Effects of Rape Straw Returning Method and Reduction of Potassium Fertilizer on Potassium Use Efficiency of Tobacco in Tobacco-rape Rotation
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摘要:目的 在烤烟－油菜轮作体系下，探讨油菜秸秆还田对烤烟化学钾肥减量的潜力，研究秸秆还田后烤烟钾肥的利用效率，为该轮作体系下秸秆资源化利用及钾肥减量提供科学依据和技术参考。方法 试验针对一年两熟制的烤烟－油菜轮作模式，以K326品种烤烟和油菜秸秆为试验材料，通过田间定位试验，设置不同N、P、K化肥用量和秸秆直接还田（S）和腐熟后还田（DS）8个处理：（1）NP；（2）NPK（对照）；（3）NP + 85%K + S；（4）NP + 70%K + S；（5）NP + 55%K + S；（6）NP + 85%K + DS；（7）NP + 70%K + DS；（8）NP + 55%K + DS，分析不同处理对烤烟产量、产值、钾素吸收量、钾肥利用率及土壤钾素平衡的影响。结果 油菜秸秆腐熟还田减施钾肥30%处理烤烟产值最高，两年产值分别为78662 元 hm−2和81071 元 hm−2。秸秆腐熟后还田处理的烤烟钾素吸收总量要高于秸秆直接还田处理，秸秆腐熟后还田减施钾肥30%处理最高。两种还田方式连续秸秆还田后，有利于提高钾肥利用率，秸秆腐熟后还田处理的钾肥利用率高于秸秆直接还田处理。两种秸秆还田方式在减施化学钾肥15 ~ 30%时，土壤钾素盈余仍高于对照处理，最高为秸秆直接还田减施钾肥15%处理。结论 在烤烟－油菜轮作模式下，秸秆直接还田和秸秆腐熟后还田均可减少烤烟季化学钾肥投入量30%，采用秸秆腐熟还田烤烟的产量、产值和钾肥利用率等均要好于秸秆直接还田。Abstract:Objective Effects of straw returning on potentiality of potassium (K) fertilizer reduction and K use efficiency of tobacco were studied under a tobacco-rape rotation. The results would provide theoretical basis and technology reference for straw unitization and reduction of K fertilizer in this rotation.Method A located field experiment was carried out under a tobacco-rape rotation. K326 tobacco variety and rape straw were used as experimental materials. Eight different treatments of straw direct returning (S) and decomposed straw returning (DS) were designed: (1) NP; (2) NPK(CK); (3) NP + 85%K + S; (4) NP + 70%K + S; (5) NP + 55%K + S; (6) NP + 85%K + DS; (7) NP + 70%K + DS; (8) NP + 55%K + DS. Yield, output value, K absorption, K use efficiency of tobacco and K balance in soil were studied.Result The results showed that output value of tobacco with the treatment of decomposed straw returning + reduction 30% K fertilizer(NP + 70%K + DS) was the highest in all treatments. Output value of tobacco with the treatment was 78662 yuan hm−2 in 2018 and 81071 yuan hm−2 in 2019. Potassium absorptions of tobacco in treatments with decomposed straw returning were higher than these with straw direct returning. Potassium absorptions of tobacco with NP + 70%K + S treatment was the highest in all treatments. Potassium use efficiency of tobacco with the treatment of continuous straw returning was improved. Potassium use efficiency of tobacco with the treatment of decomposed straw returning was higher than that with the treatment of straw direct returning. Surplus K in soil with treatments of reduction 15%-30% K fertilizer were more than that with CK. Surplus K in soil with the treatment of reduction 15% K fertilizer was the highest in all treatments.Conclusion The results showed that 30% K fertilizer can be reduced with tobacco season under tobacco-rape rotation with the decomposed straw returning or straw direct returning pattern. Yield, output value, K use efficiency of tobacco with decomposed straw returning were better than those with straw direct returning.
