魯艷紅， 廖育林， 聶 軍*， 謝 堅(jiān)， 楊曾平， 周 興

(1 湖南省土壤肥料研究所， 湖南長沙 410125； 2 農(nóng)業(yè)部湖南耕地保育科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站， 湖南長沙 410125；3 中南大學(xué)研究生院隆平分院， 湖南長沙 410125)

湖南省是中國水稻的主要產(chǎn)區(qū)之一，雙季稻是當(dāng)?shù)刈钪匾乃痉N植模式，其面積占水稻總種植面積的70%[1]。鉀素是實(shí)現(xiàn)水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要營養(yǎng)元素，在水稻產(chǎn)量形成和稻米品質(zhì)提升等方面起著極其重要的作用，且水稻對鉀素的吸收量較大，甚至高于氮素，因此，合理施用鉀肥是實(shí)現(xiàn)水稻持續(xù)高產(chǎn)的重要措施。然而，在傳統(tǒng)水稻生產(chǎn)中，農(nóng)民往往重視氮肥而忽略磷、鉀肥，特別是鉀肥的施用[2]。近年來，由于高產(chǎn)雜交水稻和具有高產(chǎn)潛力常規(guī)水稻品種的大面積推廣，傳統(tǒng)的鉀肥施用技術(shù)無法滿足高產(chǎn)水稻對鉀素的需求，導(dǎo)致水稻從土壤中帶走的鉀逐年增加，從而加速了水稻土中鉀素的消耗[3-4]。目前有關(guān)鉀肥施用量和施用方式在湖南省雙季稻種植模式中的產(chǎn)量效應(yīng)、鉀素利用效率等方面研究較多，其主要目標(biāo)是針對鉀對當(dāng)季作物的效應(yīng)[5-6]，很少考慮土壤鉀素平衡的維持或提高土壤鉀素。通常推薦的最佳或最經(jīng)濟(jì)鉀肥施用量，不一定會(huì)維持稻田土壤鉀素平衡。在湖南省雙季稻區(qū)，農(nóng)民傳統(tǒng)的施鉀技術(shù)往往導(dǎo)致水稻吸收的鉀量大于最佳施肥量，從而導(dǎo)致土壤有效鉀庫的耗竭；在部分區(qū)域，存在某一年份水稻吸收的鉀量小于最佳施肥量而導(dǎo)致土壤鉀素肥力的上升現(xiàn)象，然而這種鉀肥最佳用量會(huì)因其后續(xù)水稻生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益變化而不具有持續(xù)性。面對當(dāng)前我國水稻土缺鉀問題，如何在達(dá)到水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的同時(shí)維持和提高稻田土壤的鉀素就顯得極為重要。本研究選擇湖南典型雙季稻地區(qū)，通過5年田間定位試驗(yàn)，分析了水稻產(chǎn)量、水稻植株鉀素含量和吸收量、鉀肥利用率、土壤鉀素狀況、鉀素表觀平衡以及施鉀經(jīng)濟(jì)效益等，以尋求一種既能保障水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)又能維持農(nóng)田土壤鉀素平衡的鉀肥推薦施用方法，同時(shí)揭示土壤鉀素肥力變化的基本規(guī)律及其影響因素，為雙季稻田合理施用鉀肥和土壤鉀素培肥提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為: K0(不施鉀肥)； K1(早稻施K2O 84 kg/hm2、晚稻施K2O 105 kg/hm2)； K2(早稻施K2O 120 kg/hm2、晚稻施K2O 150 kg/hm2)； K3(早稻施K2O 156 kg/hm2、晚稻施K2O 195 kg/hm2)和K4(早稻施K2O 192 kg/hm2、晚稻施K2O 240 kg/hm2)處理。氮、磷和鉀化肥品種分別是尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。在試驗(yàn)期間，氮肥按早稻N 150 kg/hm2、晚稻N 180 kg/hm2施入；磷肥按早稻P2O575 kg/hm2、晚稻P2O545 kg/hm2施入。全部磷肥和鉀肥作基肥于插秧前一天施入，氮肥分兩次施入， 為70%做基肥在插秧前一天施入，30%在分蘗期做追肥施入。每個(gè)處理4次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間筑田埂并覆蓋農(nóng)用薄膜隔離，以避免小區(qū)間水分竄灌或漫灌。供試早稻和晚稻品種(組合)分別為湘早秈24和豐源優(yōu)272。試驗(yàn)田管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的大田管理一致。

1.3 采樣與分析

試驗(yàn)前采集0—20 cm耕層基礎(chǔ)土壤樣品。每季水稻成熟后多點(diǎn)混合采集植株樣品，每小區(qū)單打單收稱計(jì)實(shí)產(chǎn)。2012年晚稻收獲后從各小區(qū)采集0—20 cm耕層土壤樣品，用于土壤全鉀、緩效鉀和速效鉀測定。灌溉水樣品是在灌溉來水的上游方向取5個(gè)點(diǎn)的水樣混合而成。

