有机无机配施对棉花氮磷钾养分吸收和产量的影响

哈丽哈什·依巴提，李青军，张 炎

(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】肥料养分投入是作物生产中提高作物产量的主要手段[1]，据统计，新疆化肥单位面积施肥量由1990年132 kg/hm2上升到目前的413 kg/hm2[2]。随着化肥施用量的增加，施肥的增产作用逐渐下降[3]，化肥过量以及不合理施用，造成土壤质量、肥力下降，而且土壤微生物多样性降低，土传病害有加重趋势[4-7]。肥料高效利用对新疆棉花产业持续发展有实际意义。【前人研究进展】新疆有机肥料种类多、数量大，资源丰富，但绝大多数有机废弃物未经处理被直接排入环境，仅有10%～20%被处理或利用[8]。将畜禽粪便、作物秸秆、菌渣废弃物等肥料化，并作为有机肥养分进行农田回用，可以减少养分损失，是其资源化利用的主要途径[9-11]。有机肥具有改良土壤性状、培肥地力、提高养分供应能力、增加作物产量等积极作用[12-13]。与化肥相比，有机肥中的养分含量低且释放速率较慢，不能满足作物生长生育所需的养分供应而影响最终产量[14]。将有机肥按一定比例替代或补充部分化肥可以协调作物对养分的需求，有利于培肥土壤与作物增产，提高化肥的利用效率[15,16]。【本研究切入点】当前关于有机肥对作物产量和品质、养分吸收等影响的研究较多[17,18]，而在滴灌棉田有机无机配施对棉花产量和氮肥利用率的影响却鲜有报道。研究有机无机配施对棉花养分吸收、氮素利用和产量的影响。【拟解决的关键问题】研究不同用量鸡粪堆肥与化肥配施，对棉花生长发育、养分吸收、氮素利用率、产量及经济效益的影响，为新疆棉花有机肥合理施用、棉田土壤改良培肥、滴灌棉花提质增效、农业废弃物资源化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年在新疆昌吉市华兴农场 (N44°15′22.00″，E87°15′34.14″) 进行，属于典型的内陆性荒漠气候，年平均降水量280 mm，年均无霜期170 d，年均≥10℃积温3 300℃。供试土壤为灰漠土，其基本理化性状为 pH值 8.3，有机质 11.3 g/kg，速效氮 58.4 mg/kg，有效磷24.4 mg/kg，速效钾 229 mg/kg。

1.2 方 法

1.2 .1 试验设计

试验采用随机区组设计，设CK：不施氮；CF：单施化肥(N为210 kg/hm2，P2O5为100 kg/hm2，K2O为90 kg/hm2)；LMCF：低量有机肥配施化肥(鸡粪堆肥1 500 kg/hm2+化肥)；MMCF：中量有机肥配施化肥(鸡粪堆肥3 000 kg/hm2+化肥)；HMCF：高量有机肥配施化肥(鸡粪堆肥4 500 kg/hm2+化肥)。每个处理重复 3 次，小区面积为7.2 m×7 m=50.4 m2。各小区地势平整、地力均衡。经过测定，鸡粪有机肥中 N、P2O5、K2O的含量分别为 1.74%、1.83%、1.82%，有机质含量≥30%，有机无机配施处理中氮、磷和钾量与单施化肥处理相同，氮、磷和钾肥不足时分别用尿素、重过磷酸钙和氯化钾补齐。磷钾肥和鸡粪堆肥作为基肥一次施用，所有处理的氮肥全部作追肥，按照棉花生育期需肥规律在棉花生育期间，分6次随水滴施。所用氮肥为尿素(含N 46%)，磷肥为重过磷酸钙(含P2O546%)，钾肥为氯化钾(含K2O 60%)。个配施处理和单施化肥中化肥氮追肥比例为蕾期∶盛蕾期∶初花期∶盛花期∶花铃期∶盛铃期=10%∶20%∶25%∶25%∶10%∶10%。

棉花供试品种为新陆早 57 号，采取膜下滴灌种植，一膜 6 行，株距为10 cm播幅内宽、窄行距配置为(10+66+10+66+10)cm+76 cm ，2018年4月18日播种，4月27日出苗，生育期灌溉 10 次，总灌水量 280 m3。

1.2 .2 测定指标1.2 .2.1 干物质和养分

在吐絮期(9月20日)采取棉花样品，将采集的3 植株棉花按秸秆、棉纤维、籽分开，在105℃下杀青30 min，然后75℃条件下烘干，记录干物质重。将烘干的植株样品粉碎，分析植株不同部位养分吸收量。植株样用H2SO4-H2O2消煮，全氮采用奈氏比色法、全磷采用钼锑抗比色法，全钾采用火焰火光度法进行测定。

1.2 .2.2 产量

吐絮期调查各小区9.6 m2内的棉花株数、铃数，并采收小区内棉花100朵测单铃重。根据每公顷株数，单株平均结铃数和平均单铃重，计算各处理棉花产量。

1.2 .2.3 氮素利用效率

氮素的利用效率的计算方法[19]：

氮素表观利用率(Nitrogen recovery efficiency，%)=(N-N0)/F×100.

