鉀肥用量對麥棉兩熟制作物產(chǎn)量和鉀肥利用率的影響

董合林， 李鵬程， 劉敬然， 劉愛忠， 孫 淼， 趙新華， 劉志紅， 王曉茹

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽 455000)

鉀肥用量對麥棉兩熟制作物產(chǎn)量和鉀肥利用率的影響

董合林， 李鵬程， 劉敬然， 劉愛忠， 孫 淼， 趙新華， 劉志紅， 王曉茹

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽 455000)

【目的】本試驗(yàn)旨在明確施鉀量對麥棉兩熟制作物產(chǎn)量和鉀肥利用率的影響，確定周年兩季作物最高產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)最佳鉀肥施用量，為黃淮海平原麥棉兩熟制地區(qū)合理施用鉀肥提供依據(jù)。【方法】試驗(yàn)于2008～2009年分別在黃淮海平原黃淮亞區(qū)的商丘市和黃海亞區(qū)的內(nèi)黃縣進(jìn)行，采用麥棉兩季田間定位試驗(yàn)，兩季施鉀總量設(shè)置5個(gè)水平(K2O 0、105、210、315、420 kg/hm2)，其中小麥和棉花的單季施鉀量各占總量的50%(即K2O 0、52.5、105、157.5、210 kg/hm2)，各處理氮肥和磷肥施用量一致。分析不同施鉀量的麥、棉產(chǎn)量及構(gòu)成因素、兩季產(chǎn)值與效益及鉀肥利用率的差異；建立麥、棉鉀肥效應(yīng)方程，計(jì)算麥、棉兩季最高產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量。【結(jié)果】 1)與對照(K2O 0 kg/hm2)相比，商丘市和內(nèi)黃縣試驗(yàn)點(diǎn)4個(gè)施鉀處理的小麥子粒產(chǎn)量顯著提高，分別增產(chǎn)6.6%～9.8%和7.2%～8.9%，以施鉀105 kg/hm2的產(chǎn)量最高，但4個(gè)施鉀處理間產(chǎn)量差異不顯著；施鉀可顯著提高小麥穗粒數(shù)和千粒重；施鉀對小麥有效穗數(shù)無顯著影響；商丘和內(nèi)黃試點(diǎn)小麥經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量分別為75.7 kg/hm2和63.9 kg/hm2，最高產(chǎn)量施鉀量分別為143.2 kg/hm2和111.6 kg/hm2。2)與對照(K2O 0 kg/hm2)相比，商丘和內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)4個(gè)施鉀處理的棉花分別增產(chǎn)42.3%～52.5% 和10.9%～15.6%，以施K2O 105 kg/hm2的產(chǎn)量最高，4個(gè)施鉀處理間產(chǎn)量差異不顯著；施鉀可顯著提高棉花單株成鈴數(shù)和鈴重，對衣分無顯著影響。商丘和內(nèi)黃試點(diǎn)棉花經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量分別為106.9 kg/hm2和111.3 kg/hm2，最高產(chǎn)量施鉀量分別為113.2 kg/hm2和138.0 kg/hm2。3)施鉀可顯著提高麥棉兩季總產(chǎn)值和效益，均以兩季施鉀210 kg/hm2的總產(chǎn)值和效益最高，但4個(gè)施鉀處理間差異不顯著。在一定施鉀量范圍內(nèi)，小麥和棉花的氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量隨施鉀量的提高而增加，但施鉀量超過這一范圍后氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累量趨于穩(wěn)定。商丘試點(diǎn)小麥鉀肥利用率隨施鉀量的增加而降低；內(nèi)黃試點(diǎn)小麥鉀肥利用率以施鉀量105 kg/hm2最高，超過此量隨施鉀量的增加而降低。小麥、棉花的鉀肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用率均隨施鉀量的增加而降低。麥棉兩季鉀肥利用率隨施鉀量的增加而降低?！窘Y(jié)論】本試驗(yàn)條件下，在一定施鉀量范圍內(nèi)(麥棉兩季0～210 kg/hm2)，小麥和棉花產(chǎn)量均隨施鉀量的增加而提高，但超過這一范圍產(chǎn)量出現(xiàn)下降或趨于穩(wěn)定；兩熟制小麥和棉花施鉀增產(chǎn)的主要原因是提高了小麥穗粒數(shù)和千粒重及棉花單株成鈴數(shù)和鈴重；增施鉀肥有利于提高小麥和棉花產(chǎn)量，但卻降低了鉀肥利用率。

