2021-4-9 | 農業
鉀是植物光合生長必要的大量元素,它在植物營養合成及生理循環中有巨大作用。作為重要的工業原料的天然加工廠———橡膠樹,其生長、發育、產膠等植物循環過程更需要大量的鉀參與其中。鉀不僅能促進橡膠樹的光合作用,加速糖分的運轉和積累,增強植株的抗逆性,還具有其特殊的作用,即促進橡膠樹樹皮的再生,增加樹皮乳管的數量,從而增加產膠組織的總量,提高膠乳產量;鉀元素在橡膠林生態系統養分循環中也具有重要的作用。鉀元素的上述功能已在大量的試驗研究中得到證實。一些研究結果還表明,隨著植膠年限的增長,膠園土壤與橡膠樹葉片鉀素含量呈下降或虧缺現象。因此,必須重視鉀肥在植膠生產中的合理施用[1-7]。針對鉀元素的特殊功能和地位,本文擬通過總結橡膠林鉀素研究發展趨勢,為今后橡膠林鉀素研究提供合理的參考意見。
1橡膠林土壤鉀元素含量變化研究進展土壤中的鉀大多數存在于礦物中,礦物風化時釋放出鉀離子,這些鉀離子通過交換而被吸附。據華南熱帶作物科學研究院研究,適合于橡膠樹正常生長所需要的土壤有效鉀含量(0~20cm土層)范圍為40~60mg/kg,有機質含量的正常值范圍為2.0%~2.5%[8]。在不同的成土母質、立地條件和撫育管理方式等影響下,橡膠林土壤鉀含量也不同,此外,凋落物歸還也會影響土壤中鉀的含量。
1.1土壤母質及立地條件的影響研究
土壤中的鉀含量受土壤母質影響較大。不同土壤母質發育而來的土壤中含鉀量不同,全鉀、緩效鉀含量在花崗巖中最高,玄武巖中最低;速效鉀含量在1~20、21~40cm土層均是頁巖中最高,在41~60cm土層則是沖積物最高[9]。鐘銀寬等[10]研究表明,不同類型土壤供鉀能力大小表現為花崗巖>砂頁巖>玄武巖>淺海沉積物,這與陸行正等的研究結果具有一致性。研究者們還根據不同母質發育的土壤肥力特征和養分供應狀況,針對性地提出了合理化施肥的建議,對于指導橡膠生產施肥起了積極作用。張偉等[11]分析了儋州地區不同肥力的橡膠園土壤中的含鉀量,并對其主要養分的垂直分布規律進行研究,結果表明,與適宜橡膠樹生長的有效鉀正常值(40~60mg/kg)相比,高、低肥力的膠園中表層土壤有效鉀的含量正常,中等肥力土壤的有效鉀含量則不足;全鉀的垂直分布與土壤肥力的關系不明顯,土壤中的鉀素對橡膠樹的生長和土壤肥力的影響較小。另外,羅微等[12]探討了膠園中土壤肥料養分與根系分布的相關性,結果發現,施肥穴內鉀含量分布從上到下逐漸減少,與橡膠樹根系垂直分布總體趨勢一致。此外,橡膠林不同立地條件如坡度、地形等也影響著膠園土壤、橡膠樹的鉀素含量。根據佘貴連、王百群[13-14]等研究,不同山地類型下,隨著坡度的增加,鉀素的淋失作用增強,且速效鉀養分的流失強度與坡度呈指數函數關系;地形還會影響土層間全鉀和速效鉀含量變化。
1.2撫育管理方式的影響研究
橡膠林土壤鉀含量變化也受種植年限、種植管理模式、割膠制度等撫育管理方式的影響。Aweto等研究發現,在植膠的前11年,礦質養分含量都呈下降趨勢,且隨著橡膠樹齡的增加,僅表層10cm土層內的交換性鉀含量下降。Abrahametal[15]指出,植膠10a后,土壤中有機碳和鉀的含量分別下降了20%和10%。何向東等[16]對海南墾區膠園肥力演變的研究表明:植膠多年后,海南墾區各種土壤類型的膠園土壤肥力呈明顯下降趨勢。其中,速效鉀方面,36a間速效鉀含量的下降幅度為10%~55%。