钾肥和稻草不同配比下水稻产量及钾素释放规律研究

刘淑军　黄晶　李冬初　张会民

摘要：【目的】明确湘南稻区合适的钾肥和稻草配合施用比例，为湘南双季稻区域钾配合稻草还田提供技术支持。【方法】采用田间试验与室内分析相结合的方法，研究钾肥和稻草不同配比对田面水和田间表层土速效钾含量的动态变化，以及对水稻生长发育和产量的影响。【结果】钾肥60 kg/ha+稻草5000 kg/ha（K60+S2）处理的早、晚稻产量最高，分别为5763和6657 kg/ha，较不施钾肥的对照处理（K0）增产7.7%和21.2%。不同处理对早稻的表面水和表层土的速效钾含量影响不明显，晚稻以K60+S2处理的表面水、表层土速效钾含量最高。来源于稻草中的钾和化肥中的钾有相同的营养效应，随着减钾量和还田量的增加及时间的延长，对水稻钾的营养效应越明显。【结论】钾肥和稻草不同配比对水稻产量和表面水、表层土的速效钾含量均有影响，其中，以K60+S2处理对水稻产量及速效钾含量的影响效果最佳。

关键词： 钾肥；稻草；水稻产量；钾素释放规律

中图分类号： S511；S158 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）05-0627-05

Abstract：【Objective】The optimal proportions of potash fertilizer and straw were investigated， in order to provide technical support for returing potash fertilizer and straw to field of double-rice region in southern Hunan. 【Method】The field trials combined with laboratory analysis method were used to study effects of different proportions of potash fertilizer and straw on available K dynamics of surface water and topsoil， growth， development and yield of rice. 【Result】The results showed that， K60+S2 treatment（potash fertilizer 60 kg/ha+straw 5000 kg/ha） could improve yield of early and late rice， the yield of early and late rice after K60+S2 treatment were increased by 7.7% and 21.2%， respectively， compared with those of no potash fertilizer application. Different treatments had no obvious effect on available K content of surface water and topsoil for early rice. After K60+S2 treatment， available K content of surface water and surface soil for late rice was the highest. The K element from rice straw and chemical fertilizer had same nutritional effect， the K nutrition effect of rice became more obvious with reducing potassium， returning amount and prolonging time. 【Suggestion】Different proportions of potash fertilizer and straw had obvious effect on rice yield and available K content， especially K60+S2 treatment with the best effect.

Key words： potash fertilizer； straw； rice yield； potassium release law

0 引言

【研究意义】我国作为农业大国，粮食及其他农作物生长对钾肥需求量均很大，对钾肥的依赖程度较高。据有关部门统计，目前我国每年钾肥的需求量在800万～1000万t，其中50%左右依靠进口。面对日益严重的土壤缺钾问题（黄科延等，2011），有必要针对不同土壤类型和种植制度的地区，寻找出除增施化肥钾外的土壤钾补充手段（谭德水等，2007）。我国是水稻生产大国，每年有大量的稻草产生，稻草含有大量的有机物及各种养分，其中水稻吸收利用的钾素70%以上留在稻草中（莫淑勋和钱菊芳，1981）。以稻草还田作肥可以改良土壤理化性质，扩大养分生物循环，促进作物中后期生长。湘南双季稻地区水稻缺钾（高菊生等，2014），特别是晚稻缺钾引发胡麻斑病、纹枯病严重，植株孕穗期茎秆及上部3～4片功能叶提前枯竭，导致光合作用下降，结实率低，千粒重下降，产量锐减。因此，合理利用稻草就地还田对解决我国土壤缺钾问题具有重要意义。【前人研究进展】国内外有关于稻草还田的研究较多，但大多数集中在稻草还田对于作物产量、土壤肥力的影响。陈德章（2000）提出在等養分情况下，化肥配加稻草处理的土壤有机质、全氮、速效养分、阳离子交换量等含量比配方施肥（纯化肥）处理有提高的趋势；钟杭等（2002）经过两年稻麦秸秆还田，土壤有效磷、有效钾大幅度提高，有机质、全氮、碱解氮提高幅度也较大。洪春来等（2003）通过秸秆全量直接还田两年定点试验，证实秸秆全量直接还田配合常规施肥对水稻的分蘖未造成负面影响，并能提高土壤有機质和速效钾、速效磷、全氮、碱解氮的含量。有关稻草还田对土壤养分影响的研究，王玄德等（2005）提出稻草中的钾和钾肥具有相同的营养效应，稻草可替代钾肥为水稻提供足量的钾；佘冬立等（2007）研究表明，稻草还田处理3年后，土壤可矿化氮与移走稻草处理相比提高了35.4%～53.9%，且水稻各生育期干物质生产量均高于移走稻草处理，稻谷增产率达4.0%～4.7%；李勇等（2009）研究发现，小麦秸秆全量还田降低了后茬水稻生育前期（孕穗期之前）土壤速效氮含量，而提高了生育后期（孕穗期之后）土壤速效氮含量，促进水稻生育后期氮素吸收与生物量增加，抑制前期增长。【本研究切入点】目前关于钾肥和稻草不同配合施用比例的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】研究湘南双季稻区早、晚稻生长期间钾肥与稻草配合施用条件下土壤钾素动态变化及水稻产量变化，明确合适的钾肥与稻草配合施用比例，为湘南双季稻区减钾配合稻草还田提供技术支持。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

