秸秆还田及钾肥减量对设施黄瓜钾钙镁含量和土壤钾形态的影响

王立革，孙晓姝，王 媛，郭 珺，武爱莲，王劲松，董二伟，韩 雄，焦晓燕

（1.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030031；2.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801；3.山西大学生物工程学院，山西太原030006）

设施蔬菜生产高产值和高收入[1]，发展设施蔬菜已成为农民增收和农业增效的有效方式[2]。因过量施肥[3-4]和连续种植单一蔬菜种类[5-6]所引发的设施连作障碍成为设施蔬菜产业可持续发展的瓶颈。秸秆还田在改善土壤理化性状的同时，对缓解连作障碍也有一定效果[7-9]。但秸秆含钾量较高，钾释放速率和释放量均大于氮、磷元素[10]，因此，秸秆还田缓解连作障碍的同时也会提高土壤中钾离子浓度。植物根系吸收钾（K）、钙（Ca）及镁（Mg）时，其之间会产生拮抗作用，高量施钾会增加植物对钾的吸收而抑制了钙、镁的吸收[11-13]。Ca 和Mg 是蔬菜吸收累积量较高的2 个营养元素，Ca 对植物细胞壁的形成发挥重要作用[14]，Mg 是植物叶绿体形成的重要元素，Ca、Mg 缺乏均会导致叶绿体的分解进而影响光合作用[15-16]。低温是越冬长茬设施蔬菜生产常见问题之一，土壤低温会影响根系活力，也会影响除钾以外其他元素（如Ca 和Mg）的吸收[17]，秸秆还田不仅可提高土壤温度，其在腐解过程中也会释放一定量的钾素，因此，秸秆还田下钾肥合理施用及协调钾、钙、镁养分之间的平衡关系意义重大。

有关秸秆还田下钾肥管理已有报道，大多是以露地栽培的水稻、玉米和油菜作物[18-22]为主，而对于设施蔬菜栽培条件下的相关研究鲜见报道。钾对作物的增产和改善品质有着重要的作用[23]，尽管大多蔬菜为喜钾作物，在生产实践中设施蔬菜盲目追求高产，施钾量高达1 200～2 000 kg/hm2，是蔬菜需钾量的2.5～2.9 倍[24]，过量的钾肥投入，不仅造成钾资源浪费，也会影响蔬菜生产中的养分协调与平衡，因此，建立秸秆还田条件下的钾素养分资源管理对设施蔬菜生产尤为重要。

为了提高设施蔬菜秸秆还田条件下的钾肥利用效率，本试验以设施越冬长茬黄瓜为研究对象，研究秸秆还田下钾肥减量对设施黄瓜产量，不同器官中K、Ca、Mg 含量及土壤钾形态的影响，为设施蔬菜生产中秸秆还田合理减钾提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试黄瓜品种为新科801，为白籽南瓜嫁接。

1.2 试验地概况

试验于2018—2019 年在山西省临汾市曲沃县磨盘岭日光温室园区进行。该园区土壤类型为碳酸盐褐土，种植模式多为越冬长茬，通常10 月定植，次年6—7 月拉秧后休闲。供试温室于2005 年开始种植，该温室于2015—2018 年连续3 a 在蔬菜定植前将粉碎的玉米秸秆撒施后旋耕还田，秸秆用量为18 t/hm2。供试土壤0～20 cm 养分为：全氮含量1.35 g/kg，有效磷含量156.2 mg/kg，速效钾含量1 153.2 mg/kg，有机质含量48.3 g/kg，pH 值7.73，EC值815 μS/cm。

1.3 试验设计

采用裂区试验，主处理为秸秆还田，副处理为生育期钾肥追施量。共设6 个处理，即农民习惯施钾（K）、减钾50%（K0.5）、不施钾（K0）、秸秆还田农民习惯施钾（SK）、秸秆还田减钾50%（SK0.5）、秸秆还田不施钾（SK0）。小区面积为84 m2，每处理3 次重复。

整地和秸秆还田所有处理的有机肥和复合肥用量一致，其中，鸡粪和牛粪用量分别为67 032.0、24 696.0 kg/hm2，复合肥（N、P2O5、K2O 均为18%）为441.2 kg/hm2；鸡粪养分含量为有机质444.0 g/kg、全氮24.69 g/kg、全磷4.03 g/kg、全钾9.76 g/kg；牛粪养分含量为有机质432.0 g/kg、全氮14.56 g/kg、全磷3.83 g/kg、全钾10.67 g/kg。施入底肥旋耕细耙后沿种植行开宽20～25 cm、深20～30 cm 的沟，玉米整秸秆均匀铺放沟内后用土将其掩埋并压实，秸秆用量为7.5 t/hm2；在掩埋秸秆上方起梯形高垄：高20 cm，垄上宽45～50 cm、垄下宽65～70 cm。不施秸秆处理是以地平面为基准，沿种植行起梯形高垄。黄瓜于2018 年10 月23 日定植，栽培模式为宽窄行种植，宽、窄行距分别为80、40 cm，株距30 cm，全生育期采用水肥一体化进行灌溉和追肥，黄瓜全生育期追氮（N）和追磷（P2O5）量分别为390、136.5 kg/hm2，K、K0.5和K0处理生育期追钾（K2O）量分别为396、198、0 kg/hm2。

