秸稈還田條件下不同供鉀能力土壤水稻、油菜、小麥鉀肥減量研究

張磊，張維樂(lè)，魯劍巍，戴志剛，易妍睿，叢日環(huán)

?

秸稈還田條件下不同供鉀能力土壤水稻、油菜、小麥鉀肥減量研究

張磊1，張維樂(lè)1，魯劍巍1，戴志剛2，易妍睿2，叢日環(huán)1

（1華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；2湖北省耕地質(zhì)量與肥料工作總站，武漢 430070）

【】研究不同供鉀能力土壤在秸稈還田條件下鉀肥減量施用對(duì)水稻、油菜、小麥的產(chǎn)量、鉀素吸收量及鉀肥利用率的影響，計(jì)算秸稈還田條件下3種作物的鉀肥適宜用量，為秸稈還田條件下鉀肥資源的合理利用及農(nóng)田鉀素養(yǎng)分管理和調(diào)控提供理論依據(jù)?！尽?013—2015年在湖北省38個(gè)縣（市）的水稻、油菜及小麥3種作物上開展秸稈還田鉀肥減量施用田間試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，分別為（1）對(duì)照，不施鉀（CK）；（2）施用全量化學(xué)鉀肥（+K）；（3）秸稈還田處理（+S）；（4）秸稈還田配施50%鉀肥（S+1/2K）；（5）秸稈還田配施75%鉀肥（S+3/4K）；（6）秸稈還田配施全量鉀肥（S+K）。參考不施鉀肥處理的作物相對(duì)產(chǎn)量（即CK處理產(chǎn)量/+K處理產(chǎn)量）將土壤供鉀能力分為高、中、低3個(gè)水平?！尽坎煌┾浰酵寥朗┾浐徒斩掃€田均能不同程度增加水稻、油菜和小麥的產(chǎn)量和地上部鉀素吸收量。其中，高供鉀能力的土壤水稻、油菜和小麥僅通過(guò)上季作物秸稈全量還田即可滿足作物高產(chǎn)的鉀素需求；中等供鉀能力的土壤3種作物可在秸稈還田條件下減少50%鉀肥用量；而低供鉀能力的土壤，秸稈還田條件下水稻季可減少25%鉀肥用量，油菜和小麥季可減少50%鉀肥用量。從土壤鉀素表觀平衡來(lái)看，秸稈還田可緩解土壤鉀素虧缺，其中油菜季平均盈余量為14.1—152.6kg K2O·hm-2，小麥季平均盈余量為25.5—95.9 kg K2O·hm-2，水稻季則仍表現(xiàn)為鉀素虧缺。在考慮秸稈鉀素投入量的情況下，通過(guò)一元二次方程和線性加平臺(tái)方程擬合秸稈還田條件下鉀肥用量與作物產(chǎn)量之間的關(guān)系，以+K處理產(chǎn)量為標(biāo)準(zhǔn)得到秸稈還田條件下的適宜鉀肥用量。結(jié)果表明，在前茬作物秸稈全量還田的條件下，供鉀能力為中、高等水平的土壤3種作物鉀肥適宜施用量為20—33 kg K2O·hm-2，油菜鉀肥施用量低于水稻和小麥；而供鉀能力低的土壤上，秸稈還田土壤鉀肥適宜施用量為45—49 kg K2O·hm-2，油菜鉀肥推薦用量高于水稻和小麥。與目前鉀肥經(jīng)濟(jì)施用量60 kg K2O·hm-2相比，3種作物在供鉀能力為中、高等水平的土壤通過(guò)秸稈還田可節(jié)省鉀肥45.0%—66.7%，供鉀能力低的土壤也可節(jié)省鉀肥18.3%—25.0%?！尽拷斩掃€田條件下水稻、油菜及小麥可以在減少18.3%—66.7%鉀肥用量的同時(shí)保證作物產(chǎn)量，鉀肥施用量減少的比例應(yīng)根據(jù)土壤供鉀水平進(jìn)行調(diào)整。

秸稈還田；水稻；油菜；小麥；供鉀水平；鉀肥替代；鉀肥利用率

0 引言

【研究意義】鉀是植物營(yíng)養(yǎng)的重要元素，施用鉀肥對(duì)于提高作物產(chǎn)量和作物品質(zhì)具有非常重要的意義[1]。隨著人口增長(zhǎng)、糧食需求水平提高、經(jīng)濟(jì)水平變化，中國(guó)已成為世界主要的鉀肥消費(fèi)國(guó)。2014年中國(guó)鉀肥表觀消費(fèi)量達(dá)到了1 045萬(wàn)噸（折K2O），進(jìn)口鉀肥量488萬(wàn)噸，鉀肥自給率僅為50.3%[2]。當(dāng)前中國(guó)是世界第一大鉀肥進(jìn)口國(guó)，由于受到國(guó)際鉀肥資源壟斷和需求旺盛的雙重影響下，鉀肥的價(jià)格將一直處于高位運(yùn)行[3-4]。近年來(lái)中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，大量農(nóng)業(yè)新技術(shù)、新品種得到推廣，在保證中國(guó)糧食產(chǎn)量連年增加的同時(shí)也造成了農(nóng)田土壤鉀素虧缺和大量農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)生。【前人研究進(jìn)展】研究表明，秸稈中包含大量的氮、磷、鉀和中微量元素等養(yǎng)分[5-6]。秸稈還田既可以減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[7]。短期秸稈還田可以提高當(dāng)季土壤速效鉀含量，長(zhǎng)期秸稈還田能顯著提高土壤水溶性鉀、非特殊吸附鉀、非交換性鉀及緩效鉀的含量，提高作物鉀素積累量和產(chǎn)量[8-13]。禾本科作物吸收的鉀素80%以上存在于秸稈等非籽實(shí)部位，且這些鉀素均是以離子態(tài)存在，很容易被水浸提出來(lái)被作物吸收利用[14]。湖北省稻作區(qū)以水稻、油菜、小麥等作物秸稈為主，秸稈總量維持在3 500萬(wàn)噸左右，折合純鉀約54萬(wàn)噸左右[15]。因此，秸稈還田是緩解湖北省鉀礦資源短缺與農(nóng)業(yè)鉀肥需求量大的問(wèn)題的有效途徑之一。【本研究切入點(diǎn)】長(zhǎng)江中游是中國(guó)糧食的主產(chǎn)區(qū)之一，頻繁的輪作體系和充沛的雨熱條件導(dǎo)致土壤養(yǎng)分尤其是土壤鉀素的虧缺嚴(yán)重。在當(dāng)前國(guó)家倡導(dǎo)“化肥零增長(zhǎng)”的大背景下，研究主要糧油作物的秸稈替代鉀肥技術(shù)顯得尤為重要?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究于2013—2015年在湖北省38個(gè)縣（市）分別開展水稻、油菜和小麥的秸稈還田替代鉀肥效果大田試驗(yàn)，研究3種作物在不同供鉀條件下秸稈全量還田能夠替代鉀肥的用量及其對(duì)作物鉀素吸收利用的影響，以期為秸稈還田條件下鉀肥資源的合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2013—2015年在湖北省漢川、鐘祥、天門等38個(gè)縣（市、區(qū)）進(jìn)行，各試驗(yàn)點(diǎn)均開展單季作物的研究，具體分布如下：

