在有效養(yǎng)分，還需要通過遷移等供應過程才能被根吸收[18]。根際有效鉀養(yǎng)分狀況的變化可直接反映其生物有效性和植物對鉀養(yǎng)分利用能力的大小[19]。李小坤[20]在紅壤性水稻土上的研究表明，在水旱輪作條件下，作物首先吸收利用根區(qū)土壤水溶性鉀，隨著作物生長和吸鉀強度的增大，根區(qū)土壤交換性鉀和非交換性鉀向水溶性鉀轉(zhuǎn)化。在養(yǎng)分缺乏土壤上，作物可分泌質(zhì)子及有機酸等促進根區(qū)土壤養(yǎng)分有效化[21]；但叢日環(huán)等[22]在紅壤上的研究表明，無論是否加入外源鉀，有機酸的存在均加快了根際交換性鉀向水溶性鉀的轉(zhuǎn)化，可能原因是有機酸主要通過增加可變電荷土壤表面的凈負電荷來增加土壤對 K+的吸附量。持續(xù)作物種植導致紅壤鉀素耗竭，嚴重降低土壤供鉀水平和作物生長，鉀肥施用可以提高根際與非根際土壤交換性鉀和緩效鉀含量，也有效提高了作物產(chǎn)量[23]。李小梅[24]的研究顯示，根際土壤鉀養(yǎng)分含量隨鉀肥用量的增加表現(xiàn)為先增大后逐漸減少，表明其并不和施鉀量成正比提高。但也有研究顯示，紅壤在各種施鉀水平下，根際交換性鉀和緩效鉀均出現(xiàn)虧缺[25]。王益福和洪禎瑞[26]的研究表明，果園鋪草覆蓋能顯著提高紅壤根際鉀養(yǎng)分有效性，可能原因是鋪草區(qū)其根際土壤微生物的種群比深耕、淺耕區(qū)豐富，且數(shù)量眾多。酸化在一定程度上可增加紅壤鉀元素的溶解度，但由于鉀離子代換能力小于氫、鋁離子，容易被從土壤膠體中置換出來，從而加速了其向土壤溶液中的轉(zhuǎn)化，也更易于從土壤中淋溶[18,27]，使得土壤中鉀營養(yǎng)元素的有效性更低[28]。大量研究表明，施用石灰可通過降低紅壤酸度，進而提高酸化紅壤鉀養(yǎng)分有效性[24,29–33]。但是不同酸化程度土壤及其經(jīng)施石灰改良后，初始酸度對土壤及根際鉀素有效性的影響尚不清楚，而有關于種植冬小麥條件下，在哪一具體 pH 范圍內(nèi)施石灰改良酸化紅壤對提高鉀的有效性起作用則沒有涉及。本試驗采用盆栽根際袋法，研究不同程度酸化紅壤及其經(jīng)施用石灰矯正酸度后，對冬小麥根際和非根際土壤鉀素有效性的影響，以便于了解初始酸度對石灰改良紅壤鉀素有效性的效應，尋求石灰改良酸化紅壤最佳時機，為酸化紅壤有效改良提供依據(jù)和支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤母質(zhì)為第四紀紅土，采自中國農(nóng)業(yè)科學院祁陽紅壤試驗站附近的自然植被恢復人工落葉松林地 (E 111°52′，N 26°45′，海拔 120 m)，多點采集 0—20 cm 土樣，帶回實驗室風干并混合均勻，挑出雜質(zhì)，過 20 目篩。土壤 pH 值為 4.3，通過酸堿滴定法[34]，測定土壤的酸堿緩沖容量，然后取適量土樣分為四部分，通過添加石灰和硫酸調(diào)節(jié)為 4 個 pH 梯度土壤 (4.0、4.5、4.8、5.2)，分別置于 4 個大塑料桶中，室溫下保持土壤水分在 70% 田間持水量，培養(yǎng)一年使其 pH 達到穩(wěn)定。培養(yǎng)結束后取出土樣并風干，磨細過篩 (20 目)，測定緩沖容量和土壤理化性質(zhì) (表 1)，備用。

