长期施钾和秸秆还田对水稻产量的影响

叶青　曹国军　耿玉辉

（吉林农业大学资源与环境学院/吉林省商品粮基地土壤资源可持续利用重点实验室，长春130118；*通讯作者）



长期施钾和秸秆还田对水稻产量的影响

叶青曹国军*耿玉辉

（吉林农业大学资源与环境学院/吉林省商品粮基地土壤资源可持续利用重点实验室，长春130118；*通讯作者）

摘要：以不同钾肥施用量为主处理、秸秆还田为副处理，在田间试验条件下，研究了水稻的钾素需求规律以及秸秆还田对水稻生长及产量的影响。研究结果表明，水稻产量随施钾量的增加呈先上升后下降趋势，钾肥主要是通过影响水稻有效穗数、每穗粒数、结实率进而影响水稻产量。施钾量为90 kg/hm2和135 kg/hm2时，产量分别比对照增加7.3%和11.5%，且此时钾肥利用效率高；施钾量为225 kg/hm2时，水稻在生育期内对钾有明显奢侈吸收现象，产量比对照增产7.6%。由此可见，苏北贫钾地区适宜的施钾量为90～135 kg/hm2。小麦秸秆还田对水稻前期生长会产生不利影响，但随秸秆的发酵分解，对水稻的营养生长、生殖生长都有一定促进作用。

关键词：水稻；钾肥；秸秆还田；产量

江苏省最主要的作物种植模式是稻麦轮作，水稻、小麦两大粮食作物对江苏省的粮食产量贡献达85%。统计结果表明，我国水稻种植面积占世界水稻种植总面积的20%左右，约占我国耕地总面积的23%［1-2］。我国一般缺钾和严重缺钾的土壤大约占全国耕地总面积的23%，钾素缺乏已成为影响作物产量的重要因素，合理施用钾肥对提高稻、麦产量具有重要意义［3-8］。

钾素对水稻的正常生长、抗逆性、产量形成、品质形成等均有重要影响［9-11］。水稻缺钾表现为叶色暗绿，叶片出现棕色斑点，叶边缘及叶尖卷曲，叶缘看似火烧，茎秆细软易倒伏，根短而细，生理功能弱，最终影响产量［10］。而施用钾肥是补充土壤钾素的最有效途径［12］。近年来，国内外对秸秆还田的时间、方式及数量等进行了大量研究，明确了秸秆还田的培肥效果及对作物产量、土壤理化性质等的影响［13-20］。

本试验通过田间定位试验方式，于2010-2015年在苏北贫钾地区，以不同钾肥施用量为主处理，小麦秸秆还田为副处理，探究其对水稻产量、生长情况及肥料利用率等的影响。以明确水稻的钾素需求规律、秸秆还田对水稻生长的影响以及当地水稻种植钾肥推荐用量，为实现作物高产高效栽培提出合理建议。

1　材料与方法

1.1试验地点

试验地点位于江苏省新沂市窑湾镇（东经118° 07′，北纬34°18′），当地作物种植模式主要为稻麦轮作。供试土壤肥力中等，其中速效钾含量属低钾水平。

1.2供试材料

供试品种：常规粳稻连粳4号。供试肥料：钾肥为氯化钾（含K2O 60%）、氮肥为尿素（含N 46%）、磷肥为过磷酸钙（含P2O512%）。

1.3试验设计

试验设6个主处理、2个副处理，每个处理3次重复，共计36个小区，随机区组排列。主处理为6种不同施钾水平：0 kg/hm2、45 kg/hm2、90 kg/hm2、135 kg/hm2、225 kg/hm2、400 kg/hm2；副处理为2种秸秆还田情况：秸秆不还田、秸秆还田（小麦秸秆半量还田，还田量约为2.1 t/hm2，折纯K2O约为40 kg/hm2）。小区间田埂用防水布覆盖，隔离防渗，单排单灌，四周设1 m宽保护行，2个副处理之间设2 m宽保护行，小区面积50 m2（5 m×10 m）。栽插密度为2.05万丛/667 m2，栽插规格25 cm×13 cm，每丛定植2株。水稻田间管理采用高产栽培管理方式，前期浅水勤灌，当茎蘖数达到20万667 m2左右时分次适度搁田，后期湿润灌溉，成熟前7～10 d断水。水稻种植期间严格控制病、虫、草害。

