Page 45 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2023年第6期
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第 6 期                  王火焰 等：土壤钾素形态转化机制与测定方法优化的研究进展                                        37

                   +
               NH 4 。溶液中铵离子的存在不仅未能促进钾的释                         富硅表层，但均无明显的溶解特征，说明四苯硼钠提
                                                  ［9］
               放，反而显著抑制了各种矿物中钾的释放 。铵离子                          取条件下矿物中钾基本是通过层间交换反应来释放
               对非交换态钾释放的显著抑制作用（延长提取时间                           的 ［11］ 。强的四苯硼钠法能够高效提取土壤大量非交
               或次数也不能提取更多非交换态钾）解释了常规醋                           换态钾，其机制与矿物非交换态钾释放的机制完全
               酸铵法可以明确区分提取土壤交换态钾与非交换态                           吻合。一方面可以将溶液环境中的钾降到非常低的
               钾的原理。而在其他盐类甚至纯水中，矿物中非交                           水平，远低于其释放临界值而促进非交换态钾的大
               换态钾的释放似乎不会停止，随提取时间延长和累                           量释放；另一方面提取液中存在大量钠离子，加速了
               计连续提取次数的增加，这些溶液中非交换态钾的                           与层间非交换态钾的交换作用而促进钾释放。2
                                                  ［9］
               释放量可以远远超过铵盐中释放的钾量 。在不更                           种强酸条件下典型矿物中释放的钾仍然是以氢离子
               换上述溶液连续 60 d 的动态释放条件下，不同含钾                       交换作用而不是酸溶解作用释放的钾为主，这也预
               矿物非交换态钾在上述不同溶液中的释放随时间延                           示在多数农田土壤条件下，一些原因（如植物和微生
               长，开始时溶液中钾浓度逐渐上升，其后都基本达到                          物活动）导致土壤局部酸化、促进土壤矿物中钾的释
               平衡，钾浓度达到最大值后不再增加，此时溶液钾浓                          放并提升土壤钾的有效性，其钾源也主要来自矿物
               度为矿物中非交换态钾的释放临界浓度                  ［10］ 。这说明     层 间 的 非 交 换 态 钾 ，而 不 是 对 矿 物 的 直 接 溶 解
               矿物中非交换态钾的释放取决于环境溶液中钾浓度                           作用 ［11］ 。
               与释钾临界值之间的关系。只有环境溶液中钾离子
               浓度低于释钾临界值时，矿物中非交换态钾才会释                           3 植物高效吸收利用土壤非交换态
               放，达到临界值后将不再发生净释放。不同种类矿                           钾的主要机制
               物中非交换态钾的释放临界值存在显著差异，总体
                                                                    不同种类植物和同类植物的不同品种对土壤钾
               表现为黑云母 > 蛭石 > 金云母 > 白云母 > 钾长
                                                                的吸收利用能力往往不同，其原因既源于不同植物
               石。同种矿物的释钾临界值也显著受环境溶液中的
                                                                对钾的需求不同，又源于不同植物对土壤中钾的吸
               伴随离子的影响，同一矿物中非交换态钾的释放临
                                                                收利用能力的差异。明确不同植物高效吸收利用土
               界值在不同溶液（等物质的量）中的顺序大致为：盐
               酸 >> 氯化钠 > 氯化钙 > 水 > 铵盐           ［10］ 。         壤钾的机制对培育钾高效吸收利用品种、提高土壤
                                                                钾资源和钾肥的利用效率具有重要的指导作用。一
                   不同矿物中非交换态钾的释放受环境溶液中其
                                                                般认为，发达的根系、较强的根系吸收能力和根系分
               他离子存在的影响，钾释放和钾固定之间的平衡受
                                                                泌物对土壤钾的活化以及根际微生物活动对土壤钾
               溶液中钾离子浓度的制约，这说明矿物非交换态钾
                                                                的活化等都有可能发挥作用，但哪些机制最关键，目
               的释放过程主要是离子交换机制主导的扩散作用。
                                                                前尚未明确。
               即使是在 0.02 mmol/L 的盐酸溶液中，不同矿物钾的
               释放也受释钾临界值的制约，而不是酸溶解作用导                               采用钾生物有效性不同的几种含钾矿物作为唯
               致的钾释放随时间延长不断上升               ［10］ 。这也预示酸性        一钾源，比较钾吸收能力强的黑麦草和籽粒苋在不
               条件下矿物钾释放加速，其机制仍然是氢离子的交                           同矿物钾源下的钾吸收能力及其生长状况。发现不
               换作用机制为主，而非矿物的溶解作用                  ［10］ 。这一结     同含钾矿物中非交换态钾的生物有效性存在显著差
               论在强酸提取条件下的相关研究中也得到了证实。                           异，黑麦草和籽粒苋地上部干物质量和钾含量均表
               采用化学分析、X 射线衍射、中红外光声光谱以及原                         现为：黑云母 > 蛭石 > 白云母 ≈ 金云母 > 钾长
               子力显微镜等方法研究 1 mol/L 沸硝酸法（10 min）、                 石 ［10，12］ 。在蛭石作为钾源条件下，黑麦草生长与正
               2 mol/L热盐酸法（2 h）和0.2 mol/L四苯硼钠法（80 d）            常营养液供钾相比无差异，植株吸钾量较正常供钾
               提取条件下典型含钾矿物中钾的释放机制，发现沸                           仅下降了 29%，而籽粒苋生长显著受到抑制，其植株
               硝酸和热盐酸提取条件下黑云母和白云母中通过氢                           钾含量较正常供钾下降了 92%            ［10］ 。正常供钾条件
               离子与层间钾离子交换作用释放的钾占 80% 以上， 下，籽粒苋钾含量远远高于黑麦草，但在蛭石供钾条
                                                  ［11］
               而通过矿物溶解作用释放的钾不到 20%                   。2 种矿      件下，黑麦草含钾量显著高于籽粒苋，这说明黑麦草
               物中都是四苯硼钠法提取的钾量远高于 2 种热酸法                         利用蛭石中非交换态钾的能力远远超过籽粒苋。营
               提取的钾量，四苯硼钠法提取过程中矿物结构离子                           养液培养条件下植株根系分泌物的结果表明，黑麦
               铁、铝和硅释放量极低，产生了次生过渡矿物，形成                          草分泌物中未检出有机酸，而籽粒苋中检出了一定
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