江漢平原棉花氮肥合理運籌技術研究

劉冬碧，吳茂前，熊桂云，范先鵬，張富林，夏穎，余延豐

摘要：為了提出江漢平原地區(qū)棉花氮肥的合理運籌技術，采用田間小區(qū)試驗研究了棉花氮肥品種的選擇、合理的施氮次數(shù)，并探討了氣候條件的影響。結(jié)果表明，綜合考慮棉花產(chǎn)量、經(jīng)濟效益、氮素吸收利用以及土壤中硝態(tài)氮殘留等各種因素，普通尿素4次施氮和緩控釋氮肥2次施氮都是較好的氮肥運籌方式。在氮肥施用的時間上宜采用“應變式”方式，雨后施氮，充分利用自然降雨發(fā)揮肥效，避免施氮肥后3～5 d內(nèi)出現(xiàn)大的降雨，施肥后如遇長時間干旱需及時灌溉。必要時還可根據(jù)棉花預期產(chǎn)量水平的變化調(diào)整施氮總量，并通過調(diào)整后期追氮量來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)氮肥高效利用與棉花高產(chǎn)。

關鍵詞：棉花;產(chǎn)量;經(jīng)濟效益;氮肥表觀利用率;氮素殘留;氮肥合理運籌技術

中圖分類號：S562.062;S147.3 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）23-5758-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.034

江漢平原棉花常年種植面積約2.8萬hm2，占湖北省棉花種植總面積的70%左右[1]，是湖北省最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，也是全國棉花單產(chǎn)水平較高的棉區(qū)之一[2]。研究和生產(chǎn)實踐均已證實，氮肥是影響棉花產(chǎn)量的第一養(yǎng)分限制因子，但棉花營養(yǎng)特性及施肥技術方面的研究多集中在鉀素和鉀肥上[3-5]，氮肥施用技術方面的研究并不多，長江中下游棉區(qū)棉花氮肥合理用量及合理施用時期方面的研究僅見零星報道[6]。江漢平原地區(qū)水網(wǎng)密集、降雨量豐富，肥料中的氮素易隨雨后產(chǎn)生的地表徑流或地下淋溶損失;棉花大田生長期較長，雨熱同季。因此，棉花氮肥的施用，在考慮不同生育階段棉花需肥特性的同時，也應根據(jù)當年當?shù)氐臍夂蛱卣鳎贫饶艹浞掷米匀唤涤臧l(fā)揮肥效、又能回避易引起氮肥流失的施肥措施，即采用“應變式”的氮肥運籌方式。本研究在初步明確氮肥施用次數(shù)對棉花產(chǎn)量、效益及氮肥利用率影響的基礎上[7]，進一步探討“應變式”氮肥分配與兩次施氮法以及兩次施氮條件下不同氮肥品種及其配比對棉花產(chǎn)量、經(jīng)濟效益、氮素吸收利用及土壤氮素殘留的影響，并試圖通過研究施氮時間與施氮前后降雨的時間間隔和降雨量之間的關系，提出適合南方水網(wǎng)農(nóng)區(qū)的“應變式”棉花氮肥合理運籌技術。

1 ?材料與方法

1.1 ?供試材料

研究開展2個田間試驗，試驗1和試驗2分別于2012年和2013年在湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)柳洲村進行。供試土壤為長江沖積物母質(zhì)發(fā)育的潮土，其基本理化性狀見表1。前作為油菜，供試棉花品種為中棉所63。

1.2 ?試驗設計

試驗1設置5個處理，處理1：不施氮肥;處理2（4次施氮）：氮肥為普通尿素，用量240 kg N/hm2，分配時期為40%基肥+15%苗肥+15%蕾肥+30%花鈴肥;處理3（2次施氮）、處理4（包膜尿素）和處理5（復混肥）的氮肥分別為普通尿素、包膜尿素（含N44%）和添加硝化抑制劑的緩控釋復混肥（N、P2O5和K2O含量分別為24%、10%和14%），用量與處理2相等，分配方式均為60%基肥+40%花鈴肥。試驗2也設置5個處理，處理1：不施氮肥，處理2（“應變式”施氮）：氮肥為普通尿素，用量240 kg N/hm2，分配時期為“應變式”5次施肥：10%基肥+15%苗肥+30%蕾肥+30%花鈴肥+15%蓋頂肥，處理3（普通尿素）、處理4（包膜尿素）和處理5（普通尿素+包膜尿素）的氮肥用量與處理2相等，分配方式均為40%基肥+60%花鈴肥，處理3用普通尿素，處理4用包膜尿素（含N44%），處理5基肥用普通尿素、花鈴肥用包膜尿素。