表1 供試土壤基本化學性質(zhì)Table 1 Basic chemical properties of acidified soils

1.2 試驗處理

盆栽試驗：盆栽試驗分兩組，共 8 個處理，第一組直接用表 1 中 4 個 pH 梯度的土樣 (4 個處理，代號為 Acidified)；用石灰將表 1 中 4 個 pH 梯度的土樣的 pH 調(diào)節(jié)到 6.0 做為第二組處理 (代號為Limed)，其目的在于消除土壤中鋁毒[35]和冬小麥作物酸害[36]。在 pH 為 4.0、4.5、4.8 和 5.2 時石灰用量分別為 3.4、1.9、1.0 和 0.7 g/kg 土。校正 pH 后土樣放置平衡 10 天[2]。

盆栽試驗在溫室中進行，溫室位于湖南祁陽紅壤試驗站內(nèi)。試驗用盆直徑 12 cm，高 15 cm。每盆裝土 1.65 kg。裝盆前每盆施尿素 0.35 g、過磷酸鈣1.78 g、氯化鉀 0.27 g，混勻，取出其中 150 g 土裝入直徑 3 cm、高 12 cm 的尼龍紗網(wǎng)根袋中 (300 目)，置于盆中央，然后將其余 1.5 kg 土裝入盆中。每個處理重復 3 次。全部盆裝好后放置 2 天，然后在每盆的根袋中播入已催芽的冬小麥種子 10 粒，確保最后有 6 株冬小麥苗。加蒸餾水使每盆土壤水分達到田間持水量的 70%，并每隔 3～4 天稱重加水保持水分穩(wěn)定。盆栽小麥生長時間為 2014 年 11 月 13 日至2015 年 2 月 2 日收獲，共歷時 80 天。冬小麥生長期間大部分天數(shù)為多云天氣，溫度在 1℃～23℃ 之間。

冬小麥生長結束后 (植物地下部生長充滿根袋)，用剪刀緊挨土面將植株剪下，并仔細地揀出根袋中的所有小麥根系，分別洗凈、烘干后稱重。根袋中土樣去掉表面 2 cm 土，收集袋內(nèi)其余土作為根際土(Rhizospheric Soil-RS)，將根袋外的土混勻，四分法取樣做為非根際土 (Bulk Soil-BS)。將所有土樣風干，磨細過 20 目篩備用。

1.3 測定方法

土樣緩效鉀用 1 mol/L HNO3煮沸法提取[37]；交換性鉀用 1 mol/L NH4OAC 浸提[37]；植株全鉀用H2SO4-H2O2消煮。所有提取液或消煮待測液中的鉀含量均用火焰光度法測定[36]。土壤 pH 用電位法測定[37]；土壤陽離子交換量 (CEC) 用乙酸銨法測定[37]；土壤有機質(zhì)測定用重鉻酸鉀外加熱容量法[37]；緩沖容量用酸堿滴定法進行測定[34]。

1.4 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

冬小麥吸鉀量 (g/pot) = 植株干重 (g/pot) × 植株鉀含量 (%) + 根系干重 (g/pot) × 根鉀含量 (%)

根際鉀素富集率 (%) = (根際土鉀含量?非根際土鉀含量)/非根際土鉀含量 × 100

富集率 (Enrichment ratio, ER) 表示根際對土壤營養(yǎng)元素的富集程度，反映根際效應的強弱[38]。

根際速效鉀虧缺率 (%) = (非根際速效鉀含量?根際速效鉀含量)/非根際速效鉀含量 × 100

根際鉀離子飽和度虧缺率 (%) = (非根際鉀離子飽和度?根際鉀離子飽和度)/非根際鉀離子飽和度 × 100

采用 Excel 2003 作圖，SPSS 20.0 軟件進行統(tǒng)計分析，LSD 法多重比較。

2 結果與分析

2.1 酸化及石灰改良土壤冬小麥生物量

酸化處理紅壤冬小麥生物量在 pH 4.0～4.8 之間隨 pH 升高而顯著升高，pH 4.8 和 pH 5.2 土壤間無顯著差異 (圖 1)。施石灰改良處理冬小麥生物量也隨土壤初始 pH 升高顯著升高，且均顯著高于相應的酸化土壤，在 pH 4.0、4.5、4.8 和 5.2 時分別提高180.7%、37.4%、26.0%、29.4% (圖 1)。

2.2 酸化及石灰改良土壤冬小麥吸鉀量

酸化土壤冬小麥吸鉀量變幅為 1.2～38.0 mg/pot，施石灰土壤冬小麥吸鉀量變幅為 14.4～47.3 mg/pot，均隨 pH 或初始 pH 升高而顯著增加 (圖 1)。且后者的吸鉀量在 pH 4.0、4.5、4.8 和 5.2 時均顯著高于前者，增幅分別達 1076.9%、37.7%、20.5%、24.9% 。

