不同施肥措施提高南方黄泥田供钾能力及钾素平衡的作用

王飞，林诚，李清华，何春梅，刘玉洁

不同施肥措施提高南方黄泥田供钾能力及钾素平衡的作用

王飞，林诚，李清华，何春梅，刘玉洁

（福建省农业科学院土壤肥料研究所，福州 350013）

【目的】基于连续 30 年南方低产黄泥田培肥定位试验，研究土壤全钾、速效钾、缓效钾含量与钾素盈亏特性，明确钾肥投入量与产量的关系，以期为黄泥田钾素肥力定向培育及水稻钾肥施用提供科学依据。【方法】定位监测不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥 + 牛粪 (NPKM)、化肥 + 全部稻草还田 (NPKS) 四种施肥处理代表性年份耕层土壤钾素含量动态变化，分析各形态钾素间及与有机碳含量的关系，并于相邻集中年份2010、2011、2013、2014 年采集植株样品以评价土壤钾素水平、土壤钾素盈亏、植株养分对钾肥投入量的响应。 【结果】30 年施肥处理下，土壤全钾含量平均较 CK 增加 2.2%～5.0%，且双季稻年份不同处理差异较单季稻年份大，速效钾含量历年平均较 CK 增加 43.9%～102.4%，以 NPKS 增加最为明显，而不同处理的土壤缓效钾含量无明显差异。土壤速效钾含量与全钾呈显著正相关，土壤全钾、速效钾含量与有机碳均呈极显著正相关。各施肥处理提高了收获期植株钾含量与累积量。NPKS 处理每年盈余钾素 (K2O) 101.1 kg/hm2，其余处理每年亏缺幅度为 –89.4～–18.6 kg/hm2。钾肥用量、速效钾含量、土壤钾素盈亏量相互间呈极显著正相关，可推算出外源钾肥 (K2O) 每年投入量达到 161.8 kg/hm2时，土壤钾素处于持平状态，其对应的土壤速效钾含量为 95.3 mg/kg。钾肥用量、速效钾含量、土壤钾素盈亏量及籽粒钾含量均与植株产量呈显著正相关。 【结论】水稻增产效果与土壤钾肥投入量、速效钾含量及钾素盈亏量有关。黄泥田土壤速效钾较缓效钾、全钾更直接反映生产力水平。长期施肥提高了黄泥田土壤全钾与速效钾含量，NPK 化肥加秸秆还田对增加土壤钾素盈余与提升速效钾效果要明显优于单施 NPK 化肥或 NPK 肥配合粪肥。

黄泥田；供钾能力；钾素形态；速效钾；有机碳；钾平衡

钾是植物必需的营养元素之一，又是重要的品质元素。我国土壤全钾含量为 0.5～25 g/kg，而我国耕地中缺钾土壤总面积高达 0.23 亿公顷，一般缺钾(土壤速效钾含量 50～70 mg/kg) 和严重缺钾 (土壤速效钾含量小于 50 mg/kg) 的土壤面积占总耕地的 23%，尤其是我国南方的稻麦轮作区表现更为突出[1]。另一方面，我国探明的钾矿资源匮乏，我国钾资源的基础储量仅占世界的 2.5%，现有经济储量可开采年限仅为 66 年左右[2]。2013 年，我国氮、磷肥供应分别过剩 1080 万吨和 680 万吨，而钾肥缺口 370 万吨[3]。因而当前既要培肥土壤，提高供钾能力，又迫切需要寻找化肥钾的替代产品与替代技术以提升自给率。近 30 年来，在外源钾肥对土壤钾素的影响、作物钾肥肥效以及土壤供钾效应的研究方面累积了大量的资料，尤其在长期定位试验研究方面。位于黑龙江哈尔滨的黑土 24 年长期定位试验表明，氮肥对作物产量的贡献率最大，其次为磷肥，而钾肥对产量的贡献率最低[4]。鴥土区小麦–玉米轮作区定位试验研究表明，长期施肥种植没有显著影响土壤全钾含量，长期施用钾肥显著提高土壤速效钾含量，但长期不施钾肥处理的土壤速效钾含量也未显著降低，且该轮作体系施用 146 kg/hm2钾素 (K) 或配合一季作物秸秆还田仍不能平衡作物钾的携出量，土壤钾素肥力依然呈消耗状态[5]。江苏黄潮土 18 年肥料定位试验分析表明，长期不施钾肥或仅施化学钾肥，土壤钾素始终亏缺，而有机厩肥–无机化肥配合施用，土壤钾素平衡有余[6]；陈防等在麻砂泥田、白散泥田、灰油沙土上开展轮作试验表明，施钾量多的处理土壤速效钾和缓效钾在全钾中所占比例有上升的趋势，说明多施的钾肥仍以这两种形态存在于土壤中，维持并提高了土壤的供钾能力[7]。在灰漠土上的施肥定位试验表明，NP 处理的产量与其他均衡施肥产量并无明显差异，说明钾不是灰漠土农田亏缺养分；均衡施肥中 NPKS 表现出钾的盈余，而其余均衡施肥处理表现出钾的亏缺，24 年亏缺量达到268～2966 kg/hm2。所有施肥处理中，NPKM 和1.5NPKM 拥有最高的钾表观利用率，分别达到 81.2%和 38.9%，显著高于其他处理，说明配施有机肥可以显著提高灰漠土钾肥利用率[8]。从中可看出，这些研究多集中于长期施肥对北方农田尤其是旱地土壤钾素含量和形态的影响，但对近年来南方稻田钾素形态演变及盈亏特征缺乏系统深入地研究，而后者为全国水稻主产区，同时受强烈风化淋溶的影响，土壤母质又是土壤钾素供应相对较低的区域。

