減氮增鉀對水稻產量品質和土壤肥力的影響

汪帆　胡大鵬　鄭玉濤　鐘宇帆　姚宇闐

摘要：為減少氮肥用量，明確減氮增鉀對土壤肥力和水稻產量品質的影響，以水稻為材料，采用大田試驗，設置了5個處理：空白對照，不施肥（CK）；常規施肥（T1）；減氮20%+氯化鉀肥（T2）；減氮20% （緩釋氮肥）+氯化鉀肥（T3）；減氮35% （緩釋氮肥）+氯化鉀肥（T4）。結果表明：與CK相比，各生長期T4處理水稻分蘗數均顯著增加。在拔節期，施肥處理后的水稻生物量顯著高于CK組。在成熟期，T4處理水稻株高顯著高于CK處理12.43%。從作物產量及其構成來看，T4處理水稻單位面積穗數最高，分別顯著高于CK、T1處理44.36%、10.44%，T3、T4處理水稻單產較CK增幅分別為25.97%、19.39%。從作物外形和品質來看，減氮增鉀肥處理稻米的堊白粒率顯著低于CK、T1處理，其中T3處理稻米黏度和平衡度均顯著高于CK組，且與T1處理相比，T3處理稻米平衡度明顯提高了6%。從土壤理化性質來看，T3、T4處理土壤速效鉀含量較T1處理顯著提高，漲幅分別為29.40%、25.37%。綜合來看，以減氮處理（緩釋氮肥）+氯化鉀肥方案效果最佳，可為水稻化學肥料減施技術模式的建立提供重要依據。

關鍵詞：減氮增鉀；水稻產量；稻米品質；土壤肥力

中圖分類號：S513.06文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2023）17-0086-05

水稻是我國最重要的主糧作物之一，種植面積約占我國糧食總面積的1/3，居于世界第二，產量高達我國糧食總產量的1/2，位于世界第一；水稻高產、穩產有利于當地農業經濟的發展，對我國糧食安全的保障具有深遠的戰略意義［1］。江蘇是水稻種植大省，近年來，為提高水稻的產量，氮肥被大量應用于農田，研究表明我國稻田單季氮肥用量平均為180 kg/hm2，比世界平均用量高75%左右［2］。過高的氮肥投入卻大大降低了本身的利用率，浪費了資源，增加了作物對土壤鉀素的消耗量，且未被吸收的氮素會流失造成水體硝酸鹽氮累積導致富營養化，直接或間接地破壞了稻田的生態系統［3-5］。減少氮肥施用，根據作物的需肥規律科學增施鉀肥是實現作物高產、肥料高效利用、生態和諧發展的必由之路［6-7］。

鉀元素是植物生長過程中必需的三大營養元素之一，在提高農作物產量和品質方面起著至關重要的作用［8-10］。在我國大多數耕地土壤中，鉀元素普遍較少，速效鉀<50 mg/kg（嚴重缺鉀）的土壤和速效鉀為50～70 mg/kg（一般缺鉀）的土壤共計超過了2 000萬hm2，約占全國耕地總面積的1/4［11］。研究表明，K+在作物生長發育中能夠維持離子平衡，施加鉀肥有效補充了土壤中K+的含量，調節穩定Na+/K+比，從而促進作物對K+的吸收，緩解氮素過多、鉀元素缺乏造成的不良影響［12］。

目前，國內在水稻種植上的研究仍以傳統方式——大量施用氮肥為主［13］，如何結合作物營養的需求，在減少氮的基礎上通過緩釋作用配施鉀肥對水稻生產上的響應和作用鮮有報道。本研究主要探索在氮肥減用的前提下，增加鉀肥施用量對水稻產量、品質及土壤肥力的影響，以進一步明確減氮增鉀施肥處理的后效性，旨在為節約氮肥配施鉀肥使水稻增產增效的技術模式建立提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2021年6—11月在江蘇省鹽城市射陽縣千秋鎮進行。試驗地點位于江蘇省偏北部沿海地區，緊鄰黃海，項目區屬于射陽縣灘涂區域，位于丫頭港農場范圍內，以小麥—水稻為主要種植模式。試驗前農田耕層（0～20 cm）土壤地力中等（表1），土壤類型為沙質黏土。選取生產上大面積種植的水稻，前茬作物為小麥。供試肥料為尿素（含N 46%）、磷酸氫二銨（含N 18%、P2O5 46%）、氯化鉀（含K2O 58%）以及平衡肥（N、P2O5、K2O含量均為15%）、緩釋氮肥（含N 35%，代替同等氮肥量尿素）。