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Keywords:
- Rape /
- Tobacco /
- Rotation /
- Output value /
- Potassium use efficiency /
- Potassium balance
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【研究意义】中国是世界第一大钾肥进口国, 由于国际钾肥资源的垄断, 钾肥的价格一直居高不下[1-2]。钾是烤烟必需的三大元素之一，对其产量及产值起着至关重要的作用，且是烟叶重要的品质指标，是公认的烟草品质元素[3-5]，在烤烟栽培中，钾肥的投入远远超过氮、磷等其它营养元素的投入。中国是世界上规模最大的烟草生产国，生产量居世界第一[6], 烤烟生产每年的钾肥的消耗数量巨大，为追求烟叶品质和提高烟叶含钾量，在烤烟单季生产中，投入的钾肥量远远超过对烤烟正常生长的需求量，对钾肥资源造成巨大浪费的同时也危害着土壤的健康。【前人研究进展】油菜秸秆中富含氮、磷、钾等成分，尤以钾较为丰富[7-8]，烤烟跟油菜轮作是一种重要的轮作模式[9]，大量的油菜秸秆就是一种可就地利用的钾肥资源，研究表明，通过油菜秸秆还田可在多种作物上不同程度地替代化学钾肥的施用[10-12]，同时通过油菜秸秆还田对提高土壤肥力、改善理化性状、减轻土壤盐化和提高保墒能力有着明显作用[13-14]。因此，结合油烟轮作模式对油菜秸秆进行还田，既促进了油菜秸秆的资源化利用，又减少烤烟化学钾肥的投入，缓解钾肥资源紧缺带来的矛盾[15]。【本研究切入点】本文采用田间试验，以云南省澄江市烤烟－油菜轮作系统为研究对象，研究油菜秸秆还田后替代烤烟化学钾肥的潜力及烤烟对钾肥的利用效率，同时对油菜秸秆还田方式进行探讨。【拟解决的问题】通过研究探讨油烟轮作模式下油菜秸秆还田对烤烟产质量、钾素吸收量和钾肥利用率的影响，明确通过油菜秸秆还田替代烤烟化学钾肥的潜力及对土壤钾素平衡的影响，以期为该轮作模式下秸秆还田利用提供数据参考。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
试验于2018年在云南省玉溪市澄江县龙街街道后香村进行，试验地坐标为东经102°52′49″，北纬24°38′22″，海拔为1698 m。供试土壤为水稻土，试验前于试验地分别取多点耕作层土壤样品混合，带回室内风干后进行分析，试验地土壤基本理化性质为pH 6.07，有机质45.7 g kg−1，全氮2.52 g kg−1，全磷2.01 g kg−1，全钾16.6 g kg−1，水解性氮218.2 mg kg−1，有效磷104.3 mg kg−1，速效钾321.2 mg kg−1。
供试油菜品种为云油杂28号，烤烟品种为K326，试验所用肥料：烟草专用复合肥（N 12%，P2O5 6%，K2O 24%），硝酸铵钙（含N 27%），过磷酸钙（P2O5 16%），硫酸钾（K2O 50%）。
1.2 试验设计
试验采用一年两熟制的烤烟－油菜轮作模式，试验小区面积36 m2，三次重复，随机区组排列。共8个处理，分别为（1）NP，（2）NPK（对照），（3）NP + 85%K + S，（4）NP + 70%K + S，（5）NP + 55%K + S，（6）NP + 85%K + DS，（7）NP + 70%K + DS，（8）NP + 55%K + DS；其中，N和P表示氮肥和磷肥，K表示钾肥，S表示秸秆直接还田，DS表示秸秆腐熟后还田。油菜收获时，油菜秸秆分开收获后均对应小区，直接还田处理将秸秆粉碎后全量翻压还田到对应小区，腐熟还田处理将秸秆粉碎后堆捂发酵，待完全腐熟后全量还田到对应小区，不施用秸秆的处理油菜秸秆全部清除。钾肥减量试验只在烤烟季进行，除施肥和秸秆还田外，油菜和烤烟其它生产管理方式均按照当地农业部门推荐方法进行。试验于2018年10月种植油菜开始实施，至2020年9月烤烟收获后结束，2019 ~ 2020两季油菜施肥量相同，N为240 kg hm−2，P2O5为105 kg hm−2，K2O为105 kg hm−2，两季烤烟化肥和油菜秸秆施用量见表1。
表 1 2019 ~ 2020烤烟季化肥和秸秆投入量（kg hm−2）Table 1. 2019 ~ 2020 application rates of fertilizer and straw in tobacco season（kg hm−2）处理
Treatment2019年
In 20192020年
In 2020N P2O5 K2O 秸秆
StrawN P2O5 K2O 秸秆
StrawNP 97.5 60 0 0 97.5 60 0 0 NPK 97.5 60 260 0 97.5 60 260 0 NP + 85%K + S 97.5 60 221 4310 98 60 221 4426 NP + 70%K + S 97.5 60 182 4360 98 60 182 4265 NP + 55%K + S 97.5 60 143 4224 98 60 143 4138 NP + 85%K + DS 97.5 60 221 4353 98 60 221 4265 NP + 70%K + DS 97.5 60 182 4241 98 60 182 4355 NP + 55%K + DS 97.5 60 143 4396 98 60 143 4282 1.3 样品采集与测定
