化肥能为粮食作物生长提供必要的养分。目前人们为追求粮食产量，过量施用化肥现象普遍。化肥过量施用不但导致化肥利用率降低，且容易导致过量的氮、磷素流失，造成水体富营养化，破坏生态平衡，不利于农业的可持续发展，从而影响粮食生产安全^[1]。氮、磷、钾是植物生长所需的大量营养元素，在水稻生产过程中，不同氮磷钾肥用量和比例显著影响水稻产量^[2]。据统计，中国水稻氮肥、磷肥、钾肥利用率较低，约为27.3%、13.0% 和28.1%^[3]，大量化肥在土壤中积累，加剧了农业面源污染风险。此外，化肥配置效率评价模型分析显示，我国化肥施用呈高投入、中产出、综合效率中等的态势^[4]。因此，在我国水稻的节肥增效潜力较大。

随着化肥用量的增加和管理措施的完善，在水稻籽粒产量提升的同时，水稻秸秆产量也在逐年上升。基于农业农村部1988—2018年在全国稻作区水稻土的长期监测数据研究发现，2009—2018年我国水稻秸秆和氮磷钾养分资源年均量分别达到1.69×10⁸ t和452.09×10⁴ t，较1988—1998年增加0.23×10⁸ t和61.50×10⁴ t ^[5]。水稻秸秆含有较为丰富的氮磷钾养分和多种有机物质等，是一种重要的有机肥资源^[6-7]。水稻秸秆还田后，一方面可以向土壤输入较多的有机质，从而提升土壤有机质含量^[8-9]，改善土壤质量，进而实现作物增产，且随着还田时间的延长，增产效应越明显^[10]；另一方面，水稻秸秆还田可以补充土壤氮磷钾养分，尤其是钾素资源。柴如山等^[11]采用草谷比法估算表明，单位耕地面积水稻秸秆还田当季可提供钾(K₂O)养分量为152.6 kg/hm²。因此，在我国水稻主产区，秸秆全量还田可实现化肥的部分替代，从而达到化肥减施增效的目标。

鉴于秸秆还田可以补充大量钾素，以及相较于磷钾，水稻等作物对氮肥需求量较高^[12]，在传统复合肥(氮磷钾比例为15%、15% 和15%)的基础上，很多大型肥料企业开始研制和推广高氮低钾型复合肥。然而，在我国南方双季稻区，土壤速效钾含量较低^[13]，虽然秸秆还田可以补充一定的钾素，但高氮低钾型复合肥是否有利于水稻稳产还有待进一步验证，特别是在水稻生长后期，高氮低钾型复合肥配施一定量的钾肥是否更有利于保障水稻高产所需的钾素吸收量还有待进一步研究。因此，本研究在秸秆还田条件下，设置高氮低钾型复合肥、高氮低钾型复合肥配施钾肥以及不施钾肥处理，分析各处理下早晚稻产量及产量组成、氮磷钾养分积累量及钾肥利用率的变化特征，以探索秸秆还田条件下更高效更合理的肥料配施方式。

试验地位于江西省南昌市进贤县张公镇马家村，面积1 334 m²。该地区属于江西省赣抚平原的双季稻区，土壤类型为第四纪红黏土发育的红壤性水稻土，土壤肥力中等偏下，在双季稻种植区域具有普遍代表性。2022年试验前耕层土壤pH为5.13，有机质为26.81 g/kg，碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为118.15、19.15和53.77 mg/kg。试验地前茬作物为水稻，冬季休闲，早晚稻的秸秆均全量粉碎还田，早、晚稻秸秆还田量为5 400和6 000 kg/hm²，水稻秸秆的有机碳、氮、磷、钾含量分别为418、10.8、8.1和18.6 g/kg。

试验用高氮低钾型复合肥为新洋丰复合肥，N、P₂O₅、K₂O配比情况为18-12-10；钾肥为中化枫禾祥氯化钾(高效农用钾肥)，K₂O≥60.0%，H₂O≤2%。

供试水稻品种为当地大面积推广应用品种，早稻为嘉育66，晚稻为盛泰优9712，早稻移栽和收获时间分别为2022年4月20日和7月24日，晚稻移栽和收获时间分别为2022年7月27日和11月5日。

试验共设3个处理，分别为：①不施钾肥(CK)，基肥施用N 81 kg/hm²(尿素176 kg/hm²)、P₂O₅ 54 kg/hm² (钙镁磷肥432 kg/hm²)，返青期追施N 48.3 kg/hm²(尿素105 kg/hm²)，不追钾肥；②单施高氮低钾型复合肥(F)，基肥施用450 kg/hm²复合肥，返青期追施N 48.3 kg/hm² (尿素105 kg/hm²)，不追钾肥；③高氮低钾型复合肥配施钾肥(F+K)，基肥施用450 kg/hm²复合肥，返青期追施N 48.3 kg/hm²(尿素105 kg/hm²)，追施K₂O 45 kg/hm²(75 kg/hm²枫禾祥牌钾肥)。每处理3次重复，小区面积60 m²。早晚稻均采用人工插秧，水稻株行距为20 cm×20 cm，密度为25.05万穴/hm²。水稻生长期间参考农户管理进行病虫害防治。

