不同土地利用方式土壤的钾素形态及有效性——以科尔沁沙地南缘为例.pdf

摇第 22 卷摇 第 1 期2024 年 2 月中 国 水 土 保 持 科 学Science of Soil and Water ConservationVol.22摇 No.1Feb.2024DOI:10.16843/j.sswc.2022205不同土地利用方式土壤的钾素形态及有效性 以科尔沁沙地南缘为例曹怡立1,2,吕摇 刚1覮,张学利2,安宇宁2,刘亚萍2,马摇 骏2,卢志朋2,郎明翰2(1.辽宁工程技术大学环境科学与工程学院,123000,辽宁阜新;2.辽宁省沙地治理与利用研究所,123000,辽宁阜新)摘要:分析不同土地利用方式对土壤各形态钾素含量和有效性的影响,能优化土地利用,并对科尔沁沙地土壤肥力的提升具有重要意义。通过化学分析方法测试土壤的各形态钾素含量,计算非交换性钾转换量、非交换性钾转换率,结果表明:研究区土壤整体钾素质量分数为 16郾 41 20郾 75 g/kg,但有效钾素质量分数仅占 0郾 76%2郾 62%,严重缺乏有效钾素,需要根据作物进行定期施肥。不同土地利用方式使土壤钾库储备显著提升(P 旱田 针阔混交林 水田 针叶林 灌木 天然草地。在不添加钾素的情况下,营造阔叶林或针阔混交林是较好地维护提升风沙土钾素肥力水平的利用方式。关键词:土壤肥力;土壤钾素;土地利用方式;科尔沁沙地中图分类号:S157郾 2文献标志码:A文章编号:2096鄄2673(2024)01鄄0122鄄09引用格式:曹怡立,吕刚,张学利,等.不同土地利用方式土壤的钾素形态及有效性 以科尔沁沙地南缘为例J.中国水土保持科学,2024,22(1):122-130.CAO Yili,L譈 Gang,ZHANG Xueli,et al.Soil potassium formsand availability under different land use patterns:Taking the southern margin of Horqin Sandy Land as an exampleJ.Sci鄄ence of Soil and Water Conservation,2024,22(1):122-130.收稿日期:2022 10 12摇 修回日期:2023 04 30项目名称:辽宁省“兴辽英才计划冶项目“辽东水源涵养林区煤矿废弃地生态修复关键技术研究冶(XLYC2007046);辽宁工程技术大学双一流学科创新团队建设资助项目“矿山生态修复与水土保持创新团队冶(LNTU20TD24)第一作者简介:曹怡立(1992),女,硕士研究生,工程师。主要研究方向:水土保持与生态修复。E鄄mail:18341854856 覮 通信作者简介:吕刚(1979),男,博士,副教授。主要研究方向:水土保持与生态修复。E鄄mail:Soil potassium forms and availability under different land use patterns:Taking the southern margin of Horqin Sandy Land as an exampleCAO Yili1,2,L譈 Gang1,ZHANG Xueli2,AN Yuning2,LIU Yaping2,MA Jun2,LU Zhipeng2,LANG Minghan2(1.School of Environmental Science and Engineering,Liaoning Technical University,123000,Fuxin,Liaoning,China;2.Liaoning Institute of Sandy Land Management and Utilization,123000,Fuxin,Liaoning,China)Abstract:BackgroundThe northeast region has the highest potassium supply level,but the potassiumsupply potential of sandy soil in Horqin Sandy Land is extremely low.Clarifying the effects of differentland use patterns on the content and availability