施鉀和秸稈還田對春玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤鉀素平衡的影響

謝佳貴， 侯云鵬， 尹彩俠， 孔麗麗 ， 秦裕波， 李 前， 王立春

(吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所， 農(nóng)業(yè)部東北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 吉林長春 130033)

近年來，由于隨著玉米高產(chǎn)品種的大面積種植，氮磷化肥施用量增加，有機(jī)肥施用量減少，土壤鉀素虧缺嚴(yán)重[2-4]。作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀元素和多種微量元素，通過秸稈還田，可有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤物理性狀，培肥地力，協(xié)調(diào)土壤中氮、磷、鉀比例，達(dá)到蓄水保墑、控制水土流失、調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境的目的[5-7]，對提高作物產(chǎn)量有著重要作用。中國是秸稈產(chǎn)量大國，且隨著農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的提高，秸稈產(chǎn)量也不斷增長[8]。發(fā)展秸稈還田可充分利用秸稈資源，減輕焚燒秸稈對土壤生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，對保護(hù)土壤環(huán)境、增加作物產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

譚德水等[15]通過13年的定位試驗(yàn)認(rèn)為，在西北地區(qū)秸稈還田配施鉀肥可以緩解土壤鉀素含量的降低； 劉榮樂等[17]研究發(fā)現(xiàn)，施用鉀肥和小麥秸稈還田可以明顯提高作物的吸鉀量； 王宏庭等[18]研究了我國山西褐土區(qū)秸稈還田16年的效果，得出秸稈還田對山西地區(qū)作物均有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)。但以上研究僅限于秸稈還田對作物鉀素吸收和土壤鉀素的影響，而關(guān)于秸稈還田和施鉀對玉米氮、磷吸收的報道較少。為此在吉林省玉米主產(chǎn)區(qū)通過3年的定位試驗(yàn)，研究了秸稈還田與施用鉀肥對玉米的增產(chǎn)效應(yīng)， 氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收與利用以及土壤鉀素平衡狀況等方面的影響，旨在為東北地區(qū)秸稈和鉀肥資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)4個處理：1)氮、磷肥(NP)；2)氮、磷肥+秸稈還田(NP+St)；3)氮、磷、鉀肥(NPK)；4)氮、磷、鉀+秸稈還田(NPK+St)。氮肥用尿素(含N 46%)， 磷肥用重過磷酸鈣(含P2O546%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)。氮、磷、鉀肥施用量分別為N 180 kg/hm2、P2O570 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2。1/3氮肥與全部磷、鉀肥于播種前作基肥施入，2/3氮肥在拔節(jié)期追施。秸稈還田量為7000 kg/hm2，折合K2O量為90 kg/hm2，玉米收獲后將秸稈粉碎，均勻撒施到地表，并立即翻埋。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

在每年玉米成熟期采集玉米植株樣本，每小區(qū)采取有代表性的玉米5株，分為秸稈和子粒兩部分，于105℃殺青30 min后，80℃烘箱中烘干至恒重，計算其地上部干物重。樣本粉碎后，H2SO4-H2O2消煮，全氮用凱氏定氮法，全磷用鉬銻抗比色法，全鉀用火焰光度計法進(jìn)行測定。收獲時取中間四壟玉米按14%水分計產(chǎn)。

小區(qū)收獲時用土鉆在各小區(qū)內(nèi)按“S”型采集0—20 cm耕層土壤樣品，8個點(diǎn)混勻、風(fēng)干后過1 mm篩，采用1 mol/L醋酸銨浸提—火焰光度計法測定土壤速效鉀含量。

主要計算公式[18-24]：

鉀收獲指數(shù)(%) = 成熟期單位面積子粒鉀素吸收量/植株鉀素總吸收量×100

鉀回收率(%) =(施鉀區(qū)地上部吸鉀量-無鉀區(qū)地上部吸鉀量)/施鉀量×100

鉀農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)= (施鉀區(qū)子粒產(chǎn)量-無鉀區(qū)子粒產(chǎn)量)/施鉀量

