畜禽糞便中鉀的有效性及其在土壤中的釋放特點

倪中應，葉永青，徐立軍，謝國雄，許杰（桐廬縣農業技術推廣中心，浙江桐廬500；杭州市植保土肥總站，杭州000；富陽市農業技術推廣中心，浙江富陽400）

畜禽糞便中鉀的有效性及其在土壤中的釋放特點

倪中應1，葉永青1，徐立軍1，謝國雄2，許杰3
（1桐廬縣農業技術推廣中心，浙江桐廬311500；2杭州市植保土肥總站，杭州310020；3富陽市農業技術推廣中心，浙江富陽311400）

摘要：為了解畜禽糞便中鉀對農作物的生物有效性，對采自杭州市規模化養殖場的牛糞、豬糞、鴨糞和雞糞等4種畜禽糞進行了鉀的化學形態分析及其土壤培養試驗。結果表明：4種畜禽糞便中全鉀含量在4.87～53.40 g/kg之間，平均為21.50 g/kg。含鉀量由高至低依次為豬糞>雞糞>鴨糞>牛糞。畜禽糞便中的鉀具很高的生物有效性，其中，速效鉀占全鉀的比例平均為49.4%，緩效鉀占全鉀的比例平均為32.4%。畜禽糞便施入土壤后，其中大部分鉀可在短時間內釋放成為土壤有效鉀。

關鍵詞：畜禽糞；鉀；化學形態；生物有效性

0　引言

鉀是植物生長必需的大量元素之一[1-2]，對植物體內碳水化合物的形成、復青壯苗、促進植物導管和細胞組織增厚、韌皮部疏導組織的壯大，增強抗倒伏性、增加含糖量和淀粉量都有一定的作用[3-4]。由于中國土壤鉀素水平普遍偏低，耕地土壤缺鉀問題突出、鉀肥資源不足。中國土壤工作者一直非常重視土壤中鉀的存在形態、供鉀能力、施用鉀肥的增產效果及提高鉀肥利用率等方面的研究[5-8]，施用鉀肥是中國農業增產的重要措施[9-11]。鉀肥施用對作物的增產效果與鉀肥的施用量及鉀肥的生物有效性密切相關[12-14]，因此了解肥料中鉀素的生物有效性及其在土壤中的釋放特點對指導科學施肥有重要意義。研究表明，土壤中的鉀從化學形態上可分為水溶性鉀、交換性鉀、非交換性鉀和結構鉀；從植物有效性角度可分為速效鉀（水溶性鉀＋交換性鉀）、緩效性鉀（非交換性鉀）和相對無效鉀（礦物鉀）[15]。土壤中各形態鉀之間存在著漸變性，并處于一定的動態平衡。土壤鉀素的固定和釋放對這一平衡過程產生重要影響，進而影響鉀對植物的有效性，其反應方向依賴于土壤交換性鉀[5]。土壤中各種形態鉀之間的轉化速率是影響土壤供鉀能力的重要因素之一，對植物生長具有重要意義。鉀肥的施用不僅可顯著地影響農作物的生長，同時對土壤中鉀素形態及供鉀能力也有很大的影響[10,15]。中國常用的化學鉀肥主要為溶解度較高的硫酸鉀和氯化鉀等，它們具很高的生物有效性，施入土壤后主要呈離子狀態，一部分被植物吸收利用，另一部分則被膠體吸附成為速效鉀或緩效鉀。中國鉀肥資源不足，化學鉀肥常常不能滿足作物生長的需要，施用有機肥是農田土壤補充鉀素的重要途徑[16-17]。一般認為，有機肥中鉀素最終可成為作物可利用的鉀，但有關有機肥中鉀的有效性及有機肥施入土壤后鉀的釋放特性少有報道[18-19]。近年來，隨著中國畜禽養殖業的不斷發展，畜禽糞便已成為施于農田的主要有機肥。為了深入了解畜禽糞便中鉀的生物有效性，從規模化養殖場采集了牛糞、豬糞、鴨糞和雞糞等4種畜禽糞，采用化學分析方法探討了畜禽糞便中鉀的有效性及其在土壤中的釋放特性，旨在為科學施用畜禽糞便提供依據。

