冀宏杰,張懷志,張維理,田昌玉

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與養(yǎng)分循環(huán)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 北京 100081)

我國農(nóng)田土壤鉀平衡研究進(jìn)展與展望*

冀宏杰,張懷志,張維理,田昌玉

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與養(yǎng)分循環(huán)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 北京 100081)

土壤鉀平衡法是一種簡便易行的判斷土壤鉀庫豐缺狀況的方法,廣泛應(yīng)用于農(nóng)田土壤鉀素養(yǎng)分供應(yīng)狀況評(píng)價(jià)及科學(xué)施肥實(shí)踐。本文從農(nóng)田養(yǎng)分平衡的角度出發(fā),通過分析鉀平衡的計(jì)算方法、農(nóng)田鉀平衡的時(shí)空變異特征、不同作物農(nóng)田鉀平衡狀況、鉀平衡對(duì)土壤鉀含量的影響4個(gè)方面,綜述了近年來我國農(nóng)田鉀平衡研究的主要進(jìn)展。研究表明,我國農(nóng)田鉀平衡總體表現(xiàn)為虧缺,時(shí)間維度上表現(xiàn)為自建國以來整體呈現(xiàn)先下降后上升趨勢;但不同區(qū)域間表現(xiàn)不一且變異較大,部分區(qū)域的農(nóng)田鉀平衡狀況表現(xiàn)為盈余;不同區(qū)域及不同作物間鉀平衡呈現(xiàn)“兩極化”發(fā)展趨勢;作物之間的養(yǎng)分吸收特性不同以及肥料和農(nóng)產(chǎn)品市場價(jià)格波動(dòng),這兩個(gè)因素共同決定了不同作物類型之間及同種作物不同年際間鉀平衡的差異;不同研究者對(duì)于我國農(nóng)田鉀平衡的總盈余量、單位面積盈余量以及空間變異特征所得結(jié)果差異較大,宜對(duì)所選指標(biāo)體系綜合分析后比較,而不宜進(jìn)行直接對(duì)比;而對(duì)時(shí)間變異、不同作物種植類型農(nóng)田鉀平衡以及土壤鉀累積規(guī)律等方面的研究結(jié)果基本一致;本質(zhì)上來說,當(dāng)前土壤養(yǎng)分庫狀況是一個(gè)區(qū)域的種植制度、施肥方式經(jīng)過多年的累積所造成的結(jié)果,同時(shí)也決定著其未來的發(fā)展走向。為保持土壤鉀養(yǎng)分庫的穩(wěn)定與提升,基于我國鉀平衡研究現(xiàn)狀,提出我國未來在養(yǎng)分均衡、開源節(jié)流、重視不同輪作情況下鉀素的周年運(yùn)籌以及關(guān)注更深層次的土壤分層鉀養(yǎng)分庫等幾個(gè)改善農(nóng)田鉀平衡技術(shù)措施方面的研究方向。

農(nóng)田;鉀平衡;鉀虧缺;鉀“兩極化”;土壤鉀庫

鉀素是植物必須的3種大量營養(yǎng)元素之一,目前我國已成為全球鉀肥需求最大的國家,而鉀肥資源卻相對(duì)貧乏,國產(chǎn)鉀肥僅滿足一半的需求。而土壤鉀庫或者鉀供應(yīng)強(qiáng)度很大程度上決定了鉀肥投入的效率,因地、因時(shí)、因作物而異的科學(xué)施用鉀肥,是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、合理使用寶貴的鉀肥資源的基礎(chǔ)。

表觀養(yǎng)分平衡法通過計(jì)算農(nóng)田土壤養(yǎng)分投入與產(chǎn)出之差,得到農(nóng)田土壤養(yǎng)分元素的盈虧量,是一種簡便易行的判斷土壤養(yǎng)分庫狀況的方法,已廣泛應(yīng)用于大田糧油作物以及蔬菜、果樹等經(jīng)濟(jì)作物的土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況評(píng)價(jià)及科學(xué)施肥[1-6];同時(shí),一個(gè)國家或地區(qū)農(nóng)田養(yǎng)分平衡的基本狀況,又決定了農(nóng)田養(yǎng)分水平的發(fā)展趨向這樣一個(gè)重大的問題[7]。那么,作為自20世紀(jì)70年代即開始從南到北日益顯現(xiàn)肥效的鉀肥,我國當(dāng)前的鉀素平衡狀況如何,全國性、區(qū)域性、各作物的情況、鉀素平衡對(duì)土壤鉀養(yǎng)分庫的影響如何？本文從與農(nóng)業(yè)最直接相關(guān)的農(nóng)田視角出發(fā),從農(nóng)田鉀平衡的計(jì)算方法與鉀素盈虧狀況兩個(gè)方面,綜述了近年來我國不同尺度農(nóng)田鉀平衡的時(shí)空變異特征,以及不同類型作物種植的農(nóng)田鉀平衡狀況,并就改善我國農(nóng)田土壤鉀平衡,提高耕地質(zhì)量的技術(shù)方法進(jìn)行探討。

1 農(nóng)田鉀平衡的計(jì)算

農(nóng)田鉀平衡的計(jì)算,即以農(nóng)田為研究對(duì)象,對(duì)涉及農(nóng)田的所有鉀素輸入量與輸出量分別進(jìn)行測算,然后差減所得到的值。正值代表農(nóng)田鉀素盈余,負(fù)值代表農(nóng)田鉀素虧缺,即:鉀平衡=鉀輸入-鉀輸出。

鉀輸入量主要包括化肥和有機(jī)肥,此外還有大氣干濕沉降、灌溉水以及作物種子等來源。李書田等[8]總結(jié)了全國各地資料,提出通過干濕沉降輸入到農(nóng)田的鉀素(K2O,下同)平均每年8.3 kg×hm-2,通過灌溉水帶入農(nóng)田的養(yǎng)分平均每年14.8 kg×hm-2,種子帶入的數(shù)據(jù)因作物而異,也比較容易查到。

鉀輸出量包括作物吸收的鉀量(包括籽粒和秸稈)和鉀損失量兩部分。作物吸收量可以根據(jù)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生產(chǎn)單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量所需的鉀數(shù)量進(jìn)行估算。作物吸收的鉀量因作物而異,比較容易查到參考值,也可通過田間試驗(yàn)得到更為精準(zhǔn)的適合當(dāng)?shù)氐臄?shù)值。鉀的損失以水田淋失為主,一般南方水田約12 kg×hm-2[9],北方水田約6 kg×hm-2[10]。旱地土壤一般沒有淋失,而且鉀離子易于被土壤吸附或固定而減少損失,且固定的鉀對(duì)后茬仍有效,因此旱地土壤鉀素的損失可不計(jì)[8]。

