葉青　曹國(guó)軍　耿玉輝

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130118；*通訊作者）

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長(zhǎng)期施鉀和秸稈還田對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

葉青曹國(guó)軍*耿玉輝

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130118；*通訊作者）

摘要：以不同鉀肥施用量為主處理、秸稈還田為副處理，在田間試驗(yàn)條件下，研究了水稻的鉀素需求規(guī)律以及秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量隨施鉀量的增加呈先上升后下降趨勢(shì)，鉀肥主要是通過(guò)影響水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量。施鉀量為90 kg/hm2和135 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量分別比對(duì)照增加7.3%和11.5%，且此時(shí)鉀肥利用效率高；施鉀量為225 kg/hm2時(shí)，水稻在生育期內(nèi)對(duì)鉀有明顯奢侈吸收現(xiàn)象，產(chǎn)量比對(duì)照增產(chǎn)7.6%。由此可見(jiàn)，蘇北貧鉀地區(qū)適宜的施鉀量為90～135 kg/hm2。小麥秸稈還田對(duì)水稻前期生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生不利影響，但隨秸稈的發(fā)酵分解，對(duì)水稻的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)都有一定促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：水稻；鉀肥；秸稈還田；產(chǎn)量

江蘇省最主要的作物種植模式是稻麥輪作，水稻、小麥兩大糧食作物對(duì)江蘇省的糧食產(chǎn)量貢獻(xiàn)達(dá)85%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，我國(guó)水稻種植面積占世界水稻種植總面積的20%左右，約占我國(guó)耕地總面積的23%［1-2］。我國(guó)一般缺鉀和嚴(yán)重缺鉀的土壤大約占全國(guó)耕地總面積的23%，鉀素缺乏已成為影響作物產(chǎn)量的重要因素，合理施用鉀肥對(duì)提高稻、麥產(chǎn)量具有重要意義［3-8］。

鉀素對(duì)水稻的正常生長(zhǎng)、抗逆性、產(chǎn)量形成、品質(zhì)形成等均有重要影響［9-11］。水稻缺鉀表現(xiàn)為葉色暗綠，葉片出現(xiàn)棕色斑點(diǎn)，葉邊緣及葉尖卷曲，葉緣看似火燒，莖稈細(xì)軟易倒伏，根短而細(xì)，生理功能弱，最終影響產(chǎn)量［10］。而施用鉀肥是補(bǔ)充土壤鉀素的最有效途徑［12］。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)秸稈還田的時(shí)間、方式及數(shù)量等進(jìn)行了大量研究，明確了秸稈還田的培肥效果及對(duì)作物產(chǎn)量、土壤理化性質(zhì)等的影響［13-20］。

本試驗(yàn)通過(guò)田間定位試驗(yàn)方式，于2010-2015年在蘇北貧鉀地區(qū)，以不同鉀肥施用量為主處理，小麥秸稈還田為副處理，探究其對(duì)水稻產(chǎn)量、生長(zhǎng)情況及肥料利用率等的影響。以明確水稻的鉀素需求規(guī)律、秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響以及當(dāng)?shù)厮痉N植鉀肥推薦用量，為實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)高效栽培提出合理建議。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省新沂市窯灣鎮(zhèn)（東經(jīng)118° 07′，北緯34°18′），當(dāng)?shù)刈魑锓N植模式主要為稻麥輪作。供試土壤肥力中等，其中速效鉀含量屬低鉀水平。

