南疆滴灌棉田土壤速效養(yǎng)分時空分布特征

殷彩云,王家強,肖春鳴,呂雙慶

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，新疆阿拉爾 843300 2. 塔里木大學(xué) 植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

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南疆滴灌棉田土壤速效養(yǎng)分時空分布特征

殷彩云1,王家強2,肖春鳴1,呂雙慶2

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，新疆阿拉爾 843300 2. 塔里木大學(xué) 植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

為研究滴灌棉田土壤速效養(yǎng)分的分布特征，對棉花整個生育期的土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行分析，揭示滴灌棉田土壤速效養(yǎng)分的分布特征及對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響。結(jié)果表明：高產(chǎn)田、中產(chǎn)田、低產(chǎn)田3個處理土壤堿解氮的變化趨勢相同，隨深度增加均呈下降的趨勢， 40～60 cm 土層的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的曲線較為平緩，3個處理0～60 cm 垂直變異隨生育期的推進(jìn)呈先增大后減小的趨勢，由于棉株從苗期進(jìn)入蕾期對氮素的需求量較大,堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)會急劇降低；而進(jìn)入鈴期到吐絮期后，棉花對氮的需求量逐漸減少,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)又有所回升。各處理土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時空變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)先上升后下降的趨勢。滴灌棉田棉花的磷素需求量在出苗后 1～40 d逐漸減小,土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢; 40 d后，棉花進(jìn)入蕾期，棉株對磷素的吸收量增大,土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯降低,盛花期后開始回升，直至吐絮期開始平緩下降至穩(wěn)定；各處理土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨生育期的變化表現(xiàn)為較平緩的趨勢。

滴灌棉田；速效養(yǎng)分；時空分布

生物量的提高是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)[1-3],生物量累積以養(yǎng)分吸收為前提，土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異,會導(dǎo)致棉花生物量在不同生育期的差異,進(jìn)而影響生物量累積與產(chǎn)量的形成。有研究表明，土壤基礎(chǔ)肥力對新疆棉花產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為66.5%[4]; 因此，探明棉田土壤養(yǎng)分的現(xiàn)狀與變化特征是科學(xué)施肥的前提,也是棉田土壤培肥、改良的基礎(chǔ)。

土壤養(yǎng)分的變化影響作物產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素，同時養(yǎng)分也影響著作物對水分的高效利用；李法云等[5]研究了水肥耦合對春小麥生長發(fā)育的影響，結(jié)果表明高的氮肥施用量,并不能使表層土壤的堿解氮明顯提高；侯振安等[6]研究了北疆滴灌小麥一年兩作農(nóng)田土壤養(yǎng)分動態(tài)變化,表明小麥生長季內(nèi)土壤氮素供應(yīng)基本維持平衡；張炎等[7]研究了新疆主要棉區(qū)土壤養(yǎng)分狀況的差異性，表明土壤主要養(yǎng)分限制因子和氮磷鉀肥對棉花的增產(chǎn)效益；王群等[8]揭示了不同耕作模式下小麥玉米周年生產(chǎn)及土壤養(yǎng)分變化特征，表明，深松/深松和深耕/深耕等耕作模式能顯著提高0～40 cm的土層養(yǎng)分；鄭冬梅等[9]的研究表明，三七種植地土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨季節(jié)變化和周期性施肥呈現(xiàn)每年3 月升高，6月降低，9月升高，12月降低的趨勢，其中大量元素變化規(guī)律較明顯。目前，對整個生育期滴灌棉田土壤養(yǎng)分分布特征及對產(chǎn)量影響的研究尚不多見；因此，本研究通過對棉花整個生育期的土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析，揭示了滴灌棉田土壤速效養(yǎng)分的分布特征，為滴灌棉田的減肥增效及合理施肥提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗區(qū)選擇新疆兵團第一師10團9連，供試棉花品種為‘新陸中37’。播種時間為2013年 4 月 5 日；試驗設(shè)3個處理，分別為低產(chǎn)棉田，籽棉產(chǎn)量為4 000～5 000 kg/hm2(對照)；中產(chǎn)棉田，籽棉產(chǎn)量為5 500～6 500 kg/hm2；高產(chǎn)棉田，籽棉產(chǎn)量在6 500 kg/hm2以上。重復(fù)3次。土壤質(zhì)地均為中壤土，灌溉方式均為膜下滴灌?；A(chǔ)施肥狀況為:基施尿素225 kg/hm2，二銨375 kg/hm2，40%硫酸鉀150 kg/hm2，商品有機肥1 500 kg/hm2；理論株數(shù)約為19×104hm-2；農(nóng)事措施按現(xiàn)有大田棉花種植方案進(jìn)行。

