不同氮肥运筹对棉花产量及土壤养分的影响

张英鹏 李羡辉 李洪杰 仲子文 孙 明 赵同凯 刘兆辉

（1.山东省农业科学院/农业农村部黄淮海平原农业环境重点实验室 山东济南 250100；2.济南新旧动能转换起步区管委会经济发展部 山东济南 250108;3.德州市农业科学研究院 山东德州 253051）

以东营、 滨州为主的鲁北地区大部分为盐碱化土地，是山东省的主要产棉区，常年棉花种植面积约占山东省的40%。 据调查，自家联产承包土地种植的农户2020 年平均植棉纯收益为3 152 元/ hm2， 而种植小麦、玉米两熟平均纯收益为15 868 元/hm2，严重影响了棉农的种棉积极性[1]。 减少肥料投入量及施肥的劳动力投入是解决途径之一。 有研究报道[2]，盐碱地棉花施肥可以采用缓/控释肥与速效肥配合的一次施肥技术，这是实现棉花省工、节本、增效的重要技术途径之一。 本文作者从肥料减量及替代入手，降低施肥成本， 研究施肥措施对棉花产量及土壤养分的影响， 为减量优化施肥提高棉花收益和降低养分损失风险提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于东营市垦利县胜坨镇皇殿村（37°32′10.67″N、118°24′07.17″E）。地处温带季风气候区，虽濒临渤海，但大陆性季风影响明显，冬季干冷，夏季湿热，四季分明。 土壤类型属于滨海潮土，试验前0～20 cm 土层土壤的基本理化性状和0～100 cm土层土壤的硝态氮含量分别见表1 和表2。

表1 供试土壤0～20 cm 土层的基本理化性状

表2 供试土层深度0～100 cm 的硝态氮含量

1.2 试验设计

经调查， 当地农民的习惯施肥为施用（N、P2O5、K2O 比例为 15∶15∶15）复合肥 50 kg，追施（N 46%）尿素30 kg。 本试验采用完全随机设计，试验共设6 个处理，T1：PK（0∶8∶6）；T2：NK（16∶0∶6）；T3：习惯施肥处理（FP）（21∶7.5∶7.5）；T4：优化施肥处理（OPT）（16∶8∶6）；T5：减氮控释肥替代处理 CRF（14∶8∶6）；T6：有机无机配施处理 （OF-CF）（有机替代无机养分含量的20%， 化肥养分 12.8∶6.4∶4.8， 合计总养分仍为 16∶8∶6），每个处理重复 3 次，每个试验小区面积 50 m2。 试验时间为 2020 年 5～12 月。

肥料种类：大颗粒尿素（46%）、颗粒硫酸钾（50%）、重过磷酸钙（42%）、当地复合肥（15∶15∶15）、商品有机肥（N+P2O5+K2O=5%）、聚氨脂包膜尿素（43%）。 施用方式：氮肥基追各1 半；磷、钾肥和有机肥基施，包膜尿素一次性基施。

1.3 测定项目及方法

土壤样品的pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾的测定均采用常规方法[3]；土壤硝态氮测定：新鲜土样用1 mol/L KCl 浸提，滤液的硝态氮含量通过全自动间断化学分析仪（Smartchem 200）测定[4]。

收获期分2 次集中采集棉花，测定小区产量，折算公顷产量。 试验数据采用DPS 2000 软件[5]进行数据统计分析， 每个处理共3 组重复数据进行方差分析和Duncan 新复极差法进行多重比较，检验不同处理间在P<0.05 的显著性水平。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥运筹对棉花产量的影响

由图1 可知， 不同氮肥处理对棉花产量的影响具有明显差异。与 FP 相比，PK、NK 和 CRF 处理的棉花产量均有不同程度的下降， 降幅分别为8.69%、3.13%和4.02%，其中CRF 处理在减氮33.3%的情况下，尽管棉花产量比农民习惯施肥有所下降，但并未达到显著差异水平。 OPT 和 OF-CF 处理在减氮23.8%用量的情况下， 与FP 相比均提高了棉花的产量，增产幅度分别为2.13%和5.03%，其中OF-CF 处理的增产幅度达到了显著性差异水平， 这与何伟等的报道[6]减量化肥（N、P2O5、K2O 减量 20%）＋有机肥处理棉花产量最高的结论基本一致。

图1 不同氮肥运筹处理的棉花产量

2.2 不同氮肥运筹对棉花不同生育期土壤硝态氮的影响

由图 2 可知， 随着土层的深入，PK 和 OF-CF 处理各土层的硝态氮含量较低， 且保持相对稳定；而NK、FP 和OPT 处理的硝态氮含量随着土层深入到60 cm 急剧下降，而后保持相对稳定；而CRF 处理的硝态氮含量随着土层的深入呈先升高后降低的变化趋势。

