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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。#p#分頁標題#e# 2.2鉀素分配及含量變化研究 橡膠樹體內鉀素含量受各器官生理作用、樹齡、割膠管理制度、施肥及其它因素的影響。橡膠樹體內的鉀素多集中在幼芽、嫩葉、根尖等生命最活躍部位，并隨著橡膠樹的生長而轉移[2]。一般橡膠樹葉片中鉀含量為0.9%～1.4%(干重)。橡膠樹各部分的含鉀量分別為[8]：老化葉片0.9%～1.1%；綠色嫩枝0.68%；褐色枝條0.27%；莖干0.25%；根0.31%；膠乳0.35%～0.6%，葉片在展葉期為1.79%；穩定成熟老化期為1.16%；凋落前為0.42%。不同定植年限的膠樹，其葉片含鉀量和樹體的鉀素積累量也不相同。國內外研究表明，葉片中鉀的含量與樹齡和葉齡有一定的相關性[28]，隨著樹齡的增長，葉片中鉀含量呈下降趨勢[29-30]。然而，樹齡增加，橡膠樹則需要從膠園土壤中攝取更多的鉀素養分，固定在膠樹體內，以滿足抽葉、開花、結果以及樹體的增高和增粗。據測定，4齡和33齡樹齡的膠樹，所積累的鉀素養分量分別為188和1233kg/hm2[31]。割膠制度也是影響橡膠樹鉀素水平的因素之一。研究表明，成齡橡膠樹在常規割膠條件下，每生產100kg的干膠，需要消耗鉀5.89kg；刺激割膠下增產30%消耗的鉀比常規割制下增加71%，并且在連續刺激割膠后，葉片鉀含量將下降5%～10%[32]。麥全法等調查研究表明，刺激割膠大面積推廣之后，廣東、海南和云南植膠區的橡膠樹養分均有不同程度的下降，其中云南墾區橡膠樹葉片鉀含量90年代末迅速減少。以上研究都表明，刺激割膠制度對橡膠樹鉀素水平的影響高于傳統割制。此外，研究表明，鉀肥的施用量和成齡膠園的產膠水平不同，橡膠樹體內鉀含量也有差異。吳敏等[33]對橡膠樹幼苗施入鉀肥后發現，其根、莖、葉各器官鉀的含量和積累量隨處理濃度的升高而升高，鉀的利用效率則隨處理濃度的提高而降低。張玉鳳等[34]在海南東部墾區部分農場的研究發現，PR107和RRIM600兩種品系的高、中、低產膠園葉片養分狀況都存有明顯差異，其中RRIM600品種高產膠園的全鉀含量極顯著地高于中、低產膠園。 3橡膠樹產膠生理與鉀素研究 3.1橡膠樹產膠生理研究 在橡膠樹割膠生產過程中，病害、死皮、割膠制度都會直接影響到橡膠生長與生產，而這些因素都直接或間接地與橡膠樹的養分狀況有關。橡膠樹的鉀素養分具有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，提高膠乳產量的特殊作用。鉀素營養良好時，能減輕膠乳的早凝，延長割膠后的排膠時間并提高膠乳的流速，從而增強橡膠樹產膠、排膠能力，提高膠乳的穩定性和膠乳的鉀含量水平等。多年的割膠生產也證實，鉀元素對于橡膠樹的生長、排膠量及排膠質量都會產生一定影響。M.K.S.A.Samaraweera等研究了養分元素對產膠生理的影響。結果表明，膠乳的糖源來自蔗糖，鉀可激活蔗糖轉化酶活性，從而增加膠乳產量。Shankar[35]通過研究發現鉀與氮、磷的相互作用對開割率、平均株產和年均產量有顯著影響。近年來，新的割膠制度和乙烯利刺激劑的應用，增加了膠乳中鉀素養分的流失量[36]。