養(yǎng)分吸收量=成熟期單位面積植株養(yǎng)分含量(氮、磷、鉀)×植株總干物重

鉀素平衡系數(shù)= 投入土壤中的鉀/帶出土壤中的鉀

鉀素實(shí)際平衡率(%)=(輸入鉀-支出鉀)/支出鉀×100

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0統(tǒng)計軟件處理，處理間差異顯著性用LSD法即最小顯著差數(shù)法進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉀與秸稈還田對春玉米產(chǎn)量的影響

表1 不同施肥處理玉米子粒產(chǎn)量

2.2 施鉀與秸稈還田對春玉米養(yǎng)分積累的影響

2.3 施鉀肥與秸稈還田對春玉米鉀肥利用效率的影響

表2表明，秸稈還田結(jié)合施鉀肥(NPK+St)的鉀收獲指數(shù)、 化肥鉀農(nóng)學(xué)效率和回收率、秸稈鉀回收率均高于單施鉀肥(NPK)和秸稈還田(NP+ St)處理。鉀收獲指數(shù)分別提高5.5%和18.8%，化肥鉀農(nóng)學(xué)效率和回收率分別提高8.3%和1.1%，秸稈鉀農(nóng)學(xué)效率和回收率分別提高4.0%和0.7%，雖然沒有達(dá)到顯著水平，但有一定的提高效果。由此可見，秸稈還田結(jié)合施鉀肥可促進(jìn)玉米對化肥鉀和秸稈鉀的吸收和利用，減少鉀素?fù)p失，從而提高鉀肥的利用率和鉀收獲指數(shù)。

圖1 成熟期不同處理玉米養(yǎng)分吸收量(3年平均)Fig.1 The uptake of N, P and K fertilizer by maize at mature stage (average of the three years)

表2 秸稈還田對化學(xué)鉀和秸稈鉀的利用效率的影響(20102012)

2.4 施鉀肥與秸稈還田對土壤鉀素表觀平衡的影響

表3 施用鉀肥與秸稈還田對鉀素表觀平衡的影響

圖2 施鉀和秸稈還田對不同處理土壤速效鉀含量的影響 (20102012)Fig.2 Effect of potassium fertilization and straw returning on soil available potassium content

2.5 施鉀與秸稈還田對0—20 cm土壤速效鉀含量的影響

由圖2可以看出，在2010年的試驗(yàn)中，施鉀和秸稈還田的3個處理速效鉀含量與NP處理的差異不顯著；2011年， NPK+St處理的速效鉀含量顯著高于NP、NP+St和NPK；2012年NP+St和NPK+St處理的土壤速效鉀含量高于NP處理，提高幅度為1.91%和4.04%，NPK處理的速效鉀含量與NP處理無顯著差異。

經(jīng)過3年的定位試驗(yàn)，各處理0—20 cm土壤速效鉀含量與試驗(yàn)前有較大的差異，與試驗(yàn)前起始土壤速效鉀含量相比，NP、NP+St和NPK處理的速效鉀含量均有不同程度的下降，其中以NP處理下降幅度最大，為2.91%，其次為NPK處理，降幅為1.31%，降幅最小的是NP+St處理，為1.05%。說明由于玉米對土壤鉀素的不斷的吸收，單施鉀肥或秸稈還田不能阻止土壤中速效鉀的虧缺，只能在一定程度上緩解其下降，而秸稈還田結(jié)合施鉀肥可以為土壤補(bǔ)充大量的鉀素，以供應(yīng)玉米正常生長發(fā)育所需和解決因作物吸收對土壤鉀素的消耗，使土壤速效鉀含量得到提高，從而提高土壤的供鉀能力