氮素偏生产力(Nitrogen partial productivity，kg/kg)=Y/F.

肥料氮贡献率(Nitrogen fertilizer contribution，%)=(Y-Y0)/Y×100.

氮素农学效率(Nitrogen agronomy efficiency，kg/kg)=(Y-Y0)/F.

式中，Y和Y0分别为施氮处理和 CK 处理所获得的棉花籽粒产量，N和N0分别为施氮处理和 CK 处理地上部总吸氮量，F为施氮量。

1.3 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS18.0统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 有机无机肥配施对棉花生物量累积与分配的影响

研究表明,CK处理的棉花秸秆、纤维、籽和总生物量都显著小于单施化肥和有机无机配施处理，并有机无机配施处理中，LMCF和MMCF处理的棉花秸秆、纤维、籽和总生物量都高于单施化肥处理，但差异不显著。LMCF和MMCF处理的秸秆生物量比单施化肥处理分别增加了3.1%和3.7%。LMCF和MMCF处理的纤维生物量比单施化肥处理分别增加了0.1%和0.1%。LMCF和MMCF处理的籽生物量比单施化肥处理分别增加了7.1%和5.8%。LMCF和MMCF处理的总生物量比单施化肥处理分别增加了1.7%和3.8%。表1

表1 各施肥处理下棉花干物质累积与分配Table 1 Cotton dry matter accumulation and distribution of each fertilizer treatment (kg/hm2)

注：同列不同字母表示处理间差异达到显著性水平(P< 0.05),下表同
Notes: Different lowercase lettters in the same column mean significant difference (P<0. 05) ,the same as next table

2.2 有机无机肥配施对棉花氮素吸收利用的影响

研究表明,CK处理的棉花秸秆、纤维、籽和总氮素吸收量都显著小于单施化肥和有机无机配施处理，并有机无机配施处理的棉花秸秆、纤维、籽和总氮素吸收量都高于单施化肥处理，其中MMCF处理秸秆和纤维氮素吸收量均高于单施化肥处理。LMCF、MMCF和HMCF处理的秸秆氮素吸收量比单施化肥处理分别增加了7.8%、13.8%和4.7%。LMCF、MMCF和HMCF处理的纤维氮素吸收量比单施化肥处理分别增加了13.9%、9.0%和3.8%。LMCF、MMCF和HMCF处理的籽氮吸收量比单施化肥处理分别增加了0.7%、1.7%和0.7%。LMCF、MMCF和HMCF处理的总氮素吸收量比单施化肥处理分别增加了2.5%、4.4%和4.5%。表2

表2 各施肥处理的棉花N素吸收与分配Table 2 Nitrogen uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2)

2.3 有机无机肥配施对棉花磷素吸收利用的影响

研究表明,CK处理的棉花秸秆、纤维、籽和总磷氮素吸收量都显著小于单施化肥和有机无机配施处理，并LMCF和MMCF处理的棉花秸秆、纤维、籽和总磷素吸收量都高于单施化肥处理。LMCF和MMCF处理的秸秆磷素吸收量比单施化肥处理分别增加了10.9%和18.8%。LMCF、MMCF和HMCF处理的纤维磷素吸收量比单施化肥处理分别增加了13.8%、9.0%和3.8%。LMCF、MMCF和HMCF处理的籽磷吸收量比单施化肥处理分别增加了6.6%、15.3%和3.0%。LMCF和MMCF处理的总磷素吸收量比单施化肥处理分别增加了6.9%和14.8%。表3

2.4 有机无机肥配施对棉花钾素吸收利用的影响

研究表明,CK处理的棉花秸秆、纤维、籽和总钾素吸收量都显著小于单施化肥和有机无机配施处理。有机无机配施和单施化肥处理间，棉花秸秆、纤维、籽和总钾素吸收量之间没有显著差异。表4

表3 各施肥处理下棉花P素吸收与分配Table 3 Uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2)

表4 各施肥处理下棉花K素吸收与分配Table 4 Uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2 )

2.5 有机无机肥配施对棉花氮素利用率的影响

研究表明,LMCF和MMCF处理的氮素表观利用率显著高于单施化肥处理，并LMCF、MMCF和HMCF处理氮素表观利用率分别比CF增加了3.2、5.8和0.1个百分点。氮肥偏生产力是各有机无机配施处理高于单施化肥处理，但差异未达到显著水平，LMCF、MMCF和HMCF分别比CF增加了9.1%、0.3%和0.1%。各有机无机配施处理的肥料氮贡献均高于单施化肥处理，其中LMCF处理的最高，显著高于CF处理，LMCF、MMCF和HMCF处理肥料氮贡献率分别比CF增加了35.5%、6.9%和6.7%。各有机无机配施处理的农学效率显著高于单施化肥处理，且LMCF、MMCF和HMCF处理农学效率分别比CF增加了56.1%、19.0%和21.5%。表5

