周二读书会 27 | 知己知彼,做好土壤施肥管理——深度认识土壤与植物的氮磷钾营养和肥料(三)
「周二读书会」是在2020农历年前,沃土可持续农业发展中心组织各个田间学校的农夫代表一起线上读书的活动。
大家想一起读一些农业专业书籍,保持每周一次的读书分享节奏,每次通过线上交流讨论本周学习的心得。
各位农夫们一起结合自己的实践碰撞交流,看看当实践遇到理论会迸发出怎样的火花,同时也探索下关于生态农业线上共学的方法与路径。近三周来,周二读书会的农友们共读了《土壤肥料学》第七章与第八章土壤、植物的氮磷钾三大元素的营养与肥料。由于三大元素管理有许多相似性,所以作为一个系列分三篇来总结分享,前两篇介绍了关于氮和磷,今天的分享是围绕土壤的钾素营养。这几章的内容专业性较强,适合想要对土壤施肥了解更深入的资深农友。大家可以根据个人情况进行阅读学习,不能一下子完全理解也没关系,可以从自己觉得容易读或最感兴趣的部分开始读,其他部分先简单了解,然后逐步深入。本文内容主要来自《土壤肥料学》课本,结合大家的讨论和可持续农业实践的需要,选取部分内容跟大家分享。在开始土壤三大营养元素单个元素的探讨之前,首先提醒一下大家别忘了可持续农业的“整体性”视角——当我们谈论某一个元素有什么样的功能的时候,只是指它在整体性的流程中某个环节发挥了什么作用。土壤中的营养元素非常多,作物的生长发育代谢也是因各类条件的综合变化而变化,影响因素非常复杂,切勿断章取义,片面地实施什么“补肥”策略。其次,提醒一下,施肥原则还是应该秉持“我们喂养土壤,让土壤喂养植物”的管理思路,培育和改良土壤才是核心。施肥调整的是土壤的营养平衡,或者补充被植物带走的那部分养分。肥料会被土壤胶体或者有机质吸附或暂时固定,或者被土壤生物吸收暂时储存,当土壤溶液中可溶性离子浓度降低的时候,会被逐渐释放出来,以供应植物所需。这样既可以减少肥料的淋溶损失,也可避免土壤中肥料营养出现“饥一顿饱一顿”的情况,使得土壤营养供应更加稳定、可持续,“藏富于土”,土壤抗风险能力增强。只有在土壤营养储存不足,或者极度不平衡的状况下,或通过养土来不及补救当季作物损失的情况下,才会考虑临时补充叶面肥或者冲施液肥补充,以便迅速满足作物需求。还要提醒一下的是,植物吸收营养的“源”和“库”的关系。植物吸收养分像人吃饭一样,也是“吃”了东西可以暂时储存在体内,需要的时候可以及时从体内细胞液中吸收利用的。植物的细胞液是“库”、土壤中营养是“源”。所以,植物现出“缺素”症状(机能失调的变现)再补充,已经迟了,“库”里已经贫乏了,“源”早已缺乏。但是如果过度的补充“源”,尤其是使用可溶性肥料(化肥或者液肥)补充,会使的植物的细胞液营养过度,“库”过于富余,容易引来病菌和害虫来“消化”过度的营养。目 录
○ 土壤钾素的含量
○ 我国土壤中钾的分布
○ 土壤中钾的形态和有效性
○ 土壤中钾的形态转化
○ 植物体内的钾素含量与分布
○ 钾的营养功能
○ 植物对钾的吸收利用
○ 植物钾素营养失调的症状
○ 常用钾肥的种类
○ 钾肥的有效施用
○ 小结
