全 文 ：中国生态农业学报 2009年 7月 第 17卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2009, 17(4): 625−629


* 国际植物营养研究所(IPNI)中国项目和国家科技支撑计划项目(2008BADA4B07)资助
** 通讯作者: 金继运(1950~), 男, 博士, 研究员, 研究方向为植物营养与土壤养分管理。E-mail: jyjin@ipni.net
谭德水(1978~), 男, 博士, 助理研究员, 研究方向为植物营养与施肥及土壤养分管理。E-mail: tandeshui@163.com
收稿日期: 2008-06-20 接受日期: 2008-09-28
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00625
灌淤土区长期施钾对作物产量与养分
及土壤钾素的长期效应研究*
谭德水 1 金继运 2** 黄绍文 2 刘兆辉 1 江丽华 1
(1. 山东省农业科学院土壤肥料研究所 济南 250100；2. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 北京 100081)
摘 要 通过在宁夏灌淤土区长达 14 年的连续施钾和小麦秸秆还田试验, 研究钾素投入对作物产量、养分和
土壤钾素状况的影响。结果表明：小麦秸秆还田和长期施用钾肥均可不同程度提高小麦和玉米的经济产量, 其
中施钾年平均增产小麦 244 kg·hm−2, 玉米 397 kg·hm−2, 处理之间产量表现为氮磷钾肥配合秸秆还田>施用
氮磷钾肥>氮磷肥配合秸秆还田>只施用氮磷肥。定位后 8~10年施钾肥开始显著有效, 玉米显效时间早于小麦；
秸秆还田和钾肥的投入均可提高籽粒和秸秆的钾素吸收量 , 秸秆含钾丰富 , 籽粒钾含量仅占植株钾总量的
13%~17%；施用钾肥可提高作物籽粒大中微量元素含量而降低秸秆中、微量元素含量, 促进籽粒对大部分元
素的吸收；长期不施钾肥处理(NP 和 NP+St)0~20 cm 土层土壤速效钾和缓效钾含量较定位开始时下降; 所有处
理土壤全钾含量均表现下降, 下降幅度为 0.8~1.2 g·kg−1。
关键词 长期施钾 秸秆还田 作物产量 作物养分 土壤钾素 灌淤土
中图分类号: S143.3；S513.06 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)04-0625-05
Effect of long-term potassium application on irrigated soil potassium
and on the yield and nutrient of crops
TAN De-Shui1, JIN Ji-Yun2, HUANG Shao-Wen2, LIU Zhao-Hui1, JIANG Li-Hua1
(1. Institute of Soil and Fertilizer, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China;
2. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)
Abstract An experiment on the long-term application of potassium (K) fertilizer and wheat straw in irrigated soils of Ningxia,
northwestern China began in 1993. The objective of the experiment was to determine the effect of K fertilizer application and wheat
straw return to soil on crop nutrient content and yield and the status of soil K in plowed soil layers. The results show that K fertilizer
and wheat straw increase yield of wheat and maize. K fertilizer treatments increase wheat yield by 244 kg·hm−2 and maize yield by
397 kg·hm−2 annually. The order of all treatments effect on yield is as follows: NPK+straw > NPK > NP+straw > NP. K fertilizer has
a significant effect on crop yield when it is continuously applied for 8~10 years. Significant response of yield to K application occurs
earlier in maize than in wheat. Furthermore, K fertilizer and wheat straw return to soil increase potassium content in the kernel and
straw of the crops. There is a higher potassium content in straw, while it in kernels accounts for only 13%~17% of the total potassium
content of plant. Furthermore, K fertilizer enhances the elements contents of kernels and accelerates element absorption by kernels.
However, K fertilizer reduces trace- and micro-elements in straw. The content of 0~20 cm soil available K and slowly available K in
non-potassium (NP and NP+Straw) treatments for long-term application decrease. Total K content in all treatment declines at a rate of
0.8~1.2 g·kg−1.
Key words Long-term K fertilizer application, Wheat straw return to soil, Crop yield, Crop nutrition, Soil potassium, Irri-
gated soil
(Received June 20, 2008; accepted Sept. 28, 2008)
626 中国生态农业学报 2009 第 17卷


