湖南省油菜施鉀效應(yīng)及土壤速效鉀臨界值研究

魯艷紅,廖育林,羅尊長,黃鐵平,魯劍巍,聶 軍

(1湖南省土壤肥料研究所,長沙 410125;2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,長沙 410128;3農(nóng)業(yè)部望城水稻土生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外觀測實(shí)驗(yàn)站,湖南長沙 410125;4湖南省土壤肥料工作站,長沙 410005;5華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,湖北武漢 430070)

湖南省位于長江中下游地區(qū),冬季溫光水資源豐富,適宜油菜生產(chǎn)。目前,湖南油菜常年種植面積約80萬公頃,總產(chǎn) 110萬噸以上,面積和總產(chǎn)量約占全國的1/10,均居全國前列,因此在我國油菜生產(chǎn)中占有重要地位[1]。油菜單產(chǎn)較低,施肥不平衡是目前湖南油菜生產(chǎn)中存在的主要問題。

一些試驗(yàn)結(jié)果表明,氮、磷、鉀等肥料配合施用對油菜生長有重要影響,比單施某一種肥料能明顯提高油菜籽產(chǎn)量[2,3]。但在實(shí)際生產(chǎn)中,油菜氮、磷、鉀肥施用比例失調(diào)的現(xiàn)象非常普遍。根據(jù)筆者近年來對湖南省油菜主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民習(xí)慣施肥調(diào)查,湖南省油菜種植中化肥氮 (N)、磷 (P2O5)、鉀 (K2O)平均施用量分別為133.2,59.0和 22.4 kg/hm2,N,P2O5,K2O施用比例為1∶0.44∶0.17。油菜是一種需肥量多的作物,需鉀量是谷類作物的 3倍[4],一般推薦油菜氮磷鉀肥料用量比例為 N∶ P2O5∶ K2O=1∶ 0.5∶ 0.5～ 1。

施肥比例不協(xié)調(diào),磷、鉀肥施用量不足仍然是制約湖南油菜產(chǎn)量的重要因素。為探討湖南省油菜施鉀效果及目前生產(chǎn)條件下土壤速效鉀豐缺臨界值,本研究通過分析湖南省2005～ 2008年間的 67個油菜施鉀田間試驗(yàn),研究油菜鉀肥施用對產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的影響,探討施鉀效應(yīng)與土壤速效鉀的關(guān)系,并初步建立土壤速效鉀臨界值指標(biāo),旨在為湖南油菜生產(chǎn)科學(xué)施用鉀肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

67個田間試驗(yàn)于2005～ 2008年期間在湖南省的鼎城、安鄉(xiāng)、澧縣、津市、桃源、耒陽、花垣、慈利、靖州、衡陽、茶陵等縣(市)進(jìn)行,其中分布在湘北洞庭湖區(qū)的試驗(yàn) 28個,湘西-湘西南地區(qū) 30個,湘南地區(qū) 5個,湘中-湘東區(qū) 4個。

供試油菜品種主要有湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的湘雜油188、湘雜油 631、湘雜油 6號,華中農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的華雜6號、華雜9號、華雜10號以及湖南省農(nóng)科院作物所選育的湘雜油4號、豐油701等。試驗(yàn)前茬作物主要為水稻、棉花或玉米。

供試土壤的速效鉀含量變化幅度為 42～250 mg/kg,平均含量為 98.0 mg/kg;有機(jī)質(zhì)含量變化范圍11.8～ 46.3 g/kg,平均含量 29.3 g/kg;堿解氮 50～291 mg/kg,平均含量 153.5 mg/kg;有效磷變化范圍2.2～ 66.7 mg/kg,平均含量 16.5 mg/kg;pH在 4～8.11范圍內(nèi)變化。

試驗(yàn)設(shè)施鉀(+K)和不施鉀(CK)處理。鉀肥用量變化幅度為 K2O 63～180 kg/hm2,絕大多數(shù)試驗(yàn)施鉀量為K2O 135 kg/hm2。其它養(yǎng)分施用量一般為N 180 kg/hm2,P2O590 kg/hm2。氮、磷、鉀化肥品種分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。全部磷肥在油菜移栽時作基肥施用,60%～ 70%的氮、鉀肥作基肥施用,余下的分1～2次在苗期或薹期追施。

