張?jiān)虏瑒⒔?，楊 揚(yáng)，廖文華，楊紹國(guó)，趙英杰

（1．河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071001；2．唐山市曹妃甸區(qū)農(nóng)林畜牧水產(chǎn)局，河北 唐山 063200）

水稻是冀東濱海平原的主栽作物［1］，水稻種植已有70 余年［2］，已有資料表明，每生產(chǎn)1000kg的稻谷，地上部需吸收鉀19.0～27.4kg［3］，每年水稻種植中帶走土壤大量的鉀，但冀東濱海平原稻區(qū)施用鉀肥水稻增產(chǎn)效果并不顯著［4］。大量資料表明，土壤全鉀、緩效鉀、速效鉀狀況是影響鉀肥產(chǎn)量效應(yīng)的重要因素［5］，而土壤母質(zhì)是影響土壤鉀庫(kù)狀況的主要因素［6-7］。目前關(guān)于土壤母質(zhì)對(duì)土壤鉀的影響研究多集中在土壤粘土礦物類型對(duì)鉀的固定與釋放及其特點(diǎn)［8］。已有的關(guān)于稻區(qū)土壤鉀庫(kù)狀況及鉀肥產(chǎn)量效應(yīng)的研究多集中在南方雙季稻施用鉀肥的產(chǎn)量效應(yīng)及其對(duì)土壤鉀的影響［9-10］；而關(guān)于土壤鉀庫(kù)及影響因素的研究多為旱田土壤上施用鉀肥對(duì)土壤鉀形態(tài)、供鉀能力等的影響［11-12］及秸稈還田對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響［13］。

綜上已有資料，關(guān)于從20 世紀(jì)80 年代初第二次土壤普查至今，冀東濱海平原稻區(qū)土壤鉀庫(kù)現(xiàn)狀與變化、成土母質(zhì)等因素對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響等研究尚少。而這些研究對(duì)于揭示濱海平原區(qū)土壤母質(zhì)及地貌對(duì)土壤鉀的影響機(jī)理、科學(xué)利用土壤鉀養(yǎng)分資源具有重要意義。針對(duì)上述問題，本文以冀東濱海平原曹妃甸區(qū)為代表區(qū)域，系統(tǒng)研究冀東濱海平原稻區(qū)土壤鉀庫(kù)的狀況與演變，母質(zhì)等因素對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響，旨在為水稻持續(xù)高產(chǎn)下科學(xué)管理土壤鉀養(yǎng)分資源提供理論依據(jù)，為科學(xué)施用鉀肥提供技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

冀東濱海平原代表縣曹妃甸區(qū)（北緯39°07′43″～39°27′23″，東經(jīng)118°12′12″～118°43′16″）。屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候類型，無霜期188d，年均降水量622mm。冀東濱海平原包括灤河水系形成的沖積平原末端和濱海（渤海）平原，土壤母質(zhì)包括海相沉積物、瀉湖沉積物、河流沖積物［4］，其中海相沉積物占78.64%、瀉湖沉積物占13.43%、河流沖積物占7.93%［2］。

1.2 數(shù)據(jù)來源

第二次土壤普查部分?jǐn)?shù)據(jù)材料［2］，2008～2011 年測(cè)土配方施肥項(xiàng)目中的土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果［4］；2015～2017 年與二次土壤普查樣點(diǎn)重合土壤養(yǎng)分定位監(jiān)測(cè)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)比較土壤各形態(tài)鉀的變化，共計(jì)400 個(gè)樣點(diǎn)。

種稻年限基于二次土壤普查數(shù)據(jù)（土壤樣點(diǎn)圖及水稻種植狀況的記載等），結(jié)合測(cè)土配方施肥項(xiàng)目的取樣點(diǎn)來確定文中土壤樣點(diǎn)［2，4］，土壤鉀的收支平衡數(shù)據(jù)基于測(cè)土配方施肥項(xiàng)目中的“3414”試驗(yàn)鉀肥在水稻上的產(chǎn)量效應(yīng)的數(shù)據(jù)［4］。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

土壤全鉀、緩效鉀、速效鉀、全鹽、有機(jī)質(zhì)、有效磷等，采用常規(guī)土壤分析方法［14］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel2007 和SPSS19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冀東濱海平原稻區(qū)土壤鉀素現(xiàn)狀