钾在地壳中的丰度位居第七,大多数矿质土壤含钾量在0.5%~2.5%之间。土壤钾绝大部分(95%~99%)在土壤矿物的晶格中或晶层间,因此土壤含钾量与土壤成土的岩石矿物类型,风化成土条件及土壤本身特性有密切关系。高温高湿地区,土壤高度风化,盐基淋溶强烈,土壤含钾量低。而在干旱地区由于降雨少、淋溶弱,矿物风化释放的钾一般不能淋出土体,甚至发生在表层聚集,因而土壤富含钾素。植被的影响也是显著的,陆地生态系统当中,生物物质循环可以将土壤矿物释放的钾,不断的吸收、利用和再循环,在一定程度上保蓄土壤钾免于淋失。土壤的物质组成和性质对土壤含钾量影响很大。土壤中次生矿物如水云母、蛭石及蒙脱石含钾量相对较多,而高岭石及水氧化物类矿物含钾量甚少。土壤颗粒越粗,含钾量越少,土壤粘粒含量越高,含钾量越高。粘质土全钾含量一般超过4%,但大多数土壤中要低于这个数值。总的来说,南方热带亚热带气候条件下,土壤风化淋溶强烈,土壤含钾量低。而北方土壤由于气候干燥,矿物风化、淋溶弱,因此含钾较多。所以,从南到北,土壤全钾、缓效钾及速效钾均成递增趋势。但在同纬度带,由于成土母质、风化程度、地形的不同土壤钾素状况也有很大的差异。我国的土壤钾素肥力演变经历了一个由不缺乏到缺乏,由南方缺乏到北方缺乏,由经济作物缺乏到禾谷类、果树、蔬菜等植物缺乏,由高产田缺乏到中产田也缺乏的过程。上世纪30年代,检测数据显示钾肥需要量仅为10%,而到70-80年代已有近半数耕地出现缺钾或严重缺钾现象。土壤中的钾依其存在的化学状态及对植物的有效性,可划分为矿物态钾、非交换态钾、交换钾及水溶态钾四种形态。矿物态钾主要以原生或次生的结晶硅酸盐状态存在于土壤中,一般含量为0.5%~2.5%,占土壤全钾量的90%~98%,但释放非常缓慢,对植物有效性低。非交换态钾(缓效钾),是反映土壤钾潜力的主要指标,是土壤速效钾的直接供给和后备。交换态钾是指被土壤胶体吸附的钾离子,这部分钾易被代换到土壤溶液中,供当季作物吸收利用,是土壤中可供植物吸收钾的主要部分。因此,交换态钾常被认为是土壤供钾能力的容量因素。水溶态钾是指以离子形式存在于土壤溶液中的钾,可以直接被植物吸收利用,而且与交换态钾保持着快速的动态关系,随水土比例及盐分浓度而变化,也受土壤质地、耕作、施肥和灌水等的影响。作为植物营养直接有效的钾是水溶态钾,土壤溶液中钾的浓度是很低的,要通过其他形态转化来满足植物对土壤溶液中钾浓度的要求。几种形态钾之间并无绝对的界限,彼此存在着一定的化学平衡关系(见下图)。在平衡过程中,每两种形态之间的转化都存在着一系列的动力学过程,且矿物态钾缓慢转化为非交换态钾是一种不可逆的释放反应,非交换态钾到交换态钾或水溶态钾的转化是可逆的。植物体内钾的含量因植物种类不同而异,烟草、马铃薯、甘蔗和西瓜等碳水化合物含量较高的喜钾植物含钾量比较高。同一植物不同器官含钾量亦不同,一般禾谷类植物种子含钾量较低,而茎秆中含钾量较高,薯类作物的块根块茎含钾量高。
钾和氮、磷一样,在植物体内有较大的移动性,所以钾比较集中的分布在代谢最活跃的器官和组织中(如生长点、芽、幼叶等的部位),这与钾在植物体内的生理代谢起积极作用有关。生物体内约有60多种酶,需要钾离子作为活化剂,它们参与糖代谢、蛋白质代谢和核酸代谢等生物化学过程,从而对植物生长发育起着独特的生理功效。钾离子能提高光合作用中许多酶的活性,使植物能够有效的进行碳素的同化作用;钾离子对光合产物的运转也起着重要的作用,因而能够增强光合作用。