棉花高产和磷高效的磷肥基施追施配合技术研究

李青军，张 炎，哈丽哈什·依巴提，冯 固

（1 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；2 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091；3 农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091）

磷是植物生长所必需的三大营养元素之一，不仅是植物体内许多重要化合物的组分，还以多种途径参与植物体内的各种代谢过程，影响植物的生长发育。为了获得持续的高产稳产，作物必须建立起有效的土壤磷库，使土壤肥力逐步提高，施用磷肥是建立土壤有效磷库的主要措施。由于磷在土壤中的扩散系数小、移动慢，磷肥的当季利用率一般仅为10%～25%，施入土壤中的磷肥大部分以不同形态的磷酸盐形式残留于土壤[1]，导致大量未被作物吸收的磷素被土壤固定。长期施用磷肥导致磷素在土壤中的大量累积[2-4]，1980—2007年，我国土壤中累积的磷 (P) 为242 kg/hm2，土壤有效磷从7.4 mg/kg增加到24.7 mg/kg[5]。磷素在土壤中的累积，不仅造成了有限的磷肥资源的浪费，也导致了农田径流中磷浓度的提高，成为水体富营养化的原因之一[6-7]。因此，改变施肥技术，提高磷肥回收率是农业可持续发展所面临的巨大挑战。

施用磷肥可以刺激棉花根系生长，增大根表面积和根密度，促进磷的吸收，从而提高产量和养分吸收量。在棉花生长过程中，蕾期是根系生长最旺盛的时期，磷素吸收量开始迅速增加，此时充足的磷素营养是增加产量的重要保障。传统的磷肥施用方式是作基肥一次性施入，磷肥施入土壤后，土壤有效磷含量会迅速上升，达到高水平并维持一段时间后又快速下降，60天后趋于稳定。为了维持土壤磷的充足供应，需要加大磷肥施用量，这将降低磷肥利用率，造成磷肥效益下降。将磷肥溶于水，通过滴灌追施，被土壤固定的磷量显著减少，土壤溶液中速效磷含量明显增大[8]，更有利磷素高效吸收，提高利用率。

新疆是中国最大的优质棉生产基地，近年来，膜下滴灌棉花种植面积发展迅速，已达137万hm2，占棉花总种植面积的69%。随着棉花灌溉方式的转变，滴灌棉田旳施肥模式也由传统的“磷、钾肥基施结合氮肥随水追施”转变为“氮、磷、钾肥或滴灌专用肥随水追施”，但滴施磷肥是否能够增加棉花产量、提高磷肥利用率？本研究以磷肥滴灌追施为切入点，研究磷肥施用方式对棉花产量和磷素吸收量的影响，探明产量与磷肥施用方式的关系，明确不同施用方式下磷肥的利用效率，为指导棉花合理施用磷肥，提高土壤可持续生产能力提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

2009年试验在新疆博尔塔拉蒙古自治州农技推广中心试验场 (44°51′25″N、82°07′23″E) 进行，4 月19日播种，4月26日出苗。2010年试验在新疆博尔塔拉蒙古自治州博乐市达勒特镇 (44°45′28″N，82°18′37″E)，4 月 20 日播种，4 月 27 日出苗。2011年试验在新疆兵团灌溉中心试验站 (44°00′13″N，87°23′28″E)，4 月 30 日播种，5 月 7 日出苗。棉花供试品种为新陆早33号。采取膜下滴灌种植，株距为1 0 c m，播幅内宽、窄行距 (c m) 配置为30-50-30-50，一膜4行2条滴灌带，试验小区面积40 m2。滴灌带滴头流量为1.6 L/h，播种后滴灌出苗水 (第1水)，从第2水 (6月13日) 每7天左右灌溉一次，8月20日停水，全生育期灌溉10次，每次滴灌450 m3/hm2左右，总灌水量4500 m3/hm2。棉花苗期叶片喷洒缩节胺3次，第2水和第3水前分别喷洒缩节胺1次，棉花打顶后5天喷洒缩节胺1次，2009年和2010年7月10日 (2011年7月12日) 棉花打顶。播前土壤养分状况见表1。

表1 0—20 cm土壤基本农化性状Table 1 The physical and chemical properties of 0-20 cm soil

1.2 试验设计

试验设置了3个处理，分别为不施磷肥 (P0)、磷肥全部基施 (P1)、磷肥基施加滴灌追施 (P2)，各处理重复4次。2009、2010年磷肥50%基施、50%滴灌追施，2011年磷肥65%基施、35%滴灌追施。追施的磷肥分2次在棉花蕾期 (2009、2010年为25%，2011年为20%) 和初花期 (2009、2010年为25%，2011年为15%) 随水施入，同时其他处理灌溉清水，各处理使用水表计量灌水量，每次灌水量相同。

