聚磷酸磷肥不同基追比對(duì)石灰性土壤上滴灌盆栽棉花生長的影響

馬 林，夏曉陽，普正仙，王 芳，王祥斌，劉燁東，呂海麗，王雨欣，蒲巧鈴，危常州，張新疆*

（1 石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境系，新疆石河子 832003；2 云南云天化股份有限公司研發(fā)中心，云南昆明 650228）

磷是作物生長的必需營養(yǎng)元素之一，但磷肥施入土壤后大部分會(huì)與Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，導(dǎo)致磷在土壤中移動(dòng)距離小[1-2]，作物磷肥當(dāng)季利用率偏低[3]。磷屬于不可再生資源，據(jù)估計(jì)按照當(dāng)前消耗速率，自然界磷礦將在未來30～80年消耗殆盡[4]。因此，增加磷在土壤中的移動(dòng)性和減少土壤對(duì)磷的固定是磷肥減量增效的突破口，而磷肥的有效性直接與磷肥本身組成和形態(tài)有關(guān)[5-6]。

聚磷酸磷肥是一種正磷酸聚合物(鹽)，其聚合度越高水溶性越小，反之水溶性越大。聚磷酸鹽進(jìn)入土壤以后，只有水解成為正磷酸鹽才會(huì)被土壤固定[7]。聚磷酸鹽水解過程能顯著降低土壤的固定作用，達(dá)到提高磷肥利用率的目的，因此聚磷酸磷肥在農(nóng)業(yè)肥料應(yīng)用上表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)[8-10]。工業(yè)級(jí)聚磷酸鹽價(jià)格普遍高于常規(guī)磷肥，導(dǎo)致農(nóng)戶接受度低。將工業(yè)級(jí)聚磷酸鹽和常規(guī)水溶性磷肥摻混施用可能實(shí)現(xiàn)兼顧“價(jià)優(yōu)”和“磷肥高效利用”的雙重目標(biāo)。

新疆是中國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，棉花種植面積占新疆農(nóng)作物種植面積的37%[11]。當(dāng)前新疆石灰性土壤上棉花施肥灌水已普遍由原來的“重基肥-漫灌”改為“滴灌水肥一體化”，農(nóng)戶傾向?qū)⑺蟹柿弦宰贩实姆绞酵ㄟ^滴灌系統(tǒng)施入。水肥一體化大幅度增加了氮肥當(dāng)季利用率[12]，但并沒有顯著提高磷肥利用率[13]。石灰性土壤上磷肥滴施造成磷肥大量在表層土壤被固定，磷養(yǎng)分難以被深層根系吸收，造成棉花磷肥利用效率偏低[14-15]。從1979年到2012年新疆磷肥施用量逐年增加，但磷肥增產(chǎn)效益整體下降[3]。由此可見，新疆棉花滴灌施肥可能依然存在施磷方法不當(dāng)?shù)膯栴}。此外，有研究表明，在常溫條件下土壤中四聚磷酸鹽完全水解為正磷酸鹽耗時(shí)較長，約需11～101天[16]，可能會(huì)導(dǎo)致聚磷酸磷肥中磷養(yǎng)分的釋放與作物生長需求不匹配，因此研究聚磷酸磷肥的施肥策略對(duì)其在新疆棉花上的施用也有重要意義。

選用3種聚磷酸磷肥按照P2O5養(yǎng)分3%和常規(guī)滴灌磷肥進(jìn)行摻混，研究其施入土壤后磷的移動(dòng)效率，并研究聚磷酸磷肥不同基追比例施用對(duì)棉花生長和磷肥利用效率的影響。研究結(jié)果可為聚磷酸磷肥在新疆滴灌棉花上的使用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站(45°19′N，86°3′E)灌耕灰漠土。土壤基本理化性質(zhì)為pH 8.23、有機(jī)質(zhì)10.7 g/kg、堿解氮98.2 mg/kg、速效磷10.2 mg/kg、速效鉀201 mg/kg。