1.2供試材料

供試品種：常規(guī)粳稻連粳4號(hào)。供試肥料：鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）、氮肥為尿素（含N 46%）、磷肥為過(guò)磷酸鈣（含P2O512%）。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)主處理、2個(gè)副處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)36個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。主處理為6種不同施鉀水平：0 kg/hm2、45 kg/hm2、90 kg/hm2、135 kg/hm2、225 kg/hm2、400 kg/hm2；副處理為2種秸稈還田情況：秸稈不還田、秸稈還田（小麥秸稈半量還田，還田量約為2.1 t/hm2，折純K2O約為40 kg/hm2）。小區(qū)間田埂用防水布覆蓋，隔離防滲，單排單灌，四周設(shè)1 m寬保護(hù)行，2個(gè)副處理之間設(shè)2 m寬保護(hù)行，小區(qū)面積50 m2（5 m×10 m）。栽插密度為2.05萬(wàn)叢/667 m2，栽插規(guī)格25 cm×13 cm，每叢定植2株。水稻田間管理采用高產(chǎn)栽培管理方式，前期淺水勤灌，當(dāng)莖蘗數(shù)達(dá)到20萬(wàn)667 m2左右時(shí)分次適度擱田，后期濕潤(rùn)灌溉，成熟前7～10 d斷水。水稻種植期間嚴(yán)格控制病、蟲(chóng)、草害。

鉀肥中基肥和保花肥各占50%。氮肥用量為240 kg/667 m2，其中，基肥、分蘗肥、拔節(jié)肥、孕穗肥比為4：2：2：2。磷肥用量為90 kg/hm2，一次性基施。

1.4樣品的采集

1.4.1水稻樣品的采集

表1　不同處理水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

各處理小區(qū)分別在水稻最大分蘗期、拔節(jié)孕穗期、開(kāi)花齊穗期、灌漿中期和成熟收獲期采集長(zhǎng)勢(shì)一致的3叢植株的地上部，分葉片、莖鞘和穗三部分，其中葉按倒1、倒2、倒3和剩余部分進(jìn)行區(qū)分，先用自來(lái)水洗，然后用去離子水洗凈后于105℃殺青30 min，75℃烘至恒重。冷卻后稱各器官質(zhì)量，并根據(jù)取樣叢數(shù)或株數(shù)、穗數(shù)或基本苗數(shù)計(jì)算單位面積該器官質(zhì)量，用于計(jì)算養(yǎng)分的總累積量。用不銹鋼樣品粉碎機(jī)粉碎樣品后，用于養(yǎng)分含量測(cè)定。

1.4.2土壤樣品的采集

采集水稻植株樣品的同時(shí)于各小區(qū)內(nèi)按S型路線，五點(diǎn)采樣法采集0～20 cm土層的土壤混合樣品。土壤樣品風(fēng)干后測(cè)定土壤速效鉀含量。

1.5測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.5.1產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的統(tǒng)計(jì)

水稻于每年的10月25-30日收獲，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)調(diào)查30叢植株的穗數(shù)，并選取有代表性的3叢（約40株）植株用于測(cè)定每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等；于每小區(qū)中心位置收割6 m2，脫粒，曬干，測(cè)定含水量，并測(cè)定水稻實(shí)際產(chǎn)量。

1.5.2植株、土壤養(yǎng)分含量的測(cè)定

植株樣品采用濃H2SO4- H2O2法消煮提取，火焰光度計(jì)（FP 6410，上海精密科學(xué)儀器廠，中國(guó)）測(cè)定全鉀，根據(jù)單位面積作物地上部干物質(zhì)累積量計(jì)算植株地上部鉀素累積量。土壤速效鉀采用1 mol/L乙酸銨浸提，火焰光度計(jì)測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)樣品來(lái)自環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

1.5.3計(jì)算方法

鉀素累積量（kg/hm2）=單位面積地上部生物量×植株鉀含量。

鉀肥吸收利用率（RE，%）=施鉀區(qū)與無(wú)鉀區(qū)地上部K積累之差/施鉀量×100。

鉀肥農(nóng)學(xué)利用率（AE，kg/kg）=施鉀區(qū)與無(wú)鉀區(qū)稻谷產(chǎn)量差/施鉀量。

鉀肥偏生產(chǎn)力（PFP，kg/kg）=施鉀區(qū)產(chǎn)量/施鉀量。

1.6數(shù)據(jù)處理與分析

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)五年內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)沒(méi)有發(fā)生明顯變化，所以最終數(shù)據(jù)是多年數(shù)據(jù)取均值再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的。

數(shù)據(jù)采用Excel 2010、SAS 9.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、作圖和方差分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及生物量的影響

