黄河三角洲土壤钾对植物群落的响应研究

刘昕　靖淑慧　冯若昂　张天举　刘加珍

摘 要：分析了黄河三角洲土壤钾在4种典型植物群落中的差异及原因，探讨了不同群落全钾对速效钾的影响，结果表明：（1）棉田地因人为耕作及解钾菌的影响，在10～20 cm土层速效钾出现极高值；其他3种自然植被在0～40 cm的腐殖质层相对较多的土层上，其速效钾的含量相对较高。全钾的垂直变化趋势与速效钾相同，但棉田全钾含量相比其他自然植被的要低，这是由于钾作为棉花生长不可缺少的元素，土壤中的全钾转化为有效钾被棉花吸收，降低其含量；其他3种自然植被所需要的钾来自含钾矿物的风化，全钾含量差异不大。（2）不同植被类型下速效钾和全钾表层的含量均大于深层的含量，速效钾以棉田的表、底土差比最大，与棉花的根际促生菌及根系分泌物的生理特征有关；全钾以芦苇群落的表、底土差比最大，这与芦苇群落归还量的生态特征有关。（3）回归分析表明，柽柳和碱蓬群落土壤全钾和速效钾存在显著线性关系，反映出群落与环境钾元素处于动态平衡关系；而芦苇群落与棉田群落则相反，表现出群落与环境钾元素“累积”与“转化”的失衡。

关键词：植被 全钾 速效钾 差比 相关关系

中图分类号：S158；Q145 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（c）-0108-04

钾是植物生长所需三大营养元素之一，可活化植物体内的酶，促进新陈代谢，提高光合作用与其产物的运转能力[1]。钾参与作物體内几乎所有的生化过程[2]，对植物体生长发育有重要作用。缓效性钾与速效钾之间存在动态平衡，一定条件下缓效钾可以释放出来，是土壤速效性钾的储备库[3]。黄河三角洲地处118°05”～119°18E和36°55～38°16N 之间[4]，是典型的滨海湿地生态系统，其潮间带和潮上带土壤盐分在群落间存在明显差异[5]，盐分含量影响着物种的多样性[6]。不同的土地利用方式对土壤钾有较大影响[7]，有研究表明，碱蓬、柽柳群丛土壤可溶性盐具有较强的表聚性[8]，与生物及人为活动对土壤盐分的改变[9]有关。因此，该文通过探讨不同植被类型对土壤钾素的影响，探讨土壤钾素在滨海湿地的变化规律，为该地区盐碱地的改良和土壤肥力的提高提供参考。

1 数据采集与方法

选择4种典型植物群落即柽柳群落、碱蓬群落、芦苇群落、棉田群落，分别进行土壤剖面分层采样，采样深度为0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm等，直至采到地下水水位。对每个采样点用GPS进行定位，记录每个采样点周围的地形地貌和植被类型。

野外采回的土壤经自然风干，按照常规方法[10]提取浸出液后进行土壤速效钾和全钾含量的测定。速效钾采用乙酸铵提取-火焰光度法，全钾采用硝酸—高氯酸消解—火焰光度计法，将土壤表层钾和深层钾含量的差与表层钾含量的比值作为差比。数据的统计分析以及图表的制作在Excel和SPSS中完成。

2 结果与分析

2.1 土壤钾的垂直分布

柽柳群落在0～20 cm土层速效钾的含量较高，在5～10 cm值最大（图1（a））；碱蓬群落土壤在0～40 cm土层速效钾含量较高，在20～40 cm值最大；芦苇群落在0～40 cm土层速效钾含量较高，在0～5 cm值最大达207 mg/kg；棉田群落土壤在10～20 cm出现极高值，达718 mg/kg。4个群落土壤速效钾均在40～60 cm的土层骤降。分析原因可知，棉田10～20 cm为耕作层，耕作层棉花根系有植物根际促生菌的存在，其中解钾菌能溶解矿物钾为速效钾[11]，从而使10～20 cm处速效钾含量增高；而柽柳、碱蓬和芦苇属于自然植被，其土壤剖面在0～40 cm土层上的有机质层和腐殖质层营养元素相对较多，故此层面上的土壤的速效钾的含量较高。

