小麦/玉米轮作条件下秸秆还田钾素效应研究

【摘要】：试验于2008年10月-2011年10月在中国农业科学院国际高新技术园区国家测土施肥中心实验室试验基地（河北省廊坊市）进行。本研究试验处理设秸秆还田配施钾肥（NPK+St），施用钾肥（NPK）、秸秆还田（NP+St）、对照（NP）4个处理，试验为随机区组设计。通过3年6季的试验，在我国华北平原冬小麦/夏玉米轮作条件下，研究秸秆还田和施钾肥对作物产量的影响、作物—土壤系统钾素表观平衡和秸秆还田替代化学钾肥比率。同时，从试验区取0~20cm土样，应用不同的浸提剂提取土壤不同形态钾素，研究不同形态钾素在土壤的动态平衡；通过加入不同浓度的外源钾素研究土壤对外源钾素固定能力；通过采取振荡平衡法，利用0.01mol/LCaCl2和0.01mol/L草酸为浸提介质研究土壤非交换性钾释放规律。主要结论如下： 与NP处理相比，NPK+St、NPK和NP+St处理均有明显的增产效应，NPK+St处理的效果最好，小麦产量为4148.0kg/hm~2，与对照相比增产13.3%，玉米产量为6416.1kg/hm~2，与对照相比增产17.4%。施钾在小麦上增产318.9kg/hm~2，增产幅度为8.6%，在玉米上增产688.7kg/hm~2，增产幅度为12.4%，施钾在玉米上的增产效果优于小麦。秸秆还田在小麦上增产169.3kg/hm~2，增产幅度为4.5%，在玉米上增产259.8kg/hm~2，增产幅度为4.5%。小麦季玉米秸秆还田的替钾率在25.2%，玉米季小麦秸秆还田的替钾率在20.3%。秸秆还田配施钾肥处理的钾肥回收率、农学效率、偏生产力均大于施用钾肥处理。 与NP处理相比，NPK+St、NPK和NP+St处理均可提高土壤水溶性钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾、非交换性钾含量，对土壤矿物钾以及全钾含量影响不大。NPK+St、NPK和NP+St处理也可提高土壤水溶性钾、非特殊吸附钾在速效钾中的比例，增加土壤速效钾和非交换钾在全钾中的比例。NPK+St处理下土壤各形态钾素与试验开始相比均有提高，NPK、NP+St和NP处理的土壤各形态钾素均有下降，NP处理下降幅度较大。 秸秆还田和施钾肥可提高作物钾素吸收总量，除NPK+St处理外，其它各处理的钾素支出总量均高于钾高投入量，造成土壤钾素不同程度的亏缺，NP处理的亏缺量最大。NP处理3年的K2O亏缺总量为720.1kg/hm~2，NPK处理的土壤钾素也有相当数量的亏缺，3年的K2O亏缺总量为497.8kg/hm~2，NP+St处理土壤钾素3年的K2O亏缺量为63.5kg/hm~2，而NPK+St处理的土壤钾素有盈余，3年的K2O盈余量为248.9kg/hm~2。钾素表观平衡系数除NPK+St外，均小于1，NPK+St、NPK、NP+St处理的表观平衡系数分别为1.26、0.42、0.92。 在外源钾加入浓度400～3600mg/L的范围内，秸秆还田和施钾肥可显著降低土壤对外源钾素的固定量，土壤固钾量随外源加入钾素浓度的增加而增加，但固钾率下降。在同一浓度外源钾加入水平下，NPK+St处理土壤固钾量最低，NPK和NP+St处理次之，NP处理土壤固钾量最高。NPK+St处理土壤固钾量与试验开始相比下降，而NPK、NP+St和NP处理土壤固钾量与试验开始相比增加，NP处理固钾量增加幅度较大。秸秆还田和施钾肥可能通过影响土壤速效钾含量、缓效钾含量、有机质、土壤K+饱和度（KSR）和阳离子代换量（CEC）的变化而改变土壤对外源钾素的固定能力。 在0.01mol/L CaCl2和0.01mol/L草酸两种浸提剂中土壤非交换性钾的释放特征基本相似，各处理土壤的最大释放量也表现为：NPK+StNPKNP+StNP。土壤非交换性钾最大释放量与试验前相比，NPK+St处理在241小时最大释放量在两种浸提剂中分别增加了9.2mg/kg和21.5mg/kg，NPK处理与NP+St处理变化不明显，而NP处理241小时最大释放量在两种浸提剂中分别减少8.8mg/kg和61.5mg/kg。