秸稈還田及鉀肥減量對(duì)設(shè)施黃瓜鉀鈣鎂含量和土壤鉀形態(tài)的影響

王立革，孫曉姝，王 媛，郭 珺，武愛蓮，王勁松，董二偉，韓 雄，焦曉燕

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030031；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801；3.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006）

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)高產(chǎn)值和高收入[1]，發(fā)展設(shè)施蔬菜已成為農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)增效的有效方式[2]。因過量施肥[3-4]和連續(xù)種植單一蔬菜種類[5-6]所引發(fā)的設(shè)施連作障礙成為設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。秸稈還田在改善土壤理化性狀的同時(shí)，對(duì)緩解連作障礙也有一定效果[7-9]。但秸稈含鉀量較高，鉀釋放速率和釋放量均大于氮、磷元素[10]，因此，秸稈還田緩解連作障礙的同時(shí)也會(huì)提高土壤中鉀離子濃度。植物根系吸收鉀（K）、鈣（Ca）及鎂（Mg）時(shí)，其之間會(huì)產(chǎn)生拮抗作用，高量施鉀會(huì)增加植物對(duì)鉀的吸收而抑制了鈣、鎂的吸收[11-13]。Ca 和Mg 是蔬菜吸收累積量較高的2 個(gè)營(yíng)養(yǎng)元素，Ca 對(duì)植物細(xì)胞壁的形成發(fā)揮重要作用[14]，Mg 是植物葉綠體形成的重要元素，Ca、Mg 缺乏均會(huì)導(dǎo)致葉綠體的分解進(jìn)而影響光合作用[15-16]。低溫是越冬長(zhǎng)茬設(shè)施蔬菜生產(chǎn)常見問題之一，土壤低溫會(huì)影響根系活力，也會(huì)影響除鉀以外其他元素（如Ca 和Mg）的吸收[17]，秸稈還田不僅可提高土壤溫度，其在腐解過程中也會(huì)釋放一定量的鉀素，因此，秸稈還田下鉀肥合理施用及協(xié)調(diào)鉀、鈣、鎂養(yǎng)分之間的平衡關(guān)系意義重大。

有關(guān)秸稈還田下鉀肥管理已有報(bào)道，大多是以露地栽培的水稻、玉米和油菜作物[18-22]為主，而對(duì)于設(shè)施蔬菜栽培條件下的相關(guān)研究鮮見報(bào)道。鉀對(duì)作物的增產(chǎn)和改善品質(zhì)有著重要的作用[23]，盡管大多蔬菜為喜鉀作物，在生產(chǎn)實(shí)踐中設(shè)施蔬菜盲目追求高產(chǎn)，施鉀量高達(dá)1 200～2 000 kg/hm2，是蔬菜需鉀量的2.5～2.9 倍[24]，過量的鉀肥投入，不僅造成鉀資源浪費(fèi)，也會(huì)影響蔬菜生產(chǎn)中的養(yǎng)分協(xié)調(diào)與平衡，因此，建立秸稈還田條件下的鉀素養(yǎng)分資源管理對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)尤為重要。

為了提高設(shè)施蔬菜秸稈還田條件下的鉀肥利用效率，本試驗(yàn)以設(shè)施越冬長(zhǎng)茬黃瓜為研究對(duì)象，研究秸稈還田下鉀肥減量對(duì)設(shè)施黃瓜產(chǎn)量，不同器官中K、Ca、Mg 含量及土壤鉀形態(tài)的影響，為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中秸稈還田合理減鉀提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為新科801，為白籽南瓜嫁接。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019 年在山西省臨汾市曲沃縣磨盤嶺日光溫室園區(qū)進(jìn)行。該園區(qū)土壤類型為碳酸鹽褐土，種植模式多為越冬長(zhǎng)茬，通常10 月定植，次年6—7 月拉秧后休閑。供試溫室于2005 年開始種植，該溫室于2015—2018 年連續(xù)3 a 在蔬菜定植前將粉碎的玉米秸稈撒施后旋耕還田，秸稈用量為18 t/hm2。供試土壤0～20 cm 養(yǎng)分為：全氮含量1.35 g/kg，有效磷含量156.2 mg/kg，速效鉀含量1 153.2 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量48.3 g/kg，pH 值7.73，EC值815 μS/cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)，主處理為秸稈還田，副處理為生育期鉀肥追施量。共設(shè)6 個(gè)處理，即農(nóng)民習(xí)慣施鉀（K）、減鉀50%（K0.5）、不施鉀（K0）、秸稈還田農(nóng)民習(xí)慣施鉀（SK）、秸稈還田減鉀50%（SK0.5）、秸稈還田不施鉀（SK0）。小區(qū)面積為84 m2，每處理3 次重復(fù)。