of various forms of potassium in soil can optimize landuse and is of great significance for improving soil fertility in Horqin sandy land.MethodsSoil sampleswere collected from 0-20 and 20-40 cm soil layers under seven land use types(paddy field,dry field,natural grassland,shrub,coniferous forest,broad鄄leaved forest,mixed coniferous and broad鄄leaved摇摇 第 1 期曹怡立等:不同土地利用方式土壤的钾素形态及有效性forest)in the southern margin of the Horqin Sandy Land.The contents of 8 forms of potassium in soil wasdetected by chemical analysis method.Non鄄exchangeable potassium conversion and conversion rate wascalculated.Analysis of variance,correlation analysis(Pearson coefficient)and factor analysis wereperformed on the detected and calculated data.Results1)The overall potassium content of the soil inthe study area was 16郾 41-20郾 75 g/kg,but the content of available potassium was only 0郾 76%-2郾 62%,which was seriously lack of available potassium.2)Different land use patterns significantlyincreased the soil potassium pool reserve(P dry field mixed coniferous and broad鄄leaved forest paddy field coniferousforest shrub natural grassland.Conclusions The study area needs to apply potassium fertilizerregularly to ensure crop growth.In the absence of potassium,having broad鄄leaved forest or mixedconiferous and broad鄄leaved forest is a better way to maintain and improve the fertility level of the aeoliansandy soil potassium.Keywords:soil fertility;soil potassium;land use pattern;Horqin Sandy Land摇 摇 钾是作物生长发育必需的品质元素,按照对植物的有效性可分为不同形态1。土壤中速效钾含量过低时会促使非交换性钾释放来补充速效钾的消耗,非交换性钾过低又会促使矿物钾释放进行补充,而当土壤中的速效钾得到外源性补充后可促进其向非交换性钾转化,各形态处于动态平衡中。钾的有效性影响因素,如矿物含量、钾素形态、钾释放速率等,是土壤养分研究的一个重要问题2。东北地区的土壤的钾素含量一般很高,但由于成土母质以及利用方式的不同,科尔沁沙地的风沙土供钾潜力极低。风沙土是在风成沙上发育的土壤,是当地的主要土壤类型,风沙土漏水漏肥,土壤中的钾素极易淋溶流失,导致钾素利用效率极低。科尔沁沙地自 20 世纪 50 年代初期开始荒漠化治理试验,在此过程中,科尔沁沙地的土地利用类型发生了巨大变化,增幅较大的是耕地和林地,减幅最大的是草地,但沙化土地和有明显沙化趋势的土地仍有146 万 hm2。