優(yōu)化施肥對(duì)濱海鹽漬土棉花生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分供應(yīng)特性的影響

杜海巖，孫曉麗，柳新偉，徐 雙，崔德杰

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109)

棉花是抗鹽堿的先鋒作物，植棉對(duì)于開發(fā)利用鹽堿地具有重要意義[1-2]。但棉花的耐鹽能力有限，鹽害產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)失衡是棉花生長(zhǎng)的主要限制因素之一[3]。鹽堿地棉田的施肥，不僅要考慮土壤養(yǎng)分狀況和棉花對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，還應(yīng)考慮鹽分對(duì)土壤供肥能力和對(duì)棉花吸收利用養(yǎng)分的影響，合理的N、P、K配比施肥是緩解鹽害、改善鹽漬土棉花營(yíng)養(yǎng)狀況的有效措施之一[2，4-5]。然而棉農(nóng)往往通過(guò)增施肥料來(lái)滿足棉花對(duì)養(yǎng)分的吸收，施肥的盲目性又會(huì)造成資源的浪費(fèi)。有研究表明，N、K肥的利用率為30%～35%，而磷肥僅為10%～25%[6]。以N素為例，我國(guó)每年損失的N量相當(dāng)于1 900萬(wàn)t尿素，部分地區(qū)因施肥不當(dāng)已引起環(huán)境污染，出現(xiàn)地表富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題[7]。

有機(jī)肥作為提升土壤肥力的主要途徑之一，越來(lái)越受重視[8]。施用有機(jī)肥能促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，有效增加土壤通氣性，降低土壤容重并能抑制鹽堿，進(jìn)而促進(jìn)根系發(fā)育[9-10]。有機(jī)肥含有充足的能源物質(zhì)，利于微生物生長(zhǎng)，活化土壤磷素，并能減少氮素?fù)p失[11-12]。陳兵林等[13]提出有機(jī)無(wú)機(jī)配施是棉花持續(xù)高產(chǎn)高效的重要栽培技術(shù)。然而前人以非鹽堿地施用無(wú)機(jī)肥為主要研究對(duì)象，且關(guān)于鹽堿地棉花施肥只是限于推薦施用有機(jī)肥，很少深入研究有機(jī)肥對(duì)鹽堿棉田土壤供肥能力的影響[14-16]。濱海鹽漬土中有機(jī)質(zhì)含量低，施肥管理中重化肥輕有機(jī)肥，棉農(nóng)施肥不當(dāng)，會(huì)造成棉株“高、大、空”，植棉效益下降[4，17]，為此設(shè)計(jì)優(yōu)化施肥+有機(jī)肥試驗(yàn)，通過(guò)結(jié)合土壤生物化學(xué)性質(zhì)的變化和棉花養(yǎng)分吸收狀況，研究施肥對(duì)棉花生長(zhǎng)和土壤供肥能力的影響，以期為濱海鹽漬土棉花合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014-2015年在東營(yíng)市利津縣毛坨村青島農(nóng)業(yè)大學(xué)科技示范園內(nèi)進(jìn)行，供試品種為魯棉研28。 供試土壤為濱海鹽漬土，土壤理化狀況：pH值8.35，鹽分1.32 g/kg，有機(jī)質(zhì)3.69 g/kg，全氮0.39 g/kg，堿解氮32.77 mg/kg，速效磷8.52 mg/kg，速效鉀112.9 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別為：不施肥(T0)、農(nóng)民傳統(tǒng)施肥(T1)、優(yōu)化施肥(T2)、優(yōu)化施肥+有機(jī)肥(T3)。優(yōu)化施肥的需肥量是依據(jù)設(shè)定棉花皮棉目標(biāo)產(chǎn)量為1 800 kg/hm2時(shí)的鹽堿地植棉的養(yǎng)分需求，各處理施肥量見表1。供試肥料類型為尿素(N 46%)、過(guò)磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(K2O 50%)，有機(jī)肥為商品有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)含量為30%，養(yǎng)分含量為4%)。2014年4月28日播種，2015年4月22日播種，小區(qū)面積67 m2，行距80 cm，株距30 cm，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。T1處理分別在蕾期和花期追施尿素，T2和T3處理分別于蕾期、花期追施氮肥和鉀肥，其他按常規(guī)棉田進(jìn)行管理。