供試3種聚磷酸磷肥分別是平均聚合度為2.3的聚磷酸銨(N 16%，P2O560%，聚合率75%)，平均聚合度為1.8的聚磷酸銨(N 16%，P2O560%，聚合率75%)，平均聚合度為3.0的三聚磷酸鉀(P2O545%，K2O 51%，聚合率95%)，由云南云天化股份有限公司研發(fā)中心提供。其他肥料鉀肥為氯化鉀 (K2O 63.0%)，氮肥為尿素(N 46.6%)，滴灌磷肥為磷酸二銨(N 16%，P2O550%)。供試棉花品種為新陸早61。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)用陶瓷盆規(guī)格為上端內(nèi)徑25 cm、高30 cm、下端內(nèi)徑20 cm。將供試土壤風(fēng)干，研磨過0.5 mm篩，除去植物根系及殘膜等備用。

將平均聚合度分別為2.3、1.8的聚磷酸銨和聚合度為3.0的聚磷酸鉀分別與常規(guī)磷酸二銨混合，得到3種含聚磷酸的摻混磷肥，依次表示為APP1、APP2和KTPP，摻混磷肥中3%的P2O5來自聚磷酸磷肥。盆栽裝土10 kg/盆，施磷量為P2O52.0 g/盆。盆栽施肥量為N 0.40 g/kg土、P2O50.2 g/kg土、K2O 0.12 g/kg土。在等養(yǎng)分前提下，氮肥和鉀肥隨土裝盆一次性基施，3種含聚磷酸的摻混磷肥設(shè)置3種基追肥比例：分別為重基肥(F7∶3，即70%摻混磷肥播種前隨土基施，30%做追肥)，基肥/追肥等比例施用(F1∶1，即50%摻混磷肥播種前隨土基施，50%做追肥)，重追肥(F3∶7，即30%摻混磷肥播種前隨土基施，70%做追肥)，同時(shí)設(shè)對(duì)照不施磷肥處理(CK)。3種施磷處理不足養(yǎng)分用氯化鉀和尿素補(bǔ)齊。以上共計(jì)不施肥對(duì)照和9個(gè)施肥處理，每處理3次重復(fù)。磷肥做基肥處理在播種前隨土壤混合均勻，追肥分別在棉花蕾期(1 次，15%)、初花期(1 次，25%)、盛花期(1 次，25%)、花鈴期(1 次，35%)，分4 次使用醫(yī)用輸液器模擬滴灌隨水滴施。棉花出苗后每?jī)商斓我淮嗡瑢⑼寥篮靠刂圃谕寥捞镩g持水量的60%～70%。

棉花播種出苗后，每盆留苗2株。于棉花盛鈴期(出苗后110天)分別取土壤和植物樣品。分0—8和8—16 cm土層深度取樣，測(cè)定土壤有效磷。棉花收獲前調(diào)查結(jié)鈴數(shù)，收獲后從棉花子葉節(jié)將棉花分為地上和地下兩部分洗凈后，105℃殺青30 min，70℃烘干，稱重記錄植株地上部分和地下部分的干重，并分別測(cè)定植株地上部分和地下部分全磷含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤有效磷含量用NaHCO3浸提—鉬藍(lán)比色法測(cè)定。

植株干重分別稱量棉花植株地上部分和地下部分的干重，植株樣品在105℃殺青30 min后，70℃烘干至恒重、粉碎，過0.5 mm 篩，用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法測(cè)定植株全磷含量。

磷肥利用率(%)= (施磷處理整株吸磷量?不施磷處理整株吸磷量)/施磷量 × 100

磷移動(dòng)效率(%)= 8—16 cm土層土壤有效磷含量/0—8 cm土層土壤有效磷含量×100

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2019軟件和IBM SPSS Statistics 24軟件進(jìn)行圖表制作與數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有效磷含量和磷肥在土壤中的移動(dòng)特點(diǎn)

