减氮增钾对水稻产量品质和土壤肥力的影响

汪帆　胡大鹏　郑玉涛　钟宇帆　姚宇阗

摘要：为减少氮肥用量，明确减氮增钾对土壤肥力和水稻产量品质的影响，以水稻为材料，采用大田试验，设置了5个处理：空白对照，不施肥（CK）；常规施肥（T1）；减氮20%+氯化钾肥（T2）；减氮20% （缓释氮肥）+氯化钾肥（T3）；减氮35% （缓释氮肥）+氯化钾肥（T4）。结果表明：与CK相比，各生长期T4处理水稻分蘖数均显著增加。在拔节期，施肥处理后的水稻生物量显著高于CK组。在成熟期，T4处理水稻株高显著高于CK处理12.43%。从作物产量及其构成来看，T4处理水稻单位面积穗数最高，分别显著高于CK、T1处理44.36%、10.44%，T3、T4处理水稻单产较CK增幅分别为25.97%、19.39%。从作物外形和品質来看，减氮增钾肥处理稻米的垩白粒率显著低于CK、T1处理，其中T3处理稻米黏度和平衡度均显著高于CK组，且与T1处理相比，T3处理稻米平衡度明显提高了6%。从土壤理化性质来看，T3、T4处理土壤速效钾含量较T1处理显著提高，涨幅分别为29.40%、25.37%。综合来看，以减氮处理（缓释氮肥）+氯化钾肥方案效果最佳，可为水稻化学肥料减施技术模式的建立提供重要依据。

关键词：减氮增钾；水稻产量；稻米品质；土壤肥力

中图分类号：S513.06文献标志码：A文章编号：1002-1302（2023）17-0086-05

水稻是我国最重要的主粮作物之一，种植面积约占我国粮食总面积的1/3，居于世界第二，产量高达我国粮食总产量的1/2，位于世界第一；水稻高产、稳产有利于当地农业经济的发展，对我国粮食安全的保障具有深远的战略意义［1］。江苏是水稻种植大省，近年来，为提高水稻的产量，氮肥被大量应用于农田，研究表明我国稻田单季氮肥用量平均为180 kg/hm2，比世界平均用量高75%左右［2］。过高的氮肥投入却大大降低了本身的利用率，浪费了资源，增加了作物对土壤钾素的消耗量，且未被吸收的氮素会流失造成水体硝酸盐氮累积导致富营养化，直接或间接地破坏了稻田的生态系统［3-5］。减少氮肥施用，根据作物的需肥规律科学增施钾肥是实现作物高产、肥料高效利用、生态和谐发展的必由之路［6-7］。

钾元素是植物生长过程中必需的三大营养元素之一，在提高农作物产量和品质方面起着至关重要的作用［8-10］。在我国大多数耕地土壤中，钾元素普遍较少，速效钾<50 mg/kg（严重缺钾）的土壤和速效钾为50～70 mg/kg（一般缺钾）的土壤共计超过了2 000万hm2，约占全国耕地总面积的1/4［11］。研究表明，K+在作物生长发育中能够维持离子平衡，施加钾肥有效补充了土壤中K+的含量，调节稳定Na+/K+比，从而促进作物对K+的吸收，缓解氮素过多、钾元素缺乏造成的不良影响［12］。

目前，国内在水稻种植上的研究仍以传统方式——大量施用氮肥为主［13］，如何结合作物营养的需求，在减少氮的基础上通过缓释作用配施钾肥对水稻生产上的响应和作用鲜有报道。本研究主要探索在氮肥减用的前提下，增加钾肥施用量对水稻产量、品质及土壤肥力的影响，以进一步明确减氮增钾施肥处理的后效性，旨在为节约氮肥配施钾肥使水稻增产增效的技术模式建立提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验于2021年6—11月在江苏省盐城市射阳县千秋镇进行。试验地点位于江苏省偏北部沿海地区，紧邻黄海，项目区属于射阳县滩涂区域，位于丫头港农场范围内，以小麦—水稻为主要种植模式。试验前农田耕层（0～20 cm）土壤地力中等（表1），土壤类型为沙质黏土。选取生产上大面积种植的水稻，前茬作物为小麦。供试肥料为尿素（含N 46%）、磷酸氢二铵（含N 18%、P2O5 46%）、氯化钾（含K2O 58%）以及平衡肥（N、P2O5、K2O含量均为15%）、缓释氮肥（含N 35%，代替同等氮肥量尿素）。