图2 不同氮肥运筹对棉花苗期土壤硝态氮的影响

由图3 可知， 在蕾期CRF 处理的土壤硝态氮要明显高于其他处理，说明该时期氮的释放达到了一个高峰值，养分的充分供应满足了棉花蕾期的养分需求；随着土层由表层深入到 60 cm，PK、NK、OPT 和 FP 处理的土壤硝态氮含量随着土层的深入而明显下降，而再随着土层的深入，各处理的硝态氮含量保持相对稳定，维持在相对较低的水平；在0～60 cm 土层，OF-CF处理的硝态氮含量则呈先升高后下降的变化趋势，再随土层的深入，其含量保持相对较低且稳定。

图3 不同氮肥运筹对棉花蕾期土壤硝态氮的影响

由图 4 可知， 随土层深入到 40 cm，FP、PK 和OPT 处理的硝态氮含量急剧下降， 而后再随土层深入，其硝态氮含量则保持相对较低且稳定；CRF 处理的硝态氮含量随着土层深入到60 cm 显著下降，再随着土层深入，含量保持相对稳定；OF-CF 处理的硝态氮含量随着土层深入先下降（0～60 cm）而再升高（60～100 cm）；NK 处理的土硝态氮含量在 0～40 cm土层下降显著，而后随着土层深入保持相对稳定。

图4 不同氮肥运筹对棉花花铃期土壤硝态氮的影响

由图5 可知，PK 处理各土层的土壤硝态氮含量较低， 且随着土层的深入呈降低的趋势；OPT 和FP处理在土层0～60 cm 土壤硝态氮含量急剧下降，而再随着土层深入其含量保持相对稳定，NK 处理在0～40 cm 土层硝态氮含量显著降低，而后随土层深入降幅减缓；CRF 处理的土壤硝态氮含量随着土层由表层深入到80 cm 显著下降， 而后保持较低含量且相对稳定；OF-CF 处理的土壤硝态氮含量则随土层深入呈先升高后下降， 再随着土层深入含量保持相对稳定。

图5 不同氮肥运筹对棉花吐絮期土壤硝态氮的影响

由图6 可知，除PK 处理的土壤硝态氮含量随土层深入下降缓慢外， 其余处理在0～40 cm 均显著下降， 再随着土层深入，FP 和OPT 处理土壤硝态氮含量保持相对稳定； 而NK 处理的土壤硝态氮含量在40～60 cm 仍显著下降， 而后保持相对稳定； 而CRF处理的土壤硝态氮含量的下降幅度明显减缓；OF-CF处理则出现先升高后下降再升高的变化趋势。

图6 不同氮肥运筹对棉花收获后土壤硝态氮的影响

2.3 不同氮肥运筹对棉花收获后土壤养分含量的影响

由表3 可知，经过一季棉花生长后，收获后和种植前的土壤养分含量有了明显变化。 与种植前相比，收获后各处理的土壤pH、有机质、碱解氮、速效钾、全磷含量均显著提高，而全氮、全钾略有提高；除了NK处理外，其他处理的有效磷较种植前显著提高。 说明不同施肥处理均能满足棉花生长所需的养分，且在土壤中有一定程度的积累。 其中，各处理的pH 略有差异，OF-CF 处理的有机质含量最高，这是由于相比其他处理增收有机肥的缘故；FP 处理的碱解氮、全氮和全钾含量最高，OF-CF 处理的有效磷和全磷含量最高，而OPT 处理的速效钾含量最高。 杜海岩等[7]的研究显示，优化施肥+有机肥处理速效P 和速效K 含量总体处于较高水平， 这可能与供试土壤的本身差异所致。

表3 棉花收获后不同氮肥运筹处理的土壤养分含量

3 讨论与结论

在本试验条件下，CRF 处理在减氮33.3%的情况下，棉花产量比农民习惯施肥（FP）处理略有下降，但并未达到显著差异水平；而OPT 和OF-CF 处理减氮23.8%，与FP 相比均提高了棉花的产量，增产幅度分别为2.13%和5.03%。

在棉花不同生育期， 减量施肥处理的土壤硝态氮含量随着土层深入均显著降低， 淋溶损失的风险较低。

各施肥处理棉花收获后的大部分养分含量指标高于种植前，说明肥料用量仍有一定的降低潜力，其中以CRF 处理的养分积累程度较低， 养分损失的风险最低。

综合考虑产量及环境效应， 在本试验条件下，CRF 处理在减氮33.3%的情况下，棉花产量较高，同时不会造成养分较多积累，养分损失风险低；其次是OPT和OF-CF 处理，肥料用量仍有进一步降低的潜力。