成熟期长势测定：在水稻成熟期，随机选取植株10蔸，测定每株穗数，并采集有代表性的植株5蔸，测定每穗粒数和千粒重。

成熟期水稻产量测定：在水稻成熟期，每个小区实打实收，将籽粒晒干后称重，并按照小区面积换算成单位面积水稻产量。

成熟期养分吸收：各处理采有代表性植株10株，将秸秆和籽粒分开烘干和称重，获得植株各部位干物质量，之后研磨过筛测定植株各部位养分含量，其中氮、磷、钾含量分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度计法测定^[14]。植株各部位氮磷钾养分累积量为各养分含量和相应干物质量的乘积，钾肥利用率为施钾处理与不施钾处理植株钾素累积量的差值与施钾处理钾肥投入量的比值(以百分数表示)。

采用Excel 2003进行数据处理，统计分析采用SAS 9.1进行，并采用LSD法进行各处理间差异显著性检验(P < 0.05)。图件采用Origin 8.1进行制作。

图 1显示，高氮低钾型复合肥配施钾肥显著提升水稻产量。在早稻季，与CK(不施钾肥)处理相比，F(高氮低钾型复合肥)和F+K(高氮低钾型复合肥配施钾肥)处理的水稻产量分别增加了4.36% 和9.13%；在晚稻季，与CK处理相比，F和F+K处理的水稻产量分别提高了4.09% 和13.89%，但F和CK处理间差异不显著；两季水稻的总产量也呈现F和F+K处理显著高于CK处理，增幅分别为4.22% 和11.65%。同时，F+K处理的早晚稻产量显著高于F处理，且晚稻季的增幅(9.41%)明显高于早稻季(4.57%)。

(柱图上方不同小写字母表示同一稻季不同处理间存在显著差异(P < 0.05)；下同) 图 1 各处理早晚稻和两季产量变化 Fig. 1 Changes of yields of early and late rice under different treatments

高氮低钾型复合肥配施钾肥主要影响水稻产量构成因素中的每株穗数和千粒重，而对每穗粒数则无显著影响(表 1)。与CK处理相比，早稻季F+K处理的每株穗数提高了22.22%，晚稻季F+K处理的每株穗数和千粒重分别提高了36.36% 和10.89%。同时，与F处理相比，早稻季F+K处理的每株穗数无显著提升，但晚稻季的每株穗数则提高了25.00%。

表 1 Table 1

表 1 各处理早晚稻产量构成因素变化 Table 1 Changes of yield components of early and late rice under different treatments 稻季 处理 穗数(穗/株) 粒数(粒/穗) 千粒重(g) 早稻 CK 9 ± 1b 124 ± 2 a 21.49 ± 0.48 a F 10 ± 2 ab 124 ± 3 a 22.15 ± 0.61 a F+K 11 ± 2 a 127 ± 8 a 22.98 ± 0.76 a 晚稻 CK 11 ± 1 b 151 ± 9 a 22.68 ± 0.54 b F 12 ± 2 b 155 ± 10 a 24.34 ± 0.25 a F+K 15 ± 2 a 163 ± 6 a 25.14 ± 0.49 a 注：同列数据后不同小写字母表示同一稻季不同处理间存在显著差异(P < 0.05)；下同。

表 1 各处理早晚稻产量构成因素变化 Table 1 Changes of yield components of early and late rice under different treatments

高氮低钾型复合肥配施钾肥显著影响籽粒和秸秆的钾素含量(表 2)，而对籽粒和秸秆的氮、磷含量影响较小(除了晚稻季F+K处理的籽粒磷含量显著高于CK处理和F+K处理的秸秆氮显著低于CK处理)。与CK处理相比，早稻季F和F+K处理的籽粒钾含量分别提高了3.68% 和7.29%，秸秆钾含量的增幅分别为5.47% 和4.85%；晚稻季F和F+K处理的籽粒钾含量分别提高了2.92% 和6.57%，秸秆钾含量的增幅分别为6.03% 和4.88%。同时，早、晚稻籽粒钾含量均呈现F+K处理显著高于F处理，增幅分别为3.49% 和3.55%，而F+K处理的秸秆钾含量则与F处理无显著差异。

