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摘要 长期大量施用化肥易使其有效成分在根区以下土层无效积累，这不仅影响化肥的经济效益，而且造成生态环境问题。为了解决这一问题，本次试验以膨润土和5种不同性质的复合肥为试材，采用模拟土柱试验的方法，研究了不同性质的化肥在不同比例膨润土影响下有效元素在土壤耕作层中纵向迁移情况。结果表明：与对照组相比，添加膨润土显著增加了土壤中速效钾的含量，且随着膨润土施用量的增加，速效钾的含量也有增加的趋势。此结果为提高化肥利用率奠定了基础，也为合理施用化肥以及研制高效化肥提供理论支持。
关键词 农耕地；功能成分；纵向迁移；膨润土；化肥利用率
中图分类号 S143 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）05-0166-03
Abstract Long-term excessive use of fertilizer can cause invalid accumulation of the active ingredient in the soil below the root zone，which can not only affect the economic benefits of fertilizer，but also cause environmental problems. To solve this problem，this experiment used bentonite and five different types of fertilizer as test materials，the simulated soil column experiments were carried out to study the vertical migration of effective elements of the different fertilizer in soil tillage layer，under the effects of different proportions of bentonite. The results showed that compared with the control group，the bentonite significantly increased the potassium contents of the soil，and with the increase of bentonite，K content also showed an increasing trend. The test results can lay the foundation for improving the utilization of fertilizer，and provide theoretical support for rational application of fertilizer and the development of efficient fertilizers.
Key words agricultural land；functional component；vertical migration；bentonite；fertilizer utilization rate
我国耕地面积占全球耕地面积的比例为9%，人口为全球的22%，随着我国化肥生产能力逐步提升，为全球提供了40%左右的化肥供给。随着中国农村收入的提升，农民对肥料的购买力增长了近10%，随着人均耕地面积的缩小，农民对高效、环保、高产肥料的需求日益迫切。据相关统计，化肥投入约占农民种植业生产总投入的50%，化肥在粮食增产中发挥了重要作用[1]。但目前我国当季氮肥利用率仅为30%～35%，磷肥利用率仅为15%～20%，钾肥利用率仅为35%～40%[2]，远低于世界发达国家利用水平。当前粮食增产主要建立在农业资源高投入、高消耗的基础上，我国化肥施用量高和利用率低的矛盾日益突出[3]，大量投入肥料对环境造成的污染，已经成为一个亟待解决的问题。
钾可以使植物避开特定时期的病害威胁，提前开花成熟，提高植物抗病性[4]。本试验以肥料中有效成分的迁移为切入点，通过土柱培养等试验方式，研究肥料中钾的迁移。装土完毕后，在土壤上层缓慢加入蒸馏水，直至水面接近最上层土柱边缘。第0、5、10、15、20、25天在距离土柱上方5、15 cm处取样，探讨不同比例膨润土作用下不同性质的肥料中有效元素迁移机制，为化肥合理施用以及高效化肥的研制提供理论支持。本文将肥料与膨润土混合施入土壤，同时整个试验装置也形成了一个较为完整的环境系统，使研究对象所处的环境具有动态性，较好地模拟了肥料在自然环境中的迁移状态，确定肥料性质对于土壤有效成分的迁移影响[5]。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
试验仪器：紫外分光光度计（721N），有机玻璃柱子（直径20 cm），电热鼓风干燥箱。试验试剂：甲醛、硼砂、NaNO3、EDTA二钠盐、四苯硼钠、KCl、H2O。供试土壤：取自四川省彭州市军乐镇黑龙村2组的黑土地。
1.2 试验设计
