作为世界上最大的水稻生产国之一，我国的稻米产量占全球总产量的21.8%^[1]，耕地上每年将产生超过1.77×10⁸ t的稻秸秆^[2]。而对于秸秆的利用，长期以来主要以直接焚烧、喂养牲畜、搭盖草房子等传统方法为主。这样的处理方式，既耗费了大量的劳动力，又容易造成生态环境的污染。

近些年来，国家有关部门出台了一系列禁烧秸秆的政策，在这种驱动力的作用下，秸秆还田腐解作为肥料，让其在综合利用方面有了进一步的发展。其中，秸秆还田使水稻生产与秸秆资源循环利用，种植业产业结构和农业可持续发展，以及农田生态环境等问题得到了充分、合理的解决^[3]。

江西属于南方双季稻稻作区，周年产量较高，秸秆资源丰富，还田后作为一种重要的土壤有机培肥资源，显著提高了土壤松结合态腐殖质含量和结合态腐殖质总含量^[4-5]。秸秆中富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，其中尤以钾的含量较高，平均约为0.85%，秸秆还田可使土壤中的钾素得到适当补充，从而减少钾肥的施入量^[6-7]，这对水稻生产管理过程中的钾肥施用具有重要意义。

在我国大多数耕地土壤中，钾元素普遍较少，速效钾＜ 50mg/kg（严重缺钾）和速效钾为50～70mg/kg（一般缺钾）的土款总计大于2000万hm²，约占全国耕地面积的23%^[8]。稻田秸秆还田淹水3d，秸秆中90%的钾离子可以快速释放并进入土壤，是一种重要的速效性钾肥资源^[9]。我国虽然幅员辽阔，地大物博，但钾资源却十分匮乏，需要依靠从国外进口大量钾肥，才能解决相关产业，尤其是化工业中的钾元素短缺问题。这就需要消耗大量的外汇储备，为国家的外贸增加了负担^[10]。针对不同地区和不同土壤类型，需要寻求除化学钾肥以外的有效补充土壤钾含量的新途径，才能根本上解决日益严重的土壤缺钾问题^[11]。

关于秸秆还田对水稻生长和产量的影响已有不少研究报道，得到的结论却不尽相同。韩新忠等^[12]研究表明，秸秆还田后，水稻株高等生长指标要高于秸秆不还田处理，但未全部达到显著性差异，而杨士红等^[13]认为，秸秆还田对水稻株高影响不大。在产量方面，李继福等^[14]研究显示，麦秸全量还田能提高水稻产量5.0%，刘红江等^[15]试验表明，麦秸还田水稻增产3.0%左右，但没有显著差异，而朱利群等^[16] 通过3年试验报道，麦秸还田水稻减产约7.7%。为了进一步探究秸秆还田对水稻生长和产量的影响，通过水稻秸秆还田，减少钾肥施用量的试验，以探析秸秆还田腐解后是否能对钾肥起到替代作用，从而达到合理利用秸秆资源，实现水稻增产增收的双赢目标，为该地双季水稻生产和钾肥施用提供理论依据和技术方案。

1 材料与方法

1.1 试验处理

试验于2018～2019年在江西上高县现代农业综合示范区（28°27′N，115°12′E）试验田内进行。土壤的有机质含量为29.30g/kg，全氮含量为1.92g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为154.0、 16.3和125.5mg/kg，pH为5.3。

供试早稻品种为潭两优39，晚稻品种为甬优538。早稻和晚稻氮肥（N）施用量分别为165和240kg/hm²，磷肥（P₂O₅）施用量分别为82.5和120kg/hm²，早稻和晚稻均按不同施钾（K₂O）量，共设6个处理，2018年钾肥施用量早稻0（JK0）、75 （JK50）、105（JK70）、135（JK90）、150kg/hm² （JK100），晚稻0（JK0）、60（JK50）、84（JK70）、 108（JK90）、120kg/hm² （JK100），分别以秸秆不还田钾肥施用量早稻135kg/hm² 和晚稻108kg/hm² 作对照（CK90）；2019年晚稻对施钾量进行了调整，晚稻与早稻施钾量相同，均以秸秆不还田钾肥施用量135kg/hm² （CK90）为对照。每个处理50m²，重复2次。各处理施肥量见表1。

1.2 测定方法

在水稻成熟期调查穗数，取样考种，割方测产，计算地上部干物质累积量，并测定植株和籽粒氮磷钾含量。取成熟期植株和籽粒样本，烘干粉碎后，用H₂SO₄-H₂O₂ 消煮后进行氮磷钾含量的测定，全氮用同凯氏法，全磷用钼锑抗比色法，全钾用火焰光度法测定^[17]。

