第7讲-土壤中钾的动态课件.ppt

1、l土壤钾素的形态与分级土壤钾素的形态与分级l矿物钾的的风化及其影响因素矿物钾的的风化及其影响因素l土壤钾素的固定及释放及其影响因子土壤钾素的固定及释放及其影响因子l土壤钾素的评价指标土壤钾素的评价指标l土壤钾素循环土壤钾素循环 地壳中钾丰度较高，平均含量为地壳中钾丰度较高，平均含量为2.5%（K2O），在所有），在所有元素中占第七位，元素中占第七位，在植物必需营养元素中占第四位。在植物必需营养元素中占第四位。 大多数土壤钾含量（大多数土壤钾含量（K2O）为）为0.3-3.6%，平均为，平均为1.2%，是，是土壤中含量最高的大量元素。土壤中含量最高的大量元素。 各种土壤含钾量差异很大，主要与成土

2、母质、风各种土壤含钾量差异很大，主要与成土母质、风化成土条件、土壤质地、耕作和施肥措施等因素有化成土条件、土壤质地、耕作和施肥措施等因素有关。关。 华中地区钾素养分的含量都在不同程度上受母岩的影响华中地区钾素养分的含量都在不同程度上受母岩的影响( (表表) )。花岗岩发育。花岗岩发育的土壤含钾量的土壤含钾量最高最高，石灰岩的最低。这是因为花岗岩中含有较多的含钾矿物，石灰岩的最低。这是因为花岗岩中含有较多的含钾矿物( (长石、云母等长石、云母等) )，而石灰岩中较少。，而石灰岩中较少。根据化学形态分根据化学形态分Based on chemical form结构钾结构钾（难利用钾）（难利用钾）非交

3、换性钾（难交换性固非交换性钾（难交换性固定钾）定钾）交换性钾交换性钾水溶性钾水溶性钾根据对植物的有效根据对植物的有效性分性分Based on plant availability矿物钾矿物钾缓效性钾缓效性钾速效性钾速效性钾存在处存在处Where it exists长石长石云母结构内云母结构内蒙脱石蒙脱石蛭石的晶层内；蛭石的晶层内；黑云母和部分水云母结构黑云母和部分水云母结构内内颗粒外表面颗粒外表面土壤溶液中土壤溶液中保持力保持力Retain ability配位作用配位作用层间吸附，配位作用层间吸附，配位作用静电引力静电引力呈离子态呈离子态平衡关系平衡关系Balance relationship

4、 矿物钾矿物钾 风化风化 非交换性钾非交换性钾 缓慢缓慢 交换性钾交换性钾 迅速迅速 水溶性钾水溶性钾扩散系数扩散系数Diffusion 10-23 10-15 10-7常用测定系数常用测定系数Commonly used determination methods全钾减去全钾减去HNO3法法HNO3法减去法减去NH4Ac法法NH4Ac法法相对含量相对含量Relative content9098280.1290% - 99% 1 - 10% 土壤交换性钾与溶液钾处于土壤交换性钾与溶液钾处于动态平衡动态平衡之中。当溶液钾因之中。当溶液钾因植物吸收而有所下降时，部分交换性钾便进入土壤溶液中。植物吸收

5、而有所下降时，部分交换性钾便进入土壤溶液中。此平衡过程在几分钟内即可完成。此平衡过程在几分钟内即可完成。Havlin et al., 2001Fertilizer 含钾矿物是土壤有效钾的最基本来源含钾矿物是土壤有效钾的最基本来源，它可，它可经由多种途径，风化释放出钾供作物吸收利用。经由多种途径，风化释放出钾供作物吸收利用。 各种含钾矿物的抗风化性是不同的，主要取各种含钾矿物的抗风化性是不同的，主要取决于矿物的决于矿物的晶格构造和化学成分晶格构造和化学成分。 含钾硅酸盐矿物的晶格构造，含钾硅酸盐矿物的晶格构造，一为片状构造一为片状构造（云母、伊利石和其它次生矿物），另一为架（云母、伊利石和其它次

6、生矿物），另一为架状构造（长石）。状构造（长石）。 通常，架状结构的长石类矿物的稳定性大于片状结构的云母通常，架状结构的长石类矿物的稳定性大于片状结构的云母类矿物。类矿物。 因为架状结构的硅氧四面体的因为架状结构的硅氧四面体的联结程度较大联结程度较大，盐基性较弱，盐基性较弱，Si-O键较多。而片状结构的每个硅氧四面体只和另外三个硅氧四键较多。而片状结构的每个硅氧四面体只和另外三个硅氧四面体相连，层与层之间皆有阴离子相联，盐基性较强，硅氧键较面体相连，层与层之间皆有阴离子相联，盐基性较强，硅氧键较少。少。 从矿物晶格键能的强弱来看，从矿物晶格键能的强弱来看，架状结构硅酸盐的键能较强，架状结构硅酸