表5 不同施肥处理下棉花氮素利用效率Table 5 N efficiency in cotton as affected by different fertilization

2.6 有机无机肥配施对棉花产量和经济效益的影响

研究表明,有机无机配施处理和单施化肥处理的籽棉产量显著高于CK处理，增幅为29.6%～41.4%。有机无机配施处理和单施化肥处理中，LMCF处理的产量最高，显著高于CF、MMCF和HMCF处理。LMCF、MMCF和HMCF处理比单施化肥处理分别增产9.1%、0.3%和0.1%。棉花纯收益为LMCF处理的最高，其次是CF处理，但两者之间差异未达到显著水平。HMCF处理的棉花纯收益与CK处理的棉花纯收益之间无显著差异。从产量构成各因素来看，与CK处理相比，有机无机配施处理和单施化肥处理提高棉花单株铃数，并有机无机配施处理的棉花单株铃数显著高于单施化肥处理的棉花单株铃数。棉花单铃重各处理间没有差异。表6

表6 各施肥处理下棉花产量、产量构成因子及效益Table 6 Cotton yield ,yield component and economic benefits as affected by different fertilization

注：2017年昌吉市棉花7.0元/kg ,尿素1.6元/kg,硫酸钾3.26元/kg
Note: The price in Chang ji city in 2017 year:cotton 7.0 yuan/kg, urea 1.6 yuan/kg,Potassium sulphate 3.26 yuan/kg

3 讨 论

杜少平等[20]研究表明，施用有机肥较单施化肥可促进西瓜营养生长和氮、钾养分的运转，显著提高西瓜产量和养分的吸收积累量。刁生鹏[21]研究表明，适量增施有机肥能显著提高作物对养分的吸收，有利于作物在生育时期对养分的吸收和积累，提高作物产量。梁斌[22]认为有机肥料中的活性氮与化肥氮素利用率有显著正相关关系，肥料配施后大幅度提高了作物在当季对氮素的吸收利用。孟林等[23]研究认为等施氮量下，与单施化肥相比，有机肥与化肥的配施处理能显著提高作物对氮素的回收效率、农学效率以及氮累积量。试验表明，有机无机配施处理均不同程度棉花地上部的干物质累积和氮磷养分吸收量，氮磷总吸收量分别增加2.5%～13.7%和6.9%～15.7%，有机无机配施处理均增加了棉花氮素表观利用率、偏生产力、农学利用效率和肥料氮贡献率，说明有机无机配施有利于氮素的持续供应，促进氮素吸收和生殖器官中分配，减少了氮进入环境的量。其中，低量有机肥配施化肥(鸡粪堆肥1 500 kg/hm2+化肥)处理的氮素利用效率最高，这可能是因为该配施处理，土壤微生物的繁殖与活动可以更好的调节土壤 N 素的释放，改善了土壤对作物的供氮能力，减少了氮素的损失，促进了棉花对氮素的吸收，从而提高氮肥利用率。

众多研究[24-26]也从作物生长的生理特性方面来解释有机肥配施化肥的增产效应，总结称有机肥与化肥配合施用能延缓作物的根系等器官的衰老，优化产量构成要素，使作物增产稳产。在研究中，与不施氮相比，单施化肥和有机无机配施均能增加棉花产量和单株铃数，这与前人研究结果一致[27,28]。与单施化肥相比，低量有机肥配施化肥的LMCF处理显著增加棉花产量，而高量有机肥配施化肥与单施化肥产量相当，这可能是随着有机氮比例提高，土壤中碳数量也在增加，微生物固持无机氮的数量也在增加，导致替代比例高的处理中矿质养分含量降低，影响了土壤氮素的早期供应和棉花的氮素吸收[29]。但对棉花收益来说，低量有机肥配施化肥(鸡粪堆肥1 500 kg/hm2+化肥)处理的纯收益与单施化肥处理相当，其他替代处理因肥料成本的增加降低了棉花的经济效益。

4 结 论

4.1 与单施化肥相比，低量(鸡粪堆肥1 500 kg/hm2+化肥)和中量(鸡粪堆肥3 000 kg/hm2+化肥)有机肥配施化肥有利于棉花养分吸收和提高氮肥利用率，在，低量(鸡粪堆肥1 500 kg/hm2+化肥)和中量(鸡粪堆肥3 000 kg/hm2+化肥)有机肥配施化肥的情况下，氮素表观利用率分别提高3.2和5.8个百分点，农学效率分别提高56.1%和19.0%。

4.2 与单施化肥相比，有机肥配施化肥显著增加棉花单株铃数增加，但对对产量和收益来说，只有低量有机肥配施化肥(鸡粪堆肥1 500 kg/hm2+化肥)显著增加棉花产量，增产9.1%，收益与单施化肥相当。