膜下滴灌棉花對(duì)3種水溶性磷肥的利用效率和產(chǎn)量響應(yīng)

李青軍，張 炎，哈麗哈什·依巴提，馮固

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊830091；3.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830091）

磷是植物體內(nèi)許多重要化合物的組分，且還以多種途徑參與植物體內(nèi)的各種代謝過(guò)程，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。磷肥施入土壤后，磷主要以HPO42－和H2PO4－的形式結(jié)合在土壤顆粒上，移動(dòng)性很小，以擴(kuò)散方式移動(dòng)到根系表面，而擴(kuò)散系數(shù)僅為 10－12～10－15m2·s－1[1-3]，不易被植物直接吸收利用；因此，磷肥的當(dāng)季作物利用率一般僅為10%～25%[4-5]。施用磷肥能顯著增加作物產(chǎn)量和土壤速效磷含量[6-8]，而磷肥的有效性和作物產(chǎn)量直接與磷肥本身組成和形態(tài)有關(guān)。3種磷肥對(duì)不同磷效率小麥品種肥效的試驗(yàn)顯示，相同P2O5用量條件下，重過(guò)磷酸鈣（Triple superphosphate，TSP）的肥效最高，其次是鈣鎂磷肥，磷礦粉也表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果[9]。劉世亮等[10]研究不同磷源對(duì)石灰性土壤供磷能力的影響結(jié)果表明，磷肥的有效性為磷酸二銨 （Diammonium phosphate，DAP）＞TSP＞鈣鎂磷肥＞氟磷灰石。在P2O5用量為90 kg·hm－2時(shí)，在砂姜黑土上施用鈣鎂磷肥，對(duì)玉米增產(chǎn)效果顯著大于過(guò)磷酸鈣和DAP[11]。陳波浪等[8]研究表明，TSP對(duì)棉田速效磷含量和磷素活化系數(shù)的貢獻(xiàn)高于DAP，分別比DAP高244%和325%。

新疆是中國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，棉花種植面積227萬(wàn)hm2，占新疆農(nóng)作物種植面積的37%[12]。土壤有效磷含量的增加可以促進(jìn)棉苗的磷吸收量和磷根效率比，抑制磷利用效率，但對(duì)磷轉(zhuǎn)移效率沒(méi)有顯著影響[13]。合理施用磷肥，滿足作物的磷素營(yíng)養(yǎng)需求，提高皮棉產(chǎn)量和磷肥效應(yīng)一直為國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注。根據(jù)“4R養(yǎng)分管理”方法，最佳的作物養(yǎng)分管理應(yīng)該是選擇正確的肥料品種 （Right source）、采用正確的肥料用量（Right rate）、在正確的時(shí)間（Right time）將肥料施用在正確的位置（Right place）上[14-16]。其中肥料用量最容易被過(guò)分重視，因?yàn)槠浜?jiǎn)單易行并直接關(guān)系到施肥成本；而肥料種類卻常常被忽視，因此在肥料品種方面需要進(jìn)一步研究。1950―2010年新疆施用磷肥中，過(guò)磷酸鈣和磷礦粉、脫氟磷肥所占比例逐漸減小，磷酸一銨（Monoammonium phosphate，MAP）、DAP和其他復(fù)合磷肥所占比例逐漸增多，磷肥也由低濃度向高濃度轉(zhuǎn)變[5]。但前人研究多集中在DAP、過(guò)磷酸鈣、鈣鎂磷肥和氟磷灰石施用效果上；而對(duì)高含磷量的MAP、DAP和TSP比較研究迄今未見(jiàn)報(bào)道，這3種高含磷量磷肥對(duì)棉花磷素吸收特性和土壤速效磷有怎樣的影響尚不清楚。為此，在新疆覆膜滴灌栽培條件下，通過(guò)基施這3種高含磷量磷肥，研究膜下滴灌棉花對(duì)不同磷肥品種的肥效及利用率的差異，揭示棉花磷素吸收利用效率，為進(jìn)一步評(píng)價(jià)現(xiàn)有磷肥品種的肥效、充分利用磷肥資源提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2015―2016年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)灌溉中心試驗(yàn)站（44°00′13″N，87°23′28″E）進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)屬典型的溫帶大陸性干旱氣候，海拔700m，年均≥10℃積溫3 300℃，多年平均降水量190 mm，平均蒸發(fā)量1 600 mm，地下水深度大于5 m。試驗(yàn)區(qū)土壤為壤質(zhì)灰漠土，2015年施肥前0～20 cm土層pH 8.25， 含有機(jī)質(zhì)11.4 g·kg－1、 速效氮48.3 mg·kg－1、有效磷 14.7 mg·kg－1、速效鉀 210 mg·kg－1。

