湖南省油菜施鉀效應及土壤速效鉀臨界值研究

魯艷紅,廖育林,羅尊長,黃鐵平,魯劍巍,聶 軍

(1湖南省土壤肥料研究所,長沙 410125;2湖南農業大學資源與環境學院,長沙 410128;3農業部望城水稻土生態環境重點野外觀測實驗站,湖南長沙 410125;4湖南省土壤肥料工作站,長沙 410005;5華中農業大學資源與環境學院,湖北武漢 430070)

湖南省位于長江中下游地區,冬季溫光水資源豐富,適宜油菜生產。目前,湖南油菜常年種植面積約80萬公頃,總產 110萬噸以上,面積和總產量約占全國的1/10,均居全國前列,因此在我國油菜生產中占有重要地位[1]。油菜單產較低,施肥不平衡是目前湖南油菜生產中存在的主要問題。

一些試驗結果表明,氮、磷、鉀等肥料配合施用對油菜生長有重要影響,比單施某一種肥料能明顯提高油菜籽產量[2,3]。但在實際生產中,油菜氮、磷、鉀肥施用比例失調的現象非常普遍。根據筆者近年來對湖南省油菜主產區農民習慣施肥調查,湖南省油菜種植中化肥氮 (N)、磷 (P2O5)、鉀 (K2O)平均施用量分別為133.2,59.0和 22.4 kg/hm2,N,P2O5,K2O施用比例為1∶0.44∶0.17。油菜是一種需肥量多的作物,需鉀量是谷類作物的 3倍[4],一般推薦油菜氮磷鉀肥料用量比例為 N∶ P2O5∶ K2O=1∶ 0.5∶ 0.5～ 1。

施肥比例不協調,磷、鉀肥施用量不足仍然是制約湖南油菜產量的重要因素。為探討湖南省油菜施鉀效果及目前生產條件下土壤速效鉀豐缺臨界值,本研究通過分析湖南省2005～ 2008年間的 67個油菜施鉀田間試驗,研究油菜鉀肥施用對產量和經濟效應的影響,探討施鉀效應與土壤速效鉀的關系,并初步建立土壤速效鉀臨界值指標,旨在為湖南油菜生產科學施用鉀肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設計

67個田間試驗于2005～ 2008年期間在湖南省的鼎城、安鄉、澧縣、津市、桃源、耒陽、花垣、慈利、靖州、衡陽、茶陵等縣(市)進行,其中分布在湘北洞庭湖區的試驗 28個,湘西-湘西南地區 30個,湘南地區 5個,湘中-湘東區 4個。

供試油菜品種主要有湖南農業大學選育的湘雜油188、湘雜油 631、湘雜油 6號,華中農業大學選育的華雜6號、華雜9號、華雜10號以及湖南省農科院作物所選育的湘雜油4號、豐油701等。試驗前茬作物主要為水稻、棉花或玉米。

供試土壤的速效鉀含量變化幅度為 42～250 mg/kg,平均含量為 98.0 mg/kg;有機質含量變化范圍11.8～ 46.3 g/kg,平均含量 29.3 g/kg;堿解氮 50～291 mg/kg,平均含量 153.5 mg/kg;有效磷變化范圍2.2～ 66.7 mg/kg,平均含量 16.5 mg/kg;pH在 4～8.11范圍內變化。

試驗設施鉀(+K)和不施鉀(CK)處理。鉀肥用量變化幅度為 K2O 63～180 kg/hm2,絕大多數試驗施鉀量為K2O 135 kg/hm2。其它養分施用量一般為N 180 kg/hm2,P2O590 kg/hm2。氮、磷、鉀化肥品種分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。全部磷肥在油菜移栽時作基肥施用,60%～ 70%的氮、鉀肥作基肥施用,余下的分1～2次在苗期或薹期追施。

1.2 采樣時間及測定方法

土樣采集時間安排在秋季,上一茬作物收獲后尚未翻耕時進行,在供試田塊沿“S”形路線采集 10～ 15點耕層土樣組成混合樣。土壤的pH、有機質、速效P、速效 K均采用常規分析方法測定[5]。油菜籽產量以各小區實收計產。