由于人为活动形成不同土壤结构、植物吸收不同比例的非交换性钾等因素影响,不同的土地利用方式对土壤钾素形态含量、转化及有效性有直接影响3,因此找到合理的土地利用方式对科尔沁南缘沙化土壤肥力提升和修复具有重要意义。当前一些学者分别对华北石质山区4、松嫩平原低山丘陵区5、川渝地区6 7等不同尺度不同土地利用方式进行了土壤不同形态钾素和有效性的研究,证明不同土地利用方式对土壤全钾和矿物钾影响不显著,但会影响土壤中的钾平衡。农田耕作和人工林的种植有利于改善土壤速效肥力,钾素分布呈现了明显的表聚和层化现象。对沙地来说,随着生态恢复年限增长,速效钾含量显著升高8,空间分布较为均衡9,且与土地利用类型分布特征存在较强的相关性10。目前钾需求的估算都是基于全钾和速效钾,没有考虑有效钾、非交换性钾和速效钾有效性上的进一步分级,针对不同形态钾素研究鲜有数量化表述。本研究旨在掌握科尔沁沙地南缘土壤不同土地利用方式下土壤各形态钾素含量及有效性特征,明晰哪种方式对整体的土壤钾素肥力提升更有效,为该区土地合理利用和肥力提升提供科学依据。1摇 研究区概况研究 区 位 于 辽 宁 省 彰 武 县 的 章 古 台 镇(E 121毅53忆 122毅32忆、N 42毅39忆 42毅51忆)(图 1),地处科尔沁沙地南缘,属亚湿润干旱区。章古台历史上曾是水草丰美的疏林草原区,但由于人类长期对土地的不合理利用,生态环境遭到严重破坏,形成了大面积流动沙丘。自 1952 年起,研究区开始营建防风固沙林、乔灌混交林、草地恢复等措施的沙土治理活动,生态环境得到很大的改善。1 个世纪以来土地利用方式的多次变化使该区形成具有代表性的林321摇中国水土保持科学2024 年图 1摇 研究区地理位置图Fig.1摇 Location map of the study area农牧交错地带。研究区年均降水量 478郾 4 mm,年均气温 6郾 7 益,年平均风速为 2郾 5 m/s,平均无霜期156 d。该区域土壤主要为风沙土,颗粒组成主要为中细沙粒。植被多为抗旱性较强的沙生植物,属内蒙古植物区系,如小叶锦鸡儿(Caragana microphyl鄄la)、羊草(Leymus chinensis)等。林地代表性针叶树种为樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica),阔叶树种为青甘杨(Populus przewalskii)。耕地分为旱地和水田,主要农作物为玉米(Zea mays)、花生(Arachishypogaea)、水稻(Oryza sativa)等。从土壤、气候和植被类型等因素上均符合科尔沁沙地南缘的环境特征。2摇 材料与方法2郾 1摇 样地选择及样品采集处理科尔沁沙地南缘的土地利用类型主要为林地、耕地、草地、水域、建设用地及未利用的沙地,且林地、耕地及草地均以未利用沙地为基础建立的,因此根据研究区土地利用的具体形式,在章古台镇内以3 个试验区作为 3 次重复(图 1),每个试验区选取 7种典型土地利用方式(水田、旱田、天然草地、灌木、针叶林、阔叶林、针阔混交林)设置标准地,标准地面积为 30 m 伊30 m,同时以未采取任何治理措施的流动、半流动沙地作为对照(CK)。标准地的选取原则:1)标准地种植物种均为沙地代表性、普遍性植物;2)标准地间的距离不少 100 m,避免紧靠道边、与其他土地利用方式有交集的区域;3)标准地立地、生境条件基本一致;4)标准地的土地利用时间基本一致,且期间没有进行土地利用方式的更改;5)尽可能排除人为干扰因素。遵照以上原则各标准地土地利用起始于 1980 年,土壤结构和养分条件相同,且长期稳定,其中水田、旱田采取常规耕作,施肥量、产量为沙地农耕平均水平;天然草地、灌木选取围封的天然更新区域内,植被品种多样,涵盖沙地代表性植物;科尔沁沙地南缘人工林普遍达到成熟以上林龄,而过熟林存在森林衰退、病虫害等问题,因此林地根据调查均选取胸径、树高接近均值的成熟林作为标准地,原始株行距均为 2 m 伊 2 m,经过透光疏伐,现造林密度为 130 150 株/hm;针阔混交林选取以樟子松成熟林为主,混交其他多种阔叶树种的围封区为标准地,详见表 1。摇 摇 土壤样品采集于 2021 年 10 月(农田作物已收获)。在标准地按“S冶形选取 10 个点,每个点间隔超过 5 m,用土钻(椎=5 cm)收集 0 20 和20 40 cm 土层土壤样品,同层次 10 个样品充分混合,去掉植物残体和石砾后用四分法对土壤进行取舍带回实验室,自然风干,研磨过筛,1郾 00 mm 样品用于测定速效钾及其他不同形态钾含量;0郾 15 mm 样品用于全钾的测定。