张舒予，金梦灿，马 超，柴如山，高时凤，郜红建*

(1.农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室，安徽农业大学资源与环境学院，安徽 合肥 230036；2.安徽省庐江县郭河镇农技站，安徽 庐江 231500)

水稻是我国主要粮食作物[1]，约占全国粮食种植面积的27%[2]。钾素是水稻植株含量最丰富的营养元素之一，参与了水稻体内多种酶的活化、物质合成、同化物运输、水分代谢、光合作用及离子平衡等植株生理生化过程，对水稻的生长发育起着重要的作用[3-4]。水稻是需钾量较大的作物，对钾的吸收量比氮、磷大，可达250～300 kg·hm-2[5]。研究表明，施用钾肥能够改善水稻生长发育状况，促进水稻光合作用、蛋白质合成以及抗病害能力等，进而提高水稻的产量和品质[6-7]。然而，我国钾盐资源短缺，钾肥进口依存度一直比较高，如2012年进口量达388.6万t，位居世界第二[8]。因此寻找化学钾肥有机替代资源，减少化学钾肥施用，对于缓解钾肥资源不足具有重要的意义。

作物秸秆是农业生产过程中主要的副产物，作物吸收的钾素80%以上存在于秸秆中[9]。我国每年秸秆的保有量约8.1×1011kg，折合K2O 1.2×1010kg[10]。秸秆直接还田是当前秸秆资源利用最便捷有效的途径[11-13]，是缓解钾肥资源不足的重要措施。研究表明，长期秸秆还田提高了土壤水溶性钾和矿物钾的含量[14]，可以不同程度地代替部分化学钾肥施用[15]。但由于秸秆还田后腐解较慢，养分释放速率跟不上作物需求以及妨碍耕作和下茬作物发苗[16]，使得我国秸秆还田利用率一直较低。

前人研究表明，秸秆还田时接种腐熟剂会加速秸秆降解和养分释放，缓解秸秆还田利用的负面效应[17-18]。腐熟剂是一种能加速秸秆等有机物料分解、腐熟的生物活体制剂[19]，因其具有促进秸秆腐解，提高秸秆中养分的释放和利用效率，使用成本低、操作简单等优点，应用市场前景广阔[20]。但也存在菌种稳定性差、定殖效率低、与土著微生物竞争生态位、受温度等环境因素影响大等问题[21-22]，限制了推广应用。为了更加合理科学的运用腐熟剂，提高秸秆还田利用率，前人围绕秸秆配施腐熟剂还田的效果做了大量研究。然而，此前的报道多关注对土壤理化性状和作物产量的影响[23-24]，少有涉及对水稻钾素吸收利用的影响研究。本研究拟采用田间试验法，探讨秸秆还田和腐熟剂配施对水稻产量及钾肥利用率的影响，旨在为秸秆还田快速腐解及养分资源高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于安徽省庐江县郭河镇南圩村(东经117°13′，北纬31°28′)。区内地势平坦，排灌方便。试验田土壤类型为水稻土，耕层土壤有机质27.53 g·kg-1、全氮1.90 g·kg-1、碱解氮92.81 mg·kg-1、有效磷19.22 mg·kg-1、速效钾136.60 mg·kg-1、pH值5.08。耕作制度为麦稻轮作。

1.2 试验材料

供试水稻品种为皖粳垦糯2号，插植规格(行株距)为25 cm×12 cm，栽插密度300 000棵·hm-2。

供试秸秆为试验田上茬收获的小麦秸秆，其全氮、全磷和全钾分别为7.40、1.01、23.50 g·kg-1。

氮肥选用尿素(N 46%)，磷肥选用过磷酸钙(P2O512%)，钾肥选用氯化钾(K2O 60%)，复合肥(15-15-15)。

1.3 试验设计

试验共设4个处理：(1)配方施肥无钾肥对照+秸秆不还田+不施用腐熟剂(T1)；(2)配方施肥+秸秆不还田+不施用腐熟剂(T2)；(3)配方施肥+秸秆还田+不施用腐熟剂(T3)；(4)配方施肥+秸秆还田+腐熟剂(T4)。小区面积为100 m2，随机区组排列，每处理3次重复。

N、P2O5、K2O用量分别为270、90、135 kg·hm-2，

氮肥分3次施用，基肥∶分蘖肥∶拔节肥=2∶2∶1。磷肥在水稻移栽前作基肥一次性施入；钾肥分3次施用，基肥∶分蘖肥∶拔节肥=3∶2∶1。秸秆还田量约为6 000 kg·hm-2，腐熟剂用量为30 kg·hm-2。具体施肥量和肥料运筹见表1。

