【目的】研究水旱轮作系统中土壤自然供钾力、钾肥利用率和土壤钾素表观平衡,为农田钾素的可持续性管理提供理论依据。【方法】设置不施肥(CK)、施氮磷肥(NP)和施氮磷钾肥(NPK)3个处理,利用20年稻麦水旱轮作定位试验数据,研究大麦和水稻地上部生物量、产量及籽粒和秸秆中含钾量对不同施肥处理的响应。【结果】在一年两熟和三熟制稻麦轮作系统中,20年不施肥(CK)的作物平均每年可生产籽粒8.24和9.22 t·hm-2,其相当于相应轮作体系平衡施肥(NPK)的75.6%和71.9%,因此施肥对作物产量提高的贡献率分别为24.4%和28.1%,施钾肥对作物籽粒产量提高的贡献分别为11.8%和14.0%。钾肥对旱季作物的增产贡献率高于水季,其中钾肥对大麦产量提高的贡献率平均为17.9%,比水稻的高36.1%。在一年两熟和三熟轮作制中,不施肥的作物平均每年从土壤中吸收的钾量相当于相应平衡施肥的59.1%和58.3%。作物地上部吸钾量的绝大部分来源于秸秆。其中大麦地上部吸钾量的81.7%来源于秸秆,水稻为74.2%—87.6%。旱季土壤钾素自然供应能力低于水季。大麦生长期平均每年土壤钾素自然供应能力为69.8%,比早稻、连作晚稻和单季晚稻分别低15.5%、19.7%和19.4%。随着试验时间的延长,大麦生长期土壤钾素自然供应能力以每年1.6%的速率降低,但水稻生长期土壤供钾能力在时间上没有显著变化,20年定位试验后仍维持在80%以上。尽管施钾肥降低了作物钾素内部利用率,但是年度间各施肥处理作物钾素内部利用率没有显著变化。在平衡施肥条件下,每吸收1 kg钾素,大麦、早稻、连作晚稻和单季晚稻可生产籽粒平均为42.4、44.7、41.3和44.8 kg。每施入1 kg钾肥可生产籽粒分别为83.5、79.7、71.6和69.7 kg。旱季钾肥效率高于水季。在一年两熟轮作制中钾肥表观利用率平均为29.5%,而在一年三熟轮作制中,表观利用率可达41.5%。由于作物对钾素不断的吸收,造成在一年两熟和三熟水旱轮作系统中不施肥(CK)的土壤每年钾素亏缺148.2和182.7 kg·hm-2,而且施氮磷肥加速了土壤钾素的耗竭,每年多携带走钾素57.8和65.0 kg·hm-2。尽管施钾肥缓解了土壤钾素不足,但在一年两熟和三熟轮作制中施钾土壤平均每年仍亏钾分别为146.5和85.5kg·hm-2。【结论】在水旱轮作系统中,水稻生长期土壤供钾能力高于麦季,但旱季钾肥的利用效率高于水季,在年施钾量(K2O)187.5 kg·hm-2的条件下,土壤钾素仍表现亏缺,因此,应该重视土壤钾素平衡问题。
