有机酸添加对不同磷肥用量棉田磷素状况和产量的影响

马超，张凯，袁芳，张楠，盛建东，张文太

（新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆土壤与植物生态过程重点实验室，乌鲁木齐 830052）

0 引言

【研究意义】2019年新疆棉花播种面积为333.92×104hm2（5 008.8万亩），占全国的76.1%，产量500.2×104t，占全国84.9%[1]，已成为我国最重要的棉区和优质棉基地[2]。施肥是保证棉田产量的重要措施，膜下滴灌条件下，棉田氮肥和钾肥的当季利用率可达到10.8%～40.5%和21.2%～35.9%[3]，而磷肥由于在石灰性土壤上固持严重[4]，棉田磷肥当季利用率仅为10%～25%[5]，提高磷肥利用率是减少棉田化学磷肥用量、提高经济和环境效益的关键。研究不同磷肥用量条件下，有机酸添加对土壤磷素有效性、棉花生长和产量的影响，对减少化学磷肥用量，提高棉田磷肥利用率有重要意义。【前人研究进展】有机酸是普遍存在于自然界的一类功能性有机物，由于其特殊的荷电特性与分子结构[6]，施入土壤可提高土壤磷素有效性[7]，促进作物磷素吸收[8]。有机酸提高土壤磷素有效性的机理包括：有机阴离子与磷酸根的配位交换[9]；有机态的含磷化合物在pH值降低时部分水解[10-11]；部分铁铝结合态磷鳌合溶解[12]。【本研究切入点】新疆棉田土壤磷素固持严重，磷肥利用率低。需有机酸添加对土壤磷素有效性和棉花产量的影响。【拟解决的关键问题】以新疆膜下滴灌棉田为研究对象，在不同磷肥用量基础上，设置有机酸添加和对照处理，测定棉田土壤速效磷、植株吸磷量、产量构成等，研究其在减少化学磷肥用量潜力，为新疆棉田磷肥科学管理提供参照。

1 材料与方法

1.1 材料

研究选取新疆阜康市彭家湾村冰湖三队（88°0′44.30″E，44°10′21.05″N）。阜康地处天山东段北麓、准噶尔盆地南缘，属于大陆性干旱气候，年均无霜期174 d，光热资源充足，年均温度6.6℃，降雨量186 mm。该地区耕地土壤类型主要有灌溉灰漠土、灌耕土、潮土、退潮土、灌淤土、盐渍化土潮土等。阜康市棉花播种面积0.98×104hm2（14.71×104亩），棉花产量1.91×104t，棉花是阜康市的重要经济作物。试验区土壤背景值分别为有机质18.10 g/kg，碱解氮46.23 mg/kg，速效磷13.55 mg/kg，pH（水∶土=5∶1）8.14，电导率226.74µS/cm。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

以当地测土配方施肥磷肥P2O5用量（150 kg/hm2）为上限，P2O5设置0、50、100和150 kg/hm2（MAP0、MAP50、MAP100和MAP150）4个磷肥用量处理（磷酸一铵），每个磷肥用量处理下设不添加有机酸对照（CK）和有机酸添加处理（OA，有机酸用量为45 kg/hm2），每个处理4个重复，共32个小区，小区面积为5 m×4 m。棉花种植模式为膜下滴灌，1膜1带2行种植，棉花株距15 cm。棉田磷肥采用磷酸一铵（云南常青树化工有限公司，N含量12%，P2O5含量61%）、氮肥采用尿素（新疆鸿基焦化有限责任公司，N含量46.2%），施氮量N为250 kg/hm2（尿素与磷酸一铵中氮的总和）和钾肥采用农用硫酸钾（新疆新雅泰化工有限公司，K2O含量51%），K2O施用量为30 kg/hm2，在棉花各生育期分6次随水滴施，其他田间管理和农艺措施均与新疆棉田普遍采用的模式保持一致。表1

