栽插方式和钾肥水平对杂交籼稻氮钾吸收、转运及钾肥利用率的影响

孙加威，杨志远，孙永健，罗运芬，汤云川，马 均*

（1.四川农业大学水稻研究所/作物生理生态及栽培四川省重点实验室，成都 611130；2.成都市农业技术推广总站，成都 610041；3.成都市新都区农业技术服务中心，四川新都 610500；4.成都市农林科学院作物研究所，成都 611130）

钾肥对水稻而言不可或缺，在提高水稻产量[1]、抗倒伏性[2]的同时还能改善稻米的品质[3]，保持土壤钾素平衡[4]，提高土壤供钾能力[5]，对水稻高产、稳产有重要意义。前人研究发现，与氮肥不同，钾肥在土壤中的移动性小，相对于氮肥，钾肥的损失较少[6]，但不合理的施钾同样会导致肥料的浪费。研究表明：施钾能提高水稻群体吸钾量[7]，孕穗期为水稻的吸钾高峰时期，吸钾量最大[8]，钾肥分次施用较全部作为底肥施用，能显著提高拔节至抽穗的吸钾量和百分比，并能提高钾素的利用效率[9]，此外钾素对水稻其他养分的吸收利用也有显著影响，有研究表明水稻植株氮含量与钾肥施用量呈极显著负相关[10]。长久以来我国水稻生产中存在着偏施氮肥，少施甚至不施钾肥的误区，这导致了我国近年来部分土壤中钾素缺失且难以得到补充[11]，此外氮、磷肥的施用还会进一步加剧土壤中钾素的消耗[12]。

目前我国水稻生产处于转变生产方式的时期，提高生产效率，节省劳动成本是转型期水稻生产追求的目标，机械化的栽插方式因为省工、省时、高效率被大面积推广应用[13]。机插稻和手插稻在生长发育[14]、产量形成[15]上存在明显的差异，前人对手插条件下钾肥的施用量和施用比例有很多研究，但钾肥对机插稻在肥料吸收利用上的影响研究少见报道，为此本研究对比研究了机插和手插稻在不同施钾量下对氮、钾肥料的吸收利用，探索机插稻钾肥的最佳用量，以期为水稻在不同栽插方式下钾肥的合理施用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于成都市温江区四川农业大学试验地进行。供试品种为杂交籼稻F 优498。前作大蒜，土壤基础肥力为：有机质19.3 g/kg，全氮1.78 g/kg，速效氮131.6 mg/kg，速效钾 129.5 mg/kg，速效磷 62.7 mg/kg。采用两因素裂区试验设计，栽插方式为主区。设两者不同在栽插方式：机插秧（T1）和手插秧（T2），其中手插秧采用旱育秧，机插秧使用毯状盘育秧；设5 个不同的施钾量（K2O）为副区：施钾量0 kg/hm（2K0）、60 kg/hm（2K1）、120 kg/hm（2K2）、180 kg/hm（2K3）和240 kg/hm（2K4），钾肥施用比例为基肥∶穂肥=3∶7，共2×5=10 个处理，3 次重复。不同育插秧方式均在 3月25日播种，5月8日移栽，不同栽插方式的株行距保持一致，均为30 cm×16 cm，手插每穴单株，机插平均每穴3.2 株，两种栽插方式及苗数均为当地生产上最佳的栽培方式[16-17]。氮肥（N）用量均为180 kg/hm2，P2O5用量为90 kg/hm2，其中氮肥施用比例为：基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥=3∶3∶2∶2，磷肥全部作底肥一次性施用。小区长5 m。宽3.3 m，小区间筑埂用塑料薄膜包裹，防止串水串肥。其他田间管理按大面积生产田进行，各小区间保持一致。

1.2 测定项目与方法

分别于拔节期、齐穗期和成熟期每小区按平均茎蘖数取样3 穴。分开茎鞘、叶片和穗，经杀青、烘干至恒重后，称重计算干物质积累量。将烘干称重后的样品用高速粉碎机粉碎、过筛（80 目）后保存，用FOSS 8400 半微量凯氏定氮仪测氮，火焰光度法测钾。相关参数计算参考王强盛的方法计算[7，9]：

