化肥氮配施有机肥对棉花养分吸收及产量的影响

宋邦鹏，蒋平安，盛建东，刘耘华

（新疆农业大学资源与环境学院，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830052）

棉花是新疆地区重要的纤维作物，在我国国民经济中也占据重要的地位。施肥是棉花增产最有效的方式，但是化肥的过量投入不仅会造成生产资源的浪费，导致土壤酸化，还会造成生态环境污染[1]。粪肥等有机肥能够改善土壤理化性质[2]，促进作物对养分的吸收，提高作物产量。氮肥能为土壤供应有效氮素养分，有利于作物吸收并调节体内离子平衡，缓解盐分胁迫，促进作物生长，提高作物产量。与其他禽畜粪便相比，牛粪的质地更细密，含水量较高。施用牛粪不仅能提高土壤肥力，而且在一定程度上还能够改善土壤结构，提高土壤的保水保肥能力，还能为作物生长营造适宜的微生物环境，对化肥使用过度造成的土壤酸化、板结、次生盐渍化及肥力下降等问题具有一定的改良作用[3]。研究表明，有机肥配施化肥有利于作物农艺性状、产量与产值的提高[4]。有机无机配施结合了二者所长，在保证作物高产优质、培肥土壤方面均表现出一定的优势。因此，有机肥配施氮肥是一种能改善棉田土壤环境，提高土壤肥力和氮肥利用率，进而增加棉花产量的施肥方式[5]。国家统计局数据显示，2021年新疆棉花种植面积为250.62万hm2，其中沙雅县的棉花种植面积为12.8万hm2，占新疆棉花种植面积的5.11%。笔者在新疆阿克苏地区沙雅县进行有机肥配施化肥的大田试验，探讨不同施氮水平下有机无机肥配施对棉株生物量、养分吸收量及产量的影响，获取有机肥与化肥氮的最佳配施比例，为该绿洲棉田有机肥的合理施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

试验于2021年3—10月在新疆阿克苏地区沙雅县海楼镇托马村（82°72′E，41°28′N）进行，该地属暖温带沙漠边缘气候区[6]，风向为北风或东北风，年平均日照时数3 031.2 h，平均气温10.7℃，年平均降水47.3 mm，年均蒸发量2 000.7 mm。试验田土壤类型为潮土，基本理化性状如下：pH值7.85，全氮0.51 g/kg，全磷0.80 g/kg，全钾19.04 g/kg，速效钾12.44 mg/kg，速效磷187.22 mg/kg，碱解氮12.54 g/kg，有机质11.14 g/kg，电导率318.00 µs/cm。

1.2 供试材料

供试棉花品种为新陆早66。供试有机肥为从农户购买的腐熟牛粪，供试化肥有尿素（N≥46.0%）、重过磷酸钙（总磷P2O5≥46.0%、有效磷P2O5≥44.0%）、硫酸钾（K2O≥52%）。

1.3 试验设计

试验分为单独施化肥和有机肥与化肥配施2种施肥方式，有机肥中含氮量不高，因此在计算时忽略不计，化肥用量以氮肥为标准设置5个梯度，一共10个处理，依次为：N0，化肥氮0 kg/hm2；N200，化肥氮200 kg/hm2；N300，化肥氮300 kg/hm2；N400，化肥氮400 kg/hm2；N500，化肥氮500 kg/hm2；N0+M，化肥氮0 kg/hm2+有机肥3 000 kg/hm2；N200+M，化肥氮200 kg/hm2+有机肥3 000 kg/hm2；N300+M，化肥氮300 kg/hm2+有机肥3 000 kg/hm2；N400+M，化肥氮400 kg/hm2+有机肥3 000 kg/hm2；N500+M，化肥氮500 kg/hm2+有机肥3 000 kg/hm2。每个处理4个重复，一共40个小区，小区面积为66 m2，长宽为10 m×6.6 m。

氮肥按照基肥∶蕾期∶花铃期∶吐絮期=20∶20∶45∶15比例施用，不同处理的磷钾肥施用量相同，P2O5用量160 kg/hm2，K2O用量90 kg/hm2，有机肥3 000 kg/hm2（计算时忽略其中的含氮量）磷肥、钾肥、有机肥全部基施。

1.4 样品采集

1.4.1植株样品采集与测定在苗期、蕾期、花铃期、吐絮期分别采集具有代表性的棉株5株，经过105℃杀青30 min，80℃烘干24 h至恒重，冷却后称量生物量，棉絮自然风干后称重。称量后的棉株样品用粉碎机磨碎，茎、叶、壳、絮、籽分别称取 0.35～0.40、0.35～0.40、0.25～0.30、0.35～0.40和0.40～0.50 g，用浓H2SO4-H2O2法消煮制备待测液，用奈氏比色法、钒钼黄比色法测定全氮、全磷含量，火焰光度计法测全钾含量[7]。

