水稻根际钾素对有机质和铁铝氧化物响应机制的分析方法

技术领域

本发明涉及农业技术领域，更具体地说是涉及施肥状态下水稻根际团聚体钾素对有机质和铁铝氧化物响应机制的分析方法。

背景技术

目前国内外针对养分肥力与团聚体组成之间相互关系的研究较多，但主要围绕碳、氮、磷方面展开的，而有关团聚体中钾素的研究较少。与微团聚体相比，大团聚体的比表面积较小，钾素的吸附位点减少，导致交换性钾含量随之变化。大多数研究表明，土壤交换性钾含量在0.5-0.25 mm组分中含量较高，而团聚体各组分对全钾的影响较小。也有研究认为随团聚体粒径由大到小，土壤中交换性钾含量呈逐渐降低趋势。可见目前有关团聚体各组分中钾素的含量与粒径大小之间关系的研究存在不一致性。此外，王双磊等研究得到，0-30 cm土层中>5 mm组分中交换性钾对全土交换性钾的贡献率最高，其次是<0.25 mm，邱丽萍等也得到类似结论。而王天高发现交换性钾对全土交换性钾的贡献率主要来自于>2 mm组分。Liu等研究发现红壤旱地大于>2 mm团聚体组分中钾素是影响作物吸钾量的关键。目前，施肥不仅可以直接改变团聚体组分比例，同时也可以通过间接改变土壤SOC和铁、铝氧化物含量，进而改变团聚体组成和稳定性。因此深入探究团聚体钾素对不同施肥措施的响应特征以及指导钾肥管理和实际生产显得迫切需要。

铁铝氧化物和有机物质影响团聚体钾素的媒介之一为土壤微生物，铁氧化物可作为氧化还原反应的终端受体，进而介导微生物胞外呼吸和新陈代谢。而根际分泌物（主要成份有多糖、氨基酸等）常作为土壤微生物的营养源，诱导细菌在根系表面的成功定殖，进而有利于有机物质的产生（多糖、球囊霉素等）和促进土壤颗粒的胶结。然而，Xie等研究表明，有机肥对团聚体中球囊霉素的积累有积极的影响，但随着用量增加可能会降低球囊霉素的含量，进而降低团聚体的稳定。苑亚茹等探究根系渗出物对团聚体组分的影响时发现，葡萄糖有利于土壤中细菌的生长，从而在细菌的驱动下，促进了微团聚体的形成；而较大分子量的有机物质（如苹果酸和谷氨酸等）则有助于较小团聚体进一步聚集而形成较大的团聚体。从上述研究可知，铁、铝氧化物和根系分泌的有机物质对团聚体的组成和稳定有重要作用，但是进一步对团聚体各组分中各形态钾素含量的影响及相应的调控机制尚不清晰。

因此，如何提供一种在长期施肥状态下水稻根际团聚体钾素对有机质和铁铝氧化物响应机制和特征的分析方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种施肥状态下水稻根际团聚体钾素对有机质和铁铝氧化物响应机制的分析方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种施肥状态下水稻根际团聚体钾素对有机质和铁铝氧化物响应机制的分析方法，包括下述过程：

1）通过对全国区域土壤中钾素的整合分析，判断出不同施肥方式下，有机质含量对土壤中交换性钾有影响；

2）通过长期施肥实验，得出根际土和非根际土中交换性钾含量与铁铝氧化物含量间的关系；

3）通过长期施肥实验，判断不同施肥方式下，根际团聚体中有机质和铁铝氧化物含量的变化趋势，并分析了根际团聚体组分比例的变化和稳定性，进而得出铁铝氧化物和有机质含量的变化对根际团聚体比例和稳定性的影响；

4）通过长期施肥实验，判断不同粒径团聚体中钾素的含量，进而判断出铁铝氧化物和有机质含量分别与根际团聚体中钾素含量的关系。

作为本发明优选的技术方案，步骤1）中，所述整合分析为先查阅相关数据库，并对数据进行筛选，得出NP、NPK、NPKM和CK四种不同的施肥方式下土壤中交换性钾含量和钾肥投入量的关系；再通过Meta分析和数据统计分析得出不同施肥方式下，土壤中交换性钾对施肥的响应特征，并判断出有机质和铁铝氧化物含量对土壤中交换性钾含量有影响。

作为本发明优选的技术方案，步骤2）中，所述根际土和非根际土中交换性钾含量与铁铝氧化物含量间的关系得出的具体过程为采用NP、NPK、NPKM和CK四种不同的施肥方式进行施肥，统计土壤中交换性钾含量、铁铝氧化物含量的变化，然后利用冗余度分析法得出土壤中交换性钾含量对铁铝氧化物的响应特征。