1.4 样品采集

1.4.1 土壤样品 在施肥整地前2018 年9 月20 日多点采集0～40 cm 基础土壤混合；2019 年7 月2 日拉秧收获，在每小区采集0～40 cm 土样，每小区处理采集3 点，混合成一个样品；每20 cm 分层，风干研磨后备用。

1.4.2 植株样品 在盛瓜期2019 年2 月25 日，采集黄瓜果实和叶片样品；每小区采集长势均匀的成熟黄瓜果实5 根，用于品质测定；按照上、中、下部采集叶片，每小区采集10 株，每部位叶片单独装袋，每处理3 次重复。

1.5 测定项目及方法

土壤速效钾采用1 mol/L NH4Ac 浸提、酸溶性钾用1 mol/L 沸HNO3浸提，火焰光度法测定，缓效钾含量为酸溶性钾含量减去速效钾含量。用浓HClO4和浓HNO3按照1∶3 消煮，火焰光度法测定全钾含量，原子吸收分光光度计测定钙、镁含量。黄瓜果实榨浆后过滤，手持折射仪测定白利糖度，采用2，6- 二氯靛酚滴定法测定维生素C（Vc）含量。

1.6 数据分析

数据整理和作图采用WPS 2019，数据统计采用Minitab 15.0。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田下钾肥减量对黄瓜产量和品质的影响

2.1.1 产量 由图1 可知，农民习惯施钾（K）处理黄瓜产量为204.7 t/hm2，未施秸秆条件下的K0.5和K0处理分别为207.6、200.3 t/hm2，与K 处理间差异不显著（P＞0.05）。秸秆还田条件下，SK、SK0.5和SK0处理黄瓜产量分别为212.6、210.1、208.0 t/hm2，较K处理分别提高了3.86%、2.64%和1.65%，但差异均不显著（P＞0.05）。说明钾肥减量或秸秆还田下钾肥减量对黄瓜产量无影响，但增施秸秆有提高黄瓜产量的趋势。

2.1.2 品质 Vc 和可溶性糖含量是果实品质的重要指标。由图2 可知，农民习惯施钾（K）处理黄瓜果实Vc 含量为11.88 mg/100 g，未施秸秆条件下K0.5和K0处理分别为12.38、12.20 mg/100 g，与K 处理间差异不显著；秸秆还田下，SK、SK0.5、SK0处理黄瓜果实Vc 含量分别为12.50、12.36、12.61 mg/100 g，与K 处理间差异也不显著（P＞0.05）。说明，钾肥减量或秸秆还田下钾肥减量对黄瓜果实Vc 含量无影响。

由图2 可知，农民习惯施钾（K）处理黄瓜果实白利糖含量为3.18%，未施秸秆条件下K0.5和K0处理分别为3.10%和3.26%；秸秆还田下SK、SK0.5和SK0处理黄瓜果实白利糖含量分别为3.52%、3.48%和3.37%，SK 和SK0.5处理显著高于K 处理，分别提高了10.7%和9.4%（P＜0.05），其他处理与K 处理间差异不显著（P＞0.05）。说明未施秸秆条件下，钾肥减量对黄瓜白利糖含量无影响；秸秆还田可提高黄瓜白利糖含量，且随着钾肥用量的增加白利糖含量增加。

2.2 秸秆还田下钾肥减量对土壤钾形态的影响

从表1 可以看出，与农民习惯施钾（K）处理相比，SK 处理提高了0～40 cm 土壤速效钾含量，当钾肥用量降低50%或100%，无论增施秸秆还是未施秸秆，均降低了土壤速效钾含量。增施秸秆条件下，SK0.5和SK0处理0～20、20～40 cm 土壤速效钾含量较K 处理分别降低了14.7%、18.6%和15.4%、12.4%；未施秸秆条件下，K0.5和K0处理0～20、20～40 cm 土壤速效钾含量较K 处理分别降低了13.0%、19.2%和28.1%、29.4%。统计分析结果显示，除K0处理与K 处理间差异显著（P＜0.05）外，K0.5、SK、SK0.5和SK0处理与K 处理间差异均不显著（P＞0.05）。说明在本试验条件下，黄瓜整个生育期内不追施钾，可明显降低0～40 cm 土壤速效钾含量，而在此基础上增施一定量的秸秆（7.5 t/hm2）可降低0～40 cm土壤速效钾亏缺的风险。