植株全鉀用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計(jì)法測定[7]；土壤全鉀用NaOH熔融，火焰光度計(jì)法測定[7]；土壤緩效鉀用1 mol/L熱HNO3浸提，火焰光度計(jì)法測定[7]；土壤速效鉀用1 mol/L中性NH4OAc浸提，火焰光度計(jì)法測定[7]；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷的含量和土壤pH均按文獻(xiàn)[7]中的方法測定。

1.4 計(jì)算與統(tǒng)計(jì)方法

鉀肥農(nóng)學(xué)效應(yīng)(Agronomy efficiency, AE, kg/kg)=(施肥區(qū)子粒產(chǎn)量-對照區(qū)子粒產(chǎn)量)/施鉀量

植株吸鉀量[K uptake by plant, K kg/(hm2·a)]=稻草產(chǎn)量×稻草鉀含量+子粒產(chǎn)量×子粒鉀含量

鉀肥利用率(K use efficiency, %)=(施肥區(qū)植株吸鉀量-對照區(qū)子植株吸鉀量)/施鉀量×100

土壤鉀素表觀平衡按下式計(jì)算:

Kap=Kinp-(Kup-Krec)

式中: Kap是鉀素表觀平衡[kg/(hm2·a)]; Kinp是通過化肥、秧苗、雨水和灌溉水輸入的鉀素量[kg/(hm2·a)]; Kup是水稻植株吸收的鉀素量[kg/(hm2·a)]; Krec是通過稻樁和根茬殘留循環(huán)的鉀素量[kg/(hm2·a)]。

秧苗、雨水、灌溉水及稻樁和根茬殘留循環(huán)的輸入鉀素量為試驗(yàn)期間5年的平均測定值。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 13.0系統(tǒng)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉀量對水稻產(chǎn)量的影響

不同施鉀量對早、晚稻水稻產(chǎn)量的影響表現(xiàn)不同。從表1可以看出，各處理水稻產(chǎn)量之間存在差異，施鉀處理與不施鉀處理之間的差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)；連續(xù)5年施用鉀肥的早稻平均產(chǎn)量隨鉀肥施用量的增加呈先增加后下降的變化趨勢，與不施鉀肥的對照處理相比，K1、K2、K3和K4處理分別增加4.82%、7.25%、8.01%和7.37%；5季晚稻平均產(chǎn)量隨鉀肥施用量的增加而增加，K1、K2、K3和K4處理較K0處理分別增加4.93%、8.61%、9.07%和10.25%。其中早稻平均產(chǎn)量最高的是K3處理，晚稻最高的是K4處理。早、晚稻農(nóng)學(xué)效應(yīng)均以K2處理最高，施鉀量高于K2處理，農(nóng)學(xué)效應(yīng)隨施鉀量的增加而降低。

表1 連續(xù)5年不同施鉀肥量對早、晚稻平均產(chǎn)量及鉀肥農(nóng)學(xué)效應(yīng)的影響

2.2 施鉀量對水稻植株鉀素含量的影響

從表2可以看出，施鉀量不同，鉀素在水稻植株體內(nèi)的分配不同。施用鉀肥能顯著提高水稻子粒和稻草中的鉀素含量，特別是稻草中的鉀含量，早、晚稻施鉀處理與不施鉀處理之間子粒中的鉀素含量差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；稻草中的鉀素含量差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。早、晚稻子粒和稻草中的鉀素含量均隨著施鉀量的增加而增加。早稻子粒鉀含量K1、K2、K3和K4處理分別比對照處理增加6.25%、9.37%、12.50%和15.63%，晚稻增加11.54%、15.38%、19.23%和23.08%；早稻稻草鉀含量K1、K2、K3和K4處理分別比對照處理增加41.77%、54.43%、66.46%和69.62%；晚稻增加77.69%、92.56%、102.48%和112.40%。

表2 連續(xù)5年不同施鉀量對子粒和稻草鉀素含量的影響 (g/kg)