作为本发明优选的技术方案，步骤2）中，铁铝氧化物对土壤中钾素含量和有效性具有重要的调控作用，对于红壤表层钾素而言，Fe

作为本发明优选的技术方案，步骤3）中，在进贤点位的红壤中，CK和NP处理显著降低了的非根际有机质含量，而根际NPKM处理下的有机质含量显著高于其它处理；NPKM处理下的根际与非根际土壤Fe

作为本发明优选的技术方案，步骤3）中，进贤红壤性水稻土的团聚体组分中以0.25-2 mm的比例最高，而0.053 mm的比例则相对较少；与其它施肥处理相比，NPKM处理显著增加了根际与非根际>2 mm的比例，但0.053-0.25 mm的比例则低于其它处理；与CK处理相比，NPKM处理的根际与非根际>2 mm的比例增幅分别为94.6%和66.5%，0.053-0.25 mm的比例降幅分别为30.7%和36.5%；与NP处理相比，NPK处理的根际与非根际>2 mm的比例增幅分别为13.3%和13.5%，<0.053 mm的比例增幅分别为17.6%和14.4%；所有施肥处理下根际与非根际土壤0.25-2 mm的比例无显著差异。

作为本发明优选的技术方案，步骤3）中，通过数据分析，判断出：不同形态的铁氧化物在调控团聚体比例方面的作用较为突出，其单独解释率达到21.0%，其次是铝氧化物，铁铝交互作用的解释率为64.0%，SOC的作用最小；在遂宁点，不同形态的铝氧化物在调控团聚体比例方面的作用较为突出，其单独的解释率达到59.7%，其次是铁氧化物，铁铝交互作用的解释率为33.9%，SOC总解释度为29.5%。

作为本发明优选的技术方案，步骤4）中，在进贤点，>2和0.25-2 mm根际与非根际团聚体组分中EK和NEK储量与水稻吸钾量均呈显著的线性正相关关系，而0.053-0.25 mm根际与非根际团聚体组分中NEK储量与水稻吸钾量也呈显著的线性负相关关系；通过线性方程的斜率可知，当根际>2 mm粒径中的EK和NEEK储量增加1 kg ha

作为本发明优选的技术方案，步骤4）中，结合PLS-PM路径模型，进一步分析了各指标之间的调控路径，总体的解释度为53.3%；施肥、团聚体粒径、有机质和铁铝氧化物均能直接正向显著调控团聚体EK和NEK含量、储量和贡献率变化，相应的路径系数分别为0.305、0.101、0.136和0.569，三者对团聚体EK和NEK含量、储量和贡献率变化的总体解释度达到74.4%；施肥、有机质和铁铝氧化物均能直接正向显著调控团聚体粒径，相应的路径系数分别为0.370、0.170和0.735；施肥还可通过调控团聚体粒径、SOC和铁铝氧化物，进而间接影响团聚体EK和NEK含量、储量和贡献率变化，相应的间接路径系数分别为0.37、0.527和0.529。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的技术效果是：

（1）从全国尺度上，量化了化肥、化肥配施有机肥或秸秆对水稻土交换性钾的影响，探究了不同区域土壤钾素对施肥响应特征的主要驱动因素和调控途径；

（2）依托典型长期定位试验，解析了红壤和紫色土表层及亚表层钾素受钾素表观平衡和不同形态铁铝氧化物调控的关键过程；

（3）揭示了不同土壤类型和施肥措施下SOC和铁铝氧化物对根际非根际土壤团聚体组成的影响，从团聚体层面上探明了施肥、土壤有机质和铁、铝氧化物对团聚体中钾素提升的关键调控途径；

（4）明确了土壤有机质和铁氧化物及二者的交互作用对团聚组成及各组分中钾素的影响，进一步完善和丰富了农田钾素转化的作用机制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1-1附图为不同条件下土壤交换性钾含量对施肥的响应特征图；