各處理磷、鉀、硼和鋅肥用量相同，分別為P2O5 90 kg/hm2、K2O 240 kg/hm2、硼砂（含B 11%）3 kg/hm2、七水硫酸鋅（含Zn 20%）3 kg/hm2，磷、鉀肥分別為過磷酸鈣（含P2O5 12%）和氯化鉀（含K2O 60%）。鉀肥60%基肥+40%花鈴肥，磷肥和硼肥全部基施，鋅肥全部作花蕾肥。試驗1中處理5以磷為基礎計算復混肥用量，以含60%總施氮量的復混肥作基肥，不足的氮和鉀分別用普通尿素和氯化鉀補齊，與余下的復混肥一起作花鈴肥追施。施肥方法：基肥混勻條施后移栽棉花，追肥穴施，基肥和后續(xù)的追肥在棉花種植行的兩側(cè)交替施用。

棉花采用營養(yǎng)缽育苗移栽的方式，行距120 cm、株距45 cm。小區(qū)面積35 m2，3次重復，隨機區(qū)組排列。試驗1于2012年5月19日施基肥、20日移栽棉花，6月19日施苗肥，7月5日施蕾肥，7月26日施花鈴肥，9月5日始收，11月14日收獲結(jié)束;試驗2于2013年5月23日施基肥、移栽棉花，6月14日施苗肥，7月3日施蕾肥，7月25日施花鈴肥，8月15日施蓋頂肥，9月13日始收，11月28日收獲結(jié)束。各小區(qū)單收記錄子棉產(chǎn)量和棉稈產(chǎn)量。試驗期間，用SDM 6型雨量器記錄每次降雨量。

1.3 ?測定內(nèi)容與方法

1.3.1 ?土壤樣品采集及處理 ?在棉花整地施基肥前采集0～20 cm和20～40 cm土樣，風干后制樣，用常規(guī)方法分析土壤基本理化性狀[8]。試驗結(jié)束后，采集各小區(qū)0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土樣，紫外分光光度法測定土樣NO3--N和NH4+-N含量[8]。

1.3.2 ?植株干物質(zhì)重及氮素含量測定 ?吐絮收獲前每小區(qū)隨機取3株中等大小的棉花植株，分次單獨收獲，按皮棉、棉子、棉稈分別稱重制樣，測定各部分全氮含量[8]，計算棉株收獲時從土壤帶走的總氮量，計算氮肥當季表觀利用率，計算公式為：氮肥當季表觀利用率=[（施氮區(qū)作物吸氮量-無氮區(qū)作物吸氮量）/施氮量]×100%[9]。

1.3.3 ?數(shù)據(jù)處理與參數(shù)計算 ?試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計和作圖在Microsoft Excel中進行，方差分析采用SPSS 11.5統(tǒng)計軟件。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?氮肥運籌方式對棉花產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

由表2可見，施用氮肥極顯著地提高子棉產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，試驗1中不同氮肥運籌方式處理比不施氮肥處理增產(chǎn)72.8%～80.2%，凈收益增加14 562～15 890元/hm2;試驗2中不同氮肥運籌方式處理比不施氮肥處理增產(chǎn)74.7%～150.0%，凈收益增加5 187～11 688元/hm2。

試驗1中，以4次施氮處理和復混肥處理的棉花產(chǎn)量最高，兩者基本相等;2次施氮處理和包膜尿素處理的產(chǎn)量，比4次施氮和復混肥處理的略低，兩者也大致相等;不同氮肥運籌處理之間，棉花產(chǎn)量的差異均不顯著。以上結(jié)果表明，在試驗1施氮總量一定的條件下，減少施氮次數(shù)或者選擇不同的氮肥品種，不會引起棉花明顯減產(chǎn)，但以4次施氮和復混肥處理最能充分發(fā)揮棉花的產(chǎn)量潛力。試驗2中，施氮次數(shù)和不同氮肥品種配比對棉花產(chǎn)量均產(chǎn)生顯著的影響，表現(xiàn)為“應變式”施氮>2次施氮，在2次施氮處理中，包膜尿素>普通尿素>普通尿素+包膜尿素配合。由此可見，在2個試驗中，均以多次施氮處理的棉花產(chǎn)量最高，而在2次施氮處理中，不同年份、不同氮肥品種或配比對棉花產(chǎn)量的影響并不一致。

表2中經(jīng)濟效益分析結(jié)果表明，試驗1中，復混肥處理的肥料成本比4次施氮處理略高、施肥勞務略低，總成本和凈增收益兩者相當;普通尿素2次施氮處理的產(chǎn)量和施肥成本均較低，凈增收益比4次施氮處理低896元/hm2（低5.7%）;包膜尿素處理的產(chǎn)量較低、肥料成本比普通尿素略高，凈增收益比4次施氮處理低1 251元/hm2（低7.9%），因此在試驗1條件下，4次施氮和復混肥處理都是較好的氮肥運籌方式，可根據(jù)家庭經(jīng)濟和勞力狀況進行選擇。在試驗2中，盡管5次施氮處理的施肥成本（主要是施肥勞務）比2次施氮處理略高，但前者的產(chǎn)量遠遠高于后者，其凈增收益比2次施氮處理高3 100～6 500元/hm2，因此在試驗2條件下宜選擇“應變式”多次施氮方式，才能保證高產(chǎn)，從而獲得較好的經(jīng)濟收益。

