钾肥用量对稻－油轮作作物产量及钾素利用的影响

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　　摘要：以水稻-油菜轮作系统为研究对象，设3个钾肥用量，分别为K2O用量0、120、240 kg/hm2，其中K2O用量为120 kg/hm2是当地测土配方推荐钾肥量，通过一个轮作周期的田间试验，研究了钾肥用量对水稻-油菜轮作系统作物产量、钾素吸收和利用特性的影响。结果表明，水稻-油菜轮作系统作物产量随钾肥用量的增加先增加后降低，在K2O用量为120 kg/hm2时达最高。水稻季和油菜季的钾肥利用效率随钾肥用量的增加而下降，且水稻季钾肥利用率明显低于油菜季。在本试验条件下，K2O用量为120 kg/hm2时，湖北省武穴市水稻-油菜轮作系统可获得较高的钾肥利用率，并可获得高产。
　　关键词：水稻-油菜轮作系统;产量;钾肥用量;钾肥利用率
　　中图分类号：S147.22;S511;S565.4         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2020）03-0038-04
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.03.008
　　Effect of potassium fertilizer application rate on yield and potassium use
　　efficiency of rice-rape rotation system
　　SHAO Wen-sheng1，ZHOU Xiong1，HE De-zhi1，TIAN Gui-sheng2，LU Jian-wei2
　　（1.Meichuan Town Agricultural Technology Promotion Center，Wuxue City Agricultural and Rural Bureau，Wuxue 435400，Hubei，China;
　　2a.Microelement Research Center;2b.College of Resources and Environment， Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China）
　　Abstract： Taking rice-rape rotation system as research object， the effects of potassium （K） application rates on rice-rape rotation system crop yield， K accumulation and use efficiency of rice and ripe were studied by fields experiments with K2O rates of 0， 120 and 240 kg/hm2. In which， the K2O rate of 120 kg/hm2 is recommended amount of potassium fertilizer for local soil test formulations. The results showed that crop yield of the rice-rape rotation system was increased at the first and then gradually decreased with the increment of the K application rates，and reached maxima under the K fertilizer application rate of K2O 120 kg/hm2. The K fertilizer utilization efficiency of rice and rape were decreased significantly with the increment of the K application rates. In conclusion， under this field experiment conditions， the optimal K fertilizer application amount is K2O 120 kg/hm2 in Wuxue city， Hubei province.
　　Key words： rice-rape rotation system; yield; K application rate; K use efficiency
　　水稻（Oryza sativa L.）和油菜（Brassica napus L.）作為湖北省武穴市具有明显地区优势的粮油作物，为农业增产、增收、农村经济发展作出了较大贡献[1，2]。水稻和油菜均是需钾量较多的作物，实际生产中，因缺乏科学合理的施肥技术指导，武穴市水稻和油菜生产中钾肥施用不足或盲目施用现象普遍存在。目前关于钾肥施用量对作物产量和钾素利用效率影响的研究大多是针对玉米、水稻、油菜和小麦等[3-6]单个作物进行的，而有关不同钾肥用量对水稻-油菜轮作系统（简称稻-油轮作系统）作物产量、钾素吸收利用效率特征影响方面的研究尚未有系统的报道。为此，本试验通过在武穴市梅川镇开展水稻-油菜轮作田间钾肥效应试验，分析了钾肥用量对稻-油轮作系统作物产量以及钾素吸收利用效率等的影响，以期为武穴市水稻-油菜轮作系统合理高效施用钾肥提供理论依据。