表1 秸秆还田下钾肥减量对设施土壤钾含量的影响 mg/kg

由表1 可知，SK 处理较K 处理显著增加了0～40 cm 土壤缓效钾含量（P＜0.05），而K0和SK0处理均降低了0～40 cm土壤缓效钾含量（P＞0.05）。K0.5处理0～40 cm 土壤缓效钾含量均有所降低（P＞0.05），但SK0.5处理提高了0～40 cm 土壤缓效钾含量，且20～40 cm 土层较K 处理显著提高了22.3%（P＜0.05）。

2.3 秸秆还田下钾肥减量对黄瓜植株钾含量的影响

由表2 可知，与农民习惯施钾（K）比较，SK 处理显著提高了上、中部叶片钾含量，分别提高了15.9%、13.6%（P＜0.05），下部叶片虽高于K 处理，但差异不显著（P＞0.05）。其他各处理虽也提高了叶片钾含量，但与K 处理间无显著差异（P＞0.05）。

由表2 可知，无论秸秆还田还是未施秸秆，减钾100%处理显著降低了中部叶柄中钾含量，K0和SK0处理降幅分别为13.8%和14.8%（P＜0.05），其他各处理与K 处理间无显著差异（P＞0.05）。不同处理对黄瓜果实中钾含量与农民习惯施钾（K）处理相比，均无显著差异（P＞0.05）。

表2 秸秆还田下钾肥减量对黄瓜植株不同器官K 含量的影响 %

2.4 秸秆还田下钾肥减量对黄瓜植株钙含量的影响

钙在植株体内移动性较差，无论是叶片还是叶柄，均表现出下部器官的钙含量最高，所以，植株出现缺钙症状首先表现在中上部器官。由表3 可知，不同处理对叶柄钙含量有一定影响，而对叶片和果实中的钙含量无影响。秸秆还田下不同钾肥用量处理均不同程度降低了叶柄中钙含量，与K 处理相比，SK 处理显著降低了上、中、下部叶柄中钙含量，分别降低了19.8%、39.9%和28.3%（P＜0.05）；SK0.5处理显著降低了上、下部叶柄中钙含量，分别降低了21.0%和34.0%（P＜0.05），中部叶柄钙含量虽然也低于K 处理，但差异不显著（P＞0.05）；SK0处理的上、中、下部叶柄中钙含量较K 处理分别降低了12.1%、20.8%和18.8%，但只有中、下部差异显著（P＜0.05）。未施秸秆条件下，K0.5和K0处理对叶柄中钙含量无影响（P＞0.05）。

表3 秸秆还田下钾肥减量对黄瓜植株不同器官Ca 含量的影响 %

2.5 秸秆还田下钾肥减量对黄瓜植株镁含量的影响

钾肥减量对黄瓜叶片、叶柄和果实中的镁含量均有一定影响（表4），与农民习惯施钾（K）相比，K0.5处理显著提高了上、中部叶片中镁含量，分别提高了17.1%和52.2%（P＜0.05），而对下部叶片无影响（P＞0.05）。与K 处理相比，K0处理显著提高了中部叶片和果实中镁含量，分别提高了38.0%和13.2%（P＜0.05），但显著降低了中部叶柄中镁含量，降低了8.5%（P＜0.05），而对上、下部叶片和上、下部叶柄镁含量无影响（P＞0.05）。秸秆还田下，SK 处理对叶片镁含量无影响（P＞0.05）；SK0.5处理显著提高了下部叶片中镁含量，较K 处理提高了10.9%（P＜0.05），而对上部和中部叶片无影响（P＞0.05）；SK0处理对上部叶片镁含量无影响（P＞0.05），但显著提高了中、下部叶片中镁含量，较K 处理分别提高了42.2%和10.4%（P＜0.05）。

表4 秸秆还田下钾肥减量对黄瓜植株不同器官Mg 含量的影响 %

与K 处理相比，各处理均不同程度降低了叶柄中镁含量。未施秸秆条件下，K0处理显著降低了中部叶柄中镁含量，降幅为8.5%（P＜0.05）；秸秆还田下SK 处理也显著降低了中部叶柄中镁含量，降幅为18.7%（P＜0.05）；SK0.5处理显著降低了下部叶柄中镁含量，降幅为37.4%（P＜0.05）；SK0处理叶柄中镁含量与K 处理间无差异（P＞0.05）。