1.2 方 法

1.2.1 樣品采集 從棉花苗期至收獲期，每15 d在小區(qū)內(nèi)采集土樣及植物樣1次，在棉花生育期內(nèi)，共采樣10次，分別在棉花苗期(出苗后 25 d，5月)、初蕾期(苗后 40 d，5月)、盛蕾期(苗后55 d，6月)、初花期(苗后70 d，6月)、盛花期(苗后85 d，7月)、初鈴期(苗后100 d，7月)、盛鈴期(苗后115 d，8月)、初絮期(苗后130 d，8月)、盛絮期(苗后145 d，9月)和收獲期(苗后160 d，9月)。

土壤樣品的采集：棉花播種前，在選定條田內(nèi)進(jìn)行“S”形采樣，測定基礎(chǔ)養(yǎng)分。在每次取樣時，分別取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 3層土樣，每層取6點混合。

植物樣品的采集：同一膜上分別于邊及中行各取10株，苗期與蕾期每次每小區(qū)取樣20株，其余每次每小區(qū)取8 株具有代表性的棉株。每次取帶根的整株棉，帶回實驗室，用蒸餾水沖洗干凈，以子葉節(jié)為界把棉株分為地下部分(根)和地上部分(莖桿、葉片、蕾、鈴和籽棉)，把各器官分開，用于測定棉花干物質(zhì)量。

1.2.2 樣品測定 土壤樣品測定：土壤堿解氮用堿解擴散法，土壤速效磷采用碳酸氫鈉溶液浸提-鉬藍(lán)比色法，土壤速效鉀采用中性醋酸銨溶液浸提-火焰分光光度法[10]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel與Spss軟件處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌棉田土壤堿解氮變化特征分析

由表1和圖1可知，3個處理的土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在顯著的時空變化特征,整體上均呈現(xiàn)隨生育進(jìn)程的推移先下降后上升的趨勢；進(jìn)入吐絮期后,棉田植株對養(yǎng)分吸收量減少[11],從而土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)會持續(xù)在一個較高的水平。3個處理的棉株分別在出苗后 25～40 d ，即棉花從苗期進(jìn)入蕾期，土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈急劇下降的趨勢,由于棉株此時對氮素的需求量較大[12],堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)會急劇降低。出苗48 d，棉花進(jìn)入蕾期，開始隨水進(jìn)行田間追肥,由少到多，逐漸增加，而土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)也逐漸增加,其增加幅度也隨施氮量增大而增大。隨棉花進(jìn)入蕾期，此時期，屬于棉花的旺盛生長期,對養(yǎng)分的需求量大,土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)在一個比較低的水平，進(jìn)入鈴期后(出苗85 d)，棉花對氮素的需求量逐漸減少,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)開始回升。進(jìn)入吐絮期后(出苗130 d),棉花對養(yǎng)分的吸收較少，土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)在一個較高的水平。

各處理0～60 cm土層的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨深度增加均呈下降的趨勢， 40～60 cm 土層的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的曲線較為平緩，說明其垂直變異比0～40 cm土層小,不同處理0～60 cm 垂直變異隨生育期的推進(jìn)呈先增大后減小的趨勢。0～60 cm 土層的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨植株養(yǎng)分的需求量和施氮量的變化而變化，即從苗期到盛花期的營養(yǎng)生長階段，植株養(yǎng)分需求量大，施肥量少，使得0～60 cm土層土壤堿解氮呈現(xiàn)降低趨勢；而從鈴期到吐絮期，植株養(yǎng)分需求量大，而施肥量大幅增加，致使0～60 cm土層土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升。