2 我國農(nóng)田鉀平衡狀況

許多學(xué)者從不同的尺度和角度對(duì)我國土壤鉀平衡狀況進(jìn)行了研究。從研究尺度看,有國家尺度、省級(jí)尺度的研究,也有流域尺度和縣級(jí)尺度的研究;從研究角度和內(nèi)容來看,計(jì)算鉀盈虧比例、單位耕地面積鉀盈虧強(qiáng)度,以比較不同區(qū)域之間農(nóng)田鉀平衡的差異是比較常見的,也有一些對(duì)作物鉀平衡狀況的專項(xiàng)調(diào)查,比較不同作物之間或同一種作物不同區(qū)域間鉀平衡的差異。下面從鉀素平衡量(盈虧量)、不同區(qū)域間的差異、時(shí)間變化特征、不同作物的農(nóng)田鉀平衡狀況、鉀平衡對(duì)土壤鉀養(yǎng)分庫的影響(土壤鉀庫的變化趨勢)等幾方面進(jìn)行綜述。

2.1 我國農(nóng)田鉀平衡的時(shí)空變異特征

2.1.1 我國農(nóng)田鉀平衡的空間變異特征

2.1.1.1 鉀素平衡量(盈虧量)

對(duì)全國鉀素平衡狀況(是盈余還是虧缺)的總體判斷:無論基于監(jiān)測數(shù)據(jù)還是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,大部分研究結(jié)果是,我國整體鉀平衡狀況為虧缺[7,11-13]。也有研究者認(rèn)為,全國鉀素輸入與輸出基本持平[8]。

關(guān)于盈虧絕對(duì)量的計(jì)算結(jié)果,由于不同研究者的具體研究年份、研究方法、所取參數(shù)的不同導(dǎo)致平衡量計(jì)算結(jié)果的差異非常大,引用和比較時(shí)要注意分析,而不可僅僅直接引用結(jié)果。表1匯總了近年來我國相關(guān)研究者對(duì)全國及區(qū)域性農(nóng)田鉀素平衡核算結(jié)果。從表中可以看出,全國鉀平衡總量和單位面積鉀平衡量,即使對(duì)于同一個(gè)研究對(duì)象(如2000年以后,全國),不同研究者所得結(jié)果差別亦很大,甚至有數(shù)量級(jí)的差異,如鉀平衡總量從-3.9×106t[14]到4.3×105t[8],單位面積鉀平衡量從-74 kg×hm-2[12]到15.53 kg×hm-2[15]。

2.1.1.2 區(qū)域平衡

對(duì)不同區(qū)域間的鉀養(yǎng)分平衡狀況進(jìn)行比較也是基本的研究內(nèi)容之一。從表1還可以看出,不同研究者對(duì)全國不同區(qū)域間鉀素虧缺與盈余程度的研究結(jié)果也有差異。國家級(jí)耕地土壤監(jiān)測結(jié)果表明2006年全國6大區(qū)域土壤鉀素都有不同程度的虧缺,西北地區(qū)虧缺最嚴(yán)重[12]。李書田等[8]認(rèn)為虧缺區(qū)域在東北、華北、長江中下游地區(qū);方玉東等[14]則認(rèn)為集中于中西部地區(qū)、東部、南疆及黑龍江的某些縣域。李書田等[8]認(rèn)為西北地區(qū)收支平衡,只有東南和西南地區(qū)鉀素盈余。魯如坤等[7]研究了南方6省中有3個(gè)省(福建、廣東、廣西)盈余,其余3個(gè)省(浙江、江西、湖南)有所虧缺。程琳琳[16]認(rèn)為,鉀平衡過高的縣市集中在西部地區(qū),如西藏、新疆、內(nèi)蒙等省份,而農(nóng)業(yè)集約化程度高的東南部地區(qū),如河南、湖北、江蘇、安徽等省鉀平衡大多為負(fù)值。

造成這一結(jié)果的原因,除了上節(jié)所述的研究時(shí)間、研究方法、參數(shù)等不同外,不同研究者的具體分區(qū)也不盡相同。同樣是對(duì)全國的分區(qū),有的分為6個(gè)區(qū),有的分為7個(gè)區(qū)。而同樣是6大分區(qū),不同研究者具體的分法也可能不同。李書田等[8]分為6大區(qū):東北、華北、長江中下游、西北、西南、東南;全國農(nóng)技中心的分區(qū)為:華北、東北、華東、華南、西北、西南[12];程琳琳[16]則分為7個(gè)區(qū):華北、東北、華東、中南、西北、西南、華南。分區(qū)的不同,必然也會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的結(jié)果不同。

2.1.2 我國土壤鉀平衡的時(shí)間變化特征

盡管對(duì)鉀平衡量不同學(xué)者的研究結(jié)果不盡相同,但對(duì)土壤鉀素平衡狀況的變化趨勢卻基本一致:建國以來,全國整體呈現(xiàn)先下降后上升趨勢,但不同區(qū)域間表現(xiàn)不一。該結(jié)果也是我國不同歷史時(shí)期農(nóng)田鉀素投入、帶出量的綜合體現(xiàn)。如前所述,由于不同研究者所取的參數(shù)、體系、研究時(shí)間段不同,不宜進(jìn)行直接對(duì)比。表2列舉了部分研究者對(duì)這一變化趨勢的分析結(jié)果。

程琳琳[16]測算結(jié)果表明:從1951年到2004年我國鉀平衡一直處于虧缺狀態(tài),整體上呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。不同區(qū)域表現(xiàn)則不同,以1995年到2004年為例,華北五省、華南三省鉀平衡呈現(xiàn)不斷上升的趨勢;華東地區(qū)一直維持一個(gè)較穩(wěn)定的狀態(tài);西北、西南等地則前3年先下降,之后略微上升。

魯如坤等[7]總結(jié)了新中國建國以后 40年(1949—1991年)的鉀養(yǎng)分平衡,結(jié)果表明虧缺率一直在40%左右。他后來研究南方6省10年間(1986—1995年)農(nóng)田鉀素平衡情況,發(fā)現(xiàn)除3個(gè)省盈余外,另外3個(gè)虧缺的省份10年來虧缺程度均有所減緩,從而提出了在鉀盈余區(qū),應(yīng)強(qiáng)調(diào)節(jié)約用鉀[20]。

20多年(1985—2006年)的全國土壤監(jiān)測結(jié)果則顯示,前10年鉀素虧缺量有逐年減少的趨勢,后10年鉀素虧缺量則略有增加。從不同區(qū)域的歷史分析看,鉀素表觀盈虧量華北區(qū)鉀素虧缺有逐年增加的趨勢,東北區(qū)基本穩(wěn)定,華東、華南、西北、西南鉀素虧缺量有逐年減少趨勢[12]。

