施鉀量對山東褐土夏玉米產量、效益及鉀素平衡的影響

魏建林,張英鵬,崔榮宗*,楊果,馬征

山東省農業科學院農業資源與環境研究所,山東濟南250100

施鉀量對山東褐土夏玉米產量、效益及鉀素平衡的影響

魏建林,張英鵬,崔榮宗*,楊果,馬征

山東省農業科學院農業資源與環境研究所,山東濟南250100

在山東省褐土區夏玉米生產上設計了用鉀量0、45、90、180、270 kg/hm25個水平的試驗。結果表明:各施鉀處理玉米產量均比不施鉀處理增加，增產幅度為4.97%～5.59%，施鉀90 kg/hm2處理與不施鉀處理相比玉米產量增產達到極顯著水平，施鉀180 kg/hm2和270 kg/hm2處理與不施鉀處理玉米產量相比增產達到顯著水平，各施鉀處理玉米產量之間沒有顯著差異。經計算得出最高產量施用鉀量為174.2 kg/hm2，最經濟施用鉀量為50.6 kg/hm2，從收獲后的樣品分析，87%左右的鉀積累于玉米秸稈中。隨著施鉀量的增加，秸稈和籽粒中的鉀含量都有增加的趨勢。從土壤-作物系統內鉀素平衡狀況看，施鉀204 kg/hm2時可以實現土壤鉀素的收支平衡。隨著施鉀量的增加，鉀肥利用率逐漸下降，鉀肥當季利用率在17.99%～54.28%。

鉀用量;夏玉米;鉀素平衡

鉀是作物必需的大量營養元素之一，施用鉀肥對提高作物產量，改善品質以及提高其抗逆性具有明顯作用[1]。近年來，隨著農業科技的進步與推廣，農民提高了對鉀的認識，在農業生產中鉀肥的用量有了明顯增加[2]。不同地區由于自然條件及種植管理措施的差異，在當地生產上的肥料適宜用量而不一致。褐土是山東省的主要土壤類型之一，主要分布于膠濟鐵路沿線及魯中南地區，約占全省耕地面積的21.1%。其成土母質為石灰巖風化物、黃土和洪沖積物。土層深厚、肥力較高[3]，屬于傳統的農業種植區域，當地農民習慣在生產上投入肥料量較大，以獲取高產，但如果肥料施用過量，不僅造成浪費，還會引起環境污染等問題。針對生產現狀，在山東省褐土區開展夏玉米鉀素適宜用量的研究試驗，目的是確定夏玉米生產中鉀素的最佳用量，為合理施肥提供理論依據，以指導農業生產實踐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2008年5月至2008年10月在山東省青州市高柳鎮廉頗村進行。該試驗地塊位于魯北平原南部，處于暖溫帶半濕潤季風氣候區。年平均氣溫13.1℃，年平均降水量641.5 mm。

供試土壤為褐土，質地為輕壤。玉米種植方式是麥田套播，播種前取耕層土壤樣品（0～20 cm）采用常規方法分析農化性狀[4]。土壤養分狀況為:有機質1.58%，堿解氮80.04 mg/kg，有效磷33.71 mg/kg，速效鉀151.50 mg/kg。玉米品種為鄭單958，株距25 cm，行距60 cm，播種密度60000株/hm2。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀（加拿大）。

1.2 試驗方法與過程

試驗為隨機區組設計，試驗設5個處理，各處理氮磷用量一致，鉀用量設置0、45、90、180、270 kg/hm25個水平，重復3次。小區面積40 m2。各處理情況見表1。

表1 玉米各處理肥料用量（kg/hm2）Table 1 Fertilizer levels of the treatments of summer-maize

玉米于2008年5月26日麥田內套播，于6月20日第一次追肥，施用全部的磷鉀肥和50%的氮肥，另外50%氮肥于7月22日大喇叭口期第二次追施。

成熟期每個小區地上部全部收獲計產，分籽粒和秸稈兩部分分別記錄。并取各小區有代表性的秸稈樣品5株，整株用粉碎機粉碎，混勻后取樣。籽粒和粉碎的秸稈樣品80°C烘干至恒重，粉碎過2 mm篩，經H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計法分別測定全鉀含量。

