钾、镁肥处理下酸化茶园土壤钾镁的交互效应

朱悦蕊 胡雲飞 梁扬雪 张誉龄 贾苗 韦雅芳 吴可欣 李远华 高水练

摘要：为明确添加不同浓度钾肥、镁肥后酸化茶园土壤中的钾镁交互效应，以酸化茶园红黄壤为受试土壤，分别设置4种钾肥、镁肥不同浓度组合的15个处理并以不施肥（CK）为对照，培养5、10、20、30、45、60 d，分析对土壤交换性K+、交换性Mg2+含量及K+/Mg2+的影响。结果表明，在各钾肥、镁肥处理下交换性K+、交换性Mg2+存在极显著（P<0.01）交互作用，且镁肥对土壤K+/Mg2+的影响强于钾肥。交换性K+含量随钾肥施用量增加而显著提高（P<0.05）；
施用低量钾肥（50 mg/kg）时，交换性K+含量随镁肥施用量增加而降低；
在其他钾肥浓度处理下，增施镁肥对交换性K+含量无显著影响。交换性Mg2+含量随镁肥施用量增加而显著提高；
不施用镁肥或施用低量镁肥（100 mg/kg）时，交换性Mg2+含量随钾肥施用量增加而显著降低；
施用中量镁肥（200 mg/kg）时，相比K0Mg2，交换性Mg2+含量在增施低、中量钾肥（50、100 mg/kg）后提高，增施高量鉀肥（200 mg/kg）后显著降低；
施用高量镁肥（400 mg/kg）时，相比K0Mg3，增施中、高量钾肥（100、200 mg/kg）使交换性Mg2+含量分别显著提高和显著降低。因此，钾对低镁、高钾对中镁、高钾对高镁、镁对低钾有拮抗作用，低钾对中镁、中钾对中镁、中钾对高镁有协同作用，酸化茶园须注重减施钾肥增施镁肥。

关键词：磷酸钾；
轻烧镁；
茶园；
红黄壤；
交互作用

中图分类号：S571.106  文献标志码：A  文章编号：1002-1302（2023）09-0240-07

基金项目：福建省自然科学基金（编号：2019J01664、2020J01404）；
安溪县科技服务项目（编号：KH210209A）；
教育部产学合作协同育人项目（编号：202102174001）。

作者简介：朱悦蕊（1998—），女，山东济南人，硕士研究生，主要从事茶树营养与生理生态研究。E-mail：598192782@qq.com。

通信作者：高水练，博士，副教授，主要从事茶树营养与生理生态研究，E-mail：gaoshuilian@126.com；
李远华，博士，教授，主要从事茶学与生物技术研究，E-mail：15525546@qq.com。

茶树［Camellia sinensis （L.） O. Kuntze.］是亚热带作物，目前，我国茶园面积168.47万hm2，主要分布在土壤呈酸性的长江以南地区，高温高湿的气候环境不仅促进土壤中K+、Mg2+等盐基离子大量淋失导致土壤酸化严重，而且茶园偏施钾肥少施镁肥，加之离子间的相互作用致使茶树镁营养缺乏［1-3］。钾素和镁素在茶树中的作用被广泛证实。其中镁直接参与茶树光合同化、活性氧代谢及茶氨酸合成等生理过程；
钾作为公认的“品质元素”，在茶树等经济作物中提供非生物和生物胁迫耐受性［4-5］。

已有诸多研究证实钾、镁之间存在拮抗作用，且钾对镁单方面的拮抗作用表现更强［6］。同一氮磷水平下，大量施钾使黄瓜、甘蔗、番茄等作物加剧缺镁症状，若镁含量过高也会抑制钾的吸收［7-9］。缺素培养试验中，茶树在吸收养分时表现出显著的钾镁拮抗效应，钾镁配施下对茶树新梢养分的测定结果也表明，镁在茶树根、茎、叶中的含量均与钾处理的浓度呈负相关［10-11］。同时有研究表明，钾镁在一定条件下会表现出适中的协同作用［12-13］。钾镁共同施用对茶树生长有增效作用，根和叶片中氨基酸含量均显著增加，还可以改善乌龙茶的风味［14-15］。在K/Mg为8 ∶ 1时，幼龄茶树新梢的生长状态、叶绿素含量、过氧化氢酶活性等方面均明显优于其他处理［16］。土壤是植物养分的来源，关于钾镁关系的研究目前多集中于植物体系，而在土壤中的钾镁交互效应研究相对较少，尤其在南方酸化红黄壤上未见报道。