2013年水稻季包括漢川、鐘祥、天門、潛江、應(yīng)城、京山、大冶、老河口、荊州、棗陽(yáng)、仙桃、掇刀、監(jiān)利、孝昌、赤壁、沙洋、鄂州、安陸、松滋、谷城農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所（谷城Ⅰ）、谷城廟灘（谷城Ⅱ）、谷城冷集（谷城Ⅲ）、麻城、崇陽(yáng)、洪湖萬(wàn)全（洪湖Ⅰ）、洪湖黃家口（洪湖Ⅱ）、南漳、隨縣、紅安、孝南30個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；2014年水稻季包含江夏、云夢(mèng)、襄州、石首、黃梅、英山、嘉魚、咸安8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。以上共計(jì)38個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。2013/2014年油菜季包括洪湖Ⅰ、掇刀、應(yīng)城、松滋、孝南、仙桃、赤壁、荊州、崇陽(yáng)、谷城Ⅱ、沙洋11個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；2014/2015年油菜季包含云夢(mèng)、嘉魚2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；以上共計(jì)13個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。2013/2014年小麥季包括洪湖Ⅱ、谷城Ⅲ、老河口、孝昌、京山、南漳、安陸、隨縣、潛江9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；2014/2015年小麥季包含襄州、棗陽(yáng)2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。以上共計(jì)11個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。各試驗(yàn)點(diǎn)供試土壤均為水稻土，基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理，分別為（1）對(duì)照，不施鉀（CK）；（2）施用全量化學(xué)鉀肥（+K）；（3）秸稈還田處理（+S）；（4）秸稈還田配施50%鉀肥（S+1/2K）；（5）秸稈還田配施75%鉀肥（S+3/4K）；（6）秸稈還田配施全量鉀肥（S+K）。所有試驗(yàn)處理水稻季氮肥和磷肥用量分別為165 kg N·hm-2和60 kg P2O5·hm-2；油菜季氮肥、磷肥和硼肥180 kg N·hm-2、60 kg P2O5·hm-2和15 kg·hm-2；小麥季氮肥和磷肥用量分別為150 kg N·hm-2和45 kg P2O5·hm-2。3種作物的全量鉀肥用量均為60 kg K2O·hm-2。氮肥分2次施用，水稻季為基肥﹕蘗肥=73%﹕27%，油菜季為基肥﹕越冬肥= 75%﹕25%，小麥季為基肥﹕蘗肥= 70%﹕30%，磷肥、鉀肥和硼肥均作為基肥一次性施用。肥料品種均采用尿素（含N 46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%），硼砂（含硼 11%）。

各試驗(yàn)點(diǎn)每季秸稈還田均取自該試驗(yàn)點(diǎn)上一季作物秸稈或臨近田塊秸稈，還田量均調(diào)整為6 000 kg·hm-2（近似于前茬作物秸稈全量還田），其中稻油輪作水稻季還田秸稈為油菜莖稈與角殼1﹕1混合，稻麥輪作水稻季還田秸稈為小麥秸稈，油菜和小麥季還田秸稈均為水稻秸稈，各試驗(yàn)點(diǎn)還田秸稈均粉碎至15—20 cm，翻壓還田，其中水稻季灌水7—10 cm泡田。還田秸稈均取樣測(cè)定秸稈鉀含量，其中水稻秸稈平均帶入鉀素養(yǎng)分198.1 kg K2O·hm-2，油菜秸稈平均帶入鉀素養(yǎng)分為122.3 kg K2O·hm-2，小麥秸稈平均帶入鉀素養(yǎng)分84.6 kg K2O·hm-2。

試驗(yàn)小區(qū)面積為50 m2。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。各小區(qū)之間用寬30 cm、高30 cm的土埂隔開，并在田埂上覆蓋薄膜，防止小區(qū)之間串水串肥。同時(shí)整個(gè)試驗(yàn)區(qū)外圍用土埂圍起，與保護(hù)行隔離，有獨(dú)立的灌/排水溝，防止保護(hù)區(qū)肥水串進(jìn)試驗(yàn)各小區(qū)。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣一致。

各試驗(yàn)點(diǎn)種植水稻均為中稻，供試水稻、油菜和小麥品種均為當(dāng)?shù)刂魍破贩N，水稻品種主要為豐兩優(yōu)1號(hào)、揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)和廣兩優(yōu)1128等；油菜的主要品種為華油雜9號(hào)、中油雜7819和中雙4號(hào)等；小麥的主要品種為鄭麥9023和鄂麥18等。水稻于5月上旬育秧，下旬移栽，9月中旬收獲，移栽密度為17.5 萬(wàn)蔸/hm2；油菜于10月上中旬播種，次年5月中下旬收獲；小麥于10月中下旬播種，次年6月初收獲。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 土壤基礎(chǔ)樣品測(cè)定 土壤基礎(chǔ)樣品均在水稻種植前采用“S”形10點(diǎn)采樣法采集，取0—20 cm耕層土壤，揀出雜草和碎石，按照“四分法”取1 kg帶回實(shí)驗(yàn)室于陰涼、通風(fēng)處風(fēng)干，并磨細(xì)過(guò)0.85 mm篩后，置于干燥處保存。土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)按常規(guī)方法測(cè)定[16]。具體為：pH按照水土比2.5﹕1，電位法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)用外加熱—重鉻酸鉀容量法測(cè)定；全氮用半微量開氏定氮法測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)酸滴定；速效磷用0.5 mol·L-1的NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀用1 mol·L-1NH4OAc浸提—火焰光度法測(cè)定。

1.3.2 測(cè)產(chǎn) 水稻、油菜和小麥的籽實(shí)產(chǎn)量以各小區(qū)實(shí)際收獲產(chǎn)量實(shí)打?qū)嵤?。水稻收獲時(shí)每小區(qū)隨機(jī)選取10蔸有代表性的水稻植株，油菜和小麥在每個(gè)小區(qū)按照0.5 m×0.5 m的樣方取植株，風(fēng)干。水稻和小麥分籽粒和莖稈、油菜分籽粒、角殼和莖稈并分別稱重，測(cè)定各部分養(yǎng)分含量。水稻和小麥通過(guò)計(jì)算谷草比，再根據(jù)實(shí)收籽實(shí)產(chǎn)量推算水稻和小麥的單位面積干物質(zhì)生產(chǎn)量。油菜通過(guò)計(jì)算籽粒﹕角殼和籽粒﹕莖稈的比值，再根據(jù)實(shí)收籽實(shí)產(chǎn)量推算油菜單位面積干物質(zhì)生產(chǎn)量。