1. 1. 1 试验地概况 试验在湖南省祁阳县文富市镇官山坪村中国农业科学院祁阳红壤实验站稻田进行。试验田属湘南丘陵区第四纪红壤发育典型双季稻田，种植制度为稻-稻-绿肥三熟制。试验地肥力中等，地力均匀，0～20 cm土壤有机质含量34.20 g/kg、全氮含量2.20 g/kg、全磷含量0.63 g/kg、碱解氮含量62.60 mg/kg、速效磷含量18.10 mg/kg、速效钾含量91.30 mg/kg，pH 5.9。

1. 1. 2 试验材料 早稻品种为Ⅰ优899，5月3日移栽，7月21日成熟，全生育期113 d左右；晚稻品种为金优402，7月23日移栽，10月24日成熟，全生育期121 d。

1. 2 试验方法

试验共设5个处理，分别为：（1）不施钾肥（K0）；（2）习惯施钾水平120 kg/ha（K120）；（3）减钾25%+稻草2500 kg/ha（K90+S1）；（4）减钾50%+稻草5000 kg/ha（K60+S2）；（5）减钾75%+稻草7500 kg/ha（K30+ S3）。钾肥为氯化钾（K2O 60%），100%作基肥，还田的稻草为风干稻草。测定稻草的全钾含量，1年的稻草平均全钾含量为1.55%。插秧前1 d进行表施，100%作底肥施用。所有处理均配施等量的氮、磷肥，纯N 120 kg/ha，P2O5 90 kg/ha。氮肥为碳酸氢铵（N 17%）和尿素（N 46%），其80%（碳酸氢铵）作基肥、20%（尿素）作蘖肥。磷肥为过磷酸钙（P2O5 12%），其100%作基肥用。試验小区面积20 m2，3次重复，随机区组排列。各小区间用PVC塑料板隔开，塑料板插入土壤表层20 cm。

1. 3 测定项目与方法

1. 3. 1 土壤养分测定 试验前取基础土样，采用常规法测定土壤有机质、全氮、全磷及速效氮、磷、钾含量和pH等主要指标（鲍士旦，2007），即有机质采用重铬酸钾容量—外加热法，全氮采用半微量凯氏法，全磷采用氢氧化钠熔融—钼锑抗比色法，碱解氮采用碱解扩散法，速效磷采用Olsen法，速效钾采用乙酸铵浸提、火焰光度法测定。

1. 3. 2 干物重及植株吸钾量测定 成熟期取代表性植株每小区6丛，植株连根拔出，清洗，去根。把稻草和稻谷分开，在105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重，称干重。粉碎后测定含钾量，采用H2SO4-H2O2消煮法、火焰光度法测定。

1. 3. 3 土壤速效钾测定 早稻、晚稻施肥插秧后，分别于1、3、6、9、12、15、18、21、25、35、45、55 d取水样、土样，测定速效钾含量。水样过滤后，土样用乙酸铵浸提后，直接用火焰光度法测定。

1. 3. 4 成熟期测产 每小区收获20 m2测产（包括稻谷、稻草）。

1. 4 统计分析

试验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2. 1 表面水速效钾浓度变化动态分析

由图1可以看出，早稻生育期内，不施钾肥的K0处理在整个生育期内表面水速效钾含量很低，接近于零。4个施钾处理的表面水速效钾含量在施肥后第1 d迅速达到最高峰，然后缓慢下降，K120处理在插秧后第1 d表面水的速效钾含量略低于K90+S1处理，两处理间相差较小。这是由于化肥钾进入土壤后部分钾离子被黏土矿物固定，转变为非交换态，而秸秆在释放钾的同时会释放出Na+和NH4+等伴随阳离子，其与K+的水合半径接近，能侵占部分层间吸附位点，减少秸秆钾的固定量（李继福等，2013），是在化肥钾含量相近的情况下所产生；但当减钾量太高，如K30+S3处理，低于K120处理，两处理间表面水速效钾含量相差较大，是因为田间水源充足的情况下，化肥钾投入能快速地被水—土体系容纳和吸附，而秸秆钾的释放需要一定时间（李继福等，2013）。该处理表面水的速效含量在插秧后第6～21 d低于其他3个配施稻草的减钾处理，其后，所有处理间趋于一致，因稻草中的钾主要以K+形态存在，易溶于水被释放出来（武际等，2011），稻田淹水后，稻草经水浸泡，速效钾会释放出来，从而增加稻田表面水速效钾含量。