随作物高产品种的出现、复种指数的提高和氮
磷肥用量的增加 , 土壤钾素消耗量极大 [1], 生产上
对钾肥的需求也较迫切。20 世纪 90 年代至今在我
国北方一些地区施用钾肥增产的效果日趋明显, 钾
肥用量也逐年增多[2−4]。目前中国的钾肥主要依靠进
口 [5], 从节省生产成本和优化资源利用方面 , 秸秆
还田是对土壤钾库的一个有效补充。小麦秸秆直接
或间接归还于土壤, 可为小麦、玉米建立一个良好
的土壤生态体系[6,7]。
中国北方地区土壤钾素状况差异较大, 不同土
壤类型施钾的效果大不相同 [8], 前人的研究多集中
在施钾及施钾量对作物产量和品质的影响上 [9−11],
对土壤养分影响的报道也多为短期研究[2,6,12]。由于
在短期内评价土壤和施肥的供钾效果尚不全面, 利
用长期定位方法研究施肥对作物产量、养分及土壤
钾素状况的影响是国内外生产上一种行之有效的方
法[13]。为此, 本研究利用钾肥和小麦秸秆还田长期
定位试验, 针对宁夏灌淤土区典型种植制度(小麦−
玉米轮作)作物产量的钾肥效应作全面系统的研究,
从作物增产增效的角度为各地区典型农田土壤和主
要作物的钾肥施用进行合理预测和优化管理。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验始于 1993年, 定位点位于西北地区宁夏银
川市郊区大新乡, 黏土矿物含量为云母>高岭石>石
英>绿泥石>蛭石 , 土壤为黏壤质灌淤土 , 偏碱性 ,
供钾能力高 , 种植制度为冬小麦−夏玉米轮作 , 每
年均用当地主推高产品种。定位开始时耕层土
壤(0~20 cm)具体肥力状况为：pH 7.75, 阳离子交
换量 10.8 cmol·kg−1, 全氮 0.97 g·kg−1, 有机质
11.5 g·kg−1, 铵态氮 28.6 mg·kg−1, 速效磷 31.8
mg·kg−1, 速效钾 156.0 mg·kg−1。铵态氮用系统研
究法测定；速效磷用 0.5 mol·L−1 NaHCO3浸提, 钼
锑抗比色法测定；速效钾用 1 mol·L−1 醋酸铵溶液
浸提, 原子吸收分光光度计测定。
试验设 4 个处理, 均在充足的氮磷底肥下进行:
1) NP(对照)；2) NP+St(小麦秸秆全部还田, St: Re-
turning all wheat straw into soil)；3) NPK；4) NPK+St。
小麦种植时施 N 138 kg·hm−2、P2O5 103.5 kg·hm−2、
K2O 150 kg·hm−2；玉米种植时施 N 414 kg·hm−2、
P2O5 103.5 kg·hm−2、K2O 150 kg·hm−2。试验用化
肥为尿素(底追施比例为 1∶2)、重过磷酸钙(底施)
和氯化钾(加拿大进口钾肥, 含 K2O 60%, 生理中性
肥料, 底施)。每处理 4 次重复, 每小区(重复)面积
33.6 m2, 随机排列, 每年作物施肥量和施肥方式相
同, 栽培管理措施同当地大田生产, 每年每季作物
收获时将小区作物全部收获测产, 并将小麦秸秆称
重后粉碎还田, 另取少部分籽粒和秸秆样品烘干后
粉碎过筛, 进行养分含量测定。
1992年于最后一季作物收获时取 0~20 cm土层
土壤样品, 风干保存, 同时开始定位试验。2006 年
最后一季作物收获时取 0~20 cm 土层土样, 风干后
过 1 mm筛, 用于土壤速效钾和缓效钾的测定, 风干
土过 0.25 mm筛用于土壤全钾测定。1992年与 2006
年土壤样品各项目测定同时进行。
1.2 测定项目及方法
烘干植株样品加 H2SO4+H2O2 进行消煮, 蒸馏
水定容。凯氏定氮法测定氮 , 钒钼黄比色法测定
磷, 原子吸收分光光度法测定钾、钙、镁、铜、铁、
锰、锌。
速效钾是当季作物可以吸收利用的主要土壤钾
形态, 是衡量土壤对当季作物供应钾素能力的重要
指标, 用 1 mol·L−1中性醋酸铵溶液提取。
缓效钾是指易风化含钾矿物晶格内含有的钾和
土壤内固钾矿物所固定的钾, 是衡量土壤长时期供
钾能力的指标, 用 1 mol·L−1硝酸溶液煮沸提取。
全钾用氢氧化钠熔融。
提取出来的钾稀释后用原子吸收分光光度计
测定。
钾肥效应=施钾增产量/施钾量 (1)
用 DPS 3.01v专业版软件进行统计分析
2 结果与分析
2.1 钾肥的增产效应
由表 1 可知, 与只施氮磷肥处理(NP)相比, 小
麦秸秆还田和钾肥的长期施用均可不同程度提高小
麦和玉米的经济产量, 从而提高一年两作作物的总
产量。其中秸秆还田对两种作物增产幅度较小, 对
小麦和玉米分别增产 3.02%和 2.46%；长期施用钾肥
的增产效果相对明显, 小麦和玉米分别增产 5.00%
和 4.72%。两种措施对小麦的增产百分率均大于
玉米, 但对小麦增产的绝对值均低于玉米。从单位
钾肥的增产效应看, NPK处理的钾肥效应显著[小麦
和玉米分别为 1.83 kg·kg−1 (K2O)和 3.53 kg·kg−1
(K2O)], 而由于 NP+St 处理中秸秆对土壤钾素的补
充作用, 使 NPK+St 处理的钾肥效应相对较低[小麦
和玉米分别为 1.42 kg·kg−1 (K2O)和 1.75 kg·kg−1
(K2O)]。
2.2 不同作物钾肥显效时间变化
选择 NPK 和 NP 处理相比较(表 2), 纵观 14 年
钾肥施用对作物的产量效果, 与不施钾处理相比较,
第 4期 谭德水等: 灌淤土区长期施钾对作物产量与养分及土壤钾素的长期效应研究 627