2郾 2摇 测试项目及方法全钾(total kalium,TK):NaOH 熔融,火焰光度法;矿物钾(mineral kalium,MK):全钾-1 mol/L 硝酸浸提钾;有效钾(available kalium,AK):2 mol/L421摇摇 第 1 期曹怡立等:不同土地利用方式土壤的钾素形态及有效性摇 摇 摇表 1摇 试验样地特征表Tab.1摇 Characteristics of experimental plots编号ID利用方式Land use type利用年限Cultivationage/a作物/植物Crops/Plants坡度Gradient/(毅)地下水位Underwatertable/m1水田 Paddy field41水稻 Oryza sativa202旱田 Dry field41玉米、花生 Zea mays and Arachis hypogaea22郾 63天然草地 Natural grassland41羊草等 Leymus chinensis etc.25郾 54灌木 Shrub41小叶锦鸡儿等 Caragana microphylla etc.53郾 65针叶林 Coniferous forest41樟子松 Pinus sylvestris var.mongolica59郾 56阔叶林 Broad鄄leaved forest41青甘杨 Populus przewalskii57郾 87针阔混交林Mixed coniferous and broad鄄leaved forest41樟子松 伊 其他阔叶树种 Pinus sylvestris var.mongolicax 伊 Other broad鄄leaved species58郾 2冷硝酸浸提法;速效钾(rapidly available kalium,RAK):1 mol/L 醋酸铵浸提;非交换性钾(non鄄ex鄄changeable kalium,NEK):1 mol/L 热硝酸浸提钾 速效钾;水溶性钾(water soluble kalium,WSK):去离子水浸提;特殊吸附钾(specifically absorptive kali鄄um,SAK):速效钾-0郾 5 mol/L 醋酸镁浸提钾;非特殊 吸 附 钾(non鄄specificallyabsorptivekalium,NSAK):0郾 5 mol/L 醋酸镁浸提钾 水溶性钾5。计算土壤钾素有效转化公式为:CC=CAK-CRAK;(1)CR=(CAK-CRAK)/CNEK100%。(2)式中:CC为土壤非交换性钾转化量,mg/kg;CR为土壤非交换性钾转化率,%;CAK、CRAK和 CNEK分别为AK、RAK 和 NEK 的质量分数,mg/kg5。2郾 3摇 数据处理对 3 次重复数据进行 K鄄S 正态分布检验,符合正态分布后运用单因素方差分析法进行差异性及误差分析,并进行 LSD 多重比较(a=0郾 05)。同时对不同形态钾素进行相关性分析(Pearson)和因子分析。采用 Excel 2010、SPSS 19郾 0 和 Origin19郾 0 对数据进行整理、统计分析和制图。3摇 结果与分析3郾 1摇 不同形态钾素含量变化及有效性特征土壤含钾量主要和研究区的母质、风化及成土条件、质地、耕作及施肥措施有关11。研究结果表明(表 2),在 0 20 cm 土层,阔叶林的有效钾素(AK、RAK、NEK、WSK、SAK 和 NSAK)含量均高于其他土地利用方式,且显著大于 CK(P 0郾 05),这与研究区阔叶林为落叶阔叶树种,养分归还量较大,腐殖质层增厚有关。在 20 40 cm 土层,农田大量施加复合肥使旱田的有效钾素含量均高于其他土地利用方式,其中 RAK、SAK 含量较其他治理利用方式差异显著(P 20 40 cm,殷志遥等1、杨振景等5、李秀双等12和师江澜等13也证实了在人工林和秸秆还田的农田土壤各形态钾素出现明显的表聚和层化现象,且随着土层加深而降低,但本研究未表现出层化特性。这是因为森林和农田的表层土团聚体和有机质显著提升,使更多的速效形态钾素被吸附保蓄,因此钾素在表层土的聚集较为明显。研究区的土壤黏粒仅占1郾 19%4郾 89%,虽然通过土地利用提高了土壤有机质等养分含量,但从土壤矿物组成上并无明显差异,而矿物组成使影响土壤固定钾素的主要因素7,因此研究区土壤各形态钾素的层化现象并不明显。