鲁艳红， 廖育林， 聂 军*， 谢 坚， 杨曾平， 周 兴

(1 湖南省土壤肥料研究所， 湖南长沙 410125； 2 农业部湖南耕地保育科学观测实验站， 湖南长沙 410125；3 中南大学研究生院隆平分院， 湖南长沙 410125)

湖南省是中国水稻的主要产区之一，双季稻是当地最重要的水稻种植模式，其面积占水稻总种植面积的70%[1]。钾素是实现水稻稳产增产的重要营养元素，在水稻产量形成和稻米品质提升等方面起着极其重要的作用，且水稻对钾素的吸收量较大，甚至高于氮素，因此，合理施用钾肥是实现水稻持续高产的重要措施。然而，在传统水稻生产中，农民往往重视氮肥而忽略磷、钾肥，特别是钾肥的施用[2]。近年来，由于高产杂交水稻和具有高产潜力常规水稻品种的大面积推广，传统的钾肥施用技术无法满足高产水稻对钾素的需求，导致水稻从土壤中带走的钾逐年增加，从而加速了水稻土中钾素的消耗[3-4]。目前有关钾肥施用量和施用方式在湖南省双季稻种植模式中的产量效应、钾素利用效率等方面研究较多，其主要目标是针对钾对当季作物的效应[5-6]，很少考虑土壤钾素平衡的维持或提高土壤钾素。通常推荐的最佳或最经济钾肥施用量，不一定会维持稻田土壤钾素平衡。在湖南省双季稻区，农民传统的施钾技术往往导致水稻吸收的钾量大于最佳施肥量，从而导致土壤有效钾库的耗竭；在部分区域，存在某一年份水稻吸收的钾量小于最佳施肥量而导致土壤钾素肥力的上升现象，然而这种钾肥最佳用量会因其后续水稻生产的经济效益变化而不具有持续性。面对当前我国水稻土缺钾问题，如何在达到水稻稳产高产的同时维持和提高稻田土壤的钾素就显得极为重要。本研究选择湖南典型双季稻地区，通过5年田间定位试验，分析了水稻产量、水稻植株钾素含量和吸收量、钾肥利用率、土壤钾素状况、钾素表观平衡以及施钾经济效益等，以寻求一种既能保障水稻高产稳产又能维持农田土壤钾素平衡的钾肥推荐施用方法，同时揭示土壤钾素肥力变化的基本规律及其影响因素，为双季稻田合理施用钾肥和土壤钾素培肥提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

1.2 试验设计

试验共设5个处理，分别为: K0(不施钾肥)； K1(早稻施K2O 84 kg/hm2、晚稻施K2O 105 kg/hm2)； K2(早稻施K2O 120 kg/hm2、晚稻施K2O 150 kg/hm2)； K3(早稻施K2O 156 kg/hm2、晚稻施K2O 195 kg/hm2)和K4(早稻施K2O 192 kg/hm2、晚稻施K2O 240 kg/hm2)处理。氮、磷和钾化肥品种分别是尿素、过磷酸钙和氯化钾。在试验期间，氮肥按早稻N 150 kg/hm2、晚稻N 180 kg/hm2施入；磷肥按早稻P2O575 kg/hm2、晚稻P2O545 kg/hm2施入。全部磷肥和钾肥作基肥于插秧前一天施入，氮肥分两次施入， 为70%做基肥在插秧前一天施入，30%在分蘖期做追肥施入。每个处理4次重复，小区面积20 m2，随机区组排列。小区间筑田埂并覆盖农用薄膜隔离，以避免小区间水分窜灌或漫灌。供试早稻和晚稻品种(组合)分别为湘早籼24和丰源优272。试验田管理措施与当地农民的大田管理一致。

1.3 采样与分析

试验前采集0—20 cm耕层基础土壤样品。每季水稻成熟后多点混合采集植株样品，每小区单打单收称计实产。2012年晚稻收获后从各小区采集0—20 cm耕层土壤样品，用于土壤全钾、缓效钾和速效钾测定。灌溉水样品是在灌溉来水的上游方向取5个点的水样混合而成。