　　1  材料与方法
　　1.1  试验材料
　　试验于2016—2017年在湖北省武穴市梅川镇郭坦村进行，前茬作物为水稻。土壤类型为花岗片麻岩发育的水稻土，质地为沙壤土。耕层（0～20 cm）土壤pH 5.7，有机质含量为13.2 g/kg，全氮含量为0.7 g/kg，有效磷含量为15.8 mg/kg，速效钾含量为73.1 mg/kg，有效硼含量为0.36 mg/kg，供试土壤处于缺钾状态。供试水稻品种为深两优5814，油菜品种为大地199。水稻和油菜均采用直播种植方式，播种量分别为22.5、4.5 kg/hm2。水稻于2017年5月28日播种，2017年10月3日收获;油菜于2017年10月13日播种，2018年5月6日收获。其他田间管理同当地常规管理。 　　1.2  试验设计
　　试验共设3个钾肥（K2O）用量，分别为0（不施钾肥对照，CK）、120、240 kg/hm2。小区面积20 m2（8.0 m×2.5 m），随机区组排列，4次重复。水稻季氮肥（N）和磷肥（P2O5）用量分别为180、60 kg/hm2，油菜季氮肥（N）、磷肥（P2O5）和硼肥（B）用量分别为 195、90、1.5 kg/hm2。供试肥料为尿素（含N 46%）、磷酸二铵（含N 18%、P2O5 46%）、氯化钾（含K2O 60%）和硼砂（含B 10%）。除氮肥分次施用外，剩下的肥料均做基肥一次性施用。氮肥水稻分基肥、促蘖肥和穗肥（6∶2∶2）施用，油菜分基肥、薹肥和花肥（6∶2∶2）施用。
　　1.3  测试项目及方法
　　1.3.1  土壤样品采集与测定  土壤基础样品在前茬水稻收获后基肥施用前采集。以整个试验田块为采样单元，在试验田块内以S形均匀布点15个，取0～20 cm耕作层土壤，实验室风干磨细过20目和100目筛，供理化分析用。按常规方法测定土壤基本理化性质[7]。水土比为2.5∶1，土壤pH采用pH计测定;有机质含量采用重铬酸钾容量法测定;全氮含量采用半微量开氏法测定;速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾含量采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度计测定;有效硼含量采用热水回流姜黄素比色法测定。
　　1.3.2  植物样品采集与测定  水稻和油菜收获前，分别在各小区选择有代表性的0.36 m2（0.6 m×0.6 m）样方，取地上部植株样品，风干脱粒后分别测定水稻茎秆和子粒的生物量以及油菜茎秆、角壳和子粒的生物量。植物样品置于烘箱中经105 ℃杀青0.5 h后60 ℃烘干，粉碎，采用 H2SO4-H2O2消化，再经火焰分光光度计测定植物样品全钾含量[7]。
　　1.3.3  产量构成因子调查与产量收获  水稻和油菜收获前，分別在各小区选择有代表性的0.36 m2（0.6 m×0.6 m）样方植株，调查水稻单位面积穗数、穗粒数和冬油菜收获密度、单株角果数和角粒数。将代表性植株齐地割后装入网袋带回室内，悬挂风干脱粒后将子粒烘干，用千粒板随机选取一定量的子粒测定千粒重。水稻和油菜成熟后，各小区单收单打并记录产量。
　　1.4  参数计算
　　地上部钾吸收量=地上部生物量×钾含量;钾肥当季利用率=（施钾区钾吸收量-不施钾区钾吸收量）/施钾量×100%[7]。
　　1.5  数据分析
　　试验数据利用Excel 2010软件进行处理，采用SPSS 20.0软件进行统计分析，采用Origin 8.0软件作图。
　　2  结果与分析
　　2.1  钾肥用量对稻-油轮作系统作物产量的影响
　　钾肥施用显著提高了水稻和油菜的产量（表1）。在土壤供钾水平较低时，随钾肥用量的增加，水稻和油菜的产量均随之显著增加，且油菜施用钾肥增产效果明显优于水稻。与不施钾肥对照相比，K2O用量为120 kg/hm2的水稻和油菜的增产量均明显高于240 kg/hm2。从轮作周年产量来看，与不施钾肥相比，施用钾肥处理产量增加明显，K2O用量为120 kg/hm2时，轮作周年产量达到最大。
　　对水稻和油菜产量构成因子的分析结果（表2）表明，与不施钾肥相比，施用钾肥显著提高了水稻有效穗数、穗粒数和油菜角果数、角粒数。其中，K2O用量为120和240 kg/hm2处理的水稻有效穗数、穗粒数分别增加了61万穗/hm2、16粒/穗和80万穗/hm2、14粒/穗;油菜角果数、角粒数分别增加了24.7角/株、3.0粒/角和23.0角/株、2.8粒/角。可见，钾肥的施用主要是通过增加水稻有效穗数、穗粒数和油菜角果数、角粒数来提高子粒产量。
　　2.2  钾肥用量对稻-油轮作系统作物成熟期地上部生物量的影响