全钾的垂直变化趋势与速效钾相同（图1（b）），柽柳和碱蓬群落10～20 cm土层全钾含量最高分别为16.9 g/kg、13.9 g/kg；芦苇群落在5～10 cm土层最高为15.4 g/kg；棉田则在10～20 cm出现最高值为12.1 g/kg。这是由于植物生长所需要的钾来自含钾矿物的风化[12]，所以柽柳、碱蓬和芦苇的全钾含量差异不大。但棉田剖面的全钾含量比自然植被低，因棉田种植相对集中，而钾是棉花生长发育不可缺少的营养元素[13] ，土壤中的全钾转化为有效钾被棉花吸收，使土壤全钾含量降低。

2.2 土壤钾表层与深层差异

由图2（a）可知，不同植被类型下土壤全钾在表层的含量均大于深层的全钾含量，其中，棉田的表土与底土间差异最大，表层和深层的差比棉田>碱蓬>柽柳>芦苇（表1），其原因是棉花对钾的需求量较大[14]，其根部存在植物根际促生菌，植物根际促生菌是一种自由生活在土壤或附生于植物根际的一类有益菌群，具有固氮、解磷、解钾及分泌植物激素等生理活性[15]。能溶解矿物钾转化为速效钾[11]，从而被棉花吸收进而造成棉田表层和深层的全钾差异。

由图2（b）可知，不同植被类型下速效钾的含量也均大于深层速效钾含量，表层与深层速效钾含量以芦苇的差异最大，速效钾的表层和深层的差比为芦苇>柽柳>棉田>碱蓬（表1），因芦苇群落营养元素的归还量大于存留量，芦苇群落有密集的根系[16]，芦苇根系从中层土壤吸收的速效钾一部分被利用，一部分归还给土壤，造成芦苇群落的表层和深层较大的差异。

2.3 土壤全钾对速效钾的影响

由图3可知，柽柳、碱蓬的土壤全钾（x）与速效钾（y）呈显著的正相关，拟合方程分别为y=0.0443x -0.4024（R2=0.596 2）与y=0.119x -1.1798（R2 =0.701 3）；柽柳与碱蓬属于自然土壤，人为因素影响小，全钾到速效钾的转化由土壤自身实现故变幅不大，说明土壤速效钾含量高低受制于全钾供应。而芦苇与棉田土壤全钾（x）与速效钾（y）线性关系不明显。

人为施肥作用使速效钾含量大幅度增加，可在较低全钾含量下产生含量较高的速效钾，加之棉花根系解钾菌的存在，使矿物态钾转化为速效钾，所以棉田全钾与速效钾之间不存在明显线性关系；而芦苇群落表层土壤肥力高，植物根系密集，相比其他群落其营养元素的归还性较强，根系从中层土壤吸收的速效钾一部分被利用，秋冬季一部分归还给土壤，致使0～10 cm土层全钾含量较高（图1（b）），但这种积累不能快速转化为速效钾而供植物吸收利用，因此可被植物直接利用的土层速效钾含量相对较低（图1（b））。这种“累积”大于“转化”的关系，使全钾与速效钾之间不存在明显的线性关系。

3 结论

（1）4种群落土壤剖面全钾与速效钾垂直变化相同，表现为40 cm以上土层全钾、速效钾含量较高，但最大值出现在不同土层深度，其中，棉田土壤在解钾菌的作用下，速效钾在10～20 cm出现极高值达718 mg/kg，远高于自然植被。而棉花对钾的集中吸收利用及转化使全钾含量相对较低。

（2）就不同群落表层与深层的钾元素差比而言，全钾表层深层差异大小顺序为棉田>碱蓬>柽柳>芦苇，其原因是棉花对钾的需求量较大[12]，其根部存在植物根际促生菌，加之棉花根系分泌物可以提高速效钾的含量[17]；所以使棉田的土壤全钾表土与底土间差异最大；而速效钾差比大小顺序为芦苇>柽柳>棉田>碱蓬，这是因为芦苇群落营养元素的归还量大于存留量，密集的芦苇根系，中层土壤吸收的速效钾一部分被利用，一部分归还给土壤，造成芦苇群落的表层和深层存在较大的差异。

（3）该区域土壤肥力的形成过程中，土壤钾与植物群落类型存在密切的关系，表现为柽柳和碱蓬剖面土壤的全钾和速效钾存在显著的正相关关系，此两种群落的生物与环境的钾元素处于一种动态有效转化的平衡关系；而芦苇群落与棉田群落土壤速效钾和全钾之间不存在显著的线性关系，表现出群落与环境之间钾元素的“累积-转化”失衡的关系。

参考文献

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