1.3 参数计算和数据处理

1.3.1 钾素转化利用参数

根据水稻地上部干物重累积量、植株和籽粒含钾量，计算出钾吸收量，钾素利用效率计算参考杨波等^[18]的方法：钾素积累总量为成熟期单位面积植株（茎叶和籽粒）钾积累量的总和；钾素稻谷生产效率为单位面积籽粒产量与植株钾积累量之比； 农学钾素利用效率为施钾肥区与不施钾肥区产量之差与施钾量之比。

1.3.2 数据处理

数据采用SPSS 16.0软件进行统计分析，LSD法进行多重比较（α=0.05）；Excel2007软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 减钾对早稻植株生长和产量的影响

2.1.1 对早稻成熟期植株性状的影响

成熟期，对水稻植株性状进行测定（表2）， JK50处理株高较高，穗长较长，穗颈节也较长， CK90处理株高、穗长、穗颈节均较短；不施钾区JK0的株高和穗颈节长也较大，穗长和基部节长各处理差异不显著。

注：同列不同小写字母表示差异显著。下同。

2.1.2 对早稻产量构成因素的影响

从水稻产量构成要素来看（表3），2018年随着施钾量增加，各处理穗数有增加的趋势，以JK90和CK90最多，JK0穗数较少，减施钾肥，对穗数有一定影响；而对实粒数影响不大，以JK0和JK50为多，CK90最少，千粒重无明显差异，以JK70略高，最终实际产量以JK90最高，JK100也较高，JK0为最低。2019年水稻穗数差异不显著，减施钾肥实粒数有下降趋势，千粒重也无明显差异，最终实际产量以JK100最高，JK90也较高。从2年整体水平来看，秸秆还田可提高水稻产量，早稻减少10%的施钾量水稻产量最高，减少30%～50%施钾量产量略有下降，与不还田对照无明显差异，不施钾肥产量最低。

2.1.3 对早稻秸秆和籽粒养分含量的影响

对成熟期早稻秸秆和籽粒进行养分测定（表4），随着钾肥施用量的增加，秸秆中全氮、全钾的含量均有所增加，呈一定的上升趋势，其中JK100处理秸秆全氮、全钾的含量最高，比CK90分别提高了14.56%和14.42%。JK90处理秸秆的全磷含量最低，JK100次之，全磷有下降趋势。这说明生产中增加钾肥施用量，植株对氮、钾的吸收增加，对磷的吸收下降。籽粒中全氮、全钾的含量也随着钾肥施用量的增加而上升，以JK100处理最高，较CK90分别提高了17.59%和9.96%，施钾对籽粒中全磷的含量影响趋势不明显，以JK0为最高，JK100较高，CK90最低，秸秆还田提高了籽粒中的磷含量。

2.1.4 对早稻钾素利用效率的影响

从表5可知，JK0处理下早稻的吸钾量最低， JK100吸钾量最高，与CK90相比，JK90的吸钾量增加，说明秸秆还田有利于植株对钾的吸收。稻谷生产效率以JK0最高，JK100最低，随着施钾量的增加，稻谷生产效率有下降的趋势。CK90的农学钾素利用效率最低，JK50最高，农学钾素利用效率随钾肥的增加而降低。减钾降低了钾的吸收量，提高了钾的利用效率，秸秆还田提高了水稻吸钾量和农学钾素利用效率。

2.2 减钾对晚稻植株生长和产量的影响

2.2.1 对晚稻成熟期植株性状的影响

成熟期，对晚稻植株性状进行测定（表6）， JK0处理株高较高，穗长较长，穗颈节也较长； JK70、JK90和JK100株高较低，穗颈节长较短，穗长和基部节长无明显差异。

2.2.2 对晚稻产量构成因素的影响

从水稻产量构成要素来看（表7），2018年各处理穗数以CK90为最高，JK0穗数较少，而实粒数以JK100和CK90为最多，千粒重无明显差异，随着钾肥施用量的增加，穗数、实粒数和千粒重有增加的趋势，最终实际产量以JK90最高，JK0最低。2019年穗数也以JK0为最少，实粒数以JK90、 JK100最多，实际产量以JK90和JK50为高。两年JK70、JK90和JK100产量与CK90差异不显著，平均产量JK90比CK90高，秸秆还田有利于水稻产量提高；生产上可减少10%到30%的施钾量，对水稻实际产量无明显影响；减少50%施钾量，水稻产量显著下降。