冀東濱海平原土壤鉀庫(kù)現(xiàn)狀及變化如表1 所示。土壤全鉀、緩效鉀、速效鉀的平均含量分別為23.04g/kg、1615.94mg/kg、247.37mg/kg。緩效鉀/全鉀為7.0%；速效鉀/全鉀為1.1%；速效鉀/緩效鉀為15.3%。

與20 世紀(jì)80 年代初二次土壤普查時(shí)相比，土壤全鉀、速效鉀含量無顯著變化。

表1 冀東濱海平原稻區(qū)土壤鉀庫(kù)現(xiàn)狀及變化

2.2 不同母質(zhì)對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響

不同母質(zhì)對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響如表2 所示。土壤各形態(tài)鉀的含量海相沉積物和瀉湖沉積物顯著高于河流沖積物，海相沉積物、瀉湖沉積物二者之間差異不顯著。

表2 不同土壤母質(zhì)對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響

海相沉積物和瀉湖沉積物發(fā)育的土壤中供鉀潛力顯著高于河流沖積物發(fā)育的土壤。即海相沉積物和瀉湖沉積物土壤鉀庫(kù)中速效鉀、緩效鉀占全鉀的比值相對(duì)高，兩種母質(zhì)之間差異不顯著。

2.3 種稻年限對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響

不同種稻年限土壤鉀庫(kù)的狀況如表3 所示。隨著種稻年限的增加，土壤全鉀和速效鉀無顯著變化，緩效鉀顯著下降。隨種稻年限增加，各年限土壤全鉀、速效鉀平均（加權(quán)）分別維持在23.96g/kg、257.41mg/kg 左右。與種稻40 年相比，緩效鉀呈明顯下降趨勢(shì)，年均減少20.19mg/kg。

隨著種稻年限增加，緩效鉀/全鉀呈明顯下降趨勢(shì)，速效鉀/全鉀無顯著變化，速效鉀/緩效鉀呈顯著升高趨勢(shì)。其中，與種稻40 年相比，種稻50 年緩效鉀/全鉀無顯著變化，60、70 年緩效鉀/全鉀分別下降了1.5、2.2 個(gè)百分點(diǎn)；種稻50、60、70 年速效鉀/緩效鉀分別增加了1.0、2.2、3.4個(gè)百分點(diǎn)。種稻40～70 年間速效鉀/全鉀無顯著變化。

2.4 土壤鹽分與土壤速效鉀的關(guān)系

土壤鹽分與土壤速效鉀的關(guān)系如圖1 所示。隨著土壤鹽分的增加，土壤速效鉀逐漸增加，土壤速效鉀與土壤鹽分呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)方程為：

其中，x 為水溶性鹽（%），y 為速效鉀（mg/kg）。

表3 不同種稻年限土壤鉀庫(kù)的狀況

圖1 土壤水溶性鹽與土壤速效鉀的關(guān)系

2.5 土壤有機(jī)質(zhì)與土壤速效鉀的關(guān)系

土壤有機(jī)質(zhì)與土壤速效鉀的關(guān)系如圖2 所示。隨著土壤有機(jī)質(zhì)的增加，土壤速效鉀含量呈逐漸增加的趨勢(shì)。土壤速效鉀與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)方程為：

其中，x 為有機(jī)質(zhì)（g/kg），y 為速效鉀（mg/kg）。

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)與土壤速效鉀的關(guān)系

2.6 土壤有效磷與土壤速效鉀的關(guān)系

土壤有效磷與土壤速效鉀的關(guān)系如圖3 所示。土壤速效鉀與有效磷無顯著相關(guān)關(guān)系。

圖3 土壤有效磷與土壤速效鉀的關(guān)系

2.7 土壤鉀的收支平衡狀況

基于鉀肥在水稻上的產(chǎn)量效應(yīng)結(jié)果［4］計(jì)算土壤鉀的收支平衡狀況，結(jié)果如表4 所示。K 用量分別為0.0（K0）、31.12（K1）、62.24（K2）、93.36（K3）（K2O 用量0、37.5、75.0、112.5）kg/hm2時(shí)，土壤鉀的收支表觀平衡均虧，分別為-100%、-85.6%、-72.0%、-56.7%。K0處理相對(duì)于K2處理水稻產(chǎn)量96.7%，即土壤供鉀量167.79kg/hm2，考慮土壤供鉀量后，各鉀肥處理土壤鉀實(shí)際盈余量分別為0、30.03、56.37、92.78kg/hm2?？梢?，理論上計(jì)算K用量31.12kg/hm2即可滿足目前水稻產(chǎn)量水平下其生長(zhǎng)需求，土壤鉀處于積累狀態(tài)。