數據用Excel和DPS軟件進行統計分析。

土壤鉀素盈虧（K2O,kg/hm2）=秸稈吸收鉀量+籽粒吸收鉀量-當季施入鉀量

鉀平衡系數=當季施入鉀量/(秸稈吸收鉀量+籽粒吸收鉀量)

鉀素利用率(%)=(施鉀處理成熟期植株鉀積累量-不施鉀處理成熟期植株鉀積累量)/施鉀量×100[5,6]

2 結果與分析

2.1 經濟產量分析

從各處理生物產量結果看，增施鉀肥會提高玉米的生物產量。施用鉀肥45 kg/hm2處理與不施鉀處理生物產量沒有明顯差異，而施用鉀肥90 kg/hm2及大于90 kg/hm2處理與不施鉀處理生物產量間達到顯著性差異水平。從經濟產量分析表可知，各施鉀處理均比不施鉀處理玉米產量增加，增產幅度為4.97%～5.59%，其中以施鉀90 kg/hm2處理增產幅度最大，增產玉米377.09 kg/hm2，增產率為5.59%。統計分析顯示，施鉀45 kg/hm2處理與不施鉀處理玉米產量相比增產達到顯著性水平，施用鉀肥90 kg/hm2及大于90 kg/hm2處理與不施鉀處理玉米產量相比增產達到極顯著性差異水平，各施鉀處理玉米產量之間沒有明顯性差異。

表2 不同施鉀處理生物產量、經濟產量及收益分析Table 2 Biological yield、yield and economic efficiency analysis of different K treatments

以施鉀量（x）和產量（y）做出肥料效應方程為y=-0.0124x2+4.32x+6797.2(R2=0.8612)，經計算玉米獲得最高產量的施鉀量為174.2 kg/hm2（圖1）。計算鉀元素的增產效益可知，施鉀45 kg/hm2處理的增產效益最高，每施入1 kg鉀可使玉米增產5.99 kg。隨著施鉀量的增加，每施入1 kg鉀元素玉米的增產量逐漸降低。從產值中扣除肥料成本，分析各處理的純收益，純收益由高至低的順序為K45＞K0＞K90＞K135＞K270。經計算最經濟的施鉀量為50.6 kg/hm2。

圖1 鉀肥產量效應Fig.1 Effect of Potassium fertilizer on yield

2.2 土壤鉀素平衡及鉀素利用率分析

鉀在作物體內的吸收、轉移、分配是玉米養分利用的重要過程，從表3可以看出，從收獲后的樣品分析，秸稈和籽粒中的鉀含量差別較大，前者是后者的6～7倍。隨著施鉀量的增加，秸稈和籽粒中的鉀含量都有增加的趨勢。從土壤-作物系統內鉀素平衡狀況看，除K270處理外，其余各處理玉米季生產上土壤鉀均表現不同程度的虧缺，不施鉀處理虧缺160.44 kg/hm2，隨著施鉀量的增加，虧缺逐漸減小，施鉀180 kg/hm2時，僅虧缺20.64 kg/hm2，而施鉀270 kg/hm2時則表現為盈余61 kg/hm2。以施入鉀量與移走鉀量之比作為鉀平衡系數，隨著施鉀量增加，平衡系數逐漸增大，經計算可得出施鉀204 kg/hm2時可以實現土壤鉀素的收支平衡（圖2）。從鉀肥利用率的計算結果看，鉀肥當季利用率在17.99%～54.28%，隨著施鉀量的增加，鉀肥利用率逐漸下降，應根據生產情況，合理確定鉀肥用量，提高肥料利用率。

表3 不同施鉀處理土壤鉀素平衡及鉀素利用率分析Table 3 Potassium balance and KUE analysis of different K treatments

圖2 施鉀量與鉀平衡系數關系Fig.2 The relationship of potassium and potassium balance coefficient