2.1.1不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表1可知，施用鉀肥的處理水稻產(chǎn)量均高于不施鉀處理。與不施鉀處理相比，施鉀量為45 kg/hm2時(shí)，秸稈還田與不還田處理產(chǎn)量分別增加4.9%、5.9%；施鉀量為90 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量分別增加11.1%、7.3%；施鉀量為135 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量分別增加8.5%、11.5%。對(duì)于秸稈還田處理，當(dāng)鉀肥施用量高于90 kg/hm2后，水稻增產(chǎn)不明顯；而對(duì)于秸稈不還田處理，當(dāng)鉀肥施用量高于135 kg/hm2后，水稻增產(chǎn)不明顯；施鉀處理間差異均未達(dá)顯著水平。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看，與不施鉀處理相比，施用鉀肥對(duì)水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率均有一定促進(jìn)作用，但差異未達(dá)顯著水平；施用鉀肥對(duì)水稻千粒重?zé)o明顯影響。

圖1　不同施鉀量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

圖2　不同處理水稻地上部生物量

表2　秸稈還田對(duì)水稻地上部生物量的影響（t/hm2）

由圖1可知，秸稈還田處理與不還田處理水稻產(chǎn)量均隨施肥量增加呈先上升后下降趨勢(shì)。鉀肥施用量達(dá)400 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量出現(xiàn)下降趨勢(shì)。秸稈還田處理不同施鉀量平均產(chǎn)量高于秸稈不還田處理，但兩者差異未達(dá)顯著水平，即秸稈還田對(duì)增產(chǎn)作用不明顯。

2.1.2不同處理對(duì)水稻生物量的影響

由圖2可知，與不施鉀處理相比，施用鉀肥能增加水稻各時(shí)期地上部生物量，以90～135 kg/hm2用量時(shí)生物量相對(duì)較大；各施肥處理間差異不顯著。

從表2可見(jiàn)，小麥秸稈還田對(duì)水稻的生長(zhǎng)作用不明顯，在水稻最大分蘗期到孕穗期，秸稈還田處理平均生物量均高于秸稈不還田處理；但從揚(yáng)花期到成熟期，秸稈還田處理平均生物量均低于秸稈不還田處理；各處理間差異均不顯著，說(shuō)明秸稈還田對(duì)生物量增長(zhǎng)沒(méi)有明顯作用。

2.2不同處理對(duì)水稻鉀素累積量的影響

從圖3可見(jiàn)，水稻生育期內(nèi)鉀素累積量呈先增加后減少的趨勢(shì)，以揚(yáng)花灌漿期鉀素累積量最高，即水稻的鉀吸收高峰期為揚(yáng)花灌漿期。在秸稈還田處理中，水稻地上部鉀素累積量基本趨勢(shì)為隨施鉀量的增加而增加；在秸稈不還田處理中，最大分蘗期后施用鉀肥均能增加水稻各時(shí)期鉀素積累量，但各施肥處理間差異不顯著，其中施鉀量為135 kg/hm2時(shí)，鉀素累積量最大。

秸稈還田處理平均鉀素累積量均高于秸稈不還田處理，但處理間差異不顯著。

圖3　不同處理水稻地上部鉀累積量

2.3水稻生物量與鉀累積量的關(guān)系

由圖4可知，灌漿期之前，秸稈還田處理水稻生物量與鉀累積量都高于秸稈不還田處理，且生物量與鉀累積量成正相關(guān)關(guān)系；灌漿期之后，秸稈還田和秸稈不還田中各處理平均水稻生物量和鉀累積量基本無(wú)差異，即后期秸稈還田對(duì)水稻生物量和鉀累積量作用不大，且水稻生物量與鉀累積量成負(fù)相關(guān)關(guān)系。這可能是由于前期給予了充足的鉀營(yíng)養(yǎng)，有利于后期鉀的再利用，導(dǎo)致灌漿期之后水稻生物量增加。

