基于DGT原位扩散技术的新疆绿洲土壤钾素有效性研究

钾素已成为新疆绿洲土壤养分的限制或潜在限制因子。新疆现有的钾素评价指标已不能满足当前的农业生产，因此迫切需要一种能够客观反应土壤供钾能力和植物钾素有效性的测定技术。本课题将DGT原位扩散技术应用于土壤溶液钾的测定，钾素吸附剂通过扩散膜吸附钾离子来模拟植物根系从土壤溶液吸收钾的过程，揭示土壤钾素的供应状况和植物有效性。主要研究内容：1）选择适合于DGT技术和土壤环境的钾素吸附剂，明确DGT技术测定溶液中钾的环境条件及其技术特征。2）研究土壤-溶液系统中钾离子从土壤固相持续供给到土壤液相的动力学过程，探明原位测定土壤中植物有效性钾的动力学机制。3）应用DGT原位扩散技术研究新疆绿洲土壤钾素的植物有效性，结合传统的化学方法和生物方法，提出新疆绿洲土壤植物有效性钾的临界值，为新疆绿洲土壤的钾素管理提供依据。土壤钾素的原位测定是本课题的创新之处，目前在国内外尚未见报道。

钾素已成为新疆绿洲土壤养分的限制或潜在限制因子。新疆现有的钾素评价指标已不能满足当前的农业生产，因此迫切需要一种能够客观反应土壤供钾能力和植物钾素有效性的测定技术。本项目将DGT原位扩散技术应用于土壤溶液钾的测定，钾素吸附剂通过扩散膜吸附钾离子来模拟植物根系从土壤溶液吸收钾的过程，揭示土壤钾素的供应状况和植物有效性。通过钾离子吸附剂的选择实验，筛选出特殊处理过的Zeolite对K+有很强的吸附能力，是理想的K-DGT系统吸附剂，同时提出了K-DGT系统中吸附膜和扩散膜的制作技术，目前在国际上尚未见报道。通过DGT技术应用于钾溶液的特性实验、基于DGT技术的钾素动力学机制和DGT技术测定土壤钾离子的方法研究，确定DGT技术测定钾离子的环境条件和测定方法，得出K-DGT系统在溶液中K+的扩散系数，探明DGT原位测定土壤钾素植物有效性的动力学机制，提出反映土壤供钾能力和植物有效性的原位测定方法。在新疆绿洲采集代表性耕层土壤样品29个，测定土壤基本理化性状、粘土矿物组成、土壤全钾、有效钾、缓效钾、速效钾和DGT-K，在采集的绿洲土壤上进行玉米盆栽试验，在补足其它养分情况下，29个土壤上均不施钾，同时依据土壤速效钾的测试结果，选出16个土壤速效钾较低的土壤安排施钾处理，种植47天后收获地上部分，测定玉米钾素吸收量，用DGT技术测定的土壤钾与玉米植株吸钾量的相关性（r=0.674**，n=28）要高于传统方法NH4OAc浸提的土壤速效钾（r=0.406*， n=29），并且用DGT技术测定的土壤钾与NH4OAc浸提的土壤速效钾达到极显著的正相关（r=0.546**，n=28），因此用DGT技术测定的DGT-K来揭示土壤钾素的植物有效性要优于传统的NH4OAc浸提法测定的土壤速效钾。通过对土壤DGT-K与不施钾、施钾处理盆栽试验玉米的相对吸钾量的回归分析，建立对数回归模型：y = 29.267Ln(x) + 11.468 （R2=0.5265**，n=16），提出基于DGT技术的新疆绿洲土壤的植物有效性钾素临界值，即DGT-K小于10.398µg/sampler为亏缺，10.398~14.633µg/sampler为中等，大于14.633µg/sampler为充足，并且用DGT技术对采集的新疆绿洲的28个土壤的植物有效性进行评价。