1.4.2产 量棉花吐絮期在各小区调查2.3 m2内的棉花株数、铃数及单株铃数，并在每个小区定点分3次采收上、中、下部各15朵完全吐絮棉桃，测定单铃重，计算棉花产量。

1.5 数据计算及分析

根据文献[8]计算养分吸收量和肥料利用率。

式中，养分吸收量的单位为kg/667m2，植株养分含量以百分数表示，干物质量的单位为g/株，单位面积株数单位为株/667m2。

采用Excel 2010、Microsoft Word 2010、Origin 2018和SPSS 25软件进行数据处理、分析和作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方式对棉株地上部干物质量的影响

由表1可知，整个生育期内，N300+M处理与其他处理有显著性差异，N0处理也与部分处理有显著性差异。单施化肥氮处理中，棉株地上部干物质量随着氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趋势，当施化肥氮300 kg/hm2时，棉株地上部干物质量达到最大。化肥氮配施有机肥处理中，棉株地上部干物质量随着氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趋势，当施化肥氮300 kg/hm2+有机肥3 000 kg/hm2，棉株地上部干物质量达到最大。在施等量化肥氮的条件下，除了苗期N300+M处理的地上部干物质量低于N300处理外，其他时期化肥氮配施有机肥处理的地上部干物质量均高于单施氮肥处理，且N0+M、N200+M、N300+M、N400+M、N500+M处理的地上部干物质量分别比N0、N200、N300、N400、N500处理增加了8.71%～16.50%、11.90%～21.65%、13.64%～18.56%、1.02%～17.65%、4.06%～14.61%。

表1 各处理不同生育期棉花地上部的干物质量 （g/株）

2.2 不同施肥方式对棉花地上部氮、磷、钾养分吸收的影响

2.2.1氮素养分由表2可知，苗期的N300+M、N300处理与其他处理有显著性差异，其余时期的N300+M处理与其他处理有显著性差异。单施化肥氮处理中，棉株地上部全氮含量随着氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趋势，当施化肥氮0～300 kg/hm2时，植株全氮含量随施氮量的增加而增加，增幅为2.70%～27.09%；当施化肥氮300 kg/hm2时，棉株地上部全氮含量达到最大。在化肥氮配施有机肥处理中，棉株地上部全氮含量随着氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趋势，当施化肥氮0～300 kg/hm2且配施有机肥时，植株全氮含量随施氮量的增加而增加，增幅为3.05%～17.62%，以N300+M处理的棉株地上部全氮含量最高。在施等量化肥氮的条件下，除了苗期N200+M处理的棉株地上部全氮含量低于N200处理外，其他各时期化肥氮配施有机肥处理的棉株地上部全氮含量均高于单施氮肥处理。在棉花生长期间，N0+M、N200+M、N300+M、N400+M、N500+M处理的棉株地上部全氮含量分别比N0、N200、N300、N400、N500处理增加了2.24%～8.67%、0.15%～6.83%、0.58%～5.13%、1.97%～7.62%、1.51%～5.62%。

表2 各处理不同生育期棉株地上部的全氮含量 （g/kg）

2.2.2磷素养分由表3可知，苗期N300+M处理与N0、N200、N400、N500、N0+M、N500+M有显著性差异，蕾期、花铃期N300+M、N300与其他处理显著性差异，吐絮期N300+M与其他处理有显著性差异。单施化肥氮处理中，棉株地上部全磷含量随着氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趋势，当施化肥氮0～300 kg/hm2时，植株全磷含量随施氮量的增加而增加，增幅为4.11%～22.37%；当施化肥氮300 kg/hm2时，棉株地上部全磷含量达到最大。化肥氮配施有机肥处理中，棉株地上部全磷含量随着氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趋势；当施化肥氮0～300 kg/hm2且配施有机肥时，植株全磷含量随施氮量的增加而增加，增幅为4.10%～22.98%；以N300+M处理的棉株地上部全磷含量最大。在施等量化肥氮的条件下，除了蕾期N300+M和花铃期N200+M处理的棉株地上部全磷含量分别对应单施氮肥处理外，其他各时期化肥氮配施有机肥处理的棉株地上部全磷含量量比单施氮肥处理大，在棉花生长期间，N0+M、N200+M、N300+M、N400+M、N500+M处理的棉株地上部全磷含量分别比N0、N200、N300、N400、N500处理增加了2.75%～7.19%、0.58%～8.22%、3.07%～4.59%、0.14%～6.03%、1.26%～8.21%。