2.4不同施鉀量對(duì)鉀肥利用率的影響

由表3可知，鉀肥的農(nóng)學(xué)效率和鉀肥偏生產(chǎn)力隨著施肥量的增加是逐漸減小的，即在低鉀處理時(shí)鉀肥施用對(duì)產(chǎn)量的影響更顯著。與不施肥處理相比，在施鉀量為90～135 kg/hm2時(shí)，收獲指數(shù)和農(nóng)學(xué)效率均相對(duì)較高。秸稈還田處理與不還田處理之間沒(méi)有顯著差異。

由圖5可知，秸稈還田與不還田處理鉀肥施用量與鉀肥偏生產(chǎn)力均呈良好的相關(guān)性（R2= 0.9993，R2= 0.9995），鉀肥偏生產(chǎn)力隨施鉀量的增加而降低，說(shuō)明低鉀處理下，鉀肥施用對(duì)產(chǎn)量的影響更為明顯。

表3　鉀肥AE、PFP與鉀肥施用量的關(guān)系

圖4　水稻生物量與累積量的關(guān)系

圖5　水稻施鉀量與鉀肥偏生產(chǎn)力的關(guān)系

3　討論

3.1不同鉀肥施用量對(duì)水稻的影響

鉀素是水稻不可缺少的重要營(yíng)養(yǎng)元素之一，鉀參與水稻體內(nèi)多種生理生化過(guò)程，對(duì)水稻抗病、抗旱等有重要作用。水稻對(duì)鉀的吸收量高于氮、磷，增施鉀肥對(duì)水稻的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)具有重要意義［21］。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，鉀肥施用量高于135 kg/hm2后，水稻增產(chǎn)不明顯，這與郭九信等［22］研究結(jié)果不一致。當(dāng)施鉀量為225 kg/hm2時(shí)，鉀素累積量較對(duì)照增加19.5%，而產(chǎn)量?jī)H增加7.6%，即施用過(guò)高的鉀會(huì)造成水稻對(duì)鉀的奢侈吸收，但對(duì)產(chǎn)量影響不大。這與郭九信等［22］研究結(jié)果一致。鄒長(zhǎng)明等［23］研究也表明，水稻中后期的鉀吸收多為奢侈吸收，與稻谷產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性。鉀肥用量達(dá)400 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量出現(xiàn)下降，這可能與鉀過(guò)量吸收影響了鈣鎂等離子吸收有關(guān)［24］。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看，與不施鉀相比，施用鉀肥對(duì)水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率均有一定的促進(jìn)作用，但對(duì)千粒重?zé)o明顯影響。鉀肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響不同研究其結(jié)論不同。柳金來(lái)等［25］認(rèn)為，施用鉀肥對(duì)水稻有效穗數(shù)有顯著促進(jìn)作用；周正義等［26］則提出，水稻施用鉀肥影響有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重；而李為國(guó)［27］認(rèn)為，鉀肥是通過(guò)影響水稻結(jié)實(shí)率和有效穗數(shù)進(jìn)而影響產(chǎn)量。

與不施鉀相比，施用鉀肥均能增加水稻各時(shí)期地上部生物量，以施鉀量90～135 kg/hm2時(shí)較高，但各施鉀處理間差異不顯著。灌漿期之前，水稻生物量與鉀累積量成線性正相關(guān)關(guān)系；灌漿期之后，水稻生物量與鉀累積量成線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。

在秸稈還田與不還田處理中，不同施鉀量均顯著影響水稻地上部鉀素累積量，水稻生育期內(nèi)鉀素累積量呈先增加后減少的趨勢(shì)，以揚(yáng)花灌漿期鉀素累積量最高，即水稻的鉀吸收高峰期為揚(yáng)花灌漿期，水稻后期鉀素累積量減少可能是由于后期吸鉀能力減弱，而雨水對(duì)植株的沖刷及根的外泌作用，又導(dǎo)致游離態(tài)的鉀從植株體內(nèi)被淋洗丟失［21］。余宗波等［28］研究證明，鉀肥偏生產(chǎn)力隨施鉀量的增加而減小，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

