油菜秸秆还田对水稻增产及供钾的效果

刘秋霞+戴志刚+周先竹+王忠良+丛日环

摘要：在湖北省应城、孝昌、汉川、荆门布置油菜秸秆还田对后季水稻产量及钾素吸收量影响试验，分析油菜秸秆还田对水稻的增产和供钾效应的影响。结果表明，应城、孝昌和荆门三个试验点施钾效果明显，在此条件下秸秆还田（NP+S）比不还田（NP）处理稻谷产量与稻草生物量平均分别增加725和669 kg/hm2，增幅分别为10.21%和8.36%。四个试验点施钾和秸秆还田均可提高水稻地上部钾素吸收量，与NP处理相比，NP+S、NPK（施钾）和NPK+S（施钾配合秸秆还田）处理地上部钾素吸收量分别增加了20.2、48.3和58.3 kg K2O/hm2;进一步分析表明，水稻钾素吸收量增加的主要原因是生物量的增加，而各处理的钾含量差异不显著。种植水稻后各处理的土壤速效钾含量均呈不同程度的下降趋势，但油菜秸秆还田的两个处理（NP+S和NPK+S处理）的下降幅度明显低于相应的不还田处理（NP和NPK处理）。油菜秸秆还田具有提高后季水稻产量和稻草生物量、增加钾素的供应和缓解土壤钾素亏缺的作用。

关键词：油菜秸秆还田;水稻;产量;钾素吸收量;钾素表观平衡

中图分类号：S511;S147.5        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2014）21-5112-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.21.015

Effects of Rapeseed Straw Returning on Increment of Yield

and Supplying Capacity of Potassium in Rice

LIU Qiu-xia1，2，DAI Zhi-gang3，ZHOU Xian-zhu3，WANG Zhong-liang3，CONG Ri-huan1，2

（1. College of Resources and Environment， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China; 2. Key Laboratory of Arable Land Conservation （Middle and Lower Reaches of Yangtze River）， Ministry of Agriculture， Wuhan 430070， China; 3. Soil and Fertilizer Station of Hubei Province， Wuhan 430070， China）

Abstract： The effects of rapeseed straw returning on yield and potassium uptaking of rice were studied in the four counties including Yingcheng Xiaochang， Hanchuan， and Jingmen of Hubei province. Potassium fertilization had significant effects in Yingcheng， Xiaochang and Jingmen site. The yield and straw biomass of rice averagely increased 725 and 669 kg/hm2 in the straw returning with treatment （NP+S） compared with no potassium fertilization （NP） with the increase rate of 10.21% and 8.36%. The K uptaking was improved by applying potassium fertilization or straw returning over all sites. Compared with NP treatment， the K uptake increased 20.2， 48.3 and 58.3 kg K2O/hm2， in the NP+S， NPK and NPK+S treatments. The increase of rice potassium uptaking was due to the increase of biomass. The differences of K content were not significant among the treatments. Soil available K content declined in all treatments among the sites after planting rice. The decline was significantly lower in the treatment of straw returning compared with treatments without straw returning. It is indicated that rapeseed straw returning can improve the yield of rice grain and straw， enhance the K supplying and relieve the deficiency of soil potassium.

Key words： rapeseed straw returning; rice; yield; potassium uptake; potassium balance

钾是作物生长必需的大量元素之一，对作物的产量和品质有重要影响[1]。然而我国钾资源缺乏，近年来的钾肥进口量一直维持在500万-600万t/年，进口依赖度达50%[2]。我国缺钾土壤面积日益扩大[3]，湖北省作为典型的油-稻水旱轮作区，水稻田速效钾含量较20世纪80年代也在降低[4]。