黄泥田是我国南方红黄壤地区广泛分布的一类低产水稻土，主要分布在浙江、湖北、湖南、江西、福建等地[9]。土壤熟化度低、有机质缺乏、有效磷钾低、酸性强以及耕性不良是南方黄泥田的主要特征[10–11]。为此，本研究基于连续 30 年的南方黄泥田施肥定位试验，研究长期不同施肥模式下稻田土壤钾素形态演变、钾素吸收以及产量响应特征，旨在深入探索不同施肥模式下的黄泥田土壤钾肥化学行为及有效供给，并为南方稻田肥力定向培育与钾肥施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在农业部福建耕地保育科学观测实验站肥力长期监测试验田 (闽侯县白沙镇，东经119°04′10″、北纬 26°13′31″)。成土母质为坡积物，海拔高度 15.4 m。土壤类型为黄泥田，属中低产田。试验区年平均温度 19.5℃，年均降水量 1350.9 mm，年日照时数 1812.5 h，无霜期 311 d，≥ 10℃ 的活动积温 6422℃。试验前 (1983 年) 耕层土壤 pH 值4.90，有机碳含量 12.5 g/kg，全钾 16.2 g/kg，碱解氮141 mg/kg，速效磷 12 mg/kg，速效钾 41 mg/kg。

1.2 试验设计

试验设 4 个处理：1) 不施肥 (CK)；2) 单施化肥(NPK)；3) 化肥 + 牛粪 (NPKM)；4) 化肥 + 全部秸秆还田 (NPKS)。每处理设 3 次重复，小区面积 12 m2(4 m × 3 m)。每季施用化肥为 N 103.5 kg/hm2、P2O527 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2。干牛粪每茬施用量 3750 kg/hm2，秸秆还田量为上茬稻草全部还田，其中双季稻还田量年平均为 7000 kg/hm2，单季稻平均为 4800 kg/hm2。牛粪多年平均养分含量为有机碳 267.5 g/kg、N 15.0 g/kg、P2O56.5 g/kg、K2O 9.0 g/kg；稻草多年养分平均含量为有机碳 377.3 g/kg、N 8.3 g/kg、P2O52.5 g/kg、K2O 29.1 g/kg，氮、钾肥的 50% 作基肥，50% 作分蘖肥，磷肥全部作基肥施用。氮肥用尿素、磷肥为过磷酸钙、钾肥为氯化钾。试验地 1983～2004 年均种植双季稻 (早稻、晚稻)，2005～2014 年种植单季稻。定位试验每 4～5 年更换一次水稻品种，2012～2014 年水稻品种为‘中浙优 1 号’。各处理除施肥外，其他管理措施一致。