水田则因钾素游离性和淋溶作用11,下层钾素含量较高尤其是离子形态的 WSK。从迟效钾向有效钾转化的角度分析,针阔混交林的 CC最高,但 CK 的 CR显著高于其他治理利用方式(P 0郾 05),说明 CK 的 RAK 含量极少,主要来源于 NEK 的转化。不同土地利用方式对 TK 和 MK 含量的影响并不显著,但是不同程度的改善了土壤的机械组成,人为干预和森林凋落物使表层土壤养分得到补充8,速效钾含量的大幅提高导致 CR降低。根据土壤养分分级标准5,本研究中,TK 的平均质量分数高达17郾 33 g/kg,但 AK、RAK、NEK 多数仍为极低或低水平,只有阔叶林、针阔混交林的表层土和旱田达到了低或中等水平,可以看出研究区多数土地治理利用类型土壤钾素含量虽然得到大幅提升,但肥力水平和供钾潜力仍然低下,只有阔叶林由于养分循环规模大、周期短等原因,能够实现养分自给循环。3郾 2摇 不同形态钾素比例变化特征与其他研究4,6 7对比农耕轮作方式下速效钾、521摇中国水土保持科学2024 年摇 摇 摇表 2摇 不同土地利用方式下土壤各形态钾素、非交换性钾转化量及转化率Tab.2摇 Contents of different forms of potassium,conversion contents and conversion rates of non鄄exchangeableK under different land use patterns土地利用类型Land usepattern土层Soillayer/cm全钾TK/(g kg-1)特殊吸附钾SAK/(mg kg-1)有效钾AK/(mg kg-1)非特殊吸附钾 NSAK/(mg kg-1)非交换性钾NEK/(mg kg-1)矿物钾MK/(g kg-1)速效钾RAK/(mg kg-1)水溶性钾WSK/(mg kg-1)非交换性钾转化量 CC/(mg kg-1)非交换性钾转化率CR/%对照 CK0 2016郾 48 依0郾 14a0郾 01 依0郾 17d30郾 31 依5郾 16c0郾 00 依1郾 19b81郾 36 依58郾 44c16郾 35 依0郾 2a5郾 76 依2郾 12c5郾 75 依2郾 64b24郾 55 依5郾 04c34郾 7 依4郾 58a20 4016郾 84 依0郾 37ab0郾 00 依0郾 43d24郾 64 依2郾 13c0郾 29 依3郾 4ab87郾 19 依66郾 68c16郾 71 依0郾 31ab2郾 84 依1郾 99c2郾 84 依1郾 05b21郾 80 依6郾 15a31郾 5 依7郾 06a水田 Paddy field0 2016郾 98 依4郾 66a12郾 94 依3郾 29cd63郾 58 依9郾 39bc0郾 01 依0郾 76b279郾 2 依26郾 37b16郾 67 依4郾 68a30郾 5 依1郾 3bc17郾 6 依2郾 77ab33郾 05 依5郾 09bc12郾 0 依2郾 95b20 4020郾 75 依0郾 78a10郾 76 依0郾 76b63郾 39 依6郾 92ab0郾 00 依1郾 53ab278郾 7 依13郾 15ab20郾 44 依0郾 76a31郾 3 依0郾 69b20郾 5 依3郾 98a32郾 12 依6郾 23a11郾 6 依2郾 78b旱田 Dry field0 2016郾 41 依2郾 5a36郾 85 依3郾 44ab97郾 05 依23郾 46ab6郾 51 依4郾 05ab328郾 3 依58郾 12ab16郾 05 依2郾 34a64郾 1 依0郾 13ab20郾 8 依0郾 64ab32郾 92 依10郾 32bc9郾 66 依1郾 54b20 4017郾 37 依2郾 14ab36郾 62 依1郾 74a87郾 07 依19郾 86a8郾 02 依9郾 49a361郾 9 依67郾 46a16郾 98 依1郾 98ab59郾 3 依2郾 76a14郾 6 依0郾 53ab27郾 82 依8郾 09a7郾 31 依1郾 62b天然草地Natural grassland0 2015郾 10 依0郾 65a19郾 11 依2郾 7bc67郾 37 依9郾 79bc2郾 54 依3郾 78b333郾 9 依40郾 97ab14郾 75 依0郾 