1.2 采樣時間及測定方法

土樣采集時間安排在秋季,上一茬作物收獲后尚未翻耕時進(jìn)行,在供試田塊沿“S”形路線采集 10～ 15點(diǎn)耕層土樣組成混合樣。土壤的pH、有機(jī)質(zhì)、速效P、速效 K均采用常規(guī)分析方法測定[5]。油菜籽產(chǎn)量以各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

按照 Cate-Nelson方法(十字交叉法)作圖確定土壤速效鉀含量臨界值[6]。具體方法為:畫兩條互垂線,一條平行于x軸,另一條平行于 y軸,兩條線組成一個十字架。利用不施鉀(CK)處理占施鉀(+K)處理的相對產(chǎn)量(或產(chǎn)投比)數(shù)據(jù)(y軸)與土壤速效鉀測定值(x軸)的關(guān)系作散點(diǎn)圖,確定y軸的定值位置,移動十字架,使第二、四象限的點(diǎn)盡量少(y軸為產(chǎn)投比時要求盡量多),垂線與x軸的交點(diǎn)即為達(dá)到相應(yīng)的相對產(chǎn)量(或產(chǎn)投比)時的土壤速效鉀臨界值[7]。本研究分別估算相對產(chǎn)量為 90%及產(chǎn)投比為 2.0和 1.5時的土壤速效鉀臨界值。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉀對油菜產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明,油菜施鉀具有明顯的增產(chǎn)效果(表1)。施鉀(+ K)處理平均產(chǎn)量 2 333 kg/hm2,比不施鉀(CK)處理平均增產(chǎn)331 kg/hm2,每千克K2O平均增收2.5 kg油菜籽。其中,1個試驗(yàn)施鉀油菜籽增產(chǎn)量達(dá)到1 587 kg/hm2,占試驗(yàn)總數(shù)的 1.5%,增產(chǎn) 500～ 1 000 kg/hm2的試驗(yàn)個數(shù)占總試驗(yàn)數(shù)的 16.4%,增產(chǎn)100～500 kg/hm2的試驗(yàn)占77.7%,增產(chǎn)低于100kg/hm2的占4.5%。

從增產(chǎn)幅度來看,增產(chǎn)率高于 50%的試驗(yàn)占3.0%,增產(chǎn)幅度為 30%～ 50%的占14.9%,增產(chǎn)幅度為10%～ 30%的占56.7%,增產(chǎn)幅度不明顯(增產(chǎn)幅度小于 10%)的占 25.4%。

油菜施鉀產(chǎn)投比統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,施鉀平均產(chǎn)投比為 1.4。其中,19.4%的試驗(yàn)施鉀產(chǎn)投比大于 2.0;16.4%的試驗(yàn)施鉀產(chǎn)投比在 1.5～ 2.0之間;20.9%的試驗(yàn)施鉀產(chǎn)投比在1.0～1.5之間;43.3%的試驗(yàn)產(chǎn)投比小于 1,說明這些試驗(yàn)施鉀盡管提高了產(chǎn)量,但在經(jīng)濟(jì)上出現(xiàn)了虧損。因此,從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看,施用鉀肥經(jīng)濟(jì)回報較好的試驗(yàn)占35.8%(即產(chǎn)投比大于1.5)。相關(guān)性分析表明,土壤速效鉀與相對產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(r=0.37**,n=67),與施鉀增產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.32**,n= 67),說明隨土壤速效鉀含量的提高油菜施鉀的增產(chǎn)趨勢在減緩。土壤速效鉀含量與施鉀產(chǎn)投比呈顯著性負(fù)相關(guān)(r=-0.30*,n= 67),表明隨著土壤速效鉀含量的提高,施鉀經(jīng)濟(jì)回報呈遞減的變化趨勢。

2.2 土壤速效鉀含量對油菜施鉀效果的影響

本研究涉及的 67個試驗(yàn)分布在湖南省油菜主產(chǎn)區(qū),基礎(chǔ)土壤速效鉀含量范圍相當(dāng)大,因此按照土壤速效鉀含量范圍分段對油菜施鉀效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表 1)。

