控失尿素施用量及不同配比对棉花产量与氮肥利用的影响

马腾飞，李青军，张 炎，哈丽哈什·依巴提，张鹏忠，姜婷婷

(1.国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/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)

0 引 言

【研究意义】我国氮肥施用量占全球氮肥用量的30%，氮肥平均利用率仅为30%～35%[1]，远低于世界平均水平，导致氮素大量损失，既浪费了资源又增加了污染环境的风险[2]。合理施氮可以显著提高棉花的产量[3]及地上部分的吸氮量[4]，随氮肥投入的增加氮肥利用率降低，氮肥对棉花产量的贡献率在施氮量达到 300 kg/hm2后随施氮量的增加而降低[5]，因此，能够控制养分流失、提高化肥利用率的新型控失肥料的研究与生产具有重大的现实意义[6]。【前人研究进展】控失肥不同于添加脲酶抑制剂或包裹包膜的缓/控释型化肥，控失肥是通过添加控失剂复合材料对肥料进行改性，养分释放靠植物根系伸展到由控失剂形成的网状结构吸收，持续供给养分，作物随需随取。控失尿素作基肥施用，可以使氮肥利用率提高[7]，在旱地农业及普通畦灌、沟灌条件下优势显著。【本研究切入点】膜下滴灌棉田控失尿素与普通尿素不同配比施用对棉花产量和氮肥利用率的影响鲜有报道。研究控失尿素、普通尿素不同配比对棉花生长发育、氮素吸收及产量的影响。【拟解决的关键问题】研究通过大田小区施肥试验，研究不同基施控失尿素与普通尿素比例配施对滴灌棉花干物质积累、养分吸收、产量及氮肥利用率的影响，以期为滴灌条件下棉花施用控失尿素提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2017年在新疆昌吉市佳弘农场，地理坐标为E82°17′30″，N44°10′59″，年降雨量280 mm，年均无霜期170 d，年均10℃积温3 300℃·d。棉花供试品种为新陆早48号，一膜6行种植，行距配置(10+66 )cm，株距10 cm，小区面积54 m2。4月26日播种，5月3日出苗，生育期灌溉10次，总灌水量3 900 m3/hm2。土壤为灰漠土，播前土壤养分状况。表1

表1 0～20 cm供试土壤的养分状况
Table 1 The nutrient properties of soil in 0-20 cm depth

pH值OM(g/kg)NO3--N(mg/kg)P(mg/kg)K(mg/kg)Zn(mg/kg)8.078.7321.411.62060.84

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验在相同磷钾及微肥(P2O5120 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2)的基础上，试验设8个处理，即：(1)CK：不施氮肥；(2)常规尿素：施N 225 kg/hm2；(3)等氮量控失尿素：施N 225 kg/hm2；(4)控失尿素减量20%：施N 180 kg/hm2；(5)控失尿素减量30%：施N 157.5 kg/hm2；(6)控失尿素与常规尿素7∶3配比：施N 225 kg/hm2；(7)控失尿素与常规尿素5∶5配比：施N 225 kg/hm2；(8)控失尿素与常规尿素3∶7配比：施N 225 kg/hm2。

处理2的30%氮肥作基肥，70%氮肥用于追肥，分4次在棉花蕾期(6月13日)、花期(6月27日)、花铃期(7月18日)、盛铃期(7月30日)随水滴施；其它处理的控失尿素全部作为底肥基施，常规尿素分4次随水滴施(同处理2)。磷肥用三料磷肥(P2O546%)、钾肥用氯化钾(K2O 60%)，磷、钾肥全部基施。常规尿素、控失尿素由心连心化肥有限公司提供。