器官吸氮（钾）量（Organ nitrogen/potassium accumulation，kg/hm2）=单位面积器官干物重×器官含氮（钾）量；

总吸氮（钾）量（Total K/N accumulation，kg/hm2）=茎秆吸氮（钾）量+叶片吸氮（钾）量+穗部吸氮（钾）量；

茎鞘（叶片）氮素（钾素）转运量（kg/hm2）=齐穗期茎鞘（叶片）氮（钾）含量-成熟时茎鞘（叶片）氮（钾）含量；

茎鞘（叶片）氮素（钾素）转运率（%）=(齐穗期茎鞘（叶片）氮（钾）含量-成熟时茎鞘（叶片）氮（钾）含量)/齐穗期茎鞘（叶片）氮（钾）含量×100%；

氮（钾）素收获指数（Nitrogen/Potassium harvest index，%）=成熟期穗部吸氮（钾）量/成熟期地上部分总吸氮（钾）量×100%；

百千克籽粒吸氮（钾）量（K/N absorption of 100-kg seeds，kg）=植株总吸氮（钾）量/稻谷产量×100；

钾肥偏生产力（Partial factor productivity of applied K，PFPK，kg/kg）=施钾区产量/施钾量；

钾肥贡献率（K contribution rate，KCR，%）=（施钾区产量-不施钾区产量）/施钾区产量×100；

钾肥农学利用率（K agronomic efficiency，KAE，kg/kg）=（施钾区产量-不施钾区产量）/施钾量；

钾肥吸收利用率（K recovery efficiency，KRE，%）=（施钾区植株总吸钾量-不施钾区植株总吸钾量）/施钾量×100%；

钾肥生理利用率（K physiological efficiency，KPE，kg/kg）=（施钾区产量-不施钾区产量）/（施钾区植株总吸钾量-不施钾区植株总吸钾量）。

1.3 数据分析

使用DPS6.55 软件处理系统Microsoft Excel 2013 分析数据，采用LSD 法进行显著性测验。

2 结果与分析

2.1 两种栽插方式下钾肥水平对水稻植株氮钾素积累的影响

由表1可见，在拔节期各器官氮积累量以机插处理显著高于手插处理，这可能与机插稻在拔节期的分蘖数量更大有关；在齐穗期不同栽植方式间茎鞘氮含量差异不显著，穗部氮含量以手插处理显著高于机插处理；成熟期两者在茎鞘和穗部氮含量差异均不显著。从不同施钾量来看，在拔节期，不同栽植方式下各器官氮含量均随施钾量的增加先提高后降低，其中机插稻K4 处理各器官氮含量均显著高于K0处理，手插稻以K2 处理最高，但在K4 处理下氮含量低于K0 处理。表明基肥中施钾过多（＞180 kg/hm2）会显著降低手插稻在拔节期叶鞘和叶片中氮素的积累；在齐穗期，不同栽植方式的茎鞘、叶片氮含量均表现为随施钾量的增加先提高后降低的趋势；成熟期机插稻K0 处理茎鞘氮含量显著高于K4 处理，但穗部氮含量以K0 处理最低。手插稻茎鞘氮含量变现为随施钾量的增加先增后减，穗部氮含量以K4处理最低。

表1 在不同钾肥水平对机插稻对氮素吸收的影响Table 1 Effects of machine transplanting rice with different potassium application levels on nitrogen accumulation kg·hm-2

表2 在不同钾肥水平对机插稻对钾素吸收的影响Table 2 Effects of machine transplanting rice with different potassium application levels on potassium accumulation kg·hm-2