棉花供試品種為新陸早33號(hào)，播種日期分別為2015年4月29日和2016年4月26日，播種方式為“干播濕出”。種植模式為膜下滴灌，一膜4行2條滴灌帶，株距為10 cm，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為（30＋50＋30＋50）cm，試驗(yàn)小區(qū)面積 48 m2。 滴灌帶滴頭流量為 1.6 L·h－1，播種后滴灌出苗水（第1水），第2水6月13日灌溉，以后每間隔7～10 d灌溉1次，8月20日停水，全生育期灌溉 10次，每次滴灌 450 m3·hm－2，總灌水量4 500 m3·hm－2。在棉花苗期噴施縮節(jié)胺3次，蕾期和花期分別噴施縮節(jié)胺1次，棉花打頂后5 d噴施縮節(jié)胺1次，2015年7月12日和2016年7月11日分別對(duì)棉花打頂。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在相同氮、鉀（N 225 kg·hm－2、K2O 75 kg·hm－2）的基礎(chǔ)上，設(shè) 4 個(gè)處理，分別為不施磷肥（P0）、施用MAP、施用 DAP 和施用 TSP，各處理重復(fù)4次。

各施磷處理的P2O5用量均為 105 kg·hm－2，2015和2016年都在翻地前全部基施。各處理的氮肥除了磷肥所含的氮肥外，其余以尿素施入，其中10%氮素在播種前基施；90%氮素作追肥，在棉花蕾期 （1次，15%）、初花期 （1次，15%）、盛花期（1 次，15%）、花鈴期（2 次，20%和15%）、盛鈴期（1次，10%）分 6次隨水滴施；鉀肥以氯化鉀（ωK2O＝60%）作基肥一次性施入。

1.3　測(cè)定方法與計(jì)算

1.3.1干物質(zhì)與養(yǎng)分測(cè)定。在棉花成熟期（2015年9月22日和2016年9月21日）采集地上部的棉株樣品，按莖、葉、棉殼、纖維、棉籽不同器官分開(kāi)，在105℃下殺青30 min，然后在75℃下烘干至質(zhì)量恒定，稱量，記錄干物質(zhì)質(zhì)量。將烘干的棉株樣品粉碎，過(guò)孔徑0.5 mm的篩，用H2SO4-H2O2消煮，用釩鉬黃比色法測(cè)定棉株不同部位P2O5含量。

1.3.2產(chǎn)量測(cè)定。2015年9月24日和2016年9月22日分別在各試驗(yàn)小區(qū)調(diào)查9.6 m2樣方面積內(nèi)的棉花株數(shù)、鈴數(shù)，并采收小區(qū)內(nèi)棉花100朵測(cè)鈴重，計(jì)算產(chǎn)量。

1.3.3土壤有效磷測(cè)定。2015年9月27日和2016年9月24日分別在各試驗(yàn)小區(qū)按“S型”多點(diǎn)采集耕層（0～20 cm）土壤混合樣，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，手工揀去植物根系、動(dòng)物殘?bào)w和石塊等雜物，研磨，過(guò)孔徑1 mm的篩，用pH 8.5的0.5 mol·L－1NaHCO3浸提，用釩鉬藍(lán)比色法測(cè)定。計(jì)算公式：磷肥利用率=（施磷區(qū)作物吸磷量－不施磷區(qū)作物吸磷量）/施磷量×100%；磷素表觀平衡（kg·hm－2）= 施 P2O5量（投入量）－棉花 P2O5吸收量（移走量）。

1.4　數(shù)據(jù)處理

圖表利用Microsoft Excel 2003制作，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較 （最小顯著差數(shù)法，Least significant difference，LSD）。

2　結(jié)果與分析

2.1　磷肥品種對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

通過(guò)年份和磷肥品種的雙因素方差分析發(fā)現(xiàn)年份之間沒(méi)有顯著差異（F=0.008，P=0.929），同時(shí)年份和肥料品種之間的交互作用不顯著（F=1.371，P=0.275），所以將 2 年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)按施磷處理合并，以平均值分析（圖1）。施用磷肥顯著提高了皮棉產(chǎn)量，MAP、DAP和TSP處理的2年平均產(chǎn)量比P0處理分別提高11.01%、6.97%和8.51%，其中MAP與TSP處理間無(wú)顯著差異，而DAP和TSP處理也沒(méi)有顯著差異，但MAP處理平均產(chǎn)量比DAP顯著增加3.78%。

圖1　不同品種磷肥處理的皮棉產(chǎn)量比較Fig.1　Lint yield of each treatment with different kinds of phosphate fertilizer

