周玲紅，黃 晶，王伯仁，李冬初，柳開(kāi)樓，韓天富，張會(huì)民

南方酸化紅壤鉀素淋溶對(duì)施石灰的響應(yīng)*

周玲紅1，2，黃 晶1，2?，王伯仁1，2，李冬初1，2，柳開(kāi)樓1，3，韓天富1，張會(huì)民1，2?

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2. 湖南祁陽(yáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀(guān)測(cè)研究站，湖南祁陽(yáng) 426182；3. 江西省紅壤研究所，國(guó)家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西進(jìn)賢 331717）

為探究石灰施用的長(zhǎng)期和短期效應(yīng)對(duì)酸化紅壤鉀素的影響，依托始于1990年的國(guó)家紅壤肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，選取化肥氮磷配施（NP）、氮磷鉀配施（NPK）、氮磷鉀配施+半量秸稈還田（NPKS）及其增加常量石灰（NPL、NPKL、NPKSL）6個(gè)處理。室內(nèi)土柱淋溶試驗(yàn)設(shè)置0 L、0.5 L、1 L和1.5 L石灰施用量，監(jiān)測(cè)田間和淋溶后0～50 cm土層速效鉀和緩效鉀含量、pH及淋溶液中鉀離子（K+）含量的變化。結(jié)果表明：1）施用石灰4年后，與NPKS、NPK、NP相比，各處理均增加了相應(yīng)土層的緩效鉀含量；NPKSL和NPL處理分別增加了0～40 cm和0～10 cm速效鉀含量，增幅分別為2.06%～36.39%和27.26%。2）石灰施用量相同，各處理土壤累積K+淋溶量由大到小依次為NPKS處理、NPK處理和NP處理。施用石灰減少了NPKS和NPK處理淋溶液中累積K+含量，降幅為18.10%～57.70%，且K+淋溶率也下降。3）施石灰提高了表層土壤pH；土壤中鉀素盈余情況下，石灰當(dāng)季施用量每增加1 000 kg·hm–2，K+淋溶損失率降低11.7%；施用石灰和施肥是顯著影響平均淋溶K+量和K+累積淋溶量的主效應(yīng)?？梢?jiàn)，施用石灰的短期和長(zhǎng)期效應(yīng)均能提高表層土壤pH；減少速效鉀在剖面的運(yùn)移，增加剖面下層緩效鉀的含量；土壤淋溶K+量、累積K+淋溶量和K+淋溶率均隨土壤中速效鉀含量的增加而增加，隨施用石灰而降低。合理的石灰用量能夠有效降低酸化紅壤K+淋溶損失風(fēng)險(xiǎn)。

長(zhǎng)期施肥；酸化紅壤；鉀素；石灰；長(zhǎng)期效應(yīng)；短期效應(yīng)

植物吸收的鉀主要來(lái)自于土壤，我國(guó)土壤全鉀的含量范圍在0.5～25 g·kg–1，缺鉀土壤總面積約為 0.23 億hm2，在總耕地面積中鉀缺乏程度一般（土壤速效鉀含量 50～70 mg·kg–1）和嚴(yán)重（土壤速效鉀含量低于50 mg·kg–1）約占 23%[1]。我國(guó)幾種典型輪作制度下，土壤鉀素平衡狀況為：小麥-玉米輪作土壤鉀素表觀(guān)虧缺 107.8 kg·hm–2，盈虧率–44.7%；早稻-晚稻輪作土壤鉀素表觀(guān)虧缺66.60 kg·hm–2，盈虧率–46.3%；油菜-水稻/玉米/棉花輪作土壤鉀素表觀(guān)虧缺52.5 kg·hm–2，盈虧率–33.7%[2]。

土壤中的鉀以離子形態(tài)存在，其較強(qiáng)的移動(dòng)性決定了土壤鉀易通過(guò)淋溶而損失[3]。紅壤是廣泛分布于我國(guó)長(zhǎng)江以南大部分地區(qū)的地帶性土壤，約占我國(guó)土壤總面積 23%[4]。近年來(lái)，由于大量氮肥不合理的投入和大氣酸沉降等因素導(dǎo)致土壤酸化加劇，紅壤酸化問(wèn)題也日益凸顯。紅壤酸化不僅影響作物生長(zhǎng)，而且加速K+的淋失[5]。我國(guó)南方紅壤地區(qū)面臨著土壤酸化和鉀缺乏兩大難題。因此，在由施肥引起酸化的紅壤上，研究K+淋溶特性是保持土壤鉀素肥力的重點(diǎn)。

