金夢(mèng)燦, 張舒予, 郜紅建**, 高時(shí)鳳, 王宜坤

(1.農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 合肥 230036; 2.廬江縣郭河鎮(zhèn)農(nóng)技推廣中心 廬江 200111; 3.安徽喜洋洋農(nóng)業(yè)科技有限公司 廬江 200111)

麥稈還田下鉀肥減量對(duì)水稻產(chǎn)量及鉀肥利用率的影響*

金夢(mèng)燦1, 張舒予1, 郜紅建1**, 高時(shí)鳳2, 王宜坤3

(1.農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 合肥 230036; 2.廬江縣郭河鎮(zhèn)農(nóng)技推廣中心 廬江 200111; 3.安徽喜洋洋農(nóng)業(yè)科技有限公司 廬江 200111)

我國(guó)土壤缺鉀程度日益加重, 作物秸稈中鉀素含量較高, 還田后可替代部分化學(xué)鉀肥, 緩解土壤鉀素不足。為研究秸稈還田替代鉀肥的效果, 本文采用田間試驗(yàn)方法, 以常規(guī)施鉀[135 kg(K2O)·hm-2]處理為對(duì)照,研究了在秸稈粉碎翻壓還田(6 000 kg·hm-2)條件下鉀肥減量10%、20%、30%和40%對(duì)水稻鉀素吸收累積量、水稻產(chǎn)量、鉀肥偏生產(chǎn)力及經(jīng)濟(jì)效益的影響。結(jié)果表明: 在秸稈還田的基礎(chǔ)上, 水稻植株的鉀素含量和累積量隨著鉀肥施入量的減少而降低。鉀肥施用量減少 10%～40%, 水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率略有降低, 水稻產(chǎn)量和產(chǎn)值有所下降, 鉀肥減量10%、20%和30%時(shí), 對(duì)水稻產(chǎn)量和產(chǎn)值的影響不顯著(P＞0.05)。鉀肥偏生產(chǎn)力隨著鉀肥施用量的減少而提高, 鉀肥減量 10%、20%、30%和 40%處理的水稻鉀肥偏生產(chǎn)力比不減鉀處理分別提高8.4%、18.9%、33.8%和44.4%?？傮w而言, 在常規(guī)施鉀條件下, 秸稈還田后隨著減鉀量(10%～40%)的增加, 水稻鉀素累積量、產(chǎn)量和產(chǎn)值均呈下降趨勢(shì), 而鉀肥偏生產(chǎn)力呈增加趨勢(shì); 減鉀 30%以內(nèi)可顯著提高水稻鉀肥偏生產(chǎn)力(P＜0.05), 對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)值的影響不顯著(P＞0.05)。

水稻; 秸稈還田; 鉀肥減量; 產(chǎn)量; 偏生產(chǎn)力

水稻(Oryza sativa)是我國(guó)重要的糧食作物之一,其種植面積和產(chǎn)量均居糧食作物首位[1]。鉀素作為植物生長(zhǎng)必需的三大礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素之一, 是植物體內(nèi)最豐富的陽離子, 占植物干重的2%～10%[2]。鉀離子在維持陰陽離子動(dòng)態(tài)平衡、維持滲透壓穩(wěn)定、促進(jìn)光合作用效率等植物生理生化過程有關(guān)鍵的作用[3-6]。施用鉀肥能改善水稻生長(zhǎng)發(fā)育狀況, 有利稻株正常分蘗,提高結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量[7], 還可以提高水稻干物質(zhì)累積量[8]和籽粒產(chǎn)量[9], 增加水稻對(duì)鉀素等養(yǎng)分的吸收[10], 進(jìn)而提高水稻養(yǎng)分利用效率[11]。