1.3.3 植物養(yǎng)分測(cè)定 水稻、油菜和小麥植株風(fēng)干后，在60℃烘箱中烘24 h，經(jīng)過(guò)磨碎、過(guò)篩后，用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度法測(cè)定植株鉀含量[16]。

表1 湖北省38個(gè)縣（市）試驗(yàn)點(diǎn)土壤基本性狀

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

1.4.1 基于相對(duì)產(chǎn)量的水稻、油菜、小麥土壤供鉀能力劃分 土壤速效鉀含量常用來(lái)評(píng)估土壤供鉀能力水平，但是研究表明這種方法僅適用于基礎(chǔ)肥力相對(duì)較高、固鉀能力較弱的土壤[17-18]。本研究是在湖北省主要的水旱輪作區(qū)進(jìn)行，頻繁的輪作和較強(qiáng)的土壤固鉀能力下NH4OAc浸提的速效鉀含量會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)[18]，此外該浸提方法的測(cè)定值會(huì)受到土壤取樣時(shí)間、浸提溫度和土壤類型的影響[19]。研究也表明土壤中粉砂土層和亞土層的鉀也顯著影響作物對(duì)鉀素的吸收[20]。Cong等[21]研究長(zhǎng)江流域1 437個(gè)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)產(chǎn)量與土壤速效鉀含量并未建立相關(guān)關(guān)系，而與不施鉀肥處理的鉀素吸收量與顯著相關(guān)關(guān)系。此外，目前土壤速效鉀的化學(xué)提取及測(cè)定方法是模擬植物根系對(duì)土壤鉀素的吸收，土樣的風(fēng)干及浸提過(guò)程等反復(fù)干濕變化導(dǎo)致土壤速效鉀和緩效鉀測(cè)試結(jié)果失真[22]。以上研究均表明用速效鉀含量定義本研究供試的土壤供鉀能力是不合適的，因?yàn)樗荒芊从惩寥缹?shí)際的供鉀能力。而用不施鉀肥作物相對(duì)于施鉀作物的相對(duì)產(chǎn)量水平則可以表征氣候、土壤、區(qū)域尺度輪作制度等多種復(fù)雜影響因子作用下土壤的供鉀能力，水稻、油菜和小麥的不施鉀處理產(chǎn)量與土壤速效鉀含量呈一定的正相關(guān)關(guān)系，水稻相對(duì)產(chǎn)量與土壤速效鉀間存在極顯著相關(guān)的對(duì)數(shù)關(guān)系[23-25]。因此本研究選擇不施鉀處理作物相對(duì)產(chǎn)量描述土壤基礎(chǔ)供鉀水平。

根據(jù)王偉妮[23]、吳良泉[24]、鄒娟[25]的研究結(jié)果，同時(shí)綜合考慮土壤基礎(chǔ)供鉀能力劃分標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性，按照對(duì)照不施鉀（CK）相對(duì)于施用全量化學(xué)鉀肥（+K）處理的相對(duì)產(chǎn)量把供試土壤供鉀水平分為低、中和高3個(gè)等級(jí)，相對(duì)產(chǎn)量＜85%定為“供鉀水平低”，85%—95%定為“供鉀水平中”，＞95%定為“供鉀水平高”。

1.4.2 鉀肥推薦用量 通過(guò)一元二次模型和線性模型對(duì)每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)鉀肥用量和不同作物產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行模擬，通過(guò)模擬曲線與各點(diǎn)+K處理產(chǎn)量對(duì)應(yīng)得出各試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田條件下適宜鉀肥用量。采用一元二次模型擬合方程為：

=2++（1）

式中，為籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2），為肥料用量（kg·hm-2），為二次項(xiàng)系數(shù)，為一次項(xiàng)系數(shù)，為截距。

采用線性模型時(shí)，方程為：

=+（2）

式中，為籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2），為肥料用量（kg·hm-2），為斜率，為截距。

研究中使用SPSS 20.0軟件模擬一元二次模型和線性模型。

在模型選擇過(guò)程中，將肥效函數(shù)模擬過(guò)程中的R2作為判定指標(biāo)，即分別用一元二次模型和線性模型對(duì)每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)鉀肥用量及秸稈還田條件下作物產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行模擬，選擇2值較大的模型計(jì)算該試驗(yàn)點(diǎn)適宜施鉀量。綜合考慮擬合方程的相關(guān)性及結(jié)果的合理性，在最優(yōu)曲線上尋找+K處理產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的鉀肥用量，即為秸稈還田條件下的鉀肥適宜用量。若該試驗(yàn)點(diǎn)模擬結(jié)果均不符合二者模型（即鉀肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)較低），則以+K處理籽粒吸鉀量作為鉀肥推薦用量的最低限定值[26]。

1.4.3 相關(guān)參數(shù)計(jì)算

相對(duì)產(chǎn)量（%）=不施鉀處理（CK）產(chǎn)量/施鉀處理（+K）產(chǎn)量×100%；

還田秸稈鉀素量（kg K2O·hm-2）=還田秸稈干物質(zhì)重×還田秸稈鉀素含量（按K %計(jì)，下同）×1.2；

作物地上部吸鉀量（kg K2O·hm-2）=收獲期單位面積地上部干物重×植株鉀含量×1.2；

鉀素農(nóng)學(xué)利用率（kg·kg-1）=（各處理產(chǎn)量-CK處理產(chǎn)量）/（鉀肥用量+秸稈鉀素用量）；

土壤鉀素表觀平衡量（kg K2O·hm-2）=鉀素投入總量-作物帶出土壤鉀素總量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MS Excel 2010和SPSS 20.0軟件計(jì)算分析，LSD法檢驗(yàn)＜0.05水平上的差異顯著性。采用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果

2.1 秸稈還田條件下減少鉀肥用量對(duì)作物產(chǎn)量的影響

對(duì)于水稻（圖1-a），高、中、低供鉀水平土壤的CK處理產(chǎn)量均值分別為8.2、8.1和6.1 t·hm-2，施用鉀肥和秸稈還田均能夠不同程度增加產(chǎn)量。與CK處理相比，高、中、低供鉀水平土壤+K處理平均增產(chǎn)0.208、0.733和2.228t·hm-2，增產(chǎn)率分別2.6%、9.1%和36.7%。在秸稈還田量為6.0 t·hm-2（近似于前茬作物秸稈全量還田）條件下，高供鉀水平土壤，+S處理即可達(dá)到+K處理相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量水平；中等供鉀土壤，S+1/2K處理可以達(dá)到+K處理相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量水平；而低供鉀土壤，S+3/4K處理可以達(dá)到+K處理相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量水平。