各处理的氮用量为N 225 kg/hm2(2009年和2010年)、240 kg/hm2(2011年)，P2O5用量为150 kg/hm2，K2O用量为30 kg/hm2(2009年)、45 kg/hm2(2010年) 和75 kg/hm2(2011年)。其中氮肥为尿素，全部作追肥，在棉花蕾期1次 (20%)、初花期1次(20%)、盛花期1次 (15%)、花铃期2次 (20%和15%)、盛铃期1次 (10%) 分6次随水滴施；基施磷肥为三料磷肥 (P2O546%)，追施磷肥为磷酸一铵(P2O560%、N 12%)；钾肥为氯化钾，作基肥一次性施入。

1.3 测定方法与计算

采用ASI法测定土壤理化性质[9]：有机质用0.2 mol/L NaOH + 0.01 mol/L EDTA + 2%甲醇浸提，比色测定；土壤速效氮用1 mol/L KCl溶液浸提，其中硝态氮用紫外分光光度法，铵态氮用靛酚蓝比色法；有效磷和速效钾采用联合浸提剂 (0.25 mol/L NaHCO3- 0.01 mol/L EDTA - 0.01 mol/L NH4F) 浸提，磷用钼锑抗比色法测定，钾用原子吸收分光光度计测定。

在棉花成熟期 (2009年9月17日、2010年9月20日、2011年9月23日) 采集地上部植株样品，按茎、叶、蕾/花、棉壳、棉纤维、棉子不同器官分离开，在105℃下杀青30 min，然后在75℃下烘干至恒重，称重。将烘干的植株样品粉碎，过0.5 mm筛，用H2SO4-H2O2消煮，用钼锑抗比色法测定植株不同部位磷含量。

磷肥利用率 = (施磷区作物吸磷量 - 不施磷区作物吸磷量)/施磷量 × 100%

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2003和SAS统计软件进行方差分析和多重比较 (LSD法)。

2 结果与分析

2.1 磷肥基追比例对棉花产量的影响

由图1可以看出，不同试验年份各处理间棉花产量差异均达显著水平，施用磷肥显著提高了产量，其中磷肥滴灌追施处理的产量显著大于磷肥基施处理。2009年，磷肥滴灌追施处理和磷肥基施处理比不施磷肥处理分别提高14%和9%，而磷肥滴灌追施处理的皮棉产量为1799 kg/hm2，比磷肥基施处理增加4% (P ＜ 0.05)。2010年，磷肥滴灌追施处理的皮棉产量为2301 kg/hm2，比磷肥基施与不施磷肥处理分别增加3%和8% (P ＜ 0.05)，而磷肥基施处理比不施磷肥处理提高5%。2011年，与不施磷处理相比，磷肥滴灌追施和磷肥基施处理都显著提高了皮棉产量，磷肥滴灌追施处理的皮棉产量最高，为1747 kg/hm2，其次是磷肥基施处理，比不施磷肥处理分别提高18%和11%，而磷肥滴灌追施处理比磷肥基施处理增加6% (P ＜ 0.01)。2009—2011年，磷肥滴灌追施处理和磷肥基施处理的3年平均产量比不施磷肥处理分别提高13%和8%，而磷肥滴灌追施处理的皮棉平均产量为1949 kg/hm2，比磷肥基施处理增加5% (P ＜ 0.001)。2009年和2010年磷肥滴灌追施的皮棉平均产量比不施磷肥增加11%，低于2011年的18%，而2009和2010年磷肥滴灌追施比例为50%，2011年为35%滴灌追施，表明磷肥65%基施和35%滴灌追施的增产效果好于50%基施和50%滴灌追施。

图1 不同年份各处理的棉花产量Fig. 1 Cotton yields of each treatment in different years

2.2 磷肥基追比例对棉花产量构成的影响

从表2看出，2009和2011年，施用磷肥显著提高了棉花单铃重，而磷肥滴灌追施处理的单铃重显著大于磷肥基施处理；但2010年3个处理的单铃重没有显著差异。3年试验表明施用磷肥显著提高了单株铃数，而磷肥滴灌追施处理的单株铃数显著大于磷肥基施处理。2009和2010年，施用磷肥对棉花株数没有显著影响，但2011年不施磷的株数显著大于磷肥滴灌追施处理。3年试验表明，3个处理的棉花衣分没有显著差异。