2.2 我國不同作物的農(nóng)田鉀平衡狀況

不同作物之間鉀平衡會(huì)受到兩個(gè)方面影響:一是作物本身的營養(yǎng)吸收特性不同(如蔬菜、果樹、煙草作物需鉀量較大),二是鉀肥投入量會(huì)受到肥料和農(nóng)產(chǎn)品市場價(jià)格波動(dòng)影響,這兩個(gè)因素共同決定了不同作物類型之間及同種作物不同年際間鉀平衡的差異。還有研究認(rèn)為,鉀平衡與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、教育程度等指標(biāo)有關(guān)[21]。

我國幾種典型輪作制度下,土壤鉀素平衡狀況為:小麥(Triticum asetivum)-玉米(Zea mays)輪作土壤鉀素表觀虧缺107.8 kg×hm-2,盈虧率-44.7%;早稻(Oryza sativa)-晚稻輪作土壤鉀素表觀虧缺66.6 kg×hm-2,盈虧率-46.3%;油菜(Brassica campestris)-水稻/玉米/棉花(Gossypiumsp.)輪作土壤鉀素表觀虧缺52.5 kg×hm-2,虧缺率-33.7%[12]。灰漠土小麥-玉米-棉花輪作體系鉀虧缺正在逐步加大[22]。湖北省6種種植制度(油菜-棉花、休閑-棉花、油菜-水稻、小麥-水稻、早稻-晚稻和單季稻)年平均虧缺量為52.4 kg×hm-2[23]。水旱輪作體系[水稻-大麥(Hordeum vulgare)]中,在年施鉀量(K2O)187.5 kg×hm-2條件下,土壤鉀素仍表現(xiàn)虧缺[24]。

表2 農(nóng)田鉀素平衡隨時(shí)間變化的相關(guān)研究結(jié)果Table 2 Main results of temporal changes of China’s national and regional K balance

不同區(qū)域的冬小麥-夏玉米研究結(jié)果表明,如果不施鉀肥、不采用秸稈還田措施,華北地區(qū)的鉀素年表觀虧缺量為 134～258 kg×hm-2,西北地區(qū)為220～261 kg×hm-2[13]。筆者于2015年對(duì)華北平原5種輪作類型的鉀平衡狀況進(jìn)行調(diào)查,3種輪作類型為虧缺[冬小麥-夏玉米、冬小麥-花生(Arachis hypogaea)、冬小麥-大豆(Glycine max)],2種盈余[小麥-棉花、大蒜(Allium sativum)-棉花],其中冬小麥-夏玉米、冬小麥-花生輪作虧缺均超過 200 kg×hm-2(課題組未發(fā)表資料,2016)。通常情況下經(jīng)濟(jì)作物施鉀量是糧食作物的1.4～2.6倍,全國50 000多個(gè)土壤樣品土壤速效鉀含量的分析結(jié)果也表明,1990—2012年間經(jīng)濟(jì)作物土壤鉀含量的增速高于糧食作物土壤[25]。山東保護(hù)地蔬菜鉀盈余3 437 kg×hm-2[26]。

由于烤煙(Nicotianasp.)生長養(yǎng)分需求的特殊性,我國烤煙生產(chǎn)所用鉀肥占全國總鉀肥的比例明顯高于氮、磷等肥料。同我國鉀平衡出現(xiàn)明顯虧缺相比,我國烤煙煙區(qū)的土壤鉀素出現(xiàn)明顯盈余。鉀素過量雖不像氮磷那樣對(duì)環(huán)境產(chǎn)生威脅,但造成資源浪費(fèi),直接影響經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)民收入。據(jù)研究,全國烤煙鉀素平均輸出/投入比值為27.7%,但不同植煙區(qū)鉀平衡狀況存在明顯差別,北方煙區(qū)的鉀素輸出/投入比值高于南方煙區(qū)[27-28]。

2.3 鉀平衡對(duì)土壤鉀養(yǎng)分庫的影響

2.3.1 施用鉀肥對(duì)土壤鉀庫的影響

區(qū)域農(nóng)田養(yǎng)分盈虧是驅(qū)動(dòng)農(nóng)田土壤肥力時(shí)空變化的主要因素。對(duì)我國6個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站(海倫、沈陽、欒城、長武、常熟、鷹潭)農(nóng)田土壤肥力在近年來時(shí)空演變的研究表明,農(nóng)田鉀素的盈虧量與土壤速效鉀的年變化量顯著相關(guān),農(nóng)田鉀的盈虧量決定了土壤鉀養(yǎng)分的變化方向[17];也有研究表明不同作物及不同輪作模式農(nóng)田鉀養(yǎng)分盈余量與收獲時(shí)土壤表層(0～30 cm)的速效鉀含量呈正相關(guān),但未達(dá)顯著水平[29]。長期的鉀平衡負(fù)值導(dǎo)致土壤交換性鉀的消耗[30]。不同含鉀物料(稻草、稻草灰、硅鈣鉀肥、枸溶性鉀肥和氯化鉀肥)可以顯著提高土壤各形態(tài)鉀素含量[31]。

徐明崗等[32]總結(jié)了長期施肥典型農(nóng)田土壤速效鉀的演變規(guī)律:長期不施鉀肥,土壤速效鉀含量下降,尤其是在南方地區(qū);施用一定量鉀肥,土壤速效鉀可維持原有水平;化肥與有機(jī)肥配合,土壤速效鉀則明顯增加。

在山西石灰性褐土一年1作條件下,通過16年的田間定位試驗(yàn),只施用氮、磷肥情況下,土壤鉀素年平均虧缺104.3 kg×hm-2,與試驗(yàn)前的初始值比較,土壤速效鉀和緩效鉀含量分別下降23.6%和14.3%。在施用氮、磷肥的基礎(chǔ)上每年施用鉀肥+小麥秸稈還田則土壤速效鉀、緩效鉀分別提高 38.6%和11.0%[33]。

紅壤稻田系統(tǒng)14年田間定位試驗(yàn)結(jié)果表明:不施肥或僅施化肥,土壤鉀素嚴(yán)重虧缺,其中以不施K的NP處理最嚴(yán)重,平均每年虧損120.1 kg×hm-2,有機(jī)物養(yǎng)分循環(huán)利用的施肥制度可大幅降低稻田土壤鉀素虧損甚至出現(xiàn)鉀素盈余[35]。