圖1 酸化紅壤及其經(jīng)石灰改良至 pH 6.0 后紅壤冬小麥生物量和鉀吸收量Fig. 1 Winter wheat biomass and K uptake in red soils before and after remediation with lime to pH 6

2.3 酸化及石灰改良土壤速效鉀變化

不同酸化處理冬小麥根際土壤速效鉀含量在65.3～135.3 mg/kg 之間，在 pH 4.0～4.8 范圍內(nèi)隨pH 升高顯著降低，pH 4.8 和 pH 5.2 則無顯著差異。非根際土壤速效鉀含量范圍為 107.0～127.0 mg/kg，表現(xiàn)為 pH 4.0 ＞ pH 4.8 = pH 5.2 ＞ pH 4.5 (圖 2)。在 pH 4.0 下，根際土壤速效鉀顯著高于非根際土，根際富集率達 6.1%；在 pH 4.5、pH 4.8、pH 5.2 處理中，根際土壤速效鉀表現(xiàn)為虧缺，虧缺率分別為28.3%、44.0%、43.0%。

施石灰改良處理根際土壤速效鉀含量在 39.7～45.0 mg/kg 之間。初始 pH 為 5.2 的處理根際土壤速效鉀顯著高于其它 3 個處理，后三者無顯著差異。非根際土壤速效鉀變幅為 104.0～124.3 mg/kg，有明顯隨 pH 升高而下降的趨勢，但初始 pH 5.2 和 pH 4.8土壤無顯著差異。施石灰改良處理根際土壤速效鉀均顯著低于其對應的非根際土壤，pH 4.0、4.5、4.8和 5.2 處理根際土壤速效鉀虧缺率分別達 66.8%、64.0%、62.8% 和 56.7% (圖 2)。

圖2 酸化紅壤及其經(jīng)石灰改良至 pH 6.0 后冬小麥收獲時根際和非根際土壤速效鉀含量Fig. 2 Available K content in rhizospheric and bulk soil in acidified red soils before and after lime remediation to pH 6 at winter wheat harvest

2.4 酸化及石灰改良土壤緩效鉀變化

酸化處理下根際土壤緩效鉀變幅為 85.3～153.3 mg/kg，根際土壤緩效鉀在 pH 4.0 與 pH 4.5 處理間顯著降低，而在 pH 4.8 與 pH 5.2 處理間顯著升高，在pH 4.5 和 pH 4.8 處理間差異不顯著。非根際土壤緩效鉀介于 76.3～116.3 mg/kg 之間，表現(xiàn)為 pH 4.8 ＞ pH 4.0 ＞pH 5.2 ＞ pH 4.5 (圖 3)。pH 4.0 和 pH 4.8 處理中非根際土緩效鉀顯著高于根際土，根際虧缺率分別達 6.3%和 26.7%；但在 pH 4.5 和 pH 5.2 處理中根際土緩效鉀顯著高于非根際土，根際富集率達 14.8% 和 63.7%。

圖3 酸化紅壤及其經(jīng)石灰改良至 pH 6.0 后冬小麥收獲時根際和非根際土壤緩效鉀含量Fig. 3 Slowly available potassium content in rhizospheric and bulk soil in acidified red soils before and after lime remediation to pH 6 at winter wheat harvest

施石灰處理根際土壤緩效鉀變幅為 98.7～160.3 mg/kg，隨初始 pH 升高顯著升高 (圖 3)；緩效鉀和初始 pH 極顯著正相關 (y = 53.75 pH – 112.07，R2= 0.9325**)。非根際土壤緩效鉀變幅為 91.7～136.0 mg/kg，表現(xiàn)為 pH 5.2 ＞ pH 4.5≥pH 4.0 ＞ pH 4.8。在 pH 4.0 下非根際土壤緩效鉀顯著高于根際土值，根際虧缺率達 14.0%；在 pH 4.5、pH 4.8 和 pH 5.2 下根際土壤緩效鉀顯著高于非根際土，根際富集率分別達 14.5%、69.5%、17.9% 。

