A fractionation of acid-soluble non-exchangeable potassium in some New Zealand soils into available and non-available forms : a thesis presented for the degree of Doctor of Philosophy, University of New Zealand [Massey Agricultural College]

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A FRACTIONATION OF ACID-SOLUBLE NON-EXCHANGEABLE POTASSIUM IN SOME

NEW ZEALAND SOILS INTO A V AILABLE AND NON-A V AILABLE FORMS

Owen Fillbridge Haylock

1956

•'J i· ,1,

A

liW!OUqiAn a'i <JP telR:§CLli!U J1!!JH!l!JOOWLI PglASSIQK IN

sadB 1mri

Z§ALNI? OOILS WO AVA,lLAB�

ANp Nq!-AVA!LAlJI.l£ £YY:1§

A haia PreunH.4 h,r 1'Jlt

�

ot Doctor

Qt l'bllosgrJ\y

LIST ot � L!Lof FIGJ&M

Page

lf�

^1.

Pota..••HJ.hun .in Pl.o'4'"1t u· .... tr:I:ti<.)n.

•••••••••••••••••••••

I... l.

Available

Potans�••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2.

P�a of Potaasi� in Soils.•• •••••••••••••••••• •••• ••••••••••• 4.

Weathering of Potase�.1lll'l �'l:ln('lral.S.

• • • • • •

•

• •• •

•

•

•

• • • • • • • • • • • • • •• •

6.

:Methods ^nf Est;irt.latiroi[:; AvaJ�abltl Pott-�it.mt.

•• •• •• •• ••., •••••••• •

_10.

Mil"lc:r.a.lor;icnl :Cetor.mi•:\1\ tic.na.

•• • •• •• •• •• •••. ••• ••••• •• ••

_10.

Toto� Potassium DErLemi!ta tlons

•••• •••. ••• •••• •• •• ••. ••••

10.

Exohangenble rotas�••••••••••••••••••••••••••••••••• 10.

Plan�

^Orowth.

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 10.

ResidutU. Rxoh�!ln�ea1,lo Potsssitllla

•• •••. •• •• ••• ••• •••• •• ••

_13.

Pota�sium ^Relea..oo eil Fi."lfAtiM on Stora..ge w.d

en

Qr,yinge •••••• •••••••••• •••••••••• •••••••••••••

_14.

�et inn by Strong Ard.d.."'la

•• • • • • •

•

• •• • •• • •• • •• •• ••. • •• •

_ln.

Va!'int:icn in l,.cld Ou.1:e�z::t:rn'tirn.

•• ••• • •• •• •• •••••

_18.

T.�pcrature of B1trnction.

•••••••••••••••••• •••••

_19.

Ratio of Sc.:U to Acid nnd T.:ime of Heating.

••• •• ••

_19.

Size of Sn1�

Sample••••••••••••••••••••••••••••••

_19.

Extraot:ion of l·�incrals.

• •• • •• • • • • •. • • •

•

•• • •••••• • 19.

�1ul t!,ple

Ext:rac tier�. a. ^•

• •••••• •••••••

•

• ... •

_20.

Pota.ssiun

••• •• •••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• • ••.

_21.

Blect����yai$••• •••••••••••• ••••••••••••••••••••••••••

22

•

Pota�l'j. itlft S�tus of

!l!r:nT Zeo.lend f1olla • • ••• •• •• •• •• ••••. ••• •••••

_23.

B¥Wf9WAL ewgw

J4Ql\1WJ& &m mm�§

De80r1pti� of

SoilA••••••••• •••••••••••••• •••• •••••••••••••••• 24.

Prq:>aratian of

Looox•ntor:7 Saropleo. ••. ••• •• •• •• •• •• ••• •••••••• ••

_27.

Determination of Plwsieal Propertl�s of

Soils••••••••••••••••••

_27.

l!oist"Jl'•;�

Oonten.t of Air Dry

SMlplea .....

•• .. •• ••• • ••••• •

_W.

Losa nt Ignition at

aooCO ••••••••••••• , •••••••••••••••• •

_m.

Kecbanloal

Anelysla. •••••••••••••••••••• ••••••••••••••••

_27.

0�

Uinernl ...

. • •• •• • •• •• • •

•

• •• •• • • •• •• •• • • • • •• ••

a

• •• ••

₂₇

•

Minen&l.A

oE the

Ooa.raer Pr!-.ot1<!1'l8. ...