施用石灰改良酸化土壤是一項(xiàng)快速且有效的農(nóng)藝措施。酸化土壤施用石灰能提高土壤 pH，土壤pH通過(guò)影響離子形態(tài)和數(shù)量、鉀素的固定和釋放、吸附和解吸來(lái)影響土壤溶液中鉀素濃度[6]。酸化土壤施用石灰后，pH增加，石灰中和了交換性鋁，Al（OH）x數(shù)量減少，Al3+失去了電荷，晶層間隙擴(kuò)大，并由Ca2+占據(jù)了原來(lái) Al3+的位置，而Ca2+較易被K+置換，于是 K+就較容易被吸附或固定[7]，陳世軍等[8]通過(guò)吸附－解析和淋溶試驗(yàn)也得出，石灰能增加植煙酸性土壤K+的吸附量。但也有研究表明，施用石灰降低了耕層土壤交換性鉀含量[9]。這可能是石灰施用量或施用時(shí)間長(zhǎng)短不同，導(dǎo)致土壤吸附或固定K+的量存在差異。陳竹君等[10]研究得出施用石灰影響土壤K+/ Ca2+比而影響鉀的吸附和解吸。在較低石灰用量或連續(xù)施用石灰的初期，由于 Ca2+對(duì)土壤吸附位的親和力較K+強(qiáng)，會(huì)提高土壤溶液中 K+的活度，提高作物對(duì)鉀的吸收。但石灰施用過(guò)量時(shí)又會(huì)造成土壤溶液中 K+/Ca2+比例失調(diào)[11]，或增加土壤對(duì)鉀的固定或淋溶[12]。

綜上所述，施用石灰對(duì)鉀素淋失的影響還未能給出統(tǒng)一的結(jié)論，且南方酸化紅壤中鉀素的淋失過(guò)程缺乏系統(tǒng)研究。在施石灰對(duì)酸化紅壤進(jìn)行改良的過(guò)程中，仍需通過(guò)研究鉀素淋失特征來(lái)找出阻控鉀素?fù)p失的重要途徑。因此，本研究利用始于1990年的紅壤肥力與肥料效益長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，選擇3個(gè)嚴(yán)重酸化處理（NP、NPK、NPKS），以及酸化后施用石灰改良處理（NPL、NPKL、NPKSL），一方面，采集施用石灰4年后的田間剖面土樣，研究石灰的長(zhǎng)期效應(yīng)對(duì)土壤剖面鉀素變化的影響；另一方面，采集施用石灰4年后的原狀土柱，進(jìn)行室內(nèi)模擬淋溶試驗(yàn)，研究酸化紅壤施用石灰對(duì)鉀素淋溶的當(dāng)季效應(yīng)。以期為酸化紅壤改良過(guò)程中石灰的合理施用及減緩鉀素淋溶損失提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 石灰的長(zhǎng)期效應(yīng)試驗(yàn)

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)位于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院祁陽(yáng)紅壤實(shí)驗(yàn)站（111°52′E，26°45′N(xiāo)），始于1990年。該地區(qū)海拔150～170 m，地處中亞熱帶，年均氣溫18℃，≥10℃積溫5 600℃，年均降水量約1 200 mm，年蒸發(fā)量1 470 mm，無(wú)霜期300 d，年日照時(shí)數(shù)1 610 h。供試土壤為第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的紅壤，采用小麥-玉米一年兩熟輪作制，無(wú)灌溉。