表1 試驗(yàn)施肥方案Tab.1 Fertilization schedule of experiment kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤微生物量C、N、P及酶活性的測(cè)定：采集盛花期和盛鈴期鮮土，氯仿熏蒸-K2SO4浸提，TOC儀測(cè)定微生物量C；K2S2O8氧化-紫外分光比色法測(cè)微生物量N；K2S2O8氧化-鉬藍(lán)比色法測(cè)微生物量P；苯酚鈉比色法測(cè)定土壤脲酶活性；磷酸苯二鈉比色法測(cè)定土壤磷酸酶活性。

棉株N、P、K、Na的測(cè)定：采集成熟期棉株，粉碎、消化，凱氏定氮法測(cè)定植株N含量；釩鉬黃比色法測(cè)P含量；火焰光度計(jì)法測(cè)K和Na含量。

棉花產(chǎn)量測(cè)定及肥料利用率的計(jì)算：收獲期每小區(qū)隨機(jī)選取一行，測(cè)單株成鈴數(shù)及鈴重，并將所有棉絮收集稱重，計(jì)算衣分率；肥料農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施肥區(qū)籽棉產(chǎn)量-不施肥區(qū)籽棉產(chǎn)量)/施肥量；偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施肥后籽棉產(chǎn)量/肥料投入量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 19.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)化施肥對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，施肥顯著提高棉花的單株成鈴數(shù)、鈴重和衣分率，基本以T3處理最高，而T2和T1之間差異不顯著。籽棉產(chǎn)量以T3處理最高，其次為T2處理，分別比T1處理高7.52%和2.23%。可見，減少肥料用量的優(yōu)化施肥處理籽棉產(chǎn)量能達(dá)到甚至超過(guò)傳統(tǒng)施肥方式，配合有機(jī)肥施用，效果更明顯。

表2 施肥對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

注：同列數(shù)據(jù)在0.05水平處差異顯著。表3-7同。

Note: Values of same column are significantly different at the 0.05 probability level.The same as Tab.3-7.

2.2 優(yōu)化施肥對(duì)鹽堿地土壤鹽分和主要鹽基離子的影響

2.2.1 優(yōu)化施肥對(duì)鹽堿地土壤鹽分的影響 由圖1可知，各處理鹽分隨生育期推進(jìn)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。盛花期之前，由于降雨淋溶和蒸發(fā)作用等，鹽分波動(dòng)變化，總體呈下降趨勢(shì)，可能是這一段時(shí)期是雨季多發(fā)季節(jié)，降雨量大于蒸發(fā)量，一定程度上能達(dá)到洗鹽效果。盛花期之后，隨著降雨量減少，蒸發(fā)作用相對(duì)提高，鹽分含量逐步升高。施肥各處理與T0之間鹽分含量差異不明顯，甚至高于T0處理。說(shuō)明鹽分主要受本地區(qū)的氣候及海水的滲透影響，施肥對(duì)濱海鹽漬土中的全鹽量影響較小，而且還可能因?yàn)槭┤氲幕实仍黾恿送寥利}分。

圖1 施肥對(duì)土壤鹽分含量的影響Fig 1 Effect of fertilization on salinity content of soil

表3 施肥對(duì)盛花期土壤主要鹽基離子的影響Tab.3 The influence of fertilization on main saline ions of soil in peak flower stage

2.3 優(yōu)化施肥對(duì)土壤微生物量和酶活性的影響

2.3.1 優(yōu)化施肥對(duì)土壤微生物量的影響 微生物量C、N、P含量是反映土壤微生物活性的重要指標(biāo)。表4中可以看出，施肥能顯著提高土壤微生物量，這可能是由于施肥加入了微生物生命活動(dòng)所需要的物質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)。各施肥處理中以T3處理微生物量最高，顯著高于T1和T2處理，微生物量C、N、P分別比T1處理高9.8%～10.4%，9.1%～15.0%，6.9%～9.1%?？赡茉蚴怯袡C(jī)肥是全量肥料，有充足的能源物質(zhì)，而且能改善土壤物理結(jié)構(gòu)，通氣性較好更有利于微生物的生長(zhǎng)。