7、盐的键能较强，因而稳定性也较大。在长石类矿物中，微斜长石抗风化性高于正因而稳定性也较大。在长石类矿物中，微斜长石抗风化性高于正长石。因为微斜长石为三斜对称组合结构，而正长石则为单斜对长石。因为微斜长石为三斜对称组合结构，而正长石则为单斜对称组合结构。在云母类矿物中，因化学组成及晶胞体积不同，白称组合结构。在云母类矿物中，因化学组成及晶胞体积不同，白云母较黑云母稳定得多。云母较黑云母稳定得多。 含钾矿物的抗风化能力的顺序为：钾微斜长石含钾矿物的抗风化能力的顺序为：钾微斜长石钾长石钾长石白云白云母母黑云母。黑云母。 长石类含钾矿物的分解是长石类含钾矿物的分解是水解水解过程，是一个纯界面反应。过程，

8、是一个纯界面反应。 在水解过程中在水解过程中H+首先与矿物表面首先与矿物表面Si-O-Si或者或者Al-O-Al反应并使反应并使其水解和释放出钾，在这个过程中，同时释放出其水解和释放出钾，在这个过程中，同时释放出Al和和Si的水解产的水解产物，但是速率比物，但是速率比K慢。慢。 长石类矿物组分的钾释放符合零级反应动力学方程式。长石类矿物组分的钾释放符合零级反应动力学方程式。 当溶液中钾离子达到一定浓度时，会抑制矿物的进一步水解。当溶液中钾离子达到一定浓度时，会抑制矿物的进一步水解。 一般认为，长石的风化次序为：一般认为，长石的风化次序为： 长石长石 过渡矿物过渡矿物 高岭石高岭石 尽管许多土壤

9、中长石含钾比云母多，但一般认为长石释放的尽管许多土壤中长石含钾比云母多，但一般认为长石释放的钾较少。除风化强烈的湿润地区外，由钾长石风化释放的钾很少，钾较少。除风化强烈的湿润地区外，由钾长石风化释放的钾很少，对当季植物的钾营养意义不大。对当季植物的钾营养意义不大。云母云母/ /伊利石伊利石蛭石蛭石 云母类矿物在风化过程均伴随着钾的释放，是非交换性钾的云母类矿物在风化过程均伴随着钾的释放，是非交换性钾的主要来源。主要来源。在风化的同时，矿物变细，矿物的性质发生改变在风化的同时，矿物变细，矿物的性质发生改变（图）（图），特别是黑云母，由于三八面体中，特别是黑云母，由于三八面体中Fe2+易氧化，为了

10、平衡易氧化，为了平衡电荷八面体内的电荷八面体内的Mg2+等释放出来。等释放出来。（1）氢离子和土壤）氢离子和土壤pH 土壤溶液中的氢离子来自于水分子的解离、土壤溶液中的氢离子来自于水分子的解离、CO2的溶解、矿的溶解、矿物风化过程中产生的酸性物质和生物来源的有机酸类物质等，一物风化过程中产生的酸性物质和生物来源的有机酸类物质等，一般以般以H3O+的形式存在。的形式存在。 在硅酸盐矿物表面和层状硅酸盐内表面上，只要水膜是连续在硅酸盐矿物表面和层状硅酸盐内表面上，只要水膜是连续的，氢离子的扩散速率很快，而且的，氢离子的扩散速率很快，而且H3O+的大小与的大小与K+相似，很容相似，很容易取代钾离子进

11、入云母类矿物的晶层间，因而限制氢离子与云母易取代钾离子进入云母类矿物的晶层间，因而限制氢离子与云母层间钾离子交换速率的因素是钾离子的扩散速率。层间钾离子交换速率的因素是钾离子的扩散速率。 土壤土壤pH决定了氢离子的活度高低。决定了氢离子的活度高低。 土壤土壤pH对长石类和云母类矿物结构钾释放的影响程度不同。对长石类和云母类矿物结构钾释放的影响程度不同。（2）有机配位体）有机配位体 土壤中重要的有机配位体是有机酸包括草酸、酒石酸、苹果酸和柠檬酸土壤中重要的有机配位体是有机酸包括草酸、酒石酸、苹果酸和柠檬酸等，不仅提供氢离子，而且阴离子本身是配位体。等，不仅提供氢离子，而且阴离子本身是配位体。 有

12、机酸对云母类和长石类含钾矿物钾的释放都有促进作用，但其效果有一有机酸对云母类和长石类含钾矿物钾的释放都有促进作用，但其效果有一定的差异。例如，与定的差异。例如，与 0.01mol/L的草酸和柠檬酸反应的草酸和柠檬酸反应10天后，含钾矿物释放钾天后，含钾矿物释放钾的顺序是：黑云母的顺序是：黑云母微斜长石微斜长石 正长石正长石白云母，而与四苯硼钠溶液反应时其白云母，而与四苯硼钠溶液反应时其顺序是：黑云母顺序是：黑云母白云母白云母微斜长石微斜长石正长石（表），说明阴离子的配位反应正长石（表），说明阴离子的配位反应在起作用。在起作用。（3） 钾离子的活度钾离子的活度 云母类矿物周围土壤溶液中云母类矿物

13、周围土壤溶液中K+的活度，对云母经阳的活度，对云母经阳离子交换而释放离子交换而释放K有很大的影响。有很大的影响。 当土壤溶液当土壤溶液K+水平低于临界值时，层间钾被溶液中水平低于临界值时，层间钾被溶液中其他阳离子置换。相反，当其他阳离子置换。相反，当K+水平高于临界值时，云母水平高于临界值时，云母膨胀性膨胀性2：1型矿物从溶液中吸取钾。型矿物从溶液中吸取钾。 钾的临界水平与矿物种类有关。其中黑云母要显著钾的临界水平与矿物种类有关。其中黑云母要显著高于白云母。高于白云母。（4）植物根系和根际生物）植物根系和根际生物 植物根系对矿物结构钾的影响表现在两个方面：植物根系对矿物结构钾的影响表现在两个方