表 1 小麦玉米施钾增产状况及钾肥产量效应(14 年平均)
Tab. 1 Yield increase of wheat and maize and yield efficiency of potassium applied to field (average of 14 years)
产量 Yield (kg·hm−2) 处理 Treatment
小麦 Wheat 玉米 Maize 总计 Total
NP 4 801±766 8 299±730 13 100±1 270
NP+St 4 980±732 8 639±715 13 619±1 288
NPK 5 076±736 8 829±707 13 905±1 248
NPK+St 5 193±769 8 902±688 14 095±1 301
kg·hm−2 148 207 355 秸秆平均增产
Yield increase of St % 3.02 2.46 2.66
kg·hm−2 244 397 641 钾肥平均增产
Yield increase of K fertilizer % 5.00 4.72 4.82
NPK—NP 1.83 3.53 2.68 钾肥效应[kg·kg−1(K2O)]
Efficiency of K fertilizer NPK+St—NP+St 1.42 1.75 1.59

表 2 钾肥施用对小麦玉米产量显效时间一览
Tab. 2 General view of time when application of K fertilizer significantly affects yield of wheat and maize
年份 Year 作物
Crop 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
小麦 Wheat * * * * *
玉米 Maize ** * * ** ** ** **
选择 NPK与 NP处理进行比较, 下表同。*表示差异显著, **表示差异极显著(T检验)。Comparison between NPK treatment and NP treatment,
the same as the next table. * means significant difference, ** means extremely significant difference (T test).

小麦作物上施钾在定位开始后的第 10 年(2002 年)
开始显效, 至 2006年各年份均达显著水平；而玉米
作物上施钾在定位开始后第 8年(2000年)显著有效,
较小麦作物显效时间早, 2000~2006年均达显著或极
显著水平。
2.3 施钾对作物养分吸收的影响
2.3.1 长期施钾与秸秆还田对作物含钾量的影响
由图 1 可以看出, 相同处理玉米作物的年平均
钾素吸收量高于小麦。秸秆还田和钾肥的投入均可
提高籽粒和秸秆中的钾素吸收量, 处理之间表现为
NPK+St 处理＞NPK 处理＞NP+St 处理＞NP 处理,
其中 NPK+St处理小麦和玉米的年均吸钾量(K)分别


图 1 小麦玉米各器官年均含钾量
Fig. 1 Annual average potassium content in different
organs of wheat and maize
为 160.1 kg·hm−2 和 198.4 kg·hm−2。两种作物中
籽粒吸收的钾素量比例较小, 仅占植株总吸收钾素
量的 13%~17%, 秸秆含钾量丰富。
此外可以看出, 作物每年的钾素吸收量变异较
大, 与产量和钾素的含量密切相关。
2.3.2 长期施用钾肥对作物大中微量元素含量的影响
从试验 4个处理中选择 NP和 NPK处理比较施
用钾肥对作物籽粒和秸秆各营养元素含量的影响
(表 3)。可以看出, 在小麦作物上, NPK 处理的籽粒
N 和其他中微量元素含量均不同程度高于 NP 处理,
P和K含量略低于NP处理, 在秸秆中, NPK处理N、
P、K 元素含量高于 NP 处理, 而其他元素在两处理
中的表现特点与大量元素相反；在玉米作物上 , 施
钾处理 (NPK)籽粒中各种元素含量均高于不施钾
(NP)处理, 而在秸秆上的表现与小麦相似, 除 N、
P、K 外, 施钾均降低其他中微量元素在秸秆中的
含量。
2.4 0~20 cm土层不同处理土壤各形态钾素含量
由表 4可知, 经过 14年不同施肥处理, NPK和
NPK+St处理土壤速效钾、缓效钾和全钾含量均高于
NP和 NP+St处理, 且差异达显著水平。与定位开始
时(1993年)相比, NP和 NP+St处理土壤速效钾和缓
效钾含量低于定位开始, NPK和NPK+St处理则高于
定位开始, 4个处理的全钾含量均不同程度低于定位
开始。
628 中国生态农业学报 2009 第 17卷