表1 土壤速效鉀不同含量的油菜施鉀效果Table 1 Effect of soil available K content on response of rapeseed to K application

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,土壤速效鉀含量在 40～ 120 mg/kg范圍內(nèi),不施鉀(CK)處理油菜籽產(chǎn)量隨著土壤速效鉀含量的上升而增加,土壤速效鉀含量在100～ 120 mg/kg范圍段內(nèi),油菜籽產(chǎn)量達(dá)到最高,當(dāng)土壤速效鉀高于此范圍段,CK處理產(chǎn)量表現(xiàn)出隨速效鉀含量的提高而降低的趨勢;施鉀(+K)處理油菜籽產(chǎn)量趨勢與 CK相似,在土壤速效鉀含量較低時,油菜籽產(chǎn)量隨著土壤速效鉀含量的提高而增加,當(dāng)土壤速效鉀含量在80～ 100 mg/kg范圍段內(nèi),油菜籽產(chǎn)量達(dá)到最高,之后產(chǎn)量隨土壤速效鉀含量的提高而降低;土壤速效鉀含量在 40～ 200 mg/kg范圍內(nèi),施鉀的增產(chǎn)效應(yīng)基本表現(xiàn)為隨土壤速效鉀含量的提高而減緩,當(dāng)土壤速效鉀高于200 mg/kg,施鉀增產(chǎn)效應(yīng)又有所提高。

從土壤速效鉀不同含量范圍來看,土壤速效鉀較低時(40～ 60 mg/kg),產(chǎn)投比大于 1.5的試驗(yàn)占58.3%,產(chǎn)投比在 1.0～ 1.5之間的占 33.3%,僅一個試驗(yàn)施鉀產(chǎn)投比低于 1.0;土壤速效鉀在 60～ 80 mg/kg時,31.3%的試驗(yàn)施鉀經(jīng)濟(jì)回報較好(產(chǎn)投比大于1.5);速效鉀在80～100 mg/kg之間的土壤上油菜施鉀產(chǎn)投比大于 1.5的試驗(yàn)占 46.2%,產(chǎn)投比在 1.0～1.5之間的占 23.1%,小于1.0的占 30.8%。土壤速效鉀在100～ 120 mg/kg之間的試驗(yàn),施鉀經(jīng)濟(jì)效益較好的占 37.5%(產(chǎn)投比大于 1.5),處于虧損(產(chǎn)投比小于1.0)的占37.5%;土壤速效鉀在120～ 140 mg/kg之間的試驗(yàn),施鉀產(chǎn)投比高于 1.5的占 33.3%,虧損的占44.4%;土壤速效鉀大于140 mg/kg的所有試驗(yàn),施鉀產(chǎn)投比均小于1.0。說明隨著土壤速效鉀含量的提高,施鉀的經(jīng)濟(jì)效益在減緩,當(dāng)土壤速效鉀高于 140 mg/kg時,油菜施鉀在經(jīng)濟(jì)效益上基本處于虧損狀態(tài)。

2.3 油菜土壤速效鉀臨界值的確定

由于土壤速效鉀含量與油菜籽產(chǎn)量、施鉀增產(chǎn)效果及施鉀經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān),因此可以利用土壤速效鉀含量來判定油菜種植區(qū)是否需要施鉀。

以不施鉀(CK)處理占施鉀(+K)處理的相對產(chǎn)量作為判定標(biāo)準(zhǔn)時,按照 Cate-Nelson方法作圖,當(dāng)CK/+K的相對產(chǎn)量達(dá)到 90%,土壤速效鉀含量臨界值為106 mg/kg。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn),本研究有44個試驗(yàn)點(diǎn)的土壤速效鉀含量低于該臨界值,占試驗(yàn)總數(shù)的65.7%(圖1),說明湖南省油菜主產(chǎn)區(qū)有 2/3左右的土壤缺鉀,為了保證較好的增產(chǎn)效果需要施用鉀肥。

圖1 土壤速效鉀含量與油菜相對產(chǎn)量關(guān)系圖Fig.1 Relationship between soil available K and VCRwith K

