全 文 ：收稿日期：!""#$"%$!& 接受日期：!""#$"’$!(
基金项目：国家“)(%”项目（!""!*+(,&""%）；中国科学院知识创新重要方向项目（-.*/%!01!&&"）；国家自然科学基金项目（&"’(,,’(）；福建省
青年科技人才创新项目（!""(2%"!"）；福建省教育厅 +类项目（3+"("(4）资助。
作者简介：马红亮（,)(#—），男，山西原平人，博士，讲师，主要从事土壤碳氮循环与调控方面的研究。
567："’),$#%&#%(%,，89:;<7：:=7)%4>,4%? @A:。! 通讯作者 89:;<7：BCD=E> 开放式空气 !"# 浓度升高对水稻 $小麦轮作
土壤速效钾的影响
马红亮,，朱建国!!，谢祖彬!，刘 钢!，曾 青!
（, 福建省亚热带资源与环境重点实验室，福建师范大学地理科学学院，福建福州 %’"""(；
! 土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所，江苏南京 !,"""#）
摘要：采用 2I*8（2J66 ;作土壤速效钾的影响。结果表明，相对于对照处理，在不同氮水平下 *O!浓度升高使作物生物量增加，导致作物生
长季对土壤钾的吸收增加，但并没有降低作物主要生长期土壤（"—’、’—,’ @:土层）速效钾的含量；*O! 浓度升高
使土壤速效钾增加的幅度在作物根际达 4?%Q!!!?%Q，在行间达 %?(Q!,,?!Q，且土壤速效钾增加的幅度在小
麦季大于水稻季。表明根系对土壤速效钾的影响很大，因此，短期内土壤钾含量不会成为限制因素而影响作物对
高 *O!浓度的响应，反而会增加土壤钾的有效性。但在土壤肥力较低的土壤上可能会产生消极影响。
关键词：*O!浓度升高；水稻土；水稻；小麦；速效钾
中图分类号：0,’%?4 文献标识码：I 文章编号：,""#$’"’/（!"")）"%$"4"($"4 !""#$% &" "’## ()’ $(’*&+,-)&.)-# #+’)$/0#+% &+ 1&)2 (3()2(*2# 4
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人类活动使大量碳进入大气，促使大气中 *O!
浓度升高。这种趋势还在继续，已由工业革命前（大
约 ,(’"年）的 !#" ‘ ,"!V P V增长到 !""& 年的大约
%#"!V P V左右
［,］。目前，许多研究关注地上植物部
植物营养与肥料学报 !"")，,’（%）：4"($4,!
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a7;HN XENJ分，诸如光合作用、蒸腾作用和生物量累积等［!"#］，
大气 $%!浓度升高对土壤碳、氮、磷的影响也有报 道［#"&］；而有关大气$%!浓度升高对土壤钾（’）影响
的研究较少。在大气 $%! 浓度升高条件下，一方面 生物量显著增加，需要吸收更多的钾；另一方面，有 !()!*()的光合同化碳转移到地下区域［+",］，为土 壤微生物增加了碳源和能量，提高生物活性，有利于 增加土壤中钾的有效性。所以，值得我们深入研究 土壤中发生的变化。 本试验利用 -.$/技术平台，在农田生态系统
的稻麦轮作中，研究大气 $%!浓度升高对水稻 0小麦 轮作土壤速效钾的影响，弥补以往在密闭或半开放 环境下研究的不足，为农田耕作和水肥管理提供科 学的参考依据。 ! 材料与方法 !"! 研究地区概括 稻麦轮作 -.$/系统平台［1(］于 !((1 年 2 月至
!((3年 2月建于江苏省无锡市安镇镇年余农场（#14
#&56，1!(4!+5/），土壤类型为水耕人为土（俗称黄泥
土），年降水量 11((!1!(( 77，年平均温度约 128，
年日照时间大于 !((( 9，年无霜天数大于 !#( :，耕
作方式为水稻—冬小麦轮作。土壤的基本性质：砂
粒（(;(*!1 77）,! < 0 =<，粉砂粒（(;((1!(;(* 77）
2*& < 0 =<，粘粒（ > (;((1 77）!*1 < 0 =<，容重 1;!
< 0 ?7#，有机碳 1* < 0 =<，全氮 1;*, < 0 =<，全磷 1;!#
< 0 =<，速效磷 1(;3 7< 0 =<，@A 2;+。!((3 年 2 月至
!((*年 2月重建于江苏省江都市小纪镇（11,43!5 (55
/，#!4#*5*556），土壤有关基本性质为：砂粒（!!