油菜收获时，每小区随机选取10株具有代表性植株，烘干去除籽粒后对茎秆进行称重，并测定钾含量，烤烟收获时，每小区随机选取10株，分为根、茎、叶三部分，杀青烘干后分别称重，并测定钾含量，钾的测定采用火焰原子吸收分光光度法。烤烟成熟后，分小区挂牌编竿烘烤，烘烤结束后对各小区产量实测，并由当地烟草公司收购系统技术人员按照相关标准对烟叶进行等级评定，并统计产量、均价、上等烟比例和产值等经济性状。
1.4 数据分析
相关参数计算方法：钾肥利用率（%）=（施钾区吸钾量 − 缺钾区吸钾量） ÷ 施钾量 × 100；钾肥农学效率（kg kg−1）=（施钾区经济产量 − 缺钾区经济产量） ÷ 施钾量；钾素经济学利用效率（kg kg−1）= 经济学产量 ÷ 植株钾素吸收量；钾素生物学利用效率（kg kg−1）= 生物学产量 ÷ 植株钾素吸收量；钾平衡系数 = 投入土壤中的钾 ÷ 带出土壤中的钾；钾素实际平衡率 =（输入钾 − 支出钾） ÷ 支出钾 × 100%。
数据分析采用SPSS 25.0软件和EXCEL软件。
2. 结果与分析
2.1 油菜秸秆还田对烤烟产量及产值的影响
两年烤烟产量和产值结果显示（表2），不施钾肥的NP处理产量、产值和上等烟比例均为最低。2019年度秸秆直接还田的NP + 85%K + S处理产量显著高于NPK处理，NP + 70%K + S和NP + 55%K + S处理产量与NPK处理产量差异不显著，秸秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS处理与NPK处理相比较产量差异不显著；2020年度秸秆直接还田的NP + 70%K + S处理产量显著高于NPK处理，NP + 85%K + S和NP + 55%K + S处理产量与NPK处理产量差异不显著，秸秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS处理产量均显著高于NPK处理。上等烟比例2019年度秸秆直接还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S和NP + 55%K + S处理均显著高于NPK处理，秸秆腐熟后还田的NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS处理上等烟比例显著高于NPK处理，NP + 85%K + DS处理与NPK处理相比无显著差异；2020年度秸秆直接还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S和NP + 55%K + S处理上等烟比例均显著高于NPK处理，秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS处理的上等烟比例均显著高于NPK处理。2019年度秸秆直接还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S和NP + 55%K + S处理产值与NPK处理差异不显著，秸秆腐熟后还田的NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS处理产值显著高于NPK处理；2020年度秸秆直接还田的NP + 70%K + S处理产值显著高于NPK处理；秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS和NP + 70%K + DS处理产值显著高于NPK处理。利用油菜秸秆直接还田和腐熟还田两种方式连续两年还田并减施化学钾肥15% ~ 45%，未对烤烟产量和产值产生负显著效应，在同等减施量下，秸秆腐熟还田处理烤烟产值要好于秸秆直接还田处理。
表 2 秸秆还田对烤烟产量和产值的影响Table 2. Effects of straw returning on yield and output value of flue-cured tobacco处理
Treatment2019年
In 20192020年
In 2020产量（kg hm−2）
Yield上等烟比例（%）
Proportion of first-class
tobacco leaves产值（元 hm−2）
Output value产量（kg hm−2）
Yield上等烟比例（%）
Proportion of first-class
tobacco leaves产值（元 hm−2）
Output valueNP 2146 ± 26 d 56.3 ± 3.4 c 52309 ± 1212 d 2098 ± 35 e 52.8 ± 1.9 c 53280 ± 1331 d NPK 2605 ± 67 bc 56.4 ± 1.9 c 68893 ± 2435 c 2616 ± 103 d 56.1 ± 0.6 c 69838 ± 608 c NP + 85%K + S 2797 ± 109 a 60.9 ± 2.1 b 70996 ± 624 bc 2719 ± 28 bcd 61.9 ± 3.1 ab 73378 ± 637 bc NP + 70%K + S 2549 ± 80 c 61.3 ± 3.4 b 69591 ± 823 bc 2773 ± 65 abc 63.3 ± 2.9 ab 74475 ± 1654 b NP + 55%K + S 2511 ± 104 c 63.6 ± 3.3 b 67735 ± 1164 