2010年我国油菜子产量达1 308万t[5]，油菜秸秆量则可达3 900万t[6]，油菜秸秆富含氮、磷、钾等养分，其中钾素含量尤为丰富[7]。随着国家对秸秆还田力度的不断加大，长期秸秆还田势必成为一种趋势。有研究表明油菜秸秆还田可以降低土壤容重，改善土壤性状[8]。短期内，油菜秸秆腐解速率大于小麦秸秆和水稻秸秆，且钾在12 d时可释放98%[9]，由于秸秆中的钾主要以离子态存在，释放的钾素可直接被作物吸收利用。因此，本研究通过选取湖北省水稻主产区开展田间试验，设置油菜秸秆还田与钾肥施用的不同处理，分析油菜秸秆还田对水稻稻谷与稻草产量、钾素含量和吸收量及钾素表观平衡等的影响，研究水稻田中油菜秸秆还田后水稻的增产和土壤的供钾作用，以期为农业资源高效利用及可持续发展提供依据。

1  材料与方法

1.1  材料

2013年在湖北省水稻主产区的应城、孝昌、汉川和荆门开展油菜秸秆还田对水稻增产和供钾效果的影响研究。各试验点土壤基础理化性质如表1所示。

各试验点供试水稻品种均为当地水稻主推高产品种，水稻播种时间为4月下旬至5月上旬，移栽时间为5月下旬至6月上旬，收获时间为9月中旬至下旬，移栽密度为19.5×104～25.5×104穴/hm2。

1.2  试验设计

本试验共设置4个处理，分别为不施钾处理（NP）;秸秆还田处理（NP+S）;施钾肥处理（NPK）;钾肥配合秸秆还田处理（NPK+S）。氮、磷、钾肥施用量分别为165 kg N/hm2、60 kg P2O5/hm2和60 kg K2O/hm2，其中氮肥分次施用，基肥∶穗肥比例为8∶3;磷、钾肥作为基肥一次性施用。肥料品种分别为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）、氯化钾（含K2O 60%）。各试验点秸秆还田量均为6 000 kg/hm2，还田秸秆为油菜茎秆与角壳1∶1混合。各试验点还田秸秆与秸秆腐熟剂（30 kg/hm2）一起翻压还田，灌水7-10 cm泡田。为保证试验统一性，各试验点在整田前将前茬秸秆全部移走，再按处理准确还田。

各处理设置3次重复，小区面积为50 m2。试验小区间用宽30 cm、高30 cm的土埂隔开，上覆薄膜，防止串水串肥。同时整个试验区外围用土埂围起，与保护行隔离，有独立的灌/排水沟，防止保护区肥水串进试验各小区。其他生产管理措施均采用当地常规管理方法。

1.3  测试项目及方法

1.3.1  土壤基础理化性状  试验前采用多点采样法采集耕层（0～20 cm）土壤，风干磨细过筛后按照实验室常规方法测定各项指标[10]，具体为pH按照水土比2.5∶1，电位法测定;有机质用外加热-重铬酸钾容量法测定;全氮用半微量凯氏法测定，标准酸滴定;有效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法测定。

1.3.2  水稻收获  水稻收获时每小区随机选取10蔸有代表性的水稻植株，风干，分稻谷和稻草称重，测定各部分养分含量，计算谷草比，以此推算稻草的单位面积干物质生产量。稻谷产量以各小区实际收获产量计产。

1.3.3  植株养分测定  还田秸秆及水稻植株风干后，在60 ℃烘箱中烘24 h，磨碎，过筛，用H2SO4-H2O2联合消煮，火焰光度法测定植株不同部位全钾含量[9]。

1.3.4  相关参数计算  相关参数计算参照文献[11，12]。

稻谷（稻草）钾素吸收量（kg/hm2）=稻谷（稻草）干物质量×钾素含量;植株地上部钾素吸收量（kg/hm2）=稻谷钾素吸收量+稻草钾素吸收量;土壤钾素表观平衡量（稻草不还田）（kg/hm2）=投入到土壤中的钾素总量-作物带走钾素总量;土壤钾素表观平衡量（稻草还田）（kg/hm2）=投入到土壤中的钾素总量-稻谷带走钾素总量。