植株全钾用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度计法测定[7]；土壤全钾用NaOH熔融，火焰光度计法测定[7]；土壤缓效钾用1 mol/L热HNO3浸提，火焰光度计法测定[7]；土壤速效钾用1 mol/L中性NH4OAc浸提，火焰光度计法测定[7]；土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量和土壤pH均按文献[7]中的方法测定。

1.4 计算与统计方法

钾肥农学效应(Agronomy efficiency, AE, kg/kg)=(施肥区子粒产量-对照区子粒产量)/施钾量

植株吸钾量[K uptake by plant, K kg/(hm2·a)]=稻草产量×稻草钾含量+子粒产量×子粒钾含量

钾肥利用率(K use efficiency, %)=(施肥区植株吸钾量-对照区子植株吸钾量)/施钾量×100

土壤钾素表观平衡按下式计算:

Kap=Kinp-(Kup-Krec)

式中: Kap是钾素表观平衡[kg/(hm2·a)]; Kinp是通过化肥、秧苗、雨水和灌溉水输入的钾素量[kg/(hm2·a)]; Kup是水稻植株吸收的钾素量[kg/(hm2·a)]; Krec是通过稻桩和根茬残留循环的钾素量[kg/(hm2·a)]。

秧苗、雨水、灌溉水及稻桩和根茬残留循环的输入钾素量为试验期间5年的平均测定值。

试验数据用SPSS 13.0系统软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 施钾量对水稻产量的影响

不同施钾量对早、晚稻水稻产量的影响表现不同。从表1可以看出，各处理水稻产量之间存在差异，施钾处理与不施钾处理之间的差异均达极显著水平(P<0.01)；连续5年施用钾肥的早稻平均产量随钾肥施用量的增加呈先增加后下降的变化趋势，与不施钾肥的对照处理相比，K1、K2、K3和K4处理分别增加4.82%、7.25%、8.01%和7.37%；5季晚稻平均产量随钾肥施用量的增加而增加，K1、K2、K3和K4处理较K0处理分别增加4.93%、8.61%、9.07%和10.25%。其中早稻平均产量最高的是K3处理，晚稻最高的是K4处理。早、晚稻农学效应均以K2处理最高，施钾量高于K2处理，农学效应随施钾量的增加而降低。

表1 连续5年不同施钾肥量对早、晚稻平均产量及钾肥农学效应的影响

2.2 施钾量对水稻植株钾素含量的影响

从表2可以看出，施钾量不同，钾素在水稻植株体内的分配不同。施用钾肥能显著提高水稻子粒和稻草中的钾素含量，特别是稻草中的钾含量，早、晚稻施钾处理与不施钾处理之间子粒中的钾素含量差异达显著水平(P<0.05)；稻草中的钾素含量差异达极显著水平(P<0.01)。早、晚稻子粒和稻草中的钾素含量均随着施钾量的增加而增加。早稻子粒钾含量K1、K2、K3和K4处理分别比对照处理增加6.25%、9.37%、12.50%和15.63%，晚稻增加11.54%、15.38%、19.23%和23.08%；早稻稻草钾含量K1、K2、K3和K4处理分别比对照处理增加41.77%、54.43%、66.46%和69.62%；晚稻增加77.69%、92.56%、102.48%和112.40%。

表2 连续5年不同施钾量对子粒和稻草钾素含量的影响 (g/kg)