因此，本研究采集福建省安溪县茶园酸化土壤进行室内培养试验，设置不同浓度的磷酸钾和轻烧镁配施处理，并进行不同时间段培养。分析对土壤交换性K+、交换性Mg2+含量及K+/Mg2+的影响，揭示酸化茶园土壤中钾镁交互效应，以期为茶叶生产中钾肥、镁肥的合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2021年8月采集福建省安溪县感德镇霞春村（24°76′N，115°33′E）栽植铁观音15年、无前茬作物的红黄壤。供试土壤基本理化性质：最大田间持水量为（81.1±8.31） g/kg；
pH值3.43±0.01；
交换性K+含量为（0.19±0.02） cmol/kg；
交换性Mg2+含量为（0.36±0.02） cmol/kg。

钾肥为磷酸钾（K2O含量>55%），购自青岛美味源生物科技有限公司，白色斜方晶系结晶，熔点 1 340 ℃，有潮解性，易溶于水，不溶于乙醇，水溶液呈碱性（pH值11.5）。镁肥为轻烧镁（MgO含量>80%），购自营口菱镁化工集团，白色细微粉末，熔点2 852 ℃，沸点3 600 ℃，溶于酸和铵盐，不溶于水和乙醇，水溶液呈碱性（pH值12.0）。

1.2 试验设计

试验始于2021年9月，设置 4种钾肥水平：无钾（K0）0 mg/kg、低钾（K1）50 mg/kg、中钾（K2） 100 mg/kg、高钾（K3）200 mg/kg；
4种镁肥水平：无镁（Mg0）0 mg/kg、低镁（Mg1）100 mg/kg、中镁（Mg2）200 mg/kg、高镁（Mg3）400 mg/kg，共16个处理（表1），每个处理3次重复。将肥料与土壤充分混合均匀分别装入320 mL一次性塑料杯中，每杯300g。用去离子水将土壤含水量调节至土壤田间持水量（WHC）的70%，并用聚乙烯膜覆盖套紧以保持水分，在顶部预留几个小孔用于空气流通，随机顺序置于温度 25 ℃、空气湿度 85%的培养箱中恒温恒湿培养，每5 d调节1次，使土壤含水量为田间持水量的70%。分别在培养至5、10、20、30、45、60 d 时，将塑料杯中土壤倒出，自然风干待测。

1.3 检测指标与方法

参照鲍土旦《土壤农化分析》（第3版）［17］：土壤田间持水量采用环刀法测定；
交换性K+（1 mol/L）采用乙酸铵交换-火焰光度法测定；
交换性Mg2+（1 mol/L）采用乙酸铵交换-原子吸收分光光度法测定。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2010 计算数据，SPSS 20.0单因素（one-way ANOVA）统计分析，Turkey 法进行差异显著性检验（α=0.05），Design Expert 10.0进行响应面分析，graphpad prism 8.0绘图。

2 结果与分析

2.1 钾镁配施对土壤交换性K+含量的影响

2.1.1 不同处理间土壤交换性K+含量比较 试验结果（图1）表明，交换性K+在培养期间平均含量随钾肥浓度的增加而显著提高，表现为K0<k1<k2<k3，各施肥处理平均高于ck（k0mg0）73.16%。无钾肥（k0）或施用中、高浓度钾肥（k2、k3）处理时，无论是否施用镁肥，同一施钾水平下，各处理交换性k+含量无显著差异。施用低浓度钾肥（k1）时，交换性k+含量随镁肥浓度增加而降低。可见，钾肥浓度越高，交换性k+含量越高；
无钾肥或施中、高钾时，镁肥不会对交换性k+产生显著影响；
施低钾时，镁肥对交换性k+的抑制作用随镁肥浓度增加而增强。