基于表4 水稻產(chǎn)量、秸稈及稻谷和秸稈全鉀量計(jì)算，每形成1000kg稻谷，需要鉀23.10kg，其中，水稻吸收鉀在籽粒和秸稈的分配比例為：籽粒占12.2%，秸稈占87.8%。水稻種植中根茬（根系+地上部15cm 殘茬）還田量相當(dāng)于秸稈量的25%。這樣計(jì)算，K 用量分別為K0、K1、K2、K3水平時(shí)土壤鉀收支表觀平衡分別為-100%、-81.6%、-64.2%、-44.6%。

表4 土壤鉀平衡狀況

3 討論

3.1 成土母質(zhì)對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響

成土母質(zhì)是影響植物礦質(zhì)養(yǎng)分含量尤其是土壤養(yǎng)分容量、緩效養(yǎng)分含量的主要因素。土壤速效養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度主要受其緩效養(yǎng)分含量的影響，而其土壤全量養(yǎng)分含量對(duì)速效養(yǎng)分的影響主要取決于成土母巖的礦物類型（山地或丘陵區(qū)域的洪沖積物）、粘土礦類型（平原區(qū)域的沖積物、湖積物、海積物等）等因素［15-17］。土壤鉀庫(kù)受土壤母質(zhì)影響的原因是由于母質(zhì)反映了土壤含鉀礦物的構(gòu)成，從而影響土壤鉀供應(yīng)的容量和強(qiáng)度，同時(shí)母質(zhì)是影響土壤物理性質(zhì)，尤其是團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的主要因素。

本研究結(jié)果表明：成土母質(zhì)是影響冀東濱海平原稻區(qū)土壤鉀庫(kù)及供鉀能力的主要因素，土壤全鉀、緩效鉀、速效鉀含量均表現(xiàn)為海相沉積物和瀉湖沉積物顯著高于河流沖積物。這與已有相關(guān)研究結(jié)果：土壤供鉀強(qiáng)度、容量及其緩沖能力為海相沉積物＞河流沖積物、黃土性物質(zhì)［18］，土壤速效鉀空間變異特征受成土母質(zhì)的影響［19］等結(jié)論一致。本研究區(qū)域河流沖積物母質(zhì)源于灤河沖積物，河流沖積物質(zhì)地輕，以硅酸鹽為主；海相沉積物源于渤海，其中低洼區(qū)域發(fā)育瀉湖微地形，形成瀉湖沉積物，兩種母質(zhì)均呈淤泥狀細(xì)顆粒物理性狀，土壤粘重，且粘粒礦物組成以2∶1 型的伊利石為主［20］。這是影響該區(qū)域不同成土母質(zhì)發(fā)育的土壤鉀庫(kù)顯著不同的主要因素。

3.2 種稻年限對(duì)土壤鉀庫(kù)的影響

耕種施肥年限是影響土壤養(yǎng)分的重要因素。本研究結(jié)果表明，種稻40～70 年內(nèi)，隨著種稻年限的增加，土壤全鉀、速效鉀無顯著變化，緩效鉀顯著下降。結(jié)合水稻“3414”試驗(yàn)中鉀肥用量和對(duì)應(yīng)產(chǎn)量結(jié)果得到的土壤鉀收支平衡數(shù)據(jù)：K2O 用量為0.0、75.0（K2水平）kg/hm2時(shí)，相當(dāng)于每年分別從土壤中帶走鉀167.79、111.42kg/hm2，結(jié)合土壤容重1.37g/cm3［2］，理論上計(jì)算相當(dāng)于每年耕層土壤鉀分別減少61.24、40.66mg/kg?？梢?，導(dǎo)致該區(qū)域土壤緩效鉀下降而速效鉀無變化的主要原因是作物消耗的鉀高于土壤輸入鉀，而土壤緩效鉀補(bǔ)給了速效鉀，這樣土壤速效鉀未顯著變化而緩效鉀明顯降低。此結(jié)果與鮑士旦等［21］的研究結(jié)果一致。而全鉀的含量未顯著變化原因可能是：一是土壤全鉀含量高，土壤鉀庫(kù)容量大，這樣土壤全鉀數(shù)值上無顯著變化；二是該區(qū)域地下水礦化度高，其K+含量為1.9～5.5mg/L［22］，地下水位很淺，水稻灌溉期間地下水與稻田地上灌溉水連通，地下水的鉀理論上會(huì)補(bǔ)給土壤鉀，這也可能是速效鉀未顯著變化的原因之一。關(guān)于地下水鉀與土壤各形態(tài)鉀庫(kù)量化關(guān)系及影響因素等有待于進(jìn)一步深入研究。

