江漢平原棉花合理施氮量研究

張敏敏+劉冬碧+吳茂前++段小麗+熊桂云+夏穎+程子珍

摘要：采用田間小區(qū)試驗(yàn)研究了江漢平原棉花合理施氮量。結(jié)果表明，在施用90 kg/hm2 P2O5、180 kg/hm2 K2O和3 kg/hm2持力硼基礎(chǔ)上，利用線性+平臺模型得到棉花中高產(chǎn)量水平下的合理施氮量為280 kg/hm2。在不明顯減產(chǎn)的條件下，從提高氮肥當(dāng)季利用率、盡量降低氮肥投入的角度，可以將氮肥用量降低到240 kg/hm2左右，在此施氮水平下仍然可能通過改進(jìn)田間管理措施獲得高產(chǎn)。因此，江漢平原棉花氮肥減量空間為20～60 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：棉花；施氮量；產(chǎn)量；氮肥利用率；氮平衡

中圖分類號：S147.2；S562 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）24-6402-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.021

江漢平原是湖北省的主要棉產(chǎn)區(qū)，種植面積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]。近年來受價格和種植區(qū)劃的影響，湖北省棉花種植面積有較大幅度的減少，但仍然有1.0×105～1.5×105 hm2[3]。研究和生產(chǎn)實(shí)踐均已證實(shí)，氮肥是影響棉花產(chǎn)量的第一養(yǎng)分限制因子。關(guān)于棉花氮肥的合理運(yùn)籌技術(shù)，近年來已有一些研究[4-6]。關(guān)于棉花的合理施氮量，李銀水等[7]在江漢平原、鄂東和鄂北3大棉產(chǎn)區(qū)7個縣（市）開展了17個棉花氮肥用量田間試驗(yàn)，結(jié)果表明，利用線性加平臺模型得到湖北省棉花氮肥（N）最佳用量平均為114 kg/hm2，棉花適量施氮比對照增產(chǎn)131～1 244 kg/hm2。由于各個試驗(yàn)點(diǎn)棉田土壤養(yǎng)分狀況和棉花產(chǎn)量水平差異較大，這一平均合理施氮量難以適用于江漢平原區(qū)的中、高產(chǎn)棉田。余常兵等[8]研究提出，湖北省江漢平原棉區(qū)皮棉產(chǎn)量高于1 050 kg/hm2的中高產(chǎn)棉田，氮磷鉀配方為225～255 kg/hm2 N、90 kg/hm2 P2O5和180～195 kg/hm2 K2O。施用緩控釋氮肥并減少施氮次數(shù)，已被認(rèn)為是棉花輕簡化栽培的主要措施之一[5，9，10]。本研究在潛江市浩口鎮(zhèn)選擇代表性高產(chǎn)棉田，在施用緩控釋氮肥條件下研究棉花的合理施氮量，為“兩減”條件下實(shí)現(xiàn)棉花合理減氮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2014年度在湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)柳州村進(jìn)行，土壤母質(zhì)為長江沖積物發(fā)育的灰潮土。耕層土壤pH 7.76，有機(jī)質(zhì)12.30 g/kg，全氮1.11 g/kg，堿解氮87.50 mg/kg，速效磷11.30 mg/kg，速效鉀80.20 mg/kg。試驗(yàn)棉花品種為中棉所63。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)置7個處理，N0（不施氮肥）、N180、N210、N240、N270、N300、N270-4，各處理字母后的數(shù)字代表施氮量，單位kg/hm2。其中，N180、N210、N240、N270、N300處理60%的氮肥用緩控釋尿素（含N 44%，釋放期80 d）作基肥，40%的氮用普通尿素作花鈴肥，N270-4處理所用氮肥全部為普通尿素，施肥時期為30%基肥+30%蕾肥+30%花鈴肥+10%蓋頂肥。各處理磷、鉀、硼肥用量相同，分別為P2O5 90 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2、持力硼3 kg/hm2。磷肥用過磷酸鈣（含P2O5 12%）、鉀肥用氯化鉀（含K2O 60%），磷、鉀、硼肥全部基施。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)交替進(jìn)行。小區(qū)面積35 m2， 3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