1.3 样品采集与处理分析

从 1983 年始，于每年 10 月份晚稻或单季稻收获后，按“S”形布点，取各处理每小区耕层土壤(0—20 cm) 各 5 点，混合均匀，留 1 kg 样品，风干，研磨过 20 目筛与 100 目筛，保存于广口瓶中，待测。根据历史样品保存实际，取 1983、1987、1991、1996、2000、2004、2005、2007、2009、2010、2011、2013、2014 年度土壤样品分析土壤钾素形态演变。土壤全钾采用氢氧化钠熔融—火焰光度计法，土壤缓效钾用 1 mol/L 硝酸煮沸—火焰光度计法，土壤速效钾用乙酸铵提取—火焰光度计法。土壤有机碳测定采用重铬酸钾氧化—容量法[12]。

于相邻集中年份 2010、2011、2013、2014 年采集植株样品分析土壤钾素表观盈亏平衡。每年 10 月份水稻收获后取各个处理重复小区的水稻籽粒与秸秆鲜样于 105℃ 杀青 15 min，65℃ 烘干 24 h 至恒重，供作植株钾素营养元素分析。植株全钾测定采用 H2SO4–H2O2消煮法[12]。

1.4 计算方法与统计分析

土壤钾素演变数据处理利用 SPSS13.0 统计软件进行方差分析与相关分析，不同处理间差异显著性采用 LSD 法检验。土壤钾素盈亏平衡数据为各处理每重复小区 2010、2011、2013、2014 四年数据平均，统计同上述方法。土壤钾素的表观盈亏量和表观平衡系数计算公式如下：

土壤钾素每年表观盈亏量 (K2O，kg/hm2) = (施化肥钾量 + 有机肥或秸秆钾还田量) – (籽粒钾带走量 +秸秆钾带走量)。式中，各处理籽粒或秸秆钾带出量 =籽粒或秸秆产量 × 对应的各处理籽粒或秸秆钾养分含量。

钾素表观平衡系数 = 钾素投入总量/钾素输出总量

2 结果与分析

2.1 长期不同施肥对土壤钾素形态演变的影响

图1 显示，长期不同施肥处理下的土壤全钾含量总体呈现先升高后降低的趋势，即在双季稻年份(1983～2004 年)，各处理土壤中全钾含量随着试验年份增加而上升，而单季稻年份 (2005～2014) 全钾含量随试验年份增加呈下降趋势。这可能与不同耕作制度下外源钾肥投入量不同有关。CK、NPK、NPKM 与 NPKS 处理的全钾含量历年平均为 18.0、18.9、18.9 与 18.4 g/kg，属较丰富水平 (15.0～20.0 g/kg)，各施肥处理较 CK 增幅 2.2%～5.0%。说明施肥不同程度提高了土壤全钾含量，且双季稻年份不同处理差异较单季稻年份大。

图1 1983～2014 年不同施肥处理土壤全钾、速效钾与缓效钾变化Fig. 1 Variation of different soil potassium forms under different long-term fertilization treatments from 1983 to 2014

土壤速效钾变化趋势与全钾相似，总体呈现双季稻年份升高而单季稻年份降低的趋势。CK、NPK、NPKM 与 NPKS 处理的速效钾含量年际平均值分别为 66.0、99.9、95.0 与 133.6 mg/kg，除 NPKS 处理属较丰富水平外 (100～160 mg/kg)，其余均属中等水平 (60～100 mg/kg)，各施肥处理较 CK 增幅43.9%～102.4%。说明施肥可明显提高土壤速效钾含量，特别是 NPKS 处理，NPKM 与 NPK 处理在提升速效钾方面效果相当，这与全钾趋势一致。对土壤缓效钾而言，各处理含量均值变幅范围在 246.5～259.5 mg/kg 之间，各处理缓效钾含量无明显差异，并表现出在单季稻年份缓效钾含量呈总体降低趋势。

2.2 长期施肥下土壤钾素形态与有机碳演变的相关关系

土壤钾素形态回归分析 (表 1) 进一步表明，土壤速效钾含量与全钾呈显著线性关系 (r = 0.30*，n = 52)，由回归方程可推算，土壤全钾每增加 1 g/kg，速效钾含量约可增加 6 mg/kg。表 1 同时显示，土壤缓效钾含量与土壤全钾及速效钾均无显著相关。土壤有机碳与钾素含量回归分析表明，土壤全钾、速效钾含量与土壤有机碳均呈极显著线性关系，而缓效钾含量与有机碳无显著相关。由全钾、速效钾含量与土壤有机碳回归方程斜率可知，土壤有机碳含量每增加 1 g/kg，土壤全钾与速效钾含量约可分别增加 0.2 g/kg 与 7.2 mg/kg，表明提升黄泥田土壤有机碳，可有效提升土壤钾素库容与供应强度。

