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长期秸秆还田不同粒径土壤颗粒供钾

特征

论文起止日期：2020年9月至2023年4月

摘要

钾在植物生长过程中是不可或缺的营养元素之一，对水稻、小麦等农作物的生

长发育和生理代谢有很大的影响。我国钾肥资源匮乏，土壤钾素多年来一直处于亏

缺状态。秸秆钾是一种很好的钾肥资源。土壤含钾矿物对土壤钾的固定和释放有

支配和制约的作用。土壤颗粒粒径的改变会显著影响其矿物组成及分配，从而影响

土壤钾素转化及供钾特征。研究长期秸秆还田下不同粒级土壤粘粒供钾特征，对秸

秆循环利用、缓解我国钾矿资源短缺与钾肥需求量大之间的矛盾、钾肥管理具有重

要意义，为完善土壤供钾潜力评价提供理论依据。目前，关于长期秸秆还田对2000

nm颗粒中粘粒矿物组成与其在各粒级间的变化关系并不清晰，尤其是纳米颗粒中

粘粒矿物的变化特征。本文通过分析稻麦轮作长期秸秆还田定位试验土样，旨在明

确不同粒径土粒的钾形态和矿物组成特点，解析供钾特性及其与粘土矿物的关系；

初步揭示稻麦轮作长期秸秆还田下各粒级粘粒的供钾机制。本研究采用斯托克斯沉

降法和离心机技术对长期秸秆还田试验中2018年稻麦轮作田耕层土壤进行了分离，

2000450-2000100-450100nm

获得、、和土壤颗粒，对不同粒径土粒交换性钾、

非交换性钾和黏土矿物含量进行了检测分析，主要研究结果如下：

1）秸秆的外源钾素能够补充土壤钾素，影响土壤钾素表观平衡，长期秸秆还

田后土壤钾素由亏缺转为盈余状态。秸秆还田后，无论施肥与否均提高土壤表观

平衡，秸秆还田处理钾素盈余约58kg/hm2。说明供试土壤在常规施肥或不施肥条

件下土壤钾素耗竭，还田后的秸秆作为外源钾素，提高土壤钾素供给。长期秸秆

还田增加的钾素主要位于矿物层间位置，少量在矿物表面。四苯硼钠和有机酸条

件下，土壤钾素释放存在快速释放和缓慢释放两个阶段。秸秆还田主要增加四苯

硼钠钾和有机酸钾快速释放阶段的释放量和释放速率，从而有效提升土壤钾素供

应能力。

2)100-450100nm

秸秆还田可以提高和有机颗粒水溶性钾和非交换性钾含

量。有机和无机颗粒100-450nm交换性钾含量与秸秆还田和土壤有机碳间存在非

常显著关系。在100-450和100nm颗粒中有机碳和秸秆还田显著影响非交换性钾

的含量。有机酸连续浸提条件下，有机颗粒钾释放量和释放速率高于无机颗粒。

秸秆还田主要影响100nm颗粒钾素释放量和释放速率。秸秆还田提高100-450和

100nm颗粒有效钾库容，但是限制特殊吸附态钾含量和100nm非特殊吸附态钾。

土壤有机碳与黏土矿物结合会增加平衡钾素浓度，比无机颗粒CR0K提高了16%。

不同粒径颗粒CR0K含量表现为100-450nm颗粒＞100nm颗粒＞450nm颗粒。秸

KK100nm

秆还田处理的无机颗粒和高于秸秆不还田处理。除无机颗粒外，

LX

不同处理相同粒径颗粒非特殊吸附态钾（-ΔK）差异不大。

0

3)秸秆还田未对各颗粒粘土矿物组成造成显著影响，但是颗粒粒径显著影响

粘土矿物的比例。在100nm颗粒中主要以蛭石、伊利石和高岭石为主。100nm

I

颗粒中伊利石结晶度较450-2000nm颗粒有所降低，但是晶体结构的差异没有反映

在XRD图谱，秸秆还田对土壤颗粒粘土矿物的影响未达到显著。秸秆并未显著改

变伊利石的结晶度。不同粒径可以改变伊利石的结晶度，主要表现为纳米和微纳

米颗粒伊利石结晶度低于微米颗粒。

秸秆还田；粘土矿物；供钾特征；矿物组成；矿物结构特征

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