试验数据采用Excel软件处理，SPSS 18.0软件进行统计分析。

2  结果与分析

2.1  油菜秸秆还田对水稻产量的影响

表2结果表明，各试验点NP处理水稻产量差异较大（变化范围为6 454～9 972 kg/hm2），随钾肥施用和秸秆还田，水稻产量变化规律不同。应城、孝昌和荆门三个试验点NP+S、NPK和NPK+S处理分别比NP处理稻谷产量平均增加725、750和1 355 kg/hm2，增产率分别为10.21%、11.06%和19.57%，其中NPK+S比NPK处理增产8.51%，NP+S和NPK处理产量差异不明显，稻草产量也有相似的规律，与NP处理相比，NP+S、NPK、NPK+S处理稻草生物量分别平均增加669、1 266和1 596 kg/hm2，平均增产率分别为8.36%、16.05%和20.64%，其中NPK+S处理与NP处理差异显著。施钾和油菜秸秆还田均能较大幅度提高稻谷和稻草产量，且二者差异不显著。而汉川试验点的NP处理产量最高，施钾和油菜秸秆还田与NP处理相比，稻谷与稻草产量差异不显著。表明缺钾（即施钾增产）条件下，油菜秸秆还田能提高稻谷和稻草产量。

2.2  油菜秸秆还田对水稻钾素含量的影响

稻谷与稻草含钾量差异较大，稻草含钾量远大于稻谷含钾量（表3）。所有试验点稻谷含钾量各处理间没有差异，平均钾含量为0.24%～0.36%。四个试验点的NP处理稻草含钾量与NP+S、NPK和NPK+S处理相比，差异均未达到显著水平，NP、NP+S、NPK和NPK+S处理平均稻草含钾量分别为2.11%、2.07%、2.17%和2.26%，说明施钾和油菜秸秆还田对稻谷和稻草的钾素含量影响不大。

2.3  油菜秸秆还田对地上部钾素吸收量的影响

表4结果表明，施钾和油菜秸秆还田均能提高水稻植株地上部的钾素吸收量，增加量为1.6～69.6 kg K2O/hm2，增幅为0.79%～31.93%。与NP处理相比，四个试验点NP+S、NPK和NPK+S处理地上部钾素吸收量分别平均增加了20.2、48.3和58.3 kg K2O/hm2，增幅分别为8.02%、17.19%和23.15%，其中NPK+S处理比NPK处理钾素吸收量平均增加15.0 kg K2O/hm2，增幅为5.08%，NPK+S与NP处理差异达到显著。NPK和NPK+S处理较大程度地提高了钾素吸收量。

2.4  油菜秸秆还田对作物-土壤系统钾素表现平衡的影响

通过计算作物-土壤系统钾素表现平衡，发现收获后稻草是否还田对土壤钾素表观平衡的影响有较大的差异（表4）。如收获稻草不还田，则四个试验点土壤钾素均处于亏缺状态，其中不施油菜秸秆的各处理（NP和NPK处理）平均钾亏缺大于油菜秸秆还田处理，钾素最大亏缺量可达到348 kg K2O/hm2。而在收获稻草还田条件下四个试验点仅NP处理表现为钾素亏缺且亏缺值仅为22～42 kg K2O/hm2，其余各处理土壤钾素均处于盈余状态（盈余量可达到13～169 K2O/hm2）。研究结果表明秸秆还田可以缓解土壤钾素亏缺状况，收获秸秆继续还田土壤钾素则可扭亏为盈。

2.5  油菜秸秆还田对水稻收获后土壤速效钾含量的影响

从图1可以看出，在一季水稻收获后，应城、孝昌和汉川三个试验点土壤速效钾含量均低于试验前基础土壤速效钾含量，降幅达到0.89%～55.04%。其中孝昌试验点土壤速效钾含量降幅最大，与试验前相比，土壤速效钾平均减少47.7 mg/kg，降幅达47.70%。水稻收获后各试验点平均土壤速效钾含量表现为NPK+S>NP+S>NPK>NP。说明油菜秸秆还田可部分缓解土壤速效钾含量的降低。