2.1.2 不同处理土壤交换性K+含量随培养时间的变化 试验结果（表2）显示，各处理交换性K+含量于培养期间呈波浪式变化，分别在培养至20、30 d时达到最低、最高，均差异显著。无钾肥［CK和单施镁肥（K0Mg1、K0Mg2、K0Mg3）］时，随培育时间的增加交换性K+含量呈上升趋势 单施镁钾60 d的交换性K+含量与5 d时相比显著增加。单施钾肥（K2Mg0、K3Mg0）时，随培养时间的增加交换性K+含量总体呈下降趋势，培养结束（60 d）的交换性K+含量低于开始培养（5 d）时，其中K3Mg0处理各培养时间的土壤交换性K+含量间的差异达显著水平。钾肥、镁肥配施时，若钾肥浓度＞镁肥浓度，K3Mg2 60 d的交换性K+含量显著低于5 d；
若钾肥浓度≤镁肥浓度，交换性K+含量在培养开始和结束时无显著差异。可见，长期施用过高浓度的磷酸钾易使土壤交换性K+流失，增施轻烧镁并使磷酸钾浓度≤轻烧镁浓度可以提高土壤保钾能力。

2.2 钾镁配施对土壤交换性Mg2+含量的影响

2.2.1 不同处理间土壤交换性Mg2+含量比较 试验结果（图2）表明，在培养期间交换性Mg2+平均含量随镁肥浓度的增加而显著提高，表现为Mg0<mg1<mg2<mg3，平均高于ck180.27%。无镁肥（mg0）或施用低浓度镁肥（mg1）时，交换性mg2+含量随钾肥浓度增加而显著降低。当施用中、高浓度镁肥（mg2、mg3）时，与k0mg2相比，增施低、中浓度钾肥（k1mg2、k2mg2）后交换性mg2+含量增加，增施高浓度钾肥（k3mg2）后交换性mg2+含量显著减少；
与k0mg3相比，增施中浓度钾肥（k2mg3）后交换性mg2+含量显著增加，增施高浓度钾肥（k3mg2）后交换性mg2+含量显著减少。可见，镁肥浓度越高，交换性mg2+含量越高；
无镁肥或施低镁时，钾肥对交换性mg2+的抑制作用随钾肥浓度增加而增强。施中镁时，增施低、中钾对交换性Mg2+含量有促进作用，增施高钾对交换性Mg2+含量有抑制作用；
施高镁时，增施中钾对交换性Mg2+含量有促进作用；
增施高钾对交换性Mg2+含量有抑制作用。

2.2.2 不同处理土壤交换性Mg2+含量随培养时间的变化 试验结果（表3）显示，不同处理交换性Mg2+含量于培养期间总体呈动浪式下降趋势。不同处理交换性Mg2+含量均在培养至 10 d 时达到最高，培养60 d最低，且两者间达显著差异水平。其中，不施肥（Mg0K0）时，培养60 d交换性Mg2+含量显著低于5 d 7.22%，经钾肥、镁肥处理60 d的交换性Mg2+含量均低于5 d 30%左右。可见，无论是否施肥，土壤交换性Mg2+均会随时间延长而减少，各处理交换性Mg2+含量的下降幅度均小于CK，说明磷酸钾和轻烧镁配合施用延缓了交换性Mg2+的损耗。

2.3 钾镁交互效应分析

2.3.1 方差分析 以施钾浓度（A）和施镁浓度（B）为水平影响因素，土壤交换性K+/交换性Mg2+为响应值，根据响应曲面中心组合设计矩阵（表4、表5），得出磷酸钾和轻烧镁施用浓度对K+/Mg2+影响的二元二次回归方程：K+/Mg2+=0.39+0.31A-0.60B-0.31AB-6.90E-003A2+0.44B2。模型检验结果如表6所示，该模型极显著（P<0.01），失拟项不显著，R2＞0.9，R2adj＞0.9，R2Adj-R2Pred<0.2，CV（%）>4，试验值和预测值一致性良好。说明未知因素对试验结果的干扰很小，数据拟合及响应面模型对试验的拟合较好。因此，该模型可准确预测钾镁不同浓度配施下的K+/Mg2+。在该模型下，施钾浓度（A）、施镁浓度（B）和交互项（AB）至极显著水平，表明施钾浓度、施镁浓度极显著影响K+/Mg2+的同时存在极显著的交互效应，并且FA<fb，表明轻烧镁浓度对k+ mg2+的影响程度强于磷酸钾。