由圖1可知，0—8 cm土層土壤有效磷含量為F7∶3施肥方式最低，F(xiàn)3∶7最高，而F1∶1施肥方式處于兩者間；8—16 cm 土層土壤有效磷含量 F7∶3、F1∶1和 F3∶73種施肥方式間無顯著性差異。說明摻混聚磷酸磷肥基追比主要影響了0—8 cm土層土壤有效磷含量，而對(duì)深層8—16 cm土壤有效磷含量無顯著影響。

圖1 三種聚磷酸磷肥不同基追比例施用條件下0—8和8—16 cm土層土壤有效磷含量Fig. 1 Available phosphorus content in 0-8 and 8-16 cm soil layers under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

從3種摻混聚磷酸磷肥對(duì)土壤磷有效性的影響可以發(fā)現(xiàn)，在F7∶3施肥方式下0—8 cm土層土壤有效磷含量KTPP磷肥顯著高于APP1和APP2磷肥，而APP1和APP2磷肥無顯著性差異；在F7∶3施肥方式下，8—16 cm土層APP1與APP2和KTPP磷肥土壤有效磷含量無顯著性差異。F1∶1和F3∶7施肥方式下，0—8和8—16 cm土層土壤有效磷含量均表現(xiàn)為KTPP和APP1磷肥顯著高于APP2磷肥，且隨著土壤深度的增加(0—8 cm土層到8—16 cm土層)，APP1和KTPP磷肥土壤有效磷平均含量較APP2磷肥土壤增長率由50.5%上升到191.6% (圖1)。結(jié)果表明，3種聚磷酸磷肥在重基施(F7∶3)方式下對(duì)深層土壤有效磷含量影響較小，而在磷肥等/重追施方式下(F1∶1和F3∶7)，KTPP和APP1磷肥提高深層土壤有效磷的效果優(yōu)于APP2磷肥。

由圖2可知，F(xiàn)7∶3施肥方式土壤磷移動(dòng)效率顯著高于 F1∶1和 F3∶7施肥方式，且 F1∶1和 F3∶7方式間無顯著性差異。分析3種聚磷酸磷肥在不同基追比處理移動(dòng)效率，發(fā)現(xiàn)APP1、APP2和KTPP磷肥均在F1∶1和 F7∶3施肥方式時(shí)無顯著性差異，但在 F3∶7施肥方式中，土壤磷移動(dòng)效率表現(xiàn)為KTPP磷肥高于APP1和APP2磷肥，且KTPP磷肥移動(dòng)效率顯著高于APP2磷肥。以上結(jié)果表明：磷肥重追施并不利于磷在土壤中的遷移。就磷肥在土壤中的移動(dòng)效率而言，在磷肥重追施方式下，KTPP磷肥效果最優(yōu)，其次為APP1磷肥，最后是APP2磷肥。

圖2 三種聚磷酸磷肥不同基追比例施用條件下土壤磷移動(dòng)效率Fig. 2 Soil phosphorus movement efficiency under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

2.2 棉花生物量

由圖3可知，聚磷酸磷肥3種基追比例施用對(duì)棉花地上部生物量積累的影響表現(xiàn)為 F1∶1>F7∶3>F3∶7，其中F3∶7施肥方式棉花地上部生物量累積顯著低于F1∶1和F7∶3施肥方式；3種基追比方式對(duì)棉花地下部生物量積累的影響表現(xiàn)為 F1∶1>F3∶7>F7∶3，其中 F7∶3施肥方式棉花地下部生物量累積顯著低于F1∶1施肥方式；3種基追比施肥方式對(duì)棉花單株結(jié)鈴數(shù)沒有顯著性影響，但平均結(jié)鈴數(shù)以F1∶1施肥方式最高，為5.0個(gè)/株；F3∶7施肥方式最低，為4.6個(gè)/株。結(jié)果表明，相比磷肥重基施(F7∶3)和重追施(F3∶7)方式，磷肥基追等比例施肥方式(F1∶1)更利于棉花生物量積累和產(chǎn)量形成。

圖3 三種聚磷酸磷肥不同基追比例下棉花生物量和結(jié)鈴數(shù)Fig. 3 Biomass and number of cotton boll under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

