江汉平原麦后棉减不同量化肥用有机肥替代效果试验*

耿波，胡爱兵，郭志明，张贤红

（荆州农业科学院，湖北 荆州 434000）

0 引言

荆州地处江汉平原腹地，光热条件好，植棉水平高，是国家重要的棉花优势产区。近年来，随着经济社会的发展，棉田化肥用量剧增，据《中国统计年鉴（2017）》统计数据显示，2016年我国化肥施用量为5984.1万吨，是1978年的6.7倍，且以每年约2.8%的速度增长［1］。大量化肥的单一施用，不仅增加了投资成本，而且造成了土壤板结、理化性质降低［2］，面源污染加剧［3］，严重影响棉花可持续发展。有研究表明，施用有机肥能改善土壤微生态的系统，提高土壤的生物多样性和土壤的生物学活性，改善土壤的理化性质、形成、环境及营养循环，从而提高土壤肥力，起到改良土壤的作用［4］。因此，作者通过研究不同比例有机肥替代化肥对棉花各种性状、土壤养分及产量的影响，为江汉平原棉花减少化肥用量、降低植棉成本、改善棉田环境、增加植棉效益提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试棉花品种为CN01；化学肥料为尿素(N为46%)、重过磷酸钙（P2O5为46%）、硫酸钾（K2O为50%），有机肥采用饼肥。磷、钾、有机肥在播种前（5月29日）一次施入，氮肥基施40%， 7月22日追施60%。

1.2 试验设计

试验于2017年在荆州农业科学院试验基地进行。试验土壤为沙壤土，前茬作物为小麦。试验共设6个处理，处理1为不施肥处理（ck）,处理2为全施化肥处理（施用量参照当地常规），处理3、处理4、处理5和处理6分别为减少化肥施用量20%、40%、50%和100%用有机肥替代（按氮素量折算饼肥用量）处理，其各处理小区肥料用量见表1，3次重复，随机区组排列，小区面积54.72 m2。

棉花于5月24日人工直播，行距0.76 m,株距0.175 m，密度为7.52万株/hm2。试验田管理同当地生产上常规管理。

1.3 调查记载

适时进行棉花的播种期、出苗期、现蕾期、开花期、吐絮期等生育性状调查；每小区选择有代表性10株，于7月、8月和9月中旬调查株高、果枝、铃数等性状；测定铃重、衣分；检测断裂比强度、上半部平均长度、整齐度指数、马克隆值；测定棉花生长不同时期土壤中有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量；分小区单收、单晒、称重计产。

2 结果和分析

2.1 不同处理对生育期、铃数、铃重、产量和衣分的影响

从表2可见，各处理在生育期、单铃重、衣分等方面差异不显著；施肥处理的单株结铃显著高于ck，且有机无机肥配施普遍高于单施化肥，说明施用有机肥有利于棉铃的形成［5］；5个施肥处理籽棉产量均比ck高，其中4个处理与ck差异达显著水平，化肥减量20%和减量50%处理产量相近，减量50%处理产量最高。

表1 各处理的小区施肥量

表2 各处理的生育期、产量和产量性状

2.2 不同处理下土壤养分含量分析

2.2.1 不同处理土壤全氮含量

由图1可见，蕾期和花铃期各处理土壤全氮含量差异不显著，吐絮期全有机肥处理显著高于全化肥和减量20%。全化肥处理土壤全氮含量随生育期逐渐降低，吐絮期低于其他处理。替代40%以上化肥，土壤全氮波动较小，全施有机肥土壤中全氮含量增加。

2.2.2 不同处理土壤有机质含量

由图2可见，各处理有机质含量差异不显著，全施有机肥处理蕾期和花铃期有机质含量最高。

2.2.3 不同处理土壤碱解氮含量

碱解氮反应土壤氮素供应情况，与作物生长关系密切。由图3可见，三个时期全有机肥、减量20%处理碱解氮含量较高，ck碱解氮含量最低。

2.2.4 不同处理土壤速效磷含量

图1 各处理三个时期的土壤全氮含量

图2 各处理三个时期的土壤有机质含量

图3 各处理三个时期的土壤碱解氮含量

图4 各处理三个时期的土壤速效磷含量

由图4可见，花铃期和吐絮期全有机肥、全化肥、减量20%处理速效磷含量较高，三个时期均是ck的速效磷含量最低。

2.2.5 不同处理土壤速效钾含量

由图5可见，三个时期全有机肥处理速效钾含量最高。随着生育期，有机肥处理先降低后增加，对照处理钾含量波动不大，化肥处理一直降低，到吐絮期降到最低。

综合来看，全施有机肥处理，土壤全氮、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量较其他处理高，有机肥部分替代与化肥处理，差异不显著，替代量还需结合产量等确定。

图5 各处理三个时期的土壤速效钾含量

2.3 不同处理对棉花纤维品质的影响

从表3可以看出，不同处理对棉花纤维品质有一定的影响，减量20%处理棉花上半部平均长度、整齐度指数和断裂比强度最高，与其他处理差异达显著水平，ck处理三项指标最低。全化肥、减量40%、减量50%和全有机肥处理之间无显著差异。各处理之间马克隆值无显著差异。说明施用有机肥能显著改善棉花纤维品质，这可能是因为有机肥促进干物质积累，并通过矿化等作用提供更多钾素营养，使对钾素的供应持续而稳定［6］。郭英，等［7］认为钾素能提高棉花纤维成熟度，对品质有显著的影响。

2.4 不同处理的经济效益分析

参考价格以籽棉6元/kg、尿素1.5元/kg、重过磷酸钙1.3元/kg、硫酸钾3.5元/kg、饼肥2.4元/kg计算经济效益。由表9可知，随着化肥用量的减少和有机肥用量的增加，肥料成本逐渐增加，处理2～6分别比对照增收 7935.0元 /hm2、6727.5元 /hm2、2906.7元/hm2、4766.1元 /hm2和 460.2元 /hm2，其中全化肥处理效益最好，有机肥替代处理以减量20%化肥处理效益最好。

表3 各处理的棉花纤维品质

表4 经济效益分析

3 结论

棉花增施有机肥能改善土壤结构，培肥地力，增加产量，提高品质。棉田化肥减量有机替代是增加有机质含量、培肥土壤、改善环境、节本增效、实现棉花可持续健康发展的有益途径。从以上试验结果综合分析得出：①减少化肥施用的同时，配施部分有机肥可以达到与纯施化肥相当的产量水平；②单纯施用化肥既不利于增产，又不利于提高肥料利用率，还会造成环境污染，有机肥与化肥配施是最佳施肥方法；③采用50%化肥+50%有机肥方案，棉花产量最高；④有机肥替代20%虽与替代50%处理产量相当，但增收1961.4元/hm2，且纤维品质最好，因而最高效。