2.3.2 响应面分析 在方差分析结果的基础上，绘制钾镁交互作用对土壤K+/Mg2+影响的响应曲面（图3）。通过曲面陡峭程度可以预测、检验变量与响应值相互影响的强弱，曲面越陡峭表明对响应值的影响越显著，曲面越平缓表明对响应值的影响越小［18］。在试验条件范围内，施镁浓度曲面比施钾浓度曲面陡峭，说明施镁浓度的变化对交换性K+/交换性Mg2+的影响强于磷酸钾，与方差分析结果一致。随着钾肥浓度的增加，镁肥为0 mg/kg时交换性K+/交换性Mg2+为0.73～2.06，镁肥为 100 mg/kg 时交换性K+/交换性Mg2+为0.31～0.72，镁肥为200 mg/kg时交换性K+/交换性Mg2+为0.21～0.66，镁肥为400 mg/kg时交换性K+/交换性Mg2+为0.17～0.27。随着镁肥浓度的增加，钾肥为0 mg/kg时交换性K+/交换性Mg2+为0.73～0.17，钾肥为50 mg/kg时交换性K+/交换性Mg2+为1.01～0.21，钾肥为100 mg/kg时交换性K+/交换性Mg2+为1.49～0.24，鉀肥为200 mg/kg时交换性K+/交换性Mg2+为2.06～0.27。可见，交换性K+/交换性Mg2+与钾肥浓度呈正相关，交换性 K+/交换性Mg2+与镁肥浓度呈负相关。

3 讨论

3.1 单施钾肥对土壤交换性K+和单施镁肥对土壤交换性Mg2+的影响

速效钾和有效镁反映了土壤供钾和供镁状况，交换性K+和交换性Mg2+是速效钾和有效镁的主要来源［19］。本研究结果表明，交换性K+含量与磷酸钾施用浓度、土壤K+/Mg2+呈显著正相关，交换性Mg2+含量与轻烧镁施用浓度呈显著正相关，与土壤K+/Mg2+呈极显著负相关。杨雅等的秸秆还田定位试验发现，因秸秆中钾素丰富，长期还田后增加了交换性和非交换性K+的含量，土壤钾素含量由亏缺转为盈余状态［20］。黄梓璨等的研究证明，施镁处理的表层土壤（0～20 cm）交换性Mg2+浓度随镁肥用量的增加而提高［21］。可见，施用磷酸钾或轻烧镁是提升交换性K+或交换性Mg2+含量的有效措施。

3.2 单施钾肥对土壤交换性Mg2+和单施镁肥对土壤交换性K+的影响

本研究显示，单施钾肥时，交换性Mg2+含量随钾肥浓度的增加而降低，表明无镁时钾对镁表现为拮抗作用，并随钾肥浓度的增加而增强，此时交换性K+/交换性Mg2+为0.73～2.06。因为土壤中大量外源K+的进入，迫使Mg2+进入胶体双电层的内层，从而降低了土壤交换性Mg2+的活性［22］。单施镁肥时，处理间交换性K+含量无显著差异，此时交换性K+/交换性Mg2+为0.17～0.73。交换性K+/交换性Mg2+跨度较大是因为交换性Mg2+会随单施镁肥浓度的增加显著提高，在植物体系中发现镁离子供应水平对树体各部位钾离子含量无显著影响［23］。可见，土壤缺镁时增施磷酸钾会通过钾对镁的拮抗作用进一步降低交换性Mg2+饱和度，缺钾肥时增施轻烧镁则不会对交换性K+含量产生明显影响。