表1　供試土壤性狀

1　材料與方法

1.1供試材料

研究于2013年3月共從杭州市代表性規模化養殖場采集了12個畜禽糞肥樣，分屬牛糞、豬糞、鴨糞、雞糞等4類糞肥，每類糞肥各采集3個樣品；每個樣品由同一養殖場的4～6次（個）分樣混合而成。畜禽糞樣在室溫下風干，磨細過0.15 mm土篩用于鉀的形態分析和其在土壤中釋放行為研究。供試土壤2種，分別為紅壤和潮土。紅壤采自杭州西湖區，為第四紀紅土母質發育的黃筋泥；潮土采自浙江大學華家池校區，為河口海相沉積物發育的黃松土，供試土壤性狀見表1。

1.2釋放試驗

為了解畜禽糞便施用后土壤中有效態鉀的變化，分別從畜禽糞中選擇牛糞、豬糞、鴨糞、雞糞各1個，在2種土壤進行施用畜禽糞便的室內盆缽培養試驗；每類畜禽糞的試驗設置對照（不施畜禽糞）和施0.5%畜禽糞便2個處理，重復3次，每一盆缽用土量為7.5 kg。培養期間土壤水分狀況控制在65%～75%的田間持水量（每次采樣后，添加水分量根據取樣后實際土壤量進行調整），溫度控制在20～25℃。分別在培養時間1、2、5、10、15、25、35、60天從各盆缽中采集混合樣（取樣量約30 g，取樣后培養試驗繼續進行），分析土壤中速效鉀含量的動態變化，以評估畜禽糞便中鉀在土壤中的釋放隨時間的變化。

1.3分析方法

分析項目包括土壤和畜禽糞便中速效鉀、全鉀，畜禽糞便中緩效鉀、有機質結合態鉀。其中，土壤和畜禽糞便中速效鉀用醋酸銨提取[20]，火焰光度法測定。緩效鉀用1 mol/L HNO3煮沸10 min提取，火焰光度法測定；測定值減去醋酸銨提取的鉀即為緩效鉀。土壤全鉀用堿融法融熔[18]，火焰光度法測定鉀。畜禽糞便中全鉀測定時，先用高溫灰化樣品，然后采用HF消化法消解樣品，火焰光度法測定鉀。畜禽糞便中有機質結合態鉀測定：在提取緩效鉀的殘余物中先用30%H2O2（用HNO3調節pH 2）在85℃水浴中提取2 h，再用1 mol/L醋酸銨提取（用HNO3調pH 2）16 h，用火焰光度法測得的鉀含量減去速效鉀和緩效鉀即為有機結合態鉀。畜禽糞便中殘余態鉀采用全鉀減去速效鉀、緩效鉀和有機質結合態鉀計算獲得。

2　結果與分析

2.1糞肥中鉀的含量

表2表明，杭州市12個畜禽糞樣的全鉀含量在4.87～53.40 g/kg之間，平均為21.50 g/kg，變異系數為71.0%。總體上，畜禽糞中含鉀量由高至低依次為：豬糞>雞糞>鴨糞>牛糞，它們的平均鉀含量分別為29.80、22.70、16.74、16.73 g/kg。豬糞中鉀平均含量約為牛糞和鴨糞的1.8倍。不同種類畜禽糞中鉀含量的差異可能與使用飼料不同有關。

2.2糞肥中鉀的化學形態

研究的畜禽糞便樣品中鉀素主要以速效鉀和緩效鉀為主（表2）。其中，速效鉀占全鉀的比例在29.8%～ 69.3%之間，平均為49.4%；緩效鉀占全鉀的比例在16.3%～43.3%之間，平均為32.4%；速效鉀和緩效鉀等2種鉀形態總和占總鉀的76.6%～87.4%，平均為81.7%。由此可見，畜禽糞便中鉀有很高的生物有效性。與有機組分結合的鉀比例相對較低，在7.6%～ 14.4%之間，平均為11.3%。畜禽糞便中的殘余態鉀可能存在于混入畜禽糞便中的礦物質中，只占全鉀的3.9%～9.5%，平均為7.0%。