用一级反应方程可以较好的对土壤非交换性钾的释放进行描述，各处理土壤在两种浸提中非交换性钾释放速率参数大小表现为：NPK+StNPKNP+StNP（0.01mol/LCaCl2浸提剂）和NPK+St NP+St NPKNP（0.01mol/L草酸浸提剂），钾素投入较高的处理土壤非交换性钾释放量较大，释放速率也大，土壤的钾素供应能力较强。NP处理土壤最大释放量和释放速率较小，土壤供钾能力较弱。 【关键词】：秸秆还田 施钾肥 作物产量 钾素平衡 钾素固定 非交换性钾释放
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S158
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 本研究的目的和意义13
• 1.2 国内外研究现状13-24
• 1.2.1 秸秆还田和施钾肥对作物产量和土壤肥力的影响14-18
• 1.2.2 秸秆还田和施钾肥对作物—土壤体系中钾素循环和钾素平衡的影响18-21
• 1.2.3 秸秆还田和施钾肥对土壤钾素形态特征的影响21-22
• 1.2.4 秸秆还田和施钾肥下土壤钾素固定特征22
• 1.2.5 秸秆还田和施钾肥下土壤非交换性钾释放的特征22-23
• 1.2.6 钾肥的植物有效性及施用现状23-24
• 1.3 本文研究内容24-25
• 1.3.1 秸秆还田和施钾肥对作物产量和钾素平衡及钾肥利用效率的研究25
• 1.3.2 秸秆还田和施钾肥对土壤不同形态钾素含量的影响25
• 1.3.3 秸秆还田和施钾肥对土壤钾素固定的影响及其机理25
• 1.3.4 秸秆还田和施钾肥对土壤非交换性钾释放的影响25
• 1.4 技术路线25-27
• 第二章 材料与方法27-31
• 2.1 供试材料27-28
• 2.1.1 供试品种27
• 2.1.2 供试土壤27-28
• 2.1.3 种植制度28
• 2.2 试验设计28
• 2.3 样品采集28-29
• 2.3.1 植株样品28
• 2.3.2 土壤样品28-29
• 2.4 试验测定项目及方法29-30
• 2.4.1 作物产量测定29
• 2.4.2 土壤理化性质的测定29-30
• 2.4.3 土壤钾素固定试验30
• 2.4.4 土壤非交换性钾释放动力学试验30
• 2.5 数据分析30-31
• 第三章 秸秆还田和施钾肥对作物产量的影响31-43
• 3.1 秸秆还田和施钾肥对作物产量的影响31-36
• 3.1.1 秸秆还田和施钾肥对 2008/2009 年小麦玉米轮作期作物产量的影响31-32
• 3.1.2 秸秆还田和施钾肥对 2009/2010 年小麦玉米轮作期作物产量的影响32-33
• 3.1.3 秸秆还田和施钾肥对 2010/2011 年小麦玉米轮作期作物产量的影响33-34
• 3.1.4 秸秆还田和施钾肥对产量影响的差异分析34-36
• 3.2 秸秆还田和施钾肥对钾肥利用效率的影响36-38
• 3.2.1 秸秆还田和施钾肥对钾素农学效率的影响36-37
• 3.2.2 秸秆还田和施钾肥对钾素偏生产力的影响37
• 3.2.3 秸秆还田和施钾肥对钾素回收率的影响37-38
• 3.2.4 秸秆还田和施钾肥对钾素钾肥利用效率综合影响分析38
• 3.3 秸秆替代化学钾肥的作用分析38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 3.5 讨论41-43
• 第四章 秸秆还田和施钾肥对不同钾素形态的影响43-54
• 4.1 秸秆还田和施钾肥对 2008/2009 年小麦玉米轮作期耕层钾素状况的影响43-46
• 4.1.1 秸秆还田和施钾肥对耕层速效钾状况的影响43-44
• 4.1.2 秸秆还田和施钾肥对耕层非交换性钾状况的影响44-45
