施鉀量對(duì)山東褐土夏玉米產(chǎn)量、效益及鉀素平衡的影響

魏建林,張英鵬,崔榮宗*,楊果,馬征

山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,山東濟(jì)南250100

施鉀量對(duì)山東褐土夏玉米產(chǎn)量、效益及鉀素平衡的影響

魏建林,張英鵬,崔榮宗*,楊果,馬征

山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,山東濟(jì)南250100

在山東省褐土區(qū)夏玉米生產(chǎn)上設(shè)計(jì)了用鉀量0、45、90、180、270 kg/hm25個(gè)水平的試驗(yàn)。結(jié)果表明:各施鉀處理玉米產(chǎn)量均比不施鉀處理增加，增產(chǎn)幅度為4.97%～5.59%，施鉀90 kg/hm2處理與不施鉀處理相比玉米產(chǎn)量增產(chǎn)達(dá)到極顯著水平，施鉀180 kg/hm2和270 kg/hm2處理與不施鉀處理玉米產(chǎn)量相比增產(chǎn)達(dá)到顯著水平，各施鉀處理玉米產(chǎn)量之間沒有顯著差異。經(jīng)計(jì)算得出最高產(chǎn)量施用鉀量為174.2 kg/hm2，最經(jīng)濟(jì)施用鉀量為50.6 kg/hm2，從收獲后的樣品分析，87%左右的鉀積累于玉米秸稈中。隨著施鉀量的增加，秸稈和籽粒中的鉀含量都有增加的趨勢(shì)。從土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)鉀素平衡狀況看，施鉀204 kg/hm2時(shí)可以實(shí)現(xiàn)土壤鉀素的收支平衡。隨著施鉀量的增加，鉀肥利用率逐漸下降，鉀肥當(dāng)季利用率在17.99%～54.28%。

鉀用量;夏玉米;鉀素平衡

鉀是作物必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，施用鉀肥對(duì)提高作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)以及提高其抗逆性具有明顯作用[1]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步與推廣，農(nóng)民提高了對(duì)鉀的認(rèn)識(shí)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中鉀肥的用量有了明顯增加[2]。不同地區(qū)由于自然條件及種植管理措施的差異，在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)上的肥料適宜用量而不一致。褐土是山東省的主要土壤類型之一，主要分布于膠濟(jì)鐵路沿線及魯中南地區(qū)，約占全省耕地面積的21.1%。其成土母質(zhì)為石灰?guī)r風(fēng)化物、黃土和洪沖積物。土層深厚、肥力較高[3]，屬于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植區(qū)域，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣在生產(chǎn)上投入肥料量較大，以獲取高產(chǎn)，但如果肥料施用過量，不僅造成浪費(fèi)，還會(huì)引起環(huán)境污染等問題。針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)狀，在山東省褐土區(qū)開展夏玉米鉀素適宜用量的研究試驗(yàn)，目的是確定夏玉米生產(chǎn)中鉀素的最佳用量，為合理施肥提供理論依據(jù)，以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2008年5月至2008年10月在山東省青州市高柳鎮(zhèn)廉頗村進(jìn)行。該試驗(yàn)地塊位于魯北平原南部，處于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫13.1℃，年平均降水量641.5 mm。

供試土壤為褐土，質(zhì)地為輕壤。玉米種植方式是麥田套播，播種前取耕層土壤樣品（0～20 cm）采用常規(guī)方法分析農(nóng)化性狀[4]。土壤養(yǎng)分狀況為:有機(jī)質(zhì)1.58%，堿解氮80.04 mg/kg，有效磷33.71 mg/kg，速效鉀151.50 mg/kg。玉米品種為鄭單958，株距25 cm，行距60 cm，播種密度60000株/hm2。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀（加拿大）。

1.2 試驗(yàn)方法與過程

試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，各處理氮磷用量一致，鉀用量設(shè)置0、45、90、180、270 kg/hm25個(gè)水平，重復(fù)3次。小區(qū)面積40 m2。各處理情況見表1。

表1 玉米各處理肥料用量（kg/hm2）Table 1 Fertilizer levels of the treatments of summer-maize

玉米于2008年5月26日麥田內(nèi)套播，于6月20日第一次追肥，施用全部的磷鉀肥和50%的氮肥，另外50%氮肥于7月22日大喇叭口期第二次追施。

成熟期每個(gè)小區(qū)地上部全部收獲計(jì)產(chǎn)，分籽粒和秸稈兩部分分別記錄。并取各小區(qū)有代表性的秸稈樣品5株，整株用粉碎機(jī)粉碎，混勻后取樣。籽粒和粉碎的秸稈樣品80°C烘干至恒重，粉碎過2 mm篩，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計(jì)法分別測(cè)定全鉀含量。

