2種材料與復(fù)合肥配施對(duì)提高棉花氮肥利用率的影響

李萬(wàn)濤，王開勇

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832000)

【研究意義】新疆是世界典型的干旱半干旱地區(qū)，豐富的光熱資源使該區(qū)成為全國(guó)最大的商品棉生產(chǎn)與出口基地，棉花已成為新疆不可替代的支柱產(chǎn)業(yè)[1]，棉花的經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)地位導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中肥料大量投入，而肥料利用率并沒(méi)有隨之增加。研究表明[2-4]氮素不僅對(duì)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育起著決定性的作用，還對(duì)棉花的產(chǎn)量與品質(zhì)有直接影響?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國(guó)內(nèi)外針對(duì)已有腐植酸及PAM(聚丙稀酰胺)類材料的研究基本傾向于保水劑和功能型肥料。腐植酸具有改善土壤環(huán)境、刺激植物生長(zhǎng)、增強(qiáng)植物抗逆性、提高產(chǎn)量、品質(zhì)及肥料利用效率等功效，但目前市場(chǎng)上農(nóng)用腐植酸均以風(fēng)化煤、泥炭等為原料；高分子材料能增加土壤團(tuán)聚體、改善土壤肥力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、改善生理提高產(chǎn)量、提高肥料利用率[5-6]，長(zhǎng)久以來(lái)高分子材料在農(nóng)業(yè)上作為保水劑材料使用廣泛，但在棉花上的研究鮮有報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本文使用的棉粕腐植酸以棉粕為原料提取而成，將棉田資源充分循環(huán)利用，PPMn型高分子材料是針對(duì)PAM不能隨水施用的缺點(diǎn)進(jìn)行合成改進(jìn)，通過(guò)大田小區(qū)試驗(yàn)，主要針對(duì)基于棉粕的腐植酸和PPMn型高分子材料與無(wú)機(jī)肥料配施對(duì)棉花植株氮素吸收利用效率的影響，探索這2種新型材料與復(fù)合肥配施對(duì)棉田的作用機(jī)理，【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為新疆棉花高效施氮技術(shù)和合理使用新型材料提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年在新疆石河子大學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行(N44°18′42.37″，E86°03′20.72″)，前茬作物為玉米，土壤類型為灰漠土，土壤質(zhì)地為壤土，pH 7.76，鹽度(EC1:5) 0.28 dS /m，堿解氮55.2 mg/kg，速效磷10.3 mg/kg，速效鉀180 mg/kg，有機(jī)質(zhì)14.2 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為新陸早60(XLZ60)，供試肥料為常規(guī)復(fù)合肥(尿素、磷酸二氫鉀、硫酸鉀，N-P-K=18-11-11)；材料1：以棉粕為原料提取的腐植酸，腐植酸含量為30 %，用量為100 L/hm2；材料2：PPMn型高分子材料，含量為2 %，用量為600 L/hm2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小區(qū)試驗(yàn)在4月25日播種，試驗(yàn)設(shè)置5 個(gè)處理：CK(不施肥)處理、S(常規(guī)復(fù)合肥)處理、P(PPMn型高分子材料+復(fù)合肥)處理、H(棉粕腐植酸+復(fù)合肥)處理、P+H(PPMn型高分子材料+棉粕腐植酸+復(fù)合肥)處理，施氮量為300 kg/hm2，按當(dāng)?shù)卮筇锕芾黼S水滴施(表1)，灌水周期為7 d。田間隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，利用watermark監(jiān)控水分下滲。

1.4 樣品采集與測(cè)定

分別在棉花苗期(6月10日)、盛蕾期(6月26日)、盛花期(7月14日)、盛鈴期(8月18日)和成熟期(9月5日)滴水施肥5 d后取植株樣，分解器官烘干稱重 (105 ℃殺青30 min，再以75 ℃烘至恒重)，測(cè)取各棉株器官全氮含量，同時(shí)取土壤樣品測(cè)速效氮含量，速效氮(含硝態(tài)氮)采用堿解擴(kuò)散法；植株全氮使用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法；于9月下旬實(shí)際測(cè)產(chǎn)。

1.5 計(jì)算方法

氮肥利用率(%)=(施氮處理作物吸氮量-不施氮處理作物吸氮量)/施氮量×100 %

(1)

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)= (施氮區(qū)籽棉產(chǎn)量-無(wú)氮區(qū)籽棉產(chǎn)量) /施氮量

(2)

籽棉產(chǎn)量=667m2株數(shù)×單株鈴數(shù)×單鈴重

(3)