　　施用钾肥显著提高了水稻和油菜成熟期地上部生物量（表3）。与不施钾肥对照相比，K2O用量为120和240 kg/hm2处理的水稻和油菜的地上部生物量增幅分别为13.4%、14.6%和43.5%、37.0%。从轮作周年生物量来看，施钾肥处理比不施钾肥对照地上部生物量增加明显，K2O用量为120 kg/hm2时，轮作周年地上部生物量达到最大。
　　2.3  钾肥用量对稻-油轮作系统作物成熟期地上部钾含量的影响
　　施用钾肥显著提高了水稻和油菜成熟期地上部钾含量（表4）。与不施钾肥相比，K2O用量为120 kg/hm2的水稻和油菜地上部钾含量分别增加了42.6%和87.3%，K2O用量为240 kg/hm2时分别增加了205.9%和117.6%。从水稻和油菜各部位钾含量来看，钾肥的施用显著提高了水稻茎秆的钾含量和油菜茎秆、角壳的钾含量。可见钾肥施用主要是影响水稻茎秆和油菜茎秆、角壳的钾养分吸收累积。
　　2.4  钾肥用量对稻-油轮作系统作物成熟期地上部钾吸收量及钾肥利用率的影响
　　施用钾肥显著提高了水稻和油菜成熟期地上部钾吸收量（表5）。与不施钾肥相比，K2O用量为120 kg/hm2时，水稻和油菜的地上部钾吸收量分别增加了63和125 kg/hm2;K2O用量为240 kg/hm2时，分别增加了78和147 kg/hm2。对稻-油轮作系统周年地上部钾吸收量的结果分析表明，施钾肥比不施钾肥的钾吸收量增加明显。
　　在该供试土壤条件下，随着钾肥用量的增加，两季作物钾肥利用率均随之降低，且油菜季的钾肥利用率明显高于水稻季（表5）。K2O用量为120 kg/hm2时，水稻季和油菜季的钾肥利用率达到最高，且明显高于K2O用量为240 kg/hm2。 　　3  小结与讨论
　　3.1  讨论
　　施用钾肥对作物产量的影响前人已进行了较多的研究[8-10]，其结果表明，钾肥对作物增产有重要作用，但钾肥用量需在适宜范围之内才能充分发挥作物的最大生产潜力。本研究结果显示，从增产方面考虑，水稻和油菜适宜钾肥（K2O）用量均为120 kg/hm2左右，分别增产15.6%和44.3%，这与前人研究的钾肥用量对玉米、小麦、水稻和油菜等作物产量的影响结果相似。杨波等[9]对水稻的研究结果表明，随着施钾量的增加，水稻钾素积累总量增加。在本研究中，水稻植株钾素总累积量随钾肥用量增加而增加，但是子粒中分配比例却随之下降，与杨波等[9]的研究结果一致。这表明水稻过多增施钾肥只能增加作物体内的养分含量，没有表现出对经济产量的贡献。李银水等[10]研究认为，油菜子粒钾含量相对稳定，受钾肥用量影响相对较小，角壳和茎秆钾含量受钾肥用量影响较大，增施钾肥主要促进了油菜角壳和茎秆钾含量的提高。本试验结果表明，油菜子粒钾含量随钾肥用量的增加而提高的幅度相对较小，油菜茎秆和角壳钾含量随钾肥用量增加而明显提高，与李银水等[10]对油菜的研究结果相似。因此，钾肥施用时应综合考虑水稻和油菜钾素在子粒和秸秆中的分配比例和产量的平衡关系，以期获得最大的经济效益。目前中国钾肥资源比较短缺，大量施用化学钾肥既浪费钾矿资源又要花费大量资金，而水稻和油菜秸秆中残留大量钾，所以建议水稻和油菜收获后秸秆还田，既可培肥地力又可补充土壤钾素，提高土壤钾素的供应能力。
　　中国钾肥资源状况和钾肥产业发展决定了钾肥供应问题需要从合理施用钾肥及循环利用的途径去解决，而调控钾肥需求则需要依靠科学的钾肥施用技术。对作物钾素利用效率的不同指标反映钾素对作物生物量、子粒产量的贡献。在本研究中，随着钾肥用量的增加，水稻和油菜钾肥利用率均下降，在施用K2O 240 kg/hm2條件下，水稻和油菜钾肥利用率分别为39.0%和62.7%，明显低于施用K2O 120 kg/hm2。与王宜伦等[8]研究的夏玉米钾肥效率和钾肥当季回收率均随钾肥用量的增加而减少的结果相一致。由于钾素效率的高低除与施肥和环境因素有关外，作物品种可能也是其重要的决定因子，因此要兼顾产量和利用效率时必须寻求钾高效的水稻和油菜品种。本研究仅从钾肥用量的角度研究了对水稻和油菜产量和钾素利用效率的影响，对不同品种钾肥用量和利用效率等方面还有待进一步研究。
　　3.2  小结
　　在本试验条件下，钾肥施用能提高水稻和油菜子粒产量、促进水稻和油菜对钾素的吸收和累积，施钾（K2O）量为120 kg/hm2时，水稻和油菜子粒产量、地上部含钾量和钾素累积量均达到最高。水稻和油菜钾肥利用率均随钾肥用量的增加而下降，施钾（K2O）量为120 kg/hm2时，水稻和油菜钾肥利用效率最高。因此在湖北省武穴市梅川镇区域，要同时兼顾稻-油轮作的高产和钾高效利用，其适宜施钾（K2O）量每季应为120 kg/hm2。
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　　收稿日期：2019-05-18
　　基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFD0200108）;中央高校基本科研业务费专项基金项目（2662017JC010）
　　作者简介：邵文胜（1970-），男，湖北武穴人，农艺师，主要从事土壤肥料研究，（电话）18507256178（电子信箱）3021697482@qq.com。
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