3  结论

本研究表明，在缺钾（即施钾增产）条件下油菜秸秆还田可以分别平均增加水稻产量725～1 355 kg/hm2和稻草生物量669～1 596 kg/hm2。此外，油菜秸秆还田还可以提高水稻地上部钾素吸收量;缓解土壤钾素亏损，还田处理钾素亏损量比NP处理平均可减少121～143 kg K2O/hm2，比NPK处理平均减少104～126 kg K2O/hm2。而如果将收获后的水稻秸秆还田，土壤钾素含量则会盈余，盈余量最高可达到169 kg K2O/hm2，从而维持土壤的高产潜力。

参考文献：

[1] 李忠佩，唐永良，石  华，等.不同施肥制度下红壤稻田的养分循环与平衡规律[J].中国农业科学，1998，31（1）：46-54.

[2] 陈  丽.2012年钾肥行业盘点与2013年展望[J].中国石油与化工经济分析，2013（3）：34-36.

[3] 谭德水，金继运，黄绍文，等.长期施钾与秸秆还田对华北潮土和褐土区作物产量及土壤钾素的影响[J].植物营养与肥料学报，2008，14（1）：106-112.

[4] 王伟妮，鲁剑巍，鲁明星，等.水田土壤肥力现状及变化规律分析——以湖北省为例[J].土壤学报，2012，49（2）：319-330.

[5] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2010.

[6] 张福春，朱志辉.中国作物的收获指数[J].中国农业科学，1990， 23（2）：83-87.

[7] 王  寅，鲁剑巍，李小坤，等.长江流域直播冬油菜氮磷钾硼肥施用效果[J].作物学报，2013，39（8）：1491-1500.

[8] 胡宏祥，程  燕，马友华，等.油菜秸秆还田腐解变化特征及其培肥土壤的作用[J].中国生态农业学报，2012，20（3）：297-302.

[9] 戴志刚，鲁剑巍，李小坤，等.不同作物还田秸秆的养分释放特征试验[J].农业工程学报，2010，26（6）：272-276.

[10] 鲍士旦.土壤农化分析[M].第三版.北京：中国农业出版社， 2000.

[11] 王伟妮，鲁剑巍，鲁明星，等.湖北省早、中、晚稻施钾增产效应及钾肥利用率研究[J].植物营养与肥料学报，2011，17（5）：1058-1065.

[12] 王志勇，白由路，杨俐苹，等.低土壤肥力下施钾和秸秆还田对作物产量及土壤钾素平衡的影响[J].植物营养与肥料学报，2012，18（4）：900-906.

（责任编辑  郑  威）

2.3  油菜秸秆还田对地上部钾素吸收量的影响

表4结果表明，施钾和油菜秸秆还田均能提高水稻植株地上部的钾素吸收量，增加量为1.6～69.6 kg K2O/hm2，增幅为0.79%～31.93%。与NP处理相比，四个试验点NP+S、NPK和NPK+S处理地上部钾素吸收量分别平均增加了20.2、48.3和58.3 kg K2O/hm2，增幅分别为8.02%、17.19%和23.15%，其中NPK+S处理比NPK处理钾素吸收量平均增加15.0 kg K2O/hm2，增幅为5.08%，NPK+S与NP处理差异达到显著。NPK和NPK+S处理较大程度地提高了钾素吸收量。

2.4  油菜秸秆还田对作物-土壤系统钾素表现平衡的影响

通过计算作物-土壤系统钾素表现平衡，发现收获后稻草是否还田对土壤钾素表观平衡的影响有较大的差异（表4）。如收获稻草不还田，则四个试验点土壤钾素均处于亏缺状态，其中不施油菜秸秆的各处理（NP和NPK处理）平均钾亏缺大于油菜秸秆还田处理，钾素最大亏缺量可达到348 kg K2O/hm2。而在收获稻草还田条件下四个试验点仅NP处理表现为钾素亏缺且亏缺值仅为22～42 kg K2O/hm2，其余各处理土壤钾素均处于盈余状态（盈余量可达到13～169 K2O/hm2）。研究结果表明秸秆还田可以缓解土壤钾素亏缺状况，收获秸秆继续还田土壤钾素则可扭亏为盈。