1.6 數(shù)據(jù)分析

對(duì)不同施肥處理、生育時(shí)期之間的差異進(jìn)行方差分析，采用Duncan 法比較施肥處理之間的差異顯著性，相關(guān)性分析用全部觀測(cè)值進(jìn)行。所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和繪圖運(yùn)用Excel 2003、SPSS 19.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同材料處理下土壤速效氮分布狀況

2.1.1 不同處理下0～20 cm土層速效氮含量 由圖1可知，不同處理下棉花各時(shí)期的土壤速效氮基本表現(xiàn)為苗期知花期先增大后減小，花期至成熟期先增大后減小，對(duì)照處理各個(gè)時(shí)期速效氮含量低于新型材料處理最低達(dá)到41.2 mg/kg。苗期S處理、P處理、H處理速效氮含量差異不大，均約為65 mg/kg，顯著高于P+H處理和CK處理；蕾期P處理和H處理的速效氮含量顯著高于其他處理，P+H處理含量高于S處理但差異不顯著，CK處理速效氮含量顯著低于其他處理；花期各處理速效氮含量均為各時(shí)期最低，S處理速效氮含量最高，達(dá)到50.4 mg/kg，P處理、H處理、P+H處理、CK處理之間差異不顯著；鈴期CK處理速效氮含量為61.5 mg/kg，顯著高于S處理，P+H處理含量最高，H處理高于P處理；成熟期各處理的速效氮含量表現(xiàn)為P處理>S處理>H處理>P+H處理>CK，P處理速效氮含量達(dá)到最大水平為73.9 mg/kg?？傮w來(lái)看，各時(shí)期不同處理速效氮含量狀況各不相同，但前期P處理和H處理高于其他處理，后期P+H處理也表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。

表1 棉花生育期間灌水量和肥料追施分配

圖1 不同材料處理下棉花各時(shí)期土壤0～20 cm土壤速效氮含量Fig.1 Available nitrogen contents of 0-20 cm soil in different periods of cotton with different materials

2.1.2 不同處理下20～40 cm土層速效氮含量 由圖2可知，隨著棉花生育期的推進(jìn)各處理20～40 cm速效氮含量變化整體幅度小于0～20 cm土層。苗期P處理、H處理、P+H處理速效氮含量均高于50 mg/kg，顯著高于S處理與CK；蕾期速效氮含量P處理、H處理、P+H處理之間差異不顯著，S處理與CK之間出現(xiàn)差異，但差異并不顯著；花期各處理速效氮含量差異不顯著，含量分布在30.7～48.9 mg/kg之間，其中P處理最高；鈴期速效氮含量P處理、H處理、P+H處理之間差異不大但顯著高于S處理與CK，P處理含量達(dá)到62.3 mg/kg為全生育期最高，S處理與CK 之間差異不顯著；成熟期S處理、P處理、H處理、P+H處理之間差異不大，CK顯著低于其他4個(gè)處理。總體來(lái)看，P處理、H處理、P+H處理在速效氮含量上明顯高于S處理與CK，雖然有不高與S處理的現(xiàn)象，但差異并不顯著。

圖2 不同材料處理下棉花各時(shí)期土壤20～40 cm土壤速效氮含量Fig.2 Available nitrogen contents of 20-40 cm soil in different periods of cotton with different materials

圖3 不同材料處理下棉花各時(shí)期土壤40～60 cm土壤速效氮含量Fig.3 Available nitrogen contents of 40-60 cm soil in different periods of cotton with different materials

2.1.3 不同處理下40～60 cm土層速效氮含量 由圖3可以看，出棉花各個(gè)時(shí)期土壤40～60 cm土層速效氮含量最高可達(dá)到45.6 mg/kg，最低為20.4 mg/kg，各處理之間差異較之其他土層小。苗期S處理、P處理、P+H處理速效氮含量顯著高于S處理與CK ，P處理含量為各生育期最高，H處理速效氮含量為37.8 mg/kg顯著高于CK；蕾期P處理與H處理速效氮顯著高于其他處理，P+H處理速效氮含量為35.2 mg/kg與CK相近與S處理差異不大；花期CK的速效氮含量達(dá)到各生育期最低，P+H處理含量為36.9 mg/kg各處理最高，顯著高于S處理、P處理與H處理差異不大；鈴期P處理、H處理、P+H處理之間差異不大含量為34～35 mg/kg但顯著高于CK，此時(shí)S處理速效氮含量達(dá)到38.3 mg/kg顯著高于其他處理；成熟期S處理速效氮含量仍顯著高于其他處理，H處理顯著高于P+H處理和P處理，CK最低。總的來(lái)看，各個(gè)時(shí)期之間波動(dòng)不大，S處理、P處理、P+H處理之間差異不大，S處理的速效氮含量較高。