3 討論與結(jié)論

劉榮樂等[17]對我國北方土壤—作物系統(tǒng)內(nèi)鉀素平衡及鉀肥肥效研究結(jié)果表明，單施鉀肥、秸稈還田和秸稈還田配施鉀肥對華北地區(qū)小麥和玉米均有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。孫麗敏等[20]研究表明，小麥-玉米在連續(xù)秸稈還田條件下能夠增加作物產(chǎn)量，其中秸稈與化肥配施增產(chǎn)效果最好。本研究結(jié)果表明，施用鉀肥和秸稈還田均能顯著提高玉米產(chǎn)量，單施鉀肥對玉米的增產(chǎn)效果要好于單施秸稈，秸稈還田與施用鉀肥的交互增產(chǎn)作用高于秸稈還田或單施鉀肥，年際間的穩(wěn)定性也最好。這與譚德水等[26]在潮土和褐土上的研究結(jié)果趨勢基本一致。主要是由于秸稈中的鉀需要腐解被水溶解后才能釋放出來，增加土壤速效鉀含量，但在東北地區(qū)秸稈在玉米生育期不能完全腐解，因此秸稈中的鉀不能滿足玉米正常生長發(fā)育對鉀素的需求，所以秸稈鉀對玉米的增產(chǎn)作用低于化學(xué)鉀，由此可見，僅靠秸稈中的鉀代替化肥鉀提高春玉米產(chǎn)量并不可行，秸稈還田結(jié)合施鉀肥是提高玉米產(chǎn)量的重要措施。

養(yǎng)分吸收量是玉米產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，它的高低直接影響玉米產(chǎn)量和肥料利用效率。本研究中，施鉀肥和秸稈還田可以提高玉米秸稈和子粒氮、磷、鉀的吸收總量，單施鉀肥玉米養(yǎng)分吸收量好于單純秸稈還田，秸稈還田與施鉀肥的交互作用對玉米養(yǎng)分吸收量的提高幅度最大。因此，秸稈還田結(jié)合施鉀肥對促進(jìn)玉米氮、磷、鉀等養(yǎng)分吸收與積累的效果最好。

地上部分的作物產(chǎn)量及攜鉀量與土壤鉀素的平衡存在密切關(guān)系[29-30]、 李玉影等[31]研究表明，在東北黑土區(qū)，氮、磷的平衡系數(shù)分別為0.92和1.06，養(yǎng)分收支況較為平衡，鉀素的平衡系數(shù)僅為0.42，鉀素處于嚴(yán)重虧缺狀態(tài)。譚德水等[32]在遼寧、吉林、黑龍江3個試驗(yàn)點(diǎn)的黑土上進(jìn)行了13年的定位試驗(yàn)，其結(jié)果表明，只施氮、磷肥使土壤鉀素嚴(yán)重虧缺，鉀年均虧缺量遼寧為135.8 kg/hm2、吉林為89.7 kg/hm2，黑龍江為71.7 kg/hm2。在本試驗(yàn)條件下，單施鉀肥處理的鉀年均虧缺量為63.9 kg/hm2，處于嚴(yán)重虧缺。單施秸稈處理的鉀年均虧缺量為25.4 kg/hm2，平衡系數(shù)為0.78，盡管較養(yǎng)分允許平衡盈虧率低，在短期內(nèi)可以維持土壤鉀的平衡，但土壤鉀素長期處于虧缺狀況，會加劇土壤鉀的耗竭風(fēng)險。而秸稈還田結(jié)合施鉀肥處理的鉀年均盈虧量為22.8 kg/hm2，平衡系數(shù)為1.18%，土壤鉀素有盈余。由此可見，秸稈還田結(jié)合施鉀肥是解決土壤鉀素虧缺的有效措施。

綜上所述，在本試驗(yàn)條件下，在吉林省黑土上秸稈還田量為7000 kg/hm2，結(jié)合施用K2O 60 kg/hm2對提高玉米產(chǎn)量，增加成熟期春玉米養(yǎng)分的吸收總量，維持土壤鉀素平衡，增加土壤的供鉀能力均具有十分重要的作用，可在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。另外，本文僅對東北黑土區(qū)施用鉀肥與秸稈還田對作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及鉀素平衡等方面通過三年的定位試驗(yàn)進(jìn)行了初步探討，關(guān)于秸稈還田對土壤的礦物鉀、緩效鉀、速效鉀之間的動態(tài)平衡關(guān)系的影響及對土壤鉀庫特征的長期影響有待進(jìn)一步研究。

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