施用化學刺激劑采膠時，隨膠乳排出的礦物質增多，對鉀的需要量也增加。目前不同割制下的高刀產、高株產，也造成了養分的大量流失，其中，鉀和氮的損失量明顯高于其他元素[37]。另據國內外研究表明，土壤和葉片養分不僅影響著膠乳養分的含量[38-39]，還與膠乳產量之間具有相關性，膠乳產量與0～20cm土壤和葉片中的養分含量密切相關，其中與葉片鉀含量呈負相關[40-42]。 3.2膠果、膠乳鉀素狀況研究 橡膠林生態系統的鉀素除被橡膠樹生長固定外，大部分被生產割膠(膠乳)和采種(膠果)所帶走，其余則主要表現為因淋溶作用和水土流失引起的鉀素損失。另外，橡膠樹更新等因素也會造成養分脫離橡膠林系統。我國橡膠樹每年可結三批果實，第一、二批為秋果，第三批為冬果，其中秋果是育苗的主要種源，橡膠育種前期，適時地采收秋果是速生高產的重要條件之一。在橡膠林生態系統內，隨著膠果不斷被采集，橡膠林的養分也隨之發生變化。研究證實，在橡膠33a的生產周期內，因采種移走的鉀的損失量為51.0kg/hm2。與膠果相同，生產割膠所取得的膠乳也是橡膠林鉀素養分輸出的主要途徑，膠乳中所含的鉀不再回到膠園土壤中。以往的研究表明，排膠越多，帶走的養分也越多。在膠乳收獲物中，鉀元素的輸出量最高，大于枯枝落葉歸還土壤的量。在含鉀中等的土壤上，30a的橡膠樹共需固定鉀的量為1400kg/hm2，橡膠樹一經更新，這些養分便隨樹體移走。據統計，年產干膠2569kg/hm2的膠園中，鉀的年輸出量為22.35kg/hm2。每生產1kg干膠會損失鉀8.7g/hm2。漆智平等[43]對比了正常割膠與乙稀利刺激割膠下的養分輸出量，其中，每年隨膠乳移走的鉀素養分分別為8.3和22.4kg/hm2。4橡膠林系統外源鉀素研究進展4.1降雨的影響研究降水的分配格局影響著橡膠林系統內的養分平衡。在橡膠林冠層對降雨的再分配中，穿透水(Pt)約占77.13%，樹干莖流(Ps)約占9.61%，截留量(Po)約占13.27%[44]。一方面，降雨可將附著在橡膠樹樹體表面的一部分養分淋洗進入土壤，被根系吸收利用，參與到養分的循環中，這些被淋洗而下的養分則主要來自大氣沉降吸附和樹體分泌物等。在橡膠33a的生產周期內，降雨中鉀素養分的累計量可達396kg/hm2，而通過枯枝落葉分解向土壤歸還的鉀素養分量為300kg/hm2。另一方面，降雨過程中，雨水的沖刷還會引起淋溶損失和水土流失，使樹體和土壤中的部分鉀素養分移出系統之外。據測定，在年均降雨量1549mm，淋溶雨量845mm的海南島，每年膠園因淋溶損失的鉀的量為63.0kg/hm2。此外，橡膠林鉀素的損失還來自于水土流失，中國熱帶農業科學院曾測得在一個雨季中，裸露地流失的鉀的量為1.22kg/hm2，而種植覆蓋作物的僅為其1/6[45]。目前，我國植膠區內膠園土壤肥力普遍下降，其中以速效鉀養分的下降速度最快，膠園土壤鉀素養分的供給與消耗嚴重失衡。據研究，在未考慮土壤淋溶和土壤養分自然釋放的情況下，海南島橡膠林生態系統內的鉀元素每年赤字24.21kg/hm2[46]。成齡膠樹鉀的年消耗量約為91.95kg/hm2，土壤鉀素的年補給量為92.10kg/hm2，相當于消耗量的100.2%。造成鉀素失衡的主要原因有，土壤淋溶和水土流失造成了各類土壤在植膠后鉀含量都有不同程度的下降，同時，現行的刺激割膠制度更是加速了養分的流失，而且流失養分的成份與常規割制，其中隨膠乳帶走的磷和鉀的比例高[47]。