棉花采用營養(yǎng)缽育苗移栽的方式，5月27日施基肥并移栽棉花，行距120 cm，株距40 cm。7月9日施蕾肥，7月31日施花鈴肥，8月15日施蓋頂肥。9月21日開始收獲，12月2日收獲結(jié)束，各小區(qū)收子棉實(shí)產(chǎn)。

1.3 測試指標(biāo)、考察內(nèi)容和方法

1.3.1 土壤樣品 在棉花整地施基肥前采集0～20 cm土壤樣品，用常規(guī)方法分析土壤基本理化性狀[11]。試驗(yàn)結(jié)束后，采集各小區(qū)0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土樣，紫外分光光度法測定鮮土樣NO3--N含量，靛酚藍(lán)比色法測定NH4+-N含量[11]，其和為土壤速效氮含量。

1.3.2 推薦施氮量模型 運(yùn)用SAS 8.1軟件，采用線性+平臺模型擬合氮肥用量與子棉產(chǎn)量之間的關(guān)系[12]，線性+平臺模型函數(shù)式為y=b0+b1x（x

1.3.3 植株吸氮量 吐絮收獲前每小區(qū)隨機(jī)取3株中等大小的棉花植株，分次單獨(dú)收獲，按皮棉、棉子、棉稈分別稱重制樣，測定各部分全氮含量[11]，記錄棉花各部分生物總量，計算棉株收獲時從土壤帶走的總氮量。

1.3.4 其他參數(shù)的計算[13]

氮肥當(dāng)季表觀利用率=（施氮區(qū)吸氮量-無氮區(qū)吸氮量）/施氮量×100%

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg N）=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg N）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量

氮肥生理利用率（kg/kg N）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量）/（施氮區(qū)吸氮量-無氮區(qū)吸氮量）

氮肥產(chǎn)量貢獻(xiàn)率=（施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮區(qū)產(chǎn)量×100%

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和作圖在Microsoft Excel中進(jìn)行，方差分析采用SPSS 11.5統(tǒng)計軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對棉花產(chǎn)量的影響

由圖1可知，子棉產(chǎn)量隨施氮量的增加而顯著增加，施氮量超過210 kg/hm2后，子棉產(chǎn)量隨施氮量增加的幅度變小，施氮量為300 kg/hm2時產(chǎn)量達(dá)到最高值。當(dāng)施氮量為270 kg/hm2時，全部氮肥用普通尿素分4次施用處理的子棉產(chǎn)量，與緩控釋尿素和普通尿素配合2次施用的處理差異不顯著。有研究表明，利用線性+平臺模型擬合得到的作物臨界施氮量，明顯低于由二次型模型擬合得到的最佳經(jīng)濟(jì)施氮量，因此用臨界施氮量更有利于降低氮肥投入成本、提高氮肥利用效率和降低過量施用氮肥引起的面源污染風(fēng)險[12，14]。為了獲得施緩控釋氮肥條件下棉花的合理施氮量，采用線性+平臺模型擬合氮肥用量與子棉產(chǎn)量之間的關(guān)系，得到棉花的臨界施氮量為280 kg/hm2，即當(dāng)施氮量低于280 kg/hm2時，子棉產(chǎn)量隨氮肥用量的增加而增加，當(dāng)施氮量超過280 kg/hm2后，子棉產(chǎn)量在一定的施氮量范圍內(nèi)保持在“平臺產(chǎn)量”這一相對穩(wěn)定的水平，本研究子棉的“平臺產(chǎn)量”為4 150 kg/hm2（圖2）。這一施氮量比余常兵等[8]提出的江漢平原區(qū)中、高產(chǎn)棉田配方施氮量略高，不過棉花的產(chǎn)量也略高?？梢?，在江漢平原子棉產(chǎn)量為4 150 kg/hm2的高產(chǎn)水平下，將合理施氮量確定為280 kg/hm2是比較適宜的。