将5种肥料加入不同比例的膨润土（5%、10%、20%、30%、45%），以不添加膨润土作对照。
1.3 试验方法
1.3.1 土壤处理。将土壤装入培养柱中，控制试验所需的条件，保证其他因素的稳定，如温度、湿度、风速等。
1.3.2 土壤有效成分测定。每隔5 d取样1次，取样深度在5 cm和15 cm处。对样品进行有效成分测定：土壤速效钾的测定采用1 mol/L NaNO3浸提-四苯硼钠比浊法，原理为用四苯硼钠比浊法测定速效钾时[6]，NH4 有干扰，故浸提剂不宜用NH4Ac，而用1 mol/L NaNO3溶液。浸出液中的K ，在微碱性介质中与四苯硼钠（NaTPB）反应，生成溶解度很小的微小颗粒四苯硼鉀（KTPB）白色沉淀： K [B（C6H5）4]-=K[B（C6H5）4]
根據溶液的浑浊度，可用比浊法测定钾含量。待测液含K 在3～20 mg/kg范围内符合比尔定律。浸出液中如有NH4 存在，也将生成四苯硼铵白色沉淀（NH4TPB），干扰钾的测定。消除NH4 干扰可在碱性条件下用甲醛排蔽，因为二者能缩合生成水溶性的、稳定的六亚甲基四胺：
4NH3 6HCHO=（CH2）6N4 6H2O
浸出液中如有Ca2 、Mg2 、Fe3 、Al3 等金属离子存在，在碱性溶液中会生成碳酸盐或氢氧化物沉淀而干扰测定，可加EDTA掩蔽。
1.3.3 数据分析。记录试验数据，进行分析整理，最终得出有效结论。
2 结果与分析
以下各图分别为5种肥料在加不同比例膨润土[7]情况下，测得在0、5、10、15、20、25 d时土柱5、15 cm处速效钾的含量，经数据处理后得到的速效钾素在土壤中的迁移规律曲线。
2.1 土壤一号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图1（a）可知，在土柱5 cm处，速效钾的含量整体趋势是先升高然后趋于稳定，第5天时速效钾含量就达到最大，随着时间增长，速效钾含量会有小幅度减少，最后趋于稳定，稳定在900 mg/kg左右。仔细观察速效钾稳定后的数据（15 d），发现膨润土对提高土壤中速效钾的含量有很大作用（400 mg/kg左右），并且随着膨润土施用量的增加，速效钾的含量逐渐增加。图1（b）与图1（a）进行对比发现，在15 cm处的速效钾含量明显少于5 cm处的含量，而且速效钾含量升高的时持续间比5 cm处要长，速效钾的含量也会随着膨润土施用量的增加而增加，但是膨润土的影响效果并不显著。
2.2 土壤二号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图2（a）可知，土壤15 cm处速效钾含量随时间变化的趋势是先升高，第5天后，速效钾含量稍微有所下降，第10天开始趋于稳定。跟对照组相比，发现膨润土的施用对速效钾含量有显著的提高作用，且对施用20%膨润土的艳阳天肥料土壤中速效钾的含量影响最大。图2（b）与图2（a）相比发现，15 cm处的速效钾含量明显低于5 cm处的速效钾含量。
2.3 土壤三号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图3（a）可知，根据图形总体可以看出，速效钾的含量是先升高再趋于稳定。与对照组相比，不同比例膨润土的施用并未对速效钾的含量有影响，可能是因为施可丰中钾含量比较低。
2.4 土壤四号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图4（a）可知，5 cm处土样速效钾的含量呈现先升高然后趋于稳定的趋势。与对照组相比，加入膨润土可明显提高速效钾的含量（提高了600 mg/kg左右），而且随着施用膨润土含量的增加，速效钾的含量也逐渐增加。图4（a）与图4（b）相比，膨润土在15 cm处对速效钾的影响并不明显，且15 cm处的速效钾含量明显低于5 cm处的速效钾含量。
2.5 土壤五号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图5（a）可知，5 cm处速效钾含量随时间变化，整体上是先上升后下降的趋势。跟对照组相比，加入膨润土之后，土壤中速效钾的含量明显提高。且随着膨润土比例的增加，土壤中速效钾的含量也逐渐增加。图5（a）与图5（b）相比，15 cm处的速效钾含量明显低于5 cm处的速效钾含量。根据图5（b）分析，施用不同量的膨润土对于速效钾含量的提高有很明显的作用。
3 结论与讨论
根据试验得出以下结论：化肥中速效钾的含量随时间的整体变化是先在0～8 d内迅速升高，然后稍微有所下降，最后趋于稳定；5 cm处的速效钾含量明显高于15 cm处速效钾的含量；根据数据分析发现，膨润土对土壤中速效钾含量有提高作用，随着化肥中本身钾元素百分含量的增加，这种提高速效钾含量的作用也就更加明显；随着施用膨润土比例的增加，速效钾的含量也会逐渐增加[8-11]。分析图片发现，对于钾的百分含量为15%的桂湖，膨润土的作用就更加明显。但是对于钾的百分含量只有6%的施可丰，膨润土的作用就不太明显。
因此，为了提高化肥利用率，可施用一定量的膨润土[12-14]，但是也不能盲目施用，要根据实际情况确定施用量，以免造成浪费[15-18]。
4 参考文献
[1] 奚振邦.化肥与农业：简析化肥对现代农业的作用[J].磷肥与复肥，2003，18（2）：5-10.