14、面： 植物根系对钾的吸收降低了土壤溶液中钾的植物根系对钾的吸收降低了土壤溶液中钾的浓度，打破了平衡反应而促进矿物钾的释放。浓度，打破了平衡反应而促进矿物钾的释放。 植物根系能够释放有机酸或降低根际的植物根系能够释放有机酸或降低根际的pH值，值，提供的质子和配位体可促进矿物钾的释放。提供的质子和配位体可促进矿物钾的释放。 根际生物也有类似的作用。根际生物也有类似的作用。 不同植物种类的根系对钾释放的影响及其机制不同。不同植物种类的根系对钾释放的影响及其机制不同。 例如，黑麦草吸钾的能力强，显著降低了溶液中钾的浓度，促例如，黑麦草吸钾的能力强，显著降低了溶液中钾的浓度，促进了矿物钾的释放进了矿物钾

15、的释放（表）（表）。油菜则可同时促进矿物钾和镁的释放。油菜则可同时促进矿物钾和镁的释放。 矿物学分析发现，在种植油菜时，蛭石化作用产生含有水合铝矿物学分析发现，在种植油菜时，蛭石化作用产生含有水合铝离子的蛭石，这是由于油菜分泌的质子，促进了离子的蛭石，这是由于油菜分泌的质子，促进了Al和和Mg的释放和矿的释放和矿物分解。物分解。 土壤中溶液钾和交换性钾进入粘土矿物层间转化为非交土壤中溶液钾和交换性钾进入粘土矿物层间转化为非交换性钾，从而降低钾的有效性现象统称为换性钾，从而降低钾的有效性现象统称为钾的固定。钾的固定。 主要是主要是2：1型粘土矿物如蛭石、蒙脱石以及水云母等的型粘土矿物如蛭石、蒙脱

16、石以及水云母等的层间孔穴固定。当钾离子进入层间孔穴固定。当钾离子进入2：1型粘土矿物层间后，由于型粘土矿物层间后，由于K+的离子半径的离子半径(0.133nm)与晶层之间网格的大小与晶层之间网格的大小(0.14nm)相相匹配，更重要的是钾离子的水化半径小，矿物层间内表面的匹配，更重要的是钾离子的水化半径小，矿物层间内表面的负电荷与钾离子的静电引力超过了由离子水化引起的膨胀力，负电荷与钾离子的静电引力超过了由离子水化引起的膨胀力，导致晶层之间不可逆收缩并将钾离子闭蓄在晶格内。导致晶层之间不可逆收缩并将钾离子闭蓄在晶格内。 K+ ion exchange & fixationhexagonal h

17、olesTOilliteclay mineralK+Ca2+K+K+K+H+H+Ca2+3.1.2 影响土壤钾固定的因素影响土壤钾固定的因素（1）粘土矿物的种类和数量）粘土矿物的种类和数量 土壤粘土矿物的类型和数量对交换性钾的保持力有很大土壤粘土矿物的类型和数量对交换性钾的保持力有很大的影响，它控制了土壤溶液中钾的浓度，以及再补充钾以的影响，它控制了土壤溶液中钾的浓度，以及再补充钾以供应作物的能力。供应作物的能力。 同时钾肥施入土壤后，其固定程度及固定的钾的释放率同时钾肥施入土壤后，其固定程度及固定的钾的释放率也因土壤矿物类型而异。也因土壤矿物类型而异。 从对钾的吸持能力来看，粘土矿物可粗分为

18、三类：从对钾的吸持能力来看，粘土矿物可粗分为三类： 第一类为高岭石。第一类为高岭石。它们只能在表面和破碎的边缘上吸它们只能在表面和破碎的边缘上吸附钾，而且对钾的吸附力也不强，也不能固定钾。因而这附钾，而且对钾的吸附力也不强，也不能固定钾。因而这类矿物不能阻止钾的淋失，它的这些特性类似砂土。类矿物不能阻止钾的淋失，它的这些特性类似砂土。 第二类为伊利石。第二类为伊利石。它们在表层、破碎的边缘和晶体边它们在表层、破碎的边缘和晶体边缘的层间吸附钾，但被吸附或固定的钾仍易被交换。缘的层间吸附钾，但被吸附或固定的钾仍易被交换。 第三类为蛭石。第三类为蛭石。它们以交换形式吸附钾，当土壤变湿它们以交换形式吸

19、附钾，当土壤变湿而膨胀时允许钾进入层间的深处。当土壤干燥层间关闭时，而膨胀时允许钾进入层间的深处。当土壤干燥层间关闭时，内层钾受到包蔽或固定，而不易再释放。内层钾受到包蔽或固定，而不易再释放。 矿物晶层电荷密度越大，固钾能力和数量越大。矿物晶层电荷密度越大，固钾能力和数量越大。 若电荷主要来自四面体层的矿物，由于电荷的位置更接近若电荷主要来自四面体层的矿物，由于电荷的位置更接近于被吸附的钾离子，故有较强的固钾能力。于被吸附的钾离子，故有较强的固钾能力。 例如：例如：蛭石不仅层间电荷密度较大，电荷来自四面体和八蛭石不仅层间电荷密度较大，电荷来自四面体和八面体层，而且晶层间距离较小，故固钾能力强；

