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硕士论文-长期定位施肥对粘土矿物组成及钾素吸附、解吸动力学的影响，共76页，45968字
本研究利用设在莱阳农学院非石灰性潮土 26 年的长期肥料定位试验，应用土壤颗粒的质量
分布特征来描述其分形维数的大小，研究了长期施肥对分形维数的影响，并分析了分形维数发生
变化的原因。结果表明：施肥改变了土壤颗粒的分形维数，其中施高量有机肥能显著增加土壤颗
粒的分形维数 D 值的大小，而且分形维数的变化与粘粒含量、有机质含量和阳离子交换量（CEC）
的变化都呈现极显著的正相关，从偏相关性说明 D 值主要是由粘粒含量决定的，而有机质和 CEC
是通过影响粘粒含量间接影响分形维数的大小。
利用 x 射线衍射技术研究了 26 年长期定位施肥的非石灰性潮土中的粘土矿物组成，并分析
了粘土矿物组成与土壤主要理化性质之间的联系。结果表明：长期定位施肥已经对粘土矿物组成
产生了影响。在 26 年连续施钾肥或有机肥的小区土壤中，其粘土矿物(<1um)的 X 射线衍射图谱
发生了明显的变化。与 CK 相比,未施钾土壤中蛭石的含量明显增多,水云母含量明显降低；而施
钾或施有机肥的土壤中水云母含量升高，蛭石含量降低，说明土壤粘土矿物组成受到了连续施用
化肥的影响，并且造成水云母和蛭石之间的相互转化。在进一步分析了粘土矿物组成与土壤主要
理化性质的相关性后可知，水云母含量不但与土壤容重，CEC，粘粒含量等性质显著相关，而且
与非交换性钾，交换性钾，特殊吸附态钾等不同的钾素形态密切相关，说明潮土中最主要的粘土
矿物——水云母是决定土壤理化性质的主要因素，土壤中水云母含量的变化是土壤理化性质发生
改变的内因。
采用连续液流法研究水处理土样对土壤钾吸附动力学特性，结果表明：不同施肥处理其平衡
时间产生了差异，处理 N1、M1N1、N2K 在 200 分钟内均未达到平衡，其余各处理的平衡时间和
CK 相比差别不大，都在 180 分钟左右达到了平衡。平衡吸附量也产生了一定的差异，除了 N2
处理低于 CK 以外，其余各处理都明显高于 CK，增加幅度最大的为 M2N1 处理，是 CK 的 1.26
倍，说明施有机肥或有机肥和氮肥混施能增加潮土对钾素的吸附能力。模型模拟结果可知，一级
动力学方程和一级扩散方程分别是描述潮土中 K 吸附动力学的最优模型和最差模型,表明潮土对
钾的吸附是个简单的过程。
采用连续液流法利用钾饱和土壤研究了长期定位施肥潮土 K 解吸的动力学特性。结果表
明：不同施肥处理土壤 K+解吸的平衡时间和平衡解吸量有很大差异。平衡解吸量的变化与 CEC
和粘土中高岭石的含量密切相关；长期施肥使 K+解吸速度发生了变化，施肥降低了钾的解吸速
度，以施有机肥最为明显。解吸速度与 CEC、粘粒含量和高岭石的变化密切相关；潮土中 K+的
解吸以快、中、慢等不同的阶段进行，而且不同处理在不同的反应阶段其解吸率差异也很大，粘
粒含量高的处理其解吸率上升的较慢；平衡前不同时段的解吸速度和解吸率与反应时间 lnt 有极
显著的线性相关，且与土壤粘粒含量密切相关；一级动力学方程是描述潮土钾解吸过程的最优模
型。
关键词：长期定位施肥； 分形维数； 粘土矿物组成；钾素形态；化学动力学
致谢.............Ⅰ
摘要.............Ⅱ
Abstract..........Ⅳ
文献综述……………………………………………………………………………………1
1.国内外长期肥料试验的研究进展 .1
2.土壤颗粒分形特征的研究进展 .....4
3.土壤粘土矿物组成及相互转化的研究进展 ..5
4.土壤钾素形态及转化的研究进展 .7
5.土壤钾素化学动力学的研究进展 .8
试验设计与方法 .............12
1.试验设计......12
2.测定方法......13
2.1 土壤基本理化性状的测定方法..........13
2.2 土壤粘粒(<1 μm)的分离与提取 ........14
2.3 土壤粘土矿物组成测定 .....15
2.4 土壤 K+吸附的测定 ...........15
2.5 土壤 K+解吸的测定 ...........16
结果与分析 .....17
1.长期定位施肥对土壤理化性状的影响........17
1.1 长期施肥对土壤基本性质的影响.....17
1.2 长期施肥对土壤颗粒比表面的影响.18
2.长期定位施肥对分形维数的影响 ...............18
2.1 分形维数基本原理.............18
2.2 分形维数的计算.22
2.3 长期施肥对分形维数的影响 .............22
2.4 分形维数影响因素分析： .24
2.4.1 土粒表面分形维数Ｄ与各粒级含量的关系.............24
2.4.2 土壤分形维数与土壤理化性质之间的简单相关性 25
2.4.3 分形维数与土壤理化性质之间的多元相关性 ........26
3.长期定位施肥对粘土矿物组成的影响 ....... 28
3.1 衍射图谱的判读 28
3.2 长期施肥对粘土矿物组成的影响 ..... 30
3.3 土壤的主要理化性质与粘土矿物组成的关系 . 32
3.3.1 CEC 和比表面与粘土矿组成的关系 ....... 32
3.3.2 粘粒含量和容重与粘土矿物组成之间的关系 ....... 33
4.长期定位施肥对土壤钾素形态的影响 ....... 33
4.1 钾形态分级 ....... 33
4.1.1 水溶性钾 .. 34
4.1.2 交换性钾 .. 34
4.1.3 非交换性钾 .............. 35
4.1.4 矿物钾 ...... 35
4.2 长期施肥对土壤钾素形态的影响 .... 35
4.3 不同形态钾素之间及与土壤理化性质的相关性 .............. 36
4.4 不同形态钾素与粘土矿物组成之间的关系 ..... 38
5. 长期定位施肥对钾吸附动力学的影响 ..... 39
5.1 K+吸附动力学模型 ............ 39
5.2 K+吸附动力学模型的适用性比较 ..... 42
5.3 平衡吸附量的估算 ............ 43
5.4 长期施肥对钾吸附时间和平衡吸附量的影响 .. 43
6.长期定位施肥对钾解吸动力学的影响 ....... 45
6.1 长期施肥对钾解吸的平衡时间、平衡解吸量的影响 ...... 45
6.2 长期施肥对钾解吸速度的影响 ......... 47
6.3 长期施肥对钾解吸率的影响 ............. 48
6.4 钾解吸动力学模型的适用性比较 .... 49
讨论与结论 .... 52
参考文献 ........ 56
攻读学位期间发表论文 . 62