相比K 处理，K0.5、K0处理果实中镁含量分别提高了18.9%和13.2%（P＜0.05）；秸秆还田下3 种钾用量处理，黄瓜果实中镁含量虽高于K 处理，但差异均不显著（P＞0.05）。

3 结论与讨论

合理施肥可改善番茄品质及提高产量[25]。杨阳等[23]研究表明，在土壤速效钾含量为103.65 mg/kg时，施钾（K2O）720 kg/hm2的黄瓜产量和经济效益最高。李晨等[26]研究结果表明，土壤速效钾含量为745.6 mg/kg 时，施钾（K2O）202.5～277.8 kg/hm2对番茄产量提升和品质改善作用明显。本试验是在土壤速效钾含量为1 153.2 mg/kg 条件下，减钾50%处理施钾（K2O）量为198.0 kg/hm2，较农民习惯施钾处理的黄瓜产量相对提高了1.4%，即使在完全不施钾条件下（减钾100%），黄瓜产量也未显著降低；而在秸秆还田条件下，不同钾肥用量处理的黄瓜产量虽高于农民习惯施钾处理，但差异不显著，而且减钾后，黄瓜品质与农民习惯施钾也无显著差异。李继福等[18]研究结果表明，短期秸秆还田条件下，高钾和中钾土壤田块，秸秆还田钾素可不同程度地替代部分化学钾肥施用。因此推断，在设施栽培实际生产中，可根据土壤速效钾含量适当地降低钾肥用量，蔬菜产量和品质不会受到影响。

速效钾被作物当季吸收利用，而缓效钾作为土壤速效钾的贮备，当土壤溶液中钾浓度降低时，可逐步向溶液中释放，作为土壤供钾能力的重要指标。未施秸秆条件下，K0.5和K0处理下0～40 cm 土壤速效钾、缓效钾均呈下降趋势，但差异不显著，说明在未施秸秆条件下钾肥减量或不施钾，蔬菜对钾的吸收会造成土壤钾耗竭的风险，长期减钾或不施钾是否会引起设施土壤钾素亏缺，还需做进一步的研究。秸秆还田在腐解过程中会释放一定的钾元素，改变土壤钾素平衡[27]，提高土壤速效钾含量[28]，而且秸秆腐解时所产生的有机酸也加速了矿物钾的释放[29]。本研究结果表明，秸秆还田条件下3 种施钾处理虽然对0～40 cm 土壤速效钾没影响，但都高于未施秸秆条件下的减钾处理，这可能是因为短期秸秆还田释放的钾素很快被植物吸收利用所致。且20～40 cm 土壤缓效钾含量均高于农民习惯施钾处理，说明增施秸秆可有效调节土壤钾素的平衡，从而保证作物的需钾量，这与前人研究的结果一致[30-31]。

作物对钾钙镁的吸收与离子间的拮抗作用有关[32]。有研究表明，增施钾肥可降低黄瓜果实中钙、镁含量[13]。也有研究表明，钾、钙、镁拮抗与土壤溶液中离子浓度有关[11]。作物缺钙首先是在上部叶片受损，本研究结果表明，减钾50%处理的上部叶片中钙含量高于农民习惯施钾，其他处理与农民习惯施钾差异均不显著，说明钾肥减量或秸秆还田下钾肥减量，不会影响到黄瓜叶片对钙的吸收；且在实际生产中发现，各处理黄瓜植株在整个生育期内并未出现缺钙的症状。植物缺镁一般是中下部叶片表现出叶脉间黄化症状。本研究结果表明，无论是秸秆还田还是未施秸秆，与农民习惯施钾处理相比，减钾处理均显著提高了中部叶片镁含量；而秸秆还田下施全量钾（SK）与农民习惯相比差异不显著。从果实中镁含量可以看出，只有在未施秸秆条件下，减钾50%或减钾100%均能显著提高果实中镁含量，由此说明，高钾条件下抑制黄瓜果实对镁的吸收，而钾肥减量后促进了黄瓜果实对镁的吸收，该结果与闫波等[12]的研究结果一致。

本试验条件下，仅钾肥减量对黄瓜产量、果实Vc 含量、叶片中钾钙含量及土壤速效钾含量无影响，但增施秸秆后钾肥减量可提高黄瓜果实白利糖含量、下部叶片镁含量及土壤缓效钾含量，其中，秸秆还田下钾肥减量50%效果最佳。因此，建议当设施土壤速效钾含量较高（≥1 100 mg/kg）时，以增施秸秆量为7.5 t/hm2且蔬菜生育期内钾肥追施量以198.0 kg/hm2为宜。