表1 棉田灌水时间及灌水量Table 1 Irrigation time and amount in cotton field

1.2.2 指标测定

植株干物质和养分：在花蕾期、花铃期和吐絮期对植株进行采集，按器官分为根、茎、叶、壳、絮、籽。在75℃条件下烘干36 h至恒重，记录生物量，将样品粉碎，采用硫酸-双氧水消煮-钒钼黄比色法测定棉花不同器官的植物含磷量[13]。

籽棉产量：在小区内随机取1 m×1 m样方，记下单位面积株数、单株铃数和单铃重情况，计算单位面积下籽棉产量。

土壤速效磷：在棉花生长的蕾期、花铃期和吐絮期，对每个处理进行土壤取样，每个小区随机采集5个样点，分2个土层（0～10 cm、10～20 cm），混匀后，运回实验室。用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测试土壤速效磷含量[13]。

1.3 数据处理

磷肥利用率=（施磷区作物累积吸磷量-不施磷区作物累积吸磷量）/施磷区磷肥用量×100；

磷肥累积利用率=施磷处理的植株累积吸磷量/施磷量；

磷肥农学利用率（kg/kg）=（施磷区籽棉的产量-不施磷区籽棉产量）/施磷区磷肥用量；

磷肥偏生产力（kg/kg）=施磷区籽棉产量/施磷区磷肥用量。

各处理间土壤速效磷含量、植株生物量和含磷量、磷素累积吸收量、产量及构成、磷肥利用率均采用双因素方差分析，多重比较采用Duncan法。数据整理所用软件为Microsoft Office Excel 2007，数据分析软件为SPSS23.0，作图软件为origin2018。

其次，改变了新闻资源的导向。随着媒介相互之间的信息传递变得愈发便捷，新闻资源日益丰富，媒介融合使新闻资源较以往获取信息变得更为注重用户的需求。在激烈的市场竞争中，要想取得有利位置，新闻采编要适时了解和掌握用户的需求，以此为基础，尽最大努力争取到用户的关注。

2 结果与分析

2.1 有机酸添加对不同磷肥用量棉田土壤速效磷的影响

研究表明，增加磷肥投入可提高土壤速效磷含量。在花蕾期，不添加有机酸处理，土壤速效磷含量随施磷量增加表现出逐渐升高趋势；而在添加有机酸处理，土壤速效磷含量随施磷量增加表现出先增加后平稳，或略有降低趋势。在花铃期和吐絮期，土壤速效磷含量均表现出随施磷量增加而先增加后平稳，或略有降低趋势，在MAP50或MAP100处理最高。在花铃期的MAP50处理、吐絮期的MAP0和MAP50（0～10 cm土层）处理，有机酸添加显著提高了土壤速效磷含量。图1

图1 不同有机酸添加下不同磷肥用量棉田土壤速效磷变化Fig.1 Effects of organic acid addition on soil Olsen-P in cotton field with different phosphorus application rates

2.2 有机酸添加不同磷肥用量棉花不同生育期各器官生物量和吸磷量的影响

研究表明，在花蕾期，有机酸添加显著增加了根、茎和叶生物量。在花铃期，在MAP50和MAP150处理，有机酸添加显著提高了根生物量；在MAP0和MAP50处理，有机酸添加显著增加茎生物量；在不施有机酸时，MAP150铃生物量最高，在有机酸添加时，MAP100铃生物量最高。在吐絮期，植物各器官生物量均表现为随施磷量增加而先升高后降低的趋势，且在MAP50处理时最高；在有机酸添加时，随磷肥用量增加，茎生物量表现出先增加后降低趋势；在MAP50处理时，有机酸添加显著提高了根生物量；在MAP50和MAP100处理，有机酸添加显著降低了叶生物量。表2

表2 不同有机酸添加下不同磷肥用量棉田植株各器官生物量变化（g/株）Table 2 Effects of organic acid addition on biomass of plant organ in cotton field with different phosphorus application rates（g/plant）