1.2 試驗設計

試驗采取隨機區組設計，共5個處理：空白對照，不施肥（CK）；常規施肥（T1）；減氮20%+氯化鉀肥（T2）；減氮20% （緩釋氮肥）+氯化鉀肥（T3）；減氮35% （緩釋氮肥）+氯化鉀肥（T4），每個處理3次重復，施肥種類及施肥量梯度見表2。水稻于2020年6月13日開始插秧，使用機插秧種植模式，穴數33.3萬/hm2，小區面積為50 m2。其他田間管理措施按當地高產要求進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 分蘗數與株高調查 每小區選擇 3個具有代表性的觀測點，分別于水稻分蘗中期、拔節期、抽穗期、成熟期調查水稻分蘗數。

1.3.2 生物量 于水稻拔節期、抽穗期、成熟期每小區選取生長均勻且代表性的植株3穴，樣品在105 ℃恒溫下殺青30 min，轉至75 ℃烘干至恒質量后測定植株生物量。

1.3.3 產量及構成 參照《農業氣象觀測規范》［14］分小區于水稻收獲期測定單位面積穗數、穗實粒數、千粒質量，并測定產量。

1.3.4 稻米品質 于成熟期水稻收獲后置于陰涼干燥處風干后用于品質測定，采用JMWT12大米外觀品質檢查儀測定堊白粒率、堊白度，參照NY/T 83—2017《米質測定方法》測定稻米糙米率、精米率等加工指標［15］；稻米（整精米與水1 ∶1.3）煮熟后通過米飯食味儀測定硬度、黏度、平衡度、食味值等食味相關指標。

1.3.5 土壤理化性質 于水稻成熟期采用5點取樣法對每個小區采集耕層0～20 cm土壤樣品，將樣品自然風干研磨過篩測定土壤有機質（重鉻酸鉀-外加熱法）、全氮（凱氏定氮法）、堿解氮（堿解擴散法）、有效磷（NaHCO3-浸提鉬銻鈧比色法）、速效鉀（NH4OAC-浸提火焰光度法）、全磷（HClO4-H2SO4法）、全鉀（火焰光度計法）含量［16］。

1.4 數據統計分析

試驗數據采取DPS數據系統進行單因素統計分析，用 Duncan＇s 新復極差法（α=0.05）進行數據多重比較，并用Microsoft Excel 2010 進行數據分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 減氮增鉀對水稻分蘗和株高的影響

水稻的分孽可保證有效穗數，從而提高作物單產。由表3可以看出，經過T1、T4處理后不同時期的水稻分蘗數與CK相比都顯著增加。在分蘗中期，T1、T4處理后水稻分蘗數分別顯著高于CK處理36.19%、28.10%；在拔節期，除T2處理之外，其他施肥處理水稻分蘗數和CK都有顯著差異；在抽穗期，T4處理水稻分蘗數最多，且與CK存在著極顯著差異；在成熟期，水稻分蘗數從大到小順序依次為T4>T3>T1>T2>CK，說明在減少氮肥施用時，通過增施鉀肥可以有效地保障水稻的基本分蘗數。

株高是植物形態學調查工作中最基本的指標之一。由圖1可知，T1、T4處理水稻株高與CK差異顯著，且分別顯著高于CK 10.79%、12.43%，各施肥處理間水稻的株高無顯著差異。

2.2 減氮增鉀對水稻生物量的影響

生物量是衡量植物有機物積累、營養成分多寡的一個重要指標。由表4可以看出，在拔節期，與CK相較，施肥處理后的水稻生物量顯著提高；在抽穗期和成熟期，各處理間水稻生物量無顯著性差異。

2.3 減氮增鉀對水稻產量及其構成的影響

水稻產量由單位面積穗數、穗實粒數和千粒質量等構成。由表5可以看出，施肥處理后單位面積穗數顯著提高，其中T4處理水稻單位面積穗數最高，分別顯著高于CK、T1、T2處理44.36%、10.44%、21.15%。與CK相比， T1、T2處理穗實粒數顯著增加，但各處理間千粒質量無明顯差異。減氮增鉀施肥處理顯著增加了水稻的產量，相較CK處理，T2、T3、T4處理水稻單產增幅分別為25.73%、25.97%、19.39%，施肥處理間水稻單產量差異不顯著。

2.4 減氮增鉀對稻米品質的影響

堊白度為稻米外觀品質的重要指標之一。由表6可知，減氮增鉀處理稻米的堊白粒率顯著低于CK、T1處理。T4處理稻米堊白度最低，與其他處理均差異顯著。T1處理水稻的糙米率顯著高于減氮增鉀肥處理。與CK相比，施肥處理水稻的精米率都顯著提升，其中T1、T2、T3處理間水稻的精米率無顯著性差異。