整地和秸稈還田所有處理的有機(jī)肥和復(fù)合肥用量一致，其中，雞糞和牛糞用量分別為67 032.0、24 696.0 kg/hm2，復(fù)合肥（N、P2O5、K2O 均為18%）為441.2 kg/hm2；雞糞養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)444.0 g/kg、全氮24.69 g/kg、全磷4.03 g/kg、全鉀9.76 g/kg；牛糞養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)432.0 g/kg、全氮14.56 g/kg、全磷3.83 g/kg、全鉀10.67 g/kg。施入底肥旋耕細(xì)耙后沿種植行開寬20～25 cm、深20～30 cm 的溝，玉米整秸稈均勻鋪放溝內(nèi)后用土將其掩埋并壓實(shí)，秸稈用量為7.5 t/hm2；在掩埋秸稈上方起梯形高壟：高20 cm，壟上寬45～50 cm、壟下寬65～70 cm。不施秸稈處理是以地平面為基準(zhǔn)，沿種植行起梯形高壟。黃瓜于2018 年10 月23 日定植，栽培模式為寬窄行種植，寬、窄行距分別為80、40 cm，株距30 cm，全生育期采用水肥一體化進(jìn)行灌溉和追肥，黃瓜全生育期追氮（N）和追磷（P2O5）量分別為390、136.5 kg/hm2，K、K0.5和K0處理生育期追鉀（K2O）量分別為396、198、0 kg/hm2。

1.4 樣品采集

1.4.1 土壤樣品 在施肥整地前2018 年9 月20 日多點(diǎn)采集0～40 cm 基礎(chǔ)土壤混合；2019 年7 月2 日拉秧收獲，在每小區(qū)采集0～40 cm 土樣，每小區(qū)處理采集3 點(diǎn)，混合成一個(gè)樣品；每20 cm 分層，風(fēng)干研磨后備用。

1.4.2 植株樣品 在盛瓜期2019 年2 月25 日，采集黃瓜果實(shí)和葉片樣品；每小區(qū)采集長(zhǎng)勢(shì)均勻的成熟黃瓜果實(shí)5 根，用于品質(zhì)測(cè)定；按照上、中、下部采集葉片，每小區(qū)采集10 株，每部位葉片單獨(dú)裝袋，每處理3 次重復(fù)。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤速效鉀采用1 mol/L NH4Ac 浸提、酸溶性鉀用1 mol/L 沸HNO3浸提，火焰光度法測(cè)定，緩效鉀含量為酸溶性鉀含量減去速效鉀含量。用濃HClO4和濃HNO3按照1∶3 消煮，火焰光度法測(cè)定全鉀含量，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定鈣、鎂含量。黃瓜果實(shí)榨漿后過濾，手持折射儀測(cè)定白利糖度，采用2，6- 二氯靛酚滴定法測(cè)定維生素C（Vc）含量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理和作圖采用WPS 2019，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Minitab 15.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.1.1 產(chǎn)量 由圖1 可知，農(nóng)民習(xí)慣施鉀（K）處理黃瓜產(chǎn)量為204.7 t/hm2，未施秸稈條件下的K0.5和K0處理分別為207.6、200.3 t/hm2，與K 處理間差異不顯著（P＞0.05）。秸稈還田條件下，SK、SK0.5和SK0處理黃瓜產(chǎn)量分別為212.6、210.1、208.0 t/hm2，較K處理分別提高了3.86%、2.64%和1.65%，但差異均不顯著（P＞0.05）。說明鉀肥減量或秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜產(chǎn)量無影響，但增施秸稈有提高黃瓜產(chǎn)量的趨勢(shì)。