2.3.2 土壤鉀庫的變化趨勢

長期定位試驗(yàn)和全國土壤普查結(jié)果表明,自新中國成立以來,除部分地區(qū)農(nóng)田土壤有效鉀含量有所增加外,全國土壤鉀變化的總體趨勢是:隨著產(chǎn)量水平不斷提高及有機(jī)肥施用量的相對(duì)減少,土壤鉀的收支平衡入不敷出,呈逐年耗竭趨勢,缺鉀面積持續(xù)擴(kuò)大[36]。

2.3.2.1 土壤速效鉀含量變化趨勢

土壤速效鉀是短期內(nèi)能被作物利用的鉀素,因而研究我國土壤速效鉀含量的變化狀況,對(duì)合理利用鉀肥資源,提高施鉀效果有重要意義。

從國家級(jí)耕地土壤長期定位監(jiān)測點(diǎn)1985—2006年20年的監(jiān)測結(jié)果看,全國耕層速效鉀含量變化趨勢表現(xiàn)為穩(wěn)中有升,從1985年的76 mg×kg-1上升到127 mg×kg-1,年均增加2 mg×kg-1[37]。不同時(shí)間段、不同區(qū)域速效鉀含量結(jié)果看,1987—1997年華北、華東、華南區(qū)有顯著上升趨勢,東北、西北、西南區(qū)有下降趨勢;1998—2006年,東北、華北、華東、華南區(qū)有上升趨勢,西北、西南區(qū)變化基本平穩(wěn)。我國土壤速效鉀含量分布大體呈南低北高趨勢。

He等[25]分析了全國58 559個(gè)土壤樣本中速效鉀含量,其值由1990s的79.8 mg×L-1增加到2000s的93.4 mg×L-1。過去20年東北地區(qū)的土壤速效鉀含量未出現(xiàn)顯著變化,但華北、東南和西南地區(qū)分別增加34.8%、17.9%和30.2%,而西北地區(qū)則下降75.9%。

還有許多區(qū)域性的土壤鉀庫研究,如黑土區(qū)土壤速效鉀含量都出現(xiàn)不同程度的降低,平均降低40 mg×kg-1,約占總量的20%;潮土區(qū)土壤速效鉀的變化空間差異很大,有的區(qū)域增加(北京通州、山東陵縣),有的區(qū)域減少(河北曲周),這與人們的施肥管理有關(guān)[38]。華北平原的數(shù)據(jù)資料豐富,研究也比較多,如在河北省冬小麥-夏玉米輪作區(qū)的研究表明,與第二次土壤普查時(shí)相比,土壤速效鉀含量明顯上升[39-40],進(jìn)一步研究表明除衡水、廊坊升高外,其他地區(qū)(保定、滄州、邯鄲、石家莊、邢臺(tái))基本保持不變[41];河北曲周縣 1980—2010年 30年來土壤速效鉀含量隨時(shí)間的推移呈遞減的趨勢,前20年下降很快,后10年表現(xiàn)為總體略有下降,但局部有上升的趨勢[42]。江蘇淮安縣1982至2013年,土壤速效鉀變化趨勢為上升—下降—平穩(wěn)—略降[43]。陜西榆林地區(qū)近30年來土壤速效鉀養(yǎng)分均有所提升[44]。

2.3.2.2 土壤緩效鉀含量變化趨勢

緩效鉀作為評(píng)價(jià)土壤供鉀潛力的指標(biāo),其不斷釋放可以使速效鉀維持在適當(dāng)?shù)乃?。?dāng)評(píng)價(jià)土壤的長期供鉀潛力時(shí),應(yīng)主要考慮土壤緩效鉀的含量。國家級(jí)耕地土壤監(jiān)測結(jié)果表明,耕層緩效鉀平均含量為661 mg×kg-1,從不同區(qū)域看,全國耕層土壤緩效鉀含量,西北最高,東北、華北次之,但都普遍高于全國平均水平,華南、華東、西南地區(qū)緩效鉀含量最低,普遍低于全國平均水平[12]。

3 改善我國農(nóng)田鉀平衡狀況的對(duì)策與思考

鉀素是植物必須的大量營養(yǎng)元素,也是寶貴的不可再生的資源,需要合理利用;土壤中鉀養(yǎng)分含量,是研究土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的基礎(chǔ)。同時(shí),土壤養(yǎng)分含量的高低,又取決于農(nóng)田多年養(yǎng)分平衡狀況的累積,尤其對(duì)于鉀這樣沒有揮發(fā)損失、當(dāng)季利用率不高的元素。理論上,如某元素持續(xù)盈余,則土壤中該元素的含量會(huì)升高;反之如某元素持續(xù)虧缺,則土壤中該元素的含量會(huì)降低。當(dāng)然,由于土壤鉀養(yǎng)分庫的巨大庫容,加之緩效鉀-速效鉀的補(bǔ)充體系,導(dǎo)致農(nóng)田鉀素養(yǎng)分平衡對(duì)土壤速效鉀的反應(yīng)短期內(nèi)有可能不會(huì)明顯表現(xiàn)出來,但是,農(nóng)田鉀素平衡的測算,仍然不失為一項(xiàng)掌握土壤鉀養(yǎng)分庫動(dòng)態(tài),預(yù)測其將來的發(fā)展方向,預(yù)判土壤對(duì)作物生長的供給狀況、土壤肥力走向的方便快捷的重要指標(biāo)。

從養(yǎng)分平衡公式可以看出,要改善農(nóng)田鉀平衡狀況,根本上來說還是要從輸入(鉀源的投入)和輸出(產(chǎn)量帶走量、養(yǎng)分流失等損失)兩個(gè)方面來協(xié)調(diào)。在掌握周年輪作作物鉀素吸收特征、土壤鉀庫供應(yīng)特征的情況下,各地做到因地、因時(shí)、因作物合理施用鉀肥。

3.1 氮鉀平衡,養(yǎng)分均衡

研究表明,當(dāng)前3種大量元素氮磷鉀的增產(chǎn)效益與20世紀(jì)80年代相比已經(jīng)發(fā)生了明顯變化,氮的增產(chǎn)效果明顯降低,磷和鉀的增產(chǎn)效果有所提高,尤其是鉀肥的增產(chǎn)效果。與氮磷相比,目前鉀肥在我國主要作物上的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)投比最高[15]。無論是不同投入養(yǎng)分之間的比例,還是作物吸收與投入的比例,均應(yīng)提高鉀素在其中的占比。

由于當(dāng)前農(nóng)田施肥品種以復(fù)合肥為主,可以從調(diào)整區(qū)域大配方入手,針對(duì)不同區(qū)域的鉀素平衡狀況,適當(dāng)調(diào)整不同區(qū)域鉀的比例;輔以作物配方肥,以協(xié)調(diào)不同作物間的鉀素營養(yǎng)平衡問題。