2.2 ?氮肥運籌方式對棉花氮素吸收與氮肥當季利用率的影響

氮肥運籌方式對棉花氮素吸收和當季表觀利用率影響的變化趨勢，與其對產(chǎn)量的影響基本一致，施氮處理的棉花吸氮量大大高于不施氮處理（表3）。在試驗1中，不同氮肥運籌處理之間棉花吸氮量的差異均不顯著，但普通尿素2次施氮處理的略低，4次施氮、包膜尿素和復混肥處理的氮肥當季表觀利用率相差不到2個百分點，都比2次施氮處理高出10個百分點左右。在試驗2不同氮肥運籌處理中，“應變式”5次施氮處理的棉花吸氮量顯著高于普通尿素+包膜尿素配合處理，其他處理之間差異不顯著，棉花吸氮量和氮肥當季表觀利用率大小順序為“應變式”5次施氮>包膜尿素>普通尿素>普通尿素+包膜尿素配合?？梢娫?個試驗中，棉花吸氮量和氮肥當季表觀利用率均以多次施氮處理的最高。

2.3 ?氮肥運籌方式對棉花收獲后土壤硝態(tài)氮殘留量的影響

圖1結(jié)果表明，0～100 cm土體各土層中，棉花收獲后硝態(tài)氮含量均隨土層深度的增加而降低;0～20 cm和20～40 cm土層的硝態(tài)氮含量，施氮處理明顯高于不施氮處理，40 cm以下施氮處理與不施氮處理相差不明顯。試驗1中，0～20 cm和20～40 cm土層硝態(tài)氮含量施氮處理分別比不施氮處理高2.18～4.10 mg/kg和1.72～2.92 mg/kg，試驗2中，施氮處理分別比不施氮處理高1.45～3.61 mg/kg和0.26～0.87 mg/kg。同時，土壤分析結(jié)果還表明，在0～20 cm和20～40 cm土層，硝態(tài)氮含量占硝、銨態(tài)氮總含量的83%以上。

根據(jù)上述結(jié)果，假設棉花收獲后施入的氮肥主要以硝態(tài)氮形式殘留在0～20 cm和20～40 cm土層，扣除不施氮處理土壤中硝態(tài)氮的本底值后，計算得到不同氮肥運籌處理0～40 cm土層的硝態(tài)氮殘留總量。試驗1中4次施氮、2次施氮、包膜尿素和復混肥處理硝態(tài)氮殘留量分別為10.60、15.80、13.70和9.00 kg/hm2，試驗2中“應變式”5次施氮、普通尿素、包膜尿素和普通尿素+包膜尿素配合處理硝態(tài)氮殘留量分別為7.9、8.2、9.6 kg/hm2和3.9 kg/hm2。由此結(jié)果可知，在兩個試驗中普通尿素的硝態(tài)氮殘留總量均為2次施氮處理高于多次施氮處理;在2次施氮運籌處理中，試驗1為普通尿素處理比包膜尿素處理高2.1 kg/hm2，試驗2中為包膜尿素處理比普通尿素處理高1.4 kg/hm2。本試驗條件下，復混肥處理和普通尿素+包膜尿素配合處理的硝態(tài)氮殘留總量均較低。另外，硝態(tài)氮殘留量占施氮總量的比例，試驗1和試驗2分別僅為3.75%～6.58%和1.41%～3.99% ，說明施氮肥后土壤中氮的殘留比例較低。已有研究表明，絕大部分由施肥盈余的化學肥料氮并不能在土壤中累積起來，而是以各種途徑如進入大氣或水體環(huán)境損失[10]。所以，在生產(chǎn)上提倡氮肥根據(jù)當季作物的需要施用，土壤氮素肥力的提升往往通過提高土壤有機質(zhì)含量的途徑來實現(xiàn)。不同氮肥品種及其配比對土壤硝態(tài)氮殘留的影響，仍值得進一步研究。