2.5  油菜秸秆还田对水稻收获后土壤速效钾含量的影响

从图1可以看出，在一季水稻收获后，应城、孝昌和汉川三个试验点土壤速效钾含量均低于试验前基础土壤速效钾含量，降幅达到0.89%～55.04%。其中孝昌试验点土壤速效钾含量降幅最大，与试验前相比，土壤速效钾平均减少47.7 mg/kg，降幅达47.70%。水稻收获后各试验点平均土壤速效钾含量表现为NPK+S>NP+S>NPK>NP。说明油菜秸秆还田可部分缓解土壤速效钾含量的降低。

3  结论

本研究表明，在缺钾（即施钾增产）条件下油菜秸秆还田可以分别平均增加水稻产量725～1 355 kg/hm2和稻草生物量669～1 596 kg/hm2。此外，油菜秸秆还田还可以提高水稻地上部钾素吸收量;缓解土壤钾素亏损，还田处理钾素亏损量比NP处理平均可减少121～143 kg K2O/hm2，比NPK处理平均减少104～126 kg K2O/hm2。而如果将收获后的水稻秸秆还田，土壤钾素含量则会盈余，盈余量最高可达到169 kg K2O/hm2，从而维持土壤的高产潜力。

参考文献：

[1] 李忠佩，唐永良，石  华，等.不同施肥制度下红壤稻田的养分循环与平衡规律[J].中国农业科学，1998，31（1）：46-54.

[2] 陈  丽.2012年钾肥行业盘点与2013年展望[J].中国石油与化工经济分析，2013（3）：34-36.

[3] 谭德水，金继运，黄绍文，等.长期施钾与秸秆还田对华北潮土和褐土区作物产量及土壤钾素的影响[J].植物营养与肥料学报，2008，14（1）：106-112.

[4] 王伟妮，鲁剑巍，鲁明星，等.水田土壤肥力现状及变化规律分析——以湖北省为例[J].土壤学报，2012，49（2）：319-330.

[5] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2010.

[6] 张福春，朱志辉.中国作物的收获指数[J].中国农业科学，1990， 23（2）：83-87.

[7] 王  寅，鲁剑巍，李小坤，等.长江流域直播冬油菜氮磷钾硼肥施用效果[J].作物学报，2013，39（8）：1491-1500.

[8] 胡宏祥，程  燕，马友华，等.油菜秸秆还田腐解变化特征及其培肥土壤的作用[J].中国生态农业学报，2012，20（3）：297-302.

[9] 戴志刚，鲁剑巍，李小坤，等.不同作物还田秸秆的养分释放特征试验[J].农业工程学报，2010，26（6）：272-276.

[10] 鲍士旦.土壤农化分析[M].第三版.北京：中国农业出版社， 2000.

[11] 王伟妮，鲁剑巍，鲁明星，等.湖北省早、中、晚稻施钾增产效应及钾肥利用率研究[J].植物营养与肥料学报，2011，17（5）：1058-1065.

[12] 王志勇，白由路，杨俐苹，等.低土壤肥力下施钾和秸秆还田对作物产量及土壤钾素平衡的影响[J].植物营养与肥料学报，2012，18（4）：900-906.

（责任编辑  郑  威）

2.3  油菜秸秆还田对地上部钾素吸收量的影响

表4结果表明，施钾和油菜秸秆还田均能提高水稻植株地上部的钾素吸收量，增加量为1.6～69.6 kg K2O/hm2，增幅为0.79%～31.93%。与NP处理相比，四个试验点NP+S、NPK和NPK+S处理地上部钾素吸收量分别平均增加了20.2、48.3和58.3 kg K2O/hm2，增幅分别为8.02%、17.19%和23.15%，其中NPK+S处理比NPK处理钾素吸收量平均增加15.0 kg K2O/hm2，增幅为5.08%，NPK+S与NP处理差异达到显著。NPK和NPK+S处理较大程度地提高了钾素吸收量。