由表2可见，与氮素积累相同，机插稻前期群体优势明显，拔节期植株的钾积累量显著高于手插稻；在齐穗期和成熟期，茎鞘、穗部钾含量机插稻则显著低于手插稻。从不同施钾量来看，机插稻在拔节期叶鞘钾含量随施钾量的增加先增加后降低，以K3 处理最高；齐穗期的茎鞘、上三叶、穗部及成熟期茎鞘、叶片、穗部钾含量同样表现出这一趋势；手插稻在拔节期叶鞘及齐穗期茎鞘、上三叶钾含量随施钾量的增加而增加。成熟期茎鞘和穗部钾含量随施钾量的提高先增加后减少，以K3 处理最高。

为探究不同栽插方式在各时期对于氮、钾总吸收量的差异，对各时期不同施钾量下氮、钾吸收总量的关系进行拟合：

通过拟合2 种栽插方式在5 个钾肥水平下（X），各时期氮素（Y1）积累总量的二次曲线表明：

机插稻：Y1=-0.014 62X2+1.188 4X+76.632（拔节期，R2=0.869 98**）；Y1=-0.001 38X2+0.474 59X+177.55（齐穗期，R2=0.899 28**）；Y1=-0.001 36X2+0.365 9X+223.56（成熟期，R2=0.784 11**）；

手插稻：Y1=-0.007 34X2+0.461 7X+73.285（拔节期，R2=0.809 82**）；Y1=-0.001 68X2+0.482 09X+179.11（齐穗期，R2=0.859 21**）；Y1=-0.001 24X2+0.278 67X+232.45（成熟期，R2=0.852 30**）。

通过拟合2 种栽插方式在5 个钾肥水平下（X），各时期钾素（Y2）积累总量的二次曲线表明，

机插稻：Y2=-0.009 39X2+0.938 01X+62.922（拔节期，R2=0.886 92**）；Y2=-0.001 54X2+0.543 73X+161.29（齐穗期，R2=0.877 47**）；Y2=-0.002 22X2+0.735 81X+183.94（成熟期，R2=0.899 04**）；

手插稻：Y2=-0.002 82X2+0.383 24X+53.886（拔节期，R2=0.868 49**）；Y2=-0.014 3X2+0.561 13X+165.61（齐穗期，R2=0.869 85**）；Y2=-0.002 08X2+0.747 81X+186.02（成熟期，R2=0.893 03**）。

分析拟合结果可见：

机插稻和手插稻在各时期总吸氮量、总吸钾量均随施钾量的增加先增加后减少。拔节期总吸氮量和总吸钾量均表现为手插稻低于机插稻。原因可能是机插稻群体起点高（基本苗平均每穴3.2 苗），拔节前群体数量增加的速度快，而手插稻群体起点低（每穴单苗），拔节前群体增加相对缓慢导致的。但在齐穗期和成熟期总吸氮量、总吸钾量间无明显差异。原因可能是在后期手插稻个体素质提升后，群体生物量增加导致的。不同栽插方式下，各时期机插稻达到理论最高吸氮量的理论施钾量均高于手插稻（拔节期：40.6＞31.5 kg/hm2，齐穗期：172.0＞143.5 kg/hm2，成熟期134.5＞112.4 kg/hm2），即机插稻在更高的施钾量条件下能吸收更多的氮素；而各时期机插稻达到理论最高吸钾量的施钾量低于手插稻（拔节期：49.9＜68.0 kg/hm2，齐穗期：176.5＜196.2 kg/hm2，成熟期165.7＜179.8 kg/hm2），齐穗期及成熟期在更高的施钾量下，机插稻对钾素的吸收不如手插稻。

由图1可见，不同栽插方式在各阶段氮、钾积累比例表现为：拔节期到齐穗期＞拔节前＞齐穗后。机插稻在拔节前氮（38.14%）、钾（34.96%）积累比例均高于手插稻（31.62%、27.04%），而在拔节期到齐穗期氮（47.72%）、钾（51.30%）积累比例均低于手插稻（52.30%、60.53%）。齐穗期到成熟期氮素积累量以机插稻（14.10%）低于手插稻（16.08%），钾素积累量则以机插稻（13.76%）高于插稻（12.46%）。施钾肥有利于提高机插稻在拔节前的氮、钾积累比例，但降低了拔节期到齐穗期的吸钾比例。对手插稻而言，施钾量在120～240 kg/hm2时，降低了拔节前钾素积累比例。施钾肥能提高手插稻拔节期到齐穗期的氮、钾吸收比例。齐穗后不同栽插方式氮素积累比例随施钾量的提高呈逐渐降低而后略有增加的趋势。钾素积累在施钾量为60～240 kg/hm2时表现为先增加后降低，均以施钾量为120 kg/hm2时积累比例最高。