鉀肥用量；麥棉兩熟制；產(chǎn)量；鉀肥利用率

二十世紀(jì)80年代初期黃淮海平原大部分地區(qū)土壤鉀素較豐富，但三十多年來，隨著農(nóng)田氮、磷化肥用量的加大和作物單產(chǎn)水平的大幅度提高，作物消耗土壤鉀素量增加，同時(shí)長期忽視鉀肥的施用，致使土壤鉀素長期處于虧缺狀態(tài)，許多地區(qū)土壤缺鉀面積逐步擴(kuò)大，缺鉀程度不斷加深，作物施鉀效果日益顯著，增施鉀肥已成為提高作物產(chǎn)量的重要措施之一[1-4]。黃淮海平原既是我國糧食主產(chǎn)區(qū)，又是棉花主產(chǎn)區(qū)，麥棉兩熟是該地區(qū)主要的棉花種植制度。關(guān)于鉀肥施用量對小麥和棉花產(chǎn)量的影響已有大量報(bào)道[5-8]，但這些研究主要針對單作小麥和單季棉花，而關(guān)于麥棉兩熟田周年兩季鉀肥增產(chǎn)效應(yīng)及適宜施用量的研究報(bào)道較少。本試驗(yàn)采用兩季定位試驗(yàn)，分別研究了黃淮海平原黃淮和黃海兩個(gè)亞區(qū)麥棉套種條件下周年高產(chǎn)高效鉀肥施用總量及其麥棉各季鉀肥的合理分配，以期為麥棉兩熟制田的鉀肥合理施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2008～2009年在河南省黃淮平原亞區(qū)商丘市梁園區(qū)和黃海平原亞區(qū)內(nèi)黃縣兩試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型均為潮土，商丘試驗(yàn)點(diǎn)耕層(0—20 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量9.5 g/kg、全氮0.70 g/kg、有效磷19 mg/kg、速效鉀78 mg/kg；內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)耕層(0—20 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量14.3 g/kg、全氮1.0 g/kg、有效磷19 mg/kg、速效鉀109 mg/kg。

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，各處理麥棉兩季施鉀總量分別為K2O 0、105、210、315、420 kg/hm2，小麥和棉花單季施鉀量均為兩季總量的50%，即為K2O 0、52.5、105、157.5、210 kg/hm2，分別在小麥和棉花播種前全部基施。各處理小麥?zhǔn)┑偭繛镹 180 kg/hm2，基肥和拔節(jié)期追施，各占50%；棉花施氮總量為N 210 kg/hm2，基肥占40%、初花期40%、盛花期20%。各處理小麥、棉花施磷量均為P2O5105 kg/hm2，分別在小麥、棉花播種前全部基施。商丘試驗(yàn)點(diǎn)各處理重復(fù)3次，內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)各處理重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列。

商丘試驗(yàn)點(diǎn)小區(qū)面積72 m2，采用3-1式麥棉套種方式，即帶寬1 m，2008年10月28日播3行小麥，行距20 cm；預(yù)留棉行空檔60 cm，2009年5月8日移栽1行棉花，小麥?zhǔn)崭詈竺藁ㄐ纬? m等行距；小麥品種為周麥22號(hào)，平均基本苗151.3×104plant/hm2；棉花品種為魯棉研28，移栽密度3.65×104plant/hm2。內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)小區(qū)面積64 m2，采用4-2式麥棉套種方式，即帶寬1.6 m，2008年10月15日播4行小麥，行距20 cm；預(yù)留棉行空檔1 m，2009年4月30日直播2行棉花，小麥?zhǔn)崭詈竺藁ㄐ纬?.1 m和50 cm寬窄行；小麥品種為周麥16，平均基本苗數(shù)262.43×104plant/hm2；棉花品種為魯棉研28，密度5.57×104plant/hm2。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

小麥?zhǔn)┓世绲厍懊啃^(qū)取0—20 cm耕層土樣，測定有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量。小麥?zhǔn)斋@前，每小區(qū)選3個(gè)點(diǎn)(商丘試驗(yàn)每點(diǎn)1 m2，內(nèi)黃試驗(yàn)每點(diǎn)1.6 m2)，用于調(diào)查和測定總有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，保留50株測定全株氮、磷和鉀含量。棉花收獲前，每小區(qū)選定10株，調(diào)查單株鈴數(shù)，測定鈴重和衣分；每小區(qū)取樣3株用于測定全株氮、磷和鉀含量。

土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；全氮采用濃H2SO4-混合加速劑消煮—半微量開氏法；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提—原子吸收分光光度計(jì)測定。植株全氮采用濃H2SO4-混合加速劑消煮—半微量開氏法；磷和鉀采用H2SO4-HClO4消煮，分別用鉬銻抗比色法和原子吸收分光光度計(jì)測定。

有關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法如下:

麥棉兩季總產(chǎn)值=小麥產(chǎn)量×小麥價(jià)格+子棉產(chǎn)量×子棉價(jià)格

施鉀效益增加量=施鉀區(qū)產(chǎn)值-不施鉀區(qū)產(chǎn)值-施鉀區(qū)鉀肥費(fèi)用

小麥分蘗有效穗數(shù)=總有效穗數(shù)-基本苗數(shù)

鉀肥表觀回收率=(施鉀區(qū)植株鉀素吸收量-不施鉀區(qū)植株鉀素吸收量)/鉀肥用量×100%

鉀肥偏生產(chǎn)力=施鉀區(qū)產(chǎn)量/鉀肥用量

鉀肥農(nóng)學(xué)利用率=(施鉀區(qū)產(chǎn)量-不施鉀區(qū)產(chǎn)量)/鉀肥用量。

鉀素經(jīng)濟(jì)學(xué)利用效率=經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量/植株鉀素吸收量