在F7∶3處理時(shí)，棉花地上地下部生物量均表現(xiàn)為 APP1 高于 APP2 和 KTPP；在 F1∶1和 F3∶7施肥方式時(shí)，APP1和KTPP磷肥棉花生物量同樣高于APP2磷肥，但3種聚磷酸磷肥處理間均沒有顯著性差異；KTPP和APP1磷肥棉花結(jié)鈴數(shù)高于APP2磷肥，尤其在F1∶1施肥方式下，KTPP和APP1磷肥棉株結(jié)鈴數(shù)分別為5.8和5.2個(gè)/株，顯著高于APP2磷肥的4.0個(gè)/株(圖3)。以上結(jié)果表明：相比APP2磷肥，APP1和KTPP磷肥更利于棉花生物量積累和產(chǎn)量形成。

2.3 棉花磷養(yǎng)分吸收和磷肥利用效率

由圖4可知，F(xiàn)7∶3和F1∶1施肥方式棉花地上部吸磷量顯著高于 F3∶7處理，且 F7∶3和 F1∶1處理間無顯著性差異。F1∶1和F3∶7的地下部吸磷量顯著高于F7∶3，且 F1∶1和 F3∶7間無顯著性差異。由圖5 可知，F(xiàn)7∶3和 F1∶1處理磷肥利用率顯著高于 F3∶7。以上結(jié)果表明：磷肥重基施(F7∶3)和基追等比例施用(F1∶1)可促進(jìn)棉花磷吸收和提高磷肥利用率，其中以F1∶1效果最優(yōu)。

圖4 三種聚磷酸磷肥不同基追比例下棉花的磷吸收量Fig. 4 Phosphorus uptake of cotton under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

圖5 三種聚磷酸磷肥不同基追比下棉花磷肥利用率Fig. 5 P utilization efficiency of cotton under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

從3種聚磷酸磷肥對(duì)棉花吸磷量和磷肥利用率的影響可以發(fā)現(xiàn)，無論在哪種基追比例施肥方式下，APP1和KTPP磷肥棉花地上部、地下部吸磷量和磷肥利用率均高于APP2磷肥(圖4和圖5)，且在等/重追肥條件下 (F1∶1和 F3∶7)，KTPP 磷肥處理棉花地上部、地下部吸磷量和磷肥利用率均高于APP1(圖4和圖5)磷肥。

綜合磷吸收量與磷肥利用率來看，3種聚磷酸磷肥在不同基追比例下，效果最好的是基追等比施肥方式下的KTPP磷肥。

3 討論

土壤吸附與沉淀反應(yīng)使大部分磷素以正磷酸鹽的形式被土壤固定，導(dǎo)致土壤中可供植物吸收利用的磷含量較少，磷肥當(dāng)季利用率偏低[1-2]。本研究數(shù)據(jù)顯示，在F1∶1和F3∶7施肥方式中KTPP和APP1磷肥的土壤有效磷含量和棉花磷肥利用率均顯著高于APP2磷肥(圖1和圖5)，在F3∶7施肥方式下土壤磷移動(dòng)效率表現(xiàn)為KTPP>APP1>APP2，且KTPP和APP1與APP2的差異達(dá)顯著水平(圖2)，造成以上結(jié)果的原因可能是高聚合度聚磷酸磷肥水解時(shí)間較長，一定程度上減少了土壤對(duì)其的化學(xué)沉淀與吸附，進(jìn)而提高了磷肥移動(dòng)性和有效性。聚磷酸鹽在土壤中會(huì)逐級(jí)水解釋放出正磷酸鹽，這個(gè)過程類似于緩釋肥原理，會(huì)減少土壤對(duì)正磷酸鹽的固定，相應(yīng)增加磷素在土壤中的移動(dòng)性[7,17]。他人研究結(jié)果與本研究類似，相比低聚態(tài)聚磷酸鹽，較高聚合度聚磷酸鹽可以提高土壤中磷的移動(dòng)距離，更長時(shí)間保持磷肥肥效和提高玉米磷素吸收利用率[10,18]。聚合度組成會(huì)顯著影響玉米肥效，以聚合度組成分布均勻的聚磷酸銨效果最佳[19]，且平均聚合度為2.73的聚磷酸相比焦磷酸和磷酸脲，在質(zhì)地為壤土和粘土的石灰性土壤中可以顯著提高土壤磷移動(dòng)性[18]。在本研究中，0—8 cm土層土壤有效磷含量遠(yuǎn)高于8—16 cm土層，這表明磷肥大量被固定在表層土壤，但是在8—16 cm土層中F1∶1和F3∶7施肥方式下，聚合度相對(duì)較高的KTPP和APP1磷肥土壤有效磷含量均顯著高于APP2磷肥，且以KTPP磷肥土壤有效磷含量和磷移動(dòng)效率最高(圖1和圖2)，這表明3種不同聚磷酸磷肥在石灰性土壤上，對(duì)棉花的肥效表現(xiàn)為KTPP磷肥最優(yōu)，其次為APP1磷肥，最后是APP2磷肥。