3.2 開源節(jié)流,多措并舉

由于我國化肥鉀資源的嚴(yán)重缺乏,鉀的來源仍然要靠有機(jī)肥鉀。我國有機(jī)肥資源量巨大,據(jù)測算,通過各種途徑輸入到全國農(nóng)田的鉀總量為2 297萬t,其中通過化肥輸入的鉀僅占總輸入的37.6%,通過有機(jī)肥輸入的鉀占總輸入的53.8%,其中通過人畜糞尿輸入的鉀占總輸入的34.9%,通過作物秸稈還田輸入的鉀占總輸入的17.5%[8]。與化學(xué)鉀肥的高含鉀量不同,有機(jī)肥鉀含量較低,且不同有機(jī)肥品種的鉀含量、釋放特征差別十分明顯,施用前應(yīng)仔細(xì)了解當(dāng)?shù)刂饕袡C(jī)肥鉀源含量特征。建議開展我國不同區(qū)域氣候條件下不同有機(jī)肥品種鉀循環(huán)率試驗(yàn),為合理施用有機(jī)肥,提高土壤鉀庫提供技術(shù)支撐。

國內(nèi)外許多試驗(yàn)均已證實(shí),為保持土壤鉀素平衡,減輕作物對(duì)土壤鉀素的消耗,緩解土壤鉀素肥力下降的程度,維持土壤鉀素肥力的穩(wěn)定,鉀肥施用的最佳處理組合是有機(jī)無機(jī)配施[34,45-48],鑒于目前我國有機(jī)肥的農(nóng)田施用比例在不斷下降,十分有必要加強(qiáng)該方面的宣傳。

秸稈還田是提高土壤肥力的基本措施,也是一種很好的補(bǔ)鉀措施[49-51]。絕大多數(shù)試驗(yàn)研究表明:秸稈還田后土壤中的速效鉀顯著增加。我國是一個(gè)鉀肥資源甚缺的國家,與氮磷等含量集中在籽粒不同,作物秸稈根茬中含鉀量約占整株的70%～80%,通過各種方式的秸稈還田對(duì)補(bǔ)充我國鉀資源具有十分重要的意義,應(yīng)引起高度重視[52]。

開源的同時(shí)還要注意節(jié)流,通過平衡施肥、提高植被覆蓋度等措施,盡力減少土壤鉀素流失。研究表明,過量施鉀顯著提高交換性鉀的淋失[53],特別是砂性土更易流失[54];鉀素流失量隨雨強(qiáng)增大而增加,平衡施肥由于能提高植株覆蓋度從而減少土壤侵蝕量和養(yǎng)分徑流損失,提高養(yǎng)分利用率[55]。

3.3 加強(qiáng)不同作物輪作措施對(duì)鉀素平衡的影響,以及鉀肥施用的周年運(yùn)籌研究

土壤養(yǎng)分庫的變化,本質(zhì)上是一個(gè)區(qū)域的種植制度、施肥方式經(jīng)過多年的累積造成的;而不同作物的養(yǎng)分吸收特性不同,可以利用其對(duì)土壤鉀庫進(jìn)行調(diào)整。比如可以在長期鉀庫虧缺的地方除了施用鉀肥等補(bǔ)充鉀素的施肥措施外,通過種植鉀吸收量相對(duì)較低的作物或配置適宜的作物輪作形式來達(dá)到土壤鉀庫的恢復(fù)。

輪作是一個(gè)區(qū)域內(nèi)人們的一種長期行為習(xí)慣,是適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?、土壤、栽培條件、人類行為的栽培方式,在一定時(shí)間范圍內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定,不同輪作直接決定了養(yǎng)分的投入量與帶出量的不同,即養(yǎng)分平衡狀況不同。輪作周期是決定土壤養(yǎng)分庫發(fā)展的基本單元。養(yǎng)分平衡測算通常情況下針對(duì)的是1個(gè)茬次作物,今后需更多關(guān)注周年情況下多個(gè)作物組合(即作物輪作組合)的周年養(yǎng)分平衡及其對(duì)土壤養(yǎng)分庫的影響。此外,鉀肥的周年統(tǒng)籌技術(shù)層面,根據(jù)土壤鉀庫的釋放特性和作物吸收鉀素的規(guī)律,鉀肥重點(diǎn)施于夏播作物上,但在實(shí)踐層面,各地不同茬次具體分配多少鉀肥比例,尚需更多的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

3.4 關(guān)注更深層次的分層土壤性質(zhì),而非僅表層影響

目前對(duì)土壤鉀庫的研究大多是土壤表層0～20 cm左右,這是基于大部分地區(qū)土壤鉀庫尚未到達(dá)緊迫程度時(shí)方法。已有研究表明,目前我國部分地區(qū)土壤速效鉀有顯著的表聚現(xiàn)象和層化效應(yīng),且15～30 cm土層虧缺嚴(yán)重,已低于缺鉀臨界值[56]。筆者2015年對(duì)華北平原主要輪作土壤速效鉀的調(diào)查結(jié)果也表明,小麥-玉米、小麥-花生輪作10 cm以下土層、小麥-玉米、小麥-花生、小麥-棉花20 cm以下土層速效鉀均低于100 mg×kg-1(課題組未發(fā)表資料,2016)。因而,從長遠(yuǎn)的角度看,隨著鉀庫的虧缺,有必要進(jìn)行更深層次和分層鉀庫的動(dòng)態(tài)監(jiān)測,及其不同深度土壤鉀庫與植物根系的關(guān)系研究,以實(shí)現(xiàn)土壤鉀供給與植物鉀吸收的匹配。

References

[1]劉楓,吳傳洲,朱克保,等.沿江平原稻麥輪作系統(tǒng)維持鉀素平衡和作物高產(chǎn)的鉀肥運(yùn)籌研究[J].土壤,2014,46(2): 232–238 Liu F,Wu C Z,Zhu K B,et al.Study on potassium strategy to maintain crop high yield and potassium balance in cropland under rice-wheat rotation systems[J].Soils,2014,46(2): 232–238

[2]龍光強(qiáng),孫波.基于鉀平衡和氮淋失風(fēng)險(xiǎn)的紅壤豬糞安全用量[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(11):300–305 Long G Q,Sun B.Safety amount of pig manure application based on potassium balance and nitrate leaching risk on red soil[J].Transactions of the CSAE,2011,27(11):300–305

[3]李書田,邢素麗,張炎,等.鉀肥用量和施用時(shí)期對(duì)棉花產(chǎn)量品質(zhì)和棉田鉀素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016,22(1):111–121 Li S T,Xing S L,Zhang Y,et al.Application rate and time of potash for high cotton yield,quality and balance of soil potassium[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2016, 22(1):111–121