图1-2附图为不同有机物料和秸秆类型下土壤交换性钾含量变化量的差异特征图；

图2附图为土壤铁铝氧化物与土壤交换性钾、非交换性钾之间的关系图；

图3-1附图为不同施肥处理下根际与非根际土壤团聚体平均重量直径分布图；

图3-2附图为两个点位无定形态铁氧化物在不同粒径团聚体中的分布情况图；

图3-3附图为两个点位无定形态铝氧化物在不同粒径团聚体中的分布情况图；

图3-4附图为不同施肥处理下各组分中无定形氧化铁Fe

图3-5附图为不同施肥处理下团聚体各组分中络合态氧化铝Al

图3-6附图为不同施肥处理下水稻土团聚体各粒级中的铁的活化度Fe

图3-7附图为不同施肥处理下对团聚体各组分中铝活化度Al

图3-8附图为SOC、铁铝氧化物与团聚体比例之间的相关关系图；

图3-9附图为SOC、铁铝氧化物对团聚体比例的影响图；

图4-1附图为长期施肥下根际与非根际土壤团聚体组分中钾素含量的变化图；

图4-2附图为不同位点在长期施肥下，团聚体各组分中NEK含量的情况图；

图4-3附图为长期施肥下进贤点根际与非根际土壤团聚体组分中钾素贡献率的变化图；

图4-4附图为长期施肥下遂宁点根际与非根际土壤团聚体组分中钾素贡献率的变化图；

图4-5附图为长期施肥下根际与非根际土壤团聚体组分中交换性钾储量的变化图；

图4-6附图为长期施肥下根际与非根际土壤团聚体组分中非交换性钾储量的变化图；

图4-7附图为土壤钾素含量和储量以及贡献率与SOC和不同形态铁铝氧化物的关系图；

图4-8附图为施肥（氮、磷、钾肥）、团聚体粒径、SOC和铁铝氧化物调控团聚体EK和NEK含量、储量和贡献率的路径图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1 探究不同施肥措施对水稻土交换性钾含量的变化影响及调控机制

数据来源和选择

基于中国知网（https://www.cnki.net/）、万方（http://www.wanfangdata.com.cn/）等中英文数据库，检索在中国水稻土上开展试验的相关文献，在进一步筛选文献时，设置了以下几个标准：

（1）在中国的稻田土壤上进行了每个处理至少3个重复的田间试验，不包括盆栽试验和温室试验；

（2）试验须包含化学肥料（NPK）和至少包含不施肥（CK）、NPK配施有机肥或秸秆（NPKM或NPKS）处理中的一种处理下的土壤交换性钾含量数据，土壤交换性钾含量均采用中性乙酸铵（NH

（3）土壤交换性钾含量从相应文献的图或者表格中获得，包括平均值和标准差（SD）或标准误差（SE）的值；

（4）总钾的投入量和钾素表观盈余有明确的数据或者可以通过计算获取。

对于有平均值但没有SD和SE值的两个数据集，采用已知标准差的数据集的平均变异系数。使用Get-Data Graph Digitizer软件（ver.2.24，Russian Federation）提取土壤交换性钾含量的数据。当研究由同一地点的多年观测数据组成时，只选择最后一年的数据。如果在某个试验点位存在同一类处理（化肥、有机肥或秸秆还田）多种用量，则通过归一化的方法后提取土壤交换性钾含量的数据。根据目前的数据库分布情况，将初始土壤CEC含量（ICEC）分为≤10、10-16和≥16 cmol kg-1。根据已发表的文献，将初始SOC含量（ISOC）分为10、10-18和18 g kg

实施例2 长期不同施肥下土壤钾素与铁铝氧化物之间的关系

选取了南昌（NC）、进贤（JX）、重庆（CQ）和遂宁（SN）4个点位的水稻土长期定位施肥试验，选取4个试验点的4种不同施肥处理：（1）对照不施肥（CK），（2）化学氮磷肥配施（NP），（3）NP配施化学钾肥（NPK），（4）NPK配施有机肥（NPKM），并种植水稻，待水稻收获后，采集土壤样品，测定土壤中钾素、烘干秸秆、籽粒中的钾含量和土壤中铁铝氧化物的含量，并采用冗余度分析法，得出土壤铁铝氧化物与土壤交换性钾、非交换性钾之间的关系。结果见图2，可知，铁铝氧化物对土壤中钾素含量和有效性具有重要的调控作用，对于红壤表层钾素而言，Fe

实施例3 长期施肥下根际团聚体与有机质和铁铝氧化物的分配特征

试验点位

本部分研究基于江西省进贤红壤研究所红壤双季稻和四川省农业科学研究院遂宁紫色土水旱轮作水稻土长期定位施肥试验：

选取遂宁和进贤试验点的4种不同施肥处理：（1）不施肥（CK）、（2）化学氮磷肥配施（NP）、（3）NP配施化学钾肥（NPK）、（4）NPK配施有机肥（NPKM），具体肥料用量见表1。每种处理均为三次重复，且均采用随机完全区组设计，各小区之间用水泥垄隔开，各小区均采用独立灌水。进贤点位早稻在每年4月上旬播种，7月下旬收获，晚稻在7月底播种，10月中旬收获。遂宁点位，小麦在每年的11月初播种，次年5月初收获，水稻在每年5月中旬播种，9月下旬收获。对于进贤点位，50%氮肥（尿素，含N46%）、100%磷肥（钙镁磷肥，含P

