程文龍，韓 上，武 際*，李 敏，石祖梁，王 慧，唐 杉，胡 鵬，黃 惠

（1．安徽省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230031；2．農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站，北京 100125；3．安徽省巢湖市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，安徽 巢湖 238000；4．安徽省黃山市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，安徽 黃山 245600）

秸稈含有豐富的氮、磷、鉀和中微量元素等養(yǎng)分［1］。尤其秸稈中鉀素含量豐富，約占秸稈干物質(zhì)量的1.5%。而秸稈還田是利用秸稈資源的有效方式。秸稈還田可促進作物增產(chǎn)［2］，增加土壤速效養(yǎng)分含量［3］，提高土壤肥力［4］，改善土壤結(jié)構(gòu)［5］，減少秸稈資源的浪費和焚燒帶來的空氣污染，同時秸稈還田配施化肥能減少10%～20%的化肥用量［6］。尤其禾本科作物吸收的鉀素80%以上存在于秸稈中，主要以離子形式存在，這部分鉀素可以快速釋放到土壤中［7］，短期秸稈還田可以提高當季土壤速效鉀含量［8］，長期秸稈還田能改善土壤鉀素虧缺，提高作物鉀素積累量和產(chǎn)量［9］。我國作為世界上主要的鉀肥消費國，鉀肥卻多依賴于進口，長期受到國際上鉀肥價格持續(xù)走高的影響［10］。此外，近年來我國糧食持續(xù)增產(chǎn)的同時也不斷帶走了土壤中大量的鉀素，鉀肥的投入已無法維持土壤鉀素的平衡，農(nóng)田鉀素的逐漸虧缺已成為了當前農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的問題［11］。因此，為緩解鉀肥資源短缺及維持土壤鉀素平衡，研究主要糧油作物替代鉀肥的效應顯得尤為重要。本研究在安徽省稻油輪作區(qū)進行了油菜-水稻輪作試驗，研究秸稈全量還田能夠替代鉀肥的用量，以及連續(xù)秸稈還田對油菜和水稻地上部鉀素積累、土壤速效鉀和緩效鉀含量的影響，以期為秸稈還田條件下，鉀肥的合理利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗地點位于安徽省稻油輪作區(qū)。0～20 cm土壤基本理化性質(zhì)為：有機質(zhì)26.24 g/kg、全氮1.68 g/kg、堿解氮112.12 mg/kg、有效磷15.21 mg/kg、速效鉀121.10 mg/kg、緩效鉀521.59 mg/kg，pH值為8.05。

1.2 試驗材料

供試油菜、水稻品種均為當?shù)刂髟云贩N。試驗中氮肥用尿素（N 46%），磷肥用過磷酸鈣（P2O512%），鉀肥用氯化鉀（K2O 60%），硼肥用硼砂（B 12%）。

1.3 試驗設計

試驗于2012年9月油菜季開始實施，至2015年10月水稻收獲后結(jié)束，采用一年兩熟的油菜-水稻輪作模式。試驗共設6個處理，分別為：（1）NP；（2）NPK；（3）NP+S；（4）NP+1/3K+S；（5）NP+2/3K+S；（6）NPK+S。 其 中K表 示 鉀 肥，S表 示還田秸稈。小區(qū)面積20 m2，4次重復，隨機區(qū)組排列。

油菜季施肥量：N 180 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2，硼砂15 kg/hm2。氮肥分3次施用，60%基肥，20%越冬肥，20%蕾薹肥。磷、鉀、硼肥一次性基肥施用。水稻季施肥量：N 180 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2。氮肥分3次施用，40%基肥，30%分蘗肥，30%穗肥。全部磷、鉀肥作基肥施用。為保證試驗的一致性，2012年第一季作物（油菜）還田秸稈為水稻秸稈9 583 kg/hm2，秸稈的鉀素（K）含量為1.44%。之后上一季作物收獲后，施用秸稈的各相應處理秸稈全部還田給下一季，不施用秸稈的各相應處理（1）和（2）的秸稈全部清除，2012～2015年每季各處理投入秸稈鉀和化學鉀肥量見表1。