2.3.2 優(yōu)化施肥對(duì)土壤酶活性的影響 脲酶活性的高低在一定程度上反映了土壤的供N水平，堿性磷酸酶活性可作為反映土壤磷素有效性水平的一項(xiàng)生物指標(biāo)[19]。由表5可知，施肥處理脲酶和堿性磷酸酶活性基本上高于T0處理，以T3處理最高， T3處理脲酶和堿性磷酸酶活性分別比T1和T2處理高7.8%～17.0%和5.0%～13.3%。這說(shuō)明施用有機(jī)肥能有效促進(jìn)土壤N素和P素的轉(zhuǎn)化，從而提高N、P的有效性。

表4 施肥對(duì)盛花、盛鈴期土壤微生物量的影響Tab.4 The influence of fertilization on microbial biomass of soil in peak flower and boll stage mg/kg

表5 施肥對(duì)土壤脲酶和堿性磷酸酶活性的影響Tab.5 The influence of fertilization on the activity of urase and alkaline phosphatase of soil mg/(g·d)

2.4 優(yōu)化施肥對(duì)土壤養(yǎng)分和棉花養(yǎng)分積累的影響

2.4.2 優(yōu)化施肥對(duì)成熟期棉花養(yǎng)分積累的影響 養(yǎng)分積累是作物獲得高產(chǎn)的重要保證。由表6可以看出，棉花N、P、K積累量以T3處理最高，其次為T2處理。其中以P為例， T3、T2處理積累量分別比T1處理高11.7%和4.8%，減量施用P肥的情況下P素積累量反而高，這說(shuō)明合理施肥能有效促進(jìn)棉花對(duì)養(yǎng)分的吸收。棉花生育后期，土壤含鹽量升高，Na+隨之升高，當(dāng)Na+含量過(guò)高時(shí)會(huì)抑制棉花對(duì)K+的吸收，而K素的吸收高峰是在盛花期，這容易造成棉花K缺乏，早衰加劇。T3和T2處理能有效促進(jìn)棉花K+積累、減少Na+的攝入量，這可能和1/2 K肥后移的優(yōu)化施肥模式能保證土壤后期充足的K素供應(yīng)有關(guān)，進(jìn)一步說(shuō)明充足的養(yǎng)分供應(yīng)是鹽堿地棉花減緩鹽害獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。

2.5 施肥對(duì)肥料利用率的影響

由表7可以看出，N、P、K農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力皆以T3處理最高，其次為T2處理。與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥相比，T3和T2處理N肥農(nóng)學(xué)利用率分別提高1.34，0.68 kg/kg，P肥農(nóng)學(xué)利用率分別提高4.30，2.64 kg/kg，K肥農(nóng)學(xué)利用率分別提高2.45，1.21 kg/kg，說(shuō)明有機(jī)肥的施用能顯著提高N、P、K農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力。

圖2 施肥對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響Fig.2 Effect of fertilization on available nutrients of soil

表6 施肥對(duì)棉花養(yǎng)分積累的影響Fig.6 Effect of fertilization on nutrient accumulation of cotton.

表7 施肥對(duì)肥料利用率的影響Tab.7 Effect of utilization rate of fertilizer by fertilization kg/kg

3 討論與結(jié)論

3.1 優(yōu)化施肥與土壤供肥能力

3.2 有機(jī)肥對(duì)濱海鹽漬土土壤生物化學(xué)性質(zhì)的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化施肥及優(yōu)化施肥+有機(jī)肥處理皆能提升濱海鹽漬土土壤肥力及促進(jìn)棉花對(duì)養(yǎng)分的吸收積累，有效減緩了鹽害，從而促進(jìn)棉花的正常生長(zhǎng)，籽棉產(chǎn)量達(dá)到甚至超過(guò)傳統(tǒng)施肥處理。因此，濱海鹽漬土植棉推薦采用在減量施用化肥的條件下蕾期花期追施適量N、K肥的優(yōu)化施肥模式，并配合施用一定量有機(jī)肥。