油菜秸稈還田對水稻增產及供鉀的效果

劉秋霞+戴志剛+周先竹+王忠良+叢日環(huán)

摘要：在湖北省應城、孝昌、漢川、荊門布置油菜秸稈還田對后季水稻產量及鉀素吸收量影響試驗，分析油菜秸稈還田對水稻的增產和供鉀效應的影響。結果表明，應城、孝昌和荊門三個試驗點施鉀效果明顯，在此條件下秸稈還田（NP+S）比不還田（NP）處理稻谷產量與稻草生物量平均分別增加725和669 kg/hm2，增幅分別為10.21%和8.36%。四個試驗點施鉀和秸稈還田均可提高水稻地上部鉀素吸收量，與NP處理相比，NP+S、NPK（施鉀）和NPK+S（施鉀配合秸稈還田）處理地上部鉀素吸收量分別增加了20.2、48.3和58.3 kg K2O/hm2;進一步分析表明，水稻鉀素吸收量增加的主要原因是生物量的增加，而各處理的鉀含量差異不顯著。種植水稻后各處理的土壤速效鉀含量均呈不同程度的下降趨勢，但油菜秸稈還田的兩個處理（NP+S和NPK+S處理）的下降幅度明顯低于相應的不還田處理（NP和NPK處理）。油菜秸稈還田具有提高后季水稻產量和稻草生物量、增加鉀素的供應和緩解土壤鉀素虧缺的作用。

關鍵詞：油菜秸稈還田;水稻;產量;鉀素吸收量;鉀素表觀平衡

中圖分類號：S511;S147.5 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：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

鉀是作物生長必需的大量元素之一，對作物的產量和品質有重要影響[1]。然而我國鉀資源缺乏，近年來的鉀肥進口量一直維持在500萬-600萬t/年，進口依賴度達50%[2]。我國缺鉀土壤面積日益擴大[3]，湖北省作為典型的油-稻水旱輪作區(qū)，水稻田速效鉀含量較20世紀80年代也在降低[4]。

2010年我國油菜子產量達1 308萬t[5]，油菜秸稈量則可達3 900萬t[6]，油菜秸稈富含氮、磷、鉀等養(yǎng)分，其中鉀素含量尤為豐富[7]。隨著國家對秸稈還田力度的不斷加大，長期秸稈還田勢必成為一種趨勢。有研究表明油菜秸稈還田可以降低土壤容重，改善土壤性狀[8]。短期內，油菜秸稈腐解速率大于小麥秸稈和水稻秸稈，且鉀在12 d時可釋放98%[9]，由于秸稈中的鉀主要以離子態(tài)存在，釋放的鉀素可直接被作物吸收利用。因此，本研究通過選取湖北省水稻主產區(qū)開展田間試驗，設置油菜秸稈還田與鉀肥施用的不同處理，分析油菜秸稈還田對水稻稻谷與稻草產量、鉀素含量和吸收量及鉀素表觀平衡等的影響，研究水稻田中油菜秸稈還田后水稻的增產和土壤的供鉀作用，以期為農業(yè)資源高效利用及可持續(xù)發(fā)展提供依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

2013年在湖北省水稻主產區(qū)的應城、孝昌、漢川和荊門開展油菜秸稈還田對水稻增產和供鉀效果的影響研究。各試驗點土壤基礎理化性質如表1所示。

各試驗點供試水稻品種均為當?shù)厮局魍聘弋a品種，水稻播種時間為4月下旬至5月上旬，移栽時間為5月下旬至6月上旬，收獲時間為9月中旬至下旬，移栽密度為19.5×104～25.5×104穴/hm2。

1.2 ?試驗設計

本試驗共設置4個處理，分別為不施鉀處理（NP）;秸稈還田處理（NP+S）;施鉀肥處理（NPK）;鉀肥配合秸稈還田處理（NPK+S）。氮、磷、鉀肥施用量分別為165 kg N/hm2、60 kg P2O5/hm2和60 kg K2O/hm2，其中氮肥分次施用，基肥∶穗肥比例為8∶3;磷、鉀肥作為基肥一次性施用。肥料品種分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、氯化鉀（含K2O 60%）。各試驗點秸稈還田量均為6 000 kg/hm2，還田秸稈為油菜莖稈與角殼1∶1混合。各試驗點還田秸稈與秸稈腐熟劑（30 kg/hm2）一起翻壓還田，灌水7-10 cm泡田。為保證試驗統(tǒng)一性，各試驗點在整田前將前茬秸稈全部移走，再按處理準確還田。