3.2秸稈還田對(duì)水稻的影響

秸稈還田可直接補(bǔ)償土壤潛在的肥力消耗，能夠降低土壤容重，提高水稻田耕層土壤孔隙度，提高土壤團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體的含量，增強(qiáng)土壤蓄水保水性能，起到增強(qiáng)粘質(zhì)土的通透性、疏松土壤等作用［19］。同時(shí)，秸稈還田使土粒破裂系數(shù)降低，增加了土壤微結(jié)構(gòu)系數(shù)，具有明顯改良土壤的作用［29］。而且小麥秸稈還田對(duì)水稻品質(zhì)有改良作用，等量施肥下，與小麥秸稈不還田處理對(duì)比，秸稈還田處理水稻熟相好，籽粒飽滿，腹白變小，稻米透明度高，整精米率提高2個(gè)百分點(diǎn)，腹白率減小5個(gè)百分點(diǎn)。

小麥秸稈還田對(duì)水稻的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，水稻最大分蘗期后，秸稈還田處理平均生物量、鉀素累積量均高于秸稈不還田處理。水稻種植前期，由于小麥秸稈經(jīng)水泡后發(fā)酵，會(huì)分解產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，對(duì)水稻的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。但由于夏季溫度高，秸稈發(fā)酵快，1周左右即可腐爛，之后對(duì)水稻生長(zhǎng)開(kāi)始起促進(jìn)作用。但是整體作用不明顯。

4　結(jié)論

與不施鉀相比，施用鉀肥可增加水稻產(chǎn)量、生物量，但鉀肥施用量過(guò)高時(shí)，對(duì)水稻增產(chǎn)有抑制作用。施用鉀肥主要是通過(guò)影響水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量。施鉀量為90 kg/hm2和135 kg/ hm2時(shí)，產(chǎn)量分別增加7.3%、11.5%，且此時(shí)鉀肥利用效率較高；當(dāng)施鉀量超過(guò)225 kg/hm2時(shí)，水稻生育期內(nèi)對(duì)鉀有明顯奢侈吸收現(xiàn)象，對(duì)產(chǎn)量無(wú)明顯影響，與不施鉀處理相比只增產(chǎn)7.6%。由此可見(jiàn)，蘇北缺鉀地區(qū)施鉀量以90～135 kg/hm2為宜。水稻種植前期，小麥秸稈還田對(duì)水稻的生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生不利影響，但隨秸稈的發(fā)酵利用，對(duì)水稻的產(chǎn)量、后期生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用，但作用不明顯。

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Effects of Long-term Application of Potassium Fertilizer and Straw Returning on Rice Yield

YE Qing，CAO Guojun*，GENG Yuhui
（Resource and Environment College，Jilin Agricultural University / Key Laboratory of Sustainable Utilization of Soil Resources in the Commodity Grain Bases in Jilin Province，Changchun 130118，China；*Corresponding author）

Abstract:A field experiment was conducted to clarify the potassium demand regularity of rice as well as the influence of wheat straw application to rice，different potassium fertilizer application content were settled as main treatment and wheat straw application was deputy treatment. The results indicated that: 1）The yield of rice increased and then decreased with the increase of potassium application amount，potassium fertilizer affect the yield of rice mainly through the effective panicles，grains per panicle and seed setting rate. The treatment of 225 kg/hm2potassium fertilization showed significantly luxury absorption of potassium during the growth period and had no significant effect on rice yield which increased by 7.6%. Thus，the recommended fertilization quantity is 90～135 kg/hm2，with yield increased by 7.3%and 11.5%，respectively. 2）Wheat straw application had adverse effect on the early stage of rice growth，but as the fermentation and decomposition of straw，wheat straw application is helpful to the vegetative and reproductive growth of rice.

Key words:rice；yield；potassium fertilizer；straw returning

中圖分類號(hào)：S511.062

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-8082（2016）03-0034-06

收稿日期：2015-12-27

基金項(xiàng)目：“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃課題（2012BAD15B05-03）；國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2014ZX07201011）；吉林省科技引導(dǎo)計(jì)劃（20150412004XH）