2.2 不同材料處理對(duì)棉花干物質(zhì)積累量的影響

由圖4可知，不同處理下棉花干物質(zhì)積累量隨生育期呈“S”型變化規(guī)律，最高可達(dá)到19 980.9 kg/hm2。苗期各處理間干物質(zhì)積累量沒(méi)有顯著差異，棉花進(jìn)入蕾期，各處理開始呈現(xiàn)差異，此時(shí)H處理干物質(zhì)積累量達(dá)到3576.6 kg/hm2，顯著高于其他處理，S處理、P處理、P+H處理之間差異不明顯，CK的干物質(zhì)積累量最低；花期H處理的干物質(zhì)積累量仍處于最高水平，P處理干物質(zhì)積累量開始高于其他處理但差異不顯著；鈴期P+H處理干物質(zhì)積累量達(dá)到全生育期各處理最大，顯著高于其他處理，P處理和H處理之間相差不大，均顯著高于CK，與S處理有差異但不顯著，進(jìn)入成熟期后這種差異變得明顯；成熟期各處理間的干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為P+H處理>H處理>P處理>S處理>CK，CK處理的干物質(zhì)積累量?jī)H為8965.8 kg/hm2，除了P處理和H處理，其他處理的干物質(zhì)積累量與鈴期相比均有所下降。總的來(lái)看，添加材料能夠明顯提高干物質(zhì)積累量，H處理在各個(gè)生育期都表現(xiàn)出很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，P處理僅此之，P+H處理在棉花生育前期對(duì)干物質(zhì)積累量的促進(jìn)作用不如P處理和H處理，但花期之后P+H處理表現(xiàn)出這兩種處理不能企及的優(yōu)勢(shì)。

圖4 不同材料處理下棉花各生育期干物質(zhì)積累量Fig.4 Dry matter accumulation of cotton in different periods under different materials treatments

2.3 不同材料處理對(duì)棉花全氮積累量的影響

由圖5可以看出，棉花全氮積累量在棉花各生育期的變化趨勢(shì)為苗期至花期快速增長(zhǎng)，花期至鈴期緩慢增長(zhǎng)，鈴期至成熟期快速增長(zhǎng)，最大可達(dá)到447.9 kg/hm2。棉花苗期各處理全氮積累量在27.5～34.1 kg/hm2之間，其中P處理最小H處理最大；蕾期P處理、H處理、P+H處理的全氮積累量為130 kg/hm2左右，差異不大，均顯著高于S處理，CK最?。换ㄆ赑+H處理全氮積累量達(dá)到233.8 kg/hm2，遠(yuǎn)大于其他處理，S處理為180.2 kg/hm2、P處理與H處理均為184.1 kg/hm2，CK顯著低于其他處理；鈴期各處理表現(xiàn)出與花期相同的現(xiàn)象，P+H處理的全氮積累量達(dá)到278.9 kg/hm2，S處理、P處理、H處理之間差異不大；成熟期P+H處理全氮積累量達(dá)到各生育期處理最大，顯著高于其他水平，P處理、H處理之間差異不大但顯著高于S處理，CK全氮積累量為276.8 kg/hm2顯著低于其他處理?？傮w來(lái)看P+H處理對(duì)植株全氮積累量影響最大，P處理與H處理在花期之前與P+H處理差別并不大，但后期差異越來(lái)越明顯。

圖5 不同材料處理下棉花各時(shí)期全氮積累狀況Fig.5 Total nitrogen accumulation of cotton in different periods with different materials treatments

2.4 不同材料處理對(duì)棉花產(chǎn)量及氮素吸收效率的影響

由表2可以看出，不同處理的棉花產(chǎn)量表現(xiàn)為P+H處理>H處理>P處理>S處理>CK，最高可達(dá)6077.7 kg/hm2，相對(duì)于CK，各處理的增產(chǎn)在25.3 %～41.9 %；對(duì)比不同處理之間的氮肥表觀利用率可知，P+H處理氮肥利用率最高，達(dá)到57.0 %，P處理和H處理差異不大，分別為37.7 %和38.8 %，S處理只有13.2 %；不同處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率大小規(guī)律與表觀利用效率相同，最高為P+H處理，達(dá)到5.93.6 kg/kg，P處理和H處理之間相差不大，分別為4.33.6 和4.63.6 kg/kg，S處理只有3.6 kg/kg。總之，P+H增產(chǎn)效果最好，最有利于提高氮肥利用效率，P處理和H處理次之，兩者相差不大，PPMn型高分子材料與棉粕腐植酸分別使氮的農(nóng)學(xué)利用效率提高了19.4 %和27.8 %。

