水稻長(zhǎng)期鉀肥效率和土壤鉀素平衡

許海敏，王順?lè)?，馮敏謝，唐旭

(1.臺(tái)州市椒江區(qū)土肥站，浙江 臺(tái)州 318000；2.臺(tái)州市椒江區(qū)三甲街道辦事處，浙江 臺(tái)州 318013；3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

鉀是植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，也是土壤中含量最高的大量營(yíng)養(yǎng)元素[1]，與氮、磷相比，土壤供鉀能力更強(qiáng)。盡管鉀肥對(duì)水稻增產(chǎn)作用低于氮肥[2]，但水稻對(duì)鉀的需要量卻很高，正常情況下水稻吸鉀量一般超過(guò)吸磷量，甚至高于吸氮量[3]。隨著高產(chǎn)品種的推廣，作物單產(chǎn)和復(fù)種指數(shù)的提高，氮、磷肥用量的加大，有機(jī)肥施用量的減少，導(dǎo)致土壤鉀素?cái)y出量逐年增加，土壤虧鉀問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重[4-9]，尤其是中國(guó)南方的稻作區(qū)表現(xiàn)更為突出[2,10-11]。因此，關(guān)于土壤鉀素供應(yīng)能力和鉀肥利用效率的研究尤為重要。其中，針對(duì)供鉀能力較高的稻田，長(zhǎng)期施肥對(duì)其土壤供鉀能力、鉀肥利用率和土壤鉀素平衡影響的研究具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。為此，通過(guò)9 a長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，利用水稻施鉀量、地上部生物量及其含鉀量數(shù)據(jù)，研究稻田土壤自然供鉀能力、鉀肥效率和土壤鉀素表觀平衡，旨在闡明長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)鉀肥對(duì)水稻的貢獻(xiàn)，為當(dāng)前中國(guó)南方稻區(qū)鉀肥的合理分配和科學(xué)施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

水稻長(zhǎng)期定位試驗(yàn)始于2011年6月，試驗(yàn)地位于臺(tái)州市椒江區(qū)三甲街道堅(jiān)決村(121°29′260″E，28°26′251″N)，海拔3～4 m，年平均氣溫16～17 ℃，年活動(dòng)積溫5 200～5 300 ℃，年降水量1 500～1 600 mm，年日照時(shí)數(shù)1 500～1 600 h，年無(wú)霜期260～270 d。供試土壤屬水稻土類，滲育型水稻土亞類，淡涂泥田土屬。母質(zhì)為淺海相沉積物，地形屬濱海平原。試驗(yàn)地剖面結(jié)構(gòu)為A-AP-P(0～100 cm)，耕層土壤(0～20 cm)基本理化性狀為：pH 6.28，有機(jī)質(zhì)41.3 g·kg-1，堿解氮212.2 mg·kg-1，有效磷6.6 mg·kg-1，速效鉀119.0 mg·kg-1，陽(yáng)離子交換量18.4 cmol·kg-1。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：1)不施肥(CK)；2)不施鉀肥(NP)；3)平衡施肥(NPK)；4)有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥(MNPK)。每年種植一季水稻，年施肥量：N 181.5～231.0 kg·hm-2、P2O536.00～88.35 kg·hm-2、K2O 52.35～94.50 kg·hm-2。試驗(yàn)期間氮肥用碳酸氫銨(17%)做基肥，尿素(46%)做追肥；磷肥為過(guò)磷酸鈣(P2O512%)；鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)；有機(jī)肥主要原料為豬糞，年施用量4 500 kg·hm-2，其主要成分為有機(jī)質(zhì)≥45%，N 2.4%，P2O53.0%，K2O 1.4%。全部有機(jī)肥、磷肥及60%的氮、鉀肥作基肥于移栽前施用，40%的鉀和30%的氮肥做分蘗肥，10%的氮肥為穗肥。小區(qū)面積66.7 m2，各小區(qū)間用60 cm深的水泥板隔開，肥、水互不側(cè)滲，且能獨(dú)立排灌(各小區(qū)內(nèi)設(shè)置進(jìn)水口和出水口各1個(gè))。

田間管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培措施進(jìn)行。水稻于每年5月中旬播種，6月上中旬移栽，11月下中旬收獲。2011年水稻品種為甬優(yōu)12號(hào)，2012—2019年為甬優(yōu)538號(hào)。

1.3 取樣與分析

采用手工收獲，將地上部生物量全部移除，田間清理干凈，只留下不到3 cm的作物殘茬，籽粒和秸稈產(chǎn)量來(lái)源于整個(gè)小區(qū)。收獲的同時(shí)取植株樣品，經(jīng)烘干、粉碎后用于植株養(yǎng)分分析。