[2] 陈同斌，曾希柏，胡清秀.中国化肥利用率的区域分异[J].地理学报，2002，57（5）：31-538.
[3] 高祥照，马奇文，崔勇，等.我国耕地主要养分变化与肥料投入状况[J].植物营养与肥料学报，2000，6（4）：363-369.
[4] 刘晓燕，何萍，金继运.钾在植物抗病性中的作用及机理的研究进展[J].植物营养与肥料学报，2006（3）：445-450.
[5] 葛晓光，王晓雪，付亚文，等.长期定位施用氮肥对菜田土壤肥力变化的影响[J].中国蔬菜，1997（5）：1-6.
[6] 张道兰，左继林，南昌.火焰光度计法与四苯硼钠比浊法测K的对比分析[J].江西林业科技，2000（5）：26-28.
[7] 金亮，周健民，王火焰，等.石灰性土壤肥际磷酸二氢铵的转化与肥料磷的迁移[J].磷肥与复肥，2008，23（5）：14-18.
[8] 张维理，林葆，李家康.西欧发达国家提高化肥利用率的途径[J].土壤肥料，1998（5）：3-9.
[9] 杨宇航.我国不同地区土壤的供钾水平和需钾概况[EB/OL].（2010-06-04）[2016-12-10].https：//club.1688.com/article/13739462.html.
[10] 张福锁，江荣风，杨相东，等.缓/控释肥料发展中的问题及对策[J].中国农资，2005（10）：51-52.
[11] 沈善敏.国外的长期肥料试验（1）[J].土壤通报，1984，15（2）：85-91.
[12] 沈善敏.国外的长期肥料试验（2）[J].土壤通报，1984，15（2）：134.
[13] 沈善敏.国外的长期肥料试验（3）[J].土壤通报，1984，15（2）：184-185.
[14] 郑建英，吴瑞俊.陕北坡地长期施肥效应及土壤肥力变化[J].水土保持通报，1995，15（5）：14-18.
[15] 朱树国.土壤钾素变化定量测定方法的研究[D].武汉：华中农业大学，2004.
[16] 谢建昌.土壤钾素研究的现状和展望[J].土壤科学进展，1981（1）：1-16.
[17] 孙广林，喻猛，张中原.土壤不同形态钾含量与土壤颗粒的关系[J].土壤肥料，2006（10）：51-55.
[18] 张磊，付明鑫，曾胜和，等.新疆土壤钾素形态转化影响因素研究现状[J].新疆农垦科技，2009（6）：45-46.
关键词 农耕地；功能成分；纵向迁移；膨润土；化肥利用率
中图分类号 S143 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）05-0166-03
Abstract Long-term excessive use of fertilizer can cause invalid accumulation of the active ingredient in the soil below the root zone，which can not only affect the economic benefits of fertilizer，but also cause environmental problems. To solve this problem，this experiment used bentonite and five different types of fertilizer as test materials，the simulated soil column experiments were carried out to study the vertical migration of effective elements of the different fertilizer in soil tillage layer，under the effects of different proportions of bentonite. The results showed that compared with the control group，the bentonite significantly increased the potassium contents of the soil，and with the increase of bentonite，K content also showed an increasing trend. The test results can lay the foundation for improving the utilization of fertilizer，and provide theoretical support for rational application of fertilizer and the development of efficient fertilizers.