表2　不同來源糞樣中鉀含量及其形態組成

圖1　施用畜禽糞便后土壤速效鉀的動態變化

2.3糞肥中鉀在土壤中的釋放特點

圖1為4種畜禽糞在2類土壤中速效鉀隨培養時間的變化。從中可知，施用畜禽糞便的土壤中速效鉀含量明顯高于對照土壤，且在較短的培養時間（5～10天）內土壤速效鉀均達到較高的水平。由此可見，由畜禽糞便施用引入的鉀素可在短時間內成為土壤速效鉀。圖中結果還表明，隨著培養時間的進一步增加，土壤速效鉀呈現下降的趨勢，這可能與進入土壤的鉀被土壤固定成為緩效鉀有關。畜禽糞便施入土壤后，土壤中鉀可發生以下轉變：一是畜禽糞便中的速效鉀釋放進入土壤；二是畜禽糞便中的緩效鉀逐漸釋放進入土壤，部分與有機物質結合的鉀也因有機物質的礦化被逐漸釋放；三是進入土壤的速效鉀被土壤中云母、蛭石等粘土礦物固定轉變為緩效鉀。施入畜禽糞便初期，土壤中速效鉀的增加說明速效鉀的釋放速率大于速效鉀被固定轉變為緩效鉀的速率；而后期土壤速效鉀的下降可能與從畜禽糞便中釋放的速效鉀速率小于速效鉀被固定轉變為緩效鉀的速率有關。

圖1結果還表明，無論是紅壤還是潮土，施用畜禽糞后土壤速效鉀的含量均是豬糞>雞糞>鴨糞和牛糞，這與畜禽糞中鉀含量的高低一致，即畜禽糞中鉀水平的高低在一定程度上決定了其對土壤有效鉀影響的大小。

3　結論

試驗結果表明，規模化養殖場的牛糞、豬糞、鴨糞和雞糞等4種畜禽糞的鉀主要以速效態和緩效態形式存在，具有很高的生物有效性。畜禽糞便施入土壤后，其中大部分鉀可在短時間內釋放成為土壤有效鉀。

4　討論

農作物從土壤中吸收利用的養分主要為土壤中的有效態養分，肥料是土壤有效態養分的重要補充。因肥料資源短缺，秸稈還田和施用畜禽糞便等有機肥是中國農田土壤養分的重要來源。已有研究表明[21-22]，氮和磷是有機物質的重要組分，作物秸稈和傳統有機肥中的氮和磷一般需通過較長時間的礦化才能轉化為植物能利用的氮、磷。但本研究表明，鉀與氮、磷有所不同，畜禽糞便中的鉀具很高的生物有效性，其速效鉀占全鉀的比例平均可達49.4%，畜禽糞便施入土壤后其中大部分鉀可在短時間內釋放成為土壤有效鉀。這一方面與畜禽糞便中的鉀主要以無機態形式存在有關，另一方面也可能與近年來飼料添加劑的應用增加了畜禽糞便中游離態無機鉀比例有關。因此，施用畜禽糞便可在較短時間內實現土壤補鉀的目的，施用畜禽糞便對土壤的補鉀效果快于補氮和補磷。本研究是在室內控制條件下進行，其獲得的結果還有待于大田試驗及種植作物條件下加以進一步驗證。

參考文獻

[1]謝建昌.土壤鉀素研究的現狀和展望[J].土壤,1999,31(5):244-254.

[2]朱向東,王宏庭.土壤鉀素管理研究進展[J].山西農業科學,2013,41 (11):1274-1281.

[3]李廷強,王昌全.植物鉀素營養研究進展[J].四川農業大學學報, 2001,19(3):28-285.

[4]胡篤敬,董任瑞,葛旦之.植物鉀營養的理論與實踐[M].長沙:湖南科學技術出版社,1993:58-109.

[5]李小坤,魯劍巍,吳禮樹.土壤鉀素固定和釋放機制研究進展[J].湖北農業科學,2008,47(4):473-477.

[6]謝建昌,周健民.我國土壤鉀素研究和鉀肥使用的進展[J].土壤, 1999,31(5):244-254.

[7]徐曉燕,馬毅杰.土壤礦物鉀的釋放及其在植物營養中的意義[J].土壤通報,2001,32(4):173-176.

[8]范欽楨,謝建昌.長期肥料定位試驗中土壤鉀素肥力的演變[J].土壤學報,2005,42(40:591-599.