钾肥中基肥和保花肥各占50%。氮肥用量为240 kg/667 m2，其中，基肥、分蘖肥、拔节肥、孕穗肥比为4：2：2：2。磷肥用量为90 kg/hm2，一次性基施。

1.4样品的采集

1.4.1水稻样品的采集

表1　不同处理水稻产量及产量构成

各处理小区分别在水稻最大分蘖期、拔节孕穗期、开花齐穗期、灌浆中期和成熟收获期采集长势一致的3丛植株的地上部，分叶片、茎鞘和穗三部分，其中叶按倒1、倒2、倒3和剩余部分进行区分，先用自来水洗，然后用去离子水洗净后于105℃杀青30 min，75℃烘至恒重。冷却后称各器官质量，并根据取样丛数或株数、穗数或基本苗数计算单位面积该器官质量，用于计算养分的总累积量。用不锈钢样品粉碎机粉碎样品后，用于养分含量测定。

1.4.2土壤样品的采集

采集水稻植株样品的同时于各小区内按S型路线，五点采样法采集0～20 cm土层的土壤混合样品。土壤样品风干后测定土壤速效钾含量。

1.5测定项目与方法

1.5.1产量及其构成因素的统计

水稻于每年的10月25-30日收获，每个小区随机调查30丛植株的穗数，并选取有代表性的3丛（约40株）植株用于测定每穗粒数、结实率、千粒重等；于每小区中心位置收割6 m2，脱粒，晒干，测定含水量，并测定水稻实际产量。

1.5.2植株、土壤养分含量的测定

植株样品采用浓H2SO4- H2O2法消煮提取，火焰光度计（FP 6410，上海精密科学仪器厂，中国）测定全钾，根据单位面积作物地上部干物质累积量计算植株地上部钾素累积量。土壤速效钾采用1 mol/L乙酸铵浸提，火焰光度计测定。标准样品来自环境保护部标准样品研究所。

1.5.3计算方法

钾素累积量（kg/hm2）=单位面积地上部生物量×植株钾含量。

钾肥吸收利用率（RE，%）=施钾区与无钾区地上部K积累之差/施钾量×100。

钾肥农学利用率（AE，kg/kg）=施钾区与无钾区稻谷产量差/施钾量。

钾肥偏生产力（PFP，kg/kg）=施钾区产量/施钾量。

1.6数据处理与分析

通过数据分析，发现五年内各项指标相对没有发生明显变化，所以最终数据是多年数据取均值再进行统计分析的。

数据采用Excel 2010、SAS 9.0等软件进行统计、作图和方差分析，采用LSD法进行多重比较。

2　结果与分析

2.1不同处理对水稻产量及生物量的影响

2.1.1不同处理对水稻产量的影响

由表1可知，施用钾肥的处理水稻产量均高于不施钾处理。与不施钾处理相比，施钾量为45 kg/hm2时，秸秆还田与不还田处理产量分别增加4.9%、5.9%；施钾量为90 kg/hm2时，产量分别增加11.1%、7.3%；施钾量为135 kg/hm2时，产量分别增加8.5%、11.5%。对于秸秆还田处理，当钾肥施用量高于90 kg/hm2后，水稻增产不明显；而对于秸秆不还田处理，当钾肥施用量高于135 kg/hm2后，水稻增产不明显；施钾处理间差异均未达显著水平。

从产量构成因素来看，与不施钾处理相比，施用钾肥对水稻有效穗数、每穗粒数、结实率均有一定促进作用，但差异未达显著水平；施用钾肥对水稻千粒重无明显影响。

图1　不同施钾量对水稻产量的影响

图2　不同处理水稻地上部生物量

表2　秸秆还田对水稻地上部生物量的影响（t/hm2）

由图1可知，秸秆还田处理与不还田处理水稻产量均随施肥量增加呈先上升后下降趋势。钾肥施用量达400 kg/hm2时，产量出现下降趋势。秸秆还田处理不同施钾量平均产量高于秸秆不还田处理，但两者差异未达显著水平，即秸秆还田对增产作用不明显。