在花蕾期，MAP0+CK处理的根和茎含磷量最低，而叶含磷量最高；在MAP50和MAP100处理，有机酸添加显著提高了蕾含磷量。在花铃期，随施磷量的增加，根、茎和铃的含磷量均表现为先升高后降低趋势；在MAP50处理，有机酸添加显著增加了根和茎的含磷量。在吐絮期，根和絮的含磷量在MAP100+OA处理时最高；MAP0+CK处理的叶片含磷量最高；在MAP50处理，有机酸添加显著提高棉籽含磷量。表3

表3 不同有机酸添加下不同磷肥用量棉田植株各器官含磷量变化Table 3 Effects of organic acid addition on phosphorus content of plant organs in cotton field with different phosphorus fertilization rates

2.3 有机酸添加对不同磷肥用量棉花不同生育期植株累积吸磷量的影响

研究表明，在各生育期，棉花植株累积吸磷量均表现出随施磷量增加而先增加后平稳，或略有降低趋势，在MAP50或MAP100处理达到最高。在花蕾期的MAP50和MAP150处理、花铃期的MAP0和MAP50处理，有机酸添加均显著增加了植株吸磷量；而在吐絮期，有机酸添加对植株吸磷量的影响不显著。图2，图3

图2 不同有机酸添加下不同磷肥用量棉田植株累积吸磷量变化Fig.2 Effects of organic acid addition on plant phosphorus uptake in cotton field with different phosphorus application rates

图3 不同有机酸添加下不同磷肥用量棉田植株各器官磷素分配变化Fig.3 Effects of organic acid addition on distribution of phosphorus among different organs in cotton field with different phosphorus application rates

2.4 有机酸添加对不同磷肥用量棉田植株籽棉产量构成的影响

研究表明，随施磷量增加，棉花单铃重和单铃株数表现出先升高后降低趋势，单株铃数在MAP100处理最高，单铃重在MAP50处理最高；在MAP100处理，有机酸添加显著增加了单株铃数和单铃重。相比于不施磷肥处理，磷肥施用显著提高了棉花收获密度，但各施磷处理之间差异不显著。在不添加有机酸处理，籽棉产量表现出随施磷量增加而增加趋势，在MAP150处理产量最高，为5 220.29 kg/hm2；而在添加有机酸处理，籽棉产量随施磷量增加表现出先增加后降低趋势，在MAP100处理产量最高，为5 194.77 kg/hm2。表4

表4 不同有机酸添加下不同磷肥用量棉田籽棉产量构成变化Table 4 Effects of organic acid addition on seed cotton yield composition in cotton field with different phosphorus application rates

磷肥利用率随施磷量的增加呈现先升高后降低的趋势，在MAP100+CK处理时最高，达到了32.97%：磷肥累积利用率、农学效率和偏生产力随着施磷量增加呈现递减趋势，在MAP150+OA处理时磷肥农学效率和磷肥偏生产力最低：添加有机酸处理磷肥累计利用率整体高于未添加有机酸的处理。随施磷量的增加，土壤中磷素盈余由负值逐渐增长为正值，土壤磷素盈余量呈现逐渐增大的趋势，在MAP100+CK和MAP100+OA处理时，磷素盈余基本达到平衡，P2O5分别为-5.31和-7.24 kg/hm2。表5，表6

表5 不同有机酸添加下不同磷肥用量棉田磷肥利用率变化Table 5 Effects of organic acid addition on phosphorus fertilizer use efficiency in cotton field with different phosphorus application rates

表6 不同有机酸添加下不同磷肥用量棉田磷素收支平衡变化Table 6 Effects of organic acid addition on phosphorus balance in cotton field with different phosphorus fertilizer application rates