20、面体层，而且晶层间距离较小，故固钾能力强； 而蒙脱石除了电荷密度低之外，电荷主要来自八面体层，而蒙脱石除了电荷密度低之外，电荷主要来自八面体层，而且晶层间距离较大，因此固钾能力相对较弱。而且晶层间距离较大，因此固钾能力相对较弱。 一般来说，干湿交替有利于钾的固定，但与矿物类型一般来说，干湿交替有利于钾的固定，但与矿物类型有关。有关。 钾的固定常因土壤干燥而加强，因为土壤干燥时，土壤钾的固定常因土壤干燥而加强，因为土壤干燥时，土壤溶液中钾的浓度增加，晶层易脱水、收缩，从而促进钾的溶液中钾的浓度增加，晶层易脱水、收缩，从而促进钾的固定。固定。 但是并不是所有的粘土矿物都需要经过干燥过程才能固但是并

21、不是所有的粘土矿物都需要经过干燥过程才能固定钾。定钾。对蒙脱石来说，对蒙脱石来说，干燥是其固定钾的首要条件，而伊干燥是其固定钾的首要条件，而伊利石在湿润条件下也能固定钾，其原因与晶层间的距离有利石在湿润条件下也能固定钾，其原因与晶层间的距离有关，晶层间距离小于关，晶层间距离小于1.2nm的粘土矿物不需要脱水就可固的粘土矿物不需要脱水就可固定钾。定钾。 （4）粘土矿物的非交换性钾耗竭程度）粘土矿物的非交换性钾耗竭程度 在水溶性钾浓度相同时，层间钾的耗竭程度越高，固钾在水溶性钾浓度相同时，层间钾的耗竭程度越高，固钾的数量也越多。的数量也越多。（5）土壤中钾的饱和度）土壤中钾的饱和度 在一定范围内，

22、钾的固定随着土壤溶液中钾的饱和度提在一定范围内，钾的固定随着土壤溶液中钾的饱和度提高而增加，但是超过上限时，固定钾的位点减少，钾相对固高而增加，但是超过上限时，固定钾的位点减少，钾相对固定量减少。定量减少。 土壤固定钾的能力随土壤土壤固定钾的能力随土壤pH值升高而增强。值升高而增强。 在酸性条件下，在酸性条件下，土壤胶体所带的负电荷少，陪补离子以土壤胶体所带的负电荷少，陪补离子以H+、Al3+为主，抑制了对钾的固定。此外，铁铝氧化物可为主，抑制了对钾的固定。此外，铁铝氧化物可进入粘土矿物层间，阻止钾的移出和进入，也会影响钾的进入粘土矿物层间，阻止钾的移出和进入，也会影响钾的固定。固定。 在中性

23、条件下，在中性条件下，陪补离子以陪补离子以Ca2+、Mg2+为主，能增强对为主，能增强对钾的固定。钾的固定。 在碱性条件下，在碱性条件下，陪补离子以陪补离子以Na+为主，明显地增强对钾为主，明显地增强对钾的固定。的固定。 由于铵离子半径由于铵离子半径(0.149nm)与钾离子半径与钾离子半径(0.133)相近，铵离子相近，铵离子可与钾离子竞争吸附和固定位点，因此当可与钾离子竞争吸附和固定位点，因此当NH4+与与K+同时存在时，同时存在时，钾的固定减少，如果先加入铵离子也将减少钾的固定。因此，钾的固定减少，如果先加入铵离子也将减少钾的固定。因此，在大量施用铵态氮肥后，土壤中钾的固定位点被铵离子所

24、占据，在大量施用铵态氮肥后，土壤中钾的固定位点被铵离子所占据，而使随后施入的钾的固定量减少。而使随后施入的钾的固定量减少。 铵离子也能阻止固定态钾的释放。如果先施钾后施铵，铵离铵离子也能阻止固定态钾的释放。如果先施钾后施铵，铵离子把晶层间的子把晶层间的Ca2+、Mg2+置换出来，造成晶层间的距离缩短，置换出来，造成晶层间的距离缩短，从而把钾离子闭蓄在晶层间的空穴内。从而把钾离子闭蓄在晶层间的空穴内。 土壤有机质本身不固定钾，即使是在晶层内，也不影响钾进土壤有机质本身不固定钾，即使是在晶层内，也不影响钾进入晶层内部，但是如果土壤有机质与土壤粘粒形成了稳定性的入晶层内部，但是如果土壤有机质与土壤粘

25、粒形成了稳定性的团粒结构，钾的固定量将增加。团粒结构，钾的固定量将增加。 在田间条件下，钾的固定是一个相当缓慢的过程。在田间条件下，钾的固定是一个相当缓慢的过程。在层间钾匮乏的土壤上施用钾肥，二三个月后才能达到在层间钾匮乏的土壤上施用钾肥，二三个月后才能达到平衡。平衡。 钾素固定的作用钾素固定的作用: 一方面降低钾的植物有效性；一方面降低钾的植物有效性； 另一方面，也减少了钾因淋溶作用而造成的损失。另一方面，也减少了钾因淋溶作用而造成的损失。而且固定的钾在一定条件下仍可释放出来，变为交换性而且固定的钾在一定条件下仍可释放出来，变为交换性钾供植物吸收利用。钾供植物吸收利用。 土壤非交换性钾与交换