2.1.2不同处理对水稻生物量的影响

由图2可知，与不施钾处理相比，施用钾肥能增加水稻各时期地上部生物量，以90～135 kg/hm2用量时生物量相对较大；各施肥处理间差异不显著。

从表2可见，小麦秸秆还田对水稻的生长作用不明显，在水稻最大分蘖期到孕穗期，秸秆还田处理平均生物量均高于秸秆不还田处理；但从扬花期到成熟期，秸秆还田处理平均生物量均低于秸秆不还田处理；各处理间差异均不显著，说明秸秆还田对生物量增长没有明显作用。

2.2不同处理对水稻钾素累积量的影响

从图3可见，水稻生育期内钾素累积量呈先增加后减少的趋势，以扬花灌浆期钾素累积量最高，即水稻的钾吸收高峰期为扬花灌浆期。在秸秆还田处理中，水稻地上部钾素累积量基本趋势为随施钾量的增加而增加；在秸秆不还田处理中，最大分蘖期后施用钾肥均能增加水稻各时期钾素积累量，但各施肥处理间差异不显著，其中施钾量为135 kg/hm2时，钾素累积量最大。

秸秆还田处理平均钾素累积量均高于秸秆不还田处理，但处理间差异不显著。

图3　不同处理水稻地上部钾累积量

2.3水稻生物量与钾累积量的关系

由图4可知，灌浆期之前，秸秆还田处理水稻生物量与钾累积量都高于秸秆不还田处理，且生物量与钾累积量成正相关关系；灌浆期之后，秸秆还田和秸秆不还田中各处理平均水稻生物量和钾累积量基本无差异，即后期秸秆还田对水稻生物量和钾累积量作用不大，且水稻生物量与钾累积量成负相关关系。这可能是由于前期给予了充足的钾营养，有利于后期钾的再利用，导致灌浆期之后水稻生物量增加。

2.4不同施钾量对钾肥利用率的影响

由表3可知，钾肥的农学效率和钾肥偏生产力随着施肥量的增加是逐渐减小的，即在低钾处理时钾肥施用对产量的影响更显著。与不施肥处理相比，在施钾量为90～135 kg/hm2时，收获指数和农学效率均相对较高。秸秆还田处理与不还田处理之间没有显著差异。

由图5可知，秸秆还田与不还田处理钾肥施用量与钾肥偏生产力均呈良好的相关性（R2= 0.9993，R2= 0.9995），钾肥偏生产力随施钾量的增加而降低，说明低钾处理下，钾肥施用对产量的影响更为明显。

表3　钾肥AE、PFP与钾肥施用量的关系

图4　水稻生物量与累积量的关系

图5　水稻施钾量与钾肥偏生产力的关系

3　讨论

3.1不同钾肥施用量对水稻的影响

钾素是水稻不可缺少的重要营养元素之一，钾参与水稻体内多种生理生化过程，对水稻抗病、抗旱等有重要作用。水稻对钾的吸收量高于氮、磷，增施钾肥对水稻的稳产增产具有重要意义［21］。

本试验结果表明，钾肥施用量高于135 kg/hm2后，水稻增产不明显，这与郭九信等［22］研究结果不一致。当施钾量为225 kg/hm2时，钾素累积量较对照增加19.5%，而产量仅增加7.6%，即施用过高的钾会造成水稻对钾的奢侈吸收，但对产量影响不大。这与郭九信等［22］研究结果一致。邹长明等［23］研究也表明，水稻中后期的钾吸收多为奢侈吸收，与稻谷产量无相关性。钾肥用量达400 kg/hm2时，产量出现下降，这可能与钾过量吸收影响了钙镁等离子吸收有关［24］。