表1

在水稻收获前10天左右，将网袋依次取出，选一株水稻挺拔的网袋，用水将根系冲洗干净，装入自封袋带回实验室进行根系特征的分析。带回实验室的根系分散放在装水培养皿中，待根系分散开以后用吸管将水抽干，然后将粘附在培养皿上的根系放在标准根系扫描设备上进行根系的二维扫描，具体方法参照“ECA-GX01植物根系分析系统”说明书，利用ECARootAnalysis软件对扫描的图像进行处理，进而获取总根长、总表面积、总体积和平均直径等指标。剩余网袋作为根际原状土样的采集，将网袋取出后，采集网袋中心轴直径为10 cm中间部位作为根际土，在网袋外部无杂草位置处用剖面刀切割一定重量的原状土做为非根际土样，每个小区选取3株水稻的土样混合成一个样品，根际与非根际鲜土重量均为1.5 kg左右，带回实验室进行下一步处理，在土样含水率在塑限值时，手动将原状土样掰开，并过8 mm筛，然后风干，取一部分用于团聚体分级，另取一部风干土样分别过1 和0.25mm筛，用于土壤理化指标的测定。遂宁取样的具体时间为2018年8月22日，进贤取样的具体时间为2018年10月25日。

考虑到田间试验的水稻秧苗均为移栽，无法观察到长期施肥对水稻苗期根系生长状况的影响，因此，采集田间各处理土样，放置于PVC环刀（高8 cm，直径5 cm）中，播3粒水稻种子，待出苗以后保留一株，生长30天后，将带有土壤和植株的PVC环刀直接上机进行根系的形态的CT三维扫描和相关参数的获取。CT三维扫描主要是利用X射线显微（PhenixNanotom S, GE, USA）对保持原状的根系进行360°旋转扫描，电压和电流分别为：110 Kv和110 µA，曝光时长和分辨率分别为：1.25 s和25 µm。利用Phoenix datosx2 rec软件，导入CT扫描图像，经过几何校正、参数定义、滤波处理、三维重构，最终生成 2000 幅图像，其分辨率为0.016 mm，对比度（区分不同物质的能力）为8位，体元（CT图像的最小单元）为2283×2283。用ImageJ软件对生成的灰度图像进行修饰，包括增加对比度和中值滤波。最后通过Quantim软件对相应区域进行图像分析和相关数据的处理。

团聚体分级及指标测定

称取80 g过8 mm筛的风干土样，均匀放置于湿筛仪固定架最上层不锈钢网筛，网筛分为三层，从上到下依次为2、0.25和0.053 mm，网筛内径为15 cm，向装有网筛的盛水桶中加水至淹没土壤5 mm，保持10 min，然后竖直上下振荡20 min，振幅为3 cm，频率为20 r/min。然后将各呈网筛中的土样全部冲洗250 ml烧杯中，盛水桶中的土则通过自然沉降后收集相应的土样，收集的各层土样放置于烘箱中，在60℃下烘干至恒重，最终获得>2、0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm 4种水稳性团聚体粒级。测定相应粒级土样的重量，保证团聚体的回收率在95%以上，利用下述计算土壤平均质量直径（Mean weight diameter, MWD）：

所有数据统一用Excel 2016整理并制表，运用Origin 2021作图和相关性分析，借助SPSS 20.0进行单因素或双因素方差显著性检验。使用R语言中的“vegan”软件包进行方差分解分析（VPA），以探究SOC、游离态、无定形态和络合态铁铝氧化物对团聚体各组分比例分布的影响。

不同施肥处理显著影响SOC和不同形态铁铝氧化物的含量见表2；

表2 长期施钾肥下根际与非根际土壤有机质和铁铝氧化物含量

由表2可知，在进贤点位的红壤中，CK和NP处理显著降低了的非根际SOC含量，而根际NPKM处理下的SOC含量显著高于其它处理。NPKM处理下的根际与非根际土壤Fe

在遂宁点位的紫色土中，CK处理根际与非根际SOC含量显著低于其它处理，而NPKM处理下的根际与非根际SOC含量显著高于对应的其它处理。与不施肥相比，施肥均降低了根际与非根际土壤Fe