數(shù)據(jù)用Excel和DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

土壤鉀素盈虧（K2O,kg/hm2）=秸稈吸收鉀量+籽粒吸收鉀量-當(dāng)季施入鉀量

鉀平衡系數(shù)=當(dāng)季施入鉀量/(秸稈吸收鉀量+籽粒吸收鉀量)

鉀素利用率(%)=(施鉀處理成熟期植株鉀積累量-不施鉀處理成熟期植株鉀積累量)/施鉀量×100[5,6]

2 結(jié)果與分析

2.1 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分析

從各處理生物產(chǎn)量結(jié)果看，增施鉀肥會(huì)提高玉米的生物產(chǎn)量。施用鉀肥45 kg/hm2處理與不施鉀處理生物產(chǎn)量沒有明顯差異，而施用鉀肥90 kg/hm2及大于90 kg/hm2處理與不施鉀處理生物產(chǎn)量間達(dá)到顯著性差異水平。從經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分析表可知，各施鉀處理均比不施鉀處理玉米產(chǎn)量增加，增產(chǎn)幅度為4.97%～5.59%，其中以施鉀90 kg/hm2處理增產(chǎn)幅度最大，增產(chǎn)玉米377.09 kg/hm2，增產(chǎn)率為5.59%。統(tǒng)計(jì)分析顯示，施鉀45 kg/hm2處理與不施鉀處理玉米產(chǎn)量相比增產(chǎn)達(dá)到顯著性水平，施用鉀肥90 kg/hm2及大于90 kg/hm2處理與不施鉀處理玉米產(chǎn)量相比增產(chǎn)達(dá)到極顯著性差異水平，各施鉀處理玉米產(chǎn)量之間沒有明顯性差異。

表2 不同施鉀處理生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及收益分析Table 2 Biological yield、yield and economic efficiency analysis of different K treatments

以施鉀量（x）和產(chǎn)量（y）做出肥料效應(yīng)方程為y=-0.0124x2+4.32x+6797.2(R2=0.8612)，經(jīng)計(jì)算玉米獲得最高產(chǎn)量的施鉀量為174.2 kg/hm2（圖1）。計(jì)算鉀元素的增產(chǎn)效益可知，施鉀45 kg/hm2處理的增產(chǎn)效益最高，每施入1 kg鉀可使玉米增產(chǎn)5.99 kg。隨著施鉀量的增加，每施入1 kg鉀元素玉米的增產(chǎn)量逐漸降低。從產(chǎn)值中扣除肥料成本，分析各處理的純收益，純收益由高至低的順序?yàn)镵45＞K0＞K90＞K135＞K270。經(jīng)計(jì)算最經(jīng)濟(jì)的施鉀量為50.6 kg/hm2。

圖1 鉀肥產(chǎn)量效應(yīng)Fig.1 Effect of Potassium fertilizer on yield

2.2 土壤鉀素平衡及鉀素利用率分析

鉀在作物體內(nèi)的吸收、轉(zhuǎn)移、分配是玉米養(yǎng)分利用的重要過程，從表3可以看出，從收獲后的樣品分析，秸稈和籽粒中的鉀含量差別較大，前者是后者的6～7倍。隨著施鉀量的增加，秸稈和籽粒中的鉀含量都有增加的趨勢(shì)。從土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)鉀素平衡狀況看，除K270處理外，其余各處理玉米季生產(chǎn)上土壤鉀均表現(xiàn)不同程度的虧缺，不施鉀處理虧缺160.44 kg/hm2，隨著施鉀量的增加，虧缺逐漸減小，施鉀180 kg/hm2時(shí)，僅虧缺20.64 kg/hm2，而施鉀270 kg/hm2時(shí)則表現(xiàn)為盈余61 kg/hm2。以施入鉀量與移走鉀量之比作為鉀平衡系數(shù)，隨著施鉀量增加，平衡系數(shù)逐漸增大，經(jīng)計(jì)算可得出施鉀204 kg/hm2時(shí)可以實(shí)現(xiàn)土壤鉀素的收支平衡（圖2）。從鉀肥利用率的計(jì)算結(jié)果看，鉀肥當(dāng)季利用率在17.99%～54.28%，隨著施鉀量的增加，鉀肥利用率逐漸下降，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)情況，合理確定鉀肥用量，提高肥料利用率。

表3 不同施鉀處理土壤鉀素平衡及鉀素利用率分析Table 3 Potassium balance and KUE analysis of different K treatments

圖2 施鉀量與鉀平衡系數(shù)關(guān)系Fig.2 The relationship of potassium and potassium balance coefficient