2.2 栽插方式和钾肥水平对齐穗后水稻茎鞘和叶片氮钾转运的影响

图1 不同栽插方式和钾肥水平对各阶段氮、钾积累比例的影响Figure 1 Effects of different Transplanting method and potassium application treatments on nitrogen and potassium absorption percentage

由表3可见，齐穗后不同栽植方式间茎鞘和叶片氮素转运量和转运率差异不显著。不同栽植方式在齐穗后茎鞘和叶片氮素转运量和转运率均呈随施钾量的提高先增加后降低的趋势，说明过高的施钾量不利于齐穗后茎鞘和叶片氮素的转运。机插稻和手插稻齐穗后茎鞘中的钾素转运量和转运率均表现为负值，说明还有转入现象。不同栽植方式齐穗后钾素转入茎鞘中的量均表现为随施钾量的增加先增加后减少的趋势，均以K2 处理最大，不同栽植方式间茎鞘钾素转运率也以K2 处理最低。在齐穗后机插稻叶片中钾素的转运量和转运率机插稻低于手插稻均为正值，说明齐穗后钾素的转运主要来自于叶片的转运。

表3 不同钾肥水平对机插稻氮钾转运的影响Table 3 Effects of different potassium application levels treatments with machine transplanting rice on nitrogen and potassium translocation

2.3 栽插方式和钾肥水平对钾素利用效率的影响

由表4可见，栽插方式对百千克籽粒吸氮量（NRG）、百千克籽粒吸钾量（KRG）、氮素收获指数（NHI）无显著影响。机插稻钾素收获指数（KHI）显著低于手插稻，机插稻籽粒钾素所占比重低于手插稻籽粒。机插产量显著低于手插稻，钾肥水平对手插稻产量影响不显著，对机插稻影响显著，在施钾量为180 kg/hm2时机插稻产量最高。钾肥农学利用率（KAE）、钾肥生理利用率（KPE）、钾肥贡献率（KCR）则以机插处理显著高于手插处理，表明机插稻对钾肥的利用效率高于手插稻。钾肥吸收利用率（KRE）则以手插稻显著高于机插稻，原因可能在于高钾水平下（施钾量≥180 kg/hm2），机插稻对钾肥的吸收明显下降所致（Y2=-0.002 22X2+0.735 81X+183.94，R2=0.899 04**）。从不同施钾量来看，机插处理中NRG、KRG 均表现为随施钾量的增加先增加后降低，以K2 处理最高，NHI 以施钾处理显著高于不施钾处理，但施钾处理间差异不显著，施钾能显著降低机插稻KHI。机插稻 KAE、KPE、KCR 均表现为随施钾量的增加先增加后降低，其中机插稻KCR 以K3 处理最高为2.0%，KRE 以K2 处理最高为51.8%；施钾降低了手插稻的KHI 和NHI，表明相较于机插稻，施钾能降低手插稻籽粒中氮素的积累比例。手插处理中在施钾量为120 kg/hm2时KAE、KPE 出现显著下降，原因可能是施钾对产量的提高幅度偏小所致。

3 讨论

3.1 栽插方式和钾肥水平对水稻氮钾吸收的影响

刘利等[18]的研究表明在拔节期机插稻和手插稻间氮素积累量差异不显著，齐穗期机插稻氮积累量低于手插稻。本研究表明：在拔节期氮、钾的吸收量均以手插稻显著低于机插稻，但在齐穗期、成熟期两者无显著差异。这可能是由于机插稻和手插稻的群体的基数不同，生物量积累和发展速度不同导致的。本研究还表明，机插稻和手插稻在齐穗后氮钾积累比例表现一致，两者差异主要表现在拔节前、拔节期到齐穗期，这可能由于前期机插稻群体生物量高于手插稻，对钾素的吸收有明显优势，后期手插稻单茎素质[19]提高后群体对钾素吸收能力提高造成的。前人研究表明水稻对氮、钾的吸收存在互作效应[20-21]，钾肥施用过量会导致水稻对氮素吸收和积累量降低[9，22]，这与本研究一致。