我國(guó)土壤全鉀含量一般在16.6 g·kg-1左右, 但能被植物直接吸收利用的速效鉀含量一般不超過全鉀的2%[12]。近年來, 我國(guó)土壤缺鉀程度日漸加劇,缺鉀面積逐漸增大, 已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)一步發(fā)展的限制性因素。施用鉀肥是緩解土壤鉀素虧缺的直接途徑, 但我國(guó)鉀肥資源匱乏, 鉀肥總量的50%～70%依賴進(jìn)口[13], 施用成本較高。充分利用有機(jī)鉀肥資源是彌補(bǔ)我國(guó)鉀礦資源不足, 補(bǔ)充土壤鉀素虧缺的重要途徑。我國(guó)是世界秸稈產(chǎn)量大國(guó), 年均秸稈資源量約8.11億t, 以水稻、玉米(Zea mays)和小麥(Triticum aestivum)秸稈為主, 占秸稈總量的76.1%[14]。作物秸稈所吸收的鉀素有80%左右留在秸稈中, 約占秸稈干物質(zhì)量的1.5%, 是重要的鉀肥資源[15]。秸稈還田可以提高土壤中水溶性鉀、非交換性鉀和礦物鉀的含量, 起到歸還養(yǎng)分的作用, 秸稈在腐解的過程中也可能促進(jìn)礦物鉀的釋放, 秸稈還田攜入的鉀可替代部分化肥施用[15-16]。王宏庭等[17]研究表明, 在施用氮磷肥的基礎(chǔ)上, 增施鉀肥結(jié)合秸稈還田是作物增產(chǎn)和保持土壤鉀素肥力的重要措施。小麥秸稈還田后, 使冬小麥增產(chǎn)6.6%以上, 而鉀肥結(jié)合小麥秸稈還田增產(chǎn)達(dá)17.6%。因此, 秸稈還田后假設(shè)可以替代部分化學(xué)鉀肥, 可以減少鉀肥施用量, 對(duì)培肥地力、提高養(yǎng)分循環(huán)利用以及彌補(bǔ)鉀肥不足等有重要意義。

以往的研究多關(guān)注秸稈還田對(duì)土壤肥力和水稻產(chǎn)量的影響, 但有關(guān)秸稈還田后鉀肥減量對(duì)水稻鉀素累積及利用效率的影響研究較少。本研究采用田間試驗(yàn)法, 研究了秸稈還田后鉀肥減量10%、20%、30%和 40%條件下不同生育期水稻植株體內(nèi)鉀素含量和累積量的影響, 分析了鉀肥減量條件下水稻產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益與鉀肥偏生產(chǎn)力的差異, 以期為作物秸稈還田后的鉀肥科學(xué)施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

田間試驗(yàn)選擇在安徽省合肥市廬江縣郭河鎮(zhèn)南圩村(117°E, 31°28N), 屬于亞熱帶季風(fēng)氣候, 冬冷夏熱,春秋溫和, 年平均氣溫15.7 ℃, 日照約2 100 h, 年降雨量約1 000 mm。該地區(qū)屬于典型的圩區(qū)地貌, 地勢(shì)平坦,土壤肥沃, 地力均勻, 排灌通暢, 適宜水稻種植。該地為小麥-水稻輪作制, 前茬作物為小麥。試驗(yàn)田土壤養(yǎng)分含量: 有機(jī)質(zhì)含量 27.53 g·kg-1, 全氮含量1.39 g·kg-1, 堿解氮含量 92.81 mg·kg-1, 速效磷含量19.22 mg·kg-1, 速效鉀含量 136.6 mg·kg-1, 土壤 pH 5.08。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物水稻的品種為‘皖粳墾糯2號(hào)’。供試肥料有復(fù)合肥(15-15-15)、尿素(N 46%)、磷肥(P2O512%)和氯化鉀(K2O 60%)。

本試驗(yàn)共設(shè) 6個(gè)處理, 分別為: 常規(guī)施肥(N-P2O5-K2O=270-90-135 kg·hm-2)+秸稈還田+腐熟劑(T1); 常規(guī)施肥減鉀 10%(N-P2O5-K2O=270-90-121 kg·hm-2)+秸稈還田+腐熟劑(T2); 常規(guī)施肥減鉀20% (N-P2O5-K2O =270-90-108 kg·hm-2)+秸稈還田+腐熟劑(T3); 常規(guī)施肥減鉀 30% (N-P2O5-K2O=270-90-94 kg·hm-2)+秸稈還田+腐熟劑(T4); 常規(guī)施肥減鉀 40%(N-P2O5-K2O=270-90-82 kg·hm-2)+秸稈還田+腐熟劑(T5); 常規(guī)施肥不施鉀(N-P2O5-K2O=270-90-0 kg·hm-2)+秸稈還田+腐熟劑(T6)。氮肥的基肥、分蘗肥和穗肥的施用比例為 60%∶30%∶10%, 磷肥全部做基肥施用, 鉀肥的基肥和穗肥施用比例為80%∶20%。不同處理的施肥方案用復(fù)合肥(15- 15-15)、尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)和氯化鉀(含K2O 60%)進(jìn)行配比, 常規(guī)施肥量為復(fù)合肥 600 kg·hm-2,尿素 391 kg·hm-2, 氯化鉀 75 kg·hm-2。腐熟劑用量為30 kg·hm-2; 小麥秸稈還田量約為6 000 kg·hm-2, 其中秸稈中全氮、全磷和全鉀分別為 7.4 g·kg-1、1.01 g·kg-1、23.5 g·kg-1。