選取長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)6個(gè)處理：1）化肥氮磷配施（NP），2）化肥氮磷配施+常量石灰（NPL），3）化肥氮磷鉀配施（NPK），4）化肥氮磷鉀配施+常量石灰（NPKL），5）氮磷鉀配合半量秸稈還田（NPKS），6）氮磷鉀配合半量秸稈還田+常量石灰（NPKSL）。肥料用量為等氮量 N 300 kg·hm–2，磷、鉀肥用量為 P2O5、K2O各 120 kg·hm–2，氮肥為尿素（含N 460 g·kg–1），磷肥為過(guò)磷酸鈣（含 P2O5125 g·kg–1），鉀肥為氯化鉀（含 K2O 600 g·kg–1）。NP、NPK、NPKS處理經(jīng)過(guò) 21a連續(xù)施肥，土壤酸化導(dǎo)致作物無(wú)法正常生長(zhǎng)，于 2010 年開(kāi)始進(jìn)行施用石灰裂區(qū)處理（NPL、NPKL、NPKSL）。施用的生石灰為粉狀物，粒徑小于 0.5 mm，主要成分為氧化鈣（CaO > 990 g·kg–1），施用量為2 550 kg·hm–2，撒施后表層10 cm土壤混勻。2010年之后每隔四年施一次生石灰，NPKS和NPKSL處理通過(guò)秸稈還田帶入的鉀素分別為29 kg·hm–2和64 kg·hm–2。

2014年玉米收獲后，各處理采集0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm共5個(gè)層次土壤樣品，測(cè)定各層土壤速效鉀、緩效鉀含量和pH。本試驗(yàn)大田未施石灰裂區(qū)剖面土壤是連續(xù)24 a施肥的累積效應(yīng)，施用石灰的裂區(qū)則是2010年施石灰4 a后的殘效。各處理2010年施用石灰前和2014年的表層（0～20 cm）土壤速效鉀、緩效鉀含量及pH見(jiàn)表1。

1.2 石灰的短期效應(yīng)-淋溶試驗(yàn)

淋溶試驗(yàn)于2014年8—10月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院祁陽(yáng)紅壤實(shí)驗(yàn)站實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，2014年玉米收獲后用內(nèi)徑為5 cm（面積0.002 m2）、長(zhǎng)為60 cm的鍍鋅鋼管取各處理（NP、NPL、NPK、NPKL、NPKS和NPKSL）0～50 cm原狀土。各管原狀土取回后，底端用尼龍紗布覆蓋，柱子上端留10 cm作為灌水用，下端用塑料瓶收集淋出液。管內(nèi)不種任何作物。為彌補(bǔ)上述大田試驗(yàn)僅有一個(gè)石灰用量和施用時(shí)間的局限性，NPL、NPKL和NPKSL原狀土柱取回后在該石灰施用量（Lime 為2 550 kg·hm–2）的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)石灰用量的副處理：減少50%（0.5 Lime為1 275 kg·hm–2）和增加50%（1.5 Lime為3 825 kg·hm–2）用量，即淋溶試驗(yàn)共3組（NPE、NPKE、NPKSE），每組設(shè)置4個(gè)石灰施用量處理（0 LE、0.5 LE、1 LE、1.5 LE），3次重復(fù)。淋溶試驗(yàn)各處理肥料總用量純N 600 kg·hm–2和P2O5240 kg·hm–2，NPK和NPKS及其相應(yīng)石灰施用量處理施用K2O 240 kg·hm–2，NP及其相應(yīng)石灰施用量處理不施用鉀肥。肥料與表土充分混勻，各石灰處理在淋溶前將石灰施入土柱表層0～15 cm。

按長(zhǎng)期試驗(yàn)所在地多年平均降水量1 200 mm計(jì)算，直徑5 cm管的年降水量約為2 400 mL。模擬3年的降水量（7 200 mm）對(duì)鉀素淋溶的影響，每管用2 400 mL蒸餾水淋洗3輪。每輪將2400 mL分成10份，即每次240 mL，10次為1輪，每輪間隔20 d，再進(jìn)行下一輪淋洗，記錄每輪淋溶液體積。3輪淋溶結(jié)束后，采集土柱0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm的樣品，用于檢測(cè)土壤速效鉀、緩效鉀含量和pH隨土層深度的動(dòng)態(tài)變化。浸提液中的K+用火焰光度法測(cè)定，土壤速效鉀用1 mol·L–1NH4AC浸提，土壤緩效鉀用1 mol·L–1HNO3浸提[13]。

表1 表層土壤速效鉀、緩效鉀含量及pH

注：AK代表速效鉀；SAK代表緩效鉀；NP代表氮磷；NPK代表氮磷鉀；NPKS代表氮磷鉀+半量秸稈還田；NPL代表氮磷+常量石灰；NPKL代表氮磷鉀+常量石灰；NPKSL代表氮磷鉀+半量秸稈還田+常量石灰；同列數(shù)據(jù)后不同字母代表處理間差異達(dá)顯著水平（< 0.05），下同。Note：AK stands for readily available potassium；SAK for slowly available potassium；NP for application of chemical nitrogen and phosphorus fertilizer；NPL for application of NP plus liming；NPK for application of NPK；NPKL for application of NPK plus liming；NPKS for application of NPK half of the rate plus straw returning to make up the remaining half；and NPKSL for NPKS plus liming. Data in the same column followed by different letters mean significant difference between treatments at the< 0. 05 levels，respectively．The same below