1.2.2 测定指标

干物质和养分：在成熟期(9月23日)采取棉花样品，将采集的植株按不同器官(茎、叶、壳、纤维、种子)分开，烘干、称重、粉碎，分析植株不同部位N养分含量。

棉花产量：棉花成熟期各小区调查面积2.4×2=4.8 m2的棉花株数、铃数，并采收各部位棉桃100朵测单铃重，采用Excel和SPSS18.0进行统计分析。

养分积累量(kg/hm2)=株数(株/hm2)×单株干物质重(kg)×养分浓度(%)。

养分利用率(%)=(施肥区养分吸收量-缺肥区吸收量)×100 /施肥量。

农学效率(kg/kg)=(施肥区棉花产量-缺肥区棉花产量)/ 施肥量。

2 结果与分析

2.1 氮肥对棉花干物质累积与分配的影响

研究表明，棉花各部位干物质处理间差异显著。棉花的叶干物质以控失与常规尿素7∶3配比处理最大，为2 025 kg/hm2，显著大于除控失尿素处理外的其它处理；控失尿素减量20%处理的叶干物质与常规尿素没有显著差异，但显著大于控失尿素减量30%、CK处理。棉花的茎干物质以控失与常规尿素7∶3配比处理最大，为2 481 kg/hm2，显著大于常规尿素、控失与常规尿素3∶7配比处理，与控失尿素、控失与常规尿素5∶5配比处理没有显著差异；控失尿素减量20%处理的茎干物质与常规尿素没有显著差异，但显著大于控失尿素减量30%、CK处理。等氮量处理间的壳干物质没有显著差异。各处理的棉花纤维干物质与壳干物质具有相同的趋势。各施氮处理的棉花籽干物质都没有显著差异。

棉花的总干物质以控失与常规尿素7∶3配比处理最大，为12 986 kg/hm2，显著大于控失与常规尿素3∶7配比处理；常规尿素、控失尿素减量20%、控失尿素减量30%处理的总干物质没有显著差异，但常规尿素、控失尿素减量20%处理都显著大于CK处理，而控失尿素减量30%与CK处理没有显著差异。表2

表2 棉花干物质累积与分配

Table 2 Dry matter accumulation and distribution of cotton(kg/hm2)

注: 表格中同一列有相同字母表示处理间差异未达到显著性水平 (P<0.05) ，下同

Note :The same letters following the data in the same column mean insignificant difference atP<0.05，The same as below

2.2 氮肥对棉花产量的影响

研究表明，各处理棉花的株数没有显著差异。CK和控失尿素的单株铃数最小，显著小于控失与常规尿素5∶5配比、控失与常规尿素3∶7配比、控失尿素减量20%处理，而其它处理间差异不显著。棉花的单铃重以控失与常规尿素7∶3配比处理最大，为6.58 g，显著大于控失尿素、控失与常规尿素5∶5配比、控失与常规尿素3∶7配比、常规尿素处理；常规尿素处理与控失尿素减量20%处理的单铃重没有显著差异，但都显著大于控失尿素减量30%、CK处理。

施用氮肥显著增加了棉花产量，比CK增产22.65%～40.24%，与常规尿素相比，控失尿素、控失与常规尿素7∶3配比、控失与常规尿素5∶5配比处理都显著增加了棉花产量，增产率9.22%～14.34%，其中控失与常规尿素7∶3配比增产效果最好，显著好于其他处理，而控失与常规尿素3∶7配比与常规尿素处理效果相当；控失尿素减量20%与常规尿素处理的产量差异不显著，而控失尿素减量30%处理显著低于常规尿素处理，产量降低了5.85%。表3

2.3 氮肥对棉花养分吸收与分配的影响

研究表明，棉花各部位N素吸收量处理间差异显著。棉花的叶N素吸收量以控失与常规尿素7∶3配比处理最大，为32.00 kg/hm2，显著大于控失尿素、常规尿素、控失与常规尿素3∶7配比处理；常规尿素处理与控失尿素减量20%处理的叶N素吸收量没有显著差异，但都显著大于控失尿素减量30%、CK处理。棉花的茎N素吸收量以控失与常规尿素7∶3配比处理最大，为37.40 kg/hm2，显著大于常规尿素、控失与常规尿素3∶7配比处理；而常规尿素、控失尿素减量20%、控失尿素减量30%处理的茎N素吸收量没有显著差异，但都显著大于CK处理。棉花的壳N素吸收量与棉花茎具有相同的趋势。等氮量条件下，常规尿素处理的纤维N素吸收量显著小于其它处理；常规尿素、控失尿素减量20%、控失尿素减量30%处理间没有显著差异，但均显著大于CK处理。控失与常规尿素7∶3配比、控失与常规尿素5∶5配比处理的籽N素吸收量显著大于常规尿素处理；常规尿素处理与控失尿素减量20%处理的籽N素吸收量没有显著差异，但都显著大于控失尿素减量30%、CK处理。