2.2 施氮量對棉花氮素吸收量及氮肥利用率的影響

由表1可知，在試驗(yàn)施氮量范圍內(nèi)（300 kg/hm2），棉株氮素吸收總量隨施氮量增加而增加，其中棉稈吸氮量在總吸氮量中所占的比例也隨施氮量增加而呈先增加后降低的趨勢，而子棉所占比例則相應(yīng)呈先降低后增加的趨勢，并分別在240 kg/hm2時達(dá)到最低值，再進(jìn)一步增施氮肥，子棉吸氮量在總吸氮量中所占的比例隨施氮量增加而增加；氮肥表觀利用率和偏生產(chǎn)力隨施氮量的增加總體呈降低趨勢，產(chǎn)量貢獻(xiàn)率則相反，農(nóng)學(xué)效率和生理利用率隨施氮量的增加而增加，并在施氮量為240 kg/hm2時達(dá)到最高值，在臨界施氮量附近（270 kg/hm2），氮肥表觀利用率為22.1%，偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率、生理利用率分別為14.6、5.91、26.8 kg/kg N，產(chǎn)量貢獻(xiàn)率為40.5%。從棉花臨界施氮量、氮素吸收量及其他氮肥利用率指標(biāo)來看，240～280 kg/hm2可能是棉花施氮量的一個較適宜的范圍。

表觀利用率、偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率、生理利用率和產(chǎn)量貢獻(xiàn)率等指標(biāo)均是從不同角度描述作物對肥料養(yǎng)分的利用效率，其內(nèi)涵及應(yīng)用對象常常不同，當(dāng)季表觀利用率能很好地反映作物對化肥養(yǎng)分的吸收狀況[13，15]。本研究中棉花當(dāng)季氮肥表觀利用率比21世紀(jì)初中國糧食作物氮肥平均利用率（28.3%）低6.2個百分點(diǎn)[15]。張成等[3]在武漢市洪山區(qū)黃棕壤上的研究結(jié)果表明，240 kg/hm2的施氮量條件下，鄂雜棉30的氮肥表觀利用率為19.1%；吳茂前等[4]、劉冬碧等[5]的研究結(jié)果表明，在潛江市潮土區(qū)240 kg/hm2的施氮量條件下，中棉所63棉花品種的子棉產(chǎn)量為4 700～5 100 kg/hm2時，其氮肥當(dāng)季表觀利用率為41.0%～52.6%，子棉產(chǎn)量為2 000～2 900 kg/hm2時，氮肥當(dāng)季表觀利用率為20.8%～27.8%，可見，棉花氮肥當(dāng)季表觀利用率受區(qū)域、產(chǎn)量水平等因素的影響較大。從另一方面也說明，在一定的施氮量條件下，加強(qiáng)田間管理、促進(jìn)養(yǎng)分吸收對提高氮肥當(dāng)季表觀利用率仍有較大的潛力。

2.3 施氮量對土壤氮素殘留與土壤-作物系統(tǒng)氮素平衡的影響

由圖3可知，棉花收獲后0～100 cm不同土層土壤速效氮的含量隨土層深度的增加而降低。從不同處理看，各施氮處理土壤的速效氮含量明顯高于不施氮處理，以210 kg/hm2和240 kg/hm2氮肥處理的最高。0～60 cm土層內(nèi)土壤速效氮的含量，施氮處理明顯高于不施氮處理。0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層速效氮的含量，施氮處理分別比不施氮處理高2.9～18.9、2.8～5.5、0.4～5.1 mg/kg。假設(shè)棉花收獲后殘留在0～60 cm土層的氮肥主要以速效氮形式存在，扣除不施氮處理的土壤本底值后，估算得到不同施氮處理0～60 cm土層的氮?dú)埩艨偭恳姳?。由表2可知，不同施氮處理速效氮?dú)埩艨偭吭?～26 kg/hm2之間，且土壤氮?dú)埩袅颗c施氮量之間并沒有表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系。