按照 Cate-Nelson方法(十字交叉法)作圖確定土壤速效鉀含量臨界值[6]。具體方法為:畫兩條互垂線,一條平行于x軸,另一條平行于 y軸,兩條線組成一個十字架。利用不施鉀(CK)處理占施鉀(+K)處理的相對產量(或產投比)數據(y軸)與土壤速效鉀測定值(x軸)的關系作散點圖,確定y軸的定值位置,移動十字架,使第二、四象限的點盡量少(y軸為產投比時要求盡量多),垂線與x軸的交點即為達到相應的相對產量(或產投比)時的土壤速效鉀臨界值[7]。本研究分別估算相對產量為 90%及產投比為 2.0和 1.5時的土壤速效鉀臨界值。

2 結果與分析

2.1 施鉀對油菜產量及經濟效益的影響

試驗結果表明,油菜施鉀具有明顯的增產效果(表1)。施鉀(+ K)處理平均產量 2 333 kg/hm2,比不施鉀(CK)處理平均增產331 kg/hm2,每千克K2O平均增收2.5 kg油菜籽。其中,1個試驗施鉀油菜籽增產量達到1 587 kg/hm2,占試驗總數的 1.5%,增產 500～ 1 000 kg/hm2的試驗個數占總試驗數的 16.4%,增產100～500 kg/hm2的試驗占77.7%,增產低于100kg/hm2的占4.5%。

從增產幅度來看,增產率高于 50%的試驗占3.0%,增產幅度為 30%～ 50%的占14.9%,增產幅度為10%～ 30%的占56.7%,增產幅度不明顯(增產幅度小于 10%)的占 25.4%。

油菜施鉀產投比統計結果表明,施鉀平均產投比為 1.4。其中,19.4%的試驗施鉀產投比大于 2.0;16.4%的試驗施鉀產投比在 1.5～ 2.0之間;20.9%的試驗施鉀產投比在1.0～1.5之間;43.3%的試驗產投比小于 1,說明這些試驗施鉀盡管提高了產量,但在經濟上出現了虧損。因此,從經濟學角度來看,施用鉀肥經濟回報較好的試驗占35.8%(即產投比大于1.5)。相關性分析表明,土壤速效鉀與相對產量呈極顯著正相關(r=0.37**,n=67),與施鉀增產量呈極顯著負相關(r=-0.32**,n= 67),說明隨土壤速效鉀含量的提高油菜施鉀的增產趨勢在減緩。土壤速效鉀含量與施鉀產投比呈顯著性負相關(r=-0.30*,n= 67),表明隨著土壤速效鉀含量的提高,施鉀經濟回報呈遞減的變化趨勢。

2.2 土壤速效鉀含量對油菜施鉀效果的影響

本研究涉及的 67個試驗分布在湖南省油菜主產區,基礎土壤速效鉀含量范圍相當大,因此按照土壤速效鉀含量范圍分段對油菜施鉀效果進行統計(表 1)。

表1 土壤速效鉀不同含量的油菜施鉀效果Table 1 Effect of soil available K content on response of rapeseed to K application

統計結果表明,土壤速效鉀含量在 40～ 120 mg/kg范圍內,不施鉀(CK)處理油菜籽產量隨著土壤速效鉀含量的上升而增加,土壤速效鉀含量在100～ 120 mg/kg范圍段內,油菜籽產量達到最高,當土壤速效鉀高于此范圍段,CK處理產量表現出隨速效鉀含量的提高而降低的趨勢;施鉀(+K)處理油菜籽產量趨勢與 CK相似,在土壤速效鉀含量較低時,油菜籽產量隨著土壤速效鉀含量的提高而增加,當土壤速效鉀含量在80～ 100 mg/kg范圍段內,油菜籽產量達到最高,之后產量隨土壤速效鉀含量的提高而降低;土壤速效鉀含量在 40～ 200 mg/kg范圍內,施鉀的增產效應基本表現為隨土壤速效鉀含量的提高而減緩,當土壤速效鉀高于200 mg/kg,施鉀增產效應又有所提高。

從土壤速效鉀不同含量范圍來看,土壤速效鉀較低時(40～ 60 mg/kg),產投比大于 1.5的試驗占58.3%,產投比在 1.0～ 1.5之間的占 33.3%,僅一個試驗施鉀產投比低于 1.0;土壤速效鉀在 60～ 80 mg/kg時,31.3%的試驗施鉀經濟回報較好(產投比大于1.5);速效鉀在80～100 mg/kg之間的土壤上油菜施鉀產投比大于 1.5的試驗占 46.2%,產投比在 1.0～1.5之間的占 23.1%,小于1.0的占 30.8%。土壤速效鉀在100～ 120 mg/kg之間的試驗,施鉀經濟效益較好的占 37.5%(產投比大于 1.5),處于虧損(產投比小于1.0)的占37.5%;土壤速效鉀在120～ 140 mg/kg之間的試驗,施鉀產投比高于 1.5的占 33.3%,虧損的占44.4%;土壤速效鉀大于140 mg/kg的所有試驗,施鉀產投比均小于1.0。說明隨著土壤速效鉀含量的提高,施鉀的經濟效益在減緩,當土壤速效鉀高于 140 mg/kg時,油菜施鉀在經濟效益上基本處于虧損狀態。