2.1.2 品質(zhì) Vc 和可溶性糖含量是果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)。由圖2 可知，農(nóng)民習(xí)慣施鉀（K）處理黃瓜果實(shí)Vc 含量為11.88 mg/100 g，未施秸稈條件下K0.5和K0處理分別為12.38、12.20 mg/100 g，與K 處理間差異不顯著；秸稈還田下，SK、SK0.5、SK0處理黃瓜果實(shí)Vc 含量分別為12.50、12.36、12.61 mg/100 g，與K 處理間差異也不顯著（P＞0.05）。說明，鉀肥減量或秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜果實(shí)Vc 含量無影響。

由圖2 可知，農(nóng)民習(xí)慣施鉀（K）處理黃瓜果實(shí)白利糖含量為3.18%，未施秸稈條件下K0.5和K0處理分別為3.10%和3.26%；秸稈還田下SK、SK0.5和SK0處理黃瓜果實(shí)白利糖含量分別為3.52%、3.48%和3.37%，SK 和SK0.5處理顯著高于K 處理，分別提高了10.7%和9.4%（P＜0.05），其他處理與K 處理間差異不顯著（P＞0.05）。說明未施秸稈條件下，鉀肥減量對(duì)黃瓜白利糖含量無影響；秸稈還田可提高黃瓜白利糖含量，且隨著鉀肥用量的增加白利糖含量增加。

2.2 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)土壤鉀形態(tài)的影響

從表1 可以看出，與農(nóng)民習(xí)慣施鉀（K）處理相比，SK 處理提高了0～40 cm 土壤速效鉀含量，當(dāng)鉀肥用量降低50%或100%，無論增施秸稈還是未施秸稈，均降低了土壤速效鉀含量。增施秸稈條件下，SK0.5和SK0處理0～20、20～40 cm 土壤速效鉀含量較K 處理分別降低了14.7%、18.6%和15.4%、12.4%；未施秸稈條件下，K0.5和K0處理0～20、20～40 cm 土壤速效鉀含量較K 處理分別降低了13.0%、19.2%和28.1%、29.4%。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，除K0處理與K 處理間差異顯著（P＜0.05）外，K0.5、SK、SK0.5和SK0處理與K 處理間差異均不顯著（P＞0.05）。說明在本試驗(yàn)條件下，黃瓜整個(gè)生育期內(nèi)不追施鉀，可明顯降低0～40 cm 土壤速效鉀含量，而在此基礎(chǔ)上增施一定量的秸稈（7.5 t/hm2）可降低0～40 cm土壤速效鉀虧缺的風(fēng)險(xiǎn)。

表1 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)設(shè)施土壤鉀含量的影響 mg/kg

由表1 可知，SK 處理較K 處理顯著增加了0～40 cm 土壤緩效鉀含量（P＜0.05），而K0和SK0處理均降低了0～40 cm土壤緩效鉀含量（P＞0.05）。K0.5處理0～40 cm 土壤緩效鉀含量均有所降低（P＞0.05），但SK0.5處理提高了0～40 cm 土壤緩效鉀含量，且20～40 cm 土層較K 處理顯著提高了22.3%（P＜0.05）。

2.3 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜植株鉀含量的影響

由表2 可知，與農(nóng)民習(xí)慣施鉀（K）比較，SK 處理顯著提高了上、中部葉片鉀含量，分別提高了15.9%、13.6%（P＜0.05），下部葉片雖高于K 處理，但差異不顯著（P＞0.05）。其他各處理雖也提高了葉片鉀含量，但與K 處理間無顯著差異（P＞0.05）。

由表2 可知，無論秸稈還田還是未施秸稈，減鉀100%處理顯著降低了中部葉柄中鉀含量，K0和SK0處理降幅分別為13.8%和14.8%（P＜0.05），其他各處理與K 處理間無顯著差異（P＞0.05）。不同處理對(duì)黃瓜果實(shí)中鉀含量與農(nóng)民習(xí)慣施鉀（K）處理相比，均無顯著差異（P＞0.05）。