2.2　磷肥品種對(duì)棉花產(chǎn)量構(gòu)成的影響

年份對(duì)棉花鈴重沒(méi)有顯著影響（表1）；施用磷肥顯著提高了鈴重，其中MAP處理平均鈴重為4.98 g，顯著大于TSP和DAP處理，而TSP處理顯著大于DAP處理。年份對(duì)棉花單株鈴數(shù)有顯著影響，2016年的平均鈴數(shù)顯著大于2015年；施用磷肥較P0能顯著增加單株鈴數(shù)，但3種磷肥處理之間沒(méi)有顯著差異。年份和磷肥品種的交互作用對(duì)棉花密度和衣分都沒(méi)有顯著影響，但對(duì)棉花鈴重和單株鈴數(shù)均有顯著影響。

2.3　磷肥品種對(duì)棉花干物質(zhì)分配的影響

從表2可以看出，年份對(duì)棉花各部位干物質(zhì)分配都沒(méi)有顯著影響，而磷肥品種影響顯著。2015―2016年MAP和TSP處理的葉平均干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于DAP，而MAP和TSP處理間沒(méi)有顯著差異。MAP處理的莖平均干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于DAP，而TSP與DAP沒(méi)有顯著差異。

2015―2016年MAP的殼平均干物質(zhì)質(zhì)量顯著大于P0，但與DAP、TSP都沒(méi)有顯著差異，而DAP、TSP與P0都沒(méi)有顯著差異。MAP和TSP的纖維平均干物質(zhì)質(zhì)量沒(méi)有顯著差異，但二者都顯著高于DAP。MAP的棉籽平均干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于DAP，但TSP與DAP沒(méi)有顯著差異。

表1　不同品種磷肥處理的棉花產(chǎn)量構(gòu)成Table 1　Cotton yield components of different treatments with different kinds of phosphate fertilizers

表2　不同品種磷肥處理的棉花干物質(zhì)分配Table 2　Cotton dry matter distribution of each treatment with different kinds of phosphate fertilizers　kg·hm－2

各處理間棉花總干物質(zhì)質(zhì)量差異均達(dá)顯著水平（2015年MAP與TSP除外），MAP、DAP和TSP的總干物質(zhì)質(zhì)量分別比P0顯著增加10.96%、4.86%和8.36%，其中MAP的總干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于DAP，而僅2016年MAP顯著大于TSP。雙因素方差分析結(jié)果表明，磷肥品種和年份對(duì)棉花葉干物質(zhì)質(zhì)量有顯著交互作用，而對(duì)莖、殼、纖維、棉籽和總干物質(zhì)質(zhì)量都沒(méi)有顯著交互作用（表 2）。

2.4　磷肥品種對(duì)棉花磷素吸收量的影響

由表3可知，施用磷肥能顯著提高棉花的磷素吸收量。試驗(yàn)?zāi)攴輰?duì)棉花葉、莖、纖維的磷素吸收量有顯著影響，都表現(xiàn)為2015年的磷素吸收量大于2016年，但對(duì)殼、棉籽和總的磷素吸收量沒(méi)有顯著影響。2015年，MAP棉花葉、殼和總吸磷量顯著大于DAP；DAP和TSP都較P0顯著增加棉花的葉、莖、纖維、棉籽和總吸磷量，且TSP與DAP沒(méi)有顯著差異，但對(duì)殼都沒(méi)有顯著影響。2016年，MAP的葉、莖、纖維和總吸磷量顯著大于DAP，但TSP與DAP沒(méi)有顯著差異。MAP、DAP和TSP的棉花總吸磷量2年平均值都顯著大于P0，分別增加49.10%、41.11%和45.85%，其中MAP的總吸磷量顯著高于DAP，而TSP與D AP差異不顯著。雙因素方差分析結(jié)果表明，磷肥品種和年份對(duì)棉花葉、殼、棉籽和總吸磷量都有顯著交互作用，而對(duì)莖和纖維沒(méi)有顯著交互作用。

2.5　磷肥品種對(duì)磷肥效率的影響

從表4可以看出，MAP的磷肥平均利用率最高，為26.06%；DAP最低，為21.81%；TSP介于二者之間。2015－2016年，P0的土壤磷素表觀平衡均為虧缺，2 年平均為－24.33 kg·hm－2；而MAP、DAP和TSP的土壤磷素表觀平衡均為盈余，2 年平均盈余量分別為 9.57 kg·hm－2、11.52 kg·hm－2和 10.36 kg·hm－2， 其中施用 DAP 的土壤磷素盈余大于MAP和TSP。

表3　不同品種磷肥處理的棉花磷素吸收量Table 3　Cotton P uptake of each treatment with different kinds of phosphate fertilizers　kg·hm－2

表4　各處理磷肥效率和土壤磷表觀平衡Table 4　Efficiency of phosphate fertilizers and P apparent balance of soil under different treatments

2.6　磷肥品種對(duì)土壤有效磷的影響

圖2　不同品種磷肥處理的土壤有效磷Fig.2　Soil available P of each treatment with different kinds of phosphate fertilizers