鉀素生物學(xué)利用效率=生物學(xué)產(chǎn)量/植株鉀素吸收量

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉀量對麥、棉產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表1表明，兩試驗(yàn)點(diǎn)不同施鉀量對小麥總有效穗數(shù)和分蘗有效穗數(shù)無顯著影響。商丘試驗(yàn)點(diǎn)4個(gè)施鉀處理(K2O 52.5、105、157.5、210 kg/hm2)穗粒數(shù)均顯著高于不施鉀處理，但4個(gè)施鉀處理間穗粒數(shù)差異不顯著；內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)，施鉀量0～105 kg/hm2，穗粒數(shù)隨施鉀量的增加而顯著提高，但施鉀量超過105 kg/hm2后穗粒數(shù)趨于穩(wěn)定。商丘試驗(yàn)點(diǎn)，施鉀量0～105 kg/hm2，千粒重隨施鉀量的增加而顯著提高，施鉀量超過105 kg/hm2后千粒重趨于穩(wěn)定；內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)，4個(gè)施鉀處理千粒重均極顯著高于不施鉀處理，但施鉀處理間千粒重接近。兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，4個(gè)施鉀處理的子粒產(chǎn)量均顯著或極顯著高于不施鉀處理，商丘和內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)各施鉀處理分別增產(chǎn)6.6%～9.8%和7.2%～8.9%；但4個(gè)施鉀處理間子粒產(chǎn)量無顯著差異，其中以施鉀105 kg/hm2的產(chǎn)量最高，超過此施鉀量后產(chǎn)量略有下降。

注(Note): 同列數(shù)值后不同小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5% 和1%顯著水平Values followed by different small and capital letters in same column mean significant among treatments at the 5% and 1% levels, respectively.

從表2可以看出，兩試驗(yàn)點(diǎn)施鉀4個(gè)處理的棉花單株成鈴數(shù)均極顯著高于不施鉀處理，但施鉀處理間差異不顯著。商丘試驗(yàn)點(diǎn)，施鉀比不施鉀處理可顯著提高鈴重，但施鉀量在52.5～210 kg/hm2范圍內(nèi)鈴重沒有顯著差異；內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)，施鉀量在0～105 kg/hm2，棉花鈴重隨施鉀量的增加而顯著提高，施鉀量超過105 kg/hm2后，棉花鈴重趨于穩(wěn)定。施鉀量對子棉衣分無顯著影響，兩試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果一致。4個(gè)施鉀處理的子棉產(chǎn)量均極顯著高于不施鉀處理，商丘試驗(yàn)點(diǎn)施鉀處理增產(chǎn)42.3%～52.5%，內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)10.9%～15.6%；但施鉀處理間的子棉產(chǎn)量差異不顯著，其中以施鉀量105 kg/hm2的子棉產(chǎn)量最高。

注(Note): 同列數(shù)值后不同小、大寫字母分別表示同一試驗(yàn)點(diǎn)處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant among treatments in the same location at the 5% and 1% levels, respectively.

2.2 施鉀量對麥、棉兩季產(chǎn)值和效益的影響

兩試驗(yàn)點(diǎn)4個(gè)施鉀處理的麥棉兩季總產(chǎn)值均極顯著高于不施鉀處理(表3)，施鉀處理的效益也極顯著或顯著高于不施鉀處理；但4個(gè)施鉀處理間兩季總產(chǎn)值和效益無明顯差異，其中麥棉兩季的總產(chǎn)值和效益均以兩季施鉀量210 kg/hm2最高。

2.3 麥棉兩季經(jīng)濟(jì)最佳和最高產(chǎn)量施鉀量

表4結(jié)果顯示，商丘試驗(yàn)點(diǎn)的小麥、棉花經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量分別為75.7 kg/hm2和106.9 kg/hm2，內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)分別為63.7 kg/hm2和111.3 kg/hm2，此時(shí)小麥、棉花施鉀利潤最大；低于上述施鉀量，施鉀利潤相對較低；超過上述施鉀量，利潤減少。商丘試驗(yàn)點(diǎn)小麥、棉花最高產(chǎn)量的施鉀量分別為143.2 kg/hm2和113.2 kg/hm2，內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)分別為111.6 kg/hm2和138.0 kg/hm2，此時(shí)小麥、棉花產(chǎn)量最高，如果再增加施鉀量，則不僅減少經(jīng)濟(jì)效益，而且出現(xiàn)減產(chǎn)。因此，若從經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，小麥、棉花的施鉀量應(yīng)以經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量為上限；如從產(chǎn)量角度考慮，施鉀量應(yīng)以最高產(chǎn)量施鉀量為上限。

注(Note): 同列數(shù)值后不同小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column are significant at the 5% and 1% levels among treatments, respectively.

注(Note): K2O—5.88 yuan/kg; 小麥價(jià)格Wheat grain—2.0 yuan/kg; 子棉Seed cotton—9.1 yuan/kg; y—小麥產(chǎn)量Wheat grain yield, 子棉產(chǎn)量Seed cotton yield(kg/hm2); x—K2O施用量K2O application rate(kg/hm2); *-P<0.05.

2.4 施鉀量對麥、棉鉀肥利用率的影響

表5表明，商丘試驗(yàn)點(diǎn)小麥鉀肥利用率隨施鉀量的增加而降低；內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)小麥?zhǔn)┾?05 kg/hm2的利用率最高，施鉀量超過105 kg/hm2，鉀肥利用率隨施鉀量的增加而降低。兩季鉀肥利用率，商丘試驗(yàn)點(diǎn)隨施鉀量的增加而逐步極顯著降低；內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)兩季施鉀量210、105 kg/hm2間差異不顯著，施鉀量315、420 kg/hm2比105、210 kg/hm2的極顯著降低。施鉀各處理小麥、棉花的鉀肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用率均隨施鉀量的增加而降低。

注(Note): PARE—Potassium apparent recovery efficiency; PPFP—Potassium partial factor productivity; PAUE— Potassium agronomic use efficiency. 同列數(shù)值后不同小、大寫字母分別表示同一試驗(yàn)點(diǎn)處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column are significant among treatments in a location at the 5% and 1% levels, respectively.