表3 各处理不同生育期棉株地上部的全磷含量 （g/kg）

2.2.3钾素养分由表4可知，除苗期外，N300+M与其他处理有显著性差异。单施化肥氮处理中，棉株地上部全钾含量随着氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趋势，当施化肥氮0～300 kg/hm2时，棉株地上部全钾含量随施氮量的增加而增加，增幅为3.17%～10.95%；当施化肥氮300 kg/hm2时，棉株地上部全钾含量达到最大。在各时期内，与N0处理相比，N200、N300、N400、N500处理棉株地上部全钾含量分别增 加3.17%～5.71%、9.12%～10.95%、2.56%～6.71%、1.19%～4.56%。化肥氮配施有机肥处理中，棉株地上部全钾含量随着氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趋势，当施化肥氮0～300 kg/hm2且配施有机肥时，棉株地上部全钾含量随施氮量的增加而增加，增幅为3.16%～11.48%；以N300+M处理的棉株地上部全钾含量达到最大。在各时期内，与N0处理相比，N0+M、N200+M、N300+M、N400+M、N500+M处理棉株地上部全钾含量增加了3.60%～3.92%、7.17%～9.29%、12.89%～15.84%、6.74%～10.38%、5.51%～7.79%，其中N300+M处理的增幅最大，且化肥氮配施有机肥处理比单施化肥氮处理增加的幅度为0.70%～7.62%。

表4 各处理不同生育期棉株地上部的全钾含量 （g/kg）

2.3 不同施肥方式对棉花产量及其构成因素的影响

由表5可知，化肥氮配施有机肥处理的棉花产量均高于对应的单施化肥氮处理，增幅为1.44%～18.63%。单施化肥氮处理中，N300处理的产量分别比N0、N200、N400和 N500处理增加 40.34%、17.45%、7.92%和15.28%，除与N400处理的差异不显著外，与其他处理的差异均达显著水平。化肥氮配施有机肥处理中，N300+M处理的产量显著高于其他处理，分别比N0+M、N200+M、N400+M 和 N500+M 处理增产27.94%、11.51%、14.90%和22.90%。从产量构成各因素来看，与不施氮肥处理相比，单施化肥氮处理和化肥氮配施有机肥处理均有利于提高单铃重，不同处理的棉株数无显著性差异；而相对于单施化肥氮处理，化肥氮配施有机肥可有效提高单铃重，从而提高棉花产量。

表5 各处理棉花的单铃重和产量

2.4 不同施肥方式对棉花氮肥利用率的影响

由表6可知，氮吸收量、氮素利用率随施氮量的增加先增加后降低，N300和N300+M处理的棉株氮素吸收量最高，比不施氮肥和仅施有机肥处理分别高51.72%和44.96%。在单施化肥氮处理中，氮肥利用率从高到低依次为N300＞N200＞N400＞N500＞N0，在化肥氮配施有机肥处理中，氮肥利用率从高到低依次为N300+M＞N200+M＞N400+M＞N500+M＞N0+M，氮肥的施用量大于300 kg/hm2时，氮素利用率降低，与N300处理相比，N400、N500处理氮肥利用率分别降低了68.68%、73.90%；与N300+M相比，N400+M、N500+M处理氮肥利用率分别降低了61.36%、87.37%。这也说明棉花对氮素的吸收受施氮量影响，施氮量过高会造成氮素损失，而配施有机肥能促进棉花的氮素吸收，提高氮肥利用率。

表6 各处理棉花的氮肥利用率

3 讨论与结论

杜少平等[9]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、磷、钾养分的运转，提高西瓜产量和养分的吸收积累量。有报道认为，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[10-14]。还有研究认为，在同等施氮量条件下，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[15-17]。试验结果显示，与单施化肥氮处理相比，化肥氮配施有机肥处理均在不同程度上影响棉花地上部分干物质累积以及氮、磷、钾养分吸收量，化肥氮配施有机肥处理的氮肥利用率基本有所增加，其中N300+M、N400+M处理的氮肥利用率分别比对应的单施化肥氮处理提高了3.98、4.21个百分点，说明化肥氮配施有机肥有利于氮素的持续供应，促进氮素吸收及其在生殖器官中的分配，减少了氮进入环境的量。其中，N300+M （化肥氮300 kg/hm2+有机肥3 000 kg/hm2）处理的氮素利用效率最高（40.04%），这可能是因为该配施处理，增加了土壤微生物的繁殖与活动，可以更好地调节土壤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。

还有许多研究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，有机肥与化肥配合施用能延缓作物根系等器官的衰老，优化产量构成要素，使作物增产稳产[18-21]。在该试验中，与不施氮相比，单施化肥和有机无机配施均能显著增加棉花产量和单铃重，这与前人的研究结果一致[22-25]。与单施化肥相比，低量化肥氮配施有机肥处理显著增加了棉花的产量，而高量化肥氮配施有机肥效果不明显，这可能是随着有机氮比例的提高，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[26-27]。

试验结果表明，化肥氮配施有机肥有利于提高棉株地上部干物质量、氮、磷、钾养分吸收、产量及氮肥利用率，其中N300+M处理的效果优于其他处理。因此，在新疆阿克苏地区沙雅县种植棉花时采用施化肥氮300 kg/hm2+有机肥3 000 kg/hm2是一种相对合适的配施比例。