26、性钾之间存在动态平衡关系。当土土壤非交换性钾与交换性钾之间存在动态平衡关系。当土壤中交换性钾被植物吸收而减少时，非交换性钾则缓慢地转化壤中交换性钾被植物吸收而减少时，非交换性钾则缓慢地转化为交换性钾。为交换性钾。 大多数土壤非交换性钾的释放量低于大多数土壤非交换性钾的释放量低于20mg/100g，其中以冲，其中以冲积土的非交换性钾释放量最大。积土的非交换性钾释放量最大。 在钾矿物（伊利石、蛭石）丰富的土壤中，依靠非交换性在钾矿物（伊利石、蛭石）丰富的土壤中，依靠非交换性钾释放出来的钾已完全能满足黑麦草对钾的需求。钾释放出来的钾已完全能满足黑麦草对钾的需求。 但是，土壤非交换性钾的释放受矿物结构

27、特征、结晶缺陷、但是，土壤非交换性钾的释放受矿物结构特征、结晶缺陷、颗粒大小以及干燥过程、土壤溶液离子的浓度、植物根际颗粒大小以及干燥过程、土壤溶液离子的浓度、植物根际pH值和根系特性等一系列因素所制约。值和根系特性等一系列因素所制约。 一般认为，非交换性钾的释放是由扩散和交换机理控制的。一般认为，非交换性钾的释放是由扩散和交换机理控制的。扩散在很大程度上取决于矿物的膨胀，因而也决定于土壤湿扩散在很大程度上取决于矿物的膨胀，因而也决定于土壤湿度。交换则决定于邻近溶液中或矿物表面的度。交换则决定于邻近溶液中或矿物表面的阳离子类型和浓阳离子类型和浓度。度。 非交换性钾的释放速率非交换性钾的释放速率

28、可用下式描述：可用下式描述：dkt/dt=k2(k0-kt)其中其中k0为非交换性钾总量，为非交换性钾总量，kt为为t时间内释放的钾量，时间内释放的钾量， k2为释为释放速率系数。放速率系数。 层间钾的释放速率与邻近溶液中钾的浓度有关，在钾浓层间钾的释放速率与邻近溶液中钾的浓度有关，在钾浓度低的条件下其释放速率较高。层间钾的释放与溶液度低的条件下其释放速率较高。层间钾的释放与溶液pH也也有关系，在低有关系，在低pH条件下则较易释放。此外，干湿和冻融交条件下则较易释放。此外，干湿和冻融交替、高温和灼烧等在一定条件下也有促进层间钾释放的作用。替、高温和灼烧等在一定条件下也有促进层间钾释放的作用。

29、第一步第一步是矿物吸水膨胀，使处于楔形部位的钾，有可能是矿物吸水膨胀，使处于楔形部位的钾，有可能被溶液中其它阳离子所交换。被溶液中其它阳离子所交换。 第二步第二步是阳离子交换。是阳离子交换。 第三步第三步是钾离子从矿物层间位置扩散迁移到矿物外表面。是钾离子从矿物层间位置扩散迁移到矿物外表面。 扩散步骤较为困难，钾在矿物层间的扩散系数大约为扩散步骤较为困难，钾在矿物层间的扩散系数大约为10-15-10-23cm2/s，比土壤溶液中，比土壤溶液中K+的扩散系数的扩散系数(De=10-7cm2/s)低低得多。得多。 因此，有人认为非交换性钾释放速率主要受矿物层间向因此，有人认为非交换性钾释放速率主要

30、受矿物层间向外扩散速率所控制。外扩散速率所控制。 土壤非交换性钾的植物有效性，不仅与土壤中钾的存在形土壤非交换性钾的植物有效性，不仅与土壤中钾的存在形态以及各组分钾的数量和其它土壤条件有关，也在很大程度态以及各组分钾的数量和其它土壤条件有关，也在很大程度上取决于植物对上取决于植物对钾的吸收和利用能力钾的吸收和利用能力。 如果植物对钾的吸收能力较强，或者根际酸化和有机分泌如果植物对钾的吸收能力较强，或者根际酸化和有机分泌作用较强，土壤非交换性钾的有效性就大。作用较强，土壤非交换性钾的有效性就大。 在连续种植植物时，非交换性钾是植物钾的主要来源。如在连续种植植物时，非交换性钾是植物钾的主要来源。如

31、在南方连续种水稻、大麦在南方连续种水稻、大麦3-6次，植物吸钾总量的次，植物吸钾总量的60-80%来自来自非交换性钾。非交换性钾。谢建昌等，谢建昌等，2000：钾与中国农业。河海大学出版社：钾与中国农业。河海大学出版社4 土壤钾的吸附和释放土壤钾的吸附和释放 土壤粘土矿物、金属氧化物、有机质等土壤胶体都能够以离土壤粘土矿物、金属氧化物、有机质等土壤胶体都能够以离子交换的形式吸附钾。子交换的形式吸附钾。 土壤胶体对土壤胶体对K+吸附的强度小于二、三价阳离子以及吸附的强度小于二、三价阳离子以及H+和和NH4+，而大于，而大于Na+ 。 不同土壤胶体对钾离子的吸附能力不同。有机质和高岭石对不同土壤胶