對(duì)于油菜（圖1-b），高、中、低供鉀水平土壤的CK處理產(chǎn)量均值分別為1.9、2.0和1.1 t·hm-2，施用鉀肥和秸稈還田均能夠不同程度增加產(chǎn)量。與CK處理相比，高、中、低供鉀水平土壤+K處理平均增產(chǎn)0.045、0.221和0.43 t·hm-2，增產(chǎn)率分別2.3%、11.1%和39.7%。在秸稈還田量為6.0 t·hm-2（近似于前茬作物秸稈全量還田）條件下，高供鉀水平土壤，+S處理即可達(dá)到+K處理產(chǎn)量相當(dāng)?shù)乃剑恢械群偷凸┾浰綏l件下，S+1/2K處理可以達(dá)到+K處理產(chǎn)量相當(dāng)?shù)乃健?/p>

（a）水稻 Rice，High-K=17；Middle-K=16；Low-K=5；（b）油菜Oilseed rape，High-K=2；Middle-K=7；Low-K=4；（c）小麥Wheat，High-K=4；Middle-K=5；Low-K=2

圖中不同小寫字母表示同等供鉀水平下不同處理間差異顯著（＜0.05）。下同

Different small letters mean significant difference at＜0.05 among the treatments in the same K supplying level.The same as below

圖1 秸稈還田條件下減少鉀肥用量對(duì)水稻（a）、油菜（b）、小麥（c）作物產(chǎn)量的影響

Fig. 1 Effects of reducing K fertilizer rates on crop yield of rice (a), oilseed rape (b) and wheat (c) under straw incorporation condition

對(duì)于小麥（圖2-c），高、中、低供鉀水平土壤的CK處理產(chǎn)量均值分別為4.5、4.0和3.5 t·hm-2。施用鉀肥和秸稈還田均能夠不同程度增加產(chǎn)量。與CK處理相比，高、中、低供鉀水平土壤+K處理平均增產(chǎn)0.106、0.637和0.785t·hm-2，增產(chǎn)率分別2.4%、13.6%和22.1%。在秸稈還田量為6.0 t·hm-2（近似于前茬作物秸稈全量還田）條件下，高供鉀水平土壤，+S處理即可達(dá)到+K處理產(chǎn)量水平；中等和低供鉀水平條件下，S+1/2K處理可以達(dá)到+K處理產(chǎn)量水平。

2.2 秸稈還田條件下減少鉀肥用量對(duì)作物地上部鉀素吸收量的影響

對(duì)于水稻（圖2-a），高、中、低供鉀水平土壤的CK處理地上部鉀素吸收量分別為290.1、286.2和246.4 kgK2O·hm-2。施鉀和秸稈還田均能不同程度增加水稻地上部鉀素吸收量。高、中、低供鉀水平土壤+K處理的鉀素吸收量平均分別為347、358和318 kgK2O·hm-2，與CK處理相比增幅分別為19.6%、25.0%和29.0%，和產(chǎn)量的增產(chǎn)趨勢(shì)表現(xiàn)相一致（圖1-a）。與+K處理相比，高供鉀土壤S+K處理呈現(xiàn)顯著性地增加，平均增加58.6 kgK2O·hm-2，這是由于秸稈還田提供的鉀量遠(yuǎn)高于+K處理提供的鉀量，其中籽粒鉀素吸收量增加4.6 kgK2O·hm-2，秸稈鉀素吸收量增加54.0 kgK2O·hm-2，水稻秸稈存在明顯的鉀素奢侈吸收現(xiàn)象。

油菜（圖2-b）高、中、低供鉀水平土壤的CK處理地上部鉀素吸收量分別為118.5、148.3和89.3 kgK2O·hm-2。高、中、低供鉀水平土壤+K處理的鉀素吸收量平均分別為143、196和136 kgK2O·hm-2，與CK處理相比增幅分別為20.7%、32.3%和51.8%，和產(chǎn)量的增產(chǎn)趨勢(shì)表現(xiàn)相一致（圖1-b）。與+K處理相比，高供鉀和中等供鉀土壤秸稈還田配施鉀肥各處理無(wú)顯著差異，而低供鉀土壤S+K處理油菜吸鉀量則明顯高于+K處理，平均增加46.6 kgK2O·hm-2，增幅達(dá)34.4%。與水稻相似，油菜角殼和莖桿鉀素吸收量遠(yuǎn)高于籽粒鉀素吸收量。

小麥（圖2-c）高、中、低供鉀水平土壤的CK處理地上部鉀素吸收量分別為155.7、99.6和98.8 kgK2O·hm-2。施鉀和秸稈還田能夠明顯提高小麥地上部鉀素吸收量（134.3—203.9 kgK2O·hm-2）。與+K處理相比，不同供鉀能力S+K處理地上部鉀素吸收量增幅差異較小，平均增加14.0—19.0 kgK2O·hm-2，增幅7.6%—11.5%。

不同顏色深度表示各部位鉀素吸收量，不同填充圖案表示不同處理鉀素吸收量，不同小寫字母表示各處理間地上部鉀素吸收量差異顯著性（P＜0.05）

2.3 秸稈還田減少鉀肥用量對(duì)作物鉀素利用率的影響

如圖3-a、3-b和3-c所示，計(jì)算作物鉀素利用率（即秸稈帶入鉀素+肥料投入鉀素的總鉀素利用效率）發(fā)現(xiàn)，水稻、油菜和小麥3種作物的鉀素農(nóng)學(xué)利用率均表現(xiàn)為高供鉀水平土壤低于中、低供鉀水平土壤。秸稈不還田時(shí)，高、中、低供鉀水平土壤水稻鉀素農(nóng)學(xué)利用率分別為3.5、12.2和37.1 kg·kg-1，油菜分別為0.7、3.7和7.2 kg·kg-1，小麥分別為1.8、9.1和13.1 kg·kg-1，即當(dāng)土壤供鉀水平較高時(shí)，每投入1 kg K2O僅能夠增產(chǎn)3.5 kg稻谷、0.7 kg油菜籽和1.8 kg小麥。而還田秸稈由于帶入鉀素（85—198 kgK2O·hm-2）遠(yuǎn)高于肥料（60 kg K2O·hm-2），因此秸稈還田處理的作物農(nóng)學(xué)利用率遠(yuǎn)低于不還田處理。秸稈還田配施不同用量的鉀肥由于其產(chǎn)量增幅高于總鉀素投入增幅，因此秸稈還田條件下各處理表現(xiàn)出隨著鉀肥用量的增加其農(nóng)學(xué)利用效率略有增加的趨勢(shì)。

