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肥料是粮食的粮食，化肥对世界粮食产量的贡献率在50％左右。中国氮、磷肥基本自给自足，但钾肥还有50％的缺口需要进口。水稻小麦轮作系统是世界上最大的农业生产系统，主要分布在中国和印度。中国稻麦轮作区主要分布在长三角地区，种植面积和产量都占20％左右。研究中国长三角地区稻麦轮作体系钾肥高效施用策略具有重要战略意义。本文针对长三角稻麦轮作体系，通过田间调查和多年定位试验，开展了测土施钾、植株吸钾规律和基于多年定位试验的施钾策略等方面的研究。提出了与秸杆是否还田密切相关的水稻小麦轮作体系钾肥高效施用策略。具体研究结果如下:
1.本研究通过测土施钾技术，基于醋酸铵法和四苯硼钠法建立了长三角稻麦体系土壤钾素丰缺指标。2012-2016年在长三角地区稻麦轮作系统中布置了66个钾肥肥效试验，通过建立水稻、小麦相对产量和土壤有效钾（醋酸铵钾、四苯硼钠钾）含量的关系，确定了长三角地区稻田、麦田土壤有效钾（醋酸铵钾、四苯硼钠钾）的丰缺指标。结果表明，稻田土壤适合以醋酸铵钾作为土壤钾素的丰缺指标，土壤醋酸铵钾“严重缺乏”指标为＜15mg kg-1，“缺乏”指标为15～33mg kg-1，“轻度缺乏”指标为33～50mg kg-1，“适宜”指标为50～75mg kg-1，“丰富”指标为＞75mg kg-1。麦田土壤适合以四苯硼钠钾作为土壤钾素的丰缺指标，土壤四苯硼钠钾“严重缺乏”指标为＜97mg kg-1，“缺乏”指标为97～160mg kg-1，“轻度缺乏”指标为160～205mg kg-1，“适宜”指标为205～262mg kg-1，“丰富”指标为＞262mg kg-1。本研究建立的土壤钾素丰缺指标可以为长三角地区稻麦轮作系统的钾肥高效施用提供理论依据。
2.作物按需供钾的基础是了解作物的吸钾规律。本研究通过定量分析不同生育期水稻地上部及各部位干物质与钾素积累的动态变化研究了秸秆还田配施钾肥对长三角水稻钾素吸收及分配的影响。结果表明，水稻地上部干物质与钾素积累的动态变化可以通过Logistic生长曲线模拟，且拟合系数极显著。秸秆还田配施钾肥显著增加水稻地上部和各器官干物质与钾素积累量。水稻干物质与钾素积累速率随生长发育呈单峰变化特征，各处理干物质与钾素积累最大速率出现时间平均为移栽后73天与55天。秸秆还田配施钾肥使水稻干物质与钾素积累的始盛期、最大积累速率期、盛末期出现时间提前，并使快速积累持续时间缩短。水稻体内钾素积累主要在茎部和鞘部，秸秆还田配施钾肥增加了茎部和鞘部的分配比例，降低了叶部和籽实的分配比例。水稻高效施钾时间是拔节孕穗期到齐穗期之前。
3.在秸秆不还田条件下，施用钾肥对作物产量和土壤钾素供应具有重要作用。从2009年到2014年，在长三角地区的稻麦轮作系统中开展了5个钾素水平的田间试验。本试验研究了小麦和水稻产量对不同施钾量的响应，并比较了三种土壤钾素提取方法（醋酸铵法、沸硝酸法和四苯硼钠法）提取土壤有效钾的变化。与常规施钾量相比，长期不施用钾肥小麦、水稻产量显著降低了47％、15％(小麦和水稻常规施钾量分别为90和120kg K2O hm-2)。100％FKP实现了小麦和水稻的最优产量。当没有使用秸秆还田替代钾肥时，需要大量的化肥钾投入来维持土壤钾素平衡。当施钾量低于160％FKP时，随着轮作次数的增加，土壤可提取钾含量不断下降。醋酸铵法和沸硝酸法的钾素提取量和变化量均显著低于四苯硼钠法。四苯硼钠法可用于准确测定作物系统中土壤有效钾的变化。
4.秸秆还田替代钾肥对作物产量和土壤钾素供应具有重要作用。从2012到2016年，在长三角地区的稻麦轮作系统中开展了秸秆还田配施钾肥试验。本试验研究了秸秆配施钾肥对小麦和水稻产量的影响，并比较了两种土壤提取方法(醋酸铵(NH4OAc)和四苯硼钠(NaTPB))提取土壤有效钾的变化。研究发现，两个试验点（姜堰和广德）在4年的试验期内，水稻产量不受钾的影响。而在广德土壤中，在第4个小麦季，如果不供钾(K0)，小麦就不能正常生长。在姜堰土壤中，无钾对照小麦籽粒产量比秸秆还田配施钾肥下降11％。小麦在两种土壤中不同反应表明与醋酸铵钾相比，四苯硼钠钾能更好地代表土壤钾供应能力。秸秆还田替代钾肥技术对农田土壤钾素平衡具有重要作用，秸秆还田配施籽粒带走量的钾肥是最高效的施钾策略。