暫不考慮大氣沉降等氮素來源，進(jìn)一步估算土壤-作物系統(tǒng)氮素平衡（表2），不同施氮處理土壤0～60 cm土層氮肥表觀殘留率僅2.1%～12.3%，且絕大部分在10%以下；而氮肥表觀損失率（包括大氣揮發(fā)、地表徑流和地下淋溶等各種途徑的損失）高達(dá)63.2%～75.8%，在施氮量超過240 kg/hm2后，損失率明顯增加。已有研究證實(shí)，絕大部分當(dāng)季施肥盈余的化學(xué)肥料氮并不能在土壤中累積起來，而是以各種途徑損失如進(jìn)入大氣環(huán)境或水體環(huán)境[16]。因此，在供氮能力較強(qiáng)的中高產(chǎn)田，應(yīng)充分利用土壤本身供應(yīng)的養(yǎng)分，在加強(qiáng)田管綜合管理措施的基礎(chǔ)上，盡可能降低施氮量，最大限度地減少由于施氮肥不當(dāng)引起的負(fù)面影響。

3 小結(jié)

綜上所述，從增產(chǎn)增收的角度出發(fā)，江漢平原中、高產(chǎn)棉田施氮量建議為280 kg/hm2是比較合理的，但在不明顯減產(chǎn)的條件下，從提高氮肥利用率、盡量降低氮肥投入的角度出發(fā)，仍可以將氮肥用量降低到240 kg/hm2左右，在此施氮水平下仍然可能通過改進(jìn)田間管理措施獲得高產(chǎn)。當(dāng)前江漢平原棉花習(xí)慣施氮量平均約300 kg/hm2[8]，因此，棉花氮肥減量潛力為20～60 kg/hm2。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湖北省統(tǒng)計局.農(nóng)村統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2003-2010.

[2] 胡德玉，成云峰，文漢標(biāo)，等.江漢平原棉區(qū)棉花生產(chǎn)中存在的問題與對策[J].江西棉花，2007，29（2）：6-8.

[3] 張 成，吳茂前，張富林，等.鄂雜棉30營養(yǎng)特性研究[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2015，26（12）：56-58.

[4] 吳茂前，劉冬碧，熊桂云，等.氮肥施用時期對棉花產(chǎn)量效益與氮肥利用率的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52（24）：5999-6002.

[5] 劉冬碧，吳茂前，熊桂云，等.江漢平原棉花氮肥合理運(yùn)籌技術(shù)研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，53（23）：5758-5761，5764.

[6] 劉冬碧，陳瓊星，肖習(xí)明，等.江漢平原棉花-小麥種植制氮磷肥料的合理分配研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（6）：1302-1306.

[7] 李銀水，魯劍巍，李小坤，等.湖北省棉花氮肥效應(yīng)研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（1）：52-55.

[8] 余常兵，廖 星.湖北省作物專用復(fù)混肥料農(nóng)藝配方[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2014.33-43.

[9] 李伶俐，馬宗斌，林同保，等.控釋氮肥對棉花的增產(chǎn)效應(yīng)研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，15（3）：45-47.

[10] 李伶俐，馬宗斌，譚金芳，等.控釋氮肥對棉花產(chǎn)量的影響及光合特性的研究[J].棉花學(xué)報，2005，17（5）：275-279.

[11] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].第三版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[12] 陳新平，周金池，王興仁，等.小麥-玉米輪作制中氮肥效應(yīng)模型的選擇——經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益分析[J].土壤學(xué)報，2000，37（3）：346-354.

[13] 鄒 娟，魯劍巍，陳 防，等.長江流域油菜氮磷鉀肥料利用率現(xiàn)狀研究[J].作物學(xué)報，2011，37（4）：729-734.

[14] 劉冬碧，范先鵬，楊 利，等.湖北省蓮藕氮肥合理用量與運(yùn)籌方式研究[J].中國土壤與肥料，2013（2）：66-71.

[15] 張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰，等.中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J].土壤學(xué)報，2008，45（5）：915-924.

[16] 魯如坤，時正元，施建平.我國南方6省農(nóng)田養(yǎng)分平衡現(xiàn)狀評價和動態(tài)變化研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，33（2）：63-67.