32、体对钾离子的吸附能力不同。有机质和高岭石对K+的吸附能力较弱，其吸附位置对的吸附能力较弱，其吸附位置对K+的专性低；而的专性低；而2：1型粘土型粘土矿物的吸附位置对矿物的吸附位置对K+的专性高，而且束缚力也强。的专性高，而且束缚力也强。最强的是伊最强的是伊利石，其次石是蛭石和云母。利石，其次石是蛭石和云母。 土壤胶体对钾的吸附受质量作用定律支配，即随溶液中钾浓土壤胶体对钾的吸附受质量作用定律支配，即随溶液中钾浓度的增高而增加，随着胶体钾饱和度的增大而降低，同时还随度的增高而增加，随着胶体钾饱和度的增大而降低，同时还随着着pH的升高而增加。的升高而增加。 土壤交换性钾，特别是根际土壤交换性钾是当

33、季作物钾土壤交换性钾，特别是根际土壤交换性钾是当季作物钾的主要来源，土壤交换性钾的量和释放速率与土壤钾的植物的主要来源，土壤交换性钾的量和释放速率与土壤钾的植物有效性有很大的关系。有效性有很大的关系。 交换性钾与溶液中的钾保持着动态平衡。胶体钾的饱和交换性钾与溶液中的钾保持着动态平衡。胶体钾的饱和度高，交换性钾易于释放进入溶液。度高，交换性钾易于释放进入溶液。 吸附态钾的解吸还与胶体类型、吸附位置、吸附态钾的解吸还与胶体类型、吸附位置、pH、土壤质、土壤质地和土壤含水量等因素有关。如土壤温度升高和水分含量增地和土壤含水量等因素有关。如土壤温度升高和水分含量增加可使较多的交换性钾进入溶液。加可使

34、较多的交换性钾进入溶液。 在在2：1型粘土矿物中，钾的释放还受型粘土矿物中，钾的释放还受吸附位置吸附位置的影响的影响（图）（图）。吸附在粘土矿物表面。吸附在粘土矿物表面（p-位）位）上的上的K+很不牢固，易很不牢固，易于释放；层间于释放；层间（i-位）位）钾具有很强的键能，不易释放；处于钾具有很强的键能，不易释放；处于层间楔形区边缘位置层间楔形区边缘位置（e-位）位）的钾，其键能和释放难易程度的钾，其键能和释放难易程度则处于中间状态。则处于中间状态。KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

35、KKCaRelease of Non-exchangeable KFixation of Non-exchangeable KCaKKKKNon-exchangeable KExchangeable KExchangeable KKK5 钾的淋失钾的淋失 水溶性和交换性钾易被降水或灌溉水淋失，水溶性和交换性钾易被降水或灌溉水淋失，其数量受土壤质地、粘土矿物种类和是否种植其数量受土壤质地、粘土矿物种类和是否种植作物等因素的影响。作物等因素的影响。 热带和亚热带高度风化的酸性土壤，粘土矿热带和亚热带高度风化的酸性土壤，粘土矿物以高岭石为主，缺少钾的专性吸附位点，而物以高岭石为主，缺少钾的专性吸附位

36、点，而且阳离子交换量低，钾的淋失严重；而对且阳离子交换量低，钾的淋失严重；而对2：1型粘土矿物为主的土壤，钾的淋失较少。型粘土矿物为主的土壤，钾的淋失较少。 质地轻的土壤钾的淋失量显著大于质地粘重质地轻的土壤钾的淋失量显著大于质地粘重的土壤。的土壤。 栽培作物能显著降低钾的淋失量。栽培作物能显著降低钾的淋失量。lNegligible on loams of finer textured soilslMay occur in soils with low CEClMay occur in soils high in Ca+、 Mg+, aciditylMay occur with high us

37、e of NH4+ fertilizers 酸性土壤施用石酸性土壤施用石灰有利于土壤保持灰有利于土壤保持钾素。其原因是：钾素。其原因是：1) 可变电荷数量增加，可变电荷数量增加，钾的吸附量增加；钾的吸附量增加；2) 土壤土壤pH升高导致升高导致Al的活度下降，钾可以的活度下降，钾可以有效地与钙竞争吸附有效地与钙竞争吸附位点；位点；3) 降低了水合氢离子降低了水合氢离子的活度，减少了矿物的活度，减少了矿物钾的释放。钾的释放。 目前常用的方法有：目前常用的方法有： 生物方法生物方法（田间试验、盆栽试验） 化学方法化学方法（如醋酸铵法、硝酸煮沸法、四苯硼钠法） 物理化学方法物理化学方法（如阳离子交换

38、树脂法） 电化学方法电化学方法（如EUF法） 田间试验是了解土壤供钾能力及作物对钾肥反应的最基田间试验是了解土壤供钾能力及作物对钾肥反应的最基本、最直接和最可靠的生物试验方法，而田间长期定位试验本、最直接和最可靠的生物试验方法，而田间长期定位试验是我们了解土壤供钾能力变化的最重要的手段之一。是我们了解土壤供钾能力变化的最重要的手段之一。 与田间试验相比，温室试验更加简便和迅速，可以用少与田间试验相比，温室试验更加简便和迅速，可以用少量土壤设计出不同处理的试验以定量测定土壤的供钾能力，量土壤设计出不同处理的试验以定量测定土壤的供钾能力，而且试验的条件可以控制一致，重现性高。而且试验的条件可以控制