[4]郭翠英,王素萍,陳鋼,等.武漢市蔬菜地土壤養(yǎng)分狀況與施肥現(xiàn)狀研究[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2016,28(2):22–26 Guo C Y,Wang S P,Chen G,et al.Study of soil nutrient and fertilizerapplication statusin vegetable-growing soilin Wuhan City[J].Acta Agriculturae Jiangxi,2016,28(2):22–26

[5]李書田,崔榮宗,同延安,等.鉀肥用量和施用時(shí)期對(duì)蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)和果園鉀素平衡的影響[J].中國果樹,2016,(5): 11–18 Li S T,Cui R Z,Tong Y A,et al.Effect of potassium amount and application period on apple yield,quality and orchard K balance[J].China Fruits,2016,(5):11–18

[6]高義民,同延安,路永莉,等.長期施用氮磷鉀肥對(duì)黃土高原地區(qū)蘋果產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分累積與分布的影響[J].果樹學(xué)報(bào),2012,29(3):322–327 Gao Y M,Tong Y A,Lu Y L,et al.Effect of long-term application of nitrogen,phosphorus and potassium on apple yield and soilnutrient accumulation and distribution in orchard soil of Loess Plateau[J].Journal of Fruit Science, 2012,29(3):322–327

[7]魯如坤,時(shí)正元,施建平.我國南方6省農(nóng)田養(yǎng)分平衡現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)變化研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2000,33(2):63–67 Lu R K,Shi Z Y,Shi J P.Nutrient balance of agroecosystem in six provinces in southern China[J].Scientia Agricultura Sinica,2000,33(2):63–67

[8]李書田,金繼運(yùn).中國不同區(qū)域農(nóng)田養(yǎng)分輸入、輸出與平衡[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(20):4207–4229 Li S T,Jin J Y.Characteristics of nutrient input/output and nutrient balance in different regions of China[J].Scientia Agricultura Sinica,2011,44(20):4207–4229

[9]顏廷梅,楊林章.蘇南水網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田鉀素資源概況及潛力[J].長江流域資源與環(huán)境,2000,9(1):46–50 Yan T M,Yang L Z.Status and potentiality of field potassium resources in hydrographic net region in south of Jiangsu Province[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2000,9(1):46–50

[10]姜子紹,宇萬太.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中鉀循環(huán)研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(3):545–550 Jiang Z S,Yu W T.Research advance in potassium cycling in agroecosystems[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2006, 17(3):545–550

[11]Tan D S,Jin J Y,Jiang L H,et al.Potassium assessment of grain producing soils in North China[J]. Agriculture, Ecosystems&Environment,2012,148:65–71

[12]全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心,中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃所.耕地質(zhì)量演變趨勢研究——國家級(jí)耕地土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)整編[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2008 The NationalAgro-Tech Extension and Service Center (NATESC),Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences.Research oftheEvolution ofArableLand Quality —Summary of NationalArableLandSoilMonitoring[M]. Beijing:China Agricultural Science and Technology Press, 2008

[13]劉榮樂,金繼運(yùn),吳榮貴,等.我國北方土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)鉀素平衡及鉀肥肥效研究Ⅰ.主要種植制下的土壤鉀素平衡與調(diào)控[J].土壤肥料,1999,(6):3–6 Liu R L,Jin J Y,Wu R G,et al.Studies on soils potassium balance and crop response to potash application in northern China.I.Soilpotassium balance undermain cropping systems[J].Soils and Fertilizers,1999,(6):3–6

[14]方玉東,胡業(yè)翠,封志明,等.基于GIS技術(shù)的中國農(nóng)田鉀素養(yǎng)分收支平衡研究[J].土壤,2009,41(2):185–191 Fang Y D,Hu Y C,Feng Z M,et al.Balance of farmland Potassium nutrient input/output in China based on GIS[J]. Soils,2009,41(2):185–191

[15]劉曉燕.我國農(nóng)田土壤肥力和養(yǎng)分平衡狀況研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2008 Liu X Y.Study on soil fertility and nutrient balance of China[D].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2008

[16]程琳琳.中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)鉀素平衡與鉀肥需求[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2007 Cheng L L.Potassium balance and potash fertilizer demand of farmland ecosystem in China[D].Beijing:China Agriculture University,2007

[17]孫波,潘賢章,王德建,等.我國不同區(qū)域農(nóng)田養(yǎng)分平衡對(duì)土壤肥力時(shí)空演變的影響[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2008,23(11): 1201–1208 Sun B,Pan X Z,Wang D J,et al.Effect of nutrient balance on spatial and temporal change of soil fertility in different agriculture area in China[J].Advances in Earth Science,2008, 23(11):1201–1208

[18]趙秉強(qiáng).施肥制度與土壤可持續(xù)利用[M].北京:科學(xué)出版社,2012 Zhao B Q. Fertilization Systems and Land Use Sustainability[M].Beijing:Science Press,2012

[19]劉朝陽,段英華,楊莉,等.河北省農(nóng)田土壤養(yǎng)分平衡現(xiàn)狀研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(9):170–174 Liu C Y,Duan Y H,Yang L,et al.Present situation of soil nutrient balance in Hebei Province[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2014,30(9):170–174

[20]魯如坤,劉鴻翔,聞大中,等.我國典型地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和平衡研究Ⅲ.全國和典型地區(qū)養(yǎng)分循環(huán)和平衡現(xiàn)狀[J].土壤通報(bào),1996,27(5):193–196 Lu R K,Liu H X,Wen D Z,et al.Research on nutrient cycling and balance of agricultural ecosystem in typical area.Ⅲ.The status quo of nutrient cycling and balance in national and typical area[J].Chinese Journal of Soil Science,1996, 27(5):193–196

[21]楊林章,孫波.中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡及其管理[M].北京:科學(xué)出版社,2008 Yang L Z,Sun B.Nutrient Cycling,Balance and Management of China’s Farmland Ecosystem[M].Beijing:Science Press, 2008

[22]王西和,呂金嶺,劉驊.灰漠土小麥-玉米-棉花輪作體系鉀平衡與鉀肥利用率[J].土壤學(xué)報(bào),2016,53(1):213–223 Wang X H,Lü J L,Liu H.Potassium balance and use efficiency in grey desert soil under continuous wheat-maize-cotton crop rotation system[J].Acta Pedologica Sinica,2016,53(1):213–223

[23]夏穎,劉冬碧,張富林,等.湖北省主要種植制度農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)鉀平衡狀況[J].生態(tài)學(xué)雜志,2014,33(9):2395–2401 Xia Y,Liu D B,Zhang F L,et al.Potassium balance in the agroecosystem ofthemain cropping systemsin Hubei Province[J].Chinese JournalofEcology,2014,33(9): 2395–2401