2.5 酸化及石灰改良土壤鉀離子飽和度變化

酸化處理根際土壤鉀離子飽和度變幅為 1.5%～4.3%，隨初始 pH 升高顯著下降；非根際土壤鉀離子飽和度介于 4.3%～4.6% 間，隨 pH 升高呈升高趨勢，pH 5.2 處理非根際土壤鉀離子飽和度顯著高于pH 4.8 處理，且兩者均顯著高于 pH 4.0 和 pH 4.5 處理 (圖 4)。pH 4.5、4.8 和 5.2 處理根際土壤鉀離子飽和度虧缺率分別達 48.8%、64.4%、67.4%。

施石灰改良處理根際土壤鉀離子飽和度變幅為1.5%～1.6%，但各處理間無顯著差異。非根際土鉀離子飽和度變化趨勢與酸化處理下變化相一致 (圖 4)，各處理均低于改良前相對應的酸化土壤，變幅為3.6%～4.4%。各處理根際土壤鉀離子飽和度均顯著低于對應的非根際土，pH 4.0、4.5、4.8 和 5.2 處理根際鉀離子飽和度虧缺率分別達 58.3%、55.6%、63.2%、65.9% 。

圖4 酸化處理及其經(jīng)石灰改良至 pH 6.0 后冬小麥收獲時根際和非根際土壤鉀離子飽和度Fig. 4 Potassium ion saturation in rhizospheric and bulk soil in acidified red soils before and after lime remediation to pH 6 at winter wheat harvest

2.6 土壤鉀素、土壤 pH 和作物生長指標的關系

表 2 給出了根際土壤速效鉀虧缺率與冬小麥吸鉀量、根際土壤鉀離子飽和度虧缺率、初始 pH 的關系，可以看出在酸化處理紅壤上，冬小麥根際土壤速效鉀虧缺率和冬小麥吸鉀量與根際鉀離子飽和度虧缺率呈極顯著正相關；施石灰改良處理根際土壤速效鉀虧缺率和初始 pH 呈顯著負相關 (表 2)。

表2 根際土壤速效鉀虧缺率與冬小麥吸鉀量、根際鉀離子飽和度虧缺率、初始 pH 的線性相關Table 2 Linear correlation of soil available K deficit rate as a function of K uptake, deficit rate and K+saturation (DRKS) in rhizospheric soil and initial pH

酸化處理下，冬小麥生物量與根際速效鉀虧缺量呈極顯著正相關 (圖 5)，而施石灰改良后冬小麥生物量與土壤根際速效鉀虧缺量呈顯著負相關。

3 討論

酸化土壤由于 pH 下降，土壤中正電荷增加，吸附在土壤膠體上的鈣、鎂、鉀等陽離子被置換而隨雨水淋失，同時土壤結構也發(fā)生改變而導致土壤肥力下降，影響作物生長。曾勇軍等[39]研究發(fā)現(xiàn)隨著土壤 pH 的下降，雙季早、晚稻始穗期推遲，生育期延長，產(chǎn)量降低。張昌愛等[40]通過盆栽試驗模擬酸化條件下油菜根系的生理生態(tài)變化情況，發(fā)現(xiàn)根的生物量、根系活力、根體積、根長度、根系的營養(yǎng)吸收量均受土壤酸化的影響。于天一等[41]研究發(fā)現(xiàn)旱地紅壤酸化導致玉米產(chǎn)量連年下降。周海燕[42]研究發(fā)現(xiàn)小麥–玉米輪作體系下，酸化土壤限制了作物生長，導致作物產(chǎn)量極顯著下降。土壤酸化使作物生長環(huán)境條件變差，過酸的土壤造成許多營養(yǎng)元素的有效性降低，使得土壤的宜種性降低，影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本試驗結果與上述研究結果類似。紅壤酸化以后，冬小麥生長受到抑制，土壤酸度越高，抑制越嚴重 (圖 1)。一方面可能是隨 pH 降低，過多的 H+影響葉綠素含量及根系活力[43]；另一方面，土壤酸化導致高活性鋁的含量大幅度增加，鋁毒害加劇了冬小麥生長受害的程度[44]。同樣地，冬小麥生長的抑制導致了其對鉀素的吸收的減少 (圖 1)，這在其它研究中也有報道[35,36]。酸化處理冬小麥生物量在 pH 4.8 與 5.2 間無顯著差異，而兩者的吸鉀量差異顯著，可能和相對較高的 pH 條件下冬小麥根系受到脅迫相對較小有關。施用石灰矯正 pH 到 6.0 的處理均顯著提高了冬小麥生物量和吸鉀量，這是由于施石灰有效降低了土壤酸度，減輕了鋁毒危害，促進了次生根發(fā)育，增強了冬小麥根系對水分和鉀養(yǎng)分的吸收。冬小麥生物量和吸鉀量隨初始 pH 升高而升高可能和鉀素等養(yǎng)分供應有關，因為矯正強酸化紅壤需要加入的石灰量勢必增大，過多的石灰施入可導致土壤鉀素及磷等有效性降低[45–47]。