趙春梅等[48]研究結果表明：橡膠樹的樹齡越大，土壤中養分收支失衡現象越嚴重；橡膠林生態系統中氮、磷、鉀的總貯存量為319.248t/(hm2•a)，其中鉀的貯量最大，空間分布為土壤層＞膠樹層＞凋落物層；而土壤中年平均虧損量和輸出、輸入量的大小順序均為氮＞鉀＞磷。#p#分頁標題#e# 4.2鉀肥的應用研究 橡膠人工林生態系統進行著森林型物質、能量循環和轉移，是一個“開放系統”，水分和養分在土壤—橡膠樹—土壤之間運轉，又在人為的干預下通過施肥、耕作等措施將更多的物質轉入系統內，從而保持土壤養分的相對平衡。在土壤中可供橡膠樹吸取利用的速效性鉀的養分逐漸減少的情況下，往往要通過施肥來滿足其生長和產膠的需要。 4.2.1人工施鉀的必要性及有效性研究 林釗沐等[3]研究海南橡膠樹鉀素營養狀況表明，橡膠樹所需的鉀素來源于土壤的份額越來越少，表現為，膠園土壤中速效鉀含量與橡膠樹葉片鉀含量的相關程度越來越小，而對原來缺鉀的海南北部地區施用鉀肥后，橡膠樹葉片的含鉀量已基本正常，原來富鉀的東部和南部地區忽視施用鉀肥，相當一部分膠園已出現鉀素虧缺。這說明，橡膠樹所需的鉀對人工施肥的依賴性越來越大。然而，當土壤中交換性鉀含量高時，施肥并不能提高橡膠幼樹葉片中的鉀含量[49]。鉀肥的施用量過多過少，都會對橡膠樹生長、光合作用、干物質積累、膠乳養分量以及其他營養元素的豐缺造成不同程度的影響。因此，橡膠樹生產管理過程中，必須正確合理地施用鉀肥。植物對養分的利用效率及利用策略研究開啟了養分循環的生理生態學研究之門，在養分生態平衡和生理平衡研究中起著重要的紐帶作用。橡膠生產中，在平衡施肥的同時，還要采取各種措施以提高肥料的利用效率，對膠園土壤鉀的有效性研究結果表明，施用鉀肥對鉀素有效性的影響僅表現在表層，向下逐漸減少，大量施用鉀肥并不能影響土壤中有效鉀的整體狀況[50]。這說明，鉀肥的有效性與鉀素在土壤中的遷移有關。此外，施肥過程中鉀素與其他元素之間的交互效應也影響著鉀肥的利用效率。在磚黃壤上施磷肥，葉片中磷的含量增加，而葉片中鉀的含量降低，這與Lopes等人[51]的結論一致；增加鉀肥施用量后，葉片中鉀含量增加，但鎂含量卻下降[52]。橡膠樹施鈣肥會增加各組織中鈣濃度，抑制鎂的吸收，而對鉀的影響不顯著[53]。目前有關橡膠樹鉀肥利用效率及利用策略的研究還比較少，因此，針對橡膠樹鉀肥利用率的研究仍是鉀素營養研究的重要方向。 4.2.2鉀的營養診斷施肥 衡量橡膠林生態系統的物質營養水平、生態服務功能以及生產力的基本指標主要包括橡膠樹、土壤、膠乳等各組分的養分元素含量及其變化特征。研究者們對系統內各組分的大量研究，不僅為膠園生產力的提高提供了理論基礎，還使我們對橡膠林生態系統中鉀素的循環特點有了清楚的認識，在橡膠林生態系統中，來源于土壤、降水、枯枝落葉歸還和人工施肥等過程的鉀素，隨著生產割膠、采種及其它鉀素損失過程輸出系統之外，目前橡膠林生態系統表現出的鉀素失衡現象仍較為嚴重。因此，為了提高鉀肥的利用效率，更好的指導生產實踐，國內外學者針對橡膠樹營養水平和提高膠園土壤肥力作了大量研究。1941年后，國內外學者相繼開始了橡膠樹的葉片營養診斷研究，明確了葉片養分含量的變化規律，確定了橡膠樹葉片的適宜采樣時間和采樣部位，采樣通常在7～9月份進行，主要采集樹冠中下部穩定老化的頂蓬葉作為橡膠樹葉片營養診斷的對象[54]。