1.2 试验设计

试验采取随机区组设计，共5个处理：空白对照，不施肥（CK）；常规施肥（T1）；减氮20%+氯化钾肥（T2）；减氮20% （缓释氮肥）+氯化钾肥（T3）；减氮35% （缓释氮肥）+氯化钾肥（T4），每个处理3次重复，施肥种类及施肥量梯度见表2。水稻于2020年6月13日开始插秧，使用机插秧种植模式，穴数33.3万/hm2，小区面积为50 m2。其他田间管理措施按当地高产要求进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 分蘖数与株高调查 每小区选择 3个具有代表性的观测点，分别于水稻分蘖中期、拔节期、抽穗期、成熟期调查水稻分蘖数。

1.3.2 生物量 于水稻拔节期、抽穗期、成熟期每小区选取生长均匀且代表性的植株3穴，样品在105 ℃恒温下杀青30 min，转至75 ℃烘干至恒质量后测定植株生物量。

1.3.3 产量及构成 参照《农业气象观测规范》［14］分小区于水稻收获期测定单位面积穗数、穗实粒数、千粒质量，并测定产量。

1.3.4 稻米品质 于成熟期水稻收获后置于阴凉干燥处风干后用于品质测定，采用JMWT12大米外观品质检查仪测定垩白粒率、垩白度，参照NY/T 83—2017《米质测定方法》测定稻米糙米率、精米率等加工指标［15］；稻米（整精米与水1 ∶1.3）煮熟后通过米饭食味仪测定硬度、黏度、平衡度、食味值等食味相关指标。

1.3.5 土壤理化性质 于水稻成熟期采用5点取样法对每个小区采集耕层0～20 cm土壤样品，将样品自然风干研磨过筛测定土壤有机质（重铬酸钾-外加热法）、全氮（凯氏定氮法）、碱解氮（碱解扩散法）、有效磷（NaHCO3-浸提钼锑钪比色法）、速效钾（NH4OAC-浸提火焰光度法）、全磷（HClO4-H2SO4法）、全钾（火焰光度计法）含量［16］。

1.4 数据统计分析

试验数据采取DPS数据系统进行单因素统计分析，用 Duncan＇s 新复极差法（α=0.05）进行数据多重比较，并用Microsoft Excel 2010 进行数据分析并作图。

2 结果与分析

2.1 减氮增钾对水稻分蘖和株高的影响

水稻的分孽可保证有效穗数，从而提高作物单产。由表3可以看出，经过T1、T4处理后不同时期的水稻分蘖数与CK相比都显著增加。在分蘖中期，T1、T4处理后水稻分蘖数分别显著高于CK处理36.19%、28.10%；在拔节期，除T2处理之外，其他施肥处理水稻分蘖数和CK都有显著差异；在抽穗期，T4处理水稻分蘖数最多，且与CK存在着极显著差异；在成熟期，水稻分蘖数从大到小顺序依次为T4>T3>T1>T2>CK，说明在减少氮肥施用时，通过增施钾肥可以有效地保障水稻的基本分蘖数。

株高是植物形态学调查工作中最基本的指标之一。由图1可知，T1、T4处理水稻株高与CK差异显著，且分别显著高于CK 10.79%、12.43%，各施肥处理间水稻的株高无显著差异。

2.2 减氮增钾对水稻生物量的影响

生物量是衡量植物有机物积累、营养成分多寡的一个重要指标。由表4可以看出，在拔节期，与CK相较，施肥处理后的水稻生物量显著提高；在抽穗期和成熟期，各处理间水稻生物量无显著性差异。

2.3 减氮增钾对水稻产量及其构成的影响

水稻产量由单位面积穗数、穗实粒数和千粒质量等构成。由表5可以看出，施肥处理后单位面积穗数显著提高，其中T4处理水稻单位面积穗数最高，分别显著高于CK、T1、T2处理44.36%、10.44%、21.15%。与CK相比， T1、T2处理穗实粒数显著增加，但各处理间千粒质量无明显差异。减氮增钾施肥处理显著增加了水稻的产量，相较CK处理，T2、T3、T4处理水稻单产增幅分别为25.73%、25.97%、19.39%，施肥处理间水稻单产量差异不显著。

2.4 减氮增钾对稻米品质的影响

垩白度为稻米外观品质的重要指标之一。由表6可知，减氮增钾处理稻米的垩白粒率显著低于CK、T1处理。T4处理稻米垩白度最低，与其他处理均差异显著。T1处理水稻的糙米率显著高于减氮增钾肥处理。与CK相比，施肥处理水稻的精米率都显著提升，其中T1、T2、T3处理间水稻的精米率无显著性差异。