圖5 冬小麥生物量與根際速效鉀虧缺量的關系Fig. 5 The relationship between biomass of winter wheat and the deficit of soil available K

與過多施入石灰導致土壤鉀素及磷等有效性降低不同，酸化處理根際土壤速效鉀隨 pH 降低而升高是由于低 pH 促進了土壤緩效鉀釋放；酸化及施石灰處理根際土壤速效鉀顯著低于非根際土壤，是由于作物吸收導致的根際土壤鉀素消耗所致[48](圖 2)。但酸化處理 pH 4.0 時冬小麥根際土壤速效鉀含量顯著高于非根際 (圖 2)，一方面可能由于在 pH 4.0 下土壤處于鋁緩沖體系，鋁大量溶出，Al3+是陽離子通道阻斷劑，可阻斷冬小麥根細胞的 K+通道[49]，因而降低了作物對鉀素的吸收；另一方面，低 pH 促進了土壤緩效鉀的釋放。施石灰處理中，非根際土壤速效鉀含量呈現(xiàn)出隨初始 pH 升高而降低的趨勢，可能是由于隨 pH 升高，冬小麥生物量顯著增加，蒸騰作用消耗水分較多，導致土壤鉀素隨水分 (質(zhì)流) 向根際土壤遷移。和速效鉀類似，酸化處理根際土壤緩效鉀在 pH 4.0 和 4.5 間顯著降低是因為作物鉀吸收量顯著增加，在 pH 4.5 和 4.8 間無顯著差異可能因為兩者酸度相差較小所致。而在 pH 5.2 下根際土壤緩效鉀顯著高于其它 3 個處理，同樣地可能是因為這個處理 pH 相對較高，根系所受脅迫較小，生長消耗水分較多使土壤鉀素隨水分 (質(zhì)流) 由非根際土壤向根際土壤遷移，非根際土壤緩效鉀較低也支持這一解釋。施石灰改良處理下隨初始 pH 值升高，根際土壤緩效鉀出現(xiàn)富集，但非根際土緩效鉀則隨 pH 升高而降低，顯然也是由于鉀素隨作物蒸騰作用增加而隨水移動導致的。

針對鉀養(yǎng)分的富集或虧缺，相關分析發(fā)現(xiàn)，酸化條件下冬小麥根際土壤速效鉀虧缺率和冬小麥吸鉀量及根際鉀離子飽和度虧缺率極顯著正相關，是因為隨 pH 升高，冬小麥受脅迫程度降低，其生長和吸鉀強度增加，從而對根際土壤速效鉀消耗增加，冬小麥生物量隨之增加。施石灰處理根際土壤速效鉀虧缺率與初始 pH 呈顯著負相關及其與小麥生物量的關系，則可能是因為施石灰導致土壤速效鉀固定增加[45–46]，其機理需要做進一步研究。

4 結論

1) 紅壤酸化和石灰改良條件下土壤速效鉀基本呈現(xiàn)出根際高于非根際，而鉀離子飽和度則與之相反，但二者均受初始 pH 的顯著影響。不同酸化土壤冬小麥根際土壤速效鉀、鉀離子飽和度均隨土壤 pH升高顯著下降；施石灰改良后不同初始 pH 處理根際土壤速效鉀、鉀離子飽和度均顯著低于對應的非根際土值。

2) 酸化嚴重限制了冬小麥植株生長及對鉀的吸收，pH 越低抑制作用越大，鉀的生物有效性越低。不同 pH 下添加石灰均顯著提高冬小麥生物量及吸鉀量，在 pH 低于 5.0 時，添加石灰改良紅壤提升冬小麥根際鉀生物有效性的效應隨初始 pH 升高逐漸降低。根際速效鉀與鉀離子飽和度可以較好的反映冬小麥的吸鉀量，但酸化和石灰改良的反映效果不同。因此，研究紅壤根際鉀素能夠較好的指導該地區(qū)鉀素高效利用。