表 2 Table 2

表 2 各处理早晚稻籽粒和秸秆氮磷钾含量 Table 2 Contents of nitrogen, phosphorus and potassium in grains and straws of early and late rice under different treatments 稻季 处理 籽粒氮(g/kg) 籽粒磷(g/kg) 籽粒钾(g/kg) 秸秆氮(g/kg) 秸秆磷(g/kg) 秸秆钾(g/kg) 早稻 CK 10.39 ± 0.29 a 2.39 ± 0.32 a 3.09 ± 0.02 c 5.68 ± 0.19 a 1.09 ± 0.07 a 28.10 ± 0.55 b F 10.44 ± 0.17 a 2.65 ± 0.27 a 3.21 ± 0.04 b 5.32 ± 0.40 a 1.22 ± 0.16 a 29.64 ± 0.36 a F+K 10.82 ± 0.15 a 2.56 ± 0.28 a 3.32 ± 0.00 a 5.30 ± 0.52 a 1.30 ± 0.14 a 29.46 ± 0.38 a 晚稻 CK 11.51 ± 0.43 a 2.46 ± 0.16 b 3.12 ± 0.08 c 6.70 ± 0.26 a 1.22 ± 0.15 a 28.64 ± 0.43 b F 11.22 ± 0.72 a 2.65 ± 0.22 ab 3.21 ± 0.04 b 6.56 ± 0.33 ab 1.22 ± 0.04 a 30.37 ± 0.80 a F+K 11.53 ± 0.46 a 2.74 ± 0.12 a 3.32 ± 0.07 a 5.99 ± 0.21 b 1.11 ± 0.08 a 30.04 ± 0.78 a

表 2 各处理早晚稻籽粒和秸秆氮磷钾含量 Table 2 Contents of nitrogen, phosphorus and potassium in grains and straws of early and late rice under different treatments

各处理的籽粒和秸秆干物质量变化与产量变化趋势相似，均呈现F+K处理的籽粒和秸秆干物质量最高的趋势(表 3)。进一步计算氮、磷、钾素的积累量发现，在早稻季，与CK处理相比，F+K处理的氮素和钾素积累量分别提高了12.30% 和22.40%，且F+K处理的钾素积累量也显著高于F处理，增幅为10.31%；在晚稻季，与CK处理相比，F+K处理的氮、磷和钾素积累量分别提高了11.89%、21.62% 和26.59%，且F+K处理的氮素和钾素积累量均显著高于F处理，增幅为9.96% 和12.19%。两季合计的结果也显示，F+K处理的氮、磷和钾素积累量显著提高，分别比CK处理提高了12.07%、22.45% 和24.54%，分别比F处理提高了9.34%、8.56% 和11.28%。

表 3 Table 3

表 3 各处理早晚稻氮磷钾积累量的变化 Table 3 Accumulations of nitrogen, phosphorus and potassium in early and late rice under different treatments 稻季 处理 籽粒干物质量(kg/hm2) 秸秆干物质量(kg/hm2) 氮素积累量(kg/hm2) 磷素积累量(kg/hm2) 钾素积累量(kg/hm2) 早稻 CK 5 680.80 ± 118.96 c 4 982.40 ± 158.40 c 87.34 ± 2.21 b 19.03 ± 2.08 a 157.54 ± 2.21 c F 5 976.48 ± 38.38 b 5 251.20 ± 111.85 b 90.33 ± 3.15 ab 22.20 ± 1.00 a 174.80 ± 3.85 b F+K 6 199.20 ± 106.55 a 5 846.40 ± 80.18 a 98.09 ± 3.67 a 23.49 ± 2.24 a 192.82 ± 2.36 a 晚稻 CK 6 393.60 ± 175.20 b 5 049.60 ± 15.74 c 107.38 ± 2.51 b 21.90 ± 1.23 b 164.55 ± 2.60 c F 6 559.20 ± 182.16 b 5 423.20 ± 103.35 b 109.26 ± 3.94 b 23.97 ± 1.80 ab 185.68 ± 1.90 b F+K 7 233.60 ± 33.26 a 6 135.20 ± 47.66 a 120.15 ± 4.07 a 26.63 ± 1.04 a 208.31 ± 4.26 a 两季 CK 12 074.40 ± 280.90 c 10 032.00 ± 174.01 c 194.72 ± 4.56 b 40.93 ± 2.41 c 322.09 ± 1.67 c F 12 535.68 ± 201.74 b 10 674.40 ± 212.51 b 199.60 ± 4.85 b 46.17 ± 0.95 b 360.48 ± 1.99 b F+K 13 432.80 ± 91.17 a 11 981.60 ± 127.82 a 218.24 ± 7.69 a 50.12 ± 1.76 a 401.13 ± 1.99 a

表 3 各处理早晚稻氮磷钾积累量的变化 Table 3 Accumulations of nitrogen, phosphorus and potassium in early and late rice under different treatments