2.4  油菜秸秆还田对作物-土壤系统钾素表现平衡的影响

通过计算作物-土壤系统钾素表现平衡，发现收获后稻草是否还田对土壤钾素表观平衡的影响有较大的差异（表4）。如收获稻草不还田，则四个试验点土壤钾素均处于亏缺状态，其中不施油菜秸秆的各处理（NP和NPK处理）平均钾亏缺大于油菜秸秆还田处理，钾素最大亏缺量可达到348 kg K2O/hm2。而在收获稻草还田条件下四个试验点仅NP处理表现为钾素亏缺且亏缺值仅为22～42 kg K2O/hm2，其余各处理土壤钾素均处于盈余状态（盈余量可达到13～169 K2O/hm2）。研究结果表明秸秆还田可以缓解土壤钾素亏缺状况，收获秸秆继续还田土壤钾素则可扭亏为盈。

2.5  油菜秸秆还田对水稻收获后土壤速效钾含量的影响

从图1可以看出，在一季水稻收获后，应城、孝昌和汉川三个试验点土壤速效钾含量均低于试验前基础土壤速效钾含量，降幅达到0.89%～55.04%。其中孝昌试验点土壤速效钾含量降幅最大，与试验前相比，土壤速效钾平均减少47.7 mg/kg，降幅达47.70%。水稻收获后各试验点平均土壤速效钾含量表现为NPK+S>NP+S>NPK>NP。说明油菜秸秆还田可部分缓解土壤速效钾含量的降低。

3  结论

本研究表明，在缺钾（即施钾增产）条件下油菜秸秆还田可以分别平均增加水稻产量725～1 355 kg/hm2和稻草生物量669～1 596 kg/hm2。此外，油菜秸秆还田还可以提高水稻地上部钾素吸收量;缓解土壤钾素亏损，还田处理钾素亏损量比NP处理平均可减少121～143 kg K2O/hm2，比NPK处理平均减少104～126 kg K2O/hm2。而如果将收获后的水稻秸秆还田，土壤钾素含量则会盈余，盈余量最高可达到169 kg K2O/hm2，从而维持土壤的高产潜力。

参考文献：

[1] 李忠佩，唐永良，石  华，等.不同施肥制度下红壤稻田的养分循环与平衡规律[J].中国农业科学，1998，31（1）：46-54.

[2] 陈  丽.2012年钾肥行业盘点与2013年展望[J].中国石油与化工经济分析，2013（3）：34-36.

[3] 谭德水，金继运，黄绍文，等.长期施钾与秸秆还田对华北潮土和褐土区作物产量及土壤钾素的影响[J].植物营养与肥料学报，2008，14（1）：106-112.

[4] 王伟妮，鲁剑巍，鲁明星，等.水田土壤肥力现状及变化规律分析——以湖北省为例[J].土壤学报，2012，49（2）：319-330.

[5] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2010.

[6] 张福春，朱志辉.中国作物的收获指数[J].中国农业科学，1990， 23（2）：83-87.

[7] 王  寅，鲁剑巍，李小坤，等.长江流域直播冬油菜氮磷钾硼肥施用效果[J].作物学报，2013，39（8）：1491-1500.

[8] 胡宏祥，程  燕，马友华，等.油菜秸秆还田腐解变化特征及其培肥土壤的作用[J].中国生态农业学报，2012，20（3）：297-302.

[9] 戴志刚，鲁剑巍，李小坤，等.不同作物还田秸秆的养分释放特征试验[J].农业工程学报，2010，26（6）：272-276.

[10] 鲍士旦.土壤农化分析[M].第三版.北京：中国农业出版社， 2000.

[11] 王伟妮，鲁剑巍，鲁明星，等.湖北省早、中、晚稻施钾增产效应及钾肥利用率研究[J].植物营养与肥料学报，2011，17（5）：1058-1065.

[12] 王志勇，白由路，杨俐苹，等.低土壤肥力下施钾和秸秆还田对作物产量及土壤钾素平衡的影响[J].植物营养与肥料学报，2012，18（4）：900-906.

（责任编辑  郑  威）