从产量构成因素来看，与不施钾相比，施用钾肥对水稻有效穗数、每穗粒数、结实率均有一定的促进作用，但对千粒重无明显影响。钾肥对水稻产量构成的影响不同研究其结论不同。柳金来等［25］认为，施用钾肥对水稻有效穗数有显著促进作用；周正义等［26］则提出，水稻施用钾肥影响有效穗数、结实率及千粒重；而李为国［27］认为，钾肥是通过影响水稻结实率和有效穗数进而影响产量。

与不施钾相比，施用钾肥均能增加水稻各时期地上部生物量，以施钾量90～135 kg/hm2时较高，但各施钾处理间差异不显著。灌浆期之前，水稻生物量与钾累积量成线性正相关关系；灌浆期之后，水稻生物量与钾累积量成线性负相关关系。

在秸秆还田与不还田处理中，不同施钾量均显著影响水稻地上部钾素累积量，水稻生育期内钾素累积量呈先增加后减少的趋势，以扬花灌浆期钾素累积量最高，即水稻的钾吸收高峰期为扬花灌浆期，水稻后期钾素累积量减少可能是由于后期吸钾能力减弱，而雨水对植株的冲刷及根的外泌作用，又导致游离态的钾从植株体内被淋洗丢失［21］。余宗波等［28］研究证明，钾肥偏生产力随施钾量的增加而减小，这与本试验结果一致。

3.2秸秆还田对水稻的影响

秸秆还田可直接补偿土壤潜在的肥力消耗，能够降低土壤容重，提高水稻田耕层土壤孔隙度，提高土壤团聚体和微团聚体的含量，增强土壤蓄水保水性能，起到增强粘质土的通透性、疏松土壤等作用［19］。同时，秸秆还田使土粒破裂系数降低，增加了土壤微结构系数，具有明显改良土壤的作用［29］。而且小麦秸秆还田对水稻品质有改良作用，等量施肥下，与小麦秸秆不还田处理对比，秸秆还田处理水稻熟相好，籽粒饱满，腹白变小，稻米透明度高，整精米率提高2个百分点，腹白率减小5个百分点。

小麦秸秆还田对水稻的生长有促进作用，水稻最大分蘖期后，秸秆还田处理平均生物量、钾素累积量均高于秸秆不还田处理。水稻种植前期，由于小麦秸秆经水泡后发酵，会分解产生一些有害物质，对水稻的生长产生不利影响。但由于夏季温度高，秸秆发酵快，1周左右即可腐烂，之后对水稻生长开始起促进作用。但是整体作用不明显。

4　结论

与不施钾相比，施用钾肥可增加水稻产量、生物量，但钾肥施用量过高时，对水稻增产有抑制作用。施用钾肥主要是通过影响水稻有效穗数、每穗粒数、结实率进而影响水稻产量。施钾量为90 kg/hm2和135 kg/ hm2时，产量分别增加7.3%、11.5%，且此时钾肥利用效率较高；当施钾量超过225 kg/hm2时，水稻生育期内对钾有明显奢侈吸收现象，对产量无明显影响，与不施钾处理相比只增产7.6%。由此可见，苏北缺钾地区施钾量以90～135 kg/hm2为宜。水稻种植前期，小麦秸秆还田对水稻的生长会产生不利影响，但随秸秆的发酵利用，对水稻的产量、后期生长发育有促进作用，但作用不明显。

参考文献

［1］高辉，张洪程，冯加根.江苏粮食安全问题的目标定位与对策［J］.农业现代化研究，2007，28（3）：271-274.

［2］章秀福，王丹英，方福平，等.中国粮食安全和水稻生产［J］.农业现代化研究，2005，26（2）：85-88.

［3］王明香，聂俊华，张华芳.钾素营养研究进展［J］.云南农业大学学报，2000，15（4）：356-358.

［4］朱培立，王家骧.稻麦轮作制中的钾肥运筹效益［J］.江苏农业学报，2000，16（2）：105-110.

［5］李宝刚，谭超，何容信.化肥对环境的污染及其防治［J］.现代农业科技，2009（4）：193-194.

［6］张富锁.我国肥料产业与科学施肥战略研究报告［M］.北京：中国农业大学出版社，2008.