各處理設置3次重復，小區(qū)面積為50 m2。試驗小區(qū)間用寬30 cm、高30 cm的土埂隔開，上覆薄膜，防止串水串肥。同時整個試驗區(qū)外圍用土埂圍起，與保護行隔離，有獨立的灌/排水溝，防止保護區(qū)肥水串進試驗各小區(qū)。其他生產管理措施均采用當?shù)爻Ｒ?guī)管理方法。

1.3 ?測試項目及方法

1.3.1 ?土壤基礎理化性狀 ?試驗前采用多點采樣法采集耕層（0～20 cm）土壤，風干磨細過篩后按照實驗室常規(guī)方法測定各項指標[10]，具體為pH按照水土比2.5∶1，電位法測定;有機質用外加熱-重鉻酸鉀容量法測定;全氮用半微量凱氏法測定，標準酸滴定;有效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定;速效鉀用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定。

1.3.2 ?水稻收獲 ?水稻收獲時每小區(qū)隨機選取10蔸有代表性的水稻植株，風干，分稻谷和稻草稱重，測定各部分養(yǎng)分含量，計算谷草比，以此推算稻草的單位面積干物質生產量。稻谷產量以各小區(qū)實際收獲產量計產。

1.3.3 ?植株養(yǎng)分測定 ?還田秸稈及水稻植株風干后，在60 ℃烘箱中烘24 h，磨碎，過篩，用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，火焰光度法測定植株不同部位全鉀含量[9]。

1.3.4 ?相關參數(shù)計算 ?相關參數(shù)計算參照文獻[11，12]。

稻谷（稻草）鉀素吸收量（kg/hm2）=稻谷（稻草）干物質量×鉀素含量;植株地上部鉀素吸收量（kg/hm2）=稻谷鉀素吸收量+稻草鉀素吸收量;土壤鉀素表觀平衡量（稻草不還田）（kg/hm2）=投入到土壤中的鉀素總量-作物帶走鉀素總量;土壤鉀素表觀平衡量（稻草還田）（kg/hm2）=投入到土壤中的鉀素總量-稻谷帶走鉀素總量。

試驗數(shù)據采用Excel軟件處理，SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?油菜秸稈還田對水稻產量的影響

表2結果表明，各試驗點NP處理水稻產量差異較大（變化范圍為6 454～9 972 kg/hm2），隨鉀肥施用和秸稈還田，水稻產量變化規(guī)律不同。應城、孝昌和荊門三個試驗點NP+S、NPK和NPK+S處理分別比NP處理稻谷產量平均增加725、750和1 355 kg/hm2，增產率分別為10.21%、11.06%和19.57%，其中NPK+S比NPK處理增產8.51%，NP+S和NPK處理產量差異不明顯，稻草產量也有相似的規(guī)律，與NP處理相比，NP+S、NPK、NPK+S處理稻草生物量分別平均增加669、1 266和1 596 kg/hm2，平均增產率分別為8.36%、16.05%和20.64%，其中NPK+S處理與NP處理差異顯著。施鉀和油菜秸稈還田均能較大幅度提高稻谷和稻草產量，且二者差異不顯著。而漢川試驗點的NP處理產量最高，施鉀和油菜秸稈還田與NP處理相比，稻谷與稻草產量差異不顯著。表明缺鉀（即施鉀增產）條件下，油菜秸稈還田能提高稻谷和稻草產量。

2.2 ?油菜秸稈還田對水稻鉀素含量的影響

稻谷與稻草含鉀量差異較大，稻草含鉀量遠大于稻谷含鉀量（表3）。所有試驗點稻谷含鉀量各處理間沒有差異，平均鉀含量為0.24%～0.36%。四個試驗點的NP處理稻草含鉀量與NP+S、NPK和NPK+S處理相比，差異均未達到顯著水平，NP、NP+S、NPK和NPK+S處理平均稻草含鉀量分別為2.11%、2.07%、2.17%和2.26%，說明施鉀和油菜秸稈還田對稻谷和稻草的鉀素含量影響不大。

2.3 ?油菜秸稈還田對地上部鉀素吸收量的影響

表4結果表明，施鉀和油菜秸稈還田均能提高水稻植株地上部的鉀素吸收量，增加量為1.6～69.6 kg K2O/hm2，增幅為0.79%～31.93%。與NP處理相比，四個試驗點NP+S、NPK和NPK+S處理地上部鉀素吸收量分別平均增加了20.2、48.3和58.3 kg K2O/hm2，增幅分別為8.02%、17.19%和23.15%，其中NPK+S處理比NPK處理鉀素吸收量平均增加15.0 kg K2O/hm2，增幅為5.08%，NPK+S與NP處理差異達到顯著。NPK和NPK+S處理較大程度地提高了鉀素吸收量。

