湖南省油菜施钾效应及土壤速效钾临界值研究

鲁艳红,廖育林,罗尊长,黄铁平,鲁剑巍,聂 军

(1湖南省土壤肥料研究所,长沙 410125;2湖南农业大学资源与环境学院,长沙 410128;3农业部望城水稻土生态环境重点野外观测实验站,湖南长沙 410125;4湖南省土壤肥料工作站,长沙 410005;5华中农业大学资源与环境学院,湖北武汉 430070)

湖南省位于长江中下游地区,冬季温光水资源丰富,适宜油菜生产。目前,湖南油菜常年种植面积约80万公顷,总产 110万吨以上,面积和总产量约占全国的1/10,均居全国前列,因此在我国油菜生产中占有重要地位[1]。油菜单产较低,施肥不平衡是目前湖南油菜生产中存在的主要问题。

一些试验结果表明,氮、磷、钾等肥料配合施用对油菜生长有重要影响,比单施某一种肥料能明显提高油菜籽产量[2,3]。但在实际生产中,油菜氮、磷、钾肥施用比例失调的现象非常普遍。根据笔者近年来对湖南省油菜主产区农民习惯施肥调查,湖南省油菜种植中化肥氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O)平均施用量分别为133.2,59.0和 22.4 kg/hm2,N,P2O5,K2O施用比例为1∶0.44∶0.17。油菜是一种需肥量多的作物,需钾量是谷类作物的 3倍[4],一般推荐油菜氮磷钾肥料用量比例为 N∶ P2O5∶ K2O=1∶ 0.5∶ 0.5～ 1。

施肥比例不协调,磷、钾肥施用量不足仍然是制约湖南油菜产量的重要因素。为探讨湖南省油菜施钾效果及目前生产条件下土壤速效钾丰缺临界值,本研究通过分析湖南省2005～ 2008年间的 67个油菜施钾田间试验,研究油菜钾肥施用对产量和经济效应的影响,探讨施钾效应与土壤速效钾的关系,并初步建立土壤速效钾临界值指标,旨在为湖南油菜生产科学施用钾肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设计

67个田间试验于2005～ 2008年期间在湖南省的鼎城、安乡、澧县、津市、桃源、耒阳、花垣、慈利、靖州、衡阳、茶陵等县(市)进行,其中分布在湘北洞庭湖区的试验 28个,湘西-湘西南地区 30个,湘南地区 5个,湘中-湘东区 4个。

供试油菜品种主要有湖南农业大学选育的湘杂油188、湘杂油 631、湘杂油 6号,华中农业大学选育的华杂6号、华杂9号、华杂10号以及湖南省农科院作物所选育的湘杂油4号、丰油701等。试验前茬作物主要为水稻、棉花或玉米。

供试土壤的速效钾含量变化幅度为 42～250 mg/kg,平均含量为 98.0 mg/kg;有机质含量变化范围11.8～ 46.3 g/kg,平均含量 29.3 g/kg;碱解氮 50～291 mg/kg,平均含量 153.5 mg/kg;有效磷变化范围2.2～ 66.7 mg/kg,平均含量 16.5 mg/kg;pH在 4～8.11范围内变化。

试验设施钾(+K)和不施钾(CK)处理。钾肥用量变化幅度为 K2O 63～180 kg/hm2,绝大多数试验施钾量为K2O 135 kg/hm2。其它养分施用量一般为N 180 kg/hm2,P2O590 kg/hm2。氮、磷、钾化肥品种分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。全部磷肥在油菜移栽时作基肥施用,60%～ 70%的氮、钾肥作基肥施用,余下的分1～2次在苗期或薹期追施。

1.2 采样时间及测定方法

土样采集时间安排在秋季,上一茬作物收获后尚未翻耕时进行,在供试田块沿“S”形路线采集 10～ 15点耕层土样组成混合样。土壤的pH、有机质、速效P、速效 K均采用常规分析方法测定[5]。油菜籽产量以各小区实收计产。