［7］王静康，郝红勋，谢闻.中国钾肥产业的过去，现在和未来［C］.国际钾肥博览会论文集.北京：中国无机盐工业协会钾盐分会，2008：148-154.

［8］Prud H M. Global fertilizers and raw materials supply and supply/ demand balances［J］. IFA Production and Trade，Paris，France，2008.

［9］Kaiser W M. Correlation between changes in photosynthetic activity and changes in total protoplast volume in leaf tissue from hygromeso and xerophytes under osmotic stress［J］. Planta，1982，154（6）：538-545.

［10］杨建，魏春燕，武微，等.钾对水稻生长发育及生理功能影响分析［J］.吉林农业科学，2009，33（6）：46-47.

［11］汪邓民，周冀衡，朱显灵.干旱胁迫下钾对烤烟生长及抗旱性的生理调节［J］.中国烟草科学，1998，19（3）：26-29.

［12］沈荷芳.温黄平原稻田土壤钾素的变化及培肥措施探讨［J］.浙江农业科学，1998（2）：75-77.

［13］宋新宇，郎一环.多途径解决我国钾盐资源紧缺的对策探讨［J］.地质与勘探，1998，34（6）：10-13.

［14］白由路.高价格下我国钾肥的应变策略［J］.中国土壤与肥料，2009（3）：1-4.

［15］刘荣乐，金继运，吴荣贵，等.我国北方土壤—作物系统内钾素循环特征及秸秆还田与施钾肥的影响［J］.植物营养与肥料学报，2000，6（2）：123-132.

［16］钟杭，张勇勇，林潮澜，等.麦稻秸秆全量整草免耕还田方法和效果［J］.土壤肥料，2003（3）：34-37.

［17］Lal R. World crop residues production and implications of its use as a biofuel［J］. Environment International，2005，31: 575-584.

［18］吴家旺，朱小梅，薛良鹏，等.秸秆还田对稻麦产量的影响研究进展［J］.现代农业科技，2012（23）：92-92.

［19］马永良，师宏奎，张书奎，等.玉米秸秆整株全量还田土壤理化性状的变化及其对后茬小麦生长的影响［J］.中国农业大学学报，2003（S1）：42-46.

［20］洪春来，魏幼璋，黄锦法，等.秸秆全量直接还田对土壤肥力及农田生态环境的影响研究［J］.浙江大学学报：农业与生命科学版，2003，29（6）：627-633.

［21］张相林，姜福臣.水稻吸钾规律与钾素平衡的研究［J］.东北农业大学学报，1994，25（4）：319-327.

［22］郭九信，冯绪猛，胡香玉，等.氮肥用量及钾肥施用对稻麦周年产量及效益的影响［J］.作物学报，2013，39（12）：2 262-2 271.

［23］邹长明，秦道珠.水稻的氮磷钾养分吸收特性及其与产量的关系［J］.南京农业大学学报，2002，25（4）：6-10.

［24］晋艳，雷永和.烟草中钾钙镁相互关系研究初报［J］.云南农业科技，1999（3）：6-9.

［25］柳金来，宋继娟，周柏明，等.钾肥施用量与土壤肥力和植株养分及水稻产量的关系［J］.土壤肥料，2003（2）：21-23.

［26］周正义，印天寿.钾肥对水稻抗逆和增产的效果［J］.安徽农业科学，1996，24（1）：2024.

［27］李卫国.钾肥对水稻产量及其构成因素的影响［J］.山西大学学报：自然科学版，2002，25（3）：263-264.

［28］余宗波，邹娟，鲁剑巍，等.湖北省小麦施钾效果及钾利用效率研究［J］.湖北农业科学，2011，50（8）：1 526-1 529.

［29］Sen D，Chen E F，Xu X C，et al. Effect of organic manure application on physcal properties andhumus characteristics of paddy soil［J］. Pedosphere，1994，4（2）：127-135.

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

中图分类号：S511.062

文献标识码：B

文章编号：1006-8082（2016）03-0034-06

收稿日期：2015-12-27

基金项目：“十二五”农村领域国家科技计划课题（2012BAD15B05-03）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（2014ZX07201011）；吉林省科技引导计划（20150412004XH）