2.3 长期不同施肥对收获期水稻植株钾素含量及钾素平衡的影响

表2 显示，籽粒钾 (K) 含量范围介于 2.74～3.47 g/kg 之间，秸秆钾含量介于 22.48～25.73 g/kg 之间。施肥不同程度提高了植株钾的含量。与 CK 相比，各施肥处理的籽粒钾含量增幅 12.0%～26.7%，以 NPKS 增幅最为明显，差异均显著。NPKM 与NPKS 处理间籽粒钾含量无明显差异，但均显著高于NPK 处理；从秸秆钾含量来看，NPKS 处理的秸秆钾含量较 CK 与 NPK 处理分别显著增加 14.5% 与11.3%，但 NPKM、NPK 处理与 CK 处理差异未达到显著水平。

表1 土壤不同形态钾及其与有机碳之间的相关性 (n = 52)Table1 Correlation between the different forms of soil potassium and organic carbon

表2 不同施肥处理植株籽粒、秸秆钾含量及年移走量Table2 Grain and straw K contents and corresponding annual removal from soil under different treatments

从土壤钾素表观盈亏平衡来看 (表 3)，除 NPKS处理钾素 (K2O) 每年盈余 101.1 kg/hm2外，其他处理的钾素表观平衡均表现为亏缺，亏缺幅度为 –89.4～–18.6 kg/hm2，其中以 CK 处理亏缺最大，其次为NPKM 处理。表观平衡系数反映出矿质元素输入与输出的相对平衡关系，从中可看出，不同处理表现为 NPKS > NPKM = NPK > CK，且仅 NPKS 处理平衡系数大于 1，说明秸秆还田可有效满足作物钾素供给，缓解农田钾素缺亏。

从土壤不同形态钾素含量与钾素盈亏平衡关系得知，土壤钾盈亏量 (y) 与全钾、缓效钾含量无显著相关，而与速效钾 (x) 呈极显著正相关 (y = 1.2688x –124.12，R2= 0.533**，n = 48)。由该回归方程进一步推算可知，当土壤速效钾含量为 97.8 mg/kg 时，土壤钾素呈现平衡状态 (y = 0)。

表3 不同施肥土壤钾素年表观盈亏平衡 (K2O，kg/hm2)Table3 Apparent annual K2O balance of soil affected by different treatments

2.4 土壤、植株钾素含量及钾素盈亏对钾肥投入量的响应

上述研究表明，相对土壤全钾与缓效钾而言，土壤速效钾与土壤钾盈亏量关系密切。为此，通过回归方程拟合进一步分析二者与钾肥投入量的关系。图 2 显示，土壤钾盈亏量、土壤速效钾含量均分别与钾肥投入量呈极显著正相关。从图 2 回归方程可推算，每年钾肥投入量达到 161.8 kg/hm2时，土壤钾处于养分盈亏平衡状态 (y = 0)，而在该用量条件下，其对应的土壤速效钾含量为 95.3 mg/kg，这与土壤盈亏量与速效钾拟合回归方程推算的十分接近。另外，由图 2 可进一步推算，如果在土壤盈亏平衡基础上，土壤速效钾含量提高 10%，即达到104.8 mg/kg，土壤钾肥投入量则需达到 195.0 kg/hm2。这为土壤钾素定向培育提供了施肥依据。

图3 表明，收获期籽粒钾、秸秆钾含量分别与钾肥投入量呈极显著与显著正相关。表明随着钾肥投入量的增加，在增加土壤速效钾的同时，植株单位钾吸收累积量也随之增加。

2.5 长期施肥下植株钾素、土壤钾素形态及盈亏平衡与产量的相互关系

表4 显示，籽粒全钾含量与籽粒产量、秸秆产量分别呈显著与极显著正相关。秸秆全钾含量与籽粒产量呈极显著正相关。土壤速效钾与籽粒及秸秆产量均呈极显著正相关，土壤缓效钾与秸秆产量呈显著正相关。此外，土壤钾素盈亏量、钾肥用量均分别与籽粒及秸秆产量呈极显著正相关。上述说明，钾肥用量、土壤速效钾含量、土壤钾盈亏量及籽粒钾含量与植株产量关系密切，速效钾含量相对缓效钾及全钾更能直接反映黄泥田生产力的水平。