表1 2012～2015年各處理秸稈鉀和化學鉀投入量 （秸稈鉀/化學鉀肥，K2O kg/hm2）

1.4 樣品采集與測定

每季作物收獲后，采集各小區(qū)耕層（0～20 cm）土壤樣品，風干過篩后備用。土壤的基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測定。油菜收獲時每小區(qū)隨機選取10株有代表性植株。水稻收獲時每小區(qū)隨機選取10穴地上部分植株。油菜分為莖稈和籽粒并分別稱重，水稻分稻谷和稻草并分別稱重，以此測定各部分養(yǎng)分含量。油菜、水稻產(chǎn)量以各小區(qū)實際收獲產(chǎn)量計產(chǎn)。植株樣品烘干后磨碎過篩，用濃H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，火焰光度法測定鉀含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

主要計算公式：

鉀肥吸收利用率（%）= 施鉀肥地上部吸鉀增量/ 鉀肥用量×100

鉀肥農(nóng)學利用率（kg/kg）= 施鉀肥增產(chǎn)量/ 鉀肥用量鉀肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）= 施鉀肥產(chǎn)量/ 鉀肥用量鉀素平衡系數(shù)= 投入土壤中的鉀/ 帶出土壤中的鉀鉀素實際平衡率（%）=（輸入鉀- 支出鉀）/支出鉀×100

試驗數(shù)據(jù)利用Excel 2010進行處理，用SPSS 18.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用OriginPro 8對數(shù)據(jù)進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對油菜-水稻產(chǎn)量的影響

3季油菜的產(chǎn)量結(jié)果顯示（表2），秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理與NPK處理相比較，NP+1/3K+S、NP+2/3K+S處理油菜產(chǎn)量差異均不顯著，而NP+S處理的產(chǎn)量則顯著低于NPK處理，說明本試驗條件下，秸稈還田可以替代1/3～2/3的化學鉀肥而油菜不減產(chǎn)。3季水稻的產(chǎn)量結(jié)果（表3）顯示，秸稈還田處理NPK+S與NPK相比較，產(chǎn)量略有提高，但差異不顯著。秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理與NPK處理相比較，前2季水稻產(chǎn)量無顯著的負效應。第3季NP+S、NP+1/3K+S處理產(chǎn)量顯著低于NPK處理，NP+2/3K+S處理與NPK處理相比產(chǎn)量差異不顯著，表明隨著試驗年限的增加，秸稈還田能夠替代化學鉀肥的量呈減少趨勢。從3個輪作周期秸稈還田替代化學鉀肥效應上看（表4），秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理與NPK處理相比較，第1個輪作周期秸稈還田替代化學鉀肥對作物產(chǎn)量無顯著負效應，第2個輪作周期和第3個輪作周期NP+S、NP+1/3K+S處理產(chǎn)量均顯著低于NPK處理，NP+2/3K+S處理與NPK處理相比對作物產(chǎn)量無顯著負效應。綜合來看，秸稈還田可以替代1/3的化學鉀肥而不減少水稻和油菜的總產(chǎn)量。

表2 2013～2015年施鉀肥和秸稈還田對油菜產(chǎn)量的影響 （kg/hm2）

表3 2013～2015年施鉀肥和秸稈還田對水稻產(chǎn)量的影響 （kg/hm2）

2.2 不同處理對油菜-水稻地上部養(yǎng)分積累量的影響

本試驗結(jié)果（表5）顯示，不施鉀肥（NP）處理3季油菜地上部鉀素積累量為最低。施鉀肥和秸稈還田各處理均不同程度提高了油菜籽粒和秸稈的鉀素積累量。秸稈還田處理NPK+S與NPK相比，顯著增加了油菜地上部鉀素年均積累量，增幅為8.6%。秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理與NPK處理相比較，其中，NP+2/3K+S處理與NPK處理相比地上部鉀素年均積累量差異不顯著，而NP+S、NP+1/3K+S處理的地上部鉀素年均積累量則顯著低于NPK處理，表明在氮磷配合施用下，秸稈還田能替代1/3化學鉀肥而不減少油菜地上部鉀素累積量。

表5 施鉀肥和秸稈還田對作物地上部3年平均鉀素吸收量的影響 （kg/hm2）

同樣不施鉀肥（NP）處理3季水稻籽粒和秸稈中鉀素積累量均為最低。施鉀肥和秸稈還田各處理均不同程度提高了水稻籽粒和秸稈的鉀素積累量。從水稻地上部鉀素積累總量看，秸稈還田處理NPK+S與NPK相比，顯著增加了水稻地上部鉀素年均積累量，增幅為4.4%。秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理與NPK處理相比較，其中，NP+2/3K+S處理與NPK處理相比地上部鉀素年均積累量差異不顯著，而NP+S、NP+1/3K+S處理的地上部鉀素年均積累量均顯著低于NPK處理，表明在氮磷配合施用下，秸稈還田能替代1/3化學鉀肥而不減少水稻地上部鉀素累積量。