按照 Cate-Nelson方法(十字交叉法)作图确定土壤速效钾含量临界值[6]。具体方法为:画两条互垂线,一条平行于x轴,另一条平行于 y轴,两条线组成一个十字架。利用不施钾(CK)处理占施钾(+K)处理的相对产量(或产投比)数据(y轴)与土壤速效钾测定值(x轴)的关系作散点图,确定y轴的定值位置,移动十字架,使第二、四象限的点尽量少(y轴为产投比时要求尽量多),垂线与x轴的交点即为达到相应的相对产量(或产投比)时的土壤速效钾临界值[7]。本研究分别估算相对产量为 90%及产投比为 2.0和 1.5时的土壤速效钾临界值。

2 结果与分析

2.1 施钾对油菜产量及经济效益的影响

试验结果表明,油菜施钾具有明显的增产效果(表1)。施钾(+ K)处理平均产量 2 333 kg/hm2,比不施钾(CK)处理平均增产331 kg/hm2,每千克K2O平均增收2.5 kg油菜籽。其中,1个试验施钾油菜籽增产量达到1 587 kg/hm2,占试验总数的 1.5%,增产 500～ 1 000 kg/hm2的试验个数占总试验数的 16.4%,增产100～500 kg/hm2的试验占77.7%,增产低于100kg/hm2的占4.5%。

从增产幅度来看,增产率高于 50%的试验占3.0%,增产幅度为 30%～ 50%的占14.9%,增产幅度为10%～ 30%的占56.7%,增产幅度不明显(增产幅度小于 10%)的占 25.4%。

油菜施钾产投比统计结果表明,施钾平均产投比为 1.4。其中,19.4%的试验施钾产投比大于 2.0;16.4%的试验施钾产投比在 1.5～ 2.0之间;20.9%的试验施钾产投比在1.0～1.5之间;43.3%的试验产投比小于 1,说明这些试验施钾尽管提高了产量,但在经济上出现了亏损。因此,从经济学角度来看,施用钾肥经济回报较好的试验占35.8%(即产投比大于1.5)。相关性分析表明,土壤速效钾与相对产量呈极显著正相关(r=0.37**,n=67),与施钾增产量呈极显著负相关(r=-0.32**,n= 67),说明随土壤速效钾含量的提高油菜施钾的增产趋势在减缓。土壤速效钾含量与施钾产投比呈显著性负相关(r=-0.30*,n= 67),表明随着土壤速效钾含量的提高,施钾经济回报呈递减的变化趋势。

2.2 土壤速效钾含量对油菜施钾效果的影响

本研究涉及的 67个试验分布在湖南省油菜主产区,基础土壤速效钾含量范围相当大,因此按照土壤速效钾含量范围分段对油菜施钾效果进行统计(表 1)。

表1 土壤速效钾不同含量的油菜施钾效果Table 1 Effect of soil available K content on response of rapeseed to K application

统计结果表明,土壤速效钾含量在 40～ 120 mg/kg范围内,不施钾(CK)处理油菜籽产量随着土壤速效钾含量的上升而增加,土壤速效钾含量在100～ 120 mg/kg范围段内,油菜籽产量达到最高,当土壤速效钾高于此范围段,CK处理产量表现出随速效钾含量的提高而降低的趋势;施钾(+K)处理油菜籽产量趋势与 CK相似,在土壤速效钾含量较低时,油菜籽产量随着土壤速效钾含量的提高而增加,当土壤速效钾含量在80～ 100 mg/kg范围段内,油菜籽产量达到最高,之后产量随土壤速效钾含量的提高而降低;土壤速效钾含量在 40～ 200 mg/kg范围内,施钾的增产效应基本表现为随土壤速效钾含量的提高而减缓,当土壤速效钾高于200 mg/kg,施钾增产效应又有所提高。

从土壤速效钾不同含量范围来看,土壤速效钾较低时(40～ 60 mg/kg),产投比大于 1.5的试验占58.3%,产投比在 1.0～ 1.5之间的占 33.3%,仅一个试验施钾产投比低于 1.0;土壤速效钾在 60～ 80 mg/kg时,31.3%的试验施钾经济回报较好(产投比大于1.5);速效钾在80～100 mg/kg之间的土壤上油菜施钾产投比大于 1.5的试验占 46.2%,产投比在 1.0～1.5之间的占 23.1%,小于1.0的占 30.8%。土壤速效钾在100～ 120 mg/kg之间的试验,施钾经济效益较好的占 37.5%(产投比大于 1.5),处于亏损(产投比小于1.0)的占37.5%;土壤速效钾在120～ 140 mg/kg之间的试验,施钾产投比高于 1.5的占 33.3%,亏损的占44.4%;土壤速效钾大于140 mg/kg的所有试验,施钾产投比均小于1.0。说明随着土壤速效钾含量的提高,施钾的经济效益在减缓,当土壤速效钾高于 140 mg/kg时,油菜施钾在经济效益上基本处于亏损状态。