2.2.3 对晚稻秸秆和籽粒养分含量的影响

通过对成熟期晚稻秸秆和籽粒养分含量测定 （表8），结果显示，增施钾肥有利于提高植株的全钾含量，其中JK100最显著，较CK90提高了3.5%。JK50处理下的秸秆全氮含量最高，JK100最低，减施钾肥，秸秆全氮有提高趋势，施钾对秸秆中全磷的含量影响不明显。增施钾肥，籽粒的全氮和全钾含量呈上升趋势，JK100处理下的籽粒全钾含量最高，籽粒的全磷含量以JK50最高，除含量最低的JK0处理外，其它各处理间差异不显著。

2.2.4 对晚稻钾素利用效率的影响

从表9可以看出，秸秆还田增施钾肥可提高植株的吸钾量，各处理以JK100为最大，较CK90提高了4.7%。JK0的稻谷生产效率最高，JK100最低，随着施钾量增加，稻谷生产效率降低。增施钾肥对各个处理下农学钾素利用效率的影响不显著，除JK50外，减施钾肥，有提高钾素农学利用效率的趋势，JK70钾素农学利用效率为最高。

3 讨论

3.1 秸秆还田对钾素替代和水稻产量的影响

采取秸秆直接还田的措施，补充了大量的钾素，可使田间土壤中的钾元素达到收支平衡的状态，从而降低了土壤钾元素的消耗速度，是一种土壤补充钾素的有效手段^[19]。闫超等^[20]研究表明在钾肥施用量较低的情况下，秸秆还田对水稻的增产作用比较显著。本试验认为由于水稻全量还田，补充了一定的钾素，缓解了钾肥缺少的现象，从另一个方面论证了减与增的关系，即秸秆还田之后可以有效替代10%～30%钾肥，一季稻田可减施K₂O 15～45kg/hm²，从而得到的合理钾肥用量和可调用量范围为早稻施钾105～135kg/hm²，晚稻施钾84～108.5kg/hm²。该施肥处理不会明显降低水稻产量，减少了钾肥的施用量和对资源的消耗，节省了水稻生产的成本。根据本文数据显示，秸秆还田配合减施钾肥周期，以2年1次较为合理，这样对年际间的产量影响最小；秸秆还田是缓解土壤钾素亏缺的有效措施，王志勇等^[21]研究也表明，在农业生产中合理施用钾肥，低土壤肥力下施钾和秸秆还田不仅可以维持土壤钾素平衡，而且可以增强土壤的供钾强度。

3.2 秸秆还田减施钾肥对稻谷生产效率的影响

秸秆还田减施钾肥植株的吸钾量有所下降，稻谷生产效率有提高的趋势，这与莫钊文等^[22]的研究报道有相似的地方，即增施钾肥钾素的产谷效率显著降低，但对是否影响农学钾素利用效率存在争议。关于减施钾肥对氮、磷利用率的影响，前人也有所报道，王强盛等^[23]研究表明，减施钾肥会降低植株的氮素吸收能力和群体氮素积累量，但能提高氮生产效率；张国发^[24]认为施钾有利于促进水稻对氮肥和磷肥的吸收利用。在本试验中，减施钾肥在一定程度上减少水稻秸秆和籽粒中全氮、全钾的含量，但对全磷含量影响不大，该结果部分与刘晓霞等^[25]和程文龙等^[26]的研究结果相互验证。

中国农作物秸秆数量及其养分资源量巨大，依据地域秸秆特点，充分合理利用秸秆养分资源，是实现化肥减施增效的重要途径^[27]。刘淑军等^[28]研究表明，在减钾的同时，搭配稻草还田，不仅能提高水稻产量，还能增加表面水和表层土的速效钾含量。廖育林等^[29]也认为，秸秆还田后，钾素逐步释放，部分替代了化肥中的钾。这说明来源于秸秆中的钾和肥料中的钾，其营养效应是相同的，与本试验所得到的结论一致。关于秸秆直接还田如何实现水稻生长性状和产量指标，达到与秸秆还田量、减施钾肥量以及土壤理化性质和环境等因素之间的利益最大化，还有待进一步的深入研究和探索。

4 结论

在江西双季稻稻作区，采用秸秆全量还田处理，无论对于晚稻还是早稻，减施钾肥对植株的生长性状影响不明显；减施钾肥，使穗数、实粒数略有下降，生产上减少10%～30%的施钾量，即一季稻田减施K₂O 15～45kg/hm²，对实际产量无明显影响，并节省了水稻的生产成本。

减施钾肥，在一定程度上减少水稻秸秆和籽粒中全氮、全钾的含量，但对全磷含量影响不大。秸秆还田减施钾肥，植株的吸钾量有所下降，钾素稻谷生产效率增大，农学钾素利用效率有提高的趋势。

本试验认为秸秆直接还田可有效补充和缓解土壤钾素亏缺，该结果可为南方双季水稻生产过程中的施肥环节提供参考方案，为秸秆资源化利用提供技术支撑。

参考文献