3 討論與結(jié)論

本研究中收獲后測(cè)定玉米秸稈和籽粒中鉀的含量結(jié)果顯示兩者差異非常大，秸稈中鉀含量約為籽粒的6倍，87%左右的鉀積累于玉米秸稈中,與前人的很多研究報(bào)道不一致[6～8]，可能與玉米品種不同或樣品收集處理方式有關(guān)，玉米秸稈在晾干后容易破碎損失影響結(jié)果測(cè)定，在本試驗(yàn)過程中是將收獲后的整株進(jìn)行粉碎混勻取樣分析，相比單株分部位按比例折合分析的方式應(yīng)更為準(zhǔn)確，另外玉米植株中鉀含量測(cè)定值的高低也與收獲前后的氣候有一定關(guān)系，如有降雨、露水等因素也會(huì)導(dǎo)致鉀的流失。從玉米收獲移走鉀量分配看，絕大部分鉀保留在玉米秸稈中，如果通過秸稈還田或其他方式及時(shí)返回到土壤中，則只需補(bǔ)充少量的鉀肥就可以實(shí)現(xiàn)土壤鉀素平衡。

從試驗(yàn)結(jié)果看，在山東省褐土上施鉀有助于玉米增產(chǎn)，施鉀量在0～90 kg/hm2時(shí)，隨著施鉀量的增加，玉米增產(chǎn)幅度也變大，施鉀量在90～270 kg/hm2時(shí)，玉米的增產(chǎn)幅度隨著施鉀量的增加而逐漸降低。從養(yǎng)分的增產(chǎn)效益可以看出，隨著施鉀量的增加，鉀元素的增產(chǎn)效益逐漸下降，當(dāng)施鉀量在45 kg/hm2時(shí)鉀元素的增產(chǎn)效益最高。由于受當(dāng)年肥料價(jià)格較高因素的限制，增施鉀肥雖然增加了產(chǎn)量，但純收益卻沒有一定增加。在本試驗(yàn)條件下，夏玉米獲得最高產(chǎn)量的施鉀量為174.2 kg/hm2；考慮到當(dāng)年肥料價(jià)格，最經(jīng)濟(jì)的施鉀量為50.6 kg/hm2；從計(jì)算土壤鉀素平衡結(jié)果顯示，施鉀204 kg/hm2時(shí)可以實(shí)現(xiàn)土壤鉀素的收支平衡。江麗華等2001年在褐土區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)?shù)叵挠衩咨a(chǎn)上鉀肥適宜用量在75～225 kg/hm2[9]，本試驗(yàn)研究結(jié)果與之基本一致。

由于玉米生產(chǎn)及鉀肥施用效果受土壤肥力、土壤類型、氣候及品種等多個(gè)因素的影響,不同地區(qū)、不同地類之間肥料用量也具有一定的差異。應(yīng)根據(jù)各地區(qū)的具體情況進(jìn)行肥料施用量的合理優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效。山東省褐土區(qū)玉米生產(chǎn)上建議施鉀量在150～200 kg/hm2。

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Effects of Potassium Levels on the Yield,Economic Benefit and Potassium Balance of Summer-maize in Cinnamon Soil of Shandong Province

WEI Jian-lin,ZHANG Ying-peng,CUI Rong-zong*,YANG Guo,MAZheng
Institute of Agricultural Resources and Enviroment,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan 250100,China

The study of different potassium(K)levels was conducted on summer-maize production in cinnamon soil area of Shandong Province.Results showed that the maize yields of K treatments were all increased compared with no K treatment with the amplitude from 4.97%to 5.59%.The difference between the treatment with 90 kg/ha K2O and no K treatment was very obvious,the differences between the treatments of 180 kg/ha K2O,270 kg/ha K2O and no K treatment were obvious,but there were no obvious differences among maize yields of the K treatments.According to calculation,the K2O level of the highest maize yield was 174.2 kg/ha,the highest economic K2O level was 50.6 kg/ha.About 87%K2O accumulated in maize straws according to sample analysis.The K2O contents in straw and grain increased with the increase of K2O levels.From the point of potassium balance between soil and crop,204 kg/ha K2O was needed to balance the income and output of soil potaasium.But the potassium(K)use efficiency(KUE)was decreased with the increase of potassium level.The KUE ranged from 17.99%to 54.28%in the experiment.

K level;summer-maize;Potassium balance

S143.3;S513

A

1000-2324(2015)03-0337-04

2013-05-17

2013-11-25

中國(guó)-國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)研究所(IPNI)合作項(xiàng)目(NMBF-Shandong-2008);山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年科研基金項(xiàng)目(2015YQN38)

魏建林(1979-),男,山東省博興縣人,助理研究員,主要從事土壤肥料和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境方面研究.E-mail:wei_jianlin@163.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:rzcui@ipni.ac.cn