2.4 ?油菜秸稈還田對作物-土壤系統(tǒng)鉀素表現(xiàn)平衡的影響

通過計算作物-土壤系統(tǒng)鉀素表現(xiàn)平衡，發(fā)現(xiàn)收獲后稻草是否還田對土壤鉀素表觀平衡的影響有較大的差異（表4）。如收獲稻草不還田，則四個試驗點土壤鉀素均處于虧缺狀態(tài)，其中不施油菜秸稈的各處理（NP和NPK處理）平均鉀虧缺大于油菜秸稈還田處理，鉀素最大虧缺量可達到348 kg K2O/hm2。而在收獲稻草還田條件下四個試驗點僅NP處理表現(xiàn)為鉀素虧缺且虧缺值僅為22～42 kg K2O/hm2，其余各處理土壤鉀素均處于盈余狀態(tài)（盈余量可達到13～169 K2O/hm2）。研究結果表明秸稈還田可以緩解土壤鉀素虧缺狀況，收獲秸稈繼續(xù)還田土壤鉀素則可扭虧為盈。

2.5 ?油菜秸稈還田對水稻收獲后土壤速效鉀含量的影響

從圖1可以看出，在一季水稻收獲后，應城、孝昌和漢川三個試驗點土壤速效鉀含量均低于試驗前基礎土壤速效鉀含量，降幅達到0.89%～55.04%。其中孝昌試驗點土壤速效鉀含量降幅最大，與試驗前相比，土壤速效鉀平均減少47.7 mg/kg，降幅達47.70%。水稻收獲后各試驗點平均土壤速效鉀含量表現(xiàn)為NPK+S>NP+S>NPK>NP。說明油菜秸稈還田可部分緩解土壤速效鉀含量的降低。

3 ?結論

本研究表明，在缺鉀（即施鉀增產）條件下油菜秸稈還田可以分別平均增加水稻產量725～1 355 kg/hm2和稻草生物量669～1 596 kg/hm2。此外，油菜秸稈還田還可以提高水稻地上部鉀素吸收量;緩解土壤鉀素虧損，還田處理鉀素虧損量比NP處理平均可減少121～143 kg K2O/hm2，比NPK處理平均減少104～126 kg K2O/hm2。而如果將收獲后的水稻秸稈還田，土壤鉀素含量則會盈余，盈余量最高可達到169 kg K2O/hm2，從而維持土壤的高產潛力。

參考文獻：

[1] 李忠佩，唐永良，石 ?華，等.不同施肥制度下紅壤稻田的養(yǎng)分循環(huán)與平衡規(guī)律[J].中國農業(yè)科學，1998，31（1）：46-54.

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[10] 鮑士旦.土壤農化分析[M].第三版.北京：中國農業(yè)出版社， 2000.

[11] 王偉妮，魯劍巍，魯明星，等.湖北省早、中、晚稻施鉀增產效應及鉀肥利用率研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2011，17（5）：1058-1065.

[12] 王志勇，白由路，楊俐蘋，等.低土壤肥力下施鉀和秸稈還田對作物產量及土壤鉀素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2012，18（4）：900-906.

（責任編輯 ?鄭 ?威）

2.3 ?油菜秸稈還田對地上部鉀素吸收量的影響

表4結果表明，施鉀和油菜秸稈還田均能提高水稻植株地上部的鉀素吸收量，增加量為1.6～69.6 kg K2O/hm2，增幅為0.79%～31.93%。與NP處理相比，四個試驗點NP+S、NPK和NPK+S處理地上部鉀素吸收量分別平均增加了20.2、48.3和58.3 kg K2O/hm2，增幅分別為8.02%、17.19%和23.15%，其中NPK+S處理比NPK處理鉀素吸收量平均增加15.0 kg K2O/hm2，增幅為5.08%，NPK+S與NP處理差異達到顯著。NPK和NPK+S處理較大程度地提高了鉀素吸收量。

2.4 ?油菜秸稈還田對作物-土壤系統(tǒng)鉀素表現(xiàn)平衡的影響

通過計算作物-土壤系統(tǒng)鉀素表現(xiàn)平衡，發(fā)現(xiàn)收獲后稻草是否還田對土壤鉀素表觀平衡的影響有較大的差異（表4）。如收獲稻草不還田，則四個試驗點土壤鉀素均處于虧缺狀態(tài)，其中不施油菜秸稈的各處理（NP和NPK處理）平均鉀虧缺大于油菜秸稈還田處理，鉀素最大虧缺量可達到348 kg K2O/hm2。而在收獲稻草還田條件下四個試驗點僅NP處理表現(xiàn)為鉀素虧缺且虧缺值僅為22～42 kg K2O/hm2，其余各處理土壤鉀素均處于盈余狀態(tài)（盈余量可達到13～169 K2O/hm2）。研究結果表明秸稈還田可以緩解土壤鉀素虧缺狀況，收獲秸稈繼續(xù)還田土壤鉀素則可扭虧為盈。