圖3 秸稈還田條件下減少鉀肥用量對(duì)水稻（a）、油菜（b）、小麥（c）作物鉀素農(nóng)學(xué)利用率的影響

2.4 秸稈還田條件下減少鉀肥用量對(duì)作物-土壤系統(tǒng)鉀素平衡的影響

圖4-a、4-b和4-c分別表示水稻、油菜和小麥?zhǔn)斋@后農(nóng)田土壤鉀素表觀盈余量的狀況。通過(guò)計(jì)算土壤-作物系統(tǒng)鉀素表觀平衡發(fā)現(xiàn)，秸稈還田對(duì)土壤鉀素平衡狀況影響較大。3種供鉀土壤水稻、油菜和小麥季收獲后CK處理土壤鉀素均處于嚴(yán)重虧缺的狀態(tài)，水稻施鉀對(duì)于緩解虧缺狀況效果不明顯，而油菜和小麥均有所緩解，但仍有相當(dāng)數(shù)量的虧缺（74.4—136.3 kgK2O·hm-2）。秸稈還田可明顯補(bǔ)充大量土壤鉀素，使土壤鉀素肥力提高，尤其是在油菜和小麥季可以扭虧為盈，油菜季平均盈余量為14.1—152.6 kg K2O·hm-2，小麥季平均盈余量為25.5— 95.9 kg K2O·hm-2，這與旱地作物試驗(yàn)還田的水稻秸稈帶入的鉀素遠(yuǎn)高于水稻試驗(yàn)還田的油菜、小麥秸稈有關(guān)。總的來(lái)說(shuō)，不同供鉀土壤采用施用化學(xué)鉀肥和秸稈還田的措施均可以減輕土壤鉀素的消耗，而秸稈還田配施鉀肥更有利于鉀素養(yǎng)分的收支平衡，進(jìn)而緩解土壤鉀素虧缺的狀況，且旱季（油菜、小麥季）緩解效果要明顯優(yōu)于水田。

2.5 秸稈還田條件下鉀肥適宜用量研究

本研究通過(guò)一元二次方程和線性方程對(duì)每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田條件下鉀肥用量和作物產(chǎn)量之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，通過(guò)比較擬合相關(guān)系數(shù)2選擇最適方程，在擬合曲線中與+K處理產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的鉀肥用量即為秸稈還田條件下的最適宜施鉀量。由表2結(jié)果可知，高、中、低3個(gè)供鉀能力水平的土壤水稻、油菜和小麥在秸稈還田條件下均可以不同程度減少鉀肥用量，同時(shí)保證作物產(chǎn)量達(dá)到正常施鉀水平（+K處理），且高供鉀和中等供鉀能力水平的土壤鉀肥減少比例要遠(yuǎn)高于供鉀能力低的土壤。秸稈還田條件下不同作物的推薦鉀肥用量也有差異。其中，中、高供鉀水平的土壤其水稻和小麥的鉀肥推薦施用量平均為30—33kgK2O·hm-2，而油菜則需要較少的鉀肥（均值為20 kgK2O·hm-2）。與目前鉀肥用量（60 kgK2O·hm-2）相比，3種作物在供鉀中高水平的土壤可平均節(jié)肥45.0%—66.7%。對(duì)于供鉀水平較低的土壤而言，油菜（49 kgK2O·hm-2）則需要比水稻和小麥更多的鉀肥（45—46 kgK2O·hm-2）。秸稈還田條件下，3種作物鉀肥推薦用量在供鉀水平較低的土壤也可以減少18.3%—25.0%。

a：水稻；b：油菜；c：小麥

3 討論

秸稈作為一種農(nóng)業(yè)廢棄物，卻是寶貴的養(yǎng)分資源。任何形式的秸稈還田都可以補(bǔ)充大量的鉀素進(jìn)而提升土壤鉀庫(kù)容量。眾多研究已經(jīng)表明施鉀或秸稈還田均可以不同程度增加水稻、小麥、玉米和油菜等作物的產(chǎn)量[13,27-30]。本研究的結(jié)果也驗(yàn)證了此觀點(diǎn)，3種作物施鉀和秸稈還田均可以增加作物產(chǎn)量，施用化學(xué)鉀肥處理增產(chǎn)效果均優(yōu)于單施秸稈處理。旱地作物（小麥、油菜）施鉀和秸稈還田增幅效果均要優(yōu)于水稻。秸稈還田所釋放的養(yǎng)分可以直接供作物吸收利用，尤其是其鉀素含量高，且釋放迅速，極易被作物吸收利用[6]。本研究結(jié)果表明在上季秸稈全量或大部分還田條件下在減少鉀肥投入的同時(shí)也能保證作物的產(chǎn)量，各試驗(yàn)點(diǎn)由于土壤供鉀水平及秸稈類型的不同使其鉀肥減少比例不同。劉秋霞等[29]研究分析了湖北省鄂東丘陵區(qū)、鄂中丘陵崗地區(qū)和江漢平原區(qū)的區(qū)域發(fā)現(xiàn)水稻季最經(jīng)濟(jì)鉀肥推薦用量相比較推薦化學(xué)鉀肥用量可節(jié)約36.9%—54.3%。本研究結(jié)果表明，針對(duì)不同作物不同供鉀能力，秸稈還田替代鉀肥效果及潛力差異較明顯。筆者根據(jù)相對(duì)產(chǎn)量將土壤供鉀能力分為高（相對(duì)產(chǎn)量＞95%）、中（相對(duì)產(chǎn)量85%—95%）、低（相對(duì)產(chǎn)量＜85%）3個(gè)水平，發(fā)現(xiàn)在土壤供鉀能力處于中等以上時(shí)，上季秸稈全部還田可減少45.0%—66.7%的鉀肥用量；當(dāng)土壤供鉀能力較低時(shí)，秸稈還田也可以替代18.3%—25.0%的化學(xué)鉀肥。

本研究參考李繼福等[30]研究方法，計(jì)算外源鉀素投入（即化肥鉀+秸稈鉀）的總鉀素利用效率，旨在評(píng)價(jià)秸稈鉀素的當(dāng)季利用效率。研究結(jié)果表明，在施用鉀肥的條件下，3種作物秸稈還田處理的鉀素當(dāng)季利用效率都明顯低于不還田處理，這主要是由于本研究中還田秸稈量近似全量還田，其秸稈鉀素一次性投入的量（84.6—198.1 kg K2O·hm-2）遠(yuǎn)高于化學(xué)鉀肥（30—60 kg K2O·hm-2），而作物對(duì)于鉀的需求是一定的，當(dāng)鉀肥施用后作物對(duì)秸稈鉀的依賴減少，因此計(jì)算總鉀素利用效率時(shí)導(dǎo)致秸稈還田處理效率偏低。另一方面，秸稈鉀素當(dāng)季利用效率較低的原因可能與不同類型土壤的固鉀能力差異較大有關(guān)。還田秸稈在較短時(shí)間內(nèi)即釋放出大量鉀素，一部分鉀素被土壤吸附固定，一部分鉀素則隨水淋失[31-32]，而僅有少部分鉀素可以被當(dāng)季作物吸收利用。此外，針對(duì)不同作物而言，水稻季鉀素利用率明顯高于油菜和小麥季，分析其原因主要是與水稻季土壤淹水進(jìn)而提高土壤交換性鉀供應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)[33]。結(jié)合鉀素表觀平衡結(jié)果（圖4）和武際等[34]研究的連續(xù)秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響可知，連續(xù)秸稈能夠顯著提高表層5 cm的土壤速效鉀含量，進(jìn)而起到補(bǔ)充土壤鉀素庫(kù)容量和提高土壤供鉀能力的作用。