3.3 钾肥、镁肥配施处理下土壤交换性K+与交换性Mg2+的交互作用分析

本研究结果表明：（1）施用低量镁肥（100 mg/kg）时，交换性Mg2+含量随钾肥浓度的增加而降低，表明低镁条件下钾对镁表现为拮抗作用并随钾肥浓度的增加而增强，此时交换性K+/交换性Mg2+为0.31～0.72。施用中、高量镁肥（200、400 mg/kg）时，增施高量钾肥（200 mg/kg）后降低了交换性Mg2+含量，表明高钾对中镁、高钾对高镁表现为拮抗作用，此时交换性K+/交换性Mg2+分别为0.66、0.27。这些都源于施用钾肥不仅使交换性Mg2+进入土壤胶体内层还促进了交换性Mg2+的解吸［22，24］。王辉民研究也表明，同一氮磷钾投入水平下加施镁肥对土壤阳离子组成和比例没有显著影响，将常规施肥中的钾肥投入量减少50%后明显提高了土壤交换性Mg2+的饱和度［25］。（2）施用中量镁肥（200 mg/kg）时，增施低、中量钾肥（50、100 mg/kg）后提高了交换性Mg2+含量，表明低钾对中镁、中钾对中镁表现为协同作用，此时交换性K+/交换性Mg2+分别为0.30、0.38。施用高量镁肥（400 mg/kg）时，增施中量钾肥（100 mg/kg）后提高了交换性Mg2+含量，表明中钾对高镁表现为协同作用，此时交换性K+/交换性Mg2+为0.24。钾、镁间的协同效应在Garcia A等的研究中得到证实［26-27］，协同效应会抵消部分拮抗效应，因此钾对镁拮抗作用可能会随镁肥浓度的增加而减弱，与牛明镇等关于海南砖红壤中钾镁关系的研究结果［28］相似。（3）施用低量钾肥（50 mg/kg）时，交换性K+含量随镁肥浓度的增加而降低，表明低钾时镁对钾表现为拮抗作用并随镁肥浓度的增加而增强，此时交换性K+/交换性Mg2+为0.21～1.01。已有研究表明镁肥施用量的增加促使土壤钾素由固相（交换态）转为液相（水溶态），使固相钾饱和度下降的同時液相钾浓度增加［29］；
在玉米、小麦和云杉的研究也证明土壤交换性K+/交换性Mg2+与植株吸钾量呈高度负相关［30-31］。原因是Mg2+作为二价离子，比一价K+对土壤胶体的吸附力更强，更容易被土壤胶体固定，置换下的K+则被保存在土壤溶液中以供植物吸收［32-33］。可见，当配施不同浓度水平的磷酸钾和轻烧镁时，钾对低镁、高钾对中镁、高钾对高镁、镁对低钾有拮抗作用，低钾对中镁、中钾对中镁、中钾对高镁有协同作用。

本研究还发现，随着培养时间延长，CK的交换性K+含量在培养期间变化稳定，而只施钾肥或钾肥浓度＞镁肥浓度时，交换性K+含量呈下降趋势，可能是长时间培养下施用钾肥，促进了土壤钾素固定而转化为非交换态［34］；
只施镁肥，交换性K+含量呈上升趋势，提高了土壤保钾能力，可能是轻烧镁肥效发挥缓慢，在培养后期逐渐促进了硅酸盐矿物层间缓效K+的释放。CK和各施肥处理交换性Mg2+含量均随培养时间延长呈下降趋势，因为交换性Mg2+极易淋失［21］。可见，在应用实践中，不仅须注意减施钾肥，而且应适当增施镁肥，以使土壤钾、镁营养平衡。

4 结论

（1）施用50 mg/kg钾肥，镁对钾有拮抗作用，并随镁肥浓度的增加而增强。

（2）不施镁肥或施用100 mg/kg镁肥，钾对镁有拮抗作用，并随钾肥浓度的增加而增强。

（3）施用200 mg/kg镁肥，若增施50、100 mg/kg钾肥，钾对镁有协同作用，若增施200 mg/kg钾肥，钾对镁有拮抗作用。

（4）施用400 mg/kg镁肥，若增施100 mg/kg钾肥，钾对镁有协同作用，若增施200 mg/kg钾肥对，钾对镁有拮抗作用。

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