1.3 材料種植與管理

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理, 每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù), 隨機(jī)區(qū)組排列, 小區(qū)凈面積為 100 m2。在試驗(yàn)田周圍作 2 m寬的保護(hù)行, 小區(qū)四周均作為田埂, 并用農(nóng)膜包埂, 單獨(dú)排灌, 防止竄水竄肥。小麥于2016年6月8日聯(lián)合收割機(jī)收獲, 秸稈粉碎還田, 施用基肥及腐熟劑后, 深旋翻埋, 灌水浸泡3～4 d。6月12—13日落水再進(jìn)行第2次旋耙, 沉實(shí)3 d。水稻于2016年5月19日播種, 6月19日移栽秧苗, 11月初收獲。插植規(guī)格(行株距)為 25 cm×12 cm, 栽插密度300 000棵·hm-2, 3 000棵·小區(qū)-1。成熟期取樣考種,試驗(yàn)過程除各處理施肥量按照試驗(yàn)要求外, 其他管理措施一致, 各試驗(yàn)小區(qū)的病蟲草害管理與大田相同。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在水稻生長(zhǎng)的分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期分別從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取 3株水稻植株, 先用自來水沖洗, 再用蒸餾水沖洗干凈, 莖、葉、穗分別裝入樣品袋中在105 ℃下殺青30 min, 然后在75 ℃下烘干至恒重。植株樣品粉碎后, 用 H2SO4-H2O2消煮,火焰光度計(jì)測(cè)定植株全鉀含量。在水稻成熟期, 統(tǒng)計(jì)有效穗、穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子。水稻植株不同生育期累積量和鉀素利用效率采用以下方法計(jì)算:

鉀素累積量(g·株-1)=植株干重×鉀含量 (1)

鉀素總累積量(g·株-1)=莖鉀素累積量+葉鉀素累積量+穗鉀素累積量 (2)

鉀素凈累積量(g·株-1)=后階段鉀素累積量-前階段鉀素累積量 (3)

鉀肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=(施鉀肥區(qū)作物產(chǎn)量-不施鉀肥區(qū)作物產(chǎn)量)/施鉀肥區(qū)作物產(chǎn)量 (4)

數(shù)據(jù)處理及作圖使用Microsoft Excel 2007, 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 20.0, 數(shù)據(jù)差異顯著性分析采用 Duncan’s法。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀肥減量對(duì)水稻植株內(nèi)鉀素含量的影響

由表 1可知, 在不同生育期, 水稻植株不同部位的鉀素含量在不同鉀肥水平下均呈現(xiàn)出莖部＞葉片＞穗部的規(guī)律, 水稻植株不同部位的鉀素含量隨鉀肥施用量的減少而呈下降趨勢(shì)。在不同施肥處理中, 秸稈還田后施用鉀肥處理(T1、T2、T3、T4、T5)的水稻植株鉀素含量均高于無鉀對(duì)照處理(T6), 其中以秸稈還田后100%鉀肥處理(T1)中水稻鉀素含量最高。在分蘗期, 常規(guī)施肥處理(T1)的水稻莖中鉀素含量為56.58 g·kg-1, 分別比鉀肥減量處理(T2、T3、T4、T5和 T6)高 14.2%、14.5%、15.3%、15.8%和19.2%, 差異顯著(P＜0.05), 但不同鉀肥減量處理中的水稻莖和葉部鉀素含量無顯著性差異(P＞0.05)。在拔節(jié)期, 水稻莖與葉的鉀素含量呈現(xiàn)出T1＞T2＞T3＞T4＞T5＞T6的規(guī)律, 其中以 T1處理最高,以無鉀對(duì)照處理(T6)最低, 無鉀對(duì)照處理(T6)中水稻莖部的鉀素含量顯著低于鉀肥減量處理(P＜0.05)。在抽穗期, 水稻莖、葉、穗部的鉀素含量均以常規(guī)施鉀處理(T1)的最高, 以無鉀對(duì)照(T6)處理的最低,但各處理間差異不顯著。在成熟期, 水稻莖葉的鉀素含量仍以 T1最高, 穗部鉀素含量以鉀肥減量20%(T3)最高, 以無鉀處理(T6)最低。