控失与常规尿素7∶3配比处理的总N素吸收量为244.26 kg/hm2，显著大于控失尿素、控失与常规尿素5∶5配比、控失与常规尿素3∶7配比、常规尿素处理，而与控失尿素、控失与常规尿素5∶5配比处理都显著大于常规尿素、控失与常规尿素3∶7配比处理；常规尿素处理与控失尿素减量20%处理的总N素吸收量没有显著差异，但都显著大于控失尿素减量20%、CK处理。表4

表3 棉花产量与产量构成因子
Table 3 Yield and composition factor of cotton

处理Treatment株数Plant density(株/hm2)单株铃数Boll number per plant单铃重Boll mass(g)产量Yield(kg/hm2)比CK增产Than CK To increase production(%)比常规尿素增产Than common urea To increase production(%)CK115 278a6.07b4.81e3 365e--常规尿素Urea117 361a6.21ab5.67c4 127c22.65-控失尿素Loss-control urea120 139a6.08b6.24b4 555b35.3610.36控失尿素减量20%80% Loss-control urea112 500a6.35a5.81c4 143c23.130.39控失尿素减量30%70% Loss-control urea115 278a6.22ab5.43d3 886d15.48-5.85控失与常规尿素7∶3Loss-control urea/ Urea 7∶3115 972a6.18ab6.58a4 719a40.2414.34控失与常规尿素5∶5Loss-control urea/ Urea 5∶5113 889a6.36a6.22b4 507b33.969.22控失与常规尿素3∶7Loss-control urea/ Urea 3∶7115 278a6.34a5.75c4 194c24.651.63

表4 棉花N素吸收与分配

Table 4 Nitrogen uptake and distribution of cotton(kg/hm2)

2.4 棉花氮肥利用效率

研究表明，控失与常规尿素7∶3配比、控失尿素、控失与常规尿素5∶5配比、控失与常规尿素3∶7配比处理的农学效率介于3.69～6.02 kg/kg，都大于常规尿素处理的3.39 kg/kg，其中控失与常规尿素7∶3配比处理最大，其次是控失尿素处理，为5.29 kg/kg，而控失与常规尿素3∶7配比处理略大于常规尿素处理；控失尿素减量20%处理的农学效率大于常规尿素处理，而控失尿素减量30%处理小于常规尿素处理。控失与常规尿素7∶3配比、控失尿素、控失与常规尿素5∶5配比处理都比常规尿素处理都提高了棉花的氮肥利用率，增加了6.85～10.20个百分点。等氮量条件下，控失与常规尿素7∶3配比处理的氮肥利用率最高，比常规尿素分别增加了10.20个百分点，而控失与常规尿素3∶7配比处理的氮肥利用率与常规尿素处理相差不大。而控失尿素减量20%处理的氮肥利用率比常规尿素增加了11.26个百分点。表5

表5 氮肥利用效率
Table 5 Fertilizer nitrogen use efficiency

处理Treatment农学效率The efficiency of agriculture (kg/kg)N利用率Fertilizer nitrogen use efficiency (%)比常规尿素增加百分点Common urea To increase productionCK3.39 43.54-常规尿素 Urea5.29 50.657.11控失尿素 Loss-control urea4.32 54.811.26控失尿素减量20% 80% Loss-control urea3.31 55.612.06控失尿素减量30% 70% Loss-control urea6.02 53.7410.20控失与常规尿素7∶3 Loss-control urea/ Urea 7∶35.08 50.46.85控失与常规尿素5∶5 Loss-control urea/ Urea 5∶53.69 45.431.89