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

鉀素表觀(guān)平衡/（kg·hm–2）=（化肥鉀+秸稈歸還鉀）–作物地上部鉀攜出量

鉀肥表觀(guān)利用率/%=（施鉀處理鉀攜出量–對(duì)照處理鉀攜出量）/鉀肥投入量×100[14]

K+淋溶率/%=（施鉀處理K+累積淋溶量–不施鉀處理K+累積淋溶量）/施鉀量×100[15]

經(jīng)Excel 2007整理數(shù)據(jù)后，采用SPSS 12.5軟件進(jìn)行不同處理之間方差分析（ANOVA）和多重比較（采用鄧肯（Duncan）新復(fù)極差法），采用Excel 2007和SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果

2.1 施用石灰4 a后土壤速效鉀、緩效鉀和pH剖面變化特征

如圖1所示，速效鉀含量在不施石灰處理0～50 cm土層中大小依次為：NPK、NPKS 和NP，隨土層深度的增加速效鉀含量顯著降低（<0.05）；施用石灰4 a后0～30 cm速效鉀大小依次為：NPKSL、NPKL和NPL。長(zhǎng)期不施鉀肥（NP和NPL）處理 0～50 cm土壤速效鉀含量均顯著低于施鉀處理（<0.05）。

相比NPKS處理，NPKSL處理增加了土壤0～40 cm土壤速效鉀含量，其中0～20 cm增幅最大，為13.76%～36.39%，說(shuō)明秸稈還田增加的土壤速效鉀主要積累在0～20 cm。與NPK處理相比，NPKL處理0～50 cm速效鉀含量降低了17.24%～40.40%。

土壤緩效鉀含量變化趨勢(shì)與速效鉀相同，不施用石灰處理0～20 cm大小依次為：NPK、NPKS和NP；施用石灰處理 0～10 cm大小依次為：NPKSL、NPKL和NPL（圖2）。10～40 cm土層NPKSL較NPKS增加了9.46%～104.2%。相同施肥下，施用石灰后降低了0～10 cm土層NP和NPK處理緩效鉀含量，分別降低了19.26%和23.31%。

施用石灰提高了土壤pH。與NPKS相比，NPKSL處理0～50 cm土壤pH提高0.43～1.24；0～10 cm和10～20 cm 土壤pH，NPKL較NPK分別提高了0.23和0.45，NPL較NP分別提高了0.5和0.85，差異顯著（<0.05）。各處理20～50 cm土壤pH隨著土層深度增加而上升（圖3）。

2.2 石灰短期效應(yīng)對(duì)淋溶剖面土壤鉀素含量和pH的影響

經(jīng)過(guò)3輪淋溶后，施用石灰降低了各處理0～50 cm土壤速效鉀含量，隨土層深度增加速效鉀含量呈下降趨勢(shì)（圖4）。與未施石灰處理相比，NPKSE、NPKE和NPE（為區(qū)別石灰Lime，L；這里淋溶下標(biāo)使用Eluviation，E）處理施用不同量石灰后，0～10 cm土壤速效鉀含量分別降低了9.95%～19.73%、26.08%～36.27%和48.47%～52.81%，不同石灰施用量間無(wú)顯著差異。

注：誤差線(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)誤差，下同。Note：The error line stands for standard deviation，the same below

圖2 不同石灰用量下各施肥處理田間土壤剖面緩效鉀變化

圖3 不同石灰用量下各施肥處理田間土壤剖面pH變化

注：下標(biāo)E代表淋溶，L代表石灰，0.5 L、L和1.5 L是指石灰施用量分別為1 275 kg·hm–2、2550 kg·hm–2和3 825 kg·hm–2，下同。Note：The subscript E stands for leaching，L stands for lime. 0.5 L，L，and 1.5 L refer to lime application rates of 1 275 kg·hm–2，2 550 kg·hm–2，and 3 825 kg·hm–2. The same below

