耕層重構(gòu)后施肥量對棉田土壤養(yǎng)分殘留及棉花養(yǎng)分吸收的影響

杜海英，張謙，王燕，馮國藝，雷曉鵬，梁青龍，王樹林

(河北省農(nóng)林科學(xué)院 棉花研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050051)

棉花是河北省重要經(jīng)濟(jì)作物，近年來棉花面積在25萬hm2左右，主要分布于冀中南干旱地區(qū)，土壤耕作方式多為連年旋耕；作為一項(xiàng)新的耕作技術(shù)，土壤耕層重構(gòu)與旋耕相比，具有諸多優(yōu)勢，如增加土壤蓄水能力、滅除田間雜草、減輕后期病害、增加作物產(chǎn)量等[1～3]，但經(jīng)耕層重構(gòu)后，由于上下部土壤互換，導(dǎo)致上部土壤養(yǎng)分含量下降，對棉花生育進(jìn)程產(chǎn)生影響。經(jīng)土壤耕層重構(gòu)后如何調(diào)整施肥策略，確定適宜的氮磷鉀肥料用量，是耕層重構(gòu)技術(shù)推廣應(yīng)用中重要的環(huán)節(jié)之一，因此本試驗(yàn)通過分別設(shè)置氮磷鉀不同施肥量處理，通過測定土壤養(yǎng)分含量、棉花養(yǎng)分田間攜出量及棉花產(chǎn)量等性狀指標(biāo)，明確土壤耕層重構(gòu)后適宜的肥料用量，為土壤耕層重構(gòu)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)于2016年在河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所威縣試驗(yàn)站(河北省威縣棗園鄉(xiāng)東張莊村)進(jìn)行，供試肥料為尿素(N 46.4%)、重過磷酸鈣(P2O546.0%)、氯化鉀(K2O 60.0%)，均為市場購買，棉花品種采用冀雜2號。試驗(yàn)地前茬棉花，于2015年11月份進(jìn)行土壤耕層重構(gòu)，方法為使用220馬力拖拉機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)式主副深翻犁進(jìn)行，一次可將0～20 cm 土壤與20～40 cm 土壤進(jìn)行互換，同時(shí)深松40～60 cm土層；重構(gòu)前0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)7.7 g·kg-1，全氮0.765 g·kg-1，速效磷27.5 mg·kg-1，速效鉀158 mg·kg-1；重構(gòu)后0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)5.9 g·kg-1，全氮0.697 g·kg-1，速效磷4.38 mg·kg-1，速效鉀94 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)分別設(shè)置氮肥、磷肥、鉀肥3個(gè)單因素試驗(yàn)(表1)，每種肥料分別設(shè)置5個(gè)用量水平，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)寬6.0 m，長10.0 m。2016年4月14日施肥，其中氮肥用量試驗(yàn)各處理統(tǒng)一施P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；磷肥用量試驗(yàn)各處理統(tǒng)一施N 225 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；鉀肥用量試驗(yàn)各處理統(tǒng)一施N 225 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2；所有肥料一次底施。施肥后灌水，4月22日耙耱后播種，棉花采用地膜覆蓋，等行距76 cm種植，留苗密度7.5 萬株·hm-2，其它管理措施同大田。

1.3 測定項(xiàng)目與計(jì)算方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分測定

收獲期于10月25日每個(gè)小區(qū)按照五點(diǎn)取樣法取0～20 cm土壤，混勻后風(fēng)干。氮肥試驗(yàn)土壤全氮測定采用濃硫酸消煮-半微量凱氏法，堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散法；磷肥試驗(yàn)土壤全磷測定采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，土壤速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；鉀肥試驗(yàn)土壤全家采用碳酸鈉熔融-火焰光度計(jì)法，土壤速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法[4]。

1.3.2 地上部干物質(zhì)及養(yǎng)分測定

吐絮期每小區(qū)取5株棉花，將葉片、莖、鈴分開，在105 ℃下殺青30 min，于85 ℃下烘干至恒重，稱重，計(jì)算干物質(zhì)積累；同時(shí)取葉片、莖、鈴各100 g，磨碎后測定養(yǎng)分含量。植株樣品養(yǎng)分測定采用濃H2SO4-H2O2消煮，半微量凱氏定氮法測定全氮，鉬銻抗比色法測定全磷，火焰光度計(jì)法測定全鉀[4]。

1.3.3 產(chǎn)量及構(gòu)成

9月10日每小區(qū)選取具代表性的40株棉花，調(diào)查單株成鈴數(shù)；吐絮后收取40株全部吐絮鈴測定單鈴重，并軋花測定衣分；小區(qū)籽棉單獨(dú)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)整理使用Excel 2003，統(tǒng)計(jì)分析使用DPS7.05進(jìn)行。

表1 氮、磷和鉀肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)用量水平Table 1 Fertilization of N、P、K in the experiment

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥量對土壤養(yǎng)分殘留量的影響

從表2可以看出，棉花收獲期不同氮肥施用量0～20 cm土層全氮含量均出現(xiàn)下降，但處理間差異不顯著；同樣不同磷肥用量間土壤全磷和不同鉀肥用量土壤全鉀也也無顯著差異。氮肥用量對土壤中堿解氮?dú)埩袅坑绊戯@著，N1與N2處理堿解氮含量顯著低于其它3個(gè)處理，而N3、N4、N5三個(gè)處理間差異則不顯著。不同磷肥用量對于土壤速效磷殘留量影響達(dá)顯著水平，隨磷肥用量增加，土壤速效磷殘留量呈直線上升趨勢，而鉀肥用量對于土壤速效鉀殘留量影響呈相似規(guī)律。

表2 不同處理土壤養(yǎng)分含量Table 2 Soil nutrient content of different treatment

2.2氮肥用量對棉株不同器官氮含量與田間攜出

量的影響 表3結(jié)果表明，葉片與籽棉中氮素含量接近，均明顯高于秸稈中N含量；氮肥用量對棉花葉片、秸稈、籽棉中氮素含量與田間氮素?cái)y出量均有顯著影響。葉片與莖稈中N素含量和攜出量均隨施氮量增加而增加，葉片、莖稈的氮含量在施氮量分別超過N3、N2時(shí)不再顯著增加，葉片、莖稈氮攜出量在施氮量分別超過N4、N3時(shí)不再顯著增加。籽棉的氮含量和攜出量均以施氮量N3最高，低于N3時(shí)隨施氮量的增加而提高，超過N3時(shí)隨施氮量的增加而降低。

2.3磷肥用量對棉株不同器官磷含量與田間攜出

量的影響 磷肥用量對葉片、秸稈與籽棉中磷素含量均無顯著影響，各處理間差異不顯著，不同部位磷含量為籽棉最高，其次為葉片，秸稈中含量最