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The response of soil potassium availability in rhizospheric soil of winter wheat to acidified and limed red soil

MEI Xu-yang1,2,3, GAO Ju-sheng2,3, YANG Xue-yun1*, HUANG Jing2,3, CAI Ze-jiang2,3, LI Dong-chu2,3, WANG Bo-ren2,3, LIU Kai-lou2,4, XU Ming-gang2,3, ZHANG Hui-min2,3*
( 1 College of Natural Resources and Environment, Northwest A&FUniversity, Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agric-Environment in Northwest China, Ministry of Agriculture, Yangling 712100, Shaanxi; 2 Institute of Agricultural Resources and Reginal Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081, China; 3 National Observation Station of Qiyang Agri-ecology System, Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, CAAS, Qiyang, Hunan 426182, China; 4 National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Jiangxi Institute of Red Soil, Jinxian, Jiangxi 331717, China )

Abstract: 【Objectives】Understanding the effect of soil initial acidity on the potassium availability will provide basis to remediate acidified soil.【Methods】A typical quaternary red clay soil in Qiyang County, Hunan Province, was acidified into soil pH gradient of 4.0, 4.5, 4.8 and 5.2 (refer to acidified). For each pH gradient, half of the soil was added with lime to regulate the pH to a final value of 6 (refer to limed). A winter wheat pot experiment was then conducted using the treated soils. A nylon root bag was placed inside each pot, 150 g soil was placed inside the nylon root bag and total 1.65 kg of the treated red soil was add into the pot. Wheat biomass and potassium uptake were investigated after 80 days’growth of winter wheat, and the changes of potassium content in different forms of rhizospheric and bulk soils of winter wheat were measured and compared.【Results】1) The biomass of winter wheat (roots and shoots) was significantly higher in all the limed treatments than in the corresponding acidified treatments; The biomass was positively and significantly (P ＜ 0.05) correlated to the soil initial pH value for both acidified and limed soils, but it was only positively and significantly (P ＜ 0.05) correlated to the potassium uptake for acidified treatments. 2) The concentration of soil available potassium was markedly higher in bulk soils than those in corresponding rhizospheric soils for both sets of soils except for acidified soil of pH 4.0 where the same value was observed; soil available potassium in rhizospheric soils of acidified treatment and in bulk soils of limed declined with increasing initial soil pH value. 3) Soil potassium ion saturation was significantly higher in bulk soils than in corresponding rhizospheric soils for both sets of the soils; Soil potassium ion saturation in rhizospheric soils of acidified treatment declined with increasing soil pH value; whereas it showed an increasing trend in bulk soils of both acidified and limed treatments. 4) The winter wheat biomass was positively and significantly (P ＜ 0.01) correlated to the deficit of soil available potassium in rhizospheric soil for acidified soils, and the deficit rate of soil available potassium in rhizospheric soil was positively and significantly (P ＜ 0.01) correlated to either the potassium uptake by winter wheat, or the deficit rate of potassium ion saturation of rhizospheric soil for acidified soils. whereas, a significant positive (P ＜ 0.05) correlation was observed between the deficit rate of soil available potassium and its initial soil pH value in rhizospheric soil for limed soil.【Conclusions】Within the pH range of the experiment, available potassium in rhizospheric soil is increased with the decreasing soil pH value, but the amount of potassium uptake by winter wheat seedlings and their biomass will increase with increasing soil pH. This discrepancy has suggested that it is soil acidity that governing potassium absorption of winter wheat on acidified red soil, rather than soil available potassium. Lime application could reduce the acidity of soil, therefore efficiently enhance the growth of winter wheat and the amount of the potassium absorption. Liming should be carried out best before the pH value dropped down to 5.0, and after liming, appropriate amount of potassium containing fertilizer is needed to ensure the desired soil available potassium level.

red soil; soil acidification; rhizospheric soil; lime; availability of potassium

S156.6; S158

A

1008–505X(2016)06–1568–10

2016–03–09 接受日期：2016–06–06

國家自然科學基金（41371293，41671301）；國家“973” 計劃（2011CB100501）；國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201203030）資助。

梅旭陽（1989—），男，陜西西安人，碩士研究生，主要從事長期施肥與土壤鉀素有效性方面研究。E-mail：mxybll@126.com

* 通信作者 Tel：029-87080050，E-mail：xueyunyang@nwsuaf.edu.cn；Tel：010-82105039，E-mail: zhanghuimin@caas.cn