2.5 ?油菜秸稈還田對水稻收獲后土壤速效鉀含量的影響

從圖1可以看出，在一季水稻收獲后，應城、孝昌和漢川三個試驗點土壤速效鉀含量均低于試驗前基礎土壤速效鉀含量，降幅達到0.89%～55.04%。其中孝昌試驗點土壤速效鉀含量降幅最大，與試驗前相比，土壤速效鉀平均減少47.7 mg/kg，降幅達47.70%。水稻收獲后各試驗點平均土壤速效鉀含量表現(xiàn)為NPK+S>NP+S>NPK>NP。說明油菜秸稈還田可部分緩解土壤速效鉀含量的降低。

3 ?結論

本研究表明，在缺鉀（即施鉀增產）條件下油菜秸稈還田可以分別平均增加水稻產量725～1 355 kg/hm2和稻草生物量669～1 596 kg/hm2。此外，油菜秸稈還田還可以提高水稻地上部鉀素吸收量;緩解土壤鉀素虧損，還田處理鉀素虧損量比NP處理平均可減少121～143 kg K2O/hm2，比NPK處理平均減少104～126 kg K2O/hm2。而如果將收獲后的水稻秸稈還田，土壤鉀素含量則會盈余，盈余量最高可達到169 kg K2O/hm2，從而維持土壤的高產潛力。

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（責任編輯 ?鄭 ?威）

2.3 ?油菜秸稈還田對地上部鉀素吸收量的影響

表4結果表明，施鉀和油菜秸稈還田均能提高水稻植株地上部的鉀素吸收量，增加量為1.6～69.6 kg K2O/hm2，增幅為0.79%～31.93%。與NP處理相比，四個試驗點NP+S、NPK和NPK+S處理地上部鉀素吸收量分別平均增加了20.2、48.3和58.3 kg K2O/hm2，增幅分別為8.02%、17.19%和23.15%，其中NPK+S處理比NPK處理鉀素吸收量平均增加15.0 kg K2O/hm2，增幅為5.08%，NPK+S與NP處理差異達到顯著。NPK和NPK+S處理較大程度地提高了鉀素吸收量。

2.4 ?油菜秸稈還田對作物-土壤系統(tǒng)鉀素表現(xiàn)平衡的影響

通過計算作物-土壤系統(tǒng)鉀素表現(xiàn)平衡，發(fā)現(xiàn)收獲后稻草是否還田對土壤鉀素表觀平衡的影響有較大的差異（表4）。如收獲稻草不還田，則四個試驗點土壤鉀素均處于虧缺狀態(tài)，其中不施油菜秸稈的各處理（NP和NPK處理）平均鉀虧缺大于油菜秸稈還田處理，鉀素最大虧缺量可達到348 kg K2O/hm2。而在收獲稻草還田條件下四個試驗點僅NP處理表現(xiàn)為鉀素虧缺且虧缺值僅為22～42 kg K2O/hm2，其余各處理土壤鉀素均處于盈余狀態(tài)（盈余量可達到13～169 K2O/hm2）。研究結果表明秸稈還田可以緩解土壤鉀素虧缺狀況，收獲秸稈繼續(xù)還田土壤鉀素則可扭虧為盈。

2.5 ?油菜秸稈還田對水稻收獲后土壤速效鉀含量的影響

從圖1可以看出，在一季水稻收獲后，應城、孝昌和漢川三個試驗點土壤速效鉀含量均低于試驗前基礎土壤速效鉀含量，降幅達到0.89%～55.04%。其中孝昌試驗點土壤速效鉀含量降幅最大，與試驗前相比，土壤速效鉀平均減少47.7 mg/kg，降幅達47.70%。水稻收獲后各試驗點平均土壤速效鉀含量表現(xiàn)為NPK+S>NP+S>NPK>NP。說明油菜秸稈還田可部分緩解土壤速效鉀含量的降低。

3 ?結論

本研究表明，在缺鉀（即施鉀增產）條件下油菜秸稈還田可以分別平均增加水稻產量725～1 355 kg/hm2和稻草生物量669～1 596 kg/hm2。此外，油菜秸稈還田還可以提高水稻地上部鉀素吸收量;緩解土壤鉀素虧損，還田處理鉀素虧損量比NP處理平均可減少121～143 kg K2O/hm2，比NPK處理平均減少104～126 kg K2O/hm2。而如果將收獲后的水稻秸稈還田，土壤鉀素含量則會盈余，盈余量最高可達到169 kg K2O/hm2，從而維持土壤的高產潛力。

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（責任編輯 ?鄭 ?威）