魯如坤等[20]研究表明，磷在施入土壤3h后大量被土壤固定。應(yīng)用同位素32P示蹤和放射性同位素自顯影技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在灰漠土中磷酸一銨滴施導(dǎo)致高達(dá)99%的磷素都集中分布在0—10 cm土層[14]。以上證據(jù)表明，常規(guī)磷肥在石灰性土壤上滴灌施用會(huì)造成磷的無效化。相比常規(guī)磷肥，聚磷酸磷肥可以明顯促進(jìn)作物生長和提高作物磷肥利用率[8-9,19,21]。本研究中聚磷酸磷肥不同基追比例施用對(duì)棉花的生長和棉花磷肥利用率的影響也有明顯差異。3種聚磷酸磷肥在F7∶3和F1∶1施肥方式下，棉花地上部干重、吸磷量和磷肥利用率均顯著高于F3∶7施肥方式，且F1∶1施肥方式棉花地上部干重、吸磷量和磷肥利用率均略高于F7∶3處理(圖3、圖4和圖5)。這表明聚磷酸磷肥由于其緩釋性，適當(dāng)基施可以促進(jìn)棉花生長，提高磷肥利用率，其中以聚磷酸磷肥基追等比例施用效果最優(yōu)。研究表明，聚磷酸銨(平均聚合度=4)在土壤中培養(yǎng)14天內(nèi)，土壤有效磷含量沒有出現(xiàn)顯著的下降，而是緩慢上升[10]，這說明聚磷酸磷肥的水解會(huì)持續(xù)較長時(shí)間，也解釋了我們的研究結(jié)果為什么一定比例的聚磷酸磷肥基施(F1∶1)相比重追施處理(F3∶7)效果較優(yōu)。一些研究也表明，磷肥分次滴施時(shí)磷在土壤中的移動(dòng)性優(yōu)于一次施用，其解釋是由于磷肥一次施用后，土壤磷起始濃度較高，磷酸鹽易與土壤中Ca2+產(chǎn)生沉淀，而分次施磷，磷酸鹽固定以土壤粘粒吸附為主，且土壤磷起始濃度較低，可增加土壤中磷的空間有效性[18,22]，這可能也是本研究中聚磷酸磷肥重基施處理(F7∶3)效果弱于基追等比施用(F1∶1)的主要原因。由此可見，聚磷酸磷肥在石灰性土壤上棉花的施用策略還需不斷深入研究。

4 結(jié)論

聚磷酸磷肥可以提高磷在石灰性土壤中的移動(dòng)性，進(jìn)而提高土壤磷有效性和棉花磷肥利用率，棉花磷肥肥效隨聚磷酸磷肥聚合度與聚合率的升高而增加。由于聚磷酸磷肥緩慢水解特性和磷肥滴施造成磷在土壤表層富集的問題，聚磷酸磷肥不同基追比施用會(huì)影響棉花肥效，聚磷酸磷肥基追比等量施用可以保證石灰性土壤上滴灌棉花全生育期磷營養(yǎng)的均衡供應(yīng)，促進(jìn)棉花生物量積累。