3 ?小結(jié)與討論

研究結(jié)果表明，在氮、磷、鉀等肥料用量相等的條件下，試驗2的棉花產(chǎn)量水平、氮素吸收量、以及0～40 cm土層中硝態(tài)氮殘留總量均明顯低于試驗1。以兩個試驗中的相對最佳處理為例，試驗2“應變式”5次施氮處理的子棉產(chǎn)量比試驗1中4次施氮處理的產(chǎn)量低2 179 kg/hm2，凈增收益前者比后者低4 125元/hm2;“應變式”5次施氮處理的氮素吸收量比試驗1中4次施氮處理的低134 kg/hm2，氮肥當季表觀利用率前者比后者低25個百分點，0～40 cm土層中硝態(tài)氮殘留總量前者比后者低2.7 kg/hm2。在棉花氮素吸收量明顯較低的條件下，試驗2土壤中硝態(tài)氮素的殘留量不僅沒有增加，反而比試驗1更低，可見試驗2中的肥料氮素更多地進入大氣或水體環(huán)境而損失。

通過區(qū)域棉花生產(chǎn)狀況調(diào)查不難發(fā)現(xiàn)，試驗2棉花產(chǎn)量水平明顯低于試驗1，主要是由當年棉花大田生長期間“前澇中旱”的異常氣候因素引起的。研究兩個試驗中氮肥施用日期與施氮前后歷次降雨的時間和降雨量之間的關系可見，在試驗1中，施氮時間一般發(fā)生在降雨之后，降雨量越高，施肥與降雨的時間間隔越長;施肥后3～5 d內(nèi)均未出現(xiàn)大的降雨，也未出現(xiàn)長時間干旱，這種氮肥運籌方式既充分利用了天然降雨發(fā)揮肥料的肥效，又在很大程度上避免了氮肥隨降雨流失或淋失。氣象記錄數(shù)據(jù)也表明，試驗1期間當?shù)貧鉁?、降雨量及其月際間分配為長江流域棉花豐產(chǎn)氣候類型[11]，當年當?shù)孛藁ㄆ毡樨S產(chǎn)。在試驗2中，施底肥后第4天出現(xiàn)了110 mm以上的大暴雨（試驗地因排水不暢而長時間漬水），施蕾肥后第5天出現(xiàn)暴雨，在7月20日至8月23日兩次追肥期間，連續(xù)33 d高溫無雨，在“前澇中旱”的雙重不利氣候因素影響下，棉花的產(chǎn)量潛力難以充分發(fā)揮，當年當?shù)孛藁ㄆ毡闇p產(chǎn);另外，在試驗2普通尿素+包膜尿素配合處理中，基肥使用普通尿素后遇大暴雨使氮素更易隨水流失，花鈴肥使用包膜尿素后遭遇長時間干旱使其肥效比普通尿素更難發(fā)揮，因此該處理棉花產(chǎn)量和氮吸收量在4個不同氮肥運籌處理中最低。

近十年來在江漢平原地區(qū)開展的20余個棉花肥料試驗結(jié)果表明，在相對合理的肥料用量條件下，年度氣候條件（降雨量及分布、氣溫等）對棉花產(chǎn)量水平的影響比棉田土壤肥力和棉花品種的影響還大，且不同年度相對最佳處理的棉花產(chǎn)量與區(qū)域棉花產(chǎn)量統(tǒng)計值的大小順序是基本一致的。因此，氣候條件在很大程度上影響棉花整體產(chǎn)量水平。

考慮棉花產(chǎn)量、經(jīng)濟效益、氮素吸收利用以及土壤中硝態(tài)氮殘留等各種因素，在江漢平原地區(qū)無明顯異常氣象條件下，普通尿素4次施氮、或者以添加硝化抑制劑的緩控釋復混肥作為氮源2次施氮都是較好的氮肥運籌方式，可根據(jù)家庭經(jīng)濟、肥料和勞務價格等具體情況選擇。從發(fā)展趨勢看，減少棉花氮肥施用次數(shù)是一種可行的輕簡化施肥方式，也是棉花輕簡化栽培技術的主要內(nèi)容之一。但在減少棉花施氮次數(shù)的同時，最好使用一定比例的緩/控釋氮肥（如包膜尿素、緩控釋復混肥等），以提高氮肥當季表觀利用率、減少肥料氮素的損失。與此同時，由于棉株群體具有較強的自我調(diào)節(jié)和適應不同環(huán)境的能力[7]，氮肥的運籌在施用的時間節(jié)點上可采取“應變式”方式，具體為：雨后施肥，利用自然降雨，充分發(fā)揮肥效;施肥前關注當?shù)靥鞖忸A報，避免施肥后3～5 d內(nèi)出現(xiàn)大的降雨，防止氮肥隨降雨流失;施肥后如果遇到長時間干旱，需要及時灌溉。另外，在棉花生長發(fā)育過程中如果遇到異常氣象條件，在積極救災的同時，還要調(diào)整氮肥的分配時期，如排漬后及時補充氮肥、分次施氮等，必要時還可根據(jù)棉花預期產(chǎn)量水平的變化重新確定合適的施氮總量，并通過調(diào)整后期追氮量來實現(xiàn)，從而最終實現(xiàn)氮肥高效利用與棉花高產(chǎn)。

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