表1 滴灌棉田土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

2.2 滴灌棉田土壤速效磷變化特征分析

由表2和圖2 可知,各處理土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時空變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。滴灌棉田棉花的磷素需求量分別在出苗后 1～40 d逐漸減小,土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢; 在40 d后，棉花進(jìn)入蕾期，棉株對磷素的吸收量增大[13],土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯降低,盛花期后開始回升，直到吐絮期開始平緩下降至穩(wěn)定。高產(chǎn)田土壤速效磷的時空變化較其他2個處理緩和,初花期后土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化比中產(chǎn)田和CK小,這與棉花在不同生育期的養(yǎng)分吸收特點及3個處理的土壤基礎(chǔ)肥力有關(guān)[14]。隨采樣深度的增加,3個處理 0～60 cm 各層次土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。高產(chǎn)田和中產(chǎn)田速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的垂直變化比CK劇烈，原因可能是高產(chǎn)田和中產(chǎn)田的基礎(chǔ)肥力好,皮棉產(chǎn)量比CK高,植株吸收速效磷相對較高,速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化相對較大。各處理不同土層速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨土壤堿解氮的增加而減少,原因是隨棉田施肥量的增加，植株生物量增加，則會吸收較多的速效磷,使得各處理土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均表現(xiàn)為下降的趨勢。

圖1 滴灌棉田堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時空變化

表2 滴灌棉田土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

圖2 滴灌棉田速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時空變化

2.3 滴灌棉田土壤速效鉀變化特征分析

表3和圖 3 表明,滴灌棉田土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨生育期的變化表現(xiàn)為較平緩的趨勢。各層土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨施肥量的增加而保持較為平緩的趨勢,各處理土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)較為一致，無顯著差異；原因在于3個處理的基礎(chǔ)地力中土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)較為一致，隨著施肥量的增加，肥料中的鉀素可以滿足棉花在各生育期的需求。

表3 滴灌棉田土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

圖3 滴灌棉田速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時空變化

3 討論與結(jié)論

以陸地棉‘新陸中37’為種植品種，以新疆南疆阿拉爾墾區(qū)典型植棉區(qū)灌耕林灌草甸土為研究主體，通過研究高產(chǎn)田、中產(chǎn)田、低產(chǎn)田土壤速效養(yǎng)分在棉花整個生育期的變化特征，揭示棉花在每個生育期的養(yǎng)分需求規(guī)律，并對土壤速效養(yǎng)分對棉花籽棉產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明，各處理速效氮的變化趨勢相同，隨深度增加均呈下降的趨勢， 40～60 cm 土層的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的曲線較為平緩，說明其垂直變異比0～40 cm土層小,不同處理0～60 cm 垂直變異隨生育期的推進(jìn)呈先增大后減小的趨勢，由于棉株從苗期進(jìn)入蕾期對氮素的需求量較大,堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)急劇降低；而進(jìn)入鈴期到吐絮期后，棉花對氮的需求量逐漸減少,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)又有所回升。各處理土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時空變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)先上升后下降的趨勢。滴灌棉田棉花的磷素需求量分別在出苗后 1～40 d逐漸減小,土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢; 在40 d后，棉花進(jìn)入蕾期，棉株對磷素的吸收量增大,土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯降低,盛花期后開始回升，直到吐絮期開始平緩下降至穩(wěn)定；各處理土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨生育期變化特征表現(xiàn)為較平緩的趨勢。高產(chǎn)棉田的籽棉產(chǎn)量為7 132.5 kg/hm2，在3個處理中最高，產(chǎn)量構(gòu)成也相對合理，這與棉田速效養(yǎng)分的分布特征密切相關(guān)。