2.3 油菜土壤速效钾临界值的确定

由于土壤速效钾含量与油菜籽产量、施钾增产效果及施钾经济效益密切相关,因此可以利用土壤速效钾含量来判定油菜种植区是否需要施钾。

以不施钾(CK)处理占施钾(+K)处理的相对产量作为判定标准时,按照 Cate-Nelson方法作图,当CK/+K的相对产量达到 90%,土壤速效钾含量临界值为106 mg/kg。根据这一标准,本研究有44个试验点的土壤速效钾含量低于该临界值,占试验总数的65.7%(图1),说明湖南省油菜主产区有 2/3左右的土壤缺钾,为了保证较好的增产效果需要施用钾肥。

图1 土壤速效钾含量与油菜相对产量关系图Fig.1 Relationship between soil available K and VCRwith K

在实际生产中,增产不增收的现象普遍存在,而提高经济效益是农民从事农业生产追求的主要目的之一。根据 FAO资料,当施肥的产投比达到 2.0时其投入是合算的。根据我国农业生产实际,农民对产投比高于 1.5仍然可以接受,低于1.0时则会亏本,因此本研究分别以产投比为 1.5和2.0作为标准来估算土壤速效钾临界值[8]。

图2 土壤速效钾含量与油菜产投比关系图Fig.2 Relationship between soil available K and relative yield of CK/+K application

图2表明,当以产投比为 2.0作为标准时,土壤速效钾临界值为70 mg/kg,以产投比为1.5为标准时,土壤速效钾临界值为 100 mg/kg。

3 结论与讨论

通过分析 2005～ 2008年湖南省油菜主产区进行的 67个油菜钾肥大田试验,主要得到以下结果:

(1)当前生产条件下,湖南省油菜主产区施钾增产效果显著。本研究观察的67个试验施钾比不施钾均增产,油菜施钾增产范围为 33～ 1 587 kg/hm2,平均为332 kg/hm2;平均增产幅度为19.1%,施钾增产效果达5%以上的占95.5%;平均每千克 K2O增收 2.5 kg油菜籽。

(2)本研究中油菜施钾产投比大于 1.5的试验占35.8%,产投比在 1.0～ 1.5之间的试验占 20.9%,产投比小于1.0的试验占 43.3%。说明油菜施钾虽然有一定的增收效果,但总体上经济效益并不高,这也是当前实际生产中油菜施钾比例偏低的原因之一。

(3)土壤速效钾含量对油菜产量及施钾增产效果均有显著影响。土壤速效钾较低时,施钾和不施钾的油菜籽产量均随速效钾含量的提高而增加,当速效钾含量达到一定范围后(+K处理为 80～ 100 mg/kg,CK处理为 100～ 120 mg/kg)则降低,当土壤速效钾含量大于200 mg/kg时,产量均降到最低值。施钾增产效应在土壤速效钾含量40～ 200 mg/kg范围内随土壤速效钾含量的提高而减缓,当土壤速效钾高于 200 mg/kg,施钾增产效应又有所提高。

(4)施钾经济效益受土壤速效钾含量的影响明显。在速效钾含量较低的土壤上,施钾的经济回报较高。随着土壤速效钾含量的提高,施钾经济效益减缓,当土壤速效钾高于 140 mg/kg时,油菜施钾在经济效益上基本处于亏损状态。

(5)在湖南油菜种植区,按照对照处理产量占施钾处理产量的90%为标准,土壤速效钾丰缺指标为106 mg/kg,为达到较好的产量效应,建议低于该指标的土壤种植油菜时应合理施用钾肥。从经济角度考虑,当以产投比为2.0和1.5作为标准时,土壤速效钾临界值分别为70 mg/kg和 100 mg/kg,低于该指标的土壤上油菜施钾能得到较好的经济回报。

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