2.5 施鉀量對麥、棉植株干物質(zhì)、氮、磷、鉀積累量及鉀素利用效率的影響

從表6可以看出，小麥干物質(zhì)積累量隨施鉀量的增加而提高，商丘試驗(yàn)點(diǎn)施鉀量52.5 kg/hm2與不施鉀處理的干物質(zhì)量無顯著差異，施鉀量105、157.5、210 kg/hm2均比0、52.5 kg/hm2的干物質(zhì)積累量極顯著提高，施鉀量超過105 kg/hm2后小麥干物質(zhì)積累量趨于穩(wěn)定；內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)4個(gè)施鉀處理的小麥干物質(zhì)積累量均極顯著高于不施鉀處理，施鉀量超過157.5 kg/hm2后小麥干物質(zhì)積累量趨于穩(wěn)定。施鉀處理小麥氮素積累量均顯著高于不施鉀處理，商丘和內(nèi)黃兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的施鉀量分別在超過105、52.5 kg/hm2后，小麥氮素積累量趨于穩(wěn)定。小麥磷素積累量在施鉀量超過105 kg/hm2后無顯著變化。施鉀處理小麥鉀素積累量均極顯著高于不施鉀處理，商丘和內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)分別在施鉀量超過105、157.5 kg/hm2后小麥鉀素積累量趨于穩(wěn)定。兩試驗(yàn)點(diǎn)小麥鉀素經(jīng)濟(jì)利用效率和生物學(xué)利用效率均隨施鉀量的增加而降低，施鉀各處理均極顯著低于不施鉀處理；商丘試驗(yàn)點(diǎn)的施鉀處理間無顯著差異；內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)施鉀量在0～157.5 kg/hm2范圍內(nèi)，隨施鉀量的增加鉀素經(jīng)濟(jì)利用效率和生物學(xué)利用效率顯著或極顯著降低，施鉀量210 kg/hm2比157.5 kg/hm2的略有下降。

棉花的干物質(zhì)積累量隨施鉀量的增加而提高(表7)，各施鉀處理均極顯著高于不施鉀處理，商丘和內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)的施鉀量分別達(dá)到157.5、105 kg/hm2時(shí)，繼續(xù)增加施鉀量對棉花干物質(zhì)積累量無顯著影響。施鉀可顯著提高棉花氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累量，商丘和內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)施鉀量分別達(dá)到105、157.5 kg/hm2時(shí)，棉株氮素積累量趨于穩(wěn)定；兩試驗(yàn)點(diǎn)的施鉀量達(dá)到105 kg/hm2時(shí)，棉株磷素積累量均趨于穩(wěn)定；施鉀量達(dá)到157.5 kg/hm2時(shí)，棉株鉀素積累量趨于穩(wěn)定。商丘試驗(yàn)點(diǎn)棉花鉀素經(jīng)濟(jì)利用效率以施鉀52.5 kg/hm2的處理最高，超過52.5 kg/hm2后隨施鉀量的增加而降低，但各處理間差異不顯著；施鉀量為0～157.5 kg/hm2，鉀素生物學(xué)利用率隨施鉀量的增加而顯著降低，施鉀量達(dá)到157.5 kg/hm2時(shí)趨于穩(wěn)定。內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)棉花經(jīng)濟(jì)利用效率在施鉀0～105 kg/hm2范圍內(nèi)差異不顯著，但施鉀量達(dá)到157.5 kg/hm2比不施鉀和施鉀52.5 kg/hm2的處理顯著下降；鉀素生物利用效率隨施鉀量的增加而降低，施鉀量達(dá)到157.5 kg/hm2時(shí)趨于穩(wěn)定。

注(Note): PEUE—Potassium economics utilization efficiency; PBUE—Potassium biological utilization efficiency. 同列數(shù)值后不同小、大寫字母分別表示同一試驗(yàn)點(diǎn)處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column are significant among trentments in the same location at the 5% and 1% levels, respectively.

注(Note): PEUE—Potassium economics utilization efficiency; PBUE—Potassium biological utilization efficiency. 同列數(shù)值后不同小、大寫字母分別表示同一試驗(yàn)點(diǎn)處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant among treatments in the same location at the 5% and 1% levels, respectively.