表1 水稻田间试验设计方案 (kg·hm-2)

注：磷肥全部基施。

小麦于2016年6月8日联合收割机收获，秸秆粉碎还田，还田深度为12～15 cm，随后深旋翻埋，灌水浸泡3～4 d。6月12～13日落水再进行第二次旋耙，沉实3 d后，按要求作处理区小埂。水稻于2016年5月19日播种，6月17日施基肥及腐熟剂，6月19日移栽秧苗，11月初收获和测产。试验田周围作2 m宽的保护行，小区四周均有田埂，并用农膜包埂，单独排灌，防止窜水窜肥。其他田间管理(病虫草害管理)按当地常规进行。

1.4 样品采集与测定

于水稻生长的分蘖期(7月8日)，拔节期(8月5日)，抽穗期(9月1日)和成熟期(10月27日)，分别从每个小区随机取2株水稻，经自来水和蒸馏水冲洗干净后，茎、叶、穗分别装入样品袋，先于105℃杀青30 min，75℃下烘干至恒重，测定其干物质量。植株样品粉碎后，用H2SO4(浓)-H2O2消煮，火焰光度法测全钾含量。

1.5 数据计算与分析

水稻植株不同生育期钾素含量、累积量和钾素利用效率等参数采用以下方法计算：

还田麦秆钾素用量(kg·hm-2)=还田麦秆钾含量×还田麦秆干重；

各生育期(茎、叶、穗)钾素累积量(g·株-1)=干重×钾含量；

各生育期钾素总累积量(g·株-1)=茎钾素累积量+叶钾素累积量+穗钾素累积量；

各生育期钾素净吸收量(g·株-1)=后生育期钾素总累积量-前生育期钾素总累积量；

钾肥贡献率(%)=(施钾肥区作物产量-不施钾肥区作物产量)/施钾肥区作物产量×100；

钾肥吸收利用率(%)=(施钾肥区钾素总累积量-不施钾肥区钾素总累积量)/施钾量×100；

钾肥农学利用率(kg·kg-1)=(施钾肥区作物产量-不施钾肥区作物产量)/施钾量；

钾肥偏生产力(kg·kg-1)=施钾肥后作物产量/施钾量。

试验数据采用Excel 2010整理；不同处理之间各指标的差异性分析由SPSS 20.0软件的One-Way ANOVA(单因素方差分析)和Duncan′s test完成。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田配施腐熟剂对水稻钾素含量的影响

水稻不同部位钾素含量在不同生育期大体呈先下降，后上升，而后再下降的规律(表2)。在分蘖期，配方施肥无钾肥对照处理(T1)的水稻植株茎和叶钾素含量最低；秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)的茎和叶钾素含量最高，其中茎部含量达到差异显著水平(P<0.05)，分别比T1、T2和T3处理高16.1%、12.7%和14.8%。在拔节期，配方施肥无钾肥对照处理(T1)的水稻植株茎和叶钾素含量仍最低，分别为38.56和17.98 g·kg-1，配方施肥秸秆不还田处理(T2)的水稻植株茎和叶钾素含量与秸秆还田处理组(T3和T4)差别不大。在抽穗期，水稻植株体内钾素逐渐向穗部转移，但钾素含量主要集中在茎部(45.88～47.14 g·kg-1)和叶部(24.92～26.98 g·kg-1)，茎部钾素含量以秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)最高，叶部钾素含量以配方施肥秸秆还田处理(T3)最高。在成熟期，水稻植株体内叶和穗部钾素含量显著降低，以茎部含量最高(36.92～46.91 g·kg-1)，其中秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)比T1、T2和T3处理分别高21.3%、17.6%和12.8%，均达到显著差异水平(P<0.05)。

表2 不同生育期水稻全钾的含量 (g·kg-1)

注：平均值±标准差(n=3)，同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.2 秸秆还田配施腐熟剂对水稻钾素累积量的影响

水稻钾素总累积量在分蘖-拔节期和拔节-抽穗期增加迅速，而在抽穗-成熟期增加相对较缓。不同施肥处理的水稻钾素总累积量均在成熟期达到最大值(0.73～1.13 g·株-1)(图1)。在分蘖期，秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)的水稻钾素总累积量略高于其他施肥处理。在拔节期，秸秆还田处理组(T3和T4)的水稻植株钾素总累积量均显著高于秸秆不还田处理(T1和T2)。在抽穗期，秸秆还田处理(T3)的水稻钾素总累积量分别比秸秆不还田处理(T2)和配方施肥无钾肥对照处理(T1)提高了15.3%和37.7%(P<0.05)，秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)比配方施肥秸秆还田处理(T3)的水稻钾素总累积量提高了15.7%(P<0.05)。在成熟期，水稻钾素总累积量呈现：秸秆还田配施腐熟剂(T4)>秸秆还田(T3)>配方施肥(T2)>无钾肥对照(T1)的规律。秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)和秸秆还田处理(T3)的水稻钾素总累积量分别比配方施肥无秸秆还田处理(T2)提高了25.7%和21.6%(P<0.05)，这可能与秸秆还田配施腐熟剂，利于小麦秸秆腐解和钾素释放，增加水稻生育后期钾素积累有关。