表1 秸稈還田下減施鉀肥對(duì)不同生育期水稻體內(nèi)全鉀含量的影響Table 1 Effects of straw returned to soil and reduced application of potassium on potassium contents in rice at different growth stages g·kg-1

2.2 鉀肥減量對(duì)水稻體內(nèi)鉀素累積量的影響

水稻鉀素累積量隨水稻生育期的推移而逐漸增加(圖 1), 在成熟期達(dá)到最高值(0.73～1.13 g·株-1), 其中在分蘗期至拔節(jié)期和拔節(jié)期至抽穗期鉀素總累積量增加迅速, 抽穗期至成熟期鉀素總累積量增加相對(duì)較緩。在各生育期, 鉀素累積量均以秸稈還田后100%鉀肥處理(T1)的最高, 以無鉀對(duì)照處理(T6)的最低, 且隨著鉀肥減量幅度的增加而遞減。在拔節(jié)期, 秸稈還田后 100%鉀肥處理(T1)中水稻鉀素累積量略高于各減鉀處理(T2、T3、T4、T5、T6)。在拔節(jié)期, 秸稈還田后 100%鉀肥處理(T1)的水稻鉀素累積量顯著高于各減鉀處理(T2、T3、T4、T5、T6,P＜0.05), 秸稈還田后鉀肥減量 10%處理(T2)中水稻鉀素累積量顯著高于其他減鉀處理(T3、T4、T5、T6,P＜0.05), 但差異不顯著(P＞0.05)。在抽穗期, 秸稈還田后100%鉀肥處理(T1)中水稻鉀素累積量顯著高于各減鉀處理(T2、T3、T4、T5、T6)(P＜0.05), 鉀肥減量 10%(T2)與鉀肥減量 20%(T3)及以上的各處理間水稻鉀素累積量差異顯著(P＜0.05)。但秸稈還田后鉀肥減量 30%(T4)與鉀肥減量 40%(T5)的處理間水稻鉀素累積量無顯著差異(P＞0.05), 在成熟期, 各減鉀處理(T2、T3、T4、T5、T6)的水稻鉀素累積量分別比100%鉀肥處理(T1)降低15.04%、22.12%、25.66%、28.31%和35.40%, 差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)。

圖1 秸稈還田下減施鉀肥處理對(duì)各生育期水稻鉀素累積吸收量(a)和鉀素凈吸收量(b)的影響Fig.1 Effects of straw returned to soil and reduced application of potassium on potassium accumulation (a) and potassium net absorption (b) in rice at different growth stages

水稻植株體內(nèi)鉀素凈累積量以抽穗期最多, 占總累積量的 35.50%～59.82%; 其次是拔節(jié)期, 占26.53%～30.8%(圖 1b)。在分蘗期, 不同處理水稻植株鉀素凈累積量為0.047 9～0.056 1 g·株-1, 但各減鉀處理間(T2～T6)沒有顯著差異(P＞0.05)。在拔節(jié)期和抽穗期, 水稻植株體內(nèi)鉀素凈累積量隨鉀素減量比例的增加而逐漸降低, 在鉀肥減量10%～40%的處理中(T2～T5)水稻植株的鉀素凈累積量均顯著低于鉀肥100%用量處理(T1,P＜0.05)。在成熟期, 水稻植株的鉀素凈累積量呈現(xiàn)T4＞T5＞T6＞T3＞T1＞T2的規(guī)律。