•• •• •• ••• ••••. •• •••

_27.

n.f«rrAtian.ea•••••••• •••••••••• ••• •••••••••••••• 27a Specific Go:-a:vi ty Sa,paratima.u ••• ... ••• ••• ••• •••

_30.

l"etet�:min.."'

tion of

Fine Sand llinernls ••

•

••••••• •

•.. 31.

Reagslta..

• • • •

•

• • • • • • • • • • • • •

•

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

•

• • • • • • • •• • • •

31.

Glaaahouae Intensi�

Cropping �riment••••••••••• ••••••••••••

^31.

Methoda

tor the Estimation

of Potafts1um.••• •••••• ••••••••••••••

_�.

�

Pbotome�···•• ••••••••••••••••••••••• •••••

_as.

Oone��tion

ot P1ame Photometer•••••• ••••••••••••••• • ••••••• 55.

Atomizer

and

Flame Unit.•• ••••••••• ••••••• • •• ••• •••••• 35.

Photometer •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• sa.

Oalibratioo oi' Flame 1'hotomtcr. ••• • •• •• •• •• ••••••• ••. 37.

Metho::ls 'Jsed for tho .Esti.onatiCil!. o!' Potasrl1a.. • • ••• •• •• • •. • • • 59,

Plrunt

_Tissue••••••••• •••••••• •••••••••• •••••••• ••••••• 39.

Soil �ts••••••••• •• •••••••••••••••••••• •••• •••••• 39.

1:ronna1 ft..m-xm.ium Acetate ^{•• ••. • ••• •• •} •• • • •• ••• ••. 39.

n()rmal Hi trio Acid end Other Aoid Extrn.ots.. ^{• • •} 40,

.Methods

used for Extrnotj.n� and

Fraot:i.c:l'lating

Soil P^otas^siun••••••••••••••••••••• •••••• •••• • •••••••• 41.

���le P^o�^��si�••••••••••••••••••••••••••••••• 41.

PotasBium Extraatnhle by Stnmr, .AcidB. •• •••• ••• ••• •••• 41.

Da toh

Extracttcn.

^{• • •• •} • • ••• •• • •• • • • • • •• • • • • • • • • 41.

Loroh:lng with ^{Acid. ,} •• ••••••••••••• • •••• •••• •.. 42.

Rl.rW!fTS

^NlD DISOU:EION 45.

Uptake of Potans� by Itali-� P�^e��sa••••••••••••• ••••••••• 40.

Growth in F^ots••••••••• •• •••• •••••• •••••• ••••••••••••• 4� ^•

. �rl(;:e�Jl.e ·"'t...'I!H::it»Tt J,P.vela. •••• •• •• ••. •. •••. ••. •••. 53.

Nitrlo Acid. Extraotictu!l. •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••. •• •• ••• • ••. • 58.

Oon.tillilOUB Leach:lng vr.ith not Uitr:lo Acid... ^eo.

Batch h"'x'trnotion wi "uh JU trio

Acid.

• • ••• • ••••••• •... • • • 65.

DisOIH!aion of Farm of Bxtraotlm G-r�h$ •••• ••. . 07.

nstep•• Powsitln nnl "Oai.latant Rato"

Potasa:lum.

^68.

Potassit.�n Soluble w

Nitric Acid frcm

Cla,ys, SUts

nnd S^ro<dn••••••••••• • ••••••••• • ••• •••••••• ••• •• 69.

Integr:>.tian of

Po"l:nsa:htn 3oluJ>ili

t-'y :iJa.ta for

Tex�ur� SApurates. •• ••• • ••• ••••• ••••••••••••••• 75.

Potnsnium 3oluble :l.n

l!

mro3 from Soil l>iinernla ^{• ., • ... • • •} 78.

The Etfeet

of

Cations M the Amo;.tnt of

r�tnssium Extracted. •••••••••••• • •••••••••••••• � POtassium Fi^xation.•••••••••••••••••••• •••••••• •••••••••••••• 90.

Potes:Wm Reloase cm Wetting alld Dr.)'ing at

105�.

•• .. •• ••. ••• 92.

The Etfect of Cropping ^m Ad id

Soluble

Potaeoita. ^........ ^{••.. 93.}

Identif'ioatim. of the Soume of Amlable

l���eable P^otaas

1

�•• •••••••• •••••••••• 96.

OlassitU,aticn

of

Soils

into Pottultdum RerJpelrulive am

Nan-reaponsi� Gro^ups.•••••••••••••••••••••••••••••••• 97.