图1 不同生育期水稻的钾素总累积量注：不同小写字母表示0.05水平下差异显著。下同。

在分蘖期和成熟期，水稻的钾素净累积量相对较少，分别在0.048～0.056和0.098～0.2 g·株-1之间，而在拔节期和抽穗期，水稻钾素净累积量达到了2个峰值，分别在0.23～0.3和0.27～0.68 g·株-1之间(图2)。在拔节期，秸秆还田处理组(T3和T4)水稻钾素净累积量均显著高于无钾肥对照处理(T1)(P<0.05)，秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)水稻钾素净累积量略高于秸秆还田不配施腐熟剂处理(T3)，但差异不显著(P>0.05)。在抽穗期，以秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)的水稻钾素净累积量最高，占整个生育期的59.8%。在成熟期，水稻钾素净累积量呈配方施肥秸秆还田(T3)>配方施肥秸秆不还田(T2)>秸秆还田配施腐熟剂(T4)的规律。相同施钾水平下，秸秆还田处理(T3)的水稻钾素净累积量分别比秸秆不还田(T2)和秸秆还田配施腐熟剂(T4)提高了49%和51.5%，且均达到差异显著性水平(P<0.05)。

图2 不同生育期水稻的钾素净累积量

2.3 秸秆还田配施腐熟剂对水稻产量及其构成因子的影响

不同钾肥处理的水稻产量呈现秸秆还田配施腐熟剂(T4)>秸秆还田不施用腐熟剂(T3)>配方施肥秸秆不还田(T2)>无钾肥对照(T1)的规律(表3)。其中，秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)的水稻产量为10 667.2 kg·hm-2，比配方施肥秸秆还田处理(T3)增加460.8 kg·hm-2，增幅4.3%，但差异性不显著(P>0.05)。配方施肥秸秆还田处理(T3)的水稻产量为10 206.4 kg·hm-2，比配方施肥秸秆不还田处理组(T2和T1)的水稻产量分别增加649.7和1 984.5 kg·hm-2，增幅分别为6.4%和19.4%，并达显著性差异水平(P<0.05)。从产量构成要素来看，不同施钾肥处理间水稻的有效穗数差异不显著，配方施肥无钾肥对照处理(T1)在穗粒数、结实率以及千粒重等方面均低于施钾处理组(T2、T3和T4)。与配方施肥秸秆不还田处理(T2)相比，秸秆还田以及配施腐熟剂对单位面积有效穗数影响不大，但能够不同程度地增加每穗总粒数和千粒重，并提高结实率，说明秸秆还田以及配施腐熟剂后水稻增产可能与水稻的千粒重、每穗粒数和结实率提高有关。

表3 不同施肥处理对水稻产量及产量构成因子的影响

2.4 秸秆还田施用腐熟剂对水稻钾肥利用效率的影响

同一施钾水平(T2、T3和T4)下，钾肥贡献率、钾肥农学利用率、钾肥偏生产力和钾肥吸收利用率均表现出秸秆还田配施腐熟剂(T4)>配方施肥秸秆还田(T3)>配方施肥秸秆不还田(T2)的规律，其中秸秆还田处理(T3)的钾肥贡献率、农学利用率、偏生产力、吸收利用率分别比配方施肥秸秆不还田处理(T2)高5.76%、32.8%、6.4%和26.67%，这说明秸秆还田可以显著提高钾肥利用效率。秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)的钾肥贡献率、农学利用率、偏生产力和吸收利用率比秸秆还田不施腐熟剂处理(T3)分别提高了3.48%、18.86%、4.3%和11.11%，但差异性均不显著。