經(jīng)過(guò)3輪淋溶后，施用石灰增加了各處理0～10 cm土壤緩效鉀含量（圖5），NPKS處理0～50 cm土壤中增幅為2.11%～100.0%。與不施用石灰處理相比，NPK+0.5LE和NP+0.5LE處理0～10 cm土壤緩效鉀含量分別增加39.16%和46.60 %。

3輪淋溶后，各處理pH在0～50 cm土層呈S形變化，隨石灰施用量的增加呈上升趨勢(shì)（圖6）。與不施石灰的NPKSE、NPKE和NPE處理相比，相應(yīng)施肥處理在增施石灰后顯著提高了0～10 cm土壤pH（<0.05），分別提高了1.00～2.00、1.36～1.80和1.37～2.01個(gè)單位，隨著土層深度的增加，處理間的差異逐漸縮小，受石灰的影響變小。說(shuō)明石灰的施用對(duì)表層（0～10 cm）以下土壤pH的影響有限。

2.3 石灰短期效應(yīng)對(duì)K+淋溶的影響

由表2可知，各處理淋溶液中的K+濃度隨著淋溶次數(shù)的增加而降低，不同施肥處理相同石灰施用量下平均K+淋溶量均表現(xiàn)為：NPKSE> NPKE> NPE，且隨土壤中速效鉀含量的增加而增加。

施用石灰能降低K+的淋溶。與不施石灰相比，施用石灰后NPKE施肥處理平均K+淋溶量和累積K+含量減少了43.16%～57.70%，其中0.5 LE效果最好，LE次之；NPKS施肥處理以L(fǎng)E和1.5 LE降低效果顯著（<0.05）；NP+LE處理均小于NPE處理。

土壤累積K+淋溶量在不同施肥處理相同石灰施用量下大小依次為：NPKSE、NPKE和NPE，與NPE相比，NPKSE和NPKE處理分別增加了487.5%～1 270%和720.5%～1 456%，NPKSE較NPKE增加了12.28%～117.4%。NP處理由于無(wú)鉀素投入，淋溶液中累積K+含量顯著低于其他處理（<0.05），石灰施用量對(duì)NPE處理的累積淋溶K+量無(wú)顯著影響。

不同處理K+淋溶率由大到小依次為NPKSE、NPKS+0.5 LE、NPKS+ LE和NPKS+1.5 LE，與NPKSE處理相比，施用石灰處理K+淋溶率降低了19.26%～45.42%；NPKE淋溶率最高，NPK+LE和NPK+1.5 LE次之，NPK+0.5 LE最低，其中NPK+0.5 LE較其他處理顯著降低K+淋溶率（<0.05）。

試驗(yàn)土柱中鉀的來(lái)源主要包括土壤自身殘留和施入的鉀。假設(shè)施肥處理淋溶液中來(lái)自土壤自身殘留的K+含量等于NPE處理的K+淋失量，那么施肥處理中來(lái)自外源鉀（肥料、秸稈還田）的K+淋失量可由其與NPE處理的差值來(lái)估算。在本試驗(yàn)條件下，NPKSE、NPKS+ LE、NPKS+0.5 LE和NPKS+1.5 LE處理通過(guò)外源鉀產(chǎn)生的K+累積淋失量分別為195.8、106.9、158.1和113.7 kg·hm–2，分別占外源鉀施用的98.33%、53.67 %、79.39 %和57.09%；NPKE、NPK+LE、NPK+0.5 LE和NPK+1.5 LE處理分別為172.9、76.93、65.47和90.23 kg·hm–2，分別占外源鉀施用量的86.82%、38.63%、32.88%和45.31%?？梢?jiàn)施用石灰減少了外源鉀的淋失率。

圖5 不同石灰用量下各施肥處理淋溶后土壤剖面緩效鉀變化

圖6 不同石灰用量下各施肥處理淋溶后土壤剖面pH變化

相關(guān)分析表明，各施肥處理K+平均淋溶量、累積淋溶量和淋溶損失率均隨著當(dāng)季石灰用量的增加呈下降趨勢(shì)，NPKSE處理的K+平均淋溶量和K+淋溶率與石灰用量呈顯著和極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.796和0.855。石灰施用量每增加1 000kg·hm–2，K+平均淋溶量降低7.9 kg·hm–2，K+淋溶損失率降低11.7%。