c 2651 ± 88 cd 65.5 ± 2.6 ab 71300 ± 706 bc NP + 85%K + DS 2769 ± 160 ab 60.7 ± 1.2 bc 73884 ± 1917 ab 2819 ± 130 ab 61.5 ± 1.3 b 75362 ± 1479 b NP + 70%K + DS 2758 ± 85 ab 62.4 ± 1 b 78662 ± 1590 a 2889 ± 73 a 63.9 ± 1.7 ab 81071 ± 2234 a NP + 55%K + DS 2484 ± 124 c 68.5 ± 2.9 a 70675 ± 2189 bc 2779 ± 58 abc 65.9 ± 3.7 a 73011 ± 1665 bc 注：每列不同小写字母表示处理之间差异显著(P < 0.05)，下同。烤烟产值、上等烟比例以2020年云南烤烟收购标准为依据。 2.2 油菜秸秆还田对烤烟钾素吸收量的影响
表3显示为秸秆还田后的烤烟钾素养分吸收量，2019年度秸秆直接还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S和NP + 55%K + S三个处理，烤烟钾素吸收总量表现为随着替代量的增加而降低，但该三个处理与NPK处理相比差异不显著；秸秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS处理与NPK处理相比烤烟钾素吸收总量差异不显著，但在同等替代量下腐熟还田处理要高于直接还田处理。2020年度秸秆直接还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S处理与NPK处理相比烤烟钾素吸收总量差异不显著， NP + 55%K + S处理显著低于NPK处理；秸秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS处理与NPK处理相比烤烟钾素吸收总量差异均不显著。油菜秸秆直接还田，在减施化学钾肥15% ~ 30%时，烤烟钾素吸收总量未显著降低，减施钾肥45%时，有明显降低，通过油菜秸秆腐熟还田，在减施化学钾肥15% ~ 45%时，烤烟钾素吸收总量均无显著负效应。
表 3 秸秆还田对烤烟钾素吸收量的影响Table 3. Effect of straw returning on potassium absorption of tobacco处理
Treatment2019年
In 20192020年
In 2020叶（kg hm2）
Leave茎（kg hm2）
Stem根（kg hm2）
Root总量（kg hm2）
Total叶（kg hm2）
Leave茎（kg hm2）
Stem根（kg hm2）
Root总量（kg hm2）
TotalNP 33.3 ± 1.7 d 11.8 ± 0.6 d 5.4 ± 0.1 e 50.5 ± 2.1 d 32.4 ± 1.7 c 11.3 ± 0.6 d 5.1 ± 0.2 e 48.8 ± 2.3 c NPK 67.7 ± 0.6 abc 20.9 ± 0.8 a 9.1 ± 0.5 d 97.7 ± 0.7 abc 71.2 ± 1.7 a 21.9 ± 0.9 c 9.3 ± 0.3 d 102.4 ± 0.9 a NP + 85%K + S 68.3 ± 0.8 ab 19.8 ± 0.6 ab 9.8 ± 0.6 c 97.9 ± 1.5 ab 71.7 ± 2.6 a 21.6 ± 0.7 c 10.2 ± 0.6 c 103.5 ± 3.7 a NP + 70%K + S 65.7 ± 1.3 c 19.9 ± 1.4 ab 10.1 ± 0.3 c 95.7 ± 0.5 bc 70.7 ± 1.4 a 20.6 ± 0.7 c 10.5 ± 0.3 bc 101.7 ± 0.7 a NP + 55%K + S 65.7 ± 0.8 c 17.4 ± 0.4 c 10.8 ± 0.5 b 93.9 ± 1.6 c 66.4 ± 1.9 b 19 ± 0.3 b 10.3 ± 0.3 bc 95.6 ± 1.7 b NP + 85%K + DS 69 ± 0.8 a 19.6 ± 0.9 ab 9.9 ± 0.3 c 98.5 ± 1.7 a 71.7 ± 1.6 a 20.6 ± 0.3 a 10.6 ± 0.4 b 102.8 ± 1.7 a NP + 70%K + DS 67.3 ± 1.4 abc 20.5 ± 0.4 ab 10.9 ± 0.4 b 98.7 ± 1.5 a 71.2 ± 2.2 a 21.8 ± 1.3 a 11.2 ± 0.8 ab 104.2 ± 2.4 a NP + 55%K + DS 66.3 ± 1.9 bc 19.3 ± 0.9 b 10.9 ± 0.6 a 96.5 ± 1.9 abc 70.9 ± 0.3 a 20.6 ± 1.6 a 11.6 ± 0.4 a 103.1 ± 1.2 a 2.3 油菜秸秆还田对烤烟钾肥利用率的影响