图2 土壤钾素盈亏量与土壤速效钾含量对钾肥投入量的响应Fig. 2 Response of soil potassium balance and available potassium to the potassium fertilizer application

图3 植株钾含量对钾肥投入量的响应Fig. 3 Response of plant potassium contents to the potassium fertilizer application

表4 水稻植株钾、土壤钾及土壤钾平衡与产量间的相关系数 (n = 48)Table4 Correlation coefficients between plant K, soil K, soil K balance and rice yield

3 讨论

3.1 不同有机物料还田对土壤钾素肥力的定向培育

随着我国复种指数的增加、高产作物品种的推广、农业集约化程度的提高以及氮磷肥的大量施用，作物带走钾素增多，土壤钾素亏缺将逐渐加大[13]。红壤性水稻土由于粘土矿物以非胀缩性的高岭石为主，土壤供钾能力有限，钾素缺乏已成为制约红壤区作物产量的因素之一[14]。本研究表明，与化肥配施牛粪相比，黄泥田化肥配合秸秆还田提升土壤速效钾含量与实现钾素盈余具有明显优势。这一方面与秸秆还田实际带入的钾量要高于牛粪有关 (牛粪实际还田钾量约相当于秸秆还田的 57%)；另一方面，也可能与有机物料钾素矿化能力存在差异以及施肥对农田土壤固钾率影响不同有关。首先从有机物料钾素矿化能力来看，华南地区水稻秸秆腐解一年后的有机碳残留率为 0.29 g/g，牛粪则为 0.49 g/g[15]。稻田秸秆还田淹水 3 d，秸秆中 90% 的钾离子可以快速释放并进入土壤并供下茬作物利用[16]。说明秸秆腐解速率要明显高于牛粪，牛粪的钾离子释放相对较慢，因而供钾速率低，土壤速效钾含量也相对较低。从施肥对红壤性稻田钾固定影响来看，长期施用化肥钾和稻草能降低红壤性水稻土固钾率，长期不施用钾肥或不施用足够的钾肥则会提高土壤固钾率，且随钾素施用量的增加，土壤固钾率降低的变化趋势越明显[17]，另据研究，水稻从土壤中吸收的养分中，留在秸秆中的比例大概是氮 30%、磷 20%、钾80%、钙 90%、镁 50%、硅 80% 以上，即稻草中所含的养分较高[18]，本研究条件下秸秆钾素所占植株的比例为 80.3%～82.6%，因而秸秆还田提升速效钾含量优势较为明显。本研究也进一步显示，秸秆还田后，水稻籽粒与秸秆中的钾含量与累积量较单施化肥显著提高，因而秸秆还田不仅可定向提高土壤速效钾供给，而且还可改进籽粒钾素营养，提高籽粒营养品质。值得一提的是，长期施肥下 NPKM 与NPK 处理的土壤速效钾含量基本相当，这一方面固然与牛粪缓慢释放钾离子有关，另一方面，NPKM处理虽然投入量高，但每年籽粒与秸秆钾离子带走量均显著高于 NPK，两个处理的表观平衡系数也一致，因而 NPKM 处理的土壤速效钾含量与 NPK 处理相比无明显优势。但也有文献表明，配施畜禽有机肥提升速效钾的能力要优于秸秆还田[8]，这可能与有机肥种类、用量及气候特点有关。

土壤有机质含量的高低既反映土壤的物理状况，又反映了土壤的养分状况，被认为是土壤肥力的综合评价指标之一。研究表明，黄泥田土壤有机碳变化量与产量变化量呈极显著正相关[19]。通过施用化肥、有机肥或秸秆还田，土壤生产力提升，增加了根际沉析，一定程度上提升了土壤有机碳库，同时有机物料钾素带入也同步增加了土壤钾库容 (全钾)，另外，外源钾主要以游离态的钾离子形式补充土壤而被土壤胶体吸附，这些吸附的钾离子可被氢离子和铵离子交换而成为有效钾供应植株生长，故全钾、速效钾含量均与有机碳关系密切。土壤缓效钾主要是指易风化含钾矿物晶格内含有的钾和土壤固钾矿物所固定的钾[1]，由于缓效钾多存在于粘土矿物的层间，与交换性钾的平衡速率较慢，所以不易与溶液中阳离子发生交换，难以直接被作物吸收，本研究中土壤缓效钾含量受各施肥影响变化不明显，故缓效钾与有机碳变化无明显相关。