3 讨论

土壤磷素有效性对植物生长发育起决定作用[14]，而磷肥投入是提高土壤磷素有效性的重要方法。研究表明随磷肥用量增加，土壤速效磷表现出先增加后平稳，或略有降低趋势。可能是因为一定的磷肥用量通过提高植物根系和土壤微生物活化磷素能力，提高了土壤的磷素有效性；而过多的磷肥投入由于抑制根系和土壤微生物活性，加之土壤中存在的磷素吸附解吸平衡、溶解沉淀平衡等反应[15]，并未进一步提高土壤速效磷含量。研究中，有机酸添加显著提高了土壤磷素有效性，与大部分研究的结果一致[16-19]。有机酸进入土壤后，可通过与磷酸二氢根竞争吸附位点，络合钙离子以减少钙磷沉淀生成，酸化溶解矿物态磷等途径[20-21]，提高土壤磷素有效性[22]，并促进磷素在土壤中的移动[23]。

研究表明，随磷肥用量增加，棉花累积吸磷量随施磷量的增加表现为逐渐升高或先升高后降低趋势。与前人研究结果一致[24]，可能是因为施磷刺激棉花根系长度、根表面积和根密度增加，使更多的磷素转运到根和生殖器官，进而促进棉花生长结实[10]。研究中，在棉花生长发育前期，有机酸添加处理有利于棉花进行营养生长，而在吐絮期，有机酸添加更有利于进行生殖生长，且在磷肥用量较低处理效果明显。可能是因为有机酸添加增加了土壤磷素有效性[25]，在较低磷肥用量下满足作物养分需求[26]，并且促进更多磷素向籽粒转运[27]，提高籽粒磷素累积量[28]，提高棉花产量。

研究中，随施磷量增加，籽棉产量逐渐增加。可能是因为增加磷肥用量促进植物干物质和磷素的积累[29]，增加棉花单株铃数[30]，进而增加了籽棉产量[31]。研究中，有机酸添加时，籽棉产量随施磷量增加表现出先增加后降低趋势，与前人研究结果一致[24]，可能是因为有机酸添加，特别是在较低的磷肥用量时，一方面增加了土壤磷素有效性[32]，促进了植物对磷素吸收利用[33]；另一方面，有机酸添加促进了磷素向生殖器官分配，增加了棉花单株铃数，提高了籽棉产量[34]。

肥料的表观利用率与偏生产力能直接反应施肥与棉花磷素吸收或产量关系的重要参数[30]。研究中，磷肥利用率随磷肥用量增加表现出先升高后略有降低趋势，在MAP100处理时，磷肥利用率最大，且此时磷素P2O5盈余为-5.31 kg/hm2；这可能是因为适量的磷肥用量通过增加棉花吸磷量及籽棉产量，提高磷肥利用率及偏生产率。而磷肥的过量施用导致磷肥利用率下降，磷素在土壤中累积，产生潜在的环境风险[28]。研究中，添加有机酸处理后，磷肥利用率在MAP50处理大于MAP100处理，可能是因为有机酸添加后，在较低化学磷肥用量的基础上，通过提高土壤磷素有效性，增加棉花对磷素的吸收利用，提高棉田磷肥利用效率[35]；在保持较高磷肥利用率和产量的同时，使土壤磷素维持在平衡或略有盈余的状态，有利于棉田磷素的可持续管理。

4 结论

4.1 随磷肥用量增加，土壤速效磷表现出先增加后略有降低趋势；土壤速效磷在MAP100处理达到最大值。

4.2 植株累积吸磷量表现出随施磷量增加而先增加后略有降低趋势；植株累积吸磷量在MAP100处理达到最高。

4.3 籽棉产量随施磷量增加而增加趋势，在MAP100处理最高（5 194 kg/hm2）。

4.4 在不添加有机酸时，磷肥利用率表现出随施磷量增加而先升高后降低趋势，在MAP100处理磷肥利用率最高（32.97%）。

4.5 有机酸添加可在较低化学磷肥用量时，提高土壤磷素有效性、植株吸磷量，促进磷素向生殖器官分配，提高籽棉产量和棉田磷肥利用率。在新疆棉田的磷素管理中，应注意配合有机酸进行磷肥滴施，在保证棉花产量的基础上，适度降低化学磷肥用量（有机酸45 kg/hm2+P2O5100 kg/hm2）。