3 討論與結(jié)論

3.1 鉀肥施用量對小麥產(chǎn)量的影響及鉀肥合理用量

武際等[9]研究指出，低鉀(土壤速效鉀含量78.3 mg/kg)土壤，不同鉀肥用量(K2O 30～150 kg/hm2)小麥增產(chǎn)幅度為8.5%～18.8%，最高產(chǎn)量(4544.3 kg/hm2)施鉀量為K2O 101.0 kg/hm2；中鉀(速效鉀含量120.6 mg/kg)土壤，不同鉀肥用量小麥增產(chǎn)幅度為5.3%～13.7%，最高產(chǎn)量(5137 kg/hm2)施鉀量為K2O 97.0 kg/hm2。劉楓等[10]研究表明，在土壤速效鉀含量101.5 mg/kg 條件下，以施鉀量K2O 80 kg/hm2的小麥產(chǎn)量最高(3944 kg/hm2)，增產(chǎn)13.7%。本研究表明，在商丘試點(diǎn)低鉀(速效鉀含量78 mg/kg)土壤和內(nèi)黃試點(diǎn)中鉀(速效鉀含量109 mg/kg)土壤上，小麥不同施鉀量均表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)率分別為6.6%～9.8%和7.2%～8.9%；兩試驗(yàn)點(diǎn)小麥最高產(chǎn)量施鉀量分別為K2O143.2 kg/hm2和111.6 kg/hm2(最高產(chǎn)量分別為5822 kg/hm2和5550 kg/hm2)，經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量分別為K2O 75.7 kg/hm2和63.9 kg/hm2。本試驗(yàn)小麥最高產(chǎn)量施鉀量較高與其小麥產(chǎn)量水平相一致，說明小麥高產(chǎn)施鉀量不但與土壤鉀素水平相關(guān)，同時(shí)也與小麥的產(chǎn)量水平相關(guān)。

以往研究結(jié)果表明，鉀肥對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響不一致。武際等[11]研究表明，小麥?zhǔn)┯免浄侍岣吡诵←溗肓?shù)和千粒重，對有效穗數(shù)無顯著影響；張國平[ 12]指出，小麥?zhǔn)┾浀脑霎a(chǎn)作用表現(xiàn)在提高了有效穗數(shù)和千粒重。李冬花等[13]認(rèn)為施用鉀肥的增產(chǎn)效應(yīng)主要表現(xiàn)在增加了有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，對千粒重則無明顯影響。于振文等[14]從盆栽砂培試驗(yàn)得出，增施鉀肥可以促使小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的增加。苗艷芳等[15]的盆栽土培試驗(yàn)結(jié)果顯示，在含鉀較低的土壤上施用鉀肥，對增加小麥的穗粒數(shù)和千粒重有較大的作用。本試驗(yàn)表明，小麥?zhǔn)┾浛娠@著提高穗粒數(shù)和千粒重，但施鉀對小麥有效穗數(shù)無顯著影響，這與武際和苗艷芳的研究結(jié)果一致；與上述其他研究結(jié)果不完全一致的原因，可能與土壤含鉀量以及試驗(yàn)條件的差異有關(guān)。

3.2 棉花施用鉀肥的增產(chǎn)效應(yīng)及其鉀肥適宜用量

劉全喜等[7]在河北衡水市的試驗(yàn)表明，土壤速效鉀含量小于41.5、 41.5～83、 83～125 mg/kg的棉田，施鉀量為K2O 112.5 kg/hm2時(shí)分別增產(chǎn)27.9%、15.7%和11.0%。宋美珍等[16]在河南、河北和山東38次試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤速效鉀含量小于83 、83～100、>125 mg/kg的棉田，適宜施鉀量分別為K2O 180～240、小于180、147 kg/hm2，鉀肥的增產(chǎn)作用表現(xiàn)在提高棉花單株結(jié)鈴數(shù)和鈴重。邢竹等[17]試驗(yàn)結(jié)果表明，在土壤速效鉀52 mg/kg的條件下，氮鉀肥配施增產(chǎn)89.5%，氮磷鉀配施增產(chǎn)91.5%，鉀肥的增產(chǎn)作用也主要表現(xiàn)在提高單株鈴數(shù)和鈴重。范希峰等[18]提出，施用鉀肥對棉花單株鈴數(shù)的影響最大，其次是鈴重，對衣分的影響最小。張學(xué)斌等[8]研究表明，土壤速效鉀含量為69.7～92.0 mg/kg時(shí)，施鉀量K2O 75～150 kg/hm2，對棉花有顯著增產(chǎn)作用。邱任謀[19]在河南45次的棉田鉀肥試驗(yàn)平均增產(chǎn)16.7%，其中土壤速效鉀含量在小于83、83～104和大于104 mg/kg時(shí)，施用鉀肥分別增產(chǎn)19.6%、11.6 %和6.8%～11.6%，施用鉀肥可提高棉花單株鈴數(shù)和鈴重，衣分也有明顯提高。董合忠等[20]試驗(yàn)結(jié)果表明，棉花施鉀增產(chǎn)的原因主要是提高棉株單株鈴數(shù)和鈴重，而對衣分無影響。本研究表明，商丘和內(nèi)黃兩試驗(yàn)點(diǎn)的棉花施鉀量為K2O 52.5～210 kg/hm2時(shí)均有顯著增產(chǎn)效果，兩試驗(yàn)點(diǎn)的施鉀處理分別增產(chǎn)42.3%～52.5%和10.9%～15.6%，由于商丘試點(diǎn)土壤鉀素含量較低，其增產(chǎn)效果顯著高于內(nèi)黃試點(diǎn)；兩試驗(yàn)點(diǎn)棉花最高產(chǎn)量施鉀量分別為K2O 113.2 kg/hm2和138.0 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量分別為K2O 106.9 kg/hm2和111.3 kg/hm2。施鉀增產(chǎn)主要表現(xiàn)在提高棉花單株鈴數(shù)和鈴重，但對子棉衣分無顯著影響，這與前人的多數(shù)研究結(jié)果一致。