J%H9$N:4

^moocrsS

I <Jf

••.. •• • • •• • • • •• • • • • • • •• • • • • •• • • •• •• • • •• • • • 1os.

spM¥Ap1

••••••••••••• •••••••• •••••••• • • •• ••••••••••••••••••••• 110.

BI8L109RAlQl

•••••••••••••• ••••• •••••••••••••••••••••••••••••• 113.

Table

1.

OF

Potassium Detio ie�.t ftmrptorns in Pb.t�Be. • • •• •. ••• • SurrlmD.ry

of &me

ti.lblished Rast1lts of .Potaas�lu:m

Uptake by

Plants. • • •• ••• • •• •• •• •• •• •••• • •• •• • •

fl'tzysiocl. f'ropert:i.es of

Soila Tleed for Cror,p:L� .. .... M:lneralogioe.l

Distributio�

^{in the} SoUs {Jf!eCi

11.

f� cro,p�n�... 29.

5.

o.

rhot.oxnet.cr UoacL1.nes for Sto>JdPl'i toni.o ;?.o'l?Jti�s .. . Rf'f:ioicP.oy o1' Hoilir.c Wa tot" eA e>1 �xtr�trm.f; for

Tissre Potaseium. • •• • • ••••• •• ••• • ••• •. • •• •• • • •

7. �haL"lgea:ble Pota.ss.trt.m E:od'rooted

lYjr

D:iffurt>..nt

57.

Re�ent�••• ••••• •••••••••••••••••••••••••• ••• _42.

a.

U�;tako

of Potassium and Yield rrt" :�T M'ltf;cr from

Pot �l:'rlals •• • •••••••••••• •••• •• ••••• • ••• • •• •.. 48.

Cu:rrmulo.tive

lJ,Pt'lke .-;f :P.ot'l.,"li.ll.m a.11d :<ri�llls of

Dr:,r

Mnttcr :f'rnra Pot Tr,n,ls. •• •• •• ••. • u. •• ••••

10.

ll".t>t::tlte

oi' r?tasslu.m Vl':t.1 Yield at �r �ta.tter f:mn

!>o

t Tri::als. ^• ..

.

...

.

. . • •• • •• •• • •• •••• • • • • • •• •

11.

Curn:nl�ti� Uotn.ke of .Potassil.xn tmd Yield� CJ!

50.

D1.:r i.!a. �tcr i"r?r·t f'o·t J.'rl "L 1.!!. • • • • u • ^• • • •. , • • • • • • 52.

12.

13.

14.

15.

1G.

17.

ln. 19.

20. 21.

J:nitiel �li.ng nntee�

i.e

. .... tee or ��-'"�· .^.

.

...

���nga�bla Pota�svlm in P�� s��t� ^•• �•••••�•••••••

Ot.uraru.latiw Uptcl=e nf ,.•otast:�im :t't:otn J'ot 'J.'rials. •••

Uptake of ?otas�:?iur.n f:ecn lll)n-e�h."'1!!f!t'l1)1� �':l't"':''e�.

�reot of Time of'

II�t>:l:ine OY! r-�t�"3"i'.!ll <1..,1•i'l.1.1) in

.n

^nr-m 3• • • • • • • • •·• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ••••

Gr!'cot or .A.llld Ool.lOI:'ll'�atlon Oil Potanro.nm Soluble 1n If _-

ffllOfl!:

•••• •• ••• •• ••• •••. • •• •• •• •• •• •• •• • •• •

lJ

Potassium

Solublo in H

rliio5 •••••••• ••• ••••" •• •• •• ••

Poteaaitm So1ulllc in

£i

FH03 trom Coarse Sand.e. ••. • • Pot3.Ssi.u:n Sol.u!Jle :L"l ^N nno� iMn )l':IJ'll;! �1.,.-nd� •••••••

• ""4 i)

Pote.saium Sol·lble i•1

1i

^Imn3 !'ran ^Silts. •· • • ••. •• ••.

Po·�w.'H:IiU!il Solul>le .lu

.E

IUI03 f':ralll Cla.ys. •• • • •. ••• •• .

28. Sttmtl'I.8I'Y

of

"Step" Po+.easium and "Constant Rate"

Potuallia•t r�· :Jolltt wlill ��ail• �exture

oo.

60.

ti6.

71.

71.

'12.

73.

Sere.l� tt; s •••• • ••••••••••••••••••• •••• • •• ••• • • • '/4.

25.

aB.