3 讨 论

目前我国农业生产上应用的稳定性肥料主要有控失肥料和控释肥料，二者都通过添加助剂减少养分流失，减缓养分释放速率，提高肥料利用率。但是控失肥重点解决肥料养分迁移问题，控失剂由改性后多种微纳米多孔天然矿物材料、生物发酵制品环脂肽及复合氨基酸、高端有机材料等精准复配而成，属无溶剂型化肥养分载体材料。添加助剂溶解后形成的网状结构能“网捕”或“定植”养分分子在植株根系周围，养分释放靠植物根系伸展到由控失剂形成的网状结构吸收，达到控制养分迁移、流失目的，未被作物吸收养分可供下季作物继续利用。而控释肥重点解决养分释放速率问题，控释剂有硫磺、树脂、脲甲醛、聚天门冬氨酸、脲酶抑制剂、硝化抑制剂等助剂。添加助剂在肥料颗粒外形成包膜，养分经包膜溶解或通过包膜空隙释放，达到减缓养分释放速率目的。

关于控释氮肥对棉花产量影响的研究已有较多报道[8-10]，李伶俐等[8]研究表明，等氮条件下，控释氮肥提高了棉花单株结铃数和单铃重，籽棉显著增产10.3%；而孙强生等[10]报道，控释肥在各施肥水平上与普通复合肥相比，虽棉铃数变化不显著，但土施用 0.2、0.4 g/kg纯氮时，包膜控释肥比普通复合肥具有显著的增产作用。李青军等[11]研究表明，与常规施肥相比，常规施肥配施 NAM 处理均能够显著提高棉花干物质量，增加单株铃数，皮棉产量增9.62%～10.2%，氮肥利用率提高9.76%～10.52%。与控释氮肥相比，控失尿素对作物的影响研究较少，主要集中在小麦和玉米上[12,13]，但控失肥尿素对棉花产量和氮素吸收率影响的研究鲜有报道。试验研究结果表明，与常规尿素相比，控失与常规尿素7∶3配比能显著增加棉花干物质量和单铃重，提高棉花产量，增产14.34%，但控失尿素减量20%处理与常规尿素处理的棉花干物质与产量大体相同，控失尿素减量30%处理显著低于常规尿素处理，产量降低了5.85%；与常规尿素相比，控失与常规尿素7∶3配比能显著增加棉花N素吸收量，提高棉花氮肥利用率，利用率增加了10.2百分点，但控失尿素减量20%处理与常规尿素处理的棉花N素吸收量大体相同，但大幅度提高了氮肥利用率，增加了11.26百分点。因此，控失尿素替代常规尿素或与常规尿素配合施用均能显著提高膜下滴灌棉田氮肥利用率，但以控失尿素与常规尿素比为7∶3配合施用效果最好。

而文祥朋等[14]研究表明，与常规尿素相比，控失尿素常量或与常规尿素配施均可显著增加水稻产量，且控失尿素与常规尿素以1∶3质量比配合施用效果最好。前人研究结果一致表明，控失尿素可以提高棉花产量和肥料利用率，但不同作物，不同种植模式下，控失尿素与常规尿素不同配比施用效果不同，其原因有待进一步探讨。

4 结 论

4.1 与常规尿素相比，控失与常规尿素7∶3配比(施肥量说清楚下面一样)能显著增加棉花干物质量，提高棉花产量，增产14.34%。

4.2 控失尿素减量20%处理与常规尿素处理的棉花干物质与产量大体相同，控失尿素减量30%处理显著低于常规尿素处理，产量降低了5.85%。

4.3 与常规尿素相比，控失与常规尿素7∶3配比能显著增加棉花N素吸收量，提高棉花氮肥利用率，利用率增加了10.20个百分点。

4.4 控失尿素减量20%处理与常规尿素处理的棉花N素吸收量大体相同，但大幅度提高了氮肥利用率，利用率增加了11.26个百分点。