(;(! 77）*&+ < 0 =<，粉砂粒（(;(!!(;((! 77）!+* < 0
=<，粘粒（ > (;((! 77）1#& < 0 =<，(—1* ?7土壤容重
1;12 < 0 ?7#，全碳 1+;3 < 0 =<，全氮 1;* < 0 =<，全磷 (;2
< 0 =<，速效磷 1(;! 7< 0 =<，@A &;,。
!"# 田间试验处理
无锡 -.$/试验采用裂区设计。$%! 浓度为主
处理，氮肥处理为副处理。在 -.$/圈（高$%! 圈，
$%!浓度比对照大气升高 !((!B 0 B，-表示）和 .7C DEFGH圈（对照圈，当前周围大气$%! 浓度，.）内设 !
个氮水平，即：常规氮（水稻和小麦各施 6 !*(
=< 0 97!，66表示）和低氮（水稻施 6 1*( =< 0 97!，小
麦施 6 1!* =< 0 97!，B6 表示）；I 水平均为 I!%* &*
=< 0 97!。水稻季用复合肥、尿素和磷酸氢二铵分 3
次施用，分别在水稻移栽前 1 :、移栽后 *、*1和 21 :
作为基肥、苗肥、拔节肥和穗肥施用；低氮和常规氮
处理第 1和第 #次施肥分别用复合肥 # 0 *和 ! 0 *，第
!次用 ! 0 # 尿素和磷酸氢二铵，第 3 次施尿素 1 0 #。
移栽行距为 !* 7，株距为 12;& 7，合 !3穴 0 7!。小麦
季用复合肥和尿素分 3次施用，分别在小麦播种后
*、!2、11*和 13+ :作为基肥、苗肥、拔节肥和穗肥施
用；低氮处理在第 1和第 #次分别施复合肥的 ! 0 #
和 1 0 #，第 !和第 3次各施尿素 1 0 !；常规 6处理在
第 1和第 #次分别施复合肥 ! 0 #和 1 0 #、尿素分别施
! 0&和 1 0 &，第 !和第 3次各施尿素 ! 0 &。播种行距
!( ?7，密度 #(( J 1(3 0 97!。
江都 -.$/ 田间试验采用裂区设计。水稻于 !((3年 *月 !(日播种，2月 13日人工移栽，行距为 !* ?7，株距为 12;& ?7，!3 穴 0 7!。施氮量设：低氮 （6 1!* =< 0 97!，B6）、常规氮（6 !*( =< 0 97!，66）!个 水平，施磷、钾肥均为 &( =< 0 97!。施氮时间和施氮 量：2 月 1# 日施基肥，2 月 1, 日施分蘖肥，& 月 #( 日施穗肥，其中基、蘖肥占总施氮量的 2()，穗肥占 总施氮量的 3()；I（I!%*）、’（’!%）肥均作为基肥 施用。!((3!!((*年小麦试验，氮肥分低氮（6 11!; * =< 0 97!，B6）和常规氮（6 !!* =< 0 97!，66），磷肥 （I!%*）和钾肥（’!%）施用量各 &* =< 0 97!。氮肥为尿 素，磷、钾肥为复混肥。磷、钾肥在小麦播种前 ! : 作基肥一次施入，氮肥分别按基肥、拔节肥（播种后 11# :）和孕穗肥（播种后 132 :）施用，施用量分别为 总量的 *()、1()和 3()。$%! 浓度处理设计同无
锡试验。
!"$土样采集与分析 无锡试验：水稻于 !((1年 2月 1#日进行移栽， 移栽后 !&、3,、&2和 1!# :采样，分别代表着分蘖期、 拔节期、抽穗期和成熟期。每次采 (—*、*—1* ?7 土样，约 1 =<，取土时，将一个不锈钢铝框插入土壤 1( ?7，把框内的水抽去，用铲子取表层土，再取低层 土。同一肥料处理的同一层土混合，挑出可见的有 机物质和石砾。小麦于 !((1 年 11 月 + 日播种，播 种后 1!+、1*!、1&1和 !(! :分别采样，分别代表着分 蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期。每次采 (—*、*— 1* ?7两层土样，约 1 =<。取土时，在小麦行间用铲 子取表层土，接着取低层土。同一肥料处理的同一 层土混合，挑出可见有机物质和石砾。每次取土后 土壤样品风干保存备用。 江都试验：!((3年 1(月水稻和 !((*年 2月小 麦收获后，分别挖取远离根系 * ?7的行间土壤，同 时挖取靠近根系 * ?7之内的土壤，连同根系一起挖 出，适当风干后，将外面的土壤打碎、抖落，将紧靠根 +(2 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 1*卷 系的土壤收集，作为根际土壤。 土壤全钾含量测定用常规方法［!!］；土壤速效 钾用乙酸铵提取，火焰光度计测定［!!］。 试验数据采用 "#$%"、&’检验和 ()*方法，在