3.3 施鉀量對小麥和棉花養(yǎng)分吸收和鉀素利用率的影響

王桂良等[21]提出，小麥?zhǔn)┾浛娠@著提高鉀素吸收量，但施鉀量超過K2O 90 kg/hm2，鉀素吸收量趨于穩(wěn)定；施鉀量在K2O 135 kg/hm2以下，隨施鉀量的增加氮吸收量增加，但超過K2O 135 kg/hm2后氮吸收量下降。辛承松等[22]試驗(yàn)表明，在中、低和高三種鹽化程度土壤上棉田施用鉀肥均可顯著促進(jìn)棉花對氮、磷和鉀素的吸收。高媛等[23]研究表明，棉花鉀素吸收量隨施鉀量的增加而提高，在K2O 0～70 kg/hm2的施鉀范圍內(nèi)，氮、磷吸收量隨著鉀肥施用量的增加而提高，而過量施用鉀肥則會(huì)使氮、磷吸收量下降；適量施鉀(K2O 70 kg/hm2)可以提高鉀肥利用率，而超過K2O 70 kg/hm2則鉀肥利用率出現(xiàn)下降。本研究表明，小麥和棉花施鉀可顯著提高植株氮、磷和鉀素吸收量；但施鉀量達(dá)到一定水平后，氮、磷和鉀的吸收量保持穩(wěn)定。鉀肥施用量對其利用率的影響在兩試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果不一致，商丘試驗(yàn)點(diǎn)小麥鉀肥利用率隨施鉀量的增加而降低；而內(nèi)黃試驗(yàn)點(diǎn)鉀肥利用率以施鉀量K2O 105 kg/hm2最高，超過此量則隨施鉀量的增加而降低。麥棉兩季鉀肥利用率兩試驗(yàn)點(diǎn)均隨施鉀量的增加而降低，施鉀各處理的小麥、棉花鉀肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用率均隨施鉀量的增加而降低。

總之，在本試驗(yàn)條件下，麥棉兩熟制農(nóng)田施鉀均能顯著提高小麥穗粒數(shù)、千粒重及棉花單株成鈴數(shù)、鈴重，從而提高周年兩季產(chǎn)量和效益。若從經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，小麥、棉花的施鉀量應(yīng)以經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量為上限；若從產(chǎn)量需求考慮，施鉀量應(yīng)以最高產(chǎn)量施鉀量為上限。小麥和棉花施鉀可顯著提高植株的氮、磷和鉀素吸收量；但施鉀量達(dá)到一定水平后，氮、磷和鉀的吸收量趨于穩(wěn)定。麥棉兩季鉀肥利用率隨施鉀量的增加而降低。小麥、棉花的鉀肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用率均隨施鉀量的增加而降低。

[1] 易玉林. 河南省土壤養(yǎng)分狀況研究[J]. 河南科學(xué), 2012, 30(7): 882-886. Yi Y L. Soil nutrients status in Henan province[J]. Henan Science, 2012, 30(7): 882-886.

[2] 鄭義, 程道全, 葛樹, 等. 河南潮土鉀素變化狀況與鉀肥肥效[J]. 土壤, 1998,(3): 161-164. Zheng Y, Cheng D Q, Ge Setal. Potassium status and effect of potassium fertilizer of alluvial soil in Henan province[J]. Soils, 1998,(3): 161-164.

[3] 李貴寶, 尹澄清, 孫克剛, 等. 河南省土壤庫中鉀養(yǎng)分資源狀況的研究[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2004, 15(2): 138-142. Li B G, Yin C Q, Sun K Getal. Study on change of soil potassium resources in Henan province[J]. Journal of Natural Resources, 2004, 15(2): 138-142.

[4] 慕蘭, 鄭義, 申眺, 等. 河南省主要耕地土壤肥力監(jiān)測報(bào)告[J]. 中國土壤與肥料, 2007,(2): 17-22. Mu L, Zheng y, Shen Tetal. Report of supervise and test on soil fertility of mostly infield stamp in Henan province[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2007,(2): 17-22.

[5] 姜東, 戴廷波, 荊奇, 等. 氮磷鉀肥長期配合施用對冬小麥子粒品質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(4): 566-571. Jiang D, Dai T B, Jiang Qetal. Effects of long-term combined application of N, P and K fertilizer on grain quality in winter wheat[J]. Scientia Agriculturea Sinica, 2004, 37(4): 566-571.

[6] 張翔, 毛家偉, 王守剛,等. 河南主要土類玉米小麥輪作制下施用鉀肥效應(yīng)研究[J]. 中國土壤與肥料, 2009,(1): 20-22. Zhang X, Mao J W, Wang S Getal. Effect of potash on yield and economic benefit in wheat-maize rotation system of Henan province[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2009,(1): 20-22.

[7] 劉全喜, 馬連運(yùn). 衡水耕層土壤鉀素狀況及施鉀效果[J]. 土壤肥料, 1997,(4): 29-31. Liu Q, Ma L Y. Potassium status in the tilth soil and effect of potassium fertilizer in Hengshui city[J]. Soil and Fertilizer, 1997,(4): 29-31.