2.3 不同處理對鉀肥利用率的影響

本試驗結(jié)果（表6）顯示，秸稈還田處理NPK+S與NPK處理相比較，均顯著提高了油菜季和水稻季的鉀肥吸收利用率，而對油菜季和水稻季的鉀肥農(nóng)學利用率和偏生產(chǎn)力均沒有顯著差異。秸稈還田替代化學鉀肥的處理（NP+1/3K+S、NP+2/3K+S）與NPK處理相比，NP+1/3K+S、NP+2/3K+S處理均顯著提高了油菜季鉀肥吸收利用率，分別提升了19.6%、24.0%。同時NP+2/3K+S處理也顯著提高了水稻季鉀肥吸收利用率，提升了11.3%。而NP+1/3K+S、NP+2/3K+S處理在油菜季和水稻季的農(nóng)學利用率上均沒有顯著差異，但均提高了鉀肥偏生產(chǎn)力。與NPK處理相比，NP+1/3K+S處理將油菜季和水稻季鉀肥偏生產(chǎn)力均提高了2.9倍，同樣NP+2/3K+S處理也將油菜季和水稻季鉀肥偏生產(chǎn)力均提高了1.5倍。

表6 施鉀肥和秸稈還田對3年平均鉀肥利用率的影響

2.4 不同處理對土壤鉀素表現(xiàn)平衡的影響

3個輪作周期的結(jié)果（表7）顯示，NPK+S處理土壤鉀素在3個輪作周期中均處于盈余狀態(tài)。秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理（NP+S、NP+1/3K+S、NP+2/3K+S）在第1個輪作周期中土壤鉀素均處于虧缺狀態(tài)，但隨著秸稈還田年限的增加，鉀素虧缺量逐漸減少，至第3個輪作周期時，秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理土壤鉀素均已處于盈余狀態(tài)，3個輪作周期中3個處理的鉀素表現(xiàn)盈虧量分別為-101～25.1、-43.2～64.4 、-2.7～96.7 kg/hm2。而NP和NPK處理3個輪作周期中土壤鉀素均始終處于虧缺狀態(tài)，鉀素表現(xiàn)盈虧量分別為-389.2～-300.8、-276.0～-219.0 kg/hm2。這表明單獨施鉀肥難以彌補土壤鉀素的虧缺，而秸稈還田則有利于維持土壤鉀素平衡。

2.5 不同處理對土壤速效鉀和緩效鉀含量的影響

本試驗結(jié)果（表8）顯示，2015年10月，與NP處理相比，各處理均有增加土壤速效鉀的趨勢，其中NPK、NP+2/3K+S、NPK+S處理均顯著增加了土壤速效鉀含量，增加幅度分別為25.3%、23.8%、42.9%。秸稈還田處理NPK+S與NPK處理相比，顯著增加了土壤速效鉀含量，增幅為14.0%。秸稈還田替代化肥鉀肥的NP+1/3K+S、NP+2/3K+S處理與NPK處理相比土壤速效鉀含量差異均不顯著，而NP+S處理的土壤速效鉀含量則顯著低于NPK處理，表明秸稈還田能替代1/3～2/3化學鉀肥而不使土壤速效鉀含量下降。同樣，與NP處理相比，各處理也均有增加土壤緩效鉀含量的趨勢，其中NP+2/3K+S、NPK+S處理均顯著增加了土壤緩效鉀含量，增幅分別為7.8%和11.4%。秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理與NPK處理相比較，土壤緩效鉀含量差異均不顯著。