由图2可以看出，晚稻稻草还田期间处于高温期，表面水速效钾含量与早稻的趋势不一致。不施钾肥的K0处理其整个生育期内的表面水速效钾含量很低，21 d后降至最低点，接近于零；4个施钾处理的表面水速效钾含量在插秧后第1 d均出现较高浓度；3个配施稻草的减钾处理在10 d后（8月4日）出现高峰期，以后逐渐降低；纯施化肥的K120处理从第1 d出现高峰后持续降低，到21 d降至最低点。4个施钾肥处理间速效钾含量差异明显，整个晚稻生育期间以K60+S2处理速效钾释放浓度最高，其次为K30+S3。可见，晚稻配施稻草处理的表面水速效钾释放速率高于早稻（直线的斜率为速效钾的释放速率，因早、晚稻的直线斜率均为负值，所以取绝对值，得到早、晚稻的释放速率平均值分别为1.14和1.62 mg/L·d），從晚稻开始逐渐显示出稻草还田的后效作用，有利于晚稻分蘖所需的钾素营养供应，从而保证作物的产量。

2. 2 0～15 cm表层土速效钾变化动态分析

由耕层0～15 cm的土壤速效钾动态变化监测结果可知，以不施钾肥的K0处理最低，明显低于其他施钾处理（图3）。4个施钾处理的表层土速效钾含量在早稻生育前期均出现两个较明显的高峰期，其中K120和K90+S1处理出现在移栽后第3和12 d，K60+S2和K30+S3处理在移栽后第6和15 d；在生育后期，配施稻草的3个减钾处理土壤速效钾含量均高于纯施化肥的K120处理。可见，配施稻草的减钾处理速效钾的释放晚于纯施化肥处理，但由于稻草的后效作用，到后期高于纯施化肥处理。

晚稻生育期的表层土速效钾含量和早稻的趋势不太一致。从图4可以看出，除K0以外，其他4个施钾肥处理在移栽后第15 d表层土速效钾含量均出现一个明显的高峰，之后纯施化肥的K120处理低于配施稻草的3个减钾处理；3个减钾处理间比较，K60+S2处理表层土速效钾含量最高，其他两个处理较为接近，且K60+S2处理在移栽后第12～25 d明显高于其他处理。可见，钾肥配施稻草有利于增加土壤速效钾含量，以减钾50%配施5000 kg/ha稻草的用量最合适，对土壤速效钾的贡献最大。

2. 3 不同处理下水稻产量对比分析

由表1可知，早稻产量以K60+S2处理最高，其次为K120，K30+S3处理最低，甚至低于不施钾肥的K0处理。3个减钾配施稻草的处理与纯施钾肥的K120处理间差异不显著（P>0.05，下同）。晚稻产量同样以K60+S2处理最高，其次为K30+S3，K0处理最低，K120处理低于3个减钾配施稻草处理，但处理间差异不显著。因此，从作物产量效应分析，减钾的同时配施稻草，以稻草替代钾肥的效应得到体现，晚稻的效果比早稻更明显。早、晚稻产量对于钾肥和稻草不同配比的响应不同，其中，以钾肥60 kg/ha搭配稻草5000 kg/ha为最佳比例，该处理早、晚稻产量均最高，分别比K0处理增产7.7%和21.2%。如果稻草的量超过5000 kg/ha，早稻产量明显降低。从早、晚稻在同一处理下的增产率可以看出，配施稻草促进水稻增产的效果随着时间的延长而增大，尤其是稻草还田量越大，后期增产效果越显著。

2. 4 稻草还田对水稻钾的营养效应

由表2可以看出，不同处理对早、晚稻吸钾量的影响，钾肥的施用提高了早、晚稻的秸稈吸钾量，早稻减钾的3个处理中，K90+S1和K60+S2处理的籽粒、秸秆吸钾量均高于纯施钾肥的K120处理，晚稻的3个减钾处理的秸秆、总吸钾量高于K120处理，随减钾量和稻草用量的增加而逐渐增加，且以K30+S3处理最高。因此，在本研究中，来源于稻草中的钾和化肥中的钾有相同的营养效应，随着减钾量和稻草还田量的增加，越到后期，对水稻钾的营养效应就越明显。综合水稻产量和水稻对钾素的吸收量来看，K60+S2为较好的施用比例。