2.3 施鉀量對水稻植株吸鉀量和鉀肥利用率的影響

表3 不同施鉀處理的水稻年吸鉀量和鉀肥利用率

2.4 施鉀量對鉀素養(yǎng)分平衡的影響

通過化肥、秧苗、灌溉水和雨水輸入的鉀量、水稻植株吸收輸出的鉀量及稻樁和根茬殘留歸還的鉀量來確定所有處理的表觀鉀平衡(表4)。從表4可以看出，鉀素的輸入項(xiàng)中各施鉀處理主要是通過鉀肥施入的鉀，占總輸入量的75%以上；其次水稻稻樁和根茬的鉀素(循環(huán)鉀)對鉀輸入量也有較大影響，各施鉀處理明顯高于對照處理，但不同施鉀處理間差異較小。鉀的輸出主要是水稻植株吸收的鉀，施鉀處理植株吸鉀量明顯高于對照處理，且隨鉀肥施用量的增加而增加，說明施鉀量越高，作物從土壤中帶走的鉀素越多，但同時(shí)施鉀量越高通過鉀肥投入和稻樁根茬殘留鉀素輸入量也越高。5年10季水稻年平均鉀素表觀平衡結(jié)果表明，K0、K1和K2處理處于鉀素虧缺狀態(tài)，鉀素虧缺量隨施鉀量的增加而有較大幅度降低，K0處理的虧缺量為127.1 kg/hm2，K1處理的虧缺量為58.3 kg/hm2，而K2處理的虧缺量僅為10.8 kg/hm2； K3和K4處理處于鉀素盈余狀態(tài)，鉀素盈余量隨施鉀量的增加急劇增加，K3處理鉀素盈余量為48.0 kg/hm2，K4處理盈余量為109.2 kg/hm2。

表4 連續(xù)5年鉀素平衡狀況 (K kg/hm2)

2.5 施鉀量對土壤鉀素狀況的影響

表5 連續(xù)5年不同施鉀量對紅壤性水稻土鉀含量的影響

2.6 施鉀量對水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

表6 連續(xù)5年施鉀對水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響 (yuan)

3 討論與結(jié)論

鉀是作物正常生長必不可少的肥料三要素之一，其吸收、 積累、 轉(zhuǎn)移和分配對水稻生產(chǎn)和產(chǎn)量形成至關(guān)重要[12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施鉀顯著增加早、 晚稻植株吸鉀量，尤其是增加稻草中的鉀素含量，這與前人的研究結(jié)果一致[13-15]。已有對氮、磷、鉀在水稻地上部分分布的研究結(jié)果表明， 水稻吸收的鉀主要集中在稻草中[15]，本試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出同樣的趨勢。同時(shí)，從本試驗(yàn)結(jié)果還可發(fā)現(xiàn)，施用鉀肥增加了稻草吸鉀量占水稻植株總鉀吸收量的比例。K0處理5年平均早、 晚稻稻草中鉀吸收量占早稻總鉀吸收量的83.2%和82.3%，而施鉀處理的稻草鉀吸收量占總鉀吸收量的86%以上。這一結(jié)果說明水稻吸收的鉀主要集中在營養(yǎng)器官(稻草)中，增施鉀肥導(dǎo)致稻草中鉀的分配率提高。鉀肥施用后稻草中鉀含量和積累量的提高對于稻草還田中鉀的循環(huán)利用具有十分重要的意義，如何發(fā)揮稻草中的鉀在水稻生產(chǎn)中的作用值得進(jìn)一步深入研究。

長期不施鉀肥土壤中的鉀素含量呈明顯下降趨勢，施鉀肥或鉀肥與有機(jī)肥配施對土壤鉀素下降有一定的延緩作用[16-17]；國內(nèi)外研究表明，長期施用鉀肥有利于土壤全鉀和速效鉀的積累[18-19]，范欽楨和謝建昌通過對我國18個(gè)長期定位試驗(yàn)中土壤速效鉀和緩效鉀含量的演變規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，長期施用鉀肥有利于提高土壤中的速效鉀和緩效鉀含量[20]。本研究結(jié)果表明，連續(xù)定位5年10季水稻不施鉀肥處理的土壤全鉀、 速效鉀和緩效鉀含量均較試驗(yàn)開始前有所降低；施鉀處理的土壤緩效鉀和速效鉀含量均高于試驗(yàn)前的含量，土壤全鉀含量除K4處理外其他處理均低于試驗(yàn)前含量。這一結(jié)果說明施鉀能提高土壤速效鉀和緩效鉀的含量，并對土壤全鉀含量的下降有延緩作用。

在目前水稻種植條件下，只有堅(jiān)持合理施用鉀肥，才能提高水稻產(chǎn)量，或維持水稻穩(wěn)產(chǎn)，促進(jìn)鉀素養(yǎng)分循環(huán)，保持農(nóng)田鉀素平衡，提高土壤鉀素肥力。本文僅就紅壤雙季稻種植制度下，研究水稻產(chǎn)量、 吸鉀量和土壤鉀素含量狀況與施鉀量之間的關(guān)系，探討施鉀量對水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響，揭示不同鉀肥投入情況下土壤鉀素肥力變化的基本規(guī)律及其受各種因素的影響規(guī)律，并對土壤鉀素狀況及鉀素平衡進(jìn)行初步探討，對于促進(jìn)南方雙季稻區(qū)科學(xué)合理施用鉀肥具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。但徑流量和淋失量對鉀素?fù)p失量的影響，冬閑期間處理間土壤鉀素的不同損失量，耕層土壤(0—20 cm)以下土層的供鉀情況，不同處理中土壤的固鉀能力和含鉀粘土礦物的變化等均有待今后做進(jìn)一步研究。同時(shí)，由于鉀肥施用后稻草中的鉀含量和積累量大幅度提升，因此，其稻草的循環(huán)利用對于土壤鉀素和鉀肥效應(yīng)的影響亟待更深入研究。

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