3 討論與結論

本研究中收獲后測定玉米秸稈和籽粒中鉀的含量結果顯示兩者差異非常大，秸稈中鉀含量約為籽粒的6倍，87%左右的鉀積累于玉米秸稈中,與前人的很多研究報道不一致[6～8]，可能與玉米品種不同或樣品收集處理方式有關，玉米秸稈在晾干后容易破碎損失影響結果測定，在本試驗過程中是將收獲后的整株進行粉碎混勻取樣分析，相比單株分部位按比例折合分析的方式應更為準確，另外玉米植株中鉀含量測定值的高低也與收獲前后的氣候有一定關系，如有降雨、露水等因素也會導致鉀的流失。從玉米收獲移走鉀量分配看，絕大部分鉀保留在玉米秸稈中，如果通過秸稈還田或其他方式及時返回到土壤中，則只需補充少量的鉀肥就可以實現土壤鉀素平衡。

從試驗結果看，在山東省褐土上施鉀有助于玉米增產，施鉀量在0～90 kg/hm2時，隨著施鉀量的增加，玉米增產幅度也變大，施鉀量在90～270 kg/hm2時，玉米的增產幅度隨著施鉀量的增加而逐漸降低。從養分的增產效益可以看出，隨著施鉀量的增加，鉀元素的增產效益逐漸下降，當施鉀量在45 kg/hm2時鉀元素的增產效益最高。由于受當年肥料價格較高因素的限制，增施鉀肥雖然增加了產量，但純收益卻沒有一定增加。在本試驗條件下，夏玉米獲得最高產量的施鉀量為174.2 kg/hm2；考慮到當年肥料價格，最經濟的施鉀量為50.6 kg/hm2；從計算土壤鉀素平衡結果顯示，施鉀204 kg/hm2時可以實現土壤鉀素的收支平衡。江麗華等2001年在褐土區的試驗結果表明當地夏玉米生產上鉀肥適宜用量在75～225 kg/hm2[9]，本試驗研究結果與之基本一致。

由于玉米生產及鉀肥施用效果受土壤肥力、土壤類型、氣候及品種等多個因素的影響,不同地區、不同地類之間肥料用量也具有一定的差異。應根據各地區的具體情況進行肥料施用量的合理優化，以實現玉米高產、優質和高效。山東省褐土區玉米生產上建議施鉀量在150～200 kg/hm2。

[1]魯如坤.土壤-植物營養學原理與施肥[M].北京:化學工業出版社,1998

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[3]李彥,于興偉,高弼模,等.長期施肥對山東三大土類鉀有效性及小麥產量的影響[J].中國生態農業學報,2008,16(3):583-586

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[6]佟玉欣,李玉影,劉雙全,等.鉀肥不同施用量對玉米產量和效益及鉀素平衡的影響[J].黑龍江農業科學,2010(11):45-48

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Effects of Potassium Levels on the Yield,Economic Benefit and Potassium Balance of Summer-maize in Cinnamon Soil of Shandong Province

WEI Jian-lin,ZHANG Ying-peng,CUI Rong-zong*,YANG Guo,MAZheng
Institute of Agricultural Resources and Enviroment,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan 250100,China

The study of different potassium(K)levels was conducted on summer-maize production in cinnamon soil area of Shandong Province.Results showed that the maize yields of K treatments were all increased compared with no K treatment with the amplitude from 4.97%to 5.59%.The difference between the treatment with 90 kg/ha K2O and no K treatment was very obvious,the differences between the treatments of 180 kg/ha K2O,270 kg/ha K2O and no K treatment were obvious,but there were no obvious differences among maize yields of the K treatments.According to calculation,the K2O level of the highest maize yield was 174.2 kg/ha,the highest economic K2O level was 50.6 kg/ha.About 87%K2O accumulated in maize straws according to sample analysis.The K2O contents in straw and grain increased with the increase of K2O levels.From the point of potassium balance between soil and crop,204 kg/ha K2O was needed to balance the income and output of soil potaasium.But the potassium(K)use efficiency(KUE)was decreased with the increase of potassium level.The KUE ranged from 17.99%to 54.28%in the experiment.

K level;summer-maize;Potassium balance

S143.3;S513

A

1000-2324(2015)03-0337-04

2013-05-17

2013-11-25

中國-國際植物營養研究所(IPNI)合作項目(NMBF-Shandong-2008);山東省農業科學院青年科研基金項目(2015YQN38)

魏建林(1979-),男,山東省博興縣人,助理研究員,主要從事土壤肥料和農業生態環境方面研究.E-mail:wei_jianlin@163.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:rzcui@ipni.ac.cn