• 4.1.3 秸秆还田和施钾肥对耕层矿物态钾状况的影响45
• 4.1.4 秸秆还田和施钾肥对耕层全钾的影响45-46
• 4.1.5 秸秆还田和施钾肥对耕层各形态钾素比例的影响46
• 4.2 秸秆还田和施钾肥对 2009/2010 年小麦玉米轮作期耕层钾素状况的影响46-49
• 4.2.1 秸秆还田和施钾肥对耕层速效钾状况的影响46-47
• 4.2.2 秸秆还田和施钾肥对耕层非交换性钾状况的影响47-48
• 4.2.3 秸秆还田和施钾肥对耕层矿物态钾状况的影响48
• 4.2.4 秸秆还田和施钾肥对耕层全钾的影响48-49
• 4.2.5 秸秆还田和施钾肥对耕层各形态钾素比例的影响49
• 4.3 秸秆还田和施钾肥对 2010/2011 年小麦玉米轮作期耕层钾素状况的影响49-52
• 4.3.1 秸秆还田和施钾肥对耕层速效钾状况的影响49-50
• 4.3.2 秸秆还田和施钾肥对耕层非交换性钾状况的影响50-51
• 4.3.3 秸秆还田和施钾肥对耕层矿物态钾状况的影响51
• 4.3.4 秸秆还田和施钾肥对耕层全钾的影响51-52
• 4.3.5 秸秆还田和施钾肥对耕层各形态钾素比例的影响52
• 4.4 本章小结52
• 4.5 讨论52-54
• 第五章 秸秆还田和施钾肥对作物—土壤体系中钾素平衡的影响54-63
• 5.1 秸秆还田和施钾肥对 2008/2009 年小麦玉米轮作期钾素平衡的影响55-56
• 5.2 秸秆还田和施钾肥对 2009/2010 年小麦玉米轮作期钾素平衡的影响56-58
• 5.3 秸秆还田和施钾肥对 2010/2011 年小麦玉米轮作期钾素平衡的影响58-59
• 5.4 秸秆还田和施钾肥对钾素平衡影响的差异分析59-61
• 5.5 本章小结61
• 5.6 讨论61-63
• 第六章 秸秆还田和施钾肥对土壤钾素固定的影响及其机理63-71
• 6.1 秸秆还田和施钾肥对耕层土壤固钾率（量）的影响63-68
• 6.1.1 定位试验前耕层土壤固钾率（量）63-64
• 6.1.2 秸秆还田和施钾肥对 2008/2009 年小麦玉米轮作期耕层固钾率（量）的影响64-65
• 6.1.3 秸秆还田和施钾肥对 2009/2010 年小麦玉米轮作期耕层固钾率（量）的影响65-66
• 6.1.4 秸秆还田和施钾肥对 2010/2011 年小麦玉米轮作期耕层固钾率（量）的影响66-68
• 6.2 秸秆还田和施钾肥对耕层土壤固钾量的影响因素分析68-69
• 6.2.1 影响钾素固定的因素68
• 6.2.2 土壤钾素固定影响因素的因子分析68-69
• 6.3 本章小结69
• 6.4 讨论69-71
• 第七章 秸秆还田和施钾肥对非交换性钾释放的影响及其机理71-78
• 7.1 秸秆还田和施钾肥对耕层非交换性钾累积释放量的影响71-74
• 7.1.1 定位试验前耕层非交换性钾累积释放量影响72-73
• 7.1.2 秸秆还田和施钾肥对 2008/2009 年小麦玉米轮作期耕层非交换性钾累积释放量的影响73
• 7.1.3 秸秆还田和施钾肥对 2009/2010 年小麦玉米轮作期耕层非交换性钾累积释放量的影响73-74
• 7.1.4 秸秆还田和施钾肥对 2010/2011 年小麦玉米轮作期耕层非交换性钾累积释放量的影响74
• 7.2 秸秆还田和施钾肥下非交换性钾释放的动力学方程74-77
• 7.2.1 秸秆还田和施钾肥下非交换性钾释放的一级动力学方程曲线74-76
• 7.2.2 秸秆还田和施钾肥对非交换性钾释放相关参数76-77
• 7.3 本章小结77-78
• 第八章 全文结论78-81
• 8.1 全文结论78-79
• 8.2 创新之处79
• 8.3 展望79-81
• 参考文献81-94
• 致谢94-95
• 作者简介95

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