3 讨论

稻草还田携入的钾与钾肥具有相同的营养功能，稻草可替代部分钾肥（廖育林等，2009）。土壤加入水稻秸秆能在一定程度上促进土壤碳氮转化，提高水稻产量（王娟等，2013）。稻草还田是实现水稻可持续发展的保证，大面积推广使用稻草还田的潜力巨大。本研究中，早、晚稻的稻谷产量均以K60+S2处理最高，分别比K0处理增产7.7%和21.2%；晚稻3个减钾配施稻草处理的稻谷产量均大于K120处理。在湘南红壤稻田中，从对水稻产量的影响来看，在减钾的同时配施稻草，稻草能达到替代钾肥的效果，早稻減钾不宜过量，以减钾50%、配施5000 kg/ha稻草的比例（K60+S2）较合适；晚稻稻草还田可根据情况选择减钾50%～75%。

土壤速效钾含量指标对水稻生长极为重要。基础土壤分析结果表明，试验田0～15 cm耕层土壤速效钾含量为91.3 mg/kg，属中低等水平。若种植杂交稻高产品种，以每公顷产7500 kg计算，则土壤钾素严重不足，需要补充化学钾肥，以保证水稻高产的需钾量。本研究中钾肥的施用均能提高早、晚稻表面水和表层土的速效钾含量。与K120处理比较，其他处理下早稻在移栽后6～21 d，晚稻在整个生育期内，尽管减少钾肥的施用量，但配施稻草均提高了表面水速效钾含量；早、晚稻分别从移栽后25和15 d开始，减钾配施稻草的处理提高了土壤速效钾含量。可见，秸秆对土壤速效钾的供应效果明显好于钾肥（周晓芬等，1999）。

因此，在减钾的同时，搭配稻草还田，不仅能提高水稻产量，还能增加表面水和表层土的速效钾含量。来源于稻草中的钾和化肥中的钾有相同的营养效应，随着减钾量和还田量的增加及时间的延长，对水稻钾的营养效应就越明显。

4 结论

本研究结果表明，钾肥和稻草不同配比对水稻产量和表面水、表层土的速效钾含量有影响，其中以K60+S2处理对水稻产量及速效钾含量的影响效果最佳。

参考文献：

鲍士旦. 2007. 土壤农化分析[M]. 第3版. 北京：中国农业出版社.

Bao S D. 2007. Analysis of Soil Agrochemistry[M]. The 3rd Edition. Beijing：Chinese Agriculture Press.

陈德章. 2000. 稻草还田对土壤理化性质及产量的影响[J]. 土壤肥料，（5）：24-27.

Chen D Z. 2005. Effects of rice straw returning on soil physicochemical properties and rice yield[J]. Soil and Fertilizer，（5）：24-27.

高菊生，黄晶，董春华，徐明岗，曾希柏，文石林. 2014. 长期有机无机肥配施对水稻产量及土壤有效养分影响[J]. 土壤学报，51（2）： 126-136.

Gao J S，Huang J，Dong C H，Xu M G，Zeng X B，Wen S L. 2014. Effects of long-term combined application of organic and chemical fertilizers on rice yield and soil available nutrients[J]. Acta Pedologica Sinica，51（2）： 126-136.

洪春来，魏幼璋，黄锦法，王润屹，杨肖娥. 2003. 秸秆全量直接还田对土壤肥力及农田生态环境的影响研究[J]. 浙江大学学报（农业与生命科学版），29（6）：627-633.

Hong C L，Wei Y Z，Huang J F，Wang R Y，Yang X E. 2003. Effects of total crop straw return on soil fertility and field ecological environment[J]. Journal of Zhejiang University（Agriculture & Life Science），29（6）：627-633.

黃科延，张爱武，曹芯，鲁艳红，廖育林，汤海涛. 2011. 稻草还田条件下施钾量对晚稻产量和钾素吸收的影响[J]. 湖南农业科学，（7）：57-60.

Huang K Y，Zhang A W，Cao X，Lu Y H，Liao Y L，Tang H T. 2011. Influences of different potassium fertilizer rates on yield and potassium absorption of late-rice under rice-straw returning mode[J]. Hunan Agricultural Sciences，（7）：57-60.