长期施肥下根际与非根际土壤团聚体组分比例的变化见表3；

表3长期施钾肥下根际与非根际土壤不同粒级水稳性团聚体分布比例（%）

由表3可知，进贤红壤性水稻土的团聚体组分中以0.25-2 mm的比例最高，而0.053mm的比例则相对较少。与其它施肥处理相比，NPKM处理显著增加了根际与非根际>2 mm的比例，但0.053-0.25 mm的比例则低于其它处理。与CK处理相比，NPKM处理的根际与非根际>2mm的比例增幅分别为94.6%和66.5%，0.053-0.25 mm的比例降幅分别为30.7%和36.5%。与NP处理相比，NPK处理的根际与非根际>2 mm的比例增幅分别为13.3%和13.5%，<0.053 mm的比例增幅分别为17.6%和14.4%。所有施肥处理下根际与非根际土壤0.25-2 mm的比例无显著差异，总体说明在红壤水稻土上长期化肥配施有机肥能显著增加土壤大团聚体含量。此外，非根际土壤>2 mm的比例整体高于根际土壤，0.25-2 mm的比例整体显著低于根际土壤。

遂宁紫色水稻土的团聚体组分中以>2 mm和0.25-2 mm的比例最高，而<0.053 mm的比例显著低于其它粒级。所有施肥处理中，NPKM处理根际与非根际>2 mm的比例均高于其它处理。与CK处理相比，NPKM处理的根际与非根际>2 mm的比例增幅分别为41.2%和43.4%，0.25-2 mm的比例降幅分别为21.5%和30.3%。所有施肥处理下根际与非根际土壤0.053-0.25 mm和<0.053 mm的比例无显著差异。同样，在紫色水稻土上，长期有机无机配施能够促进大团聚体的形成。此外，非根际土壤>2 mm的比例整体高于根际土壤，0.25-2 mm的比例整体显著低于根际土壤。

不同施肥处理下根际与非根际土壤团聚体平均重量直径（MWD）见图3-1，表明，进贤红壤的MWD均低于遂宁紫色土，根际土壤的MWD均低于非根际土壤，但是差异不显著（P>0.05）。就进贤点而言，CK 处理下根际与非根际土壤的MWD均最低，NPKM处理较CK处理分别提高了46.8% 和38.8%。与NP处理相比，NPK处理的根际与非根际MWD分别提升了5.0%和5.7%。与NPK处理相比，NPKM处理的根际与非根际MWD分别提升了32.0%和30.4%。就遂宁点而言，同样是CK处理下根际与非根际土壤的MWD均最低，NPKM处理较CK处理分别提高了23.4%和25.4%。与NP处理相比，NPK处理的根际与非根际MWD分别提升了3.2%和3.0%。与NPK处理相比，NPKM处理的根际与非根际MWD分别提升了5.4%和12.4%。因此，在NP基础上增施钾肥对红壤和紫色水稻土团聚体的稳定性影响较小，而在NPK化肥基础上增施有机肥能够显著提升土壤团聚体的稳定性。

两个点位无定形态铁铝氧化物在不同粒径团聚体中的分布情况如图3-2和图3-3，就进贤点而言，与不施肥CK相比，施肥处理下各组分中无定形氧化铁（Feo）均呈降升高趋势，尤其是NPKM处理提升幅度最高。NPKM处理根际>2、0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm团聚体组分中Fe

施肥对团聚体各组分中无定形氧化铝（Al

施肥显著影响团聚体各组分中络合态铁铝氧化物的含量。就进贤点而言，与不施肥CK相比，施肥处理下各组分中无定形氧化铁（Fe

施肥处理显著提高了水稻土团聚体各粒级中的铁的活化度（Fe

通过双因素实验，验证施肥显著影响团聚体各组分中SOC和铁铝氧化物的含量，见表4；

表4

可知，团聚体组分显著影响进贤和遂宁两个点位SOC、和铁铝氧化物含量及活化度；除了络合态氧化铝以外，施肥对SOC、和铁铝氧化物含量及活化度均有显著影响；两者的交互作用对进贤点游离态铝、无定形态铁、络合态铝和铁铝活化度均有显著影响，而两者的交互作用对遂宁点各指标均无显著影响。

进一部分析SOC、铁铝氧化物与团聚体比例之间的相关关系，结果见图3-8。在进贤点，土壤团聚体各粒径的比例与游离态氧化铁铝、无定形态氧化铁铝和络合态氧化铁铝呈显著的正相关关系，与氧化铝的活化度呈显著的负相关关系，而与SOC之间的关系不显著；SOC与无定形态和络合态铁铝呈显著的正相关关系，而与游离态氧化铁之间的关系不显著。在遂宁点位，土壤团聚体各粒径的比例与SOC、游离态氧化铁铝、无定形态氧化铁铝、络合态氧化铁和氧化铝的活化度呈显著的正相关关系；SOC与各形态铁铝氧化物均有显著的正相关关系。

通过方差分解分析（VPA），探究了SOC、铁铝氧化物对团聚体比例的影响（图3-9），结果表明，在进贤点，不同形态的铁氧化物在调控团聚体比例方面的作用较为突出，其单独解释率达到21.0%，其次是铝氧化物，铁铝交互作用的解释率为64.0%，SOC的作用最小。在遂宁点，不同形态的铝氧化物在调控团聚体比例方面的作用较为突出，其单独的解释率达到59.7%，其次是铁氧化物，铁铝交互作用的解释率为33.9%，SOC总解释度为29.5%。

