控失尿素施用量及不同配比對棉花產(chǎn)量與氮肥利用的影響

馬騰飛，李青軍，張 炎，哈麗哈什·依巴提，張鵬忠，姜婷婷

(1.國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所/農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】我國氮肥施用量占全球氮肥用量的30%，氮肥平均利用率僅為30%～35%[1]，遠低于世界平均水平，導致氮素大量損失，既浪費了資源又增加了污染環(huán)境的風險[2]。合理施氮可以顯著提高棉花的產(chǎn)量[3]及地上部分的吸氮量[4]，隨氮肥投入的增加氮肥利用率降低，氮肥對棉花產(chǎn)量的貢獻率在施氮量達到 300 kg/hm2后隨施氮量的增加而降低[5]，因此，能夠控制養(yǎng)分流失、提高化肥利用率的新型控失肥料的研究與生產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實意義[6]?！厩叭搜芯窟M展】控失肥不同于添加脲酶抑制劑或包裹包膜的緩/控釋型化肥，控失肥是通過添加控失劑復合材料對肥料進行改性，養(yǎng)分釋放靠植物根系伸展到由控失劑形成的網(wǎng)狀結構吸收，持續(xù)供給養(yǎng)分，作物隨需隨取?？厥蛩刈骰适┯?，可以使氮肥利用率提高[7]，在旱地農(nóng)業(yè)及普通畦灌、溝灌條件下優(yōu)勢顯著?！颈狙芯壳腥朦c】膜下滴灌棉田控失尿素與普通尿素不同配比施用對棉花產(chǎn)量和氮肥利用率的影響鮮有報道。研究控失尿素、普通尿素不同配比對棉花生長發(fā)育、氮素吸收及產(chǎn)量的影響?！緮M解決的關鍵問題】研究通過大田小區(qū)施肥試驗，研究不同基施控失尿素與普通尿素比例配施對滴灌棉花干物質積累、養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量及氮肥利用率的影響，以期為滴灌條件下棉花施用控失尿素提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017年在新疆昌吉市佳弘農(nóng)場，地理坐標為E82°17′30″，N44°10′59″，年降雨量280 mm，年均無霜期170 d，年均10℃積溫3 300℃·d。棉花供試品種為新陸早48號，一膜6行種植，行距配置(10+66 )cm，株距10 cm，小區(qū)面積54 m2。4月26日播種，5月3日出苗，生育期灌溉10次，總灌水量3 900 m3/hm2。土壤為灰漠土，播前土壤養(yǎng)分狀況。表1

表1 0～20 cm供試土壤的養(yǎng)分狀況
Table 1 The nutrient properties of soil in 0-20 cm depth

pH值OM(g/kg)NO3--N(mg/kg)P(mg/kg)K(mg/kg)Zn(mg/kg)8.078.7321.411.62060.84

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗在相同磷鉀及微肥(P2O5120 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2)的基礎上，試驗設8個處理，即：(1)CK：不施氮肥；(2)常規(guī)尿素：施N 225 kg/hm2；(3)等氮量控失尿素：施N 225 kg/hm2；(4)控失尿素減量20%：施N 180 kg/hm2；(5)控失尿素減量30%：施N 157.5 kg/hm2；(6)控失尿素與常規(guī)尿素7∶3配比：施N 225 kg/hm2；(7)控失尿素與常規(guī)尿素5∶5配比：施N 225 kg/hm2；(8)控失尿素與常規(guī)尿素3∶7配比：施N 225 kg/hm2。

處理2的30%氮肥作基肥，70%氮肥用于追肥，分4次在棉花蕾期(6月13日)、花期(6月27日)、花鈴期(7月18日)、盛鈴期(7月30日)隨水滴施；其它處理的控失尿素全部作為底肥基施，常規(guī)尿素分4次隨水滴施(同處理2)。磷肥用三料磷肥(P2O546%)、鉀肥用氯化鉀(K2O 60%)，磷、鉀肥全部基施。常規(guī)尿素、控失尿素由心連心化肥有限公司提供。

1.2.2 測定指標

干物質和養(yǎng)分：在成熟期(9月23日)采取棉花樣品，將采集的植株按不同器官(莖、葉、殼、纖維、種子)分開，烘干、稱重、粉碎，分析植株不同部位N養(yǎng)分含量。

棉花產(chǎn)量：棉花成熟期各小區(qū)調查面積2.4×2=4.8 m2的棉花株數(shù)、鈴數(shù)，并采收各部位棉桃100朵測單鈴重，采用Excel和SPSS18.0進行統(tǒng)計分析。