表4显示为秸秆还田后的烤烟钾肥利用情况，2019年度秸秆直接还田和腐熟还田处理与NPK处理相比均显著提高了钾肥利用率，其中秸秆直接还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S和NP + 55%K + S三个处理，分别提升了3.3%、6.7%和12.2%，秸秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS三个处理，分别提升了3.6%、8.3%和14.2%；2020年度秸秆直接还田和腐熟还田处理与NPK处理相比也显著提高了钾肥利用率，其中秸秆直接还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S和NP + 55%K + S三个处理，分别提升了4.02%、8.17%和11.59%，秸秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS和NP + 55%K + DS三个处理，分别提升了4.7%、9.5%和16.68%；在同等替代量下腐熟还田处理要高于直接还田处理。钾肥农学效率2019年秸秆直接还田的NP + 70%K + S处理和秸秆腐熟还田的NP + 70%K + DS处理显著高于NPK处理，2020年除NP + 85%K + S处理与NPK处理相比不显著外，其它处理均显著高于NPK处理。钾肥经济学利用效率2019年所有秸秆还田处理与NPK处理相比均不显著，2020年秸秆直接还田的NP + 70%K + S、NP + 55%K + S和秸秆腐熟后还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS处理显著高于NPK处理。利用油菜秸秆直接还田或腐熟后还田，在化学钾肥减施15% ~ 45%时，各处理烤烟钾肥利用率与NPK处理对比都有所提高，同等减施量下，腐熟秸秆还田处理钾肥利用率高于秸秆直接还田处理，同一处理2020年钾肥利用效率要高于2019年，说明连续秸秆还田，有利于促进烤烟对钾的吸收和利用。
表 4 秸秆还田对烤烟钾肥利用效率的影响Table 4. Effect of straw returning on potassium use efficiency of tobacco处理
Treatment2019年
In 20192020年
In 2020钾肥利用率
KUE
（%）钾肥农学效率
KAE
（kg kg−1）钾肥经济学利用效率
KEUE
（kg kg−1）钾肥利用率
KUE
（%）钾肥农学效率
KAE
（kg kg−1）钾肥经济学利用效率
KEUE
（kg kg−1）NP − − − − − − NPK 18.2 ± 0.9 d 1.8 ± 0.2 c 26.7 ± 0.6 abc 20 ± 0.5 e 2 ± 0.4 e 25.5 ± 1.2 b NP + 85%K + S 21.5 ± 0.6 c 2.9 ± 0.6 ab 28.6 ± 1.4 a 24 ± 2.4 d 2.8 ± 0.1 de 26.3 ± 1.2 ab NP + 70%K + S 24.9 ± 0.7 b 2.2 ± 0.5 bc 26.6 ± 0.9 bc 28.1 ± 0.7 c 3.7 ± 0.4 bcd 27.3 ± 0.8 a NP + 55%K + S 30.4 ± 0.8 a 2.5 ± 0.6 abc 26.7 ± 1 abc 31.6 ± 2.2 b 3.9 ± 0.9 abc 27.7 ± 0.5 a NP + 85%K + DS 21.7 ± 1.3 c 2.8 ± 0.6 abc 28.1 ± 1.5 ab 24.7 ± 1.4 d 3.3 ± 0.7 cd 27.4 ± 1.3 a NP + 70%K + DS 26.5 ± 1.7 b 3.4 ± 0.6 a 27.9 ± 0.5 ab 29.5 ± 2.3 bc 4.3 ± 0.5 ab 27.7 ± 0.1 a NP + 55%K + DS 32.2 ± 2.4 a 2.4 ± 1.1 abc 25.7 ± 1.4 c 36.8 ± 1.9 a 4.8 ± 0.2 a 27 ± 0.9 ab 2.4 油菜秸秆还田对土壤钾素平衡的影响
两年试验结果（表5）显示，除不施钾的NP处理钾素盈余处于亏缺状态外，其它处理均为盈余状态，秸秆直接还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S处理和秸秆腐熟还田的NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS处理钾素盈余显著高于NPK处理，NP + 55%K + S和NP + 55%K + DS处理则显著低于NPK处理。钾平衡系数是指钾素投入量与支出量之比，是衡量钾养分收支平衡的指标之一，秸秆直接还田和秸秆腐熟还田的NP + 85%K + S、NP + 70%K + S、NP + 85%K + DS、NP + 70%K + DS处理，钾平衡系数和钾平衡率均高于NPK处理。通过秸秆还田替代化学钾肥15 ~ 30%，土壤钾素盈余均高于全量施钾处理，在秸秆还田替代化学钾肥45%时，与NPK处理处理相比略有下降，但土壤钾素仍处于盈余状态，说明秸秆还田可为烤烟提供大量钾素营养补充。
表 5 秸秆还田对土壤钾素平衡的影响Table 5. Effect of straw returning on potassium balance in soil处理
Treatment钾素投入量（kg hm2）
Application rate of K烤烟移走量
Removal of
tobacco
（kg hm2）钾素盈亏
Surplus and deficit
of potassium
（kg hm2）钾平衡系数
Potassium balance