[9]孫波,潘賢章,王建德,等.我國不同區域農田養分平衡對土壤肥力時空演變的影響[J].地球科學進展,2008,23(11):1201-1208.

[10]全國農業技術推廣服務中心.耕地質量演變趨勢研究[M].北京:中國農業科技出版社,2008:1-25.

[11]陳印軍,王晉臣,肖碧林,等.我國耕地質量變化態勢分析[J].中國農業資源與區劃,2011,32(2):1-5.

[12]王曉麗.湖北省棉花施鉀效應與鉀肥營養診斷研究[D].武漢:華中農業大學,2013.

[13]叢日環,李小坤,魯劍巍.土壤鉀素轉化的影響因素及其研究進展[J].華中農業大學學報,2007,26(6):907-913.

[14]房英.鉀肥對棉花產量和品質的影響[J].植物營養與肥料學報, 1998,4(2):196-197.

[15]謝建昌.鉀與中國農業[M].南京:河海大學出版社,2000:1-50.

[16]劉睿,王正銀,朱洪霞.中國有機肥研究進展[J].中國農學通報,2007, 23(1):301-313.

[17]鄒原東,范繼紅.有機肥施用對土壤肥力影響的研究進展[J].中國農學通報,2013,29(3):12-16.

[18]李培軍,蔣衛杰,余宏軍.有機肥營養元素釋放的研究進展[J].中國蔬菜,2008(6):39-42.

[19]周曉芳,張彥才,李巧云.有機肥料對土壤鉀素供應能力及其特點研究[J].中國農業生態學報,2003,11(2):61-63.

[20]鮑士旦.土壤農化分析[M].北京:中國農業出版社,2005:1-153.

[21]張繼宏,姜勇,關連珠,等.遼寧西安農場生態養殖模式中有機肥料氮素循環轉化和利用的研究[J].土壤通報,1994,25(7):16-18.

[22]汪景寬,張旭東,張繼宏,等.遼寧西豐玉米秸稈養牛生態養殖模式中農田系統氮磷養分平衡研究初報[J].土壤通報,1994,25(7):19-20.

Chemical Forms and Release Characteristics of Potassium in Livestock and Poultry Manure

Ni Zhongying1, Ye Yongqing1, Xu Lijun1, Xie Guoxiong2, Xu Jie3
(1Agricultural Technology Promotion Center of Tonglu County, Tonglu 311500, Zhejiang, China;2Hangzhou Plant Protection and Soil-fertilizer Station, Hangzhou 310020, Zhejiang, China;3Agricultural Technology Promotion Center in Fuyang City, Fuyang 311400, Zhejiang, China)

Abstract:In order to know the bio-availability of potassium in livestock and poultry manure, four kinds of livestock and poultry manure including cattle manure, pig manure, duck manure and chicken manure were collected from large-scale farms in Hangzhou. The chemical forms of potassium were analyzed and the soil cultivation experiments were conducted. The results showed that the total K content in the manure ranged from 4.87 to 53.40 g/kg, and the average value was 21.50 g/kg. Potassium content in livestock and poultry manure decreased in the order of pig manure, chicken manure, duck manure and cattle manure. Bio-availability of K in livestock and poultry manure was very high. The average proportion of available K in the total K was 49.4%, and the average proportion of slow-release K in the total K was 32.4%. Most potassium in the manure could be released into soil and became available K in a short time after the manure was applied to soil.

Key words:Livestock and Poultry Manure; Potassium; Chemical Forms; Bio-availability

中圖分類號：S158

文獻標志碼：A論文編號：cjas15090010

基金項目：2013—2014年度杭州市財政項目“杭州市商品有機肥的研究與應用”（杭農財2013-17）。

第一作者簡介：倪中應，男，1966年出生，浙江桐廬人，高級農藝師，主要從事土肥技術研究。

通信地址：311500桐廬縣桐君街道富春路69號桐廬縣農技推廣中心，Tel：0571-64602382，E-mail：hztlnzy@163.com。 310020杭州市杭海路434-1植保土肥總站，Tel：0571-86991208，E-mail：xgx1000@163.com。

通訊作者：謝國雄，男，1964年出生，浙江建德人，推廣研究員，本科，從事土壤肥料研究與推廣。

收稿日期：2015-09-28，修回日期：2015-11-10。