[24]唐旭,計(jì)小江,李超英,等.水稻-大麥長期輪作體系鉀肥效率及土壤鉀素平衡[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47(1):90–99 Tang X,Ji X J,Li C Y,et al.Study on potassium use efficiency and apparent soil potassium balance under long-term rice-barley rotation[J].Scientia Agricultura Sinica, 2014,47(1):90–99

[25]He P,Yang L P,Xu X P,et al.Temporal and spatial variation of soil available potassium in China(1990–2012)[J].Field Crops Research,2015,173:49–56

[26]Yu H Y,Li T X,Zhang X Z.Nutrient budget and soil nutrient status in greenhouse system[J].AgriculturalSciences in China,2010,9(6):871–879

[27]陶芾,滕婉,李春儉,等.我國烤煙生產(chǎn)體系中的養(yǎng)分平衡[J].中國煙草科學(xué),2007,28(3):1–5 Tao F,Teng W,Li C J,et al.Nutrient input and output balance in flue-cured tobacco production in China[J].Chinese Tobacco Science,2007,28(3):1–5

[28]閆慧峰,石屹,李乃會(huì),等.煙草鉀素營養(yǎng)研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2013,15(1):123–129 Yan H F,Shi Y,Li N H,et al.Progress in tobacco potassium nutrition[J].Journal of Agricultural Science and Technology, 2013,15(1):123–129

[29]許仙菊,趙堅(jiān),張維理,等.不同輪作模式農(nóng)田鉀養(yǎng)分表觀平衡及其對(duì)土壤速效鉀含量的影響[J].中國土壤與肥料, 2016,(3):37–42 Xu X J,Zhao J,Zhang W L,et al.Potassium nutrient balance and its impact on soil available K content in Shanghai suburb farmlands[J].Soil and Fertilizer Sciences in China,2016,(3): 37–42

[30]Subba R A,Srinivasarao C,Srivastava S.Potassium status and crop response to potassium on the soils of agro-ecological regions of India[M].2nd rev.ed.Horgen:International Potash Institute,2011:185

[31]胡敏,任濤,廖世鵬,等.不同含鉀物料對(duì)土壤鉀素含量動(dòng)態(tài)變化影響[J].土壤,2016,48(1):48–52 Hu M,Ren T,Liao S P,et al.Effects of K-bearing materials on dynamic changes of soil K contents[J].Soils,2016,48(1): 48–52

[32]徐明崗,梁國慶,張夫道.中國土壤肥力演變[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2006 Xu M G,Liang G Q,Zhang F D.Soil Fertility Evolution in China[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press,2006

[33]王宏庭,金繼運(yùn),王斌,等.山西褐土長期施鉀和秸稈還田對(duì)冬小麥產(chǎn)量和鉀素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010,16(4):801–808 Wang H T,Jin J Y,Wang B,et al.Effects of long-term potassium application and wheat straw return to cinnamon soil on wheat yields and soil potassium balance in Shanxi[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science,2010,16(4):801–808

[34]葛瑋健,常艷麗,劉俊梅,等.土區(qū)長期施肥對(duì)小麥-玉米輪作體系鉀素平衡與鉀庫容量的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2012,18(3):629–636 Ge W J,Chang Y L,Liu J M,et al.Potassium balance and pool as influenced by long-term fertilization under continuous winter wheat-summer maize cropping system in a manural loess soil[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2012, 18(3):629–636

[35]文菀玉,王凱榮,謝小立.紅壤稻田不同施肥制度對(duì)土壤鉀平衡和水稻產(chǎn)量的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007, 15(3):41–44 Wen W Y,Wang K R,Xie X L.Effect of different modes of fertilizer application on soil potassium balance and rice yield[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2007,15(3): 41–44

[36]王興仁,張福鎖,張衛(wèi)峰.中國農(nóng)化服務(wù)——肥料與施肥手冊(cè)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2013 Wang X R,Zhang F S,Zhang W F.China Agro-Chemical Service:Fertilizer Manual[M].Beijing:China Agriculture Press,2013

[37]陳印軍,王晉臣,肖碧林,等.我國耕地質(zhì)量變化態(tài)勢分析[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2011,32(2):1–5 Chen Y J,Wang J C,Xiao B L,et al.Trends in the change of cultivated land quality ofChina[J].Chinese Journalof Agricultural Resources and Regional Planning,2011,32(2): 1–5

[38]周健民.淺談我國土壤質(zhì)量變化與可持續(xù)利用[J].中國科學(xué)院院刊,2015,30(4):459–467 Zhou J M.Evolution of soil quality and sustainable use of soil resourcesin China[J].Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2015,30(4):459–467

[39]薛彥東,辛景樹,任意,等.華北小麥玉米輪作區(qū)耕地地力等級(jí)劃分及特征[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2015,32(6): 530–536 Xue Y D,Xin J S,Ren Y,et al.Characteristics and gradations of cultivated land fertility for winter wheat-summer maize rotation system in north China[J].Journal of Agricultural Resources and Environment,2015,32(6):530–536

[40]張瑞芳,王紅,張愛軍,等.河北省中部平原土壤速效鉀和緩效鉀的分析與評(píng)價(jià)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,54(8): 1816–1821 Zhang R F,Wang H,Zhang A J,et al.Analysis and evaluation of soil rapidly-available potassium and slowly-available potassium in the central plain of Hebei Province[J].Hubei Agricultural Sciences, 2015,54(8): 1816–1821

[41]董若征.河北省冬小麥-夏玉米輪作區(qū)土壤養(yǎng)分變化與供肥能力[D].保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2012 Dong R Z.Soil nutrients change and supply capability in the rotation system of winter wheat and summer maize in Hebei Province[D].Baoding:AgriculturalUniversity ofHebei Province,2012

[42]張玲娥,雙文元,云安萍,等.30年間河北省曲周縣土壤速效鉀的時(shí)空變異特征及其影響因素[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014,47(5):923–933 Zhang L E,Shuang W Y,Yun A P,et al.Spatio-temporal variability and the influencing factorsof soilavailable potassium in 30 years in Quzhou County,Hebei Province[J]. Scientia Agricultura Sinica,2014,47(5):923–933

[43]馬玉軍,張杰,倪言成,等.淮安市農(nóng)田土壤速效鉀變化規(guī)律及鉀養(yǎng)分收支平衡分析的研究[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備, 2014(9):83–86 Ma Y J,Zhang J,Ni Y C,et al.Study on soil available potassium variations and potassium balance ofHuai’an cropland[J].Agricultural Development and Equipments, 2014(9):83–86

[44]楊才玉.榆林地區(qū)土壤速效鉀時(shí)空變異研究[D].西安:長安大學(xué),2014 Yang C Y.Research of temporal and spatial variability of soil potassium in Yulin[D].Xi’an:Chang’an University,2014