表4 不同施肥处理对水稻钾肥利用效率的影响

3 讨论

3.1 秸秆还田配施腐熟剂对水稻的增产效果

已有研究结果表明，腐熟剂可促进作物秸秆腐解与养分释放，提高养分利用效率和作物产量。李继福等[25]研究发现，施用腐熟剂后秸秆腐解率提高4%～6.9%，且产量平均提高5.5%，秸秆在0～3个月内腐解速度较快。秸秆腐解后，释放出大量速效养分，杨丽丽等[26]研究显示，秸秆腐解100 d时，玉米秸秆中碳、氮、磷、钾养分释放率平均为58.66%、57.3%、88.68%和94.88%，罗宜宾[27]研究表明，秸秆配施化肥的土壤有机质含量比单施化肥提高了14.0%～28.7%，土壤全氮提高了5.5%～40.1%，碱解氮含量增加了13.2%～30.8%，速效钾含量增加了4.8%～21%。

本试验结果显示，不同施肥处理条件下，水稻产量呈现：秸秆还田配施腐熟剂(T4)>配方施肥秸秆还田(T3)>配方施肥(T2)>配方施肥无钾肥对照(T1)的规律，说明秸秆还田以及配施腐熟剂均能使水稻增产。这可能是因为：腐解剂促进了秸秆腐解，增加秸秆养分释放，提高了土壤有机质含量，改善了土壤物理及生物性状，从而实现增产。在配方施肥(T2)的基础上，秸秆还田处理(T3)使水稻增产649.7 kg·hm-2，增产率为6.4%，同时水稻的千粒重、每穗粒数以及结实率均有一定程度提高。杨滨娟等[28]研究显示，秸秆腐解提高了土壤速效钾含量，从而使水稻的每穗粒数、千粒重、结实率和产量等分别增加9.32%、4.28%、13.70%和26.38%，这与本试验研究结果相吻合。与秸秆还田处理(T3)相比较，秸秆还田配施腐熟剂(T4)使水稻增产(4.3%)，但差异不显著(P>0.05)，这可能由于腐熟剂加快了秸秆的腐解，促进秸秆钾素的释放和水稻对钾的吸收利用，但并未增加钾的投入。

3.2 秸秆还田配施腐熟剂对水稻钾肥利用效率的影响

本研究结果表明，秸秆还田和腐熟剂配施不仅可以提高水稻产量，还可以提高钾肥的利用效率。秸秆还田处理(T3)的水稻钾素吸收利用率显著高于配方施肥处理(T2)(P<0.05)，增幅为26.67%。说明秸秆还田腐解，促进秸秆钾素释放，增加了水稻成熟期钾素累积量，从而提高了钾肥利用率。代文才等[29]研究认为，经过360 d的腐解，秸秆中钾素的释放率在77.45%～90.47%之间。李继福[30]研究表明，秸秆还田腐解可以促进矿物钾的释放。王宏庭等[31]认为，秸秆还田后明显提高了耕层土壤水溶性钾、非特殊吸附性钾、非交换性钾、矿物钾及全钾含量，增加了土壤中植物可利用钾素容量。此外，秸秆腐解过程释放出的有机物在微生物的作用下可形成富里酸、胡敏酸等腐植酸类物质，能够刺激植株根系生长和对养分的吸收，进而提高作物养分利用效率[32]。本研究结果还表明，秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)的钾肥贡献率、农学利用率、偏生产力和吸收利用率均显著高于配方施肥处理(T2)，并且一定程度上高于配方施肥秸秆还田处理(T3)。这可能是由于江淮地区小麦-水稻、油菜-水稻轮作制度下复种指数高，钾肥施用偏少，农田土壤钾素常处于亏缺状态[33]。秸秆还田配施腐熟剂后，加快了秸秆的腐解和养分释放。水稻种植过程中，土壤水分充足，秸秆释放出的钾素多以水溶态钾形式存在，可直接被水稻根系吸收利用，提高了钾肥利用率。蔡立群等[34]研究发现，秸秆促腐还田后土壤钾素增加速率总体呈现增-减-增-减的趋势，其土壤养分增加速率明显快于秸秆直接还田，培肥土壤效果明显。不同腐熟剂对秸秆的腐解效果受腐熟剂种类、土壤条件、水分等环境因素的影响。有关不同腐解剂及环境因素对秸秆还田条件下秸秆养分释放及作物养分利用效率的影响还有待于进一步研究。

4 结论

同一施钾水平下，秸秆还田处理(T3)与秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)显著提高了水稻产量和地上部分钾素累积量，秸秆还田配施腐熟剂的增产效果更好。

同一施钾水平下，秸秆还田处理(T3)显著提高了钾肥的吸收利用率，但对钾肥的贡献率、农学利用率和偏生产力无显著影响。秸秆还田配施腐熟剂处理(T4)可以显著提高钾肥贡献率、农学利用率、偏生产力以及吸收利用率。

秸秆还田配施腐熟剂是提高水稻产量和钾肥利用效率的有效措施。

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