�"c1t;htcd

Ountl"'lt"U·t.:i..cl:u of: the TeY.�<noe S�e.��e to the 11Step" Potasa5.ur.t and to ilie "OCltl.Bim.nt P�te" �ot�ai� of ID10lo Soils••••••••••••••••

Surmnary

of T'r'opOl"'tiC!",s of "Step" Potruudum .<md. ot

"Oonot!mt P.nto" Po'tnnn.hlt'l c1erl� t'nml Cl�Wa.•

Veoheni�E\1 .!n!ly!df! of Uiddlehurat Silt J...om be1'ore on3 Atte1• notorea�:.ia:le. ••. •• •• •• •. •• •• • •. •• •• •

Po";nnsium Soll.iblo

_in

11.

m?03 fi'an Tex-lllll.'ft Set.f\lllt6tll

�Middlehurst Silt L�•••••••••••• •••••• •

�.8. ^Ef'f'eot

of

Deterre.tio.v:� at Fine Sands an Pot.nJ��f'.iuJa

SolUble L�

�

���·••••••••••••••••••�•••••••••

'Potu!!\. UJ!! Sclul>le in

J

H!\T()S tram.

Typioal

" 111er.als..

&1"1:m.ty of "Step• Potasdu:a d

"Oonatant

^Rate"

P�um tar

Typical

M�� .. •••••••••••••••

'?l\.

76.

?7.

77.

78.

so.

al.

Table

36.

37.

'PotM�illl\ SN.u'ble ili

!ll1<X;1\

f':rola Fine S�l

Separatas of _K�

Se poi�io �ravi�•••••••• ••••••82.

Kc;;r

tn Mineral

Nruno /.ll11lrev:lati0ll8e

•• ••• • •. •• ••

^..

.

^{.... .}

83.

JU'f�t" ('lr /l.rnr.n.1.1nm J.0!".A md (If Pot£�.t:\fld '-t!' 10!1.11

on

Pr>te.rutium

noluble in

1'f JIN05• • • • •• • ••. •

^•

• •• • • • •

^05.

Ef"f'E!<'t of hl.&d ^Potassium or Antnon�.um lt')l"}s

on. ^.l?ot^assillln

Solr::ble 1r. J!

nN·o5

. .

^....

.

^..

....

^{. .}

.

^{. .}

.

^aa.

Ri'!'oot ":r 1-!or.-rr:r,o'n"l c£ ExclW"�t?;aable rct&asium

on F'h•s·;;

11

m.;o3 Rlttrt¥)tion. ^{• •}

• • •

^•

•• • • .. • • ••

^u

•.

^{• .B'7.}

Effect of 13o'-Hu.m1 Caloit:un end Ba.rJ.u.m on Pota.'lrailn

Soluble in 1l

mm3 ••• • • •• •••• ••. •• •• ••

^•

••. ••. •• •

^.B7.

Yfeot of �.cl&lli.lll.ticnt:� on rotruM:i:i.U>.l Goluble in

I

mm_ frc..JL. !I",Xt.J.r4 Se[At'�'l..es l'lJ.d 3Cll!'L&

�Ji11e1 ^..

ll�

^......

.

^{... •• .. • ....}

.

^...

..

^{. • •}

•

^••.

•• • •

^{... ll'3.}

38.

W'rrot of Aod:il'\� l.O.'J m.e

�

of /n�enitl'1 Iottf3 to

41.

42.

43.

47.

43.

Extraotin� .�nid.

••. ••.

^••

••• • • ••• •• •• •• •• •• • •••• • •

^89.

oo.

Potassium

Soluble in

J im03

i'oll<.1<m1g :V�.-i-:11 �

Pc-t.P ^.... �Si'ln.

•

^{• se}

•• • •

^{• •}

• • •• • • • • •• •• •• •• ••

^•

• • • • •• • •

^•

•

^91.

1-TDr:•emht.:Ulgeul>le

i'o·i;w:��il ^. .Uil RtUoeillm\1 on W.;Y.; :.:ll'l.g

n..,a. Dr-.,ri.ne t1t

105'

^"0

•••••• • ••••••••••• •• ••• • ••••••

^9a.

Potassium Soluble _in

! n ; .ro3 �tt Po·t Goll 3aaplea,

Soil

_·l;o .Aoid Ratio

1 I 1�2•• • •• •• •••••• ••• •••••••93•

f'otamdum Soluble _in

lJ HrlO� � Pot

SoU Smn::r>lea,

So!! to Acid ��tio 1 ^.