[45]Srinivasarao C,Kundu S,RamachandrappaB K,et al. Potassium releasecharacteristics,potassium balance,and fingermillet(Eleusine coracanaG.)yield sustainability in a 27-year long experiment on an Alfisol in the semi-arid tropical India[J].Plant and Soil,2014,374(1):315–330

[46]王志勇,白由路,楊俐蘋,等.低土壤肥力下施鉀和秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量及土壤鉀素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2012,18(4):900–906 Wang Z Y,Bai Y L,Yang L P,et al.Effects of application of potassium fertilizer and straw returning on crop yields and soilpotassium balance in low-yielding fields[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2012,18(4):900–906

[47]關(guān)焱,宇萬太,李建東.長期施肥對(duì)土壤養(yǎng)分庫的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2004,23(6):131–137 Guan Y,Yu W T,Li J D.Effects of long-term fertilization on soil nutrient pool[J].Chinese Journal of Ecology,2004,23(6): 131–137

[48]趙歡,芶久蘭,趙倫學(xué),等.貴州旱作耕地土壤鉀素狀況與鉀肥效應(yīng)[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2016,22(1):277–285 Zhao H,Gou J L,Zhao L X,et al.Analysis on status of soil potassium and the effects of potassium fertilizer in dryland soil in Guizhou[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016,22(1):277–285

[49]孫麗敏,李春杰,何萍,等.長期施鉀和秸稈還田對(duì)河北潮土區(qū)作物產(chǎn)量和土壤鉀素狀況的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2012,18(5):1096–1102 Sun L M,Li C J,He P,et al.Effects of long-term K application and straw returning on crop yield and soil K status in fluvo-aquic soil of Hebei Province[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2012,18(5):1096–1102

[50]李秀雙,師江瀾,王淑娟,等.長期秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤鉀素形態(tài)及空間分布的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016,44(3):109–117Li X S,Shi J L,Wang S J,et al.Effect of long-term straw returning on form and spatial distribution of potassium in agricultural soil[J].Journal of Northwest A&F University: Natural Science Edition,2016,44(3):109–117

[51]謝佳貴,侯云鵬,尹彩俠,等.施鉀和秸稈還田對(duì)春玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤鉀素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2014,20(5):1110–1118 Xie J G,Hou Y P,Yin C X,et al.Effect of potassium application and straw returning on spring maize yield, nutrientabsorption and soilpotassium balance[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2014,20(5):1110–1118

[52]劉巽浩.農(nóng)作學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2005 Liu X H.Science of Farming System[M].Beijing:China Agricultural University Press,2005

[53]Qiu S J,Xie J G,Zhao S C,et al.Long-term effects of Potassium fertilization on yield,efficiency,and soil fertility status in a rain-fed maize system in northeast China[J].Field Crops Research,2014,163:1–9

[54]Sharma V,Sharma K N.Influence of accompanying anions on potassium retention and leaching in potato growing alluvial soils[J].Pedosphere,2013,23(4):464–471

[55]林超文,陳一兵,黃晶晶,等.平衡施肥及雨強(qiáng)對(duì)紫色土養(yǎng)分流失的影響[M]//李華棟.農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展中的植物養(yǎng)分管理.南昌:江西人民出版社,2008 Lin C W,Chen Y B,Huang J J,et al.Effect of balanced fertilization and rain intensity on nutrient loss from a purple soil in Sichuan[M]//Li H D.Plant Nutrition Management in Sustainable Agriculture. Nanchang: Jiangxi People’s Publishing House,2008

[56]師江瀾,李秀雙,王淑娟,等.長期淺耕與秸稈還田對(duì)關(guān)中平原冬小麥-夏玉米輪作土壤鉀素含量及層化比率的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(11):3322–3328 Shi J L,Li X S,Wang S J,et al.Effect of long-term shallow tillage and straw returning on soil potassium content and stratification ratio in winter wheat/summer maize rotation system in Guanzhong Plain,Northwest China[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2015,26(11):3322–3328

Farmland potassium balance in China:A review*

JI Hongjie,ZHANG Huaizhi,ZHANG Weili,TIAN Changyu
(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrient and Nutrient Cycle,Ministry of Agriculture,Beijing 100081,China)

Soil potassium balance(KB)is an indicator for potassium input and output in croplands.It is also a simple method to judge the situation of soil potassium deficiency,which has been extensively used in soil nutrient condition evaluation and fertilizer recommendations for crops.In this paper,KB in croplands in China was reviewed on four fronts— calculation method,spatio-temporal variability analysis,crop type difference analysis and soil potassium content analysis.The studies showed an overall deficient KB in croplands in China.Regional variations in potassium deficiency were significant,with surplus farmland potassium in some areas that resulted in KB polarization.The difference in nutrient uptake among crops,the fertilizer volatility and agricultural market prices together determine the difference in KB among different crop types or even same crop in different years.Due to differences in the calculation parameters or regional planning,vast differences were notedin different reports(literatures)in terms of the amounts of total deficient potassium,deficient potassium per hectare and spatial variation in potassium deficiency.Thus although direct comparison of these results for different studies was apparently inappropriate,such comparison should be done after comprehensive analysis of related index systems.Irrespectively,in temporal variations,the effects of different planting on KB in croplands and soil potassium accumulation were basically identical.In essence,the current state of soil nutrient pool was the result of long-term accumulation of regional cropping systems(including rotation)and fertilization behaviors,which in turn determined future trend in the development of soil nutrient pool.In order to control soil potassium polarization and to ensure a stable promotion of soil potassium pool in China, it was recommended to focus future research on areas such as the optimization of nitrogen and potassium application amounts, KB in annual crop rotation systems,seasonal differentiation of potassium fertilization in accordance with soil application and crop adsorption characteristics.

Cropland;Potassium balance;Potassium deficiency;Potassium polarization;Soil potassium pool

Oct.25,2016;accepted Feb.24,2017

S153.6

A

1671-3990(2017)06-0920-11

10.13930/j.cnki.cjea.160944

冀宏杰,張懷志,張維理,田昌玉.我國農(nóng)田土壤鉀平衡研究進(jìn)展與展望[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2017,25(6):920-930

Ji H J,Zhang H Z,Zhang W L,Tian C Y.Farmland potassium balance in China:A review[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2017,25(6):920-930

* 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503121-13)資助

冀宏杰,主要從事土壤與環(huán)境、植物營養(yǎng)與肥料方面的研究。E-mail:jihongjie@caas.cn

2016-10-25 接受日期:2017-02-24

* The study was supported by Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China(201503121-13). Corresponding author,JI Hongjie,E-mail:jihongjie@caas.cn