不同 +$,浓度条件下对实验数据进行统计分析。 ! 结果与分析 !"#$%!浓度升高对作物各生长期土壤速效钾的
影响
在水稻季，高 +$, 浓度条件下土壤速效钾含量 比对照处理增加，主要表现在分蘖期、抽穗期和成熟 期。在分蘖期不同土壤层次和成熟期 -—. /0 土 层，低氮（(#）水平下增加幅度较大；而常规氮（##） 水平在抽穗期增加幅度较大（图 !）。在小麦季，高 +$,浓度条件下，不同 #水平小麦越冬期土壤速效
钾增加幅度最大，达到 1234!!5254；在分蘖期、
拔节期和收获期土壤速效钾在 (#水平下增加幅度
大于 ##水平；而且 ##水平 -—. /0土层速效钾有
降低趋势。高 +$,浓度使土壤速效钾总体上表现为 .—!. /0土层增加幅度大于 -—. /0土层，(#水平 增加幅度大于 ##水平。尽管高 +$, 浓度对土壤速
效钾的影响不够显著，但是即使少量的增加也有益
于维持作物在生长过程中养分供给的平衡，对于提
高粮食产量和品质来说也是很重要的。
图 # $%!浓度升高对水稻和小麦季不同生育期土壤速效钾的影响 &’()# *++,-./ 0+ ,1,23.,4$%! 05 /0’1 323’1361, 7 3. 4’++,8,5. (809.: /.3(,/ ’5 8’-,;9:,3. 80.3.’05 /［注（#678）：(#—低氮 (69 #；##—常规氮 #6:0;< #；-—.、.—!.—土层 )6=< <;>8:?（/0）；@—分蘖期 @=<<8:=AB；
C—拔节期 C<6AB;7=AB；D—抽穗期 D8;E=AB；&—灌浆期 &=<<=AB；F—成熟期 F;7G:=7>；H—越冬期 H=A78:=AB；下同 @I8 ?;08 J8<69K］
!"! $%!浓度升高对作物根系周围土壤速效钾的 影响 图 ,看出，作物收获以后，小麦季土壤速效钾含 量大于水稻季。相对于对照 +$, 浓度处理，高 +$, 浓度使土壤速效钾含量增加幅度在小麦季大于水稻 季，且增加幅度在根际大于行间。水稻季 (# 水平 下根际和行间速效钾分别升高 L2M4和 3214；## 水平下分别升高 5234和 N234。在对照 +$, 处理
下，随着施肥水平的提高，根际和行间土壤速效钾含
量分别降低了 N2-4和 !214；在 +$,浓度升高处理 下，随着施肥水平提高，根际和行间土壤速效钾含量 分别降低了 52L4和 !2!4。高 +$, 浓度使小麦季
(#水平下根际和行间速效钾分别升高 !M2-4和
!!2,4，##水平下分别升高 ,,234和 !-2-4。在对
L-53期 马红亮，等：开放式空气 +$,浓度升高对水稻 O小麦轮作土壤速效钾的影响 照 !"#处理下，随着施肥水平增加，根际和行间土壤 速效钾含量分别降低了$%&’和 (%(’；在 !"#浓度
升高处理下，随着施肥水平的提高，根际和行间土壤
速效钾含量分别降低了 (%)’和 *%(’。表明高 !"#
浓度条件下，不只是在作物生长期土壤速效钾偏高，
就是在收获以后土壤速效钾仍然保持较高的水平，
这样有利于作物生长对高 !"#浓度的积极响应。
图 ! "#!浓度升高对水稻—小麦季结束后根系不同部位土壤速效钾的影响
$%&’! ())*+,- .) */*01,*2 "#! .3 -.%/ 101%/14/* 5 %3 2%))*6*3, 716,- 16.832 6..,- 1),*6 6%+* 132 9:*1, -*1-.3 ［注（+,-.）：/—高 !"#浓度处理 /0.. 120 3104,5 62,726. .502389.5-；:—对照 !"#浓度处理 :942.5- 120 -0.1-9.5-；下同 ;8. <19. 4.=,>?］ !;< "#!浓度升高对作物钾素吸收的影响 在水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期，相对 于对照处理，高 !"# 浓度条件下作物对钾的吸收在 @+处理下分别提高 )&%#’（A B C%C#D）、#&%)’、 (*%D’和 (#%C’；在 ++处理下分别提高 &$%E’（A
B C%CC#）、&%)’、E$%(’和 EE%F’（图 (）。而在小 麦分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期，!"# 浓度升高 使小麦对钾的吸收在 @+处理下分别增加 #*%F’、$C%)’（A B C%CCD）、#F%F’和 F%(’；在 ++处理下
分别降低 )%*’、增加 *)%(’（A B C%C#D）、((%(’和