2.3 鉀肥減量對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

如表 2所示, 不同施肥處理的水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)T1＞T2＞T3＞T4＞T5＞T6 的規(guī)律, 其中以秸稈還田后100%鉀肥處理(T1)最高, 以無鉀肥處理(T6)最低。水稻產(chǎn)量隨鉀肥減量比例增加而逐漸降低, 減產(chǎn)幅度為2.5%～16.4%。鉀肥減量40%(T5)與無鉀肥處理(T6)的產(chǎn)量顯著低于其他各施肥處理(P＞0.05), 但 T5與T6間無顯著差異。從產(chǎn)量構(gòu)成要素來看, 不同施鉀肥處理間水稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率隨著鉀肥施用量的減少而有所降低, 有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率差異不顯著(P＞0.05), T5和T6的每穗粒數(shù)顯著低于T1(P＜0.05), 不同施鉀肥處理間水稻的千粒重?zé)o明顯差異。

2.4 鉀肥減量對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)效益及鉀肥偏生產(chǎn)力的影響

隨著鉀肥施用量的減少, 肥料投入成本和水稻產(chǎn)值不斷降低, 鉀肥偏生產(chǎn)力逐漸升高(表3)。秸稈還田后100%鉀肥處理(T1)的水稻產(chǎn)值最高, 無鉀肥處理(T6)的水稻產(chǎn)值最低, 各鉀肥減量處理(T2、T3、T4、T5、T6)的水稻產(chǎn)值分別比T1降低2.5%、4.9%、6.4%、13.4%和 16.4%。在不同鉀肥減量處理中, 鉀肥減量10%～30%(T2、T3和T4)與不減鉀處理(T1)的水稻產(chǎn)值之間無顯著性差異(P＞0.05), 鉀肥減量40%(T5)與無鉀肥(T6)處理的水稻產(chǎn)值無顯著性差異(P＞0.05)。所有施鉀肥處理中, 以減鉀 40%處理(T5)的鉀肥偏生產(chǎn)力最高, 不減鉀處理(T1)的鉀肥偏生產(chǎn)力最低, 不同鉀肥減量處理(T2、T3、T4和 T5)分別比不減鉀處理(T1)的鉀肥偏生產(chǎn)力提高8.4%、18.9%、33.8%和44.4%。

表2 秸稈還田下減施鉀肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 2 Influence of straw returned to soil and reduced application of potassium on yield components of rice

表3 不同施肥處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)效益及鉀肥偏生產(chǎn)力的影響Table 3 Influence of different fertilization practices on economic effects of rice and partial factor productivity of applied K2O

3 討論

3.1 鉀肥減量對(duì)水稻鉀素吸收的影響

鉀是作物生長(zhǎng)必需的三要素之一, 其吸收和分配對(duì)水稻的生長(zhǎng)和發(fā)育有很大的影響[18]。水稻植株對(duì)鉀素的吸收積累呈現(xiàn)在分蘗期緩慢增加, 拔節(jié)期快速增加, 抽穗期達(dá)到高峰, 而后逐漸下降的規(guī)律[19]。嚴(yán)蓮英等[20]研究表明, 水稻植株體內(nèi)的鉀素含量隨生育期的延遲呈下降趨勢(shì)。本研究顯示, 在分蘗期和拔節(jié)期, 鉀肥減量10%～40%的水稻植株莖部鉀素含量比鉀肥不減量處理顯著降低, 而在抽穗期和成熟期, 差異不明顯。這可能是因?yàn)? 在水稻生長(zhǎng)初期,化學(xué)鉀肥施用加大了土體與根表間的鉀素濃度梯度,使鉀素向根表的擴(kuò)散遷移量增加[21], 促進(jìn)了水稻植株對(duì)鉀素的吸收。鉀肥減量降低了土壤速效鉀的含量,而秸稈鉀的釋放需要一定時(shí)間, 使水稻生長(zhǎng)前期鉀素吸收量降低[22]。秸稈還田后, 鉀素逐步釋放, 部分替代了化肥鉀的功效[23], 提高了土壤速效鉀的含量和水稻對(duì)鉀的吸收, 使減鉀處理與不減鉀處理中水稻植株莖部的鉀素含量差異減小。