Key words agricultural land；functional component；vertical migration；bentonite；fertilizer utilization rate
我国耕地面积占全球耕地面积的比例为9%，人口为全球的22%，随着我国化肥生产能力逐步提升，为全球提供了40%左右的化肥供给。随着中国农村收入的提升，农民对肥料的购买力增长了近10%，随着人均耕地面积的缩小，农民对高效、环保、高产肥料的需求日益迫切。据相关统计，化肥投入约占农民种植业生产总投入的50%，化肥在粮食增产中发挥了重要作用[1]。但目前我国当季氮肥利用率仅为30%～35%，磷肥利用率仅为15%～20%，钾肥利用率仅为35%～40%[2]，远低于世界发达国家利用水平。当前粮食增产主要建立在农业资源高投入、高消耗的基础上，我国化肥施用量高和利用率低的矛盾日益突出[3]，大量投入肥料对环境造成的污染，已经成为一个亟待解决的问题。
钾可以使植物避开特定时期的病害威胁，提前开花成熟，提高植物抗病性[4]。本试验以肥料中有效成分的迁移为切入点，通过土柱培养等试验方式，研究肥料中钾的迁移。装土完毕后，在土壤上层缓慢加入蒸馏水，直至水面接近最上层土柱边缘。第0、5、10、15、20、25天在距离土柱上方5、15 cm处取样，探讨不同比例膨润土作用下不同性质的肥料中有效元素迁移机制，为化肥合理施用以及高效化肥的研制提供理论支持。本文将肥料与膨润土混合施入土壤，同时整个试验装置也形成了一个较为完整的环境系统，使研究对象所处的环境具有动态性，较好地模拟了肥料在自然环境中的迁移状态，确定肥料性质对于土壤有效成分的迁移影响[5]。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
试验仪器：紫外分光光度计（721N），有机玻璃柱子（直径20 cm），电热鼓风干燥箱。试验试剂：甲醛、硼砂、NaNO3、EDTA二钠盐、四苯硼钠、KCl、H2O。供试土壤：取自四川省彭州市军乐镇黑龙村2组的黑土地。
1.2 试验设计
将5种肥料加入不同比例的膨润土（5%、10%、20%、30%、45%），以不添加膨润土作对照。
1.3 试验方法
1.3.1 土壤处理。将土壤装入培养柱中，控制试验所需的条件，保证其他因素的稳定，如温度、湿度、风速等。
1.3.2 土壤有效成分测定。每隔5 d取样1次，取样深度在5 cm和15 cm处。对样品进行有效成分测定：土壤速效钾的测定采用1 mol/L NaNO3浸提-四苯硼钠比浊法，原理为用四苯硼钠比浊法测定速效钾时[6]，NH4 有干扰，故浸提剂不宜用NH4Ac，而用1 mol/L NaNO3溶液。浸出液中的K ，在微碱性介质中与四苯硼钠（NaTPB）反应，生成溶解度很小的微小颗粒四苯硼鉀（KTPB）白色沉淀： K [B（C6H5）4]-=K[B（C6H5）4]
根據溶液的浑浊度，可用比浊法测定钾含量。待测液含K 在3～20 mg/kg范围内符合比尔定律。浸出液中如有NH4 存在，也将生成四苯硼铵白色沉淀（NH4TPB），干扰钾的测定。消除NH4 干扰可在碱性条件下用甲醛排蔽，因为二者能缩合生成水溶性的、稳定的六亚甲基四胺：
4NH3 6HCHO=（CH2）6N4 6H2O
浸出液中如有Ca2 、Mg2 、Fe3 、Al3 等金属离子存在，在碱性溶液中会生成碳酸盐或氢氧化物沉淀而干扰测定，可加EDTA掩蔽。
1.3.3 数据分析。记录试验数据，进行分析整理，最终得出有效结论。
2 结果与分析
以下各图分别为5种肥料在加不同比例膨润土[7]情况下，测得在0、5、10、15、20、25 d时土柱5、15 cm处速效钾的含量，经数据处理后得到的速效钾素在土壤中的迁移规律曲线。
2.1 土壤一号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图1（a）可知，在土柱5 cm处，速效钾的含量整体趋势是先升高然后趋于稳定，第5天时速效钾含量就达到最大，随着时间增长，速效钾含量会有小幅度减少，最后趋于稳定，稳定在900 mg/kg左右。仔细观察速效钾稳定后的数据（15 d），发现膨润土对提高土壤中速效钾的含量有很大作用（400 mg/kg左右），并且随着膨润土施用量的增加，速效钾的含量逐渐增加。图1（b）与图1（a）进行对比发现，在15 cm处的速效钾含量明显少于5 cm处的含量，而且速效钾含量升高的时持续间比5 cm处要长，速效钾的含量也会随着膨润土施用量的增加而增加，但是膨润土的影响效果并不显著。
2.2 土壤二号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图2（a）可知，土壤15 cm处速效钾含量随时间变化的趋势是先升高，第5天后，速效钾含量稍微有所下降，第10天开始趋于稳定。跟对照组相比，发现膨润土的施用对速效钾含量有显著的提高作用，且对施用20%膨润土的艳阳天肥料土壤中速效钾的含量影响最大。图2（b）与图2（a）相比发现，15 cm处的速效钾含量明显低于5 cm处的速效钾含量。