表 3 长期施用钾肥对作物籽粒和秸秆营养元素含量的影响(2006 年)
Tab. 3 Effect of long-term application of K fertilizer on content of nutrient elements in kernel and straw of crop in 2006
作物
Crop
器官
Organ
处理
Treatment
N
(mg·g−1)
P
(mg·g−1)
K
(mg·g−1)
Ca
(mg·g−1)
Mg
(mg·g−1)
Cu
(mg·kg−1)
Fe
(mg·kg−1)
Mn
(mg·kg−1)
Zn
(mg·kg−1)
NP 23.01 4.00 5.02 0.70 1.68 0.004 0.372 0.020 0.027 籽粒
Kernel
NPK 23.38 3.94 4.88 0.79 1.70 0.004 0.427 0.022 0.030
NP 8.64 0.59 23.90 6.55 3.93 0.032 2.226 0.049 0.039
小麦
Wheat




秸秆
Straw
NPK 9.32 0.66 36.03 3.67 1.61 0.032 1.229 0.032 0.034
NP 12.11 2.14 3.34 0.18 1.02 0.001 0.023 0.008 0.010 籽粒
Kernel
NPK 12.17 2.33 3.43 0.21 1.09 0.003 0.036 0.009 0.012
NP 11.98 1.13 20.08 5.41 4.89 0.023 0.780 0.094 0.031
玉米
Maize



秸秆
Straw
NPK 12.16 1.26 22.70 4.55 3.64 0.019 0.618 0.083 0.025

表 4 长期施用钾肥与小麦秸秆还田对土壤钾素状况的影响
Tab. 4 Effect of long-term application of K fertilizer and returning wheat straw into soil on soil potassium
速效钾
Available K (mg·kg−1)
缓效钾
Slowly available K (mg·kg−1)
全钾
Total K (g·kg−1) 处理
Treatment
1993 2006 1993 2006 1993 2006
NP 148.0b 1 009.3b 18.8b
NP+St 150.5b 1 011.1b 18.8b
NPK 178.1a 1 125.2a 19.0a
NPK+St
156.0
189.1a
1 087.3
1 136.5a
20.0
19.2a
同列不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著(LSD法)。 Different letters in the same column indicate significant difference at 5% level
(LSD).

3 结论与讨论
长期定位肥料试验后, 同种类型土壤形成了不
同的土壤肥力, 可为研究肥料运筹对作物产量的影
响提供极为有利的基础条件[13]。随土壤钾素的不断
消耗 , 中国北方土壤许多作物有施钾增产的报
道[14−16]。本研究通过 14年的定位试验发现, 施用钾
肥、秸秆还田和秸秆还田配合施钾肥, 对小麦和玉
米均有明显的增产效应, 且 3 种方式在玉米上的增
产效果优于小麦；同一作物秸秆还田结合施钾肥的
增产效果最好；施用钾肥在玉米作物上的显效时间
早于小麦。此外, 施钾或秸秆还田提高作物养分收
获量源于植株生物产量提高和体内养分含量提高的
双重影响, 施用钾肥可促进作物籽粒对氮磷和中量
元素的吸收但降低秸秆营养器官的中微量元素含量,
钾肥对籽粒钾素含量影响不大但明显提高茎叶中的
钾含量, 与前人研究结果相似[11]。增施钾肥有利于
籽粒中 Mn、Zn、Fe含量的积累, 对小麦籽粒 Cu含
量的影响不明显。
本研究结果可以看出, 无论是施用钾肥或是秸
秆还田, 定位点各处理全钾含量较定位开始都有不
同程度的降低。由于作物的吸收、土壤钾的径流和
向下迁移等途径的损失[17], 虽然有些处理速效态钾
或非交换性钾较定位开始有所升高, 但这也是以消
耗全钾的绝对量为代价。宁夏灌淤土区轮作制度下
各处理全钾降低幅度较大, 说明该种植地区的耕层
土壤钾素消耗严重[18], 从节省资源的角度需秸秆还
田配合钾肥施用来缓解土壤钾素含量的降低。秸秆
还田是农业生产获得高产高效的基本措施之一[19,20],
对于提高资源利用率、节本增效、提高耕地基础地
力和农业的可持续发展具有重要意义。徐祖祥[21]、
孙伟红 [22]在黄淮海旱农区小麦−玉米轮作体系中研
究表明, 连续秸秆还田有提高作物产量和减缓土壤
肥力下降的作用。本研究结果表明, 秸秆含钾量较
多, 植株收获钾素主要来源于秸秆钾的贡献, 秸秆
还田对钾元素的循环利用尤为重要, 通过不同方式
将秸秆归还到土壤中去, 可延缓土壤钾素的大量亏
损, 是解决我国钾肥资源不足的一项重要措施。
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