養(yǎng)分積累量(kg/hm2)=株數(shù)(株/hm2)×單株干物質重(kg)×養(yǎng)分濃度(%)。

養(yǎng)分利用率(%)=(施肥區(qū)養(yǎng)分吸收量-缺肥區(qū)吸收量)×100 /施肥量。

農(nóng)學效率(kg/kg)=(施肥區(qū)棉花產(chǎn)量-缺肥區(qū)棉花產(chǎn)量)/ 施肥量。

2 結果與分析

2.1 氮肥對棉花干物質累積與分配的影響

研究表明，棉花各部位干物質處理間差異顯著。棉花的葉干物質以控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理最大，為2 025 kg/hm2，顯著大于除控失尿素處理外的其它處理；控失尿素減量20%處理的葉干物質與常規(guī)尿素沒有顯著差異，但顯著大于控失尿素減量30%、CK處理。棉花的莖干物質以控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理最大，為2 481 kg/hm2，顯著大于常規(guī)尿素、控失與常規(guī)尿素3∶7配比處理，與控失尿素、控失與常規(guī)尿素5∶5配比處理沒有顯著差異；控失尿素減量20%處理的莖干物質與常規(guī)尿素沒有顯著差異，但顯著大于控失尿素減量30%、CK處理。等氮量處理間的殼干物質沒有顯著差異。各處理的棉花纖維干物質與殼干物質具有相同的趨勢。各施氮處理的棉花籽干物質都沒有顯著差異。

棉花的總干物質以控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理最大，為12 986 kg/hm2，顯著大于控失與常規(guī)尿素3∶7配比處理；常規(guī)尿素、控失尿素減量20%、控失尿素減量30%處理的總干物質沒有顯著差異，但常規(guī)尿素、控失尿素減量20%處理都顯著大于CK處理，而控失尿素減量30%與CK處理沒有顯著差異。表2

表2 棉花干物質累積與分配

Table 2 Dry matter accumulation and distribution of cotton(kg/hm2)

注: 表格中同一列有相同字母表示處理間差異未達到顯著性水平 (P<0.05) ，下同

Note :The same letters following the data in the same column mean insignificant difference atP<0.05，The same as below

2.2 氮肥對棉花產(chǎn)量的影響

研究表明，各處理棉花的株數(shù)沒有顯著差異。CK和控失尿素的單株鈴數(shù)最小，顯著小于控失與常規(guī)尿素5∶5配比、控失與常規(guī)尿素3∶7配比、控失尿素減量20%處理，而其它處理間差異不顯著。棉花的單鈴重以控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理最大，為6.58 g，顯著大于控失尿素、控失與常規(guī)尿素5∶5配比、控失與常規(guī)尿素3∶7配比、常規(guī)尿素處理；常規(guī)尿素處理與控失尿素減量20%處理的單鈴重沒有顯著差異，但都顯著大于控失尿素減量30%、CK處理。

施用氮肥顯著增加了棉花產(chǎn)量，比CK增產(chǎn)22.65%～40.24%，與常規(guī)尿素相比，控失尿素、控失與常規(guī)尿素7∶3配比、控失與常規(guī)尿素5∶5配比處理都顯著增加了棉花產(chǎn)量，增產(chǎn)率9.22%～14.34%，其中控失與常規(guī)尿素7∶3配比增產(chǎn)效果最好，顯著好于其他處理，而控失與常規(guī)尿素3∶7配比與常規(guī)尿素處理效果相當；控失尿素減量20%與常規(guī)尿素處理的產(chǎn)量差異不顯著，而控失尿素減量30%處理顯著低于常規(guī)尿素處理，產(chǎn)量降低了5.85%。表3

2.3 氮肥對棉花養(yǎng)分吸收與分配的影響

研究表明，棉花各部位N素吸收量處理間差異顯著。棉花的葉N素吸收量以控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理最大，為32.00 kg/hm2，顯著大于控失尿素、常規(guī)尿素、控失與常規(guī)尿素3∶7配比處理；常規(guī)尿素處理與控失尿素減量20%處理的葉N素吸收量沒有顯著差異，但都顯著大于控失尿素減量30%、CK處理。棉花的莖N素吸收量以控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理最大，為37.40 kg/hm2，顯著大于常規(guī)尿素、控失與常規(guī)尿素3∶7配比處理；而常規(guī)尿素、控失尿素減量20%、控失尿素減量30%處理的莖N素吸收量沒有顯著差異，但都顯著大于CK處理。棉花的殼N素吸收量與棉花莖具有相同的趨勢。等氮量條件下，常規(guī)尿素處理的纖維N素吸收量顯著小于其它處理；常規(guī)尿素、控失尿素減量20%、控失尿素減量30%處理間沒有顯著差異，但均顯著大于CK處理?？厥c常規(guī)尿素7∶3配比、控失與常規(guī)尿素5∶5配比處理的籽N素吸收量顯著大于常規(guī)尿素處理；常規(guī)尿素處理與控失尿素減量20%處理的籽N素吸收量沒有顯著差異，但都顯著大于控失尿素減量30%、CK處理。