[8] 張學(xué)斌, 汪立剛, 王繼印, 等. 河南省中低產(chǎn)棉區(qū)施用鉀肥的效果研究[J]. 中國棉花, 2002, 29(4): 7-9. Zhang X B, Wang L G, Wang J Yetal. Study on effect of potassium fertilizer of middle and low yield cotton area in Henan province[J]. China Cotton, 2002, 29(4): 7-9.

[9] 武際, 郭熙盛, 王允青, 等. 不同土壤供鉀水平下施鉀對弱筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)[J]. 麥類作物學(xué)報(bào), 2007, 27(1): 102-106. Wu J, Guo X S, Wang Y Qetal. Effects of potassium on grain yield and quality of soft-gluten wheat on soil with different K supplying levels[J]. Journal Triticeae Crops, 2007, 27(1): 102-106.

[10] 劉楓, 王允青, 劉英. 淮北砂姜黑土地區(qū)小麥?zhǔn)┾浶?yīng)研究[J]. 土壤肥料, 2003,(4): 20-23. Liu F, Wang Y Q, Liu Y. Research on response of applying potassium fertilizer for wheat in shajiang black soil in North China[J]. Soil and Fertilizer, 2003,(4): 20-23.

[11] 武際, 郭熙盛, 王允青, 等. 鉀對強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)[J]. 中國土壤與肥料, 2007,(2): 59-60, 74. Wu J, Guo X S, Wang Y Qetal. Effect of potassium on grain yield and quality of strong gluten wheat[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2007,(2): 59-60,74.

[12] 張國平. 鉀素對小麥氮代謝與產(chǎn)量的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1985, 11(4): 463-472. Zhang G P. Effect of potassium on nitrogen metabolism and grain yield in winter wheat[J]. Journal of Zhejiang Agricultural University, 1985, 11(4): 463-472.

[13] 李冬花, 郭瑞林, 張毅, 等. 鉀肥對小麥產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)的影響研究[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 31(4): 357-361. Li D H, Guo R L, Zhang Yetal. Study on effects of potassium fertilizer on wheat yield and nutritive quality[J]. Journal of Henan Agricultural University, 1997, 31(4): 357-361.

[14] 于振文, 張煒, 余松烈. 鉀營養(yǎng)對冬小麥養(yǎng)分吸收分配、產(chǎn)量形成和品質(zhì)的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 1996, 22(4): 442-447. Yu Z W, Zhang W, Yu S L. The effect of potassium nutrition on absorption and distribution of nutrient, yield formation and grain quality in winter wheat[J]. Acta Agronomica Sinica, 1996, 22(4): 442-447.

[15] 苗艷芳, 張會(huì)民, 史國安, 等. 不同供鉀能力的土壤施用鉀素對冬小麥的增產(chǎn)效應(yīng)[J]. 麥類作物, 1999, 19(3): 58-60. Miao Y F, Zhang H M, Si G Aetal. Effect of potassium fertilizer on yield of the wheat in soil of different potassium supplying capacity[J]. Tritical Crops, 1999, 19(3): 58-60.

[16] 宋美珍, 楊惠元, 蔣國柱. 黃淮海棉區(qū)鉀肥效應(yīng)研究[J]. 棉花學(xué)報(bào), 1993, 5(l): 73-78. Song M Z, Yang H Y, Jiang G Z. Studies on the effect of potassium fertilizer in the Huanghuaihai cotton growing district of China[J]. Cotton Science, 1993, 5(l): 73-78.

[17] 邢竹, 申建波, 郭建華, 等. 高產(chǎn)棉花營養(yǎng)吸收規(guī)律及鉀肥效果研究初報(bào)[J]. 土壤肥料, 1994,(4): 25-28. Xing Z, Shen J B, Guo J Hetal. Study on nutrient uptake and the effect of potassium fertilizer of high yield cotton[J]. Soil and Fertilizer, 1994,(4): 25-28.

[18] 范希峰, 王漢霞, 田曉莉, 等. 鉀肥對棉花產(chǎn)量的影響及最佳施用量研究[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2006, 18(3): 175-179. Fan X F, Wang H X, Tian X Letal. Effects of potassium on yield of cotton(GossypiumhirsutumL.) and optimal quantity of potassium in Huanghuaihai Plain, China[J]. Cotton Science, 2006, 18(3): 175-179.

[19] 邱任謀. 鉀肥對棉花的作用及施用技術(shù)[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 1986,(6): 8-10. Qiu R M. Effect and application techniques of potassium fertilizer on cotton[J]. Journal of Henan Agricultural Science, 1986,(6): 8-10.

[20] Dong H Z, Kong X Q, Li W Jetal. Effects of plant density and nitrogen and potassium fertilization on cotton yield and uptake of major nutrients in two fields with varying fertility[J]. Field Crops Research, 2010, 119: 106-113.

[21] 王桂良, 黃玉芳, 葉優(yōu)良. 不同鉀肥品種和用量對小麥產(chǎn)量品質(zhì)和養(yǎng)分吸收利用的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2009, 27(5): 35-40. Wang G L, Huang Y F, Ye Y L. Effects of different K sources and rates on grain yield, quality and nutrient absorption of wheat[J]. Agricultural Research in Arid Areas, 2009, 27(5): 35-40.