69a34郾 0 依1郾 83bc12郾 4 依3郾 75ab33郾 34 依6郾 87bc10郾 2 依3郾 21b20 4015郾 56 依1郾 66b10郾 73 依0郾 16b47郾 8 依17郾 01bc0郾 00 依1郾 11ab244郾 0 依5郾 28abc15郾 27 依1郾 69b22郾 3 依1郾 14b11郾 6 依3郾 8ab25郾 51 依8郾 66a10郾 4 依1郾 86b灌木 Shrub0 2017郾 24 依1郾 74a14郾 83 依2郾 51c77郾 81 依19郾 44bc7郾 08 依4郾 54Aab250郾 0 依48郾 36b16郾 95 依1郾 7a39郾 7 依1郾 13bc17郾 8 依0郾 75ab38郾 09 依5郾 31abc15郾 4 依1郾 69b20 4017郾 74 依1郾 73ab10郾 28 依1郾 42b58郾 1 依17郾 06ab0郾 00 依1郾 65Bab167郾 2 依31郾 46bc17郾 52 依1郾 68ab26郾 8 依0郾 59b16郾 6 依1郾 45a31郾 28 依11郾 58a19郾 0 依3郾 31b针叶林Coniferous forest0 2017郾 53 依1郾 45a22郾 30 依0郾 81Abc79郾 52 依5郾 15Abc1郾 63 依6郾 24Ab332郾 3 依9郾 28ab17郾 16 依1郾 44a41郾 9 依0郾 71Ab17郾 9 依1郾 42ab37郾 63 依4郾 6abc11郾 6 依1郾 73b20 4018郾 20 依1郾 68ab14郾 41 依2郾 44Bb59郾 19 依4郾 11Bab0郾 00 依0郾 38Bb288郾 5 依19郾 3ab17郾 87 依1郾 69ab29郾 0 依3郾 63Bb14郾 6 依0郾 86ab30郾 15 依0郾 72a10郾 6 依0郾 64b阔叶林0 2017郾 72 依1郾 99a43郾 45 依1郾 99a137郾 7 依16郾 81a14郾 7 依8郾 4a430郾 5 依55郾 82a17郾 25 依1郾 9a83郾 1 依5郾 72a24郾 9 依1郾 65a54郾 61 依6郾 09Aab12郾 9 依1郾 54bBroad鄄leaved forest20 4017郾 53 依2郾 82ab19郾 62 依1郾 96b77郾 16 依9郾 48ab5郾 20 依1郾 21ab287郾 4 依43郾 27ab17郾 19 依2郾 78ab39郾 4 依3郾 07b14郾 6 依3郾 22ab37郾 76 依1郾 6Ba14郾 2 依5郾 74b针阔 混 交 林 Mixedconiferous and broad鄄0 2017郾 15 依2郾 73a26郾 83 依2郾 14abc107郾 3 依15郾 48ab9郾 14 依4郾 11ab377郾 9 依60郾 04ab16郾 76 依2郾 67a51郾 3 依2郾 76ab15郾 3 依0郾 42ab56郾 05 依7郾 74a14郾 6 依2郾 37bleaved forest20 4018郾 63 依2郾 46ab11郾 77 依3郾 91b65郾 8 依13郾 41ab1郾 80 依2郾 46ab281郾 5 依42郾 98ab18郾 31 依2郾 44ab27郾 5 依5郾 69b13郾 9 依1郾 13ab38郾 27 依9郾 29a14郾 0 依3郾 84b摇 摇 注:表中数据为平均值 依 标准误差。不同小写字母表示不同类型间差异显著,不同大写字母表示同一类型不同土层间差异显著(P 0郾 05)。TK:全钾;SAK:特殊吸附钾;AK:有效钾;NSAK:非特殊吸附钾;NEK:非交换性钾;MK:矿物钾;RAK:速效钾;WSK:水溶性钾;CC:非交换性钾转化量;CR:非交换性钾转化率。下同。Notes:Data in the table are expressed as mean 依 standard error.Different lowercase letters indicatessignificant differences among different types,different capital letters indicate significant differences among different soil layers of the same type(P AK RAK 交换性钾(SAK+NSAK)大于 WSK。