2.3 油菜土壤速效鉀臨界值的確定

由于土壤速效鉀含量與油菜籽產量、施鉀增產效果及施鉀經濟效益密切相關,因此可以利用土壤速效鉀含量來判定油菜種植區是否需要施鉀。

以不施鉀(CK)處理占施鉀(+K)處理的相對產量作為判定標準時,按照 Cate-Nelson方法作圖,當CK/+K的相對產量達到 90%,土壤速效鉀含量臨界值為106 mg/kg。根據這一標準,本研究有44個試驗點的土壤速效鉀含量低于該臨界值,占試驗總數的65.7%(圖1),說明湖南省油菜主產區有 2/3左右的土壤缺鉀,為了保證較好的增產效果需要施用鉀肥。

圖1 土壤速效鉀含量與油菜相對產量關系圖Fig.1 Relationship between soil available K and VCRwith K

在實際生產中,增產不增收的現象普遍存在,而提高經濟效益是農民從事農業生產追求的主要目的之一。根據 FAO資料,當施肥的產投比達到 2.0時其投入是合算的。根據我國農業生產實際,農民對產投比高于 1.5仍然可以接受,低于1.0時則會虧本,因此本研究分別以產投比為 1.5和2.0作為標準來估算土壤速效鉀臨界值[8]。

圖2 土壤速效鉀含量與油菜產投比關系圖Fig.2 Relationship between soil available K and relative yield of CK/+K application

圖2表明,當以產投比為 2.0作為標準時,土壤速效鉀臨界值為70 mg/kg,以產投比為1.5為標準時,土壤速效鉀臨界值為 100 mg/kg。

3 結論與討論

通過分析 2005～ 2008年湖南省油菜主產區進行的 67個油菜鉀肥大田試驗,主要得到以下結果:

(1)當前生產條件下,湖南省油菜主產區施鉀增產效果顯著。本研究觀察的67個試驗施鉀比不施鉀均增產,油菜施鉀增產范圍為 33～ 1 587 kg/hm2,平均為332 kg/hm2;平均增產幅度為19.1%,施鉀增產效果達5%以上的占95.5%;平均每千克 K2O增收 2.5 kg油菜籽。

(2)本研究中油菜施鉀產投比大于 1.5的試驗占35.8%,產投比在 1.0～ 1.5之間的試驗占 20.9%,產投比小于1.0的試驗占 43.3%。說明油菜施鉀雖然有一定的增收效果,但總體上經濟效益并不高,這也是當前實際生產中油菜施鉀比例偏低的原因之一。

(3)土壤速效鉀含量對油菜產量及施鉀增產效果均有顯著影響。土壤速效鉀較低時,施鉀和不施鉀的油菜籽產量均隨速效鉀含量的提高而增加,當速效鉀含量達到一定范圍后(+K處理為 80～ 100 mg/kg,CK處理為 100～ 120 mg/kg)則降低,當土壤速效鉀含量大于200 mg/kg時,產量均降到最低值。施鉀增產效應在土壤速效鉀含量40～ 200 mg/kg范圍內隨土壤速效鉀含量的提高而減緩,當土壤速效鉀高于 200 mg/kg,施鉀增產效應又有所提高。

(4)施鉀經濟效益受土壤速效鉀含量的影響明顯。在速效鉀含量較低的土壤上,施鉀的經濟回報較高。隨著土壤速效鉀含量的提高,施鉀經濟效益減緩,當土壤速效鉀高于 140 mg/kg時,油菜施鉀在經濟效益上基本處于虧損狀態。

(5)在湖南油菜種植區,按照對照處理產量占施鉀處理產量的90%為標準,土壤速效鉀豐缺指標為106 mg/kg,為達到較好的產量效應,建議低于該指標的土壤種植油菜時應合理施用鉀肥。從經濟角度考慮,當以產投比為2.0和1.5作為標準時,土壤速效鉀臨界值分別為70 mg/kg和 100 mg/kg,低于該指標的土壤上油菜施鉀能得到較好的經濟回報。

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