在實(shí)際生產(chǎn)中,增產(chǎn)不增收的現(xiàn)象普遍存在,而提高經(jīng)濟(jì)效益是農(nóng)民從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)追求的主要目的之一。根據(jù) FAO資料,當(dāng)施肥的產(chǎn)投比達(dá)到 2.0時其投入是合算的。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際,農(nóng)民對產(chǎn)投比高于 1.5仍然可以接受,低于1.0時則會虧本,因此本研究分別以產(chǎn)投比為 1.5和2.0作為標(biāo)準(zhǔn)來估算土壤速效鉀臨界值[8]。

圖2 土壤速效鉀含量與油菜產(chǎn)投比關(guān)系圖Fig.2 Relationship between soil available K and relative yield of CK/+K application

圖2表明,當(dāng)以產(chǎn)投比為 2.0作為標(biāo)準(zhǔn)時,土壤速效鉀臨界值為70 mg/kg,以產(chǎn)投比為1.5為標(biāo)準(zhǔn)時,土壤速效鉀臨界值為 100 mg/kg。

3 結(jié)論與討論

通過分析 2005～ 2008年湖南省油菜主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行的 67個油菜鉀肥大田試驗(yàn),主要得到以下結(jié)果:

(1)當(dāng)前生產(chǎn)條件下,湖南省油菜主產(chǎn)區(qū)施鉀增產(chǎn)效果顯著。本研究觀察的67個試驗(yàn)施鉀比不施鉀均增產(chǎn),油菜施鉀增產(chǎn)范圍為 33～ 1 587 kg/hm2,平均為332 kg/hm2;平均增產(chǎn)幅度為19.1%,施鉀增產(chǎn)效果達(dá)5%以上的占95.5%;平均每千克 K2O增收 2.5 kg油菜籽。

(2)本研究中油菜施鉀產(chǎn)投比大于 1.5的試驗(yàn)占35.8%,產(chǎn)投比在 1.0～ 1.5之間的試驗(yàn)占 20.9%,產(chǎn)投比小于1.0的試驗(yàn)占 43.3%。說明油菜施鉀雖然有一定的增收效果,但總體上經(jīng)濟(jì)效益并不高,這也是當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)中油菜施鉀比例偏低的原因之一。

(3)土壤速效鉀含量對油菜產(chǎn)量及施鉀增產(chǎn)效果均有顯著影響。土壤速效鉀較低時,施鉀和不施鉀的油菜籽產(chǎn)量均隨速效鉀含量的提高而增加,當(dāng)速效鉀含量達(dá)到一定范圍后(+K處理為 80～ 100 mg/kg,CK處理為 100～ 120 mg/kg)則降低,當(dāng)土壤速效鉀含量大于200 mg/kg時,產(chǎn)量均降到最低值。施鉀增產(chǎn)效應(yīng)在土壤速效鉀含量40～ 200 mg/kg范圍內(nèi)隨土壤速效鉀含量的提高而減緩,當(dāng)土壤速效鉀高于 200 mg/kg,施鉀增產(chǎn)效應(yīng)又有所提高。

(4)施鉀經(jīng)濟(jì)效益受土壤速效鉀含量的影響明顯。在速效鉀含量較低的土壤上,施鉀的經(jīng)濟(jì)回報較高。隨著土壤速效鉀含量的提高,施鉀經(jīng)濟(jì)效益減緩,當(dāng)土壤速效鉀高于 140 mg/kg時,油菜施鉀在經(jīng)濟(jì)效益上基本處于虧損狀態(tài)。

(5)在湖南油菜種植區(qū),按照對照處理產(chǎn)量占施鉀處理產(chǎn)量的90%為標(biāo)準(zhǔn),土壤速效鉀豐缺指標(biāo)為106 mg/kg,為達(dá)到較好的產(chǎn)量效應(yīng),建議低于該指標(biāo)的土壤種植油菜時應(yīng)合理施用鉀肥。從經(jīng)濟(jì)角度考慮,當(dāng)以產(chǎn)投比為2.0和1.5作為標(biāo)準(zhǔn)時,土壤速效鉀臨界值分別為70 mg/kg和 100 mg/kg,低于該指標(biāo)的土壤上油菜施鉀能得到較好的經(jīng)濟(jì)回報。

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