实施例4 长期施钾肥下根际团聚体钾素分配特征及驱动因素

试验点位

选取遂宁和进贤试验点的4种不同施肥处理：（1）不施肥（CK）、（2）化学氮磷肥配施（NP）、（3）NP配施化学钾肥（NPK）、（4）NPK配施有机肥（NPKM），具体肥料用量见表1。详细的田间管理措施和样品采集见实施例3。计算土壤中交换性钾和非交换性钾含量。

统计分析

所有数据统一用Excel 2016整理并制表，运用Origin 2020b作图和相关性分析，借助SPSS 20.0进行单因素或双因素方差显著性检验[LSD，Duncan (D)，P<0.05]。使用Canoco 5.0进行冗余分析（RDA），以探究施肥、团聚体、SOC和铁铝氧化物对团聚体中钾素的影响。使用R语言4.0.2中的“plspm”软件包，分析了上述因子对土壤钾素变化的间接和直接影响。

结果

长期施肥下根际与非根际土壤不同形态钾素含量和储量的变化见表5；

表5长期施钾肥下根际（RS）与非根际（NRS）土壤不同形态钾素含量和储量的变化

由表5可知，不同处理下根际与非根际土壤交换性钾（EK）含量和储量存在显著差异。与NP处理相比，增施钾肥（NPK和NPKM）处理能够显著增加根际与非根际土壤EK含量和储量，进贤点根际增加幅度分别为19.5%-33.8%和16.7%-27.8%，非根际增加幅度分别为23.5%-48.4%和20.7%-41.7%；遂宁点根际增加幅度分别为30.1%-35.3%和22.0%-27.9%，非根际增加幅度分别为24.1%-25.0%和16.3%-18.1%。增施有机肥对进贤红壤EK含量提升效果要优于遂宁紫色土。与初始土壤的EK含量相比，在进贤点除了NPKM处理根际土壤以外，其余处理EK含量均有降低，而在遂宁点NP处理根际与否非根际呈显著降低。进贤点根际土壤EK含量和储量均显著高于非根际土壤，而在遂宁呈相反的趋势，但是两者无显著差异。

不同处理下根际与非根际土壤非交换性钾（NEK）含量和储量在进贤和遂宁点位的变化不一致。与NP处理相比，NPK处理在进贤点位对NEK的含量和储量有一定的提升作用，但是无显著差异；而在遂宁点NPK处理显著提高了NEK含量和储量，根际与非根际NEK含量提升幅度分别为26.%和21.0%，NEK储量提升幅度分别为18.1%和13.4%。与NPK处理相比，NPKM处理根际与非根际土壤NEK的含量和储量均无显著差异（P>0.05）。与CK处理的NEK含量和储量相比，NPK处理分别理高13.2%和16.2%，NPKM处理分别增加了36.9%和46.0%。不同施肥处理对进贤点非根际土壤NEK储量无显著影响（P>0.05），而对NEK含量和遂宁点储量均显著影响（P<0.05）。进贤点根际土壤NEK含量和储量均显著高于非根际土壤，而在遂宁呈相反的趋势，但是两者无显著差异。

长期施肥下根际与非根际土壤团聚体组分中钾素含量的变化见图4-1；可知，EK在<0.053 mm中的含量低于其它团聚体组分中的含量。就进贤点而言，与NP相比，施钾肥处理下各组分中EK含量均呈显著升高趋势，尤其是NPKM处理降低幅度最高。NPKM处理根际>2、0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm组分中EK含量较NP处理分别升高了102.2%、89.1%、55.9%和40.7%，非根际分别升高了25.5%、33.1%、59.3%和33.7%；较NPK处理根际分别升高了25.0%、16.3%、10.4%和11.6%，非根际分别升高了0.5%、13.1%、20.5%和12.8%，可见增施钾肥对根际大团聚体（>2 mm）EK含量提升效果较显著。整体而言，根际各粒级土壤EK含量均显著高于非根际土壤（P<0.05）。就遂宁点而言，各粒径土壤EK含量均高于进贤点位，不施钾肥处理土壤EK含量显著低于施钾处理，而增施有机肥对根际与非根际EK含量影响不显著。施钾处理（NPK和NPKM）根际>2、0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm组分中EK含量较NP处理分别升高了35.0%、33.0%、24.7%和21.7%，非根际分别升高了19.7%、39.0%、15.9%和20.6%，可见增施钾肥对根际大组分（>2 mm）EK含量提升效果较显著。根际土壤EK含量在>2 mm粒径的含量显著高于非根际土壤，而在0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm粒径中无显著差异。