當(dāng)季施用石灰和不同施肥措施均是影響K+平均淋溶量和K+累積淋溶量的主效應(yīng)（表3），當(dāng)季施用石灰對(duì)K+淋溶率有顯著影響（<0.05），但當(dāng)季施用石灰和不同施肥的交互作用對(duì)K+平均淋溶量和K+累積淋溶量無(wú)顯著影響。

表2 不同石灰施用量及施肥處理對(duì)淋溶液中K+含量的影響

表3 不同石灰添加量和田間處理對(duì)K+平均淋溶量、K+累積淋溶量和K+淋溶率影響的方差分析

注：L：添加生石灰；T：田間不同施肥處理；*：差異顯著（<0.05）；**：差異極顯著（<0.01）。Note：L：Liming；T：Fertilization treatment in the field；*：Significant difference（<0.05）；**：Extremely significant difference（<0.01）

3 討 論

3.1 酸性紅壤K+淋溶量隨土壤鉀庫(kù)容量的增大而增加

本研究結(jié)果表明，當(dāng)季相同石灰施用量下K+平均淋溶量、累積淋溶量和淋溶率均表現(xiàn)為：NPKSE> NPKE> NPE（表2）?？赡苁怯捎诮斩掃€田能明顯提高土壤速效鉀含量[16]，田間土壤速效鉀含量愈大，淋溶風(fēng)險(xiǎn)愈大[3]，從而增加了K+淋溶量。本研究中長(zhǎng)期秸稈還田NPKS和NPKSL表現(xiàn)出鉀盈余，盈余量分別為63和6 kg·hm–2，可能是因?yàn)镹PKS和NPKSL處理鉀的投入較多，使鉀輸入超過(guò)了鉀的輸出。NPK處理表現(xiàn)出鉀盈余，盈余量為34 kg·hm–2，NPKL處理表現(xiàn)出K虧缺，其虧缺量為55 kg·hm–2，主要是因?yàn)镹PKL處理的產(chǎn)量相對(duì)較高，通過(guò)作物收獲帶走了更多的鉀[14]。施用石灰4 a后，NPKSL較NPKS處理田間鉀盈余量減少，石灰短期效應(yīng)表現(xiàn)為K+淋溶量和淋溶率增加。

Houle等[9]通過(guò)連續(xù)施用石灰 10 a后發(fā)現(xiàn)土壤pH、陽(yáng)離子交換量、鹽基飽和度隨著石灰用量的增加而增加，0～20 cm 土層土壤的交換性鉀含量降低。張龍輝等[17]也得出隨著土壤酸度的降低，降低了土壤速效鉀的有效性。主要原因是石灰提高了土壤交換性鈣含量，造成土壤溶液中 K+/Ca2+比例失調(diào)，增加鉀的固定，導(dǎo)致土壤速效鉀含量降低[18]。張效樸和鄭根寶[19]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)施用石灰的初期，由于Ca2+對(duì)土壤吸附位的親和力較K+強(qiáng)，會(huì)增加土壤溶液中K+的活度。文星[20]通過(guò)土培試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)施用生石灰后，土壤交換性鉀和交換性鈣鎂顯著提高，這與本研究結(jié)果相似。石灰施用初期可顯著提高土壤 pH[21]，后期隨著土壤黏粒中潛性酸釋放和土壤緩沖性能作用，其修復(fù)效果會(huì)隨著時(shí)間變化逐漸減弱[22]。但是呂波等[23]通過(guò)土培盆栽試驗(yàn)得出，施用生石灰降低土壤速效鉀含量。這與本研究結(jié)果有差異，其主要原因可能與石灰施用量以及是否種植作物等有關(guān)[24]。且K+作為可溶性養(yǎng)分，其移動(dòng)和淋失與土壤水分狀況密切相關(guān)[25]。本研究中淋溶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)際降水強(qiáng)度及間隔不同，這可能會(huì)影響K+的淋溶。