控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理的總N素吸收量為244.26 kg/hm2，顯著大于控失尿素、控失與常規(guī)尿素5∶5配比、控失與常規(guī)尿素3∶7配比、常規(guī)尿素處理，而與控失尿素、控失與常規(guī)尿素5∶5配比處理都顯著大于常規(guī)尿素、控失與常規(guī)尿素3∶7配比處理；常規(guī)尿素處理與控失尿素減量20%處理的總N素吸收量沒有顯著差異，但都顯著大于控失尿素減量20%、CK處理。表4

表3 棉花產(chǎn)量與產(chǎn)量構成因子
Table 3 Yield and composition factor of cotton

處理Treatment株數(shù)Plant density(株/hm2)單株鈴數(shù)Boll number per plant單鈴重Boll mass(g)產(chǎn)量Yield(kg/hm2)比CK增產(chǎn)Than CK To increase production(%)比常規(guī)尿素增產(chǎn)Than common urea To increase production(%)CK115 278a6.07b4.81e3 365e--常規(guī)尿素Urea117 361a6.21ab5.67c4 127c22.65-控失尿素Loss-control urea120 139a6.08b6.24b4 555b35.3610.36控失尿素減量20%80% Loss-control urea112 500a6.35a5.81c4 143c23.130.39控失尿素減量30%70% Loss-control urea115 278a6.22ab5.43d3 886d15.48-5.85控失與常規(guī)尿素7∶3Loss-control urea/ Urea 7∶3115 972a6.18ab6.58a4 719a40.2414.34控失與常規(guī)尿素5∶5Loss-control urea/ Urea 5∶5113 889a6.36a6.22b4 507b33.969.22控失與常規(guī)尿素3∶7Loss-control urea/ Urea 3∶7115 278a6.34a5.75c4 194c24.651.63

表4 棉花N素吸收與分配

Table 4 Nitrogen uptake and distribution of cotton(kg/hm2)

2.4 棉花氮肥利用效率

研究表明，控失與常規(guī)尿素7∶3配比、控失尿素、控失與常規(guī)尿素5∶5配比、控失與常規(guī)尿素3∶7配比處理的農(nóng)學效率介于3.69～6.02 kg/kg，都大于常規(guī)尿素處理的3.39 kg/kg，其中控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理最大，其次是控失尿素處理，為5.29 kg/kg，而控失與常規(guī)尿素3∶7配比處理略大于常規(guī)尿素處理；控失尿素減量20%處理的農(nóng)學效率大于常規(guī)尿素處理，而控失尿素減量30%處理小于常規(guī)尿素處理?？厥c常規(guī)尿素7∶3配比、控失尿素、控失與常規(guī)尿素5∶5配比處理都比常規(guī)尿素處理都提高了棉花的氮肥利用率，增加了6.85～10.20個百分點。等氮量條件下，控失與常規(guī)尿素7∶3配比處理的氮肥利用率最高，比常規(guī)尿素分別增加了10.20個百分點，而控失與常規(guī)尿素3∶7配比處理的氮肥利用率與常規(guī)尿素處理相差不大。而控失尿素減量20%處理的氮肥利用率比常規(guī)尿素增加了11.26個百分點。表5

表5 氮肥利用效率
Table 5 Fertilizer nitrogen use efficiency

處理Treatment農(nóng)學效率The efficiency of agriculture (kg/kg)N利用率Fertilizer nitrogen use efficiency (%)比常規(guī)尿素增加百分點Common urea To increase productionCK3.39 43.54-常規(guī)尿素 Urea5.29 50.657.11控失尿素 Loss-control urea4.32 54.811.26控失尿素減量20% 80% Loss-control urea3.31 55.612.06控失尿素減量30% 70% Loss-control urea6.02 53.7410.20控失與常規(guī)尿素7∶3 Loss-control urea/ Urea 7∶35.08 50.46.85控失與常規(guī)尿素5∶5 Loss-control urea/ Urea 5∶53.69 45.431.89