表7 施鉀肥和秸稈還田對土壤鉀素表現(xiàn)平衡的影響

表8 2015年10月秸稈還田配施鉀肥對土壤鉀含量的影響 （mg/kg）

3 討論

金夢燦等［12］研究表明，秸稈還田可以替代30%化學鉀肥而不使水稻減產(chǎn)。本研究結(jié)果顯示，秸稈還田可以替代1/3的化學鉀肥而對稻油輪作制周年作物的總產(chǎn)量無明顯負效應。這主要是由于秸稈中鉀素含量豐富，約占秸稈干物質(zhì)量的1.5%，尤其禾本科作物吸收的鉀素80%以上存在于秸稈中，主要以離子形式存在，這部分鉀素可以快速釋放到土壤中被作物吸收利用［7］。前人研究結(jié)果進一步表明，秸稈還田可替代的化學鉀肥量與土壤供鉀水平高低密切相關［11］；本研究連續(xù)3年的作物產(chǎn)量結(jié)果則顯示針對不同作物，秸稈還田可替代化學鉀肥的效果也不盡一致。油菜季秸稈還田可以替代1/3～2/3的化學鉀肥，而水稻季隨著試驗年限的增加，秸稈還田能夠替代化學鉀肥的量呈減少趨勢。相關研究表明，秸稈還田可顯著提高鉀肥吸收利用率和偏生產(chǎn)力［12-13］。這與本研究結(jié)果相一致，秸稈還田替代化學鉀肥的處理均不同程度提高了油菜和水稻對鉀素的吸收量，從而也提高油菜季和水稻季的鉀肥吸收利用率。其中秸稈還田替代1/3和2/3的化學鉀肥顯著提高了油菜季的鉀肥吸收利用率，替代1/3的化學鉀肥顯著提高了水稻季的鉀肥吸收利用率。同時，秸稈還田替代1/3和2/3的化學鉀肥也顯著提高了油菜季和水稻季的鉀肥偏生產(chǎn)力。

譚德水等［14］連續(xù)13年的定位試驗研究表明，只施用氮、磷肥會使土壤鉀素處于嚴重的虧缺狀態(tài)。謝佳貴等［15］研究表明，單施鉀肥處理和單施秸稈處理均會使土壤鉀素處于虧缺狀態(tài)，而秸稈還田配施鉀肥處理的土壤鉀素則處于盈余狀態(tài)。本試驗研究表明秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理雖然在第1個輪作周期中土壤鉀素均處于虧缺狀態(tài)，但隨著秸稈還田年限的增加，鉀素虧缺量逐漸減少，至第3個輪作周期時，秸稈還田替代化學鉀肥的3個處理土壤鉀素均已處于盈余狀態(tài)，而單獨施鉀肥的處理在3個輪作周期中始終處于虧缺狀態(tài)，表明了單獨施鉀肥均難以彌補土壤鉀素的虧缺，而秸稈還田則有利于維持土壤鉀素平衡。

土壤速效鉀和緩效鉀含量是評價土壤鉀對作物有效性的重要指標。王宏庭等［9］研究表明，與不施鉀肥處理相比，施鉀肥、單獨秸稈還田和秸稈還田配施鉀肥均顯著增加土壤速效鉀和緩效鉀含量。本試驗中，秸稈還田配施鉀肥處理均有不同程度增加土壤速效鉀和緩效鉀含量的趨勢，其中NP+2/3K+S、NPK+S處理均顯著增加了土壤速效鉀和緩效鉀含量，增加幅度分別為23.8%、42.9%和7.8%、11.4%。表明秸稈還田配施鉀肥，有利于彌補土壤鉀素的虧缺，這對維持土壤養(yǎng)分平衡有重要意義。

4 結(jié)論

從作物產(chǎn)量上看，不同作物上秸稈還田可替代的鉀肥量不一樣。油菜季秸稈還田可以替代1/3～2/3的化學鉀肥。水稻季隨著試驗年限的增加，秸稈還田能夠替代化學鉀肥的量呈減少趨勢。從輪作周期秸稈還田替代化學鉀肥效應上看，秸稈還田可以替代1/3的化學鉀肥而不減少水稻和油菜的總產(chǎn)量。

油菜季，秸稈還田替代1/3和2/3化學鉀肥均可顯著提高鉀肥吸收利用率和偏生產(chǎn)力；水稻季，秸稈還田替代1/3的化學鉀肥可顯著提高鉀肥吸收利用率，替代1/3和2/3的化學鉀肥均可顯著提高鉀肥偏生產(chǎn)力。

單施鉀肥難以彌補土壤鉀素的虧缺，而秸稈還田在一定程度上可以改善土壤鉀素虧缺，并使土壤中的各形態(tài)鉀含量重新恢復動態(tài)平衡。