长期施肥对团聚体各组分中NEK含量的影响因点位不同而不同，见图4-2。就进贤点而言，不同施肥下根际、非根际0.053-0.25和<0.053 mm组分中NEK无显著差异，而NP处理下根际与非根际0.25-2 mm组分中NEK含量显著低于其它施肥处理。根际>2、0.053-0.25和<0.053 mm组分中NEK含量显著高于非根际。可见增施钾肥对根际较大组分（>2和0.25-2 mm）NEK含量提升效果较显著。就遂宁点而言，与NP相比，施钾肥处理（NPK和NPKM）下各组分中NEK含量均呈显著升高趋势，根际>2、0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm组分中NEK含量分别升高了22.4%、20.0%、34.9%和8.2%，非根际分别升高了20.3%、15.7%、35.6%和17.4%，可见增施钾肥对0.053-0.25 mm组分中NEK含量提升效果较显著。根际土壤NEK含量与非根际土壤之间无显著差异。

长期施肥下根际与非根际土壤团聚体组分中钾素贡献率的变化见图4-3和图4-4；由图4-3可知，进贤点根际与非根际0.25-2 mm组分中EK和NEK对全土EK和NEK的贡献率均高于其它粒径。与NP处理相比，增施钾肥显著提升了>2 mm组分EK和NEK对全土钾的贡献率，NPKM处理下提升尤为显著，该处理根际与非根际EK对全土钾的贡献率分别提升了75.0%和44.1%，NEK对全土钾的贡献率分别提升了46.7%和35.7%。相反，增施钾肥主要降低了0.053-0.25 mm组分EK和NEK对全土钾的贡献率，NPKM处理下降低最为突出，该处理根际与非根际EK对全土钾的贡献率分别降低了29.7%和12.3%，NEK对全土钾的贡献率分别降低了27.4%和33.6%。不同施肥对根际与非根际0.25-2和<0.053 mm组分EK和NEK对全土钾的贡献率影响较小。

与进贤点不同，遂宁点紫色土根际与非根际>2和0.25-2 mm组分中EK和NEK对全土EK和NEK的贡献率均高于0.053-0.25和<0.053 mm（见图4-4）。增施化学钾肥下各粒级中EK和NEK对全土EK和NEK的贡献率较NP处理基本一致，而NPKM处理较NP处理显著提升了>2 mm组分EK和NEK对全土钾的贡献率，根际与非根际EK对全土钾的贡献率分别提升了14.0%和16.1%，NEK对全土钾的贡献率分别提升了15.4%和26.1%。相反，化肥配施有机肥主要降低了0.25-2 mm组分EK和NEK对全土钾的贡献率，根际与非根际EK对全土钾的贡献率分别降低了6.4%和10.4%，NEK对全土钾的贡献率分别降低了8.5%和24.3%。因此，与不施钾肥（NP）相比，不同点位下化肥配施有机肥主要是增加了较大粒径（>2 mm）中钾对全土钾的贡献率，且不同土壤类型下各粒径钾素对全土钾素的贡献率大小存在差异。