2.3 土壤三号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图3（a）可知，根据图形总体可以看出，速效钾的含量是先升高再趋于稳定。与对照组相比，不同比例膨润土的施用并未对速效钾的含量有影响，可能是因为施可丰中钾含量比较低。
2.4 土壤四号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图4（a）可知，5 cm处土样速效钾的含量呈现先升高然后趋于稳定的趋势。与对照组相比，加入膨润土可明显提高速效钾的含量（提高了600 mg/kg左右），而且随着施用膨润土含量的增加，速效钾的含量也逐渐增加。图4（a）与图4（b）相比，膨润土在15 cm处对速效钾的影响并不明显，且15 cm处的速效钾含量明显低于5 cm处的速效钾含量。
2.5 土壤五号（化肥代号）5、15 cm处土样钾含量
由图5（a）可知，5 cm处速效钾含量随时间变化，整体上是先上升后下降的趋势。跟对照组相比，加入膨润土之后，土壤中速效钾的含量明显提高。且随着膨润土比例的增加，土壤中速效钾的含量也逐渐增加。图5（a）与图5（b）相比，15 cm处的速效钾含量明显低于5 cm处的速效钾含量。根据图5（b）分析，施用不同量的膨润土对于速效钾含量的提高有很明显的作用。
3 结论与讨论
根据试验得出以下结论：化肥中速效钾的含量随时间的整体变化是先在0～8 d内迅速升高，然后稍微有所下降，最后趋于稳定；5 cm处的速效钾含量明显高于15 cm处速效钾的含量；根据数据分析发现，膨润土对土壤中速效钾含量有提高作用，随着化肥中本身钾元素百分含量的增加，这种提高速效钾含量的作用也就更加明显；随着施用膨润土比例的增加，速效钾的含量也会逐渐增加[8-11]。分析图片发现，对于钾的百分含量为15%的桂湖，膨润土的作用就更加明显。但是对于钾的百分含量只有6%的施可丰，膨润土的作用就不太明显。
因此，为了提高化肥利用率，可施用一定量的膨润土[12-14]，但是也不能盲目施用，要根据实际情况确定施用量，以免造成浪费[15-18]。
4 参考文献
[1] 奚振邦.化肥与农业：简析化肥对现代农业的作用[J].磷肥与复肥，2003，18（2）：5-10.
[2] 陈同斌，曾希柏，胡清秀.中国化肥利用率的区域分异[J].地理学报，2002，57（5）：31-538.
[3] 高祥照，马奇文，崔勇，等.我国耕地主要养分变化与肥料投入状况[J].植物营养与肥料学报，2000，6（4）：363-369.
[4] 刘晓燕，何萍，金继运.钾在植物抗病性中的作用及机理的研究进展[J].植物营养与肥料学报，2006（3）：445-450.
[5] 葛晓光，王晓雪，付亚文，等.长期定位施用氮肥对菜田土壤肥力变化的影响[J].中国蔬菜，1997（5）：1-6.
[6] 张道兰，左继林，南昌.火焰光度计法与四苯硼钠比浊法测K的对比分析[J].江西林业科技，2000（5）：26-28.
[7] 金亮，周健民，王火焰，等.石灰性土壤肥际磷酸二氢铵的转化与肥料磷的迁移[J].磷肥与复肥，2008，23（5）：14-18.
[8] 张维理，林葆，李家康.西欧发达国家提高化肥利用率的途径[J].土壤肥料，1998（5）：3-9.
[9] 杨宇航.我国不同地区土壤的供钾水平和需钾概况[EB/OL].（2010-06-04）[2016-12-10].https：//club.1688.com/article/13739462.html.
[10] 张福锁，江荣风，杨相东，等.缓/控释肥料发展中的问题及对策[J].中国农资，2005（10）：51-52.
[11] 沈善敏.国外的长期肥料试验（1）[J].土壤通报，1984，15（2）：85-91.
[12] 沈善敏.国外的长期肥料试验（2）[J].土壤通报，1984，15（2）：134.
[13] 沈善敏.国外的长期肥料试验（3）[J].土壤通报，1984，15（2）：184-185.
[14] 郑建英，吴瑞俊.陕北坡地长期施肥效应及土壤肥力变化[J].水土保持通报，1995，15（5）：14-18.
[15] 朱树国.土壤钾素变化定量测定方法的研究[D].武汉：华中农业大学，2004.
[16] 谢建昌.土壤钾素研究的现状和展望[J].土壤科学进展，1981（1）：1-16.
[17] 孙广林，喻猛，张中原.土壤不同形态钾含量与土壤颗粒的关系[J].土壤肥料，2006（10）：51-55.
[18] 张磊，付明鑫，曾胜和，等.新疆土壤钾素形态转化影响因素研究现状[J].新疆农垦科技，2009（6）：45-46.