食味值、黏度、平衡度等是稻米食味相關品質的重要指標。由表7可知，T1、T2、T4處理稻米食味值較CK都有一定程度的提高，但與T1處理差異不明顯。外觀來看，T3處理稻米最佳，且顯著好于其他處理。從稻米硬度來看，各處理間無顯著性差異。T3處理稻米黏度和平衡度均顯著高于CK組，且與T1處理相比，T3處理稻米平衡度顯著提升了6%。

2.5 減氮增鉀對稻田土壤質量的影響

施肥處理改變了土壤的理化性質。由表8可知，各處理間土壤有機質、堿解氮、有效磷、全磷和全鉀含量均無明顯差異。與CK相比，施肥處理后土壤全氮含量顯著增加，其中T1處理土壤全氮含量最高。與T1處理相比，T3、T4處理土壤速效鉀含量顯著提高，漲幅分別為29.40%、25.37%。

3 討論

大量施用氮肥會對植株產生脅迫壓力，抑制作物分蘗和根系生長。董桂春等研究表明，當供氮濃度提高到42 mg/kg時，水稻總根長、總根表面積和總根體積均隨供氮濃度的提升而降低［17］。張國發等認為，施鉀有利于促進水稻對氮肥和磷肥的吸收利用，促進水稻的株高和養分吸收，有利于作物的分蘗和生長［18］，本研究結果與之相似。在本研究中，各生長期減氮35%（緩釋氮肥）+氯化鉀肥（T4）處理的水稻分蘗數顯著多于CK處理；在拔節期，減氮20%（緩釋氮肥）+氯化鉀肥（T3）處理后水稻生物量值最大，顯著高于CK，與其他施肥處理差異不顯著，在抽穗期和成熟期，各處理差異不顯著。可見，在氮肥減少的情況下，增施鉀肥作物的生長情況與常規大量施用氮肥無明顯區別。

氮肥過多會導致作物旺長、抗逆性下降，易感染病害，影響作物的產量和品質。而鉀元素被公認為“品質元素”，施用鉀肥有助于提升作物對氮肥的利用效率、提高植物抗逆性等［19］。本研究發現，相較常規施肥處理，在減施20%氮肥的基礎上增施鉀肥，水稻仍能實現近2%的增產，且T4處理水稻單位面積穗數最高，分別顯著高于CK、T1處理44.36%、10.44%。從稻米外觀和作物品質來看，減氮增鉀處理稻米的堊白粒率和糙米率都顯著低于CK、T1處理，其中T3處理稻米外觀最佳，其稻米黏度和平衡度均顯著高于CK組，且與T1處理相比，T3處理稻米平衡度明顯提升了6%，這與郭鑫年等的研究結果［20］一致，適宜的鉀素供應水平有利于水稻結實率和收獲穗數的增加，進一步提高水稻的產量和品質。

提高土壤肥力是提升作物可持續生產力的關鍵因素，土壤中鉀元素的供應會影響作物籽粒營養素的相對含量以及干物質積累量，進而影響產量［21-22］。袁國印等研究表明，土壤速效鉀含量對作物的產量影響極其顯著［23］。陳奇樂研究表明，氮磷鉀配方施用處理壩上草地土壤全氮、速效鉀含量分別顯著提高33.83%和21.52%［24］，可見氮磷鉀肥配施能顯著提高土壤的肥力，改善土壤環境，本研究結果與之一致。在本研究中，T3、T4處理土壤速效鉀含量分別顯著高于T1處理29.40%、25.37%，說明在減少氮肥的基礎上增施鉀肥可以改善土壤的理化性質，進而實現作物的穩產和增產，為化學氮肥的減量施用提供技術支持。

4 結論

（1）減氮增鉀會顯著提高各時期水稻的分蘗數，減氮35%（緩釋氮肥）+氯化鉀肥處理水稻的生物量和株高值明顯增加，有利于水稻的生長。（2）減氮增鉀后水稻的產量和品質明顯提升，其中減氮20%（緩釋氮肥）+氯化鉀肥處理效果最佳。（3）減氮增鉀處理土壤速效鉀含量顯著提高，有效改善了土壤肥力，維持了土壤的可持續生產力。

總之，在實際生產中，減少氮肥配施鉀肥處理可有效補充土壤鉀元素含量，促進水稻穩產高質，同時為減少追肥次數，節約時間與氮肥資源采取最佳施肥方案提供技術支撐。

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收稿日期：2022-12-12

基金項目：江蘇省沿海開發集團有限公司青年創新項目（編號：2021110101）。

作者簡介：汪 帆（1988—），男，安徽黃山人，碩士，農藝師，主要從事土壤肥料方面的研究。E-mail：770284507@qq.com。

通信作者：姚宇闐，博士，主要從事土壤改良方面的研究。E-mail：yaoyt@126.com。