从中也可看出，NPKM 与 NPKS 处理每年钾素带走量基本相当，而 NPKM 处理每年钾素输入量不如 NPKS，故 NPKM 处理每年仍表现钾素亏缺，亏缺程度甚至高于 NPK 处理，故对黄泥田钾素定向培肥而言，除了秸秆还田途径外，应补充更多的有机肥。另外，秸秆还田的意义还在于可替代部分化肥。研究表明，在土壤钾素含量较高的情况下，稻－油轮作区开展连续秸秆还田不仅能够降低钾肥投入量 (水稻季与冬油菜比推荐施肥分别减量钾肥 42.2%与 31.2%)，获得较高的粮油经济产量，还可提高土壤有效钾含量并维持农田系统养分平衡[20]。鄂东丘陵区、鄂中丘陵岗地区和江汉平原区秸秆还田条件下保证水稻产量 (即 NPK 处理产量) 时平均钾肥用量分别为 K2O 19.9、14.9 和 54.2 kg/hm2，比推荐钾肥用量节约 66.8%、75.2% 和 9.7%[21]。本研究条件下，黄泥田外源钾肥 (K2O) 用量达到 161.8 kg/hm2时达到平衡状态，这与 NPKS 处理理论上每年秸秆还田量K2O 159.6 kg/hm2基本相当，但黄泥田秸秆还田具体可替代多少钾肥有待进一步验证。

3.2 不同形态钾素演变对施肥及钾素盈亏的响应

土壤速效钾 (包括水溶性钾与交换性钾) 仅占土壤全钾的 0.2%～2%，土壤缓效钾 (非交换性钾) 约占土壤全钾的 2%～8%[22]。缓效钾作为钾素转化的中间产物，起到了很好的纽带作用[23]。金继运[24]认为在评价土壤钾对当季作物的有效性时，往往以速效钾作为主要指标，而在评价土壤钾对作物的长期有效性时，则不仅要考虑速效钾的水平，更要注意非交换性钾的贮量及其释放速率。土壤非交换性钾的释放受土壤矿物学性质、土壤颗粒大小、干湿和冻融交替过程、植物根系及微生物活动、土壤溶液中钾离子浓度和非交换性钾含量、施肥等因素的影响[25]。土壤在钾素耗竭状态下，作物吸收的钾素 33.3% 来自土壤非交换性钾，非交换性钾和速效钾的共同作用代表了土壤对作物当季的供钾能力[26]。一些长期定位研究表明，施钾处理的速效钾和缓效钾含量均高于不施钾的，以水云母、蒙皂石为主的土壤，缓效钾含量年均可高 7.67 mg/kg[27]，在不施钾条件下，轮作期内各土壤钾素消耗量较大，水溶性钾和交换性钾含量较低，并促进了非交换性钾的释放；施肥能提高土壤水溶性钾和交换性钾含量，并向非交换性钾方向转化[28]。赵欢等[29]在贵州长期种植玉米和马铃薯旱作土壤钾素状况和钾肥效应研究表明，两种作物种植区的土壤速效钾与缓效钾含量均呈显著正相关。本研究条件下，速效钾与缓效钾对土壤盈亏平衡响应不同。施肥处理土壤速效钾随着土壤钾素的盈余而增加，随着土壤钾素的亏缺而降低，但不论盈或亏，不同处理间土壤缓效钾均无明显变化。这可能是在盈余条件下，由于红壤性稻田主要以非胀缩性的高岭土矿物为主，固钾能力较低[1]，增加的水溶性钾或交换性钾离子难以进入矿物层间而被固定，因而施肥并未明显增加缓效钾含量。而在钾素亏损条件下，土壤速效钾供给目前尚能满足作物需求。以 NPK 处理为例，2010、2011、2013、2014 四个年份每年钾素 (K2O) 亏损量为 18.6 kg/hm2，仅相当于土壤每年速效钾库容量的 6.9%，另外由于各处理每年均有部份根茬回田，其快速分解矿化也在一定程度上补充了速效钾库，因而土壤亏缺对促进缓效性钾释放影响不大。另从土壤钾素含量与产量关系来看，速效钾均与籽粒产量、秸秆产量呈显著正相关，而缓效钾仅与秸秆产量呈显著正相关，说明相对缓效钾而言，速效钾更能直接反映稻田生产力的水平，但长期钾素亏缺消耗造成农田库容减少，有可能导致速效钾持续下降进而促进了缓效钾释放以供应作物养分需求。