2.3 施钾量对水稻植株吸钾量和钾肥利用率的影响

表3 不同施钾处理的水稻年吸钾量和钾肥利用率

2.4 施钾量对钾素养分平衡的影响

通过化肥、秧苗、灌溉水和雨水输入的钾量、水稻植株吸收输出的钾量及稻桩和根茬残留归还的钾量来确定所有处理的表观钾平衡(表4)。从表4可以看出，钾素的输入项中各施钾处理主要是通过钾肥施入的钾，占总输入量的75%以上；其次水稻稻桩和根茬的钾素(循环钾)对钾输入量也有较大影响，各施钾处理明显高于对照处理，但不同施钾处理间差异较小。钾的输出主要是水稻植株吸收的钾，施钾处理植株吸钾量明显高于对照处理，且随钾肥施用量的增加而增加，说明施钾量越高，作物从土壤中带走的钾素越多，但同时施钾量越高通过钾肥投入和稻桩根茬残留钾素输入量也越高。5年10季水稻年平均钾素表观平衡结果表明，K0、K1和K2处理处于钾素亏缺状态，钾素亏缺量随施钾量的增加而有较大幅度降低，K0处理的亏缺量为127.1 kg/hm2，K1处理的亏缺量为58.3 kg/hm2，而K2处理的亏缺量仅为10.8 kg/hm2； K3和K4处理处于钾素盈余状态，钾素盈余量随施钾量的增加急剧增加，K3处理钾素盈余量为48.0 kg/hm2，K4处理盈余量为109.2 kg/hm2。

表4 连续5年钾素平衡状况 (K kg/hm2)

2.5 施钾量对土壤钾素状况的影响

表5 连续5年不同施钾量对红壤性水稻土钾含量的影响

2.6 施钾量对水稻经济效益的影响

表6 连续5年施钾对水稻经济效益的影响 (yuan)

3 讨论与结论

钾是作物正常生长必不可少的肥料三要素之一，其吸收、 积累、 转移和分配对水稻生产和产量形成至关重要[12]。本试验结果表明，施钾显著增加早、 晚稻植株吸钾量，尤其是增加稻草中的钾素含量，这与前人的研究结果一致[13-15]。已有对氮、磷、钾在水稻地上部分分布的研究结果表明， 水稻吸收的钾主要集中在稻草中[15]，本试验结果表现出同样的趋势。同时，从本试验结果还可发现，施用钾肥增加了稻草吸钾量占水稻植株总钾吸收量的比例。K0处理5年平均早、 晚稻稻草中钾吸收量占早稻总钾吸收量的83.2%和82.3%，而施钾处理的稻草钾吸收量占总钾吸收量的86%以上。这一结果说明水稻吸收的钾主要集中在营养器官(稻草)中，增施钾肥导致稻草中钾的分配率提高。钾肥施用后稻草中钾含量和积累量的提高对于稻草还田中钾的循环利用具有十分重要的意义，如何发挥稻草中的钾在水稻生产中的作用值得进一步深入研究。

长期不施钾肥土壤中的钾素含量呈明显下降趋势，施钾肥或钾肥与有机肥配施对土壤钾素下降有一定的延缓作用[16-17]；国内外研究表明，长期施用钾肥有利于土壤全钾和速效钾的积累[18-19]，范钦桢和谢建昌通过对我国18个长期定位试验中土壤速效钾和缓效钾含量的演变规律研究发现，长期施用钾肥有利于提高土壤中的速效钾和缓效钾含量[20]。本研究结果表明，连续定位5年10季水稻不施钾肥处理的土壤全钾、 速效钾和缓效钾含量均较试验开始前有所降低；施钾处理的土壤缓效钾和速效钾含量均高于试验前的含量，土壤全钾含量除K4处理外其他处理均低于试验前含量。这一结果说明施钾能提高土壤速效钾和缓效钾的含量，并对土壤全钾含量的下降有延缓作用。

在目前水稻种植条件下，只有坚持合理施用钾肥，才能提高水稻产量，或维持水稻稳产，促进钾素养分循环，保持农田钾素平衡，提高土壤钾素肥力。本文仅就红壤双季稻种植制度下，研究水稻产量、 吸钾量和土壤钾素含量状况与施钾量之间的关系，探讨施钾量对水稻经济效益的影响，揭示不同钾肥投入情况下土壤钾素肥力变化的基本规律及其受各种因素的影响规律，并对土壤钾素状况及钾素平衡进行初步探讨，对于促进南方双季稻区科学合理施用钾肥具有一定的现实意义。但径流量和淋失量对钾素损失量的影响，冬闲期间处理间土壤钾素的不同损失量，耕层土壤(0—20 cm)以下土层的供钾情况，不同处理中土壤的固钾能力和含钾粘土矿物的变化等均有待今后做进一步研究。同时，由于钾肥施用后稻草中的钾含量和积累量大幅度提升，因此，其稻草的循环利用对于土壤钾素和钾肥效应的影响亟待更深入研究。

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