3 討 論

目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應用的穩(wěn)定性肥料主要有控失肥料和控釋肥料，二者都通過添加助劑減少養(yǎng)分流失，減緩養(yǎng)分釋放速率，提高肥料利用率。但是控失肥重點解決肥料養(yǎng)分遷移問題，控失劑由改性后多種微納米多孔天然礦物材料、生物發(fā)酵制品環(huán)脂肽及復合氨基酸、高端有機材料等精準復配而成，屬無溶劑型化肥養(yǎng)分載體材料。添加助劑溶解后形成的網(wǎng)狀結構能“網(wǎng)捕”或“定植”養(yǎng)分分子在植株根系周圍，養(yǎng)分釋放靠植物根系伸展到由控失劑形成的網(wǎng)狀結構吸收，達到控制養(yǎng)分遷移、流失目的，未被作物吸收養(yǎng)分可供下季作物繼續(xù)利用。而控釋肥重點解決養(yǎng)分釋放速率問題，控釋劑有硫磺、樹脂、脲甲醛、聚天門冬氨酸、脲酶抑制劑、硝化抑制劑等助劑。添加助劑在肥料顆粒外形成包膜，養(yǎng)分經(jīng)包膜溶解或通過包膜空隙釋放，達到減緩養(yǎng)分釋放速率目的。

關于控釋氮肥對棉花產(chǎn)量影響的研究已有較多報道[8-10]，李伶俐等[8]研究表明，等氮條件下，控釋氮肥提高了棉花單株結鈴數(shù)和單鈴重，籽棉顯著增產(chǎn)10.3%；而孫強生等[10]報道，控釋肥在各施肥水平上與普通復合肥相比，雖棉鈴數(shù)變化不顯著，但土施用 0.2、0.4 g/kg純氮時，包膜控釋肥比普通復合肥具有顯著的增產(chǎn)作用。李青軍等[11]研究表明，與常規(guī)施肥相比，常規(guī)施肥配施 NAM 處理均能夠顯著提高棉花干物質量，增加單株鈴數(shù)，皮棉產(chǎn)量增9.62%～10.2%，氮肥利用率提高9.76%～10.52%。與控釋氮肥相比，控失尿素對作物的影響研究較少，主要集中在小麥和玉米上[12,13]，但控失肥尿素對棉花產(chǎn)量和氮素吸收率影響的研究鮮有報道。試驗研究結果表明，與常規(guī)尿素相比，控失與常規(guī)尿素7∶3配比能顯著增加棉花干物質量和單鈴重，提高棉花產(chǎn)量，增產(chǎn)14.34%，但控失尿素減量20%處理與常規(guī)尿素處理的棉花干物質與產(chǎn)量大體相同，控失尿素減量30%處理顯著低于常規(guī)尿素處理，產(chǎn)量降低了5.85%；與常規(guī)尿素相比，控失與常規(guī)尿素7∶3配比能顯著增加棉花N素吸收量，提高棉花氮肥利用率，利用率增加了10.2百分點，但控失尿素減量20%處理與常規(guī)尿素處理的棉花N素吸收量大體相同，但大幅度提高了氮肥利用率，增加了11.26百分點。因此，控失尿素替代常規(guī)尿素或與常規(guī)尿素配合施用均能顯著提高膜下滴灌棉田氮肥利用率，但以控失尿素與常規(guī)尿素比為7∶3配合施用效果最好。

而文祥朋等[14]研究表明，與常規(guī)尿素相比，控失尿素常量或與常規(guī)尿素配施均可顯著增加水稻產(chǎn)量，且控失尿素與常規(guī)尿素以1∶3質量比配合施用效果最好。前人研究結果一致表明，控失尿素可以提高棉花產(chǎn)量和肥料利用率，但不同作物，不同種植模式下，控失尿素與常規(guī)尿素不同配比施用效果不同，其原因有待進一步探討。

4 結 論

4.1 與常規(guī)尿素相比，控失與常規(guī)尿素7∶3配比(施肥量說清楚下面一樣)能顯著增加棉花干物質量，提高棉花產(chǎn)量，增產(chǎn)14.34%。

4.2 控失尿素減量20%處理與常規(guī)尿素處理的棉花干物質與產(chǎn)量大體相同，控失尿素減量30%處理顯著低于常規(guī)尿素處理，產(chǎn)量降低了5.85%。

4.3 與常規(guī)尿素相比，控失與常規(guī)尿素7∶3配比能顯著增加棉花N素吸收量，提高棉花氮肥利用率，利用率增加了10.20個百分點。

4.4 控失尿素減量20%處理與常規(guī)尿素處理的棉花N素吸收量大體相同，但大幅度提高了氮肥利用率，利用率增加了11.26個百分點。