100•••••••••••••• •••• • ••••94•

Rel.ationlilip

betwom

"Step" Potassiun1

a.'"ld

Non-e:xnh�l}&able Pota..'1s:il.un ·.r a.ken up by .R3-"3gra:sa

95.

Mooha.'li<ml ..AnaJ.ynes, Jlefore a.'l.d After

Cropping. ••• •• ••

^oo.

PctasAitn Extracted

by l!

I1NO !"ran Texhtr� Fraotlcns, ilelf'ore end Af'ter

Cropp � ••• •• •• •••

^••

•• • • ••••• ••

^97.

l'ee h!.nic8l. Anal� is of Deferra tea Middlehurnt SU t

Loam.

• • •• ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

^93.

Potamdttn Extraotcd by

1i

1ili'03_£.rc:m De£et-lnted Tc:ltttl!.'e Pre.cticns ot Mill<llebttrBt S:i.l t Loam

Before

and A.f'·ter

Cropping.

••• •••• •••• ••. ••. ••. ••

^.oo.

Normal Nitric

Acid

^SolW,le Potana:iuln tr«:n SoUs ot

Known ^Potassium

Rosponae•••••••• ••••••••••••• ••••99•

50.

Relntitnehip

_betl.'men "St,p" Potassilt!l a.."Xt Potassium

StatQa.••••••••••• ••• •••••••• • • •• • ••••••••••••••lOl.

51.

Rolationship between Genetic ClMsitioatim,

"Step"

Poti!IStdum

and

Pot Maim �s Power ^...^.. loo.

LIST FIC!p

1. Gcrn tio Soll M.-'lp of new Zeal ood shcrlr.g

PotMnium dc.!'ioient arena and etmpl1ng Bites. •• ••

WeatJ1crlne of Prlmal:'-tJ Rook•f'ormi11g ll1..iner!.'lll•

aooord:tng to Fielde!!l w.d SWindn.le ••••••••••••••••

Schem.n:Ho Dia.�11 of the Struo turc cf rh�sccv1 te ••• • • "•

5.

7.

4. Diagram

of 1.!1oa

\'.lentheri.ng Seq116110-e a.ooording to

5.

o.

7.

8.

10. 9.

11.

13. 12.

14.

15.

Jaokson et al •• • • •• •• •• ••• •• ••. ••.,. ••• ,. • •• ... ••. 9.

Rell.ability

of Emha ^.. �erible Potasai!D _{as an} index

to Potnns1Ltn

r.omo� �-

O�pir�··• ••••••••• •••• 13.

S('�eeted Photogra,ryhs of Glnosho�c Pot EJQ?eriment••••• ^Fru:::e 33.

Photogr�h of�� Photometer••••• •••�•••••••• ••••••• 3l.

Diagrem of' Optioal TrAin at Fl.trne Photcmeto:r

.

^.

.

^{... •••• 50,.}

Flrune Photaneter Al!qll.if'ier Oirctdt ••••• •••••. ••• •••••.

37.

Oel.ibra.tion 01.ll"'J'0 ft>r Potassium Solt.l. �ons. •••• •• •• • •• • 38.

Loss

o£ PotMRil.ml

^O.Tl

Iepi

tion ^at Tellperaturcs

fttl'!l

-4CO't!

tc

m�...

4-o.

Di�� of Le2cl1ir-c Apparatus•••••••••••••••••••••••••

43.

RGla.ticnship between Uptt:lke _o1' lfon-eJChf'alBeable

Potasf.'dum and Initial .E=rol�.l'lgoable Potassium.... • 55.

Rel..q.ticnahip between Up1nke of' Ncn-omhan{J}llh1e

Fo tn,.q .'1tum. anc1 Hesi<hal

Exohangero le

Pota!'ts:ll.lrr.... • 55.

Extraction o

f

Potaas:lum f'rl:ln Whole Soils by

Lca.o1.linc

with I·Titrio

Acid. •• •• •• •. •• •• •• •• •• •• •.. 62.

16. Extzoaot1m of Potass:lum i'r001

Fine

Snnd ^Fractions

by 1e..'loh:in0

vri th Hitric Mid.. •• •• ••. •• ••. ••. •• •• C4.

17. Potar:sium Soluble in Normal i'ritrio Acid m

Repeated Extracticna•••••••••• •••• ••••••••••••••• e9.

lB. Relationm� be�cen "Step" Pota.<'�sim, "Constant

Rate" f·'cttre� enC. PotMsiun Recper...ce •••• •• ••••• lco.