表2 不同年份各处理的棉花产量构成Table 2 Cotton yield components of different treatments in different years

2.3 磷肥基追比例对棉花生物量的影响

表3表明，2009年，施用磷肥显著提高了棉花总生物量，磷肥滴灌追施处理的总生物量显著大于磷肥基施处理，磷肥滴灌追施处理的茎、壳、棉籽生物量显著大于磷肥基施处理，而叶与纤维没有显著差异。2010年，磷肥滴灌追施与磷肥基施处理的总生物量没有显著差异，但两处理的总生物量都显著大于不施磷处理。2011年，磷肥滴灌追施处理的总生物量显著大于磷肥基施和不施磷处理，但两施磷处理的棉籽和纤维生物量都没有达到显著差异；而磷肥基施和不施磷处理的总生物量没有显著差异。磷肥滴灌追施、磷肥基施处理的棉花总生物量3年平均显著大于不施磷处理，分别比不施磷处理增加14%、10%，而磷肥滴灌追施处理比磷肥基施处理显著增加4%。2011年磷肥滴灌追施处理的总生物量比磷肥基施处理显著增加13%，明显高于2009和2010年的5%和2%，表明相对于磷肥50%基施和50%滴灌追施，65%基施和35%滴灌追施更能增加棉花生物量。

2.4 磷肥基追比例对棉花磷素吸收量的影响

由表4可知，2009年，磷肥滴灌追施处理与磷肥基施处理的棉花磷素吸收量均显著大于不施磷处理，分别增加73%和61%；磷肥滴灌追施处理比磷肥基施处理显著提高8%，其中叶、茎、壳和棉籽的磷素吸收量显著高于磷肥基施处理，而纤维的磷素吸收量没有显著差异。2010年，磷肥滴灌追施与磷肥基施处理的棉花磷素吸收量比不施磷处理显著增加45%和37%；磷肥滴灌追施处理的壳、棉籽的磷素吸收量显著高于磷肥基施处理，而两个处理叶、茎和纤维的磷素吸收量没有显著差异，但磷肥滴灌追施处理的磷素总吸收量比磷肥基施处理显著增加6%。2011年，磷肥滴灌追施处理的棉花磷素吸收量最高，比磷肥基施与不施磷处理显著提高12%和87%，其中叶、茎、壳和棉籽的磷素吸收量显著高于磷肥基施处理，但纤维的磷素吸收量与磷肥基施处理没有显著差异；而磷肥基施处理的磷素吸收量比不施磷处理显著增加67%。磷肥滴灌追施与磷肥基施处理的棉花磷素吸收量的3年平均值都显著大于不施磷处理，分别增加65%和53%，而磷肥滴灌追施处理比磷肥基施处理增加8%。2011年磷肥滴灌追施的棉花磷素吸收增长率大于2009和2010年，这是由于基施和追施比例不同造成的差异。

2.5 磷肥基追比例对磷肥效率的影响

表3 不同年份各处理的棉花生物量分配与累积 (kg/hm2)Table 3 Cotton aboveground biomass distribution and accumulation of each treatment in different years

表4 2009—2011年各处理棉花不同部位磷素吸收量 (kg/hm2)Table 4 Phosphorus uptake in different organs of cotton in each treatment from 2009 to 2011

从表5可以看出，2009年至2011年磷肥滴灌追施处理的磷肥利用率为20%～25%，3年平均为23%，而磷肥基施处理的磷肥利用率为16%～21%，3年平均为18%；磷肥滴灌追施处理的磷肥利用率比磷肥基施处理平均提高5个百分点。2009—2010年磷肥滴灌追施的平均磷肥利用率为22.5%，低于2011年，表明磷肥35%滴灌追施比例的效果优于50%滴灌追施比例。2009年至2011年，不施磷处理的土壤P表观平衡均为亏缺，3年平均为-22.9 kg/hm2；而磷肥基施处理与磷肥滴灌追施处理的土壤P表观平衡均为盈余，3年平均分别为30.6 kg/hm2和27.7 kg/hm2，其中磷肥基施处理的土壤磷盈余大于磷肥滴灌追施处理。

表5 各处理棉花磷肥效率和土壤磷素表观平衡Table 5 Efficiency of phosphate fertilizer of cotton and apparent phosphorous balance of soil under different treatments