钾是对植物健康影响最大的元素,因为钾参与了植物生长发育中几乎所有的生物物理和生物化学过程。钾营养供应充足,通常可使植物在胁迫条件下具有较强的抵抗力,钾在增强植物的抗寒、抗旱、抗盐碱、抗病虫害能力方面起着重要的作用。钾在改善植物产品品质方面起着很好的作用,对上文提到的喜钾植物还有果树、茄果类蔬菜等都有利于提升风味,因此钾常被认为是'品质元素'。土壤钾离子主要通过扩散移动到植物根表,然后主要通过主动吸收进入根内。在常见栽培植物中,需钾量大小的顺序是:向日葵、荞麦、甜菜、马铃薯、玉米>油菜,豆科植物>禾谷科、禾本科牧草。植物根吸收钾后,能通过木质部和韧皮部向上运输,供地上部分物质代谢需要。也可以由韧皮部运至根尖,供根尖的吸收活动和物质代谢的需要。钾离子在韧皮部汁液中浓度高,在长距离运输过程中起重要作用。钾肥的品种较多,除硫酸钾、氯化钾、硝酸钾、磷酸钾等化学钾肥外,也有草木灰、窑灰钾肥和有机钾肥等。草木灰是植物残体燃烧后所剩余的灰烬,成分极为复杂,含有植物体内的各种灰分元素,如钾、钙、镁、硫、铁、硅以及各种元素,其中钾、钙最多,磷次之。所以,通常把它称作农家钾肥,但事实上它起着多种元素的营养作用。草木灰中的钾都是水溶性钾,有效性很高,但易随水淋失。草木灰可做基肥和追肥,特别宜于做盖种肥。草木灰做基肥每亩用量50-100公斤,做追肥每亩用量50公斤左右。追肥宜集中施用,可采用沟施或穴施,为了便于使用,使用前可以2-3倍的细土拌合或喷洒少量水分,使之湿润,然后使用。也可制成10%-20%的水浸提液,叶面喷洒,既可供给钾素和微量元素等营养,又能防止或减轻病虫的发生和危害。做水稻、蔬菜育苗的盖种肥,既能改善苗期营养,又可吸热增温,促苗早发,防止水稻烂秧。窑灰钾肥是水泥工业的副产品,含多种成分钾含量差异很大,通常氧化钾在8%-20%之间,除钾外还含有钙、镁、硅、硫、铁以及各种微量元素。窑灰钾肥是一种灰黄色或灰褐色粉末,颗粒很细、松散轻浮,是一种吸湿性很强的碱性肥料。可作基肥使用,但不可做种肥,因为它吸湿后发热,同时碱性强(pH值9-10),容易烧种,也不易用作蘸秧根。最适宜在酸性土和需钙较多的植物上施用。钾肥的施用效果与土壤性质、植物种类、肥料配合、施用技术等条件有密切关系,要充分发挥钾肥的增产效果,必须了解钾肥肥效的有关因素。只有土壤钾的供应水平(土壤中速效钾的含量和缓效钾的储藏量及其释放速度)低于某一界限时,钾肥才能发挥其效果。实验表明,土壤速效钾含量水平是决定钾肥肥效的基础条件。但土壤速效钾仅能反映当地作物钾素的供应情况,而由于速效钾含量易受到施肥、季节等因素的影响,所以难以反映土壤的供钾特点。因此,越来越多的人认为用速效钾与缓效钾相结合的办法来确定施肥指标,可能更符合生产实际。不同植物的需钾量和吸钾能力不同,因此对钾肥的反应也各异。含碳水化合物较多的植物(如烟草、马铃薯、甘薯、西瓜和果树等)需钾量较大,所以被称为'喜钾植物'。对于这些植物,施用钾肥不仅能增产,还能改善品质。豆科和油料植物施用钾肥也有良好效果,因为钾肥影响蛋白质和脂肪代谢。禾谷类植物对钾的需要量较少,但吸收钾的能力较强,所以在相同情况下,钾肥的肥效没有那么显著。氮、磷、钾三要素在植物体内对物质代谢的影响是相互促进、相互制约的,因此植物对氮磷钾的需要有一定的比例。