隨著鉀肥施用量的減少, 水稻鉀素累積量在不同生育期都呈現(xiàn)出遞減的規(guī)律, 越到水稻生育后期,差異越明顯。張玉屏等[9]研究表明, 不同水稻品種植株鉀素累積量均隨著施鉀量的增加而增加, 這與本研究的結(jié)果相似。這可能是因?yàn)? 化肥鉀進(jìn)入土壤后能被水-土體系容納和吸附, 部分鉀離子被黏土礦物固定, 轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙粨Q態(tài), 使土壤速效鉀含量下降,降低了作物生育前期對(duì)鉀的吸收利用。作物秸稈在腐解過程中, 釋放鉀的同時(shí)也釋放出水合半徑與 K+接近的 Na+和 NH4+等陪伴陽離子, 侵占土壤黏土礦物的部分層間吸附位點(diǎn), 減少秸稈鉀的固定量[15]。當(dāng)秸稈釋放鉀和化肥鉀的數(shù)量小于土壤黏土礦物固定鉀的數(shù)量時(shí), 表現(xiàn)為土壤水溶鉀含量降低, 作物吸收累積量減少; 反之, 土壤水溶鉀含量提高, 作物吸收累積量增加。

3.2 鉀肥減量對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

本研究表明, 減鉀處理下水稻的有效穗、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率呈減少趨勢(shì), 從而導(dǎo)致產(chǎn)量有所降低。胡泓等[24]研究表明, 鉀肥的施用使水稻的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加。袁玲等[25]研究發(fā)現(xiàn), 鉀素營(yíng)養(yǎng)的減少降低了植物體內(nèi)的細(xì)胞分裂素, 影響受精體的發(fā)育, 從而使水稻空殼率增加, 結(jié)實(shí)率降低。李良勇等[26-27]研究表明, 土壤施入外源鉀, 可以增加細(xì)胞分裂素對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用, 進(jìn)而產(chǎn)生更多的一級(jí)和二級(jí)枝梗分生組織, 最終導(dǎo)致每穗籽粒和結(jié)實(shí)率的增加。這說明鉀素主要通過增加水稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率來提高水稻的產(chǎn)量。本研究表明, 在秸稈還田的條件下, 當(dāng)鉀肥減量10%～30%, 水稻產(chǎn)量與鉀肥不減量處理差異不顯著;鉀肥減量達(dá)到 40%時(shí), 水稻產(chǎn)量比不減鉀處理顯著降低。這說明在秸稈還田條件下, 鉀肥減量超過常規(guī)施鉀量的 30%后, 秸稈釋放的鉀素不能完全替代化學(xué)鉀的功效, 造成水稻產(chǎn)量下降。

3.3 鉀肥減量對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)效益及鉀肥偏生產(chǎn)力的影響

秸稈還田條件下, 水稻生產(chǎn)成本隨著施鉀量的減少而降低, 產(chǎn)值則隨著產(chǎn)量的增加而增加。常規(guī)施肥成本最高, 產(chǎn)值也最高。鉀肥減量處理的產(chǎn)值低于不減鉀處理, 說明鉀肥減量會(huì)在不同程度上降低水稻產(chǎn)值, 但在秸稈還田條件下, 秸稈鉀的釋放能部分替代化學(xué)鉀肥, 當(dāng)鉀肥減量幅度低于 30%時(shí),鉀肥減量對(duì)水稻產(chǎn)值影響不顯著。

肥料偏生產(chǎn)力是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分和化肥施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo), 是評(píng)價(jià)肥料效應(yīng)的適宜參數(shù)[28]。王偉妮等[29]認(rèn)為, 鉀肥偏生產(chǎn)力與施鉀量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與施鉀后的稻谷產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系。本研究結(jié)果表明: 鉀肥偏生產(chǎn)力隨著鉀肥施用量的減少而增加, 鉀肥偏生產(chǎn)力以鉀肥不減量處理最小, 以鉀肥減量 40%處理最大。施鉀量越少, 水稻對(duì)肥料中鉀素的依存率越低, 對(duì)土壤中鉀素的依存率越高。

綜上所述, 減少鉀肥的施用量會(huì)降低不同生育期水稻植株體內(nèi)鉀素的含量和積累量, 水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率減少, 從而在不同程度上降低水稻產(chǎn)量和產(chǎn)值。化肥鉀的高投入雖然能在一定程度上提高糧食作物的產(chǎn)量, 但化肥鉀投入量過多,鉀素會(huì)轉(zhuǎn)化為非交換態(tài), 也大大地增加了鉀肥資源的消耗。秸稈還田后, 在釋放鉀的同時(shí)也會(huì)釋放出Na+和NH4+等伴隨陽離子, 減少秸稈鉀的固定, 從而更好地被植物吸收利用。從鉀肥偏生產(chǎn)力、生產(chǎn)成本、水稻產(chǎn)值等方面綜合考慮, 在秸稈還田的基礎(chǔ)上, 常規(guī)施肥減鉀 30%(T4)以內(nèi), 可以降低鉀肥施用成本, 提高鉀肥偏生產(chǎn)力。