4 结论

在南方低产黄泥田上，NPK 化肥配合秸秆还田可显著提高土壤速效钾含量，而对土壤缓效钾含量影响不显著。NPK 化肥与秸秆还田配合施用，土壤每年可盈余钾素 (K2O) 101.1 kg/hm2，而化肥单施或配合厩肥，土壤钾素每年亏缺 –89.4～–18.6 kg/hm2。钾肥 (K2O) 每年用量达到 161.8 kg/hm2时，土壤钾素处于持平状态，其对应的土壤速效钾含量为 95.3 mg/kg。

黄泥田水稻产量与钾肥用量、土壤速效钾含量及钾盈亏量有关。秸秆还田是快速补充土壤速效钾的有效途径，黄泥田通过秸秆还田实现土壤钾素盈余与提升土壤速效钾的速率要明显高于单施化肥或化肥配施牛粪。

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Increase effect of potassium supply and balance of yellow paddy soils through long-term different fertilization modes

WANG Fei, LIN Cheng, LI Qing-hua, HE Chun-mei, LIU Yu-jie
( Institute of Soil and Fertilizer, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China )

【Objectives】The study is aimed to reveal the evolution of different soil potassium fractions and the balance of potassium in yellow paddy soils after long-term fertilization, in order to provide scientific basis for improving soil potassium fertility and fertilizer application. 【Methods】Four fertilization treatments were designed as control (CK), pure chemical fertilizer (NPK), NPK plus cattle manure (NPKM) and NPK plus straw (NPKS). The potassium contents of different potassium fractions in the topsoil, the organic carbon content were determined in selected years. Plant samples were collected to analyze relationship between soil potassium level, soil Kbalance, plant nutrient and input of potassium in 4 consecutive years. 【Results】Compared with CK, the average soil total potassium contents in the fertilization treatments were increased by 2.2%–5.0%, the differences among the treatments were higher under double cropping rice system than under single cropping system. The soil readily available potassium contents were affected more than other potassium forms in all thefertilization treatments, the increases were in range of 43.9%–102.4%, and the largest increment was in the NPKS treatment. The slowly available potassium was not significantly different in all treatments. The soil readily available potassium content is significantly and positively correlated with the total potassium. There were most significantly positive correlations among soil total potassium, readily available potassium and organic carbon contents. The potassium contents and potassium uptakes in the plants were increased in the fertilization treatments at the harvest time, with the significant difference found in the NPKS treatment. In the NPK, NPKM treatments, the annual soil potassium was deficit of 89.4 and 18.6 kg/hm2, while in NPKS treatment, that (K2O) was surplus of 101.1 kg/hm2. The potassium application rate, readily available potassium content and potassium balance were significantly and positively correlated to each other. The calculated soil potassium exhibited an equilibrium state when the annual application rate of exogenous potassium reached 161.8 kg/hm2, and corresponding soil available potassium content was 95.3 mg/kg. The readily available potassium contents, potassium balance and potassium contents in the plants were significantly and positively correlated to plant yields. 【Conclusions】The soil total potassium and readily available potassium contents were improved by long-term fertilization, with the largest increment of readily available potassium in the NPKS treatment. The yield increment is positively correlated with the readily soil available potassium content and potassium balance. The soil readily available potassium is more sensitive in directly reflecting the productivity than slowly available potassium and total potassium. Chemical NPK fertilizer combined with straw treatment produces obviously more soil potassium surplus than the NPK and NPKM, and thus leads to significant increase in soil readily available potassium content.

yellow paddy field; capability of potassium supply; potassium form; readily available potassium; soil organic carbon; potassium balance

2016–09–06 接受日期：2016–11–02

省属公益类科研院所科研专项（2016R1021-2，2015R1022-5）；公益性行业（农业）科研专项（201203030）；福建省农科院 PI 创新团队项目（2016PI-31）资助。

王飞（1976—），男，福建福州人，副研究员，主要从事土壤资源评价与持续利用研究。E-mail：fjwangfei@163.com