钾肥肥效与氮、磷肥供应水平有关:当土壤中氮、磷含量比较低时,单施钾肥的效果往往不明显,随着氮、磷肥使用量的增加,使用钾肥才能获得增产。土壤含水量与作物钾肥肥效存在明显的水肥交互作用,由于土壤中钾素的迁移主要靠扩散途径,而土壤水分强烈影响的钾素在土壤中的扩散状况。因此,干旱年份土壤或缺乏灌溉条件的地方,更要注意钾肥的使用。而多雨季节或灌溉条件比较好的地方,可以减少钾肥的用量。钾肥应早施,因钾在植物体内的移动性大,缺钾症状出现晚。若出现缺钾症状再补充钾肥,为时已晚。另外,植物在生长的前期一般都强烈吸收钾,植物生长后期对钾的吸收显著减少,甚至成熟期部分钾从根系外溢,因此后期追施钾肥以无大意义,所以应当掌握'重施基肥、轻施追肥、分层施用、看苗追肥'的原则。对保水保肥力差的土壤,钾肥应分次施用,基肥追肥兼施,比集中一次为好,但原则上仍要强调早施。钾肥要深施、集中施,钾在土壤中移动性较小,钾离子在土壤中扩散相当慢,因此根系吸收钾的多少,首先取决于根量与其土壤的接触面积,所以钾肥应当集中施在植物根系多、吸收能力最强的土层中,追施一般距离植物6-10厘米远,深10厘米左右,以利根系吸收。这样也可以减少因表土干湿变化较大引起的钾的固定,提高钾肥的利用效率。氮磷钾是植物生长的三大必要营养元素,需要量大,受到较多施肥的关注。在实际操作过程中,应避免过度施肥或者偏施某一肥料,要结合土壤实际状况和植物需求,做好合理的施肥方案。通过本次学习,周二读书会的农友们讨论了几点心得,与大家分享:1、土壤本身都含有氮磷钾等营养元素,只是不同地区不同管理背景下含量和形态不同,可以通过与当地农业部门联系,了解当地的土壤背景,作为施肥的参考;有条件的情况下,可以通过土壤检测了解土壤的氮磷钾等营养元素的含量,指导我们做好平衡施肥,以及形成相宜的长期施肥管理方案。2、土壤施肥的重点是调节土壤的营养平衡,以及将作物带走的部分营养元素归还土壤。因此,尽量做好土地产出物通过堆肥还田,动物过腹还田或者秸秆直接还田(直接还田要注意水分管理以及留出秸秆分解时间)。3、土壤施肥可持续的管理应坚持“有机肥为主、水溶肥为辅”的原则。堆肥的营养更全面,不仅可以补充氮磷钾大量元素,还可以补充各类微量元素。另外,堆肥还可以改善土壤理化环境,促进根系发达,创造土壤生物多样性,促进营养的缓释、保存和利用。水溶性肥料只是必要时候的补充手段。4、不要迷信“完全的测土配方施肥”。通过学习,我们已经了解到土壤中氮磷钾营养含量和形态各异,其营养释放受土壤环境、耕作施肥、气候天气、作物种类、根系状况等条件的综合影响,很难准确预知土壤营养供给量和供给规律。作物在不同生长发育阶段需肥特性也不同,往往在作物需要的时候再补充已经过晚,“缺什么补什么”难以做到,测土配方只能作为参考。因此,更明智的做法应该是“还权给植物”,我们的工作是“喂养土壤”:通过堆肥、绿肥等有机物料的方式增加土壤有机质含量,既改善土壤理化环境,又为土壤储存营养,恢复土壤生物多样性,让土壤和植物去互动配合,发挥植物和土壤的“主动性”满足其自身生长发育的需要。另外还要注意观察,根据植物的生长发育和产出表现做出合理的施肥调整或补充。
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