依据土壤钾素丰缺状况的测土施钾和依据作物吸钾规律的按需供钾虽然能够实现精确施钾，但由于操作复杂，对于普通农民的可行性较难。秸秆不还田的情况下，光靠施用化肥钾很难维持土壤钾素平衡，长此以往，必将导致作物产量的歉收。秸秆还田的情况下，再配施籽粒带走量的钾肥能够维持土壤钾素平衡，且能够保持较高的土壤钾素肥力。最终确定秸秆还田配施籽粒带走量的钾肥在稻麦轮作系统中是高效且简单易操作的施钾策略。
1.本研究通过测土施钾技术，基于醋酸铵法和四苯硼钠法建立了长三角稻麦体系土壤钾素丰缺指标。2012-2016年在长三角地区稻麦轮作系统中布置了66个钾肥肥效试验，通过建立水稻、小麦相对产量和土壤有效钾（醋酸铵钾、四苯硼钠钾）含量的关系，确定了长三角地区稻田、麦田土壤有效钾（醋酸铵钾、四苯硼钠钾）的丰缺指标。结果表明，稻田土壤适合以醋酸铵钾作为土壤钾素的丰缺指标，土壤醋酸铵钾“严重缺乏”指标为＜15mg kg-1，“缺乏”指标为15～33mg kg-1，“轻度缺乏”指标为33～50mg kg-1，“适宜”指标为50～75mg kg-1，“丰富”指标为＞75mg kg-1。麦田土壤适合以四苯硼钠钾作为土壤钾素的丰缺指标，土壤四苯硼钠钾“严重缺乏”指标为＜97mg kg-1，“缺乏”指标为97～160mg kg-1，“轻度缺乏”指标为160～205mg kg-1，“适宜”指标为205～262mg kg-1，“丰富”指标为＞262mg kg-1。本研究建立的土壤钾素丰缺指标可以为长三角地区稻麦轮作系统的钾肥高效施用提供理论依据。
2.作物按需供钾的基础是了解作物的吸钾规律。本研究通过定量分析不同生育期水稻地上部及各部位干物质与钾素积累的动态变化研究了秸秆还田配施钾肥对长三角水稻钾素吸收及分配的影响。结果表明，水稻地上部干物质与钾素积累的动态变化可以通过Logistic生长曲线模拟，且拟合系数极显著。秸秆还田配施钾肥显著增加水稻地上部和各器官干物质与钾素积累量。水稻干物质与钾素积累速率随生长发育呈单峰变化特征，各处理干物质与钾素积累最大速率出现时间平均为移栽后73天与55天。秸秆还田配施钾肥使水稻干物质与钾素积累的始盛期、最大积累速率期、盛末期出现时间提前，并使快速积累持续时间缩短。水稻体内钾素积累主要在茎部和鞘部，秸秆还田配施钾肥增加了茎部和鞘部的分配比例，降低了叶部和籽实的分配比例。水稻高效施钾时间是拔节孕穗期到齐穗期之前。
3.在秸秆不还田条件下，施用钾肥对作物产量和土壤钾素供应具有重要作用。从2009年到2014年，在长三角地区的稻麦轮作系统中开展了5个钾素水平的田间试验。本试验研究了小麦和水稻产量对不同施钾量的响应，并比较了三种土壤钾素提取方法（醋酸铵法、沸硝酸法和四苯硼钠法）提取土壤有效钾的变化。与常规施钾量相比，长期不施用钾肥小麦、水稻产量显著降低了47％、15％(小麦和水稻常规施钾量分别为90和120kg K2O hm-2)。100％FKP实现了小麦和水稻的最优产量。当没有使用秸秆还田替代钾肥时，需要大量的化肥钾投入来维持土壤钾素平衡。当施钾量低于160％FKP时，随着轮作次数的增加，土壤可提取钾含量不断下降。醋酸铵法和沸硝酸法的钾素提取量和变化量均显著低于四苯硼钠法。四苯硼钠法可用于准确测定作物系统中土壤有效钾的变化。
4.秸秆还田替代钾肥对作物产量和土壤钾素供应具有重要作用。从2012到2016年，在长三角地区的稻麦轮作系统中开展了秸秆还田配施钾肥试验。本试验研究了秸秆配施钾肥对小麦和水稻产量的影响，并比较了两种土壤提取方法(醋酸铵(NH4OAc)和四苯硼钠(NaTPB))提取土壤有效钾的变化。研究发现，两个试验点（姜堰和广德）在4年的试验期内，水稻产量不受钾的影响。而在广德土壤中，在第4个小麦季，如果不供钾(K0)，小麦就不能正常生长。在姜堰土壤中，无钾对照小麦籽粒产量比秸秆还田配施钾肥下降11％。小麦在两种土壤中不同反应表明与醋酸铵钾相比，四苯硼钠钾能更好地代表土壤钾供应能力。秸秆还田替代钾肥技术对农田土壤钾素平衡具有重要作用，秸秆还田配施籽粒带走量的钾肥是最高效的施钾策略。
依据土壤钾素丰缺状况的测土施钾和依据作物吸钾规律的按需供钾虽然能够实现精确施钾，但由于操作复杂，对于普通农民的可行性较难。秸秆不还田的情况下，光靠施用化肥钾很难维持土壤钾素平衡，长此以往，必将导致作物产量的歉收。秸秆还田的情况下，再配施籽粒带走量的钾肥能够维持土壤钾素平衡，且能够保持较高的土壤钾素肥力。最终确定秸秆还田配施籽粒带走量的钾肥在稻麦轮作系统中是高效且简单易操作的施钾策略。