食味值、黏度、平衡度等是稻米食味相关品质的重要指标。由表7可知，T1、T2、T4处理稻米食味值较CK都有一定程度的提高，但与T1处理差异不明显。外观来看，T3处理稻米最佳，且显著好于其他处理。从稻米硬度来看，各处理间无显著性差异。T3处理稻米黏度和平衡度均显著高于CK组，且与T1处理相比，T3处理稻米平衡度显著提升了6%。

2.5 减氮增钾对稻田土壤质量的影响

施肥处理改变了土壤的理化性质。由表8可知，各处理间土壤有机质、碱解氮、有效磷、全磷和全钾含量均无明显差异。与CK相比，施肥处理后土壤全氮含量显著增加，其中T1处理土壤全氮含量最高。与T1处理相比，T3、T4处理土壤速效钾含量显著提高，涨幅分别为29.40%、25.37%。

3 讨论

大量施用氮肥会对植株产生胁迫压力，抑制作物分蘖和根系生长。董桂春等研究表明，当供氮浓度提高到42 mg/kg时，水稻总根长、总根表面积和总根体积均随供氮浓度的提升而降低［17］。张国发等认为，施钾有利于促进水稻对氮肥和磷肥的吸收利用，促进水稻的株高和养分吸收，有利于作物的分蘖和生长［18］，本研究结果与之相似。在本研究中，各生长期减氮35%（缓释氮肥）+氯化钾肥（T4）处理的水稻分蘖数显著多于CK处理；在拔节期，减氮20%（缓释氮肥）+氯化钾肥（T3）处理后水稻生物量值最大，显著高于CK，与其他施肥处理差异不显著，在抽穗期和成熟期，各处理差异不显著。可见，在氮肥减少的情况下，增施钾肥作物的生长情况与常规大量施用氮肥无明显区别。

氮肥过多会导致作物旺长、抗逆性下降，易感染病害，影响作物的产量和品质。而钾元素被公认为“品质元素”，施用钾肥有助于提升作物对氮肥的利用效率、提高植物抗逆性等［19］。本研究发现，相较常规施肥处理，在减施20%氮肥的基础上增施钾肥，水稻仍能实现近2%的增产，且T4处理水稻单位面积穗数最高，分别显著高于CK、T1处理44.36%、10.44%。从稻米外观和作物品质来看，减氮增钾处理稻米的垩白粒率和糙米率都显著低于CK、T1處理，其中T3处理稻米外观最佳，其稻米黏度和平衡度均显著高于CK组，且与T1处理相比，T3处理稻米平衡度明显提升了6%，这与郭鑫年等的研究结果［20］一致，适宜的钾素供应水平有利于水稻结实率和收获穗数的增加，进一步提高水稻的产量和品质。

提高土壤肥力是提升作物可持续生产力的关键因素，土壤中钾元素的供应会影响作物籽粒营养素的相对含量以及干物质积累量，进而影响产量［21-22］。袁国印等研究表明，土壤速效钾含量对作物的产量影响极其显著［23］。陈奇乐研究表明，氮磷钾配方施用处理坝上草地土壤全氮、速效钾含量分别显著提高33.83%和21.52%［24］，可见氮磷钾肥配施能显著提高土壤的肥力，改善土壤环境，本研究结果与之一致。在本研究中，T3、T4处理土壤速效钾含量分别显著高于T1处理29.40%、25.37%，说明在减少氮肥的基础上增施钾肥可以改善土壤的理化性质，进而实现作物的稳产和增产，为化学氮肥的减量施用提供技术支持。

4 结论

（1）减氮增钾会显著提高各时期水稻的分蘖数，减氮35%（缓释氮肥）+氯化钾肥处理水稻的生物量和株高值明显增加，有利于水稻的生长。（2）减氮增钾后水稻的产量和品质明显提升，其中减氮20%（缓释氮肥）+氯化钾肥处理效果最佳。（3）减氮增钾处理土壤速效钾含量显著提高，有效改善了土壤肥力，维持了土壤的可持续生产力。

总之，在实际生产中，减少氮肥配施钾肥处理可有效补充土壤钾元素含量，促进水稻稳产高质，同时为减少追肥次数，节约时间与氮肥资源采取最佳施肥方案提供技术支撑。

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收稿日期：2022-12-12

基金项目：江苏省沿海开发集团有限公司青年创新项目（编号：2021110101）。

作者简介：汪 帆（1988—），男，安徽黄山人，硕士，农艺师，主要从事土壤肥料方面的研究。E-mail：770284507@qq.com。

通信作者：姚宇阗，博士，主要从事土壤改良方面的研究。E-mail：yaoyt@126.com。