长期施肥下根际与非根际土壤团聚体组分中钾素储量的变化见图4-5和图4-6；长期不同施肥处理下，团聚体各组分中EK储量存在显著差异（图4-5）。就进贤点而言，EK在0.25-2 mm中的储量高于其它团聚体组分中的储量。与NP相比，施钾肥处理下显著提升根际与非根际>2和0.25-2 mm各组分中EK储量，尤其是NPKM处理提升幅度尤为显著。NPKM处理根际>2和0.25-2 mm团聚体组分中EK储量较NP处理分别升高了193.1%和72.2%，非根际分别升高了87.9%和22.8%；较NPK处理根际分别升高了64.1%和15.6%，非根际分别升高了25.9%和14.5%，可见增施钾肥对根际大团聚体（>2 mm）EK储量提升效果较显著。随着粒径的减小，EK储量整体呈先升高降低的趋势。根际0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm土壤EK储量均显著高于非根际土壤（P<0.05）。就遂宁点而言，EK在>2 mm中的储量高于其它团聚体组分中的储量。随着粒径的减小，EK储量整体呈逐渐降低的趋势。与NP相比，施钾肥处理下显著提升根际与非根际>2 mm和0.25-2 mm各组分中EK储量。NPK处理根际>2和0.25-2 mm团聚体组分中EK储量较NP处理分别升高了20.2%和8.5%，非根际分别升高了20.1%和8.2%。NPKM处理根际与非根际>2 mm团聚体组分中EK储量较NP处理分别升高了31.6%和39.3%。可见增施钾肥对根际大团聚体（>2 mm）EK储量提升效果较显著。根际土壤EK储量在>2 mm组分中的储量显著高于非根际土壤（P<0.05），而在0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm组分中无显著差异（P>0.05）；长期不同施肥对各组分中NEK储量有显著影响（图4-6）。就进贤点而言，NEK在0.25-2mm中的储量高于其它组分中的储量。与NP相比，施钾肥处理下显著提升根际与非根际>2和0.25-2 mm各组分中NEK储量，尤其是NPKM处理提升幅度尤为显著。NPKM处理根际>2和0.25-2 mm组分中NEK储量较NP处理分别升高了70.2%和15.1%，非根际分别升高了46.4%和13.9%；较NPK处理根际分别升高了37.8%和15.6%，非根际分别升高了33.7%和3.8%，可见增施钾肥对根际大团聚体（>2 mm）NEK储量提升效果较显著。随着粒径的减小，NEK储量整体呈先升高降低的趋势。根际0.25-2 mm土壤NEK储量均显著高于非根际土壤（P<0.05）。就遂宁点而言，NEK在>2和0.25-2 mm中的储量高于0.053-0.25和<0.053 mm组分中的储量。随着粒径的减小，NPKM处理下根际与非根际NEK储量整体呈逐渐降低的趋势。与NP相比，施钾肥处理下显著提升根际与非根际>2 mm各组分中NEK储量。可见增施钾肥对根际大团聚体（>2 mm）NEK储量提升效果较显著。EK储量在根际0.25-2 mm组分中显著高于非根际（P<0.05），而在>2、0.25-2、0.053-0.25和<0.053 mm组分中无显著差异。

通过双因素方差分析，得出结果见表6；

表6 双因素方差分析施肥和土壤团聚体对钾素含量和储量的影响

由表6可知，团聚体粒级和施肥均显著影响进贤和遂宁两个点团聚体各组分中EK和NEK的含量和储量，此外，团聚体粒级和施肥均显著影响遂宁点团聚体各组分中TK含量和储量。两者的交互作用对进贤和遂宁点EK和NEK的储量有显著影响，而对进贤点EK和NEK的含量无显著影响，同时对遂宁点EK和TK的含量无显著影响。

为了探究SOC和不同形态铁铝氧化物对团聚体粒径中钾素的影响，进而采用冗余度分析法（RDA）分析了土壤钾素含量和储量以及贡献率与SOC和不同形态铁铝氧化物的关系。红壤和紫色土的RDA1值分别解释了66.78%和67.59%，RDA2值分别解释了14.64%和22.31%（图4-7）。进一步分析各指标对土壤团聚体钾素的解释度，结果见表7：

表7

由表7可知，在进贤点，团聚体粒径和游离态铁铝起主要的调控作用，其解释度达到了58.3%；除了氮肥施用量对团聚体钾素的影响不显著以外，其余各指标均达到显著水平。在遂宁点，团聚体粒径、无定形态铁铝和SOC起主要的调控作用，其解释度达到了62.0%；除了络合态铁对团聚体钾素的影响不显著以外，其余各指标均达到显著水平。

结合PLS-PM路径模型，进一步分析了各指标之间的调控路径，结果见图4-8，可知，总体的解释度为53.3%（Goodness-of-fit=0.438）。施肥（氮、磷、钾肥）、团聚体粒径、SOC和铁铝氧化物均能直接正向显著调控团聚体EK和NEK含量、储量和贡献率变化，相应的路径系数分别为0.305、0.101、0.136和0.569，三者对团聚体EK和NEK含量、储量和贡献率变化的总体解释度达到74.4%。施肥、SOC和铁铝氧化物均能直接正向显著调控团聚体粒径，相应的路径系数分别为0.370、0.170和0.735。施肥还可通过调控团聚体粒径、SOC和铁铝氧化物，进而间接影响团聚体EK和NEK含量、储量和贡献率变化，相应的间接路径系数分别为0.37、0.527和0.529。

通过分析各组分中EK和NEK储量与水稻地上部吸钾量之间的关系，结果见表8；

表8 作物吸钾量（y）与团聚体组分钾素储量（x）的拟合方程及参数

由表8可知，在进贤点，>2和0.25-2 mm根际与非根际团聚体组分中EK和NEK储量与水稻吸钾量均呈显著的线性正相关关系（P<0.05），而0.053-0.25 mm根际与非根际团聚体组分中NEK储量与水稻吸钾量也呈显著的线性负相关关系（P<0.05）。通过线性方程的斜率可知，当根际>2 mm粒径中的EK和NEEK储量增加1 kg ha

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。