林清火[24]研究磚紅壤中鉀的淋溶特征得出滲漏液中K+濃度隨著施肥量的增加而增加，二者成正相關(guān)，可能是因?yàn)樵鍪┾浄适光浰氐奈狡胶獬?shù)和緩沖容量降低。且施鉀肥能有效補(bǔ)充作物帶走的鉀素，K+的吸附位點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定，多余的 K+進(jìn)入土壤溶液也不能被土壤膠體有效地吸附[25]。這與本研究結(jié)果相似，長(zhǎng)期氮磷鉀肥配施結(jié)合秸稈還田（NPKS）K+淋溶較高，而長(zhǎng)期施用氮磷化肥，造成鉀素虧缺，部分吸鉀位點(diǎn)被其他陽(yáng)離子占據(jù)，當(dāng)一定量的 K+進(jìn)入土壤溶液中時(shí)就通過(guò)交換被土壤膠體有效吸附且相對(duì)較牢固[26]。

3.2 酸性紅壤K+淋溶量隨石灰的施用而降低

土壤酸化往往伴隨著鉀素的缺乏，主要是由于H+和 Al3+占據(jù)鉀素交換位點(diǎn)，易引起鉀素的淋失[27]。酸化紅壤上施石灰提高pH，改變土壤表面電荷吸附作用而影響鉀素的淋失。朱宏斌等[28]在酸性紅黃壤上施石灰，土壤pH提高了2個(gè)單位。本試驗(yàn)施用石灰4 a后和當(dāng)季施用分別提高0～20 cm（圖3）和0～10 cm（圖6）土壤pH，其中當(dāng)季施用提高幅度為1.00～2.01個(gè)單位（圖6），土壤pH提高隨石灰施用量增加呈增加趨勢(shì)。

趙其國(guó)[29]得出K+的吸附量隨土壤pH降低而減少，pH降低使鉀不易進(jìn)入復(fù)合體而大部分存留于土壤溶液中，使得鉀易淋失。董艷紅等[3]通過(guò)對(duì)14種土壤K+淋溶特征研究表明，鉀肥表觀(guān)淋出率均與土壤 pH 呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即土壤 pH 越小，酸性越強(qiáng)，K+淋溶量越大。這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致，石灰當(dāng)季效應(yīng)減少了NPKSE和NPKE處理的淋溶K+量和累積K+淋溶量，與不施用石灰相比，二者分別減少了18.09%～45.47 %和43.16 %～57.70 %（表3）?？赡苁且?yàn)槭┯檬彝ㄟ^(guò)中和土壤中Al3+和H+，提高土壤 pH，提供更多Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子交換位點(diǎn)[30]。本長(zhǎng)期定位試驗(yàn)2014年研究結(jié)果表明，與不施用石灰相比，施石灰后土壤pH提高0.5～1.0個(gè)單位，根際與非根際土壤交換性鋁平均降低3.9 cmol·kg–1，土壤交換性鈣鎂平均增加 2.8 cmol·kg–1[1]。曾廷廷等[31]也得出相似結(jié)論。

施用石灰增加了土壤對(duì)鉀的吸附[8]。在鉀肥的基礎(chǔ)上增施石灰，鉀的吸附平衡常數(shù)和最大緩沖容量均降低，鉀的最大吸附量均增大，促進(jìn)土壤對(duì)鉀的固持，提高鉀的有效性[1]。本研究中與不施石灰相比，施用石灰4 a后，NPK和NP處理20～50 cm速效鉀含量降低（圖1），土壤鉀素向剖面下層的遷移減少，NPKS和NPK處理20～40 cm緩效鉀含量增加（圖2），剖面下層土壤鉀的吸附增加。當(dāng)季施用石灰淋溶后，各處理0～50 cm土壤速效鉀含量降低，緩效鉀含量增加（圖4～圖5）。這可能是因?yàn)橥寥乐锈浰靥幱谝欢ǖ膭?dòng)態(tài)平衡，當(dāng)速效鉀含量降低時(shí)會(huì)誘導(dǎo)緩效鉀的釋放[32]，從而減少K+在剖面運(yùn)移量。

本研究結(jié)果表明，當(dāng)季施用石灰顯著影響K+平均淋溶量和累積淋溶量（<0.05），施肥處理對(duì)二者有極顯著影響（<0.01）（表4）。這與林清火[24]研究結(jié)果相似。土壤中鉀素盈余較高（63 kg·hm-2）時(shí)，石灰施用量每增加1 000 kg·hm–2，K+平均淋溶量降低7.9 kg·hm–2，K+累積淋溶量降低23.8 kg·hm–2，K+淋溶損失率降低11.7%。酸化土壤施石灰后，存在大量的鈣、鎂陪補(bǔ)離子，交換性鋁含量降低，消除了鋁的毒性，增加了對(duì)K+的吸附，pH增加則吸附量也隨之提高。但施用石灰過(guò)多，容易造成土壤溶液中Ca2+和 K+比例失調(diào)，抑制鉀吸收[11]。