李继福，任涛，鲁剑巍，丛日环，李小坤，马晓晓. 2013. 水稻秸秆钾与化肥钾释放与分布特征模拟研究[J]. 土壤，45（6）：1017-1022.

Li J F，Ren T，Lu J W，Cong R H，Li X K，Ma X X. 2013. Release and distribution characteristics of rice straw potassium and chemical potassium by lab simulation[J]. Soils，45（6）：1017-1022.

李勇，曹红娣，邓九胜，朱荣松，白洁瑞，周航. 2009. 小麦秸秆全量还田对土壤速效氮及水稻产量的影响[J]. 生态与农村环境学报，25（4）：46-51.

Li Y，Cao H D，Deng J S，Zhu R S，Bai J R，Zhou H. 2009. Effect of return of total wheat straw on soil mineral nitrogen dynamics and rice yield[J]. Journal of Ecology and Rural Environment，25（4）：46-51.

廖育林，郑圣先，聂军，鲁艳红，谢坚，杨曾平. 2009. 长期施用化肥和稻草对红壤水稻土肥力和生产力持续性的影响[J]. 中国农业科学，42（10）：3541-3550.

Liao Y L，Zheng S X，Nie J，Lu Y H，Xie J，Yang Z P. 2009. Effects of long-term application of fertilizer and rice straw on soil fertility and sustainability of a reddish paddy soil productivity[J]. Scientia Agricultura Sinica，42（10）：3541-3550.

莫淑勛，钱菊芳. 1981. 稻草还田对补充水稻钾素养分的作用[J]. 土壤通报，（1）：20-21.

Mo S X，Qian J F. 1981. Effects of rice straw returning on supplement of rice potassium nutrient[J]. Chinese Journal of Soil Science，（1）：20-21.

佘冬立，王凯荣，谢小立，彭英湘，陈敏. 2007. 稻草还田与施氮水平对土壤氮素供应和水稻产量的影响[J]. 土壤通报，38（2）：296-300.

She D L，Wang K R，Xie X L，Peng Y X，Chen M. 2007. Impact of rice straw returning and N rates on soil nitrogen supply and rice yield[J]. Chinese Journal of Soil Science，38（2）：296-300.

谭德水，金继运，黄绍文，李书田，何萍. 2007. 不同种植制度下长期施钾与秸秆还田对作物产量和土壤钾素的影响[J]. 中国农业科学，40（1）：133-139.

Tan D S，Jin J Y，Huang S W，Li S T，He P. 2007. Effect of long-term application of K fertilizer and wheat straw to soil on crop yield and soil K under different planting systems[J]. Scientia Agricultura Sinica，40（1）：133-139.

王娟，张丽君，姚槐应. 2013. 添加秸秆和黑炭对水稻土碳氮转化及土壤微生物代谢图谱的影响[J]. 中国水稻科学，27（1）：97-104.

Wang J，Zhang L J，Yao H Y. 2013. Effects of straw and black carbon addition on C-N transformation and microbial meta-

bolism profile in paddy soil[J]. Chinese Journal of Rice Science，27（1）：97-104.

王玄德，石孝均，宋光煜. 2005. 长期稻草还田对紫色水稻土肥力和生产力的影响[J]. 植物营养与肥料学报，11（3）：302-307.

Wang X D，Shi X J，Song G Y. 2005. Effects of long-term rice straw returning on the fertility and productivity of purplish paddy soil[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science，11（3）：302-307.

武際，郭熙盛，王允青，许征宇，鲁剑巍. 2011. 不同水稻栽培模式和秸秆还田方式下的油菜、小麦秸秆腐解特征[J]. 中国农业科学，44（16）：3351-3360.

Wu J，Guo X S，Wang Y Q，Xu Z Y，Lu J W. 2011. Decomposition characteristics of rapeseed and wheat straws under different rice cultivations and straw mulching models[J]. Scientia Agricultura Sinica，44（16）：3351-3360.

钟杭，朱海平，黄锦法. 2002. 稻麦秸秆全量还田对作物产量和土壤的影响[J]. 浙江农业学报，14（6）：344-347.

Zhong H，Zhu H P，Huang J F. 2002. Effects of total wheat and rice straw application on the crop yield and the soil properties[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis，14（6）：344-347.

周晓芬，张彦才，李巧云，步丰骥. 1999. 厩肥、秸秆和绿肥的含钾状况及其对土壤和作物钾素的供应能力[J]. 华北农学报，14（4）：83-87.

Zhou X F，Zhang Y C，Li Q Y，Bu F J. 1999. Potassium status in barnyard manure，crop residue and green manure and their capability of supplying potassium to soil and crop[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica，14（4）：83-87.

（責任编辑 邓慧灵）