整体提升效果最好的是 NEK,而殷志遥等1和董琴等6研究表明相较非交换性钾,不同的农耕措施对速效钾的影响更显著,这与本研621摇摇 第 1 期曹怡立等:不同土地利用方式土壤的钾素形态及有效性摇 摇 摇表 3摇 不同土地利用方式土壤不同形态钾含量比例变化Tab.3摇 Changes of different forms of K contents in soil under different land use patterns%土地利用类型Land use pattern土层Soil layer/cm特殊吸附钾SAK有效钾AK非特殊吸附钾NSAK非交换性钾NEK速效钾RAK水溶性钾WSK矿物钾MK0 2000郾 1800郾 490郾 030郾 0399郾 22对照 CK20 4000郾 1500郾 520郾 020郾 0299郾 26平均 Average00郾 17d00郾 51d0郾 03c0郾 02c99郾 24a0 200郾 080郾 3701郾 640郾 180郾 1098郾 19水田 Paddy field20 400郾 050郾 3101郾 340郾 150郾 1098郾 51平均 Average0郾 06b0郾 34c01郾 49bc0郾 17b0郾 10ab98郾 35bc0 200郾 220郾 590郾 042郾 000郾 390郾 1397郾 85旱田 Dry field20 400郾 210郾 500郾 052郾 080郾 340郾 0897郾 75平均 Average0郾 22a0郾 55ab0郾 04ab2郾 04a0郾 37a0郾 11a97郾 8d0 200郾 130郾 450郾 022郾 210郾 230郾 0897郾 65天然草地 Natural grassland20 400郾 070郾 3101郾 570郾 140郾 0798郾 18平均 Average0郾 1b0郾 38c0郾 01cd1郾 89ab0郾 18b0郾 07b97郾 92d0 200郾 090郾 450郾 041郾 450郾 230郾 1098郾 33灌木 Shrub20 400郾 060郾 3300郾 940郾 150郾 0998郾 78平均 Average0郾 07b0郾 39bc0郾 02bcd1郾 2c0郾 19b0郾 09ab98郾 56b0 200郾 130郾 450郾 011郾 900郾 240郾 1097郾 89针叶林 Coniferous forest20 400郾 080郾 330郾 001郾 590郾 160郾 0898郾 17平均 Average0郾 1b0郾 39bc0郾 00d1郾 74ab0郾 2b0郾 09ab98郾 03cd0 200郾 250郾 780郾 082郾 430郾 470郾 1497郾 38阔叶林 Broad鄄leaved forest20 400郾 110郾 440郾 031郾 640郾 220郾 0898郾 02平均 Average0郾 18a0郾 61a0郾 06a2郾 03a0郾 35a0郾 11a97郾 7d针阔混交林 Mixed coniferous0 200郾 160郾 630郾 052郾 200郾 300郾 0997郾 68and broad鄄leaved forest20 400郾 060郾 350郾 011郾 510郾 150郾 0798郾 28平均 Average0郾 11b0郾 49bc0郾 03abc1郾 86ab0郾 22b0郾 08b97郾 98cd摇 摇 注:表中数据为不同形态钾素含量占全钾含量比例的平均值。Notes:The data in the table show the average percentage of different forms of po鄄tassium content in total potassium content郾究结果不同,说明土地利用能够改善沙土土壤钾素养分,但相较其他土壤而言,这种改善是通过森林养分归还、植物根系微生物活动增加使土壤细粒、有机质的增加。细粒表面积增大,胶体表层电荷空白点位增加,使 K+进入细粒大孔隙和电荷空位,从而固定 K+使 NEK 显著提升。