图 2显示，晚稻季的钾肥利用率(56.58% ~ 58.58%)明显高于早稻季(46.21% ~ 47.24%)，两季平均钾肥利用率为51.40% ~ 52.91%。与F处理相比，F+K处理的钾肥利用率略有增加，但增幅不显著。进一步分析发现，与F处理较大的标准差相比，F+K处理中钾肥利用率的标准差明显较小，这表明F+K处理下钾肥利用率稳定性较好。

图 2 各处理早晚稻和两季钾肥利用率变化 Fig. 2 Changes of potassium use efficiencies of early and late rice under diffefent treatments

在秸秆全量还田的条件下，高氮低钾型复合肥配施钾肥可以显著提高早晚稻产量，与单施高氮低钾型复合肥处理相比，高氮低钾型复合肥配施钾肥下早稻和晚稻的产量增幅分别为4.57% 和9.41%，且晚稻季的增幅明显高于早稻季。原因主要与水稻每株穗数的增加有关，特别是晚稻季，高氮低钾型复合肥配施钾肥还显著提升了千粒重。尽管我国南方双季稻田土壤中全钾含量较高，但大部分为矿物钾(90% ~ 98%)，无法直接供植物吸收利用，导致该地区稻田土壤速效钾含量较低^[13]，且秸秆还田带入的钾素有限。有研究表明，合理配施钾肥可提高水稻吸收营养的能力，增强光合作用，提高分蘖率和结实率^[15-16]；还可以提高水稻抗病虫和抗倒伏能力^[17-18]。可见，高氮低钾型复合肥配施适量钾肥在实现水稻高产稳产方面有不可忽视的作用。然而，由于水稻品种和复合肥类型与他人的研究不同，本研究中早晚稻的增产幅度明显不同于他人的研究结果^{[13, 19]}。因此，如何根据秸秆还田的钾素投入水平精准计算配施的钾肥用量还有待进一步研究。此外，还有研究表明，不同水稻品种对钾素的需求水平均存在较大差异^[20]，这也是导致本试验中配施钾肥对早晚稻的增产幅度不一的原因之一，建议今后进一步根据早晚稻的品种特性和养分需求精准确定合理的钾肥用量。

钾素具有提高农产品品质的效果，也被称为品质元素，钾肥施用可以增加钾素吸收速率，缩短钾素快速积累持续时间，提高养分积累量^[21-23]。本研究也发现，在高氮低钾型复合肥的基础上配施钾肥处理显著提升了籽粒和秸秆中钾素的含量。且由于籽粒和秸秆干物质量的增加，与不配施钾肥相比，高氮低钾型复合肥配施钾肥进一步提高了早晚稻的氮磷钾养分积累量。这充分证明钾肥不仅增加钾素积累量，还可以促进氮磷的养分积累量，这与很多人的研究结果相似^[24-26]。有研究表明，磷肥和钾肥均显著提高了晚稻产量、干物质量和收获指数，且二者具有显著互作效应^[24]。同时，在施用氮、磷肥的基础上，合理增施钾肥能有效改善水稻的氮钾营养状况，促进茎叶和籽粒的干物质积累，从而提高水稻籽粒的氮磷积累量^[25]。进一步结合钾肥利用率的结果表明，虽然高氮低钾型复合肥配施钾肥处理的早晚稻和两季钾肥利用率均略高于单施高氮低钾型复合肥处理，但差异不显著。这与他人的研究结果不同^[26]，原因可能与本研究是在秸秆全量还田下进行的，秸秆还田的钾素投入量可能掩盖了配施钾肥的差异。但是，需要强调是，高氮低钾型复合肥配施钾肥处理下钾肥利用率的标准差明显较低，说明配施钾肥有利于提升钾肥利用率的稳定性，从而实现水稻稳产。此外，本研究的钾肥均是在返青期施用，而此时上季的水稻秸秆也在快速腐解，秸秆释放的钾素与外源钾肥投入的钾素协同保障水稻的钾素需求，从而可能导致配施钾肥下水稻对钾肥的利用率提升效果不明显。也有研究表明，分蘖盛期到开花期为水稻钾素快速积累期^[27]，建议将钾肥作为穗肥施用。然而，由于分蘖盛期到开花期这一阶段水稻长势旺盛，叶片较大，此时追施钾肥容易导致烧苗等情况的发生，施用不当还会造成水稻贪青晚熟^[28]，因此，如何创新轻简化钾肥施用技术还有待进一步研究。

秸秆还田条件下，与不配施钾肥相比，高氮低钾型复合肥配施钾肥有利于增加南方双季稻区的早晚稻每株穗数和千粒重，进而提高水稻产量；同时，高氮低钾型复合肥配施钾肥也提高了早晚稻的氮磷钾养分积累量，但早晚稻和两季的钾肥利用率则无显著提升。建议南方双季稻区在应用高氮低钾型复合肥的基础上，适当配施钾肥，从而实现水稻增产增效的目标。