通過(guò)探討土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)影響土壤鉀庫(kù)作物籽粒的輸出、作物秸稈輸出、化學(xué)鉀肥的輸入以及作物秸稈還田輸入4種主要的途徑，不考慮灌溉投入和大氣沉降所帶入的鉀素，計(jì)算鉀素表觀盈虧量[27]。前人研究表明，不施用化學(xué)鉀肥會(huì)造成土壤鉀素處于嚴(yán)重虧缺的狀態(tài)，施鉀和全量秸稈還田均可以不同程度地緩解土壤鉀素虧缺的狀況[29,35-36]。本研究結(jié)果顯示秸稈還田與不還田處理水稻收獲后土壤鉀素均處于虧缺的狀態(tài)；對(duì)于油菜和小麥而言，不施鉀和單施化學(xué)鉀肥處理土壤鉀素均處于虧缺的狀態(tài)，而秸稈配施鉀肥各處理土壤鉀素則可以扭虧為盈。主要原因之一是由于水稻秸稈帶入旱季作物的鉀量多于油菜、小麥秸稈帶入水稻季的鉀量。水稻季的秸稈是油菜和小麥，其秸稈鉀平均還田量分別為122.3 kg K2O·hm-2（油菜秸稈）和84.6 kg K2O·hm-2（小麥秸稈），明顯低于小麥和油菜季的秸稈還田帶入的鉀素量198.1 kg K2O·hm-2（水稻秸稈）。低供鉀土壤水稻S+3/4K處理可以達(dá)到+K處理相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量水平，而小麥和油菜S+1/2K處理可以達(dá)到+K處理產(chǎn)量水平，出現(xiàn)這種情況可能也是由于上述情況引起的。實(shí)際上無(wú)論是秸稈還田還是使用化學(xué)鉀肥，關(guān)鍵的問(wèn)題還是補(bǔ)充足夠的鉀素以保證土壤-作物體系內(nèi)鉀素的平衡。在當(dāng)前國(guó)家“化肥零增長(zhǎng)”的目標(biāo)和中國(guó)鉀礦資源缺乏的情況下，推廣秸稈還田技術(shù)，重視秸稈替代部分肥料，用耕地內(nèi)在養(yǎng)分替代外來(lái)化肥養(yǎng)分投入十分必要。因此秸稈鉀作為一種可再生的鉀素資源直接還田對(duì)于減少化學(xué)鉀肥投入、提高經(jīng)濟(jì)收益、補(bǔ)充土壤鉀庫(kù)均有重要的意義。

4 結(jié)論

4.1 通過(guò)38個(gè)秸稈還田田間試驗(yàn)表明，高供鉀條件下水稻、油菜和小麥僅通過(guò)上季秸稈全量還田即可滿足作物高產(chǎn)的鉀素需求；中等供鉀條件下3種作物可在秸稈全量還田條件下減少50%鉀肥用量；而低供鉀條件下，水稻季秸稈還田可減少25%鉀肥用量，油菜和小麥季可減少50%鉀肥用量。

4.2 在當(dāng)前秸稈全量還田和施用化學(xué)鉀肥的條件下，外源鉀總利用率（化肥鉀+秸稈鉀）表現(xiàn)為秸稈還田處理低于不還田處理。然而從土壤鉀素平衡來(lái)看，秸稈還田可增加鉀素歸還量，其中油菜季平均盈余量為14.1—152.6kgK2O·hm-2，小麥季平均盈余量為25.5—95.9kgK2O·hm-2，水稻季則仍表現(xiàn)為鉀素虧缺。因此從維持土壤鉀庫(kù)平衡來(lái)看，3種作物在不同供鉀能力土壤秸稈還田條件下仍需配施一定量鉀肥以維持土壤鉀素平衡。

4.3 在秸稈還田條件下，不同供鉀能力土壤均可以減少化學(xué)鉀肥的投入同時(shí)保證水稻、油菜、小麥產(chǎn)量。供鉀中、高水平的土壤上，上季秸稈全量還田條件下3種作物鉀肥施用量為20—33 kgK2O·hm-2，節(jié)省鉀肥45.0%—66.7%；而供鉀水平較低的土壤上，秸稈還田土壤鉀肥可施用45—49 kgK2O·hm-2，節(jié)省鉀肥18.3%—25.0%。

試驗(yàn)布置和開展過(guò)程中得到了參與本次項(xiàng)目的湖北省38個(gè)縣（市）土壤肥料工作站工作人員的大力支持和幫助，在此表示感謝！

[1] 金繼運(yùn), 李家康, 李書田. 化肥與糧食安全. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2006, 12(5): 601-609.

JIN J Y, LI J K, LI S T. Chemical fertilizer and food security., 2006, 12(5): 601-609. (in Chinese)

[2] 亓昭英, 安超. 2014年中國(guó)鉀肥行業(yè)運(yùn)行情況及發(fā)展預(yù)測(cè). 中國(guó)石油和化工經(jīng)濟(jì)分析, 2015, 3: 32-35.

QI Z Y, AN C. Operation situation and development forecast of China's potash fertilizer industry in 2014., 2015, 3: 32-35. (in Chinese)

[3] 谷紅霞. 出口卡特爾與中國(guó)鉀肥進(jìn)口定價(jià)權(quán)的研究[D]. 北京: 對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué), 2014.

GU H X. An analysis on export cartels and China pricing mechanism of imported potash[D]. Beijing: University of International Business and Economics, 2014. (in Chinese)

[4] 庾莉萍. 世界鉀肥生產(chǎn)壟斷局面及供應(yīng)緊張形勢(shì). 磷肥與復(fù)肥, 2009(1): 18-20.

YU L P. The monopolized production and short supply situation of global potash fertilizer., 2009(1): 18-20. (in Chinese)

[5] 戴志剛, 魯劍巍, 李小坤, 魯明星, 楊文兵, 高祥照. 不同作物還田秸稈的養(yǎng)分釋放特征試驗(yàn). 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(6): 272-276.