coefficient钾平衡率
Potassium balance
rate
（%）化学钾
Chemical Potassium秸秆钾
Straw PotassiumNP 0 0 99.3 ± 2.4 d −99.3 ± 2.4 h 0.0 −100.0 NPK 520 0 200.2 ± 1.2 ab 319.8 ± 1.2 e 2.6 159.8 NP + 85%K + S 442 186 201.5 ± 2.5 ab 427 ± 2.5 a 3.1 211.9 NP + 70%K + S 364 185 197.5 ± 1.1 b 351.9 ± 1.1 c 2.8 178.2 NP + 55%K + S 286 161 189.6 ± 2.3 c 257.4 ± 2.4 g 2.4 135.7 NP + 85%K + DS 442 170 201.3 ± 3.3 ab 411 ± 3.3 b 3.0 204.2 NP + 70%K + DS 364 179 202.8 ± 3.8 a 340.7 ± 3.8 d 2.7 168.0 NP + 55%K + DS 286 173 199.6 ± 2 ab 259.2 ± 2 f 2.3 129.9 3. 讨论
钾对提高烤烟生长抗逆性和烟叶品质具有重要作用，施用钾肥是提高烟叶质量的重要措施[16-17],本研究中，不施钾肥对烤烟的产量和产值产生了极为明显的负效应。据研究，随着秸秆还田量的增加，烤烟的株高、叶片数、叶面积、产量、会相应增加[18-19],连续多年秸秆还田条件下，对作物产量增加会更明显[20-21]，本研究中，相同秸秆还田处理第二年的烤烟产量和产值要高于第一年。烤烟生产中，产量并不是决定产值的唯一要素，产值跟烟叶外观质量的优劣更为相关[22-23],本研究认为，在同等化学钾肥减施量下，采用秸秆腐熟还田处理更有利于烟叶外观质量的提高和产值的增加。
烤烟体内钾素的分配，主要集中在烟叶中，其次是茎，根中钾含量最少[24]，本研究烟株各器官钾素分配表现为叶 > 茎 > 根，与上述研究相同。在一定的化学钾肥施用范围内，烤烟钾吸收总量与施钾量呈显著正相关[25]，不同的钾肥施用方式，也对烤烟钾素吸收有一定影响，通过秸秆还田后土壤的供钾能力远高于秸秆不还田的土壤[26]，本研究两年试验结果表明，秸秆还田后烤烟钾素吸收总量与NPK处理相比虽无显著增加，但在大量减少化学钾肥投入前提条件下，烤烟钾素吸收总量并未显著降低，说明秸秆还田在通过秸秆补充钾素的同时，也增强了土壤的供钾能力。秸秆还田替代化学钾肥，化学钾肥不足的部分可用秸秆钾进行补充，秸秆腐解后，可释放大量速效钾养分供作物使用[27-29]，对秸秆进行腐熟后更有利于促进秸秆钾的快速释放补充土壤钾养分[30-31]，本试验中，秸秆还田处理钾肥利用率均高于不采用秸秆还田的NPK处理，相同化学钾肥替代量条件下，秸秆腐熟后还田处理的钾肥利用率比秸秆直接还田处理在2019年分别高出0.2%、1.6%和1.8%，2020年分别高出0.7%、1.4%和5.2%。在连续长期秸秆还田条件下，可明显改善土壤钾素供应能力，提高钾肥利用效率[32]，本试验中秸秆直接还田减施钾肥15% ~ 45%时，各处理钾肥利用率比2020年比2019年分别高出2.5%、3.2%和1.2%，秸秆腐熟还田减施化肥15% ~ 45%的各处理钾肥利用率比上一年分别高出3%、1.4%和4.6%。试验表明，利用秸秆还田替代化学钾肥在15% ~ 45%时，随钾肥替代量的增加，烤烟钾肥利用率呈增高趋势，秸秆腐熟后还田的钾肥利用率高于不腐熟还田处理，随还田周期的增长，钾肥利用率逐渐增高。
土壤钾素养分平衡代表土壤钾素的丰缺[33]，相关研究表明，秸秆还田可以补充土壤中亏缺的钾素养分，对因作物吸收导致的土壤钾养分亏缺进行调节[34-36]，本研究得出，利用秸秆还田减施化学钾肥15 ~ 30%时，钾素盈余均显著高于秸秆不还田的NPK处理，钾平衡系数和钾平衡率也高于该处理，说明在该替代量下，秸秆腐解释放的钾素对土壤钾的消耗进行了大量补充，当替代量增加到55%时，与NPK处理相比，有所下降，但土壤钾仍处于盈余状态。
4. 结论
（1）利用油菜秸秆直接还田和腐熟还田两种方式进行还田并减施化学钾肥，两年连续还田减施化学钾肥15% ~ 45%，均未对烤烟产量和产值产生负显著效应，其中腐熟秸秆还田更有利于促进烟叶外观质量的改善和产值的提高；（2）秸秆直接还田在减施化学钾肥15% ~ 30%，烤烟钾素吸收总量未显著降低，采用秸秆腐熟还田在减施化学钾肥15% ~ 45%，烤烟钾素吸收总量均未显著降低，两种还田方式下，减施化学钾肥15% ~ 45%，钾肥利用率均高于常规NPK施肥处理，同等减施量下，腐熟秸秆还田处理钾肥利用率高于秸秆直接还田处理；（3）通过秸秆还田减施化学钾肥15% ~ 30%，土壤钾素盈余仍高于全量施钾处理，当减施量增加到45%时，与对照处理相比有所下降，但土壤钾仍处于盈余状态。综上，针对油菜－烤烟轮作模式下，采用油菜秸秆直接还田和腐熟还田，均可减少烤烟季化学钾肥投入量30%，腐熟还田效果要优于直接还田；通过长期连续的秸秆还田，烤烟化学钾肥的施用量还可进一步减少。
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表 1 2019 ~ 2020烤烟季化肥和秸秆投入量（kg hm−2）
Table 1 2019 ~ 2020 application rates of fertilizer and straw in tobacco season（kg hm−2）