[22] 辛承松, 董合忠, 羅振, 等. 黃河三角洲鹽漬土棉花施用氮、磷、鉀肥的效應(yīng)研究[J]. 作物學(xué)報(bào), 2010, 36(10): 1698-1706. Xin C S, Dong H Z, Luo Zetal. Effects of N, P, and K fertilizer application on cotton grown in saline soil in Yellow River delta[J]. Acta Agronomica Sinica, 2010, 36(10): 1698-1706.

[23] 高媛, 張炎, 胡偉, 等. 不同鉀肥用量對長絨棉養(yǎng)分吸收、分配和利用的影響[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2009, 21(1): 39-45. Gao Y, Zhang Y, Hu Wetal. Effect on the nutrient absorption, assignment and efficiency of different potassium fertilizer in sea-island cotton[J]. Cotton Science, 2009, 21(1): 39-45.

Effect of potassium application on crop yields and potassium use efficiencies in a wheat-cotton double cropping system

DONG He-lin, LI Peng-cheng, LIU Jing-ran, LIU Ai-zhong, SUN Miao, ZHAO Xin-hua, LIU Zhi-hong, WANG Xiao-ru

(InstituteofCottonResearchofChineseAcademyofAgriculturalSciences/TheStateKeyLaboratoryofCottonBiology,Anyang,Henan455000,China)

【Objectives】 The aim for this study was to define effect of potassium application rate on crop yields and potassium use efficiencies in a wheat-cotton double cropping system, and to determine the highest yield and economic optimum potassium fertilizer rate for the two crops. The results could provide evidence for suitable potassium applied amount in the wheat and cotton cropping system of North China Plain. 【Methods】 The field experiments with five treatments of total K2O application rates(0, 105, 210, 315 and 420 kg/hm2) were conducted in Shangqiu city and Neihuang county, Henan province from 2008 to 2009. The single-season K2O application rates for wheat and/or cotton were 50% of the total, and the nitrogen and phosphate fertilizers for each treatment were the same. Through analyzing the difference of crop yield, output value and increased benefit of wheat and cotton, and potassium use efficiency(KUE) in the five potassium treatments, the maximum yield and economic optimum potassium application rate of wheat-cotton were calculated using potassium mathematical modeling.【Results】1) Compared to K2O 0 kg/hm2, the wheat yield for the other four potassium treatments are increased by 6.6%-9.8% and 7.2%-8.9% in the two experimental sites, respectively, and the highest yield is obtained at the potassium rate of 105 kg/hm2, whereas there are no differences among the four potassium treatments. In addition, wheat grains per spike and 1000-grain weights are increased significantly in the four potassium treatments(P<0.05), whereas no significant differences are observed in the effective spike numbers. Moreover, the optimum wheat yields are obtained at the potassium application rates of 75.7 kg/hm2and 63.9 kg/hm2, respectively, in the two experimental sites, whereas the maximum wheat yields appear at the potassium application rates of 143.2 kg/hm2and 111.6 kg/hm2, respectively. 2) Compared to K2O 0 kg/hm2, the cotton yields for the other four potassium treatments are increased by 42.3%-52.5% and 10.9%-15.6% in the two experimental sites, respectively, and the highest yields are obtained at the potassium rate of 105 kg/hm2, whereas there are no differences among the four potassium treatments. In addition, The boll numbers per plant and boll weights are increased significantly at the four potassium treatments(P<0.05), whereas no significant differences are observed in lint percentage. Moreover, the optimum wheat yields are obtained at the potassium application rates of 106.9 kg/hm2and 111.3 kg/hm2, respectively, in the two experimental sites, whereas the maximum wheat yields appear at the potassium application rates of 113.2 kg/hm2and 138.0 kg/hm2, respectively. 3) The output values and increased benefits of wheat and cotton are increased significantly in the four potassium treatments, and the highest values are obtained at the potassium rates of 210 kg/hm2. However, there are no significant differences among the four potassium treatments, except the treatment of K2O 0 kg /hm2. At the experimental site of Shangqiu city, the potassium apparent recovery efficiency(KARE) of wheat is decreased with the increase of potassium application rate. At the experimental site of Neihuang county, the highest KARE of wheat is obtained at the treatment of 105 kg/hm2, and then the KARE of wheat is declined with the potassium application increasing. With the potassium application increasing, the accumulation amounts of nitrogen, phosphorus and potassium for both wheat and cotton are increased within a certain amount of potassium, but over this range, their accumulation amounts are steady-going. The total KARE in the wheat-cotton double cropping system is decreased with the increase of potassium application rate, as well as the potassium partial factor productivities and agronomic efficiencies of wheat and cotton. 【Conclusion】 In this study, the yields of wheat and cotton are increased with the increase of potassium application rate at a suitable range, and then decline or have a unchanged trend. The crop yields for both wheat and cotton are improved, resulting from grains per spike and 1000-grain weight increasing significantly in parallel with boll number per plant and boll weight. However, the total KARE in the wheat-cotton double cropping system is decreased with the increase of potassium application rate.

potassium application rate; wheat-cotton double cropping; yield; potassium use efficiency

2014-04-22 接受日期: 2014-07-10 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-05-06

棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(CB2014A18)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-18-17)項(xiàng)目資助。

董合林(1964—)，男，河南內(nèi)黃縣人，副研究員，主要從事植物營養(yǎng)生理與肥料資源利用研究。 E-mail: donghl@cricaas.com.cn

S512.06.01；S562.01

A

1008-505X(2015)05-1159-10