DAI Z G, LU J W, LI X K, LU M X, YANG W B, GAO X Z. Nutrient release characteristics of different crop straws manure., 2010, 26(6): 272-276. (in Chinese)

[6] 武際. 水旱輪作條件下秸稈還田的培肥和增產(chǎn)效應(yīng)[D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012．

WU J. Effects of straw return on soil fertility and crop yields in paddy-upland rotation system[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2012. (in Chinese)

[7] CHEN G Y, GUAN Y N, TONG L, YAN B B, Hou L A. Spatial estimation of PM 2.5, emissions from straw open burning in Tianjin from 2001 to 2012., 2015, 122: 705-712.

[8] 姜超強(qiáng), 鄭青松, 祖朝龍. 秸稈還田對(duì)土壤鉀素的影響及其替代鉀肥效應(yīng)研究進(jìn)展. 生態(tài)學(xué)雜志, 2015, 4: 1158-1165.

JIANG C Q, ZHENG Q S, ZU C L. Research progress on effects of straw returning on soil potassium and its substitute for potassium fertilizer., 2015, 4: 1158-1165. (in Chinese)

[9] 解文艷, 周懷平, 楊振興, 路慧英, 關(guān)春林, 武文麗. 秸稈還田方式對(duì)褐土鉀素平衡與鉀庫(kù)容量的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(4): 936-942.

XIE W Y, ZHOU H P, YANG Z X, LU H Y, GUAN C L, WU W L. Effect of different straw return modes on potassium balance and potassium pool in cinnamon soil., 2015, 21(4): 936-942. (in Chinese)

[10] 李秀雙, 師江瀾, 王淑娟, 田霄鴻. 長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤鉀素形態(tài)及空間分布的影響. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 44(3): 109-117.

LI X S, SHI J L, WANG S J, TIAN X H. Effect of long-term straw returning on form and spatial distribution of potassium in agricultural soil., 2016, 44(3): 109-117. (in Chinese)

[11] BAI Y U, WANG L, LU Y L, YANG L P, ZHOU L P, NI L, CHEN M F. Effects of long-term full straw return on yield and potassium response in wheat-maize rotation.2015, 12: 2467-2476.

[12] 李瑋, 喬玉強(qiáng), 陳歡, 曹承杜世州, 趙竹. 秸稈還田和施肥對(duì)砂姜黑土理化性質(zhì)及小麥-玉米產(chǎn)量的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(17): 5052-5061.

LI W, QIAO Y Q, CHEN H, CAO C, DU S Z, ZHAO Z. Effects of combined straw and N application on the physicochemical properties of lime concretion black soil and crop yields.2014, 34(17): 5052-5061. (in Chinese)

[13] 王宏庭, 金繼運(yùn), 王斌, 趙萍萍. 山西褐土長(zhǎng)期施鉀和秸稈還田對(duì)冬小麥產(chǎn)量和鉀素平衡的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(4): 801-808．

WANG H T, JIN J Y, WANG B, ZHAO P P. Effects of long-term potassium application and wheat straw return to cinnamon soil on wheat yields and soil potassium balance in Shanxi., 2010, 16(4): 801-808. (in Chinese)

[14] YU C J, QIN J G, XU J, NIE H, LUO Z Y, CEN K F. Straw Combustion in circulating fluidized bed at low-temperature: transformation and distribution of potassium., 2010, 88(5): 874-880.

[15] 李繼福. 秸稈還田供鉀效果與調(diào)控土壤供鉀的機(jī)制研究[D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

LI J F. Mechanisms of returning straw management on soil potassium supply capacity[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2015. (in Chinese)

[16] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析. 第三版. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2007．

BAO S D... Beijing: China Agriculture Press, 2007. (in Chinese)

[17] MOHSEN J. Site-specific potassium application based on the fertilizer potassium availability index of soil., 2007, 8(4):199-211.

[18] DOBERMANN A, CASSMAN K G, MAMARIL C P, SHEEHY J E. Management of phosphorus, potassium, and sulfur in intensive, irrigated lowland rice., 1998, 56(1/2): 113-138.

[19] SLATON N A, GOLDEN B R, DELONG R E, WILSON C E. Correlation and calibration of soil potassium availability with soybean yield and trifoliolate potassium., 2010, 74(5): 1642-1651.

[20] MENGEL K, KIRKBY E A, KOSEGARTEN H, APPEL T.,Netherlands: Springer, 2001.

[21] CONG R H, LI H, ZHANG Z, REN T, LI X K, LU J W. Evaluate regional potassium fertilization strategy of winter oilseed rape under intensive cropping systems: Large-scale field experiment analysis., 2016, 193: 34-42.

[22] 李小坤, 魯劍巍, 陳防, 周六鳳, 廖志文, 姜存?zhèn)}, 吳禮樹. 目前土壤鉀素測(cè)定的前處理方法能真實(shí)反映田間土壤鉀素水平嗎? 自然科學(xué)進(jìn)展, 2009, 19(3): 297-301.

LI X K, LU J W, CHEN F, ZHOU L F, LIAO Z W, JIANG C C, WU L S. Can currently pretreatment method of soil potassium can truly reflect the soil potassium level in the field?2009, 19(3): 297-301. (in Chinese)

[23] 王偉妮. 基于區(qū)域尺度的水稻氮磷鉀肥料效應(yīng)及推薦施肥量研究[D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2014.

WANG W N. Evaluating fertilization effect and fertilizer recommendation of nitrogen, phosphorus and potassium for rice at a regional scale [D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2014. (in Chinese)

[24] 吳良泉. 基于“大配方、小調(diào)整”的中國(guó)三大糧食作物區(qū)域配肥技術(shù)研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2014.

WU L Q. Fertilizer recommendations for three major cereal crops based on regional fertilizer formula and site specific adjustment in China[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese)

[25] 鄒娟. 冬油菜施肥效果及土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)研究[D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

ZOU J. Study on response of winter rapeseed to NPKB fertilization and abundance & deficiency indices of soil nutrients[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2010. (in Chinese)

[26] SHMIDT J P, DEIOIA A J, FERGUSON R B, TAYLOR R K, YOUNG R K, HAVLIN J L. Corn yield response to nitrogen at multiple in-field locations., 2002, 94(94): 798-806.

[27] 王志勇, 白由路, 楊俐蘋, 盧艷麗, 王磊, 王賀. 低土壤肥力下施鉀和秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量及土壤鉀素平衡的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(4): 900-906.

WANG Z Y, BAI Y L, YANG L P, LU Y L ,WANG L, WANG H. Effects of application of potassium fertilizer and straw returning on crop yields and soil potassium balance in low-yielding fields.2012, 18(4): 900-906. (in Chinese)

[28] 謝佳貴, 侯云鵬, 尹彩俠, 孔麗麗, 秦裕波, 王立春. 施鉀和秸稈還田對(duì)春玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤鉀素平衡的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(5): 1110-1118．

XIE J G, HOU Y P, YIN C X, KONG L L, WANG L C. Effect of potassium application and straw returning on spring maize yield, nutrient absorption and soil potassium balance., 2014, 20(5): 1110-1118. (in Chinese)

[29] 劉秋霞, 戴志剛, 魯劍巍, 任濤, 周先竹, 王忠良, 李小坤, 叢日環(huán). 湖北省不同稻作區(qū)域秸稈還田替代鉀肥效果. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(8): 1548-1557.