处理
Treatment2019年
In 20192020年
In 2020N P2O5 K2O 秸秆
StrawN P2O5 K2O 秸秆
StrawNP 97.5 60 0 0 97.5 60 0 0 NPK 97.5 60 260 0 97.5 60 260 0 NP + 85%K + S 97.5 60 221 4310 98 60 221 4426 NP + 70%K + S 97.5 60 182 4360 98 60 182 4265 NP + 55%K + S 97.5 60 143 4224 98 60 143 4138 NP + 85%K + DS 97.5 60 221 4353 98 60 221 4265 NP + 70%K + DS 97.5 60 182 4241 98 60 182 4355 NP + 55%K + DS 97.5 60 143 4396 98 60 143 4282 
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表 2 秸秆还田对烤烟产量和产值的影响
Table 2 Effects of straw returning on yield and output value of flue-cured tobacco
处理
Treatment2019年
In 20192020年
In 2020产量（kg hm−2）
Yield上等烟比例（%）
Proportion of first-class
tobacco leaves产值（元 hm−2）
Output value产量（kg hm−2）
Yield上等烟比例（%）
Proportion of first-class
tobacco leaves产值（元 hm−2）
Output valueNP 2146 ± 26 d 56.3 ± 3.4 c 52309 ± 1212 d 2098 ± 35 e 52.8 ± 1.9 c 53280 ± 1331 d NPK 2605 ± 67 bc 56.4 ± 1.9 c 68893 ± 2435 c 2616 ± 103 d 56.1 ± 0.6 c 69838 ± 608 c NP + 85%K + S 2797 ± 109 a 60.9 ± 2.1 b 70996 ± 624 bc 2719 ± 28 bcd 61.9 ± 3.1 ab 73378 ± 637 bc NP + 70%K + S 2549 ± 80 c 61.3 ± 3.4 b 69591 ± 823 bc 2773 ± 65 abc 63.3 ± 2.9 ab 74475 ± 1654 b NP + 55%K + S 2511 ± 104 c 63.6 ± 3.3 b 67735 ± 1164 c 2651 ± 88 cd 65.5 ± 2.6 ab 71300 ± 706 bc NP + 85%K + DS 2769 ± 160 ab 60.7 ± 1.2 bc 73884 ± 1917 ab 2819 ± 130 ab 61.5 ± 1.3 b 75362 ± 1479 b NP + 70%K + DS 2758 ± 85 ab 62.4 ± 1 b 78662 ± 1590 a 2889 ± 73 a 63.9 ± 1.7 ab 81071 ± 2234 a NP + 55%K + DS 2484 ± 124 c 68.5 ± 2.9 a 70675 ± 2189 bc 2779 ± 58 abc 65.9 ± 3.7 a 73011 ± 1665 bc 注：每列不同小写字母表示处理之间差异显著(P < 0.05)，下同。烤烟产值、上等烟比例以2020年云南烤烟收购标准为依据。
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表 3 秸秆还田对烤烟钾素吸收量的影响
Table 3 Effect of straw returning on potassium absorption of tobacco
处理
Treatment2019年
In 20192020年
In 2020叶（kg hm2）
Leave茎（kg hm2）
Stem根（kg hm2）
Root总量（kg hm2）
Total叶（kg hm2）
Leave茎（kg hm2）
Stem根（kg hm2）
Root总量（kg hm2）
TotalNP 33.3 ± 1.7 d 11.8 ± 0.6 d 5.4 ± 0.1 e 50.5 ± 2.1 d 32.4 ± 1.7 c 11.3 ± 0.6 d 5.1 ± 0.2 e 48.8 ± 2.3 c NPK 67.7 ± 0.6 abc 20.9 ± 0.8 a 9.1 ± 0.5 d 97.7 ± 0.7 abc 71.2 ± 1.7 a 21.9 ± 0.9 c 9.3 ± 0.3 d 102.4 ± 0.9 a NP + 85%K + S 68.3 ± 0.8 ab 19.8 ± 0.6 ab 9.8 ± 0.6 c 97.9 ± 1.5 ab 71.7 ± 2.6 a 21.6 ± 0.7 c 10.2 ± 0.6 c 103.5 ± 3.7 a NP + 70%K + S 65.7 ± 1.3 c 19.9 ± 1.4 ab 10.1 ± 0.3 c 95.7 ± 0.5 bc 70.7 ± 1.4 a 