4 結(jié) 論

長(zhǎng)期鉀肥施用和秸稈還田，與不施用鉀肥相比，能夠提高酸化紅壤0～20 cm土層速效鉀和緩效鉀含量。當(dāng)季施用石灰可顯著降低K+平均淋溶量、累積淋溶量和淋溶損失率，且石灰施用量在1 275～2 550 kg·hm–2對(duì)鉀素淋溶損失的降低效果更好。鉀肥配施秸稈還田下，土壤中鉀素有盈余，石灰施用量每增加1 000 kg·hm–2，鉀淋溶損失率降低11.7%。因此，合理的石灰用量能夠有效降低酸化紅壤鉀素淋溶損失風(fēng)險(xiǎn)。

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Response of Acidifing Red Soil to Liming in Potassium Leaching in South China

ZHOU Linghong1, 2, HUANG Jing1, 2?, WANG Boren1, 2, LI Dongchu1, 2, LIU Kailou1, 3, HAN Tianfu1, ZHANG Huimin1, 2??

(1. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081, China; 2. Qiyang National Agro-Ecosystem Observation and Research Station, Qiyang, Hunan 426182, China; 3. National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Jiangxi Institute of Red Soil, Jinxian, Jiangxi 331717, China)

To investigate long- and short-term effect of liming on soil potassium (K) in acidifying red soil, a long-term fertilization field experiment on soil fertility and fertilization effect in red soil was initiated in 1990.The long-term field experiment was designe to have treatments, i.e. application of chemical nitrogen and phosphorus fertilizer (NP), application of NP fertilizer plus liming (NPL), application of NPK (NPK), application of NPK plus liming (NPKL), application of NPK half of the designed rate and straw returning to make up the remaining half (NPKS), and application of NPKS plus liming( NPKSL), and four levels of liming (0 Lime, 0.5 Lime, 1Lime and 1.5 Lime). Soil samples were collected from the treatments and packed into cylinders separately for indoor soil column leaching experiment. Potassium ion (K+) in leachate and readily available potassium (AK), slow available potassium (SAK) and pH in the 0～50 cm soil layer were monitored throughout the leaching experiment.Four years later after the initiation of the experiment, it was found that liming increased the content of SAK in the soil surface (0～10 cm) and subsurface layer (0～40 cm), by 2.06%～36.39% in Treatment NPKSL, and the content of AK in the 0～10 cm soil layer and the content of SAK in the 10～20cm and 40~50cm soil layers in Treatment NPL by 27.26% and 28.51%, 22.55%, respectively. In terms of K+accumulation in leachate, the limed treatments displayed an order of NPKSLE> NPKLE> NPLE, when liming was kept at the same level. Liming reduced K+accumulation in leachate in Treatments NPKSLEand NPKLEby 18.10%～57.70% and hence K+leaching rates, too. Liming increased soil pH in the surface soil layer. In the soil with K surplus, liming reduced K+leaching rate by 11.7% for each 1 000 kg·hm–2of lime applied. Apparently liming and fertilization are the main factors that significantly affect the mean leaching rate of K+and K+accumulation in leachate.Obviously liming for a short or a long period of time can always increase soil pH in the surface soil layer, and retard vertical migration of AK in the profile, thus increasing the content of SAK in the lower soil layers. The amount of soil leaching K+, cumulative K+leaching and K+leaching rate all increase with rising AK content in the soil and with declining liming rate. Liming rationally can effectively reduce the risk of K leaching loss in acidifying red soil.

Long-term fertilization; Acidifying red soil; Potassium; Lime; Long term effect; Short term effect

S153

A

10.11766/trxb201903130071

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* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41671301）和中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（161032019035，161032020021）資助Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 41671301）and the Fundamental Research Funds for Central Non-profit Scientific Institution（Nos.161032019035 and 161032020021）

，E-mail：zhanghuimin@caas.cn，huangjing@caas.cn

周玲紅（1991—），女，湖南郴州人，碩士，主要研究方向作物栽培學(xué)與耕作學(xué)。E-mail：271905246@qq.com.

2019–03–13；

2019–11–06；

優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2019–12–06

（責(zé)任編輯：陳榮府）