土壤非交换态钾的释放机制、速率表征与生物有效性分级

土壤钾素肥力的准确评价多年来一直未有突破。其原因一方面是常规土壤测钾方法大大低估了土壤非交换态钾（有效钾的主体部分）的含量，另一方面对非交换态的生物有效性尚缺乏有效的评估方法。我们已有研究结果表明，非交换态钾的释放速率可能是决定土壤钾素有效性的重要因素。本项目将深入研究土壤非交换态钾在不同释放环境中的释放机制、释放速率及相关因素的作用机理，探讨土壤非交换态钾释放速率与钾素生物有效性的关系。建立表征土壤非交换态钾释放速率的通用方法和非交换态钾生物有效性分级的指标。通过与作物耗竭条件下土壤非交换态钾可利用性和可利用量结果的拟合，建立适合各类土壤的非交换态钾生物有效性分级的方法体系。最终旨在推动土壤非交换态钾释放机理、有效性表征的基础理论研究，并为土壤钾素肥力评价和调控提供重要技术手段和科学依据。

本项目主要研究研究多种提取条件下，典型土壤和含钾矿物中非交换态钾释放机制及释放速率的动态变化规律；揭示非交换态钾释放速率与其有效性之间的关系，建立土壤非交换态钾释放速率的表征测定方法，并建立基于释放速率的非交换态钾生物有效性分级的指标；通过与植物钾耗竭试验的验证建立土壤非交换态钾生物有效性分级的方法体系。项目任务书的主要研究内容已完成。研究结果揭示矿物风化、离子交换和介质溶液中钾浓度下降这三个决定土壤矿物非交换态钾释放的因子中，钾浓度的下降起着最重要的作用，其次是离子交换作用，而土壤矿物风化对非交换态钾释放的作用因其过程缓慢作用非常有限。能否有效降低土壤溶液中钾离子浓度，是决定多种方法提取或植物有效吸收利用土壤非交换态钾的关键因子。不同离子的交换作用对非交换态钾的释放有重要影响，不同离子促进矿物中非交换态钾的释放的顺序大致为：H+ >> Ca2+ > Na+ > H2O > NH4+。非交换态钾的释放速率是决定其植物有效性的关键因素。不同土壤和含钾矿物中非交换态钾的释放速率与其植物有效性总体上呈Langmuir曲线关系。用60-120 min不加氯化钠的0.2 mol L-1四苯硼钠法表征的非交换态钾平均释放速率可以用来衡量土壤和矿物非交换态钾的生物有效性。并依据其数值可将土壤中的非交换态钾划分为高、中、低和无效等几种等级。通过与盆栽高强度耗竭的试验数据相拟合，初步建立土壤不同有效性的非交换态钾分级方法如下：高效非交换态钾：用0.5 h 0.1 mol L-1 NaBPh4提取的钾减去速效钾；中效非交换态钾：用15 min 0.2 mol L-1 NaBPh4提取的钾减去0.5h 0.1 mol L-1 NaBPh4提取的钾；低效非交换态钾：1h 0.2 mol L-1 NaBPh4+1.7 mol L-1 NaCl提取的钾减去15 min 0.2 mol L-1 NaBPh4法提取的钾；无效非交换态钾：非交换态钾总量即0.2 mol L-1 NaBPh4+1.7 mol L-1 NaCl提取20d获得的钾量减去1 h 0.2 mol L-1 NaBPh4+1.7 mol L-1 NaCl提取的钾。该方法是否适用田间土壤非交换态钾生物有效性的等级划分，有待进一步验证。本研究提出的分级方法在经验证和进一步优化后，将向全国推广，并将用于我国主要农田土壤的供钾潜力的评估。