1954年,速效鉀含量在正常值以上(>60mg/kg)的占75%,到1990年,僅占45%。林希昊等[17]的研究也表明,橡膠林各土層速效鉀含量與樹齡有關,表現為16a>5a>9a。膠園間種和蓋草培肥等管理模式也在一定程度上影響著土壤養分含量,其中,膠園的蓋草培肥(即綠肥)措施能使樹體積累更多的養分,有效鉀含量增加。曾憲海等[18]研究指出,幼齡膠園間種新銀合歡樹3.5年后,有機質含量增加,而土壤有效鉀含量和pH值均下降,但并未影響幼樹的生長。橡膠樹高產培肥綜合技術的研究表明,膠園蓋綠肥后,土壤有效養分成倍以致十幾倍地增加,其中速效鉀增加1倍;在常規施化肥的基礎上增施綠肥,葉片鉀的含量升高了0.05%,橡膠樹的干物質合成量增加,干膠產量提高了3.8%[19]。Haag等的研究[20]也表明,對膠園進行綠肥覆蓋,不僅能提高干物質的生產量,還能積累更多的養分。綠肥覆蓋物38個月共生產干物質3185kg/hm2,48個月共積累養分總量164kg/hm2,比橡膠樹分別高出398和107kg/hm2。在幼齡膠園種植豆科覆蓋物同樣能提高膠園土壤中鉀的含量,增加量為85.5kg/hm2。由此可見,對膠園進行蓋草等管理措施對土壤肥力的提高和膠樹養分的積累也起到了巨大作用。此外,不同的割膠制度也影響著橡膠林土壤鉀的含量變化。相比傳統割制,刺激割制下的膠園土壤養分含量正在逐漸下降,其中,云南和海南植膠地的速效鉀含量分別下降了38.5%和58%[21],鉀的加速流失,引起膠樹整體養分下降,也影響橡膠樹養分間正常比例關系。
1.3凋落物鉀素歸還研究
凋落物歸還在不同程度上影響著膠園鉀素的積累,此外,橡膠樹根系枯死也會歸還少量養分到土壤。膠林中凋落物的歸還過程包括膠樹枯落物的凋落、遷移、分解和釋放。凋落物中的鉀素遷移率較高,僅次于磷。Krishnakumar等[22]研究發現橡膠林下枯落物積累量小于天然林,這與任泳紅等[23]的研究結果一致,說明在濕度較高的橡膠林下,微生物活動旺盛,凋落物分解快。Philip等[24]對膠林凋落物分解速率的研究表明,一年內枯落物可分解92%,鉀、氮、鎂元素的分解釋放效率較快。膠園施肥水平和種植模式會影響枯落物鉀含量。鉀肥施用量增多時,枯落物中鉀的含量也會增加。在30a樹齡的間作膠園,一年中養分的歸還量為363.26kg/hm2,其中K的含量比對照純林膠園高出1.42倍[25]。孟慶巖等[26]研究得出,在膠—茶—雞農林復合生態系統中,鉀的循環率為59%。
2橡膠樹鉀元素作用及變化研究進展
2.1鉀元素作用研究
鉀在橡膠樹內呈離子狀態存在,含量居于第3位,次于磷素,橡膠樹新陳代謝的各個過程都離不開鉀,并且其需要量隨樹齡的增長而增多。在橡膠樹生長發育過程中,鉀的作用主要表現為:加強光合作用;促進多種酶的活化和對氮的吸收,有利于蛋白質的形成;并且能夠提高橡膠樹的抗病、抗風和耐寒能力;鉀素含量過多時,會使橡膠幼樹生長受到抑制。鉀與鎂元素之間存在頡頏作用,當比值失調時,會互相抑制對方的吸收,一般情況下,葉片中K/Mg比值以4.5為宜。陸行正等經過系統試驗得出,生長健康、產量正常的橡膠樹葉片中鉀的正常含量指標是0.9%~1.0%[27],并對元素之間的比值做出了評價指標,K/P的正常范圍為4.3~4.7,K/Ca的正常范圍為1.0~1.5。這與中國熱帶農業科學院橡膠所得出的橡膠樹葉片含鉀0.9~1.1mg/kg為適量指標的結果基本一致。