4 結(jié)論

1)在秸稈還田的條件下, 水稻植株體內(nèi)的鉀素含量和鉀素累積量隨著鉀肥施用量的減少而呈下降趨勢(shì), 且越到水稻生育后期, 差異越明顯。

2)在秸稈還田的基礎(chǔ)上減施鉀肥, 會(huì)在不同程度上影響水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率, 進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量。秸稈還田基礎(chǔ)上鉀肥減量低于 30%時(shí), 對(duì)水稻產(chǎn)量的影響不顯著(P＞0.05)。

3)從水稻的產(chǎn)量和收益來看, 常規(guī)施肥(T1)效果最好, 但從水稻的生產(chǎn)成本、產(chǎn)值、鉀肥利用率和可持續(xù)發(fā)展等角度綜合考慮, 秸稈還田條件下,常規(guī)施肥減鉀 30%可以降低鉀肥施用成本, 提高鉀肥偏生產(chǎn)力。

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Effects of reducing potassium fertilizer on rice yield and potassium use efficiency under wheat straw return condition*

JIN Mengcan1, ZHANG Shuyu1, GAO Hongjian1**, GAO Shifeng2, WANG Yikun3
(1.Anhui Province Key Laboratory of Farmland Ecological Conservation and Pollution Prevention / School of Resources and Environment,Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 2.Agricultural Technology Extension Center of Guohe Town of Lujiang County,Lujiang 200111, China; 3.Anhui Xiyangyang Agricultural Science and Technology Co., LTD, Lujiang 200111, China)

There has been an increasing soil potassium deficiency in China.However, crop residues generally contain high level of potassium that could replace part of the potassium fertilizer requirements after returning straw to the soil, and can therefore alleviate soil potassium deficiency.Crop residue return to field is an effective way to reduce the use of potash fertilizer, which also improves potassium use efficiency.In this study, field experiments were carried out to determine rice yield potassium accumulation and partial factor productivity of potash fertilizer under conventional potash fertilizer application of 135 kg(K2O)·hm-2(control) and reductions by 10%, 20%, 30% and 40% after wheat straw incorporation (6 000 kg·hm-2).The potassium content and the quantity of accumulated potassium in rice reduced with decreasing potassium fertilizer application after strawincorporation into the soil.The yield, economic benefit, effective panicle number, grains per panicle and seed-setting rate of rice declined with the reduction of conventional potassium fertilizer rate from 10% to 40%.However, when potassium fertilizer was reduced by less than 30%, there was little impact on 1000-grain weight of rice.It also had no significant effect on yield or economic benefit of rice (P＞ 0.05).Compared with conventional fertilization, treatments with chemical potash fertilizer reduction of 10%, 20%, 30% and 40% increased partial factor productivity of potassium fertilizer by 8.4%, 18.9%, 33.8%and 44.4%, respectively.In summary, potassium accumulation in rice plant, rice yield and economic benefit decreased,whereas partial productivity of potassium increased with the reduction of conventional potassium dose from 10% to 40%.When wheat straw was applied and conventional potassium fertilization dose reduced by less than 30%, partial factor productivity of potassium fertilizer increased but had no significant effect on the yield and economic benefit of rice.

Feb.16, 2017; accepted May 23, 2017

Rice; Crop straw return; Potassium fertilizer reduction; Rice yield; Partial factor productivity

S511

A

1671-3990(2017)11-1653-08

10.13930/j.cnki.cjea.170137

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* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD07B08, 2016YFD020010703, 2016YFD0300901, 2016YFD030080103)資助

** 通訊作者: 郜紅建, 主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與施肥研究。E-mail: gaohongjian2@163.com金夢(mèng)燦, 主要從事養(yǎng)分資源高效利用方面的研究。E-mail: 2362935007@qq.com

2017-02-16 接受日期: 2017-05-23

* This work was supported by the National Key R&D Project of China (2013BAD07B08, 2016YFD020010703, 2016YFD0300901, 2016YFD030080103).

** Corresponding author, E-mail: gaohongjian2@163.com