3.3 土壤鹽分、有機(jī)質(zhì)、有效磷與速效鉀相關(guān)性

冀東濱海平原土壤母質(zhì)以渤海沖積物為主，土壤鹽分含量為海相沉積物、湖相沉積物＞沖積物，其鹽基離子K+、Na+、Mg2+有相同趨勢(shì)，海相沉積物、湖相沉積物區(qū)域地下水位低，地下水的礦化度高，在一定程度上可能對(duì)土壤鉀有補(bǔ)給作用［2，4］。因此隨著土壤鹽分的增加，土壤速效鉀的含量逐漸增加。

周曉芬等［23］在研究河北省褐、潮土區(qū)土壤鉀素形態(tài)及供鉀能力時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤速效鉀與有機(jī)質(zhì)間呈極顯著正相關(guān)。本研究表明有機(jī)質(zhì)與速效鉀存在顯著正相關(guān)關(guān)系。這是由于：該區(qū)域每年還田稻茬約15cm，相當(dāng)于25%秸稈還田。水稻秸稈還田過程中養(yǎng)分釋放量為碳（有機(jī)碳）＞鉀＞氮＞磷，秸稈中氮、磷含量很低且釋放量相對(duì)較少［24］，表現(xiàn)為土壤速效鉀的補(bǔ)充和有機(jī)質(zhì)的積累。因此土壤速效鉀與有機(jī)質(zhì)間出現(xiàn)了正相關(guān)關(guān)系，但有機(jī)質(zhì)不是影響土壤鉀庫(kù)的主要因素。從數(shù)據(jù)分析看，由于是大樣本量分析，統(tǒng)計(jì)上二者顯著相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)小。

該區(qū)域土壤磷庫(kù)以無機(jī)磷為主，而Ca-P 占無機(jī)磷的比重顯著低于石灰性土壤，Al-P、Fe-P、O-P 占無機(jī)磷比重尤其是Al-P、Fe-P 占無機(jī)磷的比重顯著高于北方石灰性土壤［25］。長(zhǎng)期土壤磷輸入大于輸出是導(dǎo)致有效磷增加的主要原因［26］，耕種施肥是影響該區(qū)域土壤有效磷增加的主要原因，表現(xiàn)出河流沖積物發(fā)育的土壤有效磷高于海相沉積物、瀉湖沉積物發(fā)育的土壤有效磷［4，27］，而土壤母質(zhì)是影響該區(qū)域土壤速效鉀含量的主要因素，數(shù)據(jù)上統(tǒng)計(jì)，有效磷與速效鉀含量間無相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

土壤全鉀、緩效鉀、速效鉀的平均含量分別為23.04g/kg、1615.94mg/kg、247.37mg/kg。種稻40～70 年間，隨著種稻年限的增加，土壤全鉀、速效鉀無顯著變化，緩效鉀呈顯著下降趨勢(shì)。

不同成土母質(zhì)發(fā)育的土壤全鉀、緩效鉀、速效鉀含量均為海相沉積物和瀉湖沉積物顯著高于河流沖積物；土壤緩效鉀/全鉀、速效鉀/全鉀有相同規(guī)律，3 種母質(zhì)間速效鉀/緩效鉀值無顯著差異。海相沉積物、瀉湖沉積物二者之間的土壤各形態(tài)鉀含量及比值均無顯著差異。

土壤速效鉀與土壤鹽分、有機(jī)質(zhì)均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，土壤速效鉀與有效磷無顯著相關(guān)關(guān)系。