表2 不同處理下棉花產(chǎn)量及氮利用效率

3 討 論

3.1 PPMn型高分子材料與復(fù)合肥配合對(duì)棉田氮效應(yīng)的影響

高分子材料在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用, 除了其具有很強(qiáng)的保水性能外, 還由于改善土壤、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量和肥料利用率的作用。國(guó)內(nèi)外有研究表明[7-10]高分子材料對(duì)植物具有促進(jìn)生長(zhǎng)、改善生理和提高產(chǎn)量等作用采用PAM 研制的緩釋肥料在國(guó)外已經(jīng)商品化, 而我國(guó)這方面的研究工作仍然還處于初級(jí)階段。按照棉花各生育期土壤及植株氮的含量變化可以看出，將PPMn型高分子材料作為一種控釋材料和無(wú)機(jī)肥料配合施用于土壤中，對(duì)土壤的速效氮含量有一定的提升作用，各土層土壤速效氮含量最高分別為73.9、62.3、45.6 mg/kg，還可以提高作物干物質(zhì)積累量，提高作物對(duì)土壤中速效養(yǎng)分的吸收，控制肥料養(yǎng)分緩慢釋放，降低肥料的淋洗，提高肥料的利用率。

3.2 棉粕腐殖酸與復(fù)合肥配合對(duì)棉田氮效應(yīng)的影響

腐植酸與無(wú)機(jī)肥料配合用于復(fù)合肥可以刺激作物發(fā)育，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和作物對(duì)肥料養(yǎng)分的吸收效率。眾多研究結(jié)果表明[11-15]，腐植酸與無(wú)機(jī)養(yǎng)分有效絡(luò)合后能提高顆粒的水穩(wěn)時(shí)間,改善養(yǎng)分的釋放過(guò)程，尤其腐植酸可以促進(jìn)作物對(duì)尿素的吸收，提高肥料利用率。棉粕腐殖酸配合無(wú)機(jī)復(fù)合肥可以顯著提升土壤中速效氮含量，各土層土壤速效氮含量最高分別為70.8、60.2、40.3 mg/kg，有效降低了土壤養(yǎng)分淋洗，在作物生長(zhǎng)前期提升作物對(duì)養(yǎng)分的積累速率，棉粕腐殖酸對(duì)氮肥利用效率的提升可能集中體現(xiàn)在對(duì)作物的刺激作用導(dǎo)致作物的吸收效率高于常規(guī)復(fù)合肥。

3.3 2種材料共同與復(fù)合肥配合對(duì)棉田氮效應(yīng)的影響

棉粕腐殖酸和PPMn型高分子材料共同配合應(yīng)用于復(fù)合肥表現(xiàn)出不同于單一材料的特點(diǎn)。在棉花生育前期，棉花的干物質(zhì)積累量和全單積累量均低于單一材料，但是花期以后逐漸表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)并且積累量遠(yuǎn)高于單一材料處理下的棉花；在土壤速效氮含量上也比不過(guò)單一材料與復(fù)合肥配施，但分析不同土層的速效氮含量可以發(fā)現(xiàn)2種材料共同使用對(duì)肥料的淋洗作用有很大的削弱且削弱作用大于PPMn型高分子材料；結(jié)合同期土壤養(yǎng)分和植株養(yǎng)分可以發(fā)現(xiàn)，2種材料配合可以極大的刺激作物生長(zhǎng)，控制肥料釋放速率，提升作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和積累,各土層土壤速效氮含量最高分別為70.0、61.2、43.4 mg/kg。總體來(lái)講棉粕腐殖酸和PPMn型高分子材料配合應(yīng)用于復(fù)合肥，可以極大促進(jìn)作物生長(zhǎng)、刺激作物對(duì)養(yǎng)分的吸收、提高產(chǎn)量和氮肥利用率。

4 結(jié) 論

棉粕腐植酸與復(fù)合肥配施可有效促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，產(chǎn)量提升32.1 %。土壤速效氮含量最高為0～20 cm土層可達(dá)70.8 mg/kg，最低為40～60 cm土層為35.0 mg/kg，刺激植株對(duì)氮的吸收，氮肥利用率為38.8 %。

PPMn型高分子材料與復(fù)合肥配施可有效減少土壤養(yǎng)分的淋洗，提高氮肥利用率，土壤速效氮含量最高為0～20 cm土層可達(dá)到73.9 mg/kg，最低為40～60 cm土層，為26.6 mg/kg。棉花增產(chǎn)30.3 %，氮肥表觀利用效率為37.7 %。

2種材料與復(fù)合肥配施可有效促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，提高棉花產(chǎn)量，提升氮肥利用效率，減少土壤氮的淋洗。棉花增產(chǎn)41.9 %，氮肥利用率提升至57.0 %，PPMn型高分子材料與棉粕腐植酸及兩者混合分別使氮的農(nóng)學(xué)利用效率提高了19.4 %、27.8 %、63.9 %。

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