#)%E’。!"#浓度升高条件下，水稻和小麦对钾的
吸收比对照增加，且在水稻分蘖期和小麦拔节期增
加显著。从作物需求的角度分析，土壤中钾含量可
能会影响作物对 !"# 浓度升高的响应，所以在作物
生长期需根据土壤情况补充适当钾肥。
图 < "#!浓度升高对水稻和小麦不同生育期土壤钾吸收的影响
$%&’< ())*+,- .) */*01,*2 "#! .3 5 87,1=*- .) 6%+* 132 9%3,*6 9:*1, 1, ,:* 2%))*6*3, &6.9,: -,1&*- CE$ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 E)卷
! 讨论
众所周知，!"#是植物进行光合作用的底物，其
浓度的升高直接促进生物量的增加［$，%#&%$］，需要更
多的矿质元素包括氮、磷、钾，因此作物对钾的吸收
在几个关键生育期增加。由于生物量在不同 !"#浓
度下产生的差异造成了作物对土壤钾吸收的不同，
必然会引起土壤钾的降低，很可能会限制作物对高
!"#浓度的持续响应［%’］。但是试验结果显示，短期
内在作物生物量增加、吸收更多钾的情况下，土壤速
效钾也没有显著降低，反而有所增加，可能与农业生
态系统中土壤肥力较高、有较多的有机质增加土壤
钾的缓冲能力有关。土壤中的钾主要是无机态，它
来源于外界施肥、土壤矿物的风化和有机物质的分
解代谢。在施用钾肥一致的条件下，高 !"# 浓度引
起土壤钾供给增加且土壤有效钾不降低，很大程度
上归于土壤矿物和有机物质的贡献。因为高 !"#浓
度下将有更多的同化产物进入土壤［(&)，%*&%+］，为土壤
有机生物提供了额外的碳源和能量，有利于土壤生
物和酶活性的提高，促进有机物质的分解，释放更多
的无机钾，间接地影响土壤过程［%,］。同时，高 !"#
浓度下，作物根系生物量增加且在纵向穿透和横向
分布上有所提高，在水平方向距离根系的不同位置
对土壤产生的影响不同［%,］，这种影响在作物根际和
行间土壤速效钾的变化上有所体现。结果显示，相
对于对照 !"#浓度处理，高 !"# 浓度使水稻和小麦
季根际土壤速效钾含量增加幅度大于行间，表明根
系活动和分泌物对速效钾的积极影响。因此，在高
!"#浓度条件下土壤发生的变化既保证了作物吸收
钾的需要，也保证了土壤速效钾含量不降低。而且
已有的研究显示，不但是钾没有降低，氮和磷也没有
降低［*&+，%(］。这些结果无不说明与根系的紧密关系。
研究表明，矿物态氮的有效性是控制植物对高
!"#浓度响应的关键因素［%)］。大量的证据表明，地
上生物量会因氮肥的不足而减弱对 !"# 的响
应［#-&#%］，因此氮水平将影响生物量的变化，自然会
影响到土壤钾的变化。试验结果显示，在不同氮水
平下，高 !"#浓度对土壤速效钾的影响并不显著，表
明在农田生态系统氮素还没有成为主要的限制因
子，即使在作物根际和行间土壤所产生的差异也不
显著。由于土壤钾含量的变化与生物量有一定的关
系［%#&%$］，在不同氮肥水平下，高 !"# 浓度对土壤钾 的影响是作物吸收和土壤有效钾变化的结果。因 此，在外施肥料的情况下，还是要适当考虑增加有机 肥的施用，保证土壤钾的供给和养分的平衡。 参 考 文 献： ［%］ ./0123 ! 4，53367 8 9，:;<03; = !" #$ % >?3 @A3/21A B12C D@; /2E?;@F
G@H321A !"#［I］J .A132A3，#--’，$-*：$+,&$,%K
［#］ 43CC3;C3;C 4 I 9，L/2 M3 :31N2 . !，L/2 O332 I 9J PDD3AEB @D 363F
O/E3Q /ER@BG?3;1A !"#&63O36B @2 E?3 A/;0@2 3A@2@R7 @D / B@16 G6/2E3Q
S1E? S?3/E［9］J T@［U］J =3S V@;C：W1637，%))-K ’#$&’#)K ［$］ 41 5 .，X/2H . YJ PDD3AEB @D /ER@BG?3;1A !"# 32;1A?R32E，/GG613Q 21F
E;@H32 /2Q B@16 R@1BE<;3 @2 Q;7 R/EE3; /AA12 BG;12H S?3/E［I］J Z3Q@BG?3;3，#--#，%#（$）：#-,&#%(K
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!#O 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 #N卷