土壤及团聚体钾素形态对红壤pH和有机质的响应机制

There are many disadvantageous factors affecting on the sustainable utilization of the red soil resources in southern China, such as soil acidification, lower organic matter (OM) and potassium (K) deficiency. It’s an important way by long-term combined application with organic and inorganic fertilizers to alleviate soil acidification, increase OM and then improve soil K content. However, little is known about the further mechanism of soil K forms and transformation under different OM and acidification conditions. Therefore, the long-term field experiment of red soil, the film diffusion gradient technology (DGT), the factors control, and the microbial cultivation experiments will be employed in this study. Soil K from the viewpoint of soil physical (soil aggregate fraction), soil chemistry (K adsorption and desorption) and soil microbiology (K-solubilizing bacteria) will be analyzed under the different soil pH and OM levels though using 86Rb labeling and atomic force microscope. Therefore, this research would (i) reveal the response mechanism of soil aggregate K to the changes of soil pH and OM; (ii) understand the release process and surface structure of soil mineral K in different pH and OM treatments with adding K bacteria; (iii) and establish soil K transformation relationships among soil pH/OM, aggregate K, and K bacteria in red soil. In the further, the study will expand the theory system about soil K transformation, and provide reference for K sustainable utilizing and effective management in red soil.

土壤酸化、有机质偏低和钾素匮缺严重，是我国南方旱地红壤资源可持续利用的突出问题。有机肥和化肥长期配合施用，可通过缓解土壤酸化和增加土壤有机质而改善土壤钾素状况。然而，对于土壤有机质和酸化影响钾素形态转化的机理缺乏深入研究。因此，本项目利用红壤长期定位试验、薄膜扩散梯度技术（DGT）试验、因子调控试验和微生物培养实验相结合的研究方法，运用86Rb同位素标记和原子力显微镜分析技术，通过调控土壤pH和有机质水平，试图从土壤物理（团聚体组分）、土壤化学（钾的吸附和解吸）和微生物学（解钾菌群落）角度，揭示团聚体钾形态和含量对红壤pH和有机质的响应机制，探明不同pH和有机质水平及解钾菌参与下，含钾矿物的释钾过程和表面结构变化，明确土壤pH/有机质—团聚体钾—解钾菌在红壤钾素转化中的相互关系。本研究将丰富和发展土壤钾素形态转化的理论知识体系，为红壤钾素的高效持续利用和管理提供理论参考。

土壤酸化、有机碳偏低和钾素匮缺，是我国南方旱地红壤资源可持续利用的突出问题。长期配施有机肥可通过影响土壤矿物钾释放和解钾菌特性进而改善土壤钾素状况。然而，对于土壤酸化和有机碳水平影响钾素形态转化的机理缺乏深入研究。本研究基于进贤点和祁阳点的长期施肥定位试验（分别始于1981年和1990年），选取不施肥对照（CK）、施氮磷肥（NP）、施氮磷钾肥（NPK）、氮磷钾配施有机肥（NPKM）和氮磷钾配施秸秆（NPKS）处理，采集耕层（0–20 cm）的原状土壤进行团聚体分组，分析各团聚体组分中的钾素含量和储量；并结合培养试验探明土壤pH和有机碳水平与团聚体钾素的相关关系；在解析各处理解钾菌解钾能力的同时，研究不同pH和有机碳水平下解钾菌对含钾矿物的释钾过程及含钾矿物表面形貌的变化特征，最后，研究了红壤钾素生物有效性的速测方法。.（1）与NP处理相比，NPK、NPKM和NPKS处理均显著提高团聚体组分的非交换性钾（NEK）和交换性钾（EK）含量及储量，且NPKM处理下团聚体组分中NEK和EK含量及储量显著高于NPK处理，而NPKS处理对土壤团聚体钾素的提升效果显著弱于NPKM处理。在不同团聚体组分中，>2 mm团聚体组分的钾素储量是促进作物吸钾量提升的关键。.（2）提升土壤pH值条件下，进贤点NP处理中>2 mm团聚体组分EK和NEK含量显著增加，而祁阳点则表现出储量比例显著增加。提升土壤有机碳含量可以显著增加>2 mm团聚体组分的比例及其EK和NEK储量及比例，且>2 mm团聚体组分的EK和NEK储量与有机碳含量均可以用线性方程进行拟合，当土壤有机碳提高1 g kg-1，祁阳点中>2 mm团聚体组分中EK和NEK储量的增幅明显高于进贤点。.（3）各处理解钾菌的解钾效率和菌株属性存在显著差异，合理提升pH和有机碳含量能够显著促进解钾菌对含钾矿物的溶解和增加释钾量。对于微杆细菌属的解钾菌，适宜的pH条件为5.0-5.5，有机碳含量为10%-20%。.（4）高吸水性树脂可以吸收红壤旱地中的钾离子，结合作物耗竭试验表明，高吸水性树脂钾可以预测玉米钾含量，且原位土壤的结果优于2-mm土壤。