表4 不同钾肥水平对机插稻钾素利用效率的影响Table 4 Effects of different potassium application levels treatments with machine transplanting rice on potassium use efficiency

3.2 栽插方式和钾肥水平对水稻氮钾转运的影响

前人研究表明，机插稻茎鞘和叶片的氮素转运量、表观转运率低于手插稻[18]。本研究认为，两种栽植方式在叶片和茎鞘的氮素转运上两者无显著差异，而在齐穗后叶片中钾素的转运量和转运率机插稻低于手插稻，且有随施钾量的提高而增加的趋势。前人对于水稻茎鞘钾素的转运的研究存在争议，李木英的研究认为抽穗后茎秆中的钾素表现为输出[23]。姜照伟的研究也表明抽穗后叶片有部分钾素被转运到水稻的穗部、茎鞘[22]。侯云鹏、王强盛等[25，7]的研究则表明钾素在后期被转运出茎鞘。本研究中，在齐穗期、成熟期茎鞘钾素占比均为水稻各器官中最高，且在成熟期水稻茎鞘钾含量百分比高于齐穗期，齐穗后茎鞘钾素吸收量大于茎鞘钾素转出量，说明齐穗后茎鞘钾素不仅没有输出，而且尚有部分钾素被转运入茎鞘，齐穗后钾素的转运主要来自于叶片。

3.3 栽插方式和钾肥水平对水稻钾肥利用效率的影响

钾素对水稻氮素的吸收利用也有显著影响，前人的研究表明：机插粳稻的百千克籽粒吸氮量显著低于手插粳稻[26]。本研究中机插稻和手插稻的百千克籽粒吸氮/钾量均无显著差异，这可能与水稻品种有关。施钾有利于水稻百千克籽粒吸钾量的提高，这与董作珍等[28]的研究结果一致。A.Islam 等[27]的研究指出水稻对土壤中的氮素利用效率随施钾水平的增加而降低，王强盛等[7]的研究表明：钾肥的KCR、KAE随施钾量的增加先增加后降低，这与本研究一致，不过，不同钾肥水平对机插稻钾肥贡献率影响比手插稻更为显著。本研究也表明，机插稻的钾肥吸收利用率显著低于手插稻，原因可能与两种栽插方式的生长发育特性有关，机插稻在前期生长较快、群体较大，而手插稻后发优势更明显，水稻植株对钾素的吸收前期较少，大量的吸收表现在拔节以后，故提高了手插稻对钾素的吸收和利用。但机插水稻钾肥的 KCR、KAE、KPE 分别比手插稻高 3.2、3.1、3.0 倍，这表明机插稻对施钾的利用效率更高。

4 结论

本研究表明，在氮、钾吸收利用上机插稻与手插稻有其自身的特点：机插稻栽插单穴基本苗数量大（3.2 苗/穴）导致机插稻前期分蘖量、生物总量多、氮钾吸收量、吸收比例高于手插稻，随着生育进程的推进，手插稻单茎素质提高，手插稻群体氮、钾含量与机插稻群体间差异缩小，相较于手插稻，拔节期后机插稻氮钾吸收量、吸收比例低偏低，齐穗后有更多的钾素转运至茎鞘，至成熟期两者氮钾含量、干物质总量差异进一步缩小。在肥料利用方面，钾肥水平对机插稻影响更为显著[17]，其钾肥生理利用率、钾肥农学利用率、钾肥贡献率均显著高于手插稻，但高钾肥水平不利于机插稻对钾肥的吸收，导致机插稻钾肥吸收利用率低于手插稻。