由圖2可以看出，2年試驗(yàn)結(jié)果均表明，施用MAP、DAP和TSP的土壤有效磷都顯著高于不施磷處理，而3種磷肥處理間都沒(méi)有顯著差異。連續(xù)2年不施磷肥，P0的有效磷從初始值14.7 mg·kg－1下降到 13.0 mg·kg－1；連續(xù) 2 年施用磷肥后，MAP、DAP和TSP處理的土壤有效磷分別增加到 16.9 mg·kg－1、16.2 mg·kg－1和 16.6 mg·kg－1。

2.7　磷肥品種對(duì)肥料效益的影響

由表5可以看出，肥料成本等于肥料用量乘以肥料價(jià)格，由于各處理氮、鉀肥相同，因此肥料成本的差異是由磷肥品種造成的。DAP與TSP含磷量相同，而MAP的含磷量大于二者，致使DAP與TSP的用量高于MAP；3種磷肥的市場(chǎng)價(jià)格大小表現(xiàn)為：MAP （4.0 元·kg－1）＞DAP（3.1元·kg－1）＞TSP（2.2 元·kg－1）。因此，各處理的肥料成本為 DAP＞MAP＞TSP＞P0。2015—2016年試驗(yàn)表明，施磷處理的效益都大于P0處理，其中施用MAP的效益最高，2年的平均效益比P0、DAP和 TSP 分別增加 2 719、1 261和 580元·hm－2；其次是施用TSP，2年的平均效益比P0和DAP分別增加2 139和682元·hm－2；施用DAP的效益最低，2年平均效益比P0處理增加1 457元·hm－2。

表5　2015、2016年棉花肥料效益分析Table 5　The fertilizer benefit on cotton in 2015 and 2016　yuan·hm－2

3　討論

磷素在土壤中的化學(xué)行為和存在形態(tài)直接影響作物對(duì)磷素的吸收利用[16-17]，而土壤磷素有效性與磷肥品種密切相關(guān)[18-19]。施磷肥能增加棉花產(chǎn)量、吸磷量和干物質(zhì)的積累量，同時(shí)TSP對(duì)棉田土壤有效磷的貢獻(xiàn)優(yōu)于DAP[8]。本研究結(jié)果表明，MAP處理的產(chǎn)量顯著高于DAP，而TSP處理的產(chǎn)量介于二者之間，但與二者都無(wú)顯著差異，這可能是因?yàn)镸AP和TSP都屬于酸性肥料，本身都含有一定的游離酸，施入土壤后，一定時(shí)期內(nèi)有效磷含量比DAP更高，促進(jìn)棉花磷素吸收，從而提高棉花產(chǎn)量和磷肥利用率，同時(shí)減少土壤磷素盈余。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中的磷會(huì)向一水磷酸一鈣和二水磷酸二鈣轉(zhuǎn)化，然后再生成磷酸八鈣，最后生成羥基磷灰石，磷的有效性降低[10]，導(dǎo)致棉花成熟期3種磷肥處理的土壤有效磷沒(méi)有顯著差異。前人研究表明，石灰性土壤中銨態(tài)氮和磷肥局部施用能夠顯著酸化根際土壤，提高土壤Olsen-P含量[20]。MAP含有一定量的銨態(tài)氮，銨態(tài)氮會(huì)進(jìn)一步酸化根際土壤，促進(jìn)棉花的磷素吸收，這可能是MAP的利用率高于TSP的原因。

新疆大部分為石灰性土壤，土壤的Ca2+、Mg2+含量高，而且土壤pH值高，施入土壤的磷肥容易形成難溶性的Ca3(PO4)2，從而導(dǎo)致棉花磷肥的當(dāng)季利用率很低[21]。而DAP屬于堿性磷肥，施入土壤后磷更容易被土壤吸附固定，所以新疆棉花施用磷肥選擇酸性的MAP或TSP更合適。MAP作追肥在作物生育前期滴灌追施可以提高磷肥利用率[6,22-23]，但高濃度的MAP作基肥的研究鮮有報(bào)道。本研究結(jié)果表明，MAP的磷肥利用率為26.06%，大于TSP和DAP。所以，在棉花生產(chǎn)中可以考慮將MAP作底肥施用。從磷肥效益來(lái)看，MAP＞TSP＞DAP。因此，選擇合適的磷肥品種，是提高棉花磷肥利用率和效益的有效途徑。

4　結(jié)論

施用磷肥顯著提高了棉花產(chǎn)量和干物質(zhì)質(zhì)量；與DAP相比，MAP顯著提高了棉花產(chǎn)量和磷素吸收量，而TSP未顯著增加產(chǎn)量，但MAP和TSP都提高了磷肥利用率，降低了土壤磷盈余；磷肥效益大小表現(xiàn)為：MAP＞TSP＞DAP。

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