3 讨论

滴施磷肥时，磷肥首先在施肥罐中溶解，之后随灌溉水经过过滤器，最后再进入滴灌带。过滤器的滤网孔径为0.15 mm (100目)，而滴灌带滴头 (流量1.6 L/h) 的孔径为0.6 mm，因此，不存在沉淀直接堵塞滴头的风险。滴灌追施的磷酸一铵用量为125 kg/hm2(P2O575 kg/hm2)，分2次在棉花蕾期和初花期随水施入，磷肥用量与滴灌次数都较少，形成沉淀堵塞滴头的风险较小；同时新疆农用滴灌带只在当季作物上使用，当年回收，不再重复使用。因此，虽然西北地区灌溉水矿化度高，磷肥随灌溉水追施，并不存在形成沉淀堵塞滴头的风险。

研究表明，出苗水滴施磷酸二氢钾的棉花蕾数和生物量分别比对照 (基施二铵) 增加84.6%和50.0%，氮、磷吸收量分别增加21.2%和20.4%，可增产6.2%[10]。在磷肥滴灌追施条件下，马铃薯生物量增加35.8%～52.0%，产量增加37.3%～47.4%[11]。本研究表明，2009和2010年磷肥滴灌追施处理的棉花产量比磷肥基施处理分别增加4%和3%，而2011年磷肥滴灌追施处理的产量比磷肥基施处理增加6%，2011年磷肥滴灌追施的棉花增产率高于2009和2010年，而2009和2010年磷肥滴灌追施为磷肥50%基施和50%滴灌追施，2011年为磷肥65%基施和35%滴灌追施，表明磷肥滴灌追施时，65%基施和35%滴灌追施优于50%基施和50%滴灌追施。随水施肥能够提高磷素利用率[12-13]，棉花对滴灌专用肥的磷素利用率达21.1%，而基施磷酸二铵的磷素利用率为16.9%[14]。滴施磷肥有利于增加马铃薯块茎中的磷浓度，磷肥全部滴施，马铃薯块茎中的含磷量显著高于磷肥基施[13]，在大豆结荚期滴施磷酸二氢钾能够显著增加大豆磷素积累量，提高磷素吸收利用率[15]。2009和2010年磷肥滴灌追施处理的磷肥利用率比磷肥基施处理均提高4个百分点，而2011年磷肥滴灌追施处理的磷肥利用率比磷肥基施处理提高5个百分点，2011年磷肥滴灌追施的利用率增加的百分点高于2009和2010年，这也可能与磷肥的基追比例有关。而2010年磷肥基施与磷肥滴灌追施处理的磷肥利用率分别小于2009年和2011年，这可能与2010年土壤速效磷含量较高有关。不施磷肥的土壤磷库处于亏缺状态，从培肥地力或维持地力考虑，种植棉花应施用适量的磷肥。当施用P2O5150 kg/hm2时，两种施磷方式下磷素投入量大于作物移走量，土壤磷库均处于盈余状态，表明磷肥施用过量，这也是土壤有效磷增加的主要因素。

滴灌施肥是解决我国干旱、半干旱地区农业水肥资源不足、利用率低下等问题的有效措施之一[16]。磷肥通常作基肥一次足量施入，大量的速效磷被土壤吸附和固定，影响作物对磷的吸收[17]。在棉花生产中往往盲目增加磷肥用量，尤其是高产棉区，不仅造成磷肥资源的浪费，降低施肥的经济效益，同时也增大了土壤磷素的迁移性和环境风险。将磷肥溶于水，通过滴灌连续施入，被土壤固定的磷量显著减少，土壤溶液中的速效磷含量明显增大[12,18]。在棉花蕾期和初花期滴灌追施磷肥，能够增加局部土壤的磷素浓度，局部供应可以促进养分供应区大量根系的增生，而侧根的伸长则主要发生在局部供应养分的部分[19]，从而促进了棉花的磷素吸收，提高了棉花产量和磷肥利用率。因此，滴灌施磷是减少磷肥用量、提高磷肥利用率的有效途径。

4 结论

1) 施用磷肥能够显著增加棉花产量和生物量，其中磷肥滴灌追施的增产效果优于磷肥全部基施。

2) 施用磷肥显著提高了棉花的磷素含量和吸收量，其中磷肥滴灌追施的棉花磷素吸收量显著大于磷肥全部基施。

3) 部分磷肥滴灌追施比磷肥全部基施大幅度提高了磷肥的利用率，减少了磷在土壤中的盈余。

参 考 文 献：

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