表2 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜植株不同器官K 含量的影響 %

2.4 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜植株鈣含量的影響

鈣在植株體內(nèi)移動(dòng)性較差，無論是葉片還是葉柄，均表現(xiàn)出下部器官的鈣含量最高，所以，植株出現(xiàn)缺鈣癥狀首先表現(xiàn)在中上部器官。由表3 可知，不同處理對(duì)葉柄鈣含量有一定影響，而對(duì)葉片和果實(shí)中的鈣含量無影響。秸稈還田下不同鉀肥用量處理均不同程度降低了葉柄中鈣含量，與K 處理相比，SK 處理顯著降低了上、中、下部葉柄中鈣含量，分別降低了19.8%、39.9%和28.3%（P＜0.05）；SK0.5處理顯著降低了上、下部葉柄中鈣含量，分別降低了21.0%和34.0%（P＜0.05），中部葉柄鈣含量雖然也低于K 處理，但差異不顯著（P＞0.05）；SK0處理的上、中、下部葉柄中鈣含量較K 處理分別降低了12.1%、20.8%和18.8%，但只有中、下部差異顯著（P＜0.05）。未施秸稈條件下，K0.5和K0處理對(duì)葉柄中鈣含量無影響（P＞0.05）。

表3 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜植株不同器官Ca 含量的影響 %

2.5 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜植株鎂含量的影響

鉀肥減量對(duì)黃瓜葉片、葉柄和果實(shí)中的鎂含量均有一定影響（表4），與農(nóng)民習(xí)慣施鉀（K）相比，K0.5處理顯著提高了上、中部葉片中鎂含量，分別提高了17.1%和52.2%（P＜0.05），而對(duì)下部葉片無影響（P＞0.05）。與K 處理相比，K0處理顯著提高了中部葉片和果實(shí)中鎂含量，分別提高了38.0%和13.2%（P＜0.05），但顯著降低了中部葉柄中鎂含量，降低了8.5%（P＜0.05），而對(duì)上、下部葉片和上、下部葉柄鎂含量無影響（P＞0.05）。秸稈還田下，SK 處理對(duì)葉片鎂含量無影響（P＞0.05）；SK0.5處理顯著提高了下部葉片中鎂含量，較K 處理提高了10.9%（P＜0.05），而對(duì)上部和中部葉片無影響（P＞0.05）；SK0處理對(duì)上部葉片鎂含量無影響（P＞0.05），但顯著提高了中、下部葉片中鎂含量，較K 處理分別提高了42.2%和10.4%（P＜0.05）。

表4 秸稈還田下鉀肥減量對(duì)黃瓜植株不同器官M(fèi)g 含量的影響 %

與K 處理相比，各處理均不同程度降低了葉柄中鎂含量。未施秸稈條件下，K0處理顯著降低了中部葉柄中鎂含量，降幅為8.5%（P＜0.05）；秸稈還田下SK 處理也顯著降低了中部葉柄中鎂含量，降幅為18.7%（P＜0.05）；SK0.5處理顯著降低了下部葉柄中鎂含量，降幅為37.4%（P＜0.05）；SK0處理葉柄中鎂含量與K 處理間無差異（P＞0.05）。

相比K 處理，K0.5、K0處理果實(shí)中鎂含量分別提高了18.9%和13.2%（P＜0.05）；秸稈還田下3 種鉀用量處理，黃瓜果實(shí)中鎂含量雖高于K 處理，但差異均不顯著（P＞0.05）。

3 結(jié)論與討論

合理施肥可改善番茄品質(zhì)及提高產(chǎn)量[25]。楊陽等[23]研究表明，在土壤速效鉀含量為103.65 mg/kg時(shí)，施鉀（K2O）720 kg/hm2的黃瓜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益最高。李晨等[26]研究結(jié)果表明，土壤速效鉀含量為745.6 mg/kg 時(shí)，施鉀（K2O）202.5～277.8 kg/hm2對(duì)番茄產(chǎn)量提升和品質(zhì)改善作用明顯。本試驗(yàn)是在土壤速效鉀含量為1 153.2 mg/kg 條件下，減鉀50%處理施鉀（K2O）量為198.0 kg/hm2，較農(nóng)民習(xí)慣施鉀處理的黃瓜產(chǎn)量相對(duì)提高了1.4%，即使在完全不施鉀條件下（減鉀100%），黃瓜產(chǎn)量也未顯著降低；而在秸稈還田條件下，不同鉀肥用量處理的黃瓜產(chǎn)量雖高于農(nóng)民習(xí)慣施鉀處理，但差異不顯著，而且減鉀后，黃瓜品質(zhì)與農(nóng)民習(xí)慣施鉀也無顯著差異。李繼福等[18]研究結(jié)果表明，短期秸稈還田條件下，高鉀和中鉀土壤田塊，秸稈還田鉀素可不同程度地替代部分化學(xué)鉀肥施用。因此推斷，在設(shè)施栽培實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)土壤速效鉀含量適當(dāng)?shù)亟档外浄视昧?，蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)不會(huì)受到影響。

