水旱轮作茬口土壤钾素转化的驱动力及其影响机制

The soil tested available potassium (K) values after the harvest of previous crop could not reflect the real soil K supply capacity in paddy-upland rotation. It result in deviation as carrying on soil testing and K fertilizer recommendation for next crop. In order to assess K availability of soils in paddy-upland rotation accurately, the influence mechanism of driving forces on K transformation of soils in rice-oilseed rape rotation will be studied in this project. The main contents include, (1) study the effects of internal diving force (transformation of non-available K) and external diving forces (K mobilization from non-rhizosphere, root, stubble, straw, etc.) on the K availability of soils in paddy-upland rotation using a field sampling methods combined with pot experiments; (2) study the effects of soil types, temperature, water content, sampling time, amount of straw returning, etc. on the driving forces; (3) establish the determination methods of soil available K content which could assess K supplying capacity of soils in paddy-upland rotation accurately for different crops. The key research contents will focus on observe the morphology the dissolution morphology of main soil K-bearing minerals using in situ atomic force microscope (AFM), and study the mobilization and transformation of K released from straw in soil using Zeta potential analyzer and infrared spectroscopy. It not only improve and perfect the theory of soil K transformation and availability, but also is significant to achieve high yield of crops and high efficient of application of K fertilizer.

水旱轮作条件下，前茬作物收获后的土壤速效钾测试值并没有真实反映土壤的供钾能力，导致对下一茬作物进行测土推荐施钾时产生一定的偏差。为了准确评估水旱轮作茬口土壤钾素有效性，本项目以水稻-油菜轮作为对象研究茬口土壤钾素转化的驱动力及其影响机制。主要内容包括，（1）采用田间原位取样和盆栽试验相结合的方法研究内源驱动力（非有效态钾转化）和外源驱动力（非根际土壤钾运移，根系、根茬、秸秆等有机资源物中钾的释放等）对茬口土壤有效钾影响；（2）利用培养试验研究土壤类型、温度、水分、取样时间、秸秆还田量等因素对驱动力的影响；（3）建立准确评估茬口土壤供钾能力、适合不同作物的茬口土壤有效钾含量的测试方法。重点采用原位原子力显微镜观测常见土壤含钾矿物的溶解形貌；利用Zeta电位仪和红外光谱技术研究秸秆释放钾在土壤中运移和转化。丰富和完善了土壤钾素转化及养分有效性的理论，对作物高产高效科学施用钾肥具有重要实践意义。

水旱轮作条件下，前茬作物收获后的土壤速效钾测试值并没有真实反映土壤的供钾能力，导致对下一茬作物进行测土推荐施钾时产生一定的偏差。为了准确评估水旱轮作茬口土壤钾素有效性，本项目以水稻-油菜轮作为对象研究了茬口土壤不同形态钾素变化规律；不同驱动力对茬口土壤钾素转化的影响，包括非有效态钾的转化、非根际土壤钾素的运移、秸秆和根茬等外源有机物质中钾的释放等；不同因素对茬口土壤钾素转化驱动力的影响；水稻-油菜轮作茬口土壤有效钾的评价。主要研究结果如下：（1）水稻-油菜茬口土壤有效钾含量在水稻收获后有升高的趋势，其增幅受土壤类型和秸秆还田量等环境因素的影响；（2）低分子量有机酸可显著提高不同含钾矿物的钾素释放量，云母类矿物的界面反应是一个溶解-吸附-聚集并伴随着脱附和离子释放的过程；（3）采用根箱试验研究了作物吸钾耗竭条件下钾在土壤中的化学行为，土壤类型显著影响了土壤不同形态钾的迁移；（4）在一定钾素用量范围内，土壤对秸秆钾和化肥钾的固定没有显著差异，而当用量超过阈值时，秸秆的投入会降低土壤对钾素的固定；秸秆可以重新吸附环境中的钾离子，且受到腐解时期和外源钾素浓度的双重影响；根茬和秸秆还田可显著提高茬口土壤NH4OAc-K浓度，且NH4OAc-K浓度增加量受根茬和秸秆还田量的影响；（5）贮存温度和时间对风干土壤样品的土壤钾素测定值影响较大，其测定值具有时效性；施钾和秸秆还田通过提高钾离子平衡浓度比、非特异结合有效钾含量和平衡溶液钾离子含量来维持土壤钾素肥力；（6）以多个作物钾肥田间试验的籽粒产量和植株吸钾量为标准，分别建立了基于醋酸铵法、冷硝酸法和四苯硼钠法的水稻土壤钾素丰缺指标体系和基于醋酸铵法和四苯硼钠法的油菜土壤钾素丰缺指标体系。项目研究结果既能丰富和完善土壤钾素转化及养分有效性的理论，又对作物高产高效科学施用钾肥具有重要的实践意义。