LIU Q X, DAI Z G, LU J W, REN T, ZhOU X Z, WANG Z L, LI X K, CONG R H. Effect of the substitution of straw Incorporation for K fertilization in different rice producing regions of Hubei province., 2015, 48(8): 1548-1557. (in Chinese)

[30] 李繼福, 薛欣欣, 李小坤, 任濤, 鄒家龍, 陳華東, 叢日環(huán), 周鸝, 魯劍巍. 水稻-油菜輪作模式下秸稈還田替代鉀肥的效應(yīng). 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(2): 317-325.

LI J F, XUE X X, LI X K, REN T, ZOU J L, CHEN H D, CONG R H, ZHOU L, LU J W. Substituting effect of crop residues for potassium fertilizer in rice- rapeseed rotation system., 2016, 22(2): 317-325. (in Chinese)

[31] ZHANG J C, DEANGELIS D L, ZHUANG J Y.. New York: Springer, 2011.

[32] LI J F, LU J W, LI X K, REN T, CONG R H, ZHOU L. Dynamics of potassium release and adsorption on rice straw residue., 2014, 9(2): 90440.

[33] 王火焰, 周健民. 肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率計(jì)算與施肥策略. 土壤學(xué)報(bào), 2014, 51(2): 216-225.

WANG H Y, ZHOU J M. Calculation of real fertilizer use efficiency and discussion on fertilization strategies.2014, 51(2): 216-225. (in Chinese)

[34] 武際, 郭熙盛, 魯劍巍, 王允青, 許征宇, 張曉玲. 水旱輪作制下連續(xù)秸稈覆蓋對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(3):587-594.

WU J, GUO X S, LU J W, WANG Y Q, XU Z Y, ZHANG X L. Effects of continuous straw mulching on soil physical and chemical properties and crop yields in paddy-upland rotation system., 2012, 18(3): 587-594.

[35] 譚德水, 金繼運(yùn), 黃紹文. 長(zhǎng)期施鉀與秸稈還田對(duì)西北地區(qū)不同種植制度下作物產(chǎn)量及土壤鉀素的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2008, 14(5): 886-893.

TAN D S, JIN J Y, HUANG S W. Effect of long-term K fertilizer application and returning wheat straw to soil on crop yield and soil K under different planting systems in northwestern China., 2008, 14(5): 886-893. (in Chinese)

[36] 孫麗敏, 李春杰, 何萍, 劉孟朝, 胡景輝. 長(zhǎng)期施鉀和秸稈還田對(duì)河北潮土區(qū)作物產(chǎn)量和土壤鉀素狀況的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(5): 1096-1102.

SUN L M, LI C J, HE P, LIU M C, HU J H. Effects of long- term K application and straw returning on crop yield and soil K status in fluvo-aquic soil of Hebei Province., 2012, 18(5): 1096-1102. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 李云霞）

Study of Optimum Potassium Reducing Rate of Rice, Wheat and Oilseed Rape Under Different Soil K Supply Levels with Straw Incorporation

ZHANG Lei1, ZHANG WeiLe1, LU JianWei1, DAI ZhiGang2, YI YanRui2, CONG RiHuan1

(1College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation in Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture, Wuhan 430070;2Cultivated Land Quality and Fertilizer Station of Hubei Province, Wuhan 430070)

【】The experiments were conducted to study the effect of reducing potassium (K) fertilizer rates with straw incorporation on crop yield of cereal and oil, K uptake and K efficiency under different soil K supply capacities of Hubei, in order to provide a scientific basis for K fertilization and soil K management under straw returning. 【】 Field trials in 38 counties (cities) were carried out to study the effect of the substitution of straw incorporation for K fertilizer on rice, winter oilseed rape and wheat. Six treatments were designed: (1) no K fertilization (CK), (2) chemical K fertilization (+K), (3) straw incorporation (+S), (4) straw incorporation with 50% of chemical K fertilization (S+1/2K), (5) straw incorporation with 75% of chemical K fertilization (S+3/4K), and (6) straw incorporation with 100% of chemical K fertilization (S+K). Three soil K supply levels (i.e., HSKS, MSKS, and LSKS) were graded by relative yield (i.e., crop yield in the CK treatment divided by crop yield in the +K treatment) refer to the CK treatment. 【】Both K fertilization and straw incorporation improved crops yield and K uptake under different soil K supply levels. Total straw incorporation only (+S) would satisfy crops K needs to achieve high yield level (i.e., crop yield in the +K treatment) for the HSKS. For the MSKS, 50% of chemical K fertilization with straw incorporation was needed to reach crop yield level of +K treatment. In case of LSKS, chemical K application rate could reduce 25% for rice and 50% for oilseed rape and wheat under straw incorporation condition, respectively. For the apparent K balance, straw incorporation could offset soil K deficit to some extent. For the seasons of oilseed rape and wheat, straw incorporation to the field could surplus 14.1-152.6 kg K2O·hm-2and 25.5-95.9 kg K2O·hm-2, respectively. However, soil K balance would still be deficit during the rice season across the sites. The relationship between K fertilization rate and crop yield with straw incorporation was fitted by quadratic and linear-plateau models. The optimum K application rate was obtained from the model under the crop yield of the +K treatment. With straw incorporation, optimum K application rate was 20-33 kg·hm2for the three crops under the HSKS and MSKS levels, where oilseed rape required less K fertilizer than rice and wheat. However, optimum K rate was 45-49 kg K2O·hm-2for the LSKS level, where oilseed rape needed more K fertilizer than rice and wheat. Compared with current K economic fertilization rate (60 kg K2O·hm-2), chemical K rate could be reduced by 45.0%-66.7% for the HSKS and MSKS levels, and also chemical K fertilizer could be saved by 18.3%-25.0% for the LSKS level. 【】Chemical K fertilizer could be saved by 18.3%-66.7% while guaranteed crop yields under straw incorporation condition. The reducing rate of chemical K fertilizer should consider soil K supply level.

straw incorporation; rice; oilseed rape; wheat; soil K supply level; K fertilizer substitution; K fertilizer efficiency

10.3864/j.issn.0578-1752.2017.19.011

2017-02-25；接受日期：2017-05-22

國(guó)家自然科學(xué)基金（41301319）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0200108）、耕地保護(hù)與質(zhì)量提升項(xiàng)目

張磊，E-mail：zhangl@webmail.hzau.edu.cn。通信作者叢日環(huán)，E-mail：congrh@mail.hzau.edu.cn