速效鉀被作物當(dāng)季吸收利用，而緩效鉀作為土壤速效鉀的貯備，當(dāng)土壤溶液中鉀濃度降低時(shí)，可逐步向溶液中釋放，作為土壤供鉀能力的重要指標(biāo)。未施秸稈條件下，K0.5和K0處理下0～40 cm 土壤速效鉀、緩效鉀均呈下降趨勢(shì)，但差異不顯著，說明在未施秸稈條件下鉀肥減量或不施鉀，蔬菜對(duì)鉀的吸收會(huì)造成土壤鉀耗竭的風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期減鉀或不施鉀是否會(huì)引起設(shè)施土壤鉀素虧缺，還需做進(jìn)一步的研究。秸稈還田在腐解過程中會(huì)釋放一定的鉀元素，改變土壤鉀素平衡[27]，提高土壤速效鉀含量[28]，而且秸稈腐解時(shí)所產(chǎn)生的有機(jī)酸也加速了礦物鉀的釋放[29]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田條件下3 種施鉀處理雖然對(duì)0～40 cm 土壤速效鉀沒影響，但都高于未施秸稈條件下的減鉀處理，這可能是因?yàn)槎唐诮斩掃€田釋放的鉀素很快被植物吸收利用所致。且20～40 cm 土壤緩效鉀含量均高于農(nóng)民習(xí)慣施鉀處理，說明增施秸稈可有效調(diào)節(jié)土壤鉀素的平衡，從而保證作物的需鉀量，這與前人研究的結(jié)果一致[30-31]。

作物對(duì)鉀鈣鎂的吸收與離子間的拮抗作用有關(guān)[32]。有研究表明，增施鉀肥可降低黃瓜果實(shí)中鈣、鎂含量[13]。也有研究表明，鉀、鈣、鎂拮抗與土壤溶液中離子濃度有關(guān)[11]。作物缺鈣首先是在上部葉片受損，本研究結(jié)果表明，減鉀50%處理的上部葉片中鈣含量高于農(nóng)民習(xí)慣施鉀，其他處理與農(nóng)民習(xí)慣施鉀差異均不顯著，說明鉀肥減量或秸稈還田下鉀肥減量，不會(huì)影響到黃瓜葉片對(duì)鈣的吸收；且在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，各處理黃瓜植株在整個(gè)生育期內(nèi)并未出現(xiàn)缺鈣的癥狀。植物缺鎂一般是中下部葉片表現(xiàn)出葉脈間黃化癥狀。本研究結(jié)果表明，無論是秸稈還田還是未施秸稈，與農(nóng)民習(xí)慣施鉀處理相比，減鉀處理均顯著提高了中部葉片鎂含量；而秸稈還田下施全量鉀（SK）與農(nóng)民習(xí)慣相比差異不顯著。從果實(shí)中鎂含量可以看出，只有在未施秸稈條件下，減鉀50%或減鉀100%均能顯著提高果實(shí)中鎂含量，由此說明，高鉀條件下抑制黃瓜果實(shí)對(duì)鎂的吸收，而鉀肥減量后促進(jìn)了黃瓜果實(shí)對(duì)鎂的吸收，該結(jié)果與閆波等[12]的研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)條件下，僅鉀肥減量對(duì)黃瓜產(chǎn)量、果實(shí)Vc 含量、葉片中鉀鈣含量及土壤速效鉀含量無影響，但增施秸稈后鉀肥減量可提高黃瓜果實(shí)白利糖含量、下部葉片鎂含量及土壤緩效鉀含量，其中，秸稈還田下鉀肥減量50%效果最佳。因此，建議當(dāng)設(shè)施土壤速效鉀含量較高（≥1 100 mg/kg）時(shí)，以增施秸稈量為7.5 t/hm2且蔬菜生育期內(nèi)鉀肥追施量以198.0 kg/hm2為宜。