20.6 ± 0.7 c 10.5 ± 0.3 bc 101.7 ± 0.7 a NP + 55%K + S 65.7 ± 0.8 c 17.4 ± 0.4 c 10.8 ± 0.5 b 93.9 ± 1.6 c 66.4 ± 1.9 b 19 ± 0.3 b 10.3 ± 0.3 bc 95.6 ± 1.7 b NP + 85%K + DS 69 ± 0.8 a 19.6 ± 0.9 ab 9.9 ± 0.3 c 98.5 ± 1.7 a 71.7 ± 1.6 a 20.6 ± 0.3 a 10.6 ± 0.4 b 102.8 ± 1.7 a NP + 70%K + DS 67.3 ± 1.4 abc 20.5 ± 0.4 ab 10.9 ± 0.4 b 98.7 ± 1.5 a 71.2 ± 2.2 a 21.8 ± 1.3 a 11.2 ± 0.8 ab 104.2 ± 2.4 a NP + 55%K + DS 66.3 ± 1.9 bc 19.3 ± 0.9 b 10.9 ± 0.6 a 96.5 ± 1.9 abc 70.9 ± 0.3 a 20.6 ± 1.6 a 11.6 ± 0.4 a 103.1 ± 1.2 a
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表 4 秸秆还田对烤烟钾肥利用效率的影响
Table 4 Effect of straw returning on potassium use efficiency of tobacco
处理
Treatment2019年
In 20192020年
In 2020钾肥利用率
KUE
（%）钾肥农学效率
KAE
（kg kg−1）钾肥经济学利用效率
KEUE
（kg kg−1）钾肥利用率
KUE
（%）钾肥农学效率
KAE
（kg kg−1）钾肥经济学利用效率
KEUE
（kg kg−1）NP − − − − − − NPK 18.2 ± 0.9 d 1.8 ± 0.2 c 26.7 ± 0.6 abc 20 ± 0.5 e 2 ± 0.4 e 25.5 ± 1.2 b NP + 85%K + S 21.5 ± 0.6 c 2.9 ± 0.6 ab 28.6 ± 1.4 a 24 ± 2.4 d 2.8 ± 0.1 de 26.3 ± 1.2 ab NP + 70%K + S 24.9 ± 0.7 b 2.2 ± 0.5 bc 26.6 ± 0.9 bc 28.1 ± 0.7 c 3.7 ± 0.4 bcd 27.3 ± 0.8 a NP + 55%K + S 30.4 ± 0.8 a 2.5 ± 0.6 abc 26.7 ± 1 abc 31.6 ± 2.2 b 3.9 ± 0.9 abc 27.7 ± 0.5 a NP + 85%K + DS 21.7 ± 1.3 c 2.8 ± 0.6 abc 28.1 ± 1.5 ab 24.7 ± 1.4 d 3.3 ± 0.7 cd 27.4 ± 1.3 a NP + 70%K + DS 26.5 ± 1.7 b 3.4 ± 0.6 a 27.9 ± 0.5 ab 29.5 ± 2.3 bc 4.3 ± 0.5 ab 27.7 ± 0.1 a NP + 55%K + DS 32.2 ± 2.4 a 2.4 ± 1.1 abc 25.7 ± 1.4 c 36.8 ± 1.9 a 4.8 ± 0.2 a 27 ± 0.9 ab
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表 5 秸秆还田对土壤钾素平衡的影响
Table 5 Effect of straw returning on potassium balance in soil
处理
Treatment钾素投入量（kg hm2）
Application rate of K烤烟移走量
Removal of
tobacco
（kg hm2）钾素盈亏
Surplus and deficit
of potassium
（kg hm2）钾平衡系数
Potassium balance
coefficient钾平衡率
Potassium balance
rate
（%）化学钾
Chemical Potassium秸秆钾
Straw PotassiumNP 0 0 99.3 ± 2.4 d −99.3 ± 2.4 h 0.0 −100.0 NPK 520 0 200.2 ± 1.2 ab 319.8 ± 1.2 e 2.6 159.8 NP + 85%K + S 442 186 201.5 ± 2.5 ab 427 ± 2.5 a 3.1 211.9 NP + 70%K + S 364 185 197.5 ± 1.1 b 351.9 ± 1.1 c 2.8 178.2 NP + 55%K + S 286 161 189.6 ± 2.3 c 257.4 ± 2.4 g 2.4 135.7 NP + 85%K + DS 442 170 201.3 ± 3.3 ab 411 ± 3.3 b 3.0 204.2 NP + 70%K + DS 364 179 202.8 ± 3.8 a 340.7 ± 3.8 d 2.7 168.0 NP + 55%K + DS 286 173 199.6 ± 2 ab 259.2 ± 2 f 2.3 129.9
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