39、一致，重现性高。 用盆栽耗竭方法评价不同土壤供钾潜力时，最好选用多用盆栽耗竭方法评价不同土壤供钾潜力时，最好选用多年生植物。年生植物。 缺点：缺点：周期较长，工作量大，不可能大量进行。周期较长，工作量大，不可能大量进行。6.1.2 速效钾作为当季土壤供钾能力的指标速效钾作为当季土壤供钾能力的指标 长期以来，速效钾被广泛地用于土壤供钾能力的预测。 速效钾是模拟植物根系的吸收以了解土壤中有多少钾素在作物生长期间的有效性。 在中国，一般是采用1mol/L中性醋酸铵提取的方法测定土壤速效钾。6.1.3 缓效钾作为评价土壤供钾潜力的指标缓效钾作为评价土壤供钾潜力的指标 土壤缓效钾是速效钾的补给来源，缓效

40、钾的不断土壤缓效钾是速效钾的补给来源，缓效钾的不断释放可以使速效钾维持在适当的水平上，当评价土壤释放可以使速效钾维持在适当的水平上，当评价土壤的长期供钾潜力时，应主要考虑土壤缓效钾的含量。的长期供钾潜力时，应主要考虑土壤缓效钾的含量。 用用35种土壤进行的土壤缓效钾与钾肥效果的关系种土壤进行的土壤缓效钾与钾肥效果的关系中得出：缓效钾量低者，钾肥的效果大，并且随着中得出：缓效钾量低者，钾肥的效果大，并且随着种植次数的增加，由于土壤潜在性钾的消耗，钾肥种植次数的增加，由于土壤潜在性钾的消耗，钾肥效果增大。效果增大。因此，缓效钾是反映土壤供钾潜力的一因此，缓效钾是反映土壤供钾潜力的一个重要指标。个重

41、要指标。 土壤缓效钾的测定是采用土壤缓效钾的测定是采用1 mol/L硝酸消煮硝酸消煮10min提取提取的，但土壤中什么组分、什么部位的钾的，但土壤中什么组分、什么部位的钾被提取仍然是十分模糊。被提取仍然是十分模糊。 此方法显然涉及到硝酸对土壤矿物成分的相当此方法显然涉及到硝酸对土壤矿物成分的相当剧烈的处理。剧烈的处理。Conyers等等(1969)通过通过X射线研究，射线研究，发现硝酸处理对蛭石和伊利石有较大的膨胀和溶发现硝酸处理对蛭石和伊利石有较大的膨胀和溶解作用，而对高岭石、蒙脱石影响相对较小。解作用，而对高岭石、蒙脱石影响相对较小。 鲍士坦和史瑞和（鲍士坦和史瑞和（1984）认为，用）认

42、为，用2 mol/L冷硝冷硝酸提取的钾既包括了土壤交换性钾又能更好地反映酸提取的钾既包括了土壤交换性钾又能更好地反映土壤非交换性对水稻的供应能力。土壤非交换性对水稻的供应能力。6.1.4 土壤供钾能力的土壤供钾能力的Q/I指标指标 研究土壤钾素供应的容量因素和强度因素之间的关系，对正研究土壤钾素供应的容量因素和强度因素之间的关系，对正确了解钾的供应状况是很重要的。因为钾容量因素相同的土壤，确了解钾的供应状况是很重要的。因为钾容量因素相同的土壤，其强度因素未必相同其强度因素未必相同(图）图）。 图中图中a点是粘土钾素的强度因点是粘土钾素的强度因素，素，b是砂土钾素强度因素，比是砂土钾素强度因素，

43、比较后可看出，当钾的容量因素相较后可看出，当钾的容量因素相同时，强度因素低的土壤，缓冲同时，强度因素低的土壤，缓冲力则高；强度因素高的土壤，缓力则高；强度因素高的土壤，缓冲力则低。可见，粘土的交换性冲力则低。可见，粘土的交换性钾含量虽高，但它提供给植物的钾含量虽高，但它提供给植物的有效钾量却较低，有效钾量却较低，因此对于质地因此对于质地不同的土壤，不应都以相同的交不同的土壤，不应都以相同的交换性钾含量作为判断其钾素供应换性钾含量作为判断其钾素供应状况的依据。状况的依据。 一般均是要将一定量的交换树脂与一定量的土壤混合，测定一般均是要将一定量的交换树脂与一定量的土壤混合，测定时要把上述两者分离，

44、比较麻烦。时要把上述两者分离，比较麻烦。 杜承林等（杜承林等（1987）把氢饱和阳离子树脂先装入尼龙袋中，然）把氢饱和阳离子树脂先装入尼龙袋中，然后再来提取土壤钾。后再来提取土壤钾。 用这种树脂袋法先后测定了用这种树脂袋法先后测定了65种土壤的有效钾并与生物试验种土壤的有效钾并与生物试验结果进行了比较。发现结果进行了比较。发现（图）（图）树脂袋连续树脂袋连续6次提取的钾量分别与次提取的钾量分别与水稻连续种植水稻连续种植3次，大米草连续种植次，大米草连续种植7次的吸钾量非常接近。次的吸钾量非常接近。 结果还表明，树脂袋法第一次的提取的钾量相当于土壤的交结果还表明，树脂袋法第一次的提取的钾量相当于