棉田土壤養(yǎng)分與棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素有很密切的關(guān)系，大量研究表明，作物土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分的高低，對作物產(chǎn)量有很大影響[15]。楊玉玲等[16]研究了土壤速效氮、磷、鉀空間變異性與棉花生長關(guān)系，表明花鈴期土壤堿解氮與棉花產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),播前表層土壤速效磷與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),而播前土壤表層速效鉀與棉花產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)；楊濤等[17]調(diào)查了新疆南疆高產(chǎn)棉田土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)有63.33%的土壤樣品堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)屬中等水平，46.67%的樣品有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)屬中等水平，61.67%的樣品的有效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)屬低水平；范君華等[18]研究了南疆干旱區(qū)連作棉田土壤養(yǎng)分及生物活性，提出只有使微生物區(qū)系朝著土壤熟化和土壤肥力提高的方向發(fā)展，才能實現(xiàn)棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

綜上所述，棉田土壤基礎(chǔ)肥力的提高才是棉花產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高產(chǎn)高效的關(guān)鍵，只有增加土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減少土壤養(yǎng)分的揮發(fā)與流失，才能提高肥料利用率，達(dá)到減肥增效的目的。

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(責(zé)任編輯：潘學(xué)燕 Responsible editor:PAN Xueyan)

Spatial and Temporal Distribution Characteristics of Soil Available Nutrient in Drip-irrigation Cotton Field of Southern Xinjiang

YIN Caiyun1,WANG Jiaqiang2,XIAO Chunming1and Lü Shuangqing2

(1. Agricultural Technology Extending Station of Xinjiang Production and Construction Corps Division,Alar Xinjiang 843300,China; 2. Institute of Plant Science and Technology,Tarim University,Alar Xinjiang 843300,China)

To determine soil nutrient characteristics is the precondition of scientific fertilization in cotton field,which is also the foundation of cotton field fertility improvement. This study analyzed field soil nutrients during whole growth period of cotton,and revealed the distribution characteristics of available nutrient in cotton drip-irrigation soil and its influence on yield and yield components. The results showed that a similar downward the trend of soil alkaline nitrogen with the increase of soil depth was detected in three treatments of high yield field,medium yield field,and low yield field. The mass fraction of alkali-hydrolyzable nitrogen flatted at 40-60 cm soil layer,and the vertical variation at 0-60 cm soil layers in three treatments was enlarged firstly and narrowed subsequently along with the growth period,which was ascribed to high demand of cotton plants for nitrogen from seedling stage to bud stage,alkali-hydrolyzable nitrogen in soil reduced sharply;but after entering the bell stage,cotton reduced the demand for nitrogen gradually,the mass fraction of alkali-hydrolyzable nitrogen recovered as well. The processing of soil available phosphorus mass fraction changed with the similar up-and-down trend in space and time. The demand of drip irrigated cotton for phosphorus decreased gradually in 1-40 d,and the soil available phosphorus mass fraction was rising; entering the blooming stage after 40 d,cotton increased the uptake of phosphorus,which led to significant decrease of soil available phosphorus mass fraction. The mass fraction of available phosphorus rebounded after full-bloom stage,and then fell to stable gently until the boll opening period. The change of soil available potassium mass fraction in each treatment presented a flat curve during growth period. These results can be used as a theoretical basis of reasonable fertilization in drip-irrigated cotton field.

Drip irrigation cotton fields; Available nutrients; Spatial and temporal distribution

YIN Caiyun,female,assistant agronomist.Research area:cotton field soil nutrient.E-mail:yincaiyun@163.com

WANG Jiaqiang,male,associate professor.Research area:soil ecology and information technology. E-mail:wjqzky@163.com

2015-11-22

2015-12-30

國家自然科學(xué)基金(31260140，31060274)；兵團青年科技創(chuàng)新基金(2012CB020)。

殷彩云，女，助理農(nóng)藝師，從事棉田土壤養(yǎng)分研究。E-mail:yincaiyun@163.com

王家強，男，副教授，主要從事土壤生態(tài)與信息技術(shù)研究。E-mail：wjqzky@163.com

日期：2016-10-20

S158.3

A

1004-1389(2016)10-1575-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161020.1658.046.html

Received 2015-11-22 Returned 2015-12-30

Foundation item National Natural Science Foundation of China(No.31260140，No.31060274);the Xinjiang Production and Construction Corps Youth Science and Technology Innovation Fund (No.2012CB020).