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试验于2008年10月-2011年10月在中国农业科学院国际高新技术园区国家测土施肥中心实验室试验基地（河北省廊坊市）进行。本研究试验处理设秸秆还田配施钾肥（NPK+St），施用钾肥（NPK）、秸秆还田（NP+St）、对照（NP）4个处理，试验为随机区组设计。通过3年6季的试验，在我国华北平原冬小麦/夏玉米轮作条件下，研究秸秆还田和施钾肥对作物产量的影响、作物—土壤系统钾素表观平衡和秸秆还田替代化学钾肥比率。同时，从试验区取0~20cm土样，应用不同的浸提剂提取土壤不同形态钾素，研究不同形态钾素在土壤的动态平衡；通过加入不同浓度的外源钾素研究土壤对外源钾素固定能力；通过采取振荡平衡法，利用0.01mol/LCaCl2和0.01mol/L草酸为浸提介质研究土壤非交换性钾释放规律。主要结论如下：与NP处理相比，NPK+St、NPK和NP+St处理均有明显的增产效应，NPK+St处理的效果最好，小麦产量为4148.0kg/hm~2，与对照相比增产13.3%，玉米产量为6416.1kg/hm~2，与对照相比增产17.4%。施钾在小麦上增产318.9kg/hm~2，增产幅度为8.6%，在玉米上增产688.7kg/hm~2，增产幅度为12.4%，施钾在玉米上的增产效果优于小麦。秸秆还田在小麦上增产169.3kg/hm~2，增产幅度为4.5%，在玉米上增产259.8kg/hm~2，增产幅度为4.5%。小麦季玉米秸秆还田的替钾率在25.2%，玉米季小麦秸秆还田的替钾率在20.3%。秸秆还田配施钾肥处理的钾肥回收率、农学效率、偏生产力均大于施用钾肥处理。与NP处理相比，NPK+St、NPK和NP+St处理均可提高土壤水溶性钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾、非交换性钾含量，对土壤矿物钾以及全钾含量影响不大。NPK+St、NPK和NP+St处理也可提高土壤水溶性钾、非特殊吸附钾在速效钾中的比例，增加土壤速效钾和非交换钾在全钾中的比例。NPK+St处理下土壤各形态钾素与试验开始相比均有提高，NPK、NP+St和NP处理的土壤各形态钾素均有下降，NP处理下降幅度较大。秸秆还田和施钾肥可提高作物钾素吸收总量，除NPK+St处理外，其它各处理的钾素支出总量均高于钾高投入量，造成土壤钾素不同程度的亏缺，NP处理的亏缺量最大。NP处理3年的K2O亏缺总量为720.1kg/hm~2，NPK处理的土壤钾素也有相当数量的亏缺，3年的K2O亏缺总量为497.8kg/hm~2，NP+St处理土壤钾素3年的K2O亏缺量为63.5kg/hm~2，而NPK+St处理的土壤钾素有盈余，3年的K2O盈余量为248.9kg/hm~2。钾素表观平衡系数除NPK+St外，均小于1，NPK+St、NPK、NP+St处理的表观平衡系数分别为1.26、0.42、0.92。在外源钾加入浓度400～3600mg/L的范围内，秸秆还田和施钾肥可显著降低土壤对外源钾素的固定量，土壤固钾量随外源加入钾素浓度的增加而增加，但固钾率下降。在同一浓度外源钾加入水平下，NPK+St处理土壤固钾量最低，NPK和NP+St处理次之，NP处理土壤固钾量最高。NPK+St处理土壤固钾量与试验开始相比下降，而NPK、NP+St和NP处理土壤固钾量与试验开始相比增加，NP处理固钾量增加幅度较大。秸秆还田和施钾肥可能通过影响土壤速效钾含量、缓效钾含量、有机质、土壤K+饱和度（KSR）和阳离子代换量（CEC）的变化而改变土壤对外源钾素的固定能力。在0.01mol/L CaCl2和0.01mol/L草酸两种浸提剂中土壤非交换性钾的释放特征基本相似，各处理土壤的最大释放量也表现为：NPK+St>NPK>NP+St>NP。土壤非交换性钾最大释放量与试验前相比，NPK+St处理在241小时最大释放量在两种浸提剂中分别增加了9.2mg/kg和21.5mg/kg，NPK处理与NP+St处理变化不明显，而NP处理241小时最大释放量在两种浸提剂中分别减少8.8mg/kg和61.5mg/kg。用一级反应方程可以较好的对土壤非交换性钾的释放进行描述，各处理土壤在两种浸提中非交换性钾释放速率参数大小表现为：NPK+St>NPK>NP+St>NP（0.01mol/LCaCl2浸提剂）和NPK+St> NP+St> NPK>NP（0.01mol/L草酸浸提剂），钾素投入较高的处理土壤非交换性钾释放量较大，释放速率也大，土壤的钾素供应能力较强。NP处理土壤最大释放量和释放速率较小，土壤供钾能力较弱。