摇 摇 除 MK 外,其他形态钾素占 TK 比例均为 0 20 cm 20 40 cm,但旱田的 NEK 比例为20 40 cm 0 20 cm,这是因为钾肥释放可以促进 RAK与 NEK 的双向转化,旱田作物根系的主要吸收消耗NEK,从而促进了外源钾肥中 RAK 的转化,以保证作物的生长。不同土地利用方式显著影响了土壤AK、RAK、NEK、WSK、SAK 占全钾比例(P 0郾 05),且土壤呈现 WSK 低而交换性钾高的现象。但此现象比 WSK 高而交换性钾低的土壤对钾的需求更高,因此研究区土壤可供植物吸收的钾素仍然较少,多以无效或迟效钾素形态存在,这与大量研究结果1,12 13一致,且钾需求量与土地利用强度和地上植物产量密切相关。3郾 3摇 不同形态钾素的相关性分析不同土地利用方式能不同程度的影响钾素的动态平衡和转化6。研究区土壤钾素中,MK 占 TK 比例高达 97%99%,因此不同土地利用方式下,TK和 MK 之间呈现显著正相关(P 0郾 05)(图 2)。研究区 MK 主要来源于其成土母质,少量的白云母和长石。长石中的 MK 为无效性钾,而白云母中的MK 为迟效性钾,能够风化释放补充 NEK,但释放过程也极其缓慢6,很难与其他形态钾素建立平衡关系,因此 MK 其他形态钾素相关性不强,仅在少数条件下与 NEK 有相关性。除水田外,各利用方式下 AK 与 RAK 均呈现极显著正相关(P 0郾 01),与 SAK 之间呈显著正相关(P 0郾 05),说明研究区土壤 RAK 是 AK 的主要组分,SAK 是 RAK 的主要组分,其他组分(WSK、721摇中国水土保持科学2024 年图 2摇 不同土地利用类型土壤各形态钾素相关性Fig.2摇 Correlation of soil K in different forms in different land use patterns摇NSAK)含量极少,因此 RAK 与其组分 SAK 呈显著正相关(P 0郾 05),与其他组分(WSK、NSAK)无显著相关性。RAK 组分之间在 CK 条件下呈现两两显著负相关,随着土壤肥力提升呈现显著正相关,这与其他研究表明速效钾组分之间呈现极显著正相关不一致1,12,这是因为研究区土壤母质矿物的特殊性使钾素有效含量极低,很难对 RAK 的组分进行区分,但随着土地利用使 RAK 显著提升,组分之间的区分渐趋显著。施肥对农耕的土壤钾素转换影响较大,其中 SAK 在旱田条件下尤为明显,施肥使无法被 Ca+、Mg+交换的 K+,被 NH+4交换而释放,使SAK 和 TK 呈现显著正相关(P 0郾 05),同时 RAK组分之间瞬间便可发生转化达到平衡,两者间无法用量化的界限进行区分,导致相关性错综复杂。NEK 与 AK、RAK、SAK 仅在天然草地、针叶林、阔叶林、针阔混交林方式下呈现显著正相关(P 85%),可以解释研究区域土壤钾素的总体水平,且以有效吸收钾素因子贡献率更大,但有效吸收钾素含量极低,因此研究区的土壤钾素整体水平呈现全钾含量高,但有效部分少的现象。用主因子的方差贡献率做权数,计算因子的综合得分(图 4),方差贡献率越大,权重越大14,评价821摇摇 第 1 期曹怡立等:不同土地利用方式土壤的钾素形态及有效性研究区提升钾素肥力最有效的土地利用方式。以有效吸收钾素因子为主计算得分排序为阔叶林 0 20 cm 旱田 水田 20 40 cm 针阔混交林 0 20 cm(0郾 5),得分较高的多为表层土,而水田的钾素主要集中在土壤底层(表 2 和表 3),且有效钾素已大量流失,以矿物钾为主,因此土壤表层(0 20 cm)贡献多以有效吸收钾素为主,底层(20 40 cm)主要以储备钾素为主。整体综合得分排名为阔叶林 旱田 针阔混交林 水田 针叶林 灌木 天然草地 CK。将评价结果划分农田、森林、灌草和 CK4 类。与其他研究15一致的是排名靠前的主要为农田和森林,各区域钾素肥力整体呈现表层较好的特性,这符合不同形态钾素含量特性,不同的是森林与灌草相比,本研究区域森林土壤钾素肥力评价明显好于灌草,这是因为研究区土壤养分贫瘠,森林比灌草有更好的的养分归还、微生物群落和植物根系,使土壤胶体增多,硅酸盐表面电荷空位有K+进行补充。综上可以看出不同土地利用方式下摇 摇钾素肥力评价得分虽有一定差异,但都不同程度的改善了土壤钾素肥力质量,表明通过人为干预、耕作、生态修复等措施均能起到维护钾素肥力水平的作用。对植物的有效性来说,在不加入外源钾的情况下,森林对土壤钾素肥力提升最有效。图 3摇 土壤钾素在各主成分上的载荷Fig.3摇 Principal