45、土壤的交换性钾，而以后各次的提取量则是缓效钾中容易释放而被作物吸换性钾，而以后各次的提取量则是缓效钾中容易释放而被作物吸收利用的那部分钾。收利用的那部分钾。 作物吸收与树脂提取量之间的相关性证明树脂提取的钾是一作物吸收与树脂提取量之间的相关性证明树脂提取的钾是一种衡量土壤供钾能力的有效指标。树脂袋法连续提取的钾比酸提种衡量土壤供钾能力的有效指标。树脂袋法连续提取的钾比酸提取的钾更能反映作物吸收和利用的那部分钾。取的钾更能反映作物吸收和利用的那部分钾。 电超滤起源于渗析法，后来人们发明了电渗析法，加电超滤起源于渗析法，后来人们发明了电渗析法，加快了离子通过膜扩散的速度，将超滤与电渗析结合便形成快

46、了离子通过膜扩散的速度，将超滤与电渗析结合便形成了了电超滤法。电超滤法。 在温度、电压和时间的不同组合的条件下所提取出的在温度、电压和时间的不同组合的条件下所提取出的钾，代表了电超滤钾的不同组分，而每一组分具有一定钾，代表了电超滤钾的不同组分，而每一组分具有一定的化学和生物学含义，可提供土壤钾素供应的强度因素的化学和生物学含义，可提供土壤钾素供应的强度因素和容量因素的信息。和容量因素的信息。 （1 1）1-10 min1-10 min的电超滤钾量，相当于土壤溶液中钾的浓度的电超滤钾量，相当于土壤溶液中钾的浓度（强度因素）；（强度因素）； （2 2）10-35 min10-35 min的电超滤钾

47、量，相当于交换性钾（容量因的电超滤钾量，相当于交换性钾（容量因素）；素）； （3 3）在在400V400V电压、电压、30-35 min30-35 min的电超滤钾，可用于推测土壤的电超滤钾，可用于推测土壤溶液中钾的浓度在植物生长季节可能降低的程度。溶液中钾的浓度在植物生长季节可能降低的程度。 不少研究结果指出，电超滤法是评价具有不同黏土矿物不少研究结果指出，电超滤法是评价具有不同黏土矿物组成的土壤钾有效性的一种比较好的方法，国内从组成的土壤钾有效性的一种比较好的方法，国内从8080年代开始年代开始用电超滤法研究土壤的供钾能力。用电超滤法研究土壤的供钾能力。 尽管电超滤法在评价土壤供钾能力方面

48、具有某些独特的优尽管电超滤法在评价土壤供钾能力方面具有某些独特的优点，但由于实验需要电超滤仪，因此它的应用极为有限。点，但由于实验需要电超滤仪，因此它的应用极为有限。6.1.7 钾的释放动力学与供钾能力预测钾的释放动力学与供钾能力预测 土壤各形态钾之间处于一个动态变化中。当溶液中的钾被土壤各形态钾之间处于一个动态变化中。当溶液中的钾被作物吸收或淋溶后，土壤中的交换性钾便释放到溶液中去。当作物吸收或淋溶后，土壤中的交换性钾便释放到溶液中去。当速效钾的浓度减少后，土壤的缓效钾也会不断地释放，以求达速效钾的浓度减少后，土壤的缓效钾也会不断地释放，以求达到新的平衡。到新的平衡。 在现有的土壤供钾能力的

49、预测方法中，往往只考虑钾的提在现有的土壤供钾能力的预测方法中，往往只考虑钾的提取量，而忽略了这种动态的变化。取量，而忽略了这种动态的变化。 实际上，土壤的含钾量相同并不代表土壤具有相同的供钾实际上，土壤的含钾量相同并不代表土壤具有相同的供钾能力，这是因为在速效钾被作物吸收利用以后，缓效钾和矿能力，这是因为在速效钾被作物吸收利用以后，缓效钾和矿物钾的释放速度不同所致。物钾的释放速度不同所致。 在在80年代，土壤钾素转化动力学问题已经引起国内科研工年代，土壤钾素转化动力学问题已经引起国内科研工作者的注意。作者的注意。 朱永官朱永官(1994)研究了不同土壤的非交换性钾在研究了不同土壤的非交换性钾在

50、0.01 mol/L草草酸或柠檬酸中的释放动力学，并用一级反应方程、抛物线扩散酸或柠檬酸中的释放动力学，并用一级反应方程、抛物线扩散方程、方程、Elovich方程和零级反应方程求出各土壤中钾的释放速方程和零级反应方程求出各土壤中钾的释放速率，率，结果表明钾的释放速率与土壤的非交换性钾间呈显著的相结果表明钾的释放速率与土壤的非交换性钾间呈显著的相关。关。 程明芳等程明芳等(1999)采用采用连续流动交换技术连续流动交换技术研究了我国北方研究了我国北方25个个供试土壤非交换性钾的释放速率。供试土壤非交换性钾的释放速率。土壤非交换性钾释放速率与土壤非交换性钾释放速率与盆栽耗钾试验中玉米吸钾量之间有极