土壤、植株中各養(yǎng)分含量都按土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法測(cè)定[12]。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法，陽(yáng)離子交換量采用EDTA-乙酸銨鹽交換法，pH值采用電位法(水土比例1∶2.5)。植株經(jīng)硫酸-過(guò)氧化氫消煮，分別采用半微量蒸餾法測(cè)氮、釩鉬酸比色法測(cè)磷、火焰光度計(jì)法測(cè)鉀。

1.4 有關(guān)參數(shù)的計(jì)算

鉀素內(nèi)部利用率[13]是指水稻籽粒產(chǎn)量與地上部吸鉀量的比值。它表示水稻每吸收單位鉀素所獲得的籽粒產(chǎn)量。

鉀素表觀利用率[14]反映了作物對(duì)施入土壤中肥料鉀的回收效率。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

將不同年份作為試驗(yàn)重復(fù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行整理，并采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀肥增產(chǎn)貢獻(xiàn)率

9 a不施肥(CK)，水稻平均產(chǎn)量為9.46 t·hm-2，相當(dāng)于NPK處理(12.158 t·hm-2)的77.8%(圖1)，可見肥料的增產(chǎn)貢獻(xiàn)率只有22.2%。而鉀肥的增產(chǎn)貢獻(xiàn)率不到1%。這主要是因?yàn)橥寥辣旧砭哂泻軓?qiáng)的供鉀能力，試驗(yàn)前土壤有效鉀含量為119.0 mg·kg-1。

圖1 各處理對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量的影響

2.2 籽粒和秸稈中鉀含量

水稻籽粒、秸稈中鉀含量分別在4.05～4.52 g·kg-1和18.9～23.0 g·kg-1，平均為4.30 g·kg-1和21.1 g·kg-1(表1)。在所有處理中，CK秸稈和籽粒中鉀含量均最低。與CK相比，NP、NPK和MNPK處理的籽粒、秸稈中鉀含量分別提高了5.7%～11.6%和8.3%～15.3%。但各施肥處理間籽粒中鉀含量沒(méi)有顯著差異。盡管秸稈中鉀含量NPK和MNPK處理相似，但均顯著高于NP處理。

表1 各處理水稻的地上部鉀含量、吸鉀量及鉀肥內(nèi)部利用率

2.3 籽粒和秸稈吸鉀量

表1的數(shù)據(jù)還表明，施肥促進(jìn)了水稻對(duì)鉀的吸收。NP、NPK和MNPK處理的籽粒吸鉀量分別比CK提高了37.6%、34.8%和47.0%。盡管NP和NPK處理間籽粒吸鉀量沒(méi)有顯著差異，但分別比MNPK處理的低7.0%和9.3%。與籽粒中吸鉀量趨勢(shì)相似，在所有處理中CK的秸稈吸鉀量最低，9 a平均只有129.3 kg·hm-2。NP、NPK和MNPK處理的秸稈吸鉀量分別比CK提高了29.3%、45.2%和44.7%。MNPK和NPK處理間秸稈吸鉀量沒(méi)有顯著差異，但比NP處理的分別顯著高12.0%和12.3%。

水稻籽粒吸鉀量占地上部吸鉀量的27.6%～31.7%，平均29.8%(表1)。這說(shuō)明水稻地上部吸收的鉀素絕大部分被儲(chǔ)存在秸稈中。秸稈還田能將水稻地上部吸鉀量的約70%重新歸還到土壤中，通過(guò)收獲籽粒而帶走的鉀只占總量的30%左右。

2.4 鉀素內(nèi)部利用率

在所有處理中CK的鉀素內(nèi)部利用率最高，為59.8 kg·kg-1，與NP處理的相近，比NPK和MNPK的顯著高16.9%和13.4%。這說(shuō)明在不施鉀肥條件下(NP)，水稻每吸收1 kg鉀平均可以生產(chǎn)57.0 kg籽粒，而平衡施肥(NPK)條件下水稻每吸收1 kg鉀僅可以生產(chǎn)51.1 kg籽粒。

2.5 鉀素養(yǎng)分平衡

長(zhǎng)期種植水稻造成CK土壤中鉀素平均每年虧缺167.7 kg·hm-2。NP加速了土壤中鉀素的消耗，每年虧鉀可達(dá)220 kg·hm-2。在施氮磷肥的基礎(chǔ)上每年增施鉀肥52.35～94.5 kg·hm-2，土壤仍虧鉀176.3～178.1 kg·hm-2。NPK條件下，平均鉀素表觀利用率為30.9%，增施有機(jī)肥(MNPK)表觀利用率可提高到36.2%(表2)。

表2 各處理的鉀素表觀平衡和表觀利用率

3 小結(jié)

在本研究中，在平衡施肥條件下，每年水稻平均產(chǎn)量12.158 t·hm-2，籽粒吸鉀量51.8 kg·hm-2，秸稈吸鉀量187.7 kg·hm-2，在水稻秸稈全部還田條件下，至少每年施K2O 51.8 kg·hm-2才能維持土壤鉀素大致平衡。