目前普遍采用化學實驗室分析葉片鉀含量，以橡膠樹葉片鉀含量為主，土壤鉀含量為輔，確定鉀肥施用量。 生產實踐證明，營養診斷施肥是橡膠樹合理施肥的核心技術。安鋒等[42]的研究表明，葉片鉀的含量隨著橡膠樹營養診斷施肥的實施有所升高。中國熱帶農業科學院橡膠所大量的橡膠配方施肥試驗表明，土壤速效鉀含量在40～60mg/kg為適量指標，低于該值應施用鉀肥，含鉀較高的土壤施鉀則會造成減產，缺鉀的土壤施用鉀肥增產8%～19.4%。合理施用鉀肥可增加干膠產量，如海南華僑農場橡膠施鉀后，干膠增產達10.6%；華南熱帶作物科學研究院在紅華農場開展的鉀肥試驗也達到了干膠增產的效果，第一、二、三年的干膠產量分別增加8%、19.4%和19.5%[55]。紅明農場按以下配方施肥，N：0.15kg/株(硫酸銨)，P：0.25kg/株(過磷酸鈣)，K：0.15kg/株(氯化鉀)，凈增產幅達11.0%～11.64%。以上研究均指出，橡膠林的施肥管理中，應根據鉀素的不足進行補充施肥，根據目標產量來確定鉀肥的具體施用量。在此基礎上，海南省農墾對墾區定植的橡膠作物開展了測土配方施肥工作，首先，根據我國橡膠樹施肥實踐確定了指導配方施肥的土壤養分正常指標，其中，速效鉀(K2O)為80～100mg/kg，然后結合墾區內各片區農場土壤養分實際狀況及成土母質，定義了高、中、低等3種肥力水平的土壤，建立了土壤養分豐缺指標，還分別得出了3種肥力水平下的推薦施肥量。其中，龍江片區的高、中、低3種土壤肥力水平下，鉀肥(K2O)的普通和高產年施用量分別為0.051和0.059、0.100和0.109、0.128和0.137kg/株；紅明片區的中、低土壤肥力水平下，鉀肥(K2O)的普通和高產年施用量分別為0.216和0.217、0.285和0.286kg/株。 5結語 近年來，我國學者較為重視對橡膠林生態系統養分循環各組分的研究，研究內容多集中在養分元素的分配、積累、歸還、流失以及養分平衡方面，鉀素在這些方面的研究也屢有涉及，其中，以膠園土壤和橡膠樹本身及其產物的鉀素營養狀況及變化研究、鉀素營養對產膠生理的影響等方面較為多見，但所得出的結果缺乏系統性，不能將影響肥效的各種因素(土壤、氣候、品系、樹齡和膠園管理水平等)進行綜合考慮。因此，目前對橡膠林生態系統養分循環的研究仍需持續深入地進行，在鉀素養分循環方面，應在保證枯枝落葉等的完全歸還于土壤的同時，針對其進行全面而系統的研究，并建立相應的鉀素循環系統模擬預測模型，是今后研究的主要方向。橡膠林鉀素營養研究雖已由基礎研究發展到指導生產施肥的實際應用性研究，但是，在刺激割膠條件下，橡膠園土壤養分收支嚴重失衡，以常規割膠下的養分指標為標準進行階段性營養診斷施肥，已不能準確反映熱帶地區橡膠林鉀素養分元素在年度、季節或月份的動態需求。因此，今后應將刺激割膠技術與新品種的推廣相結合，加強鉀元素的系統循環功能研究，準確預測達到目標產量的施肥量以及橡膠林鉀素養分貯存量，按平衡施肥量進行施肥，保證橡膠林生態系統持續高產穩產和系統內養分平衡，還可以結合測土配方施肥，對土壤中鉀的含量動態變化和橡膠樹葉片鉀養分進行長期地跟蹤診斷，以加強土壤鉀的利用率跟蹤，不斷補充和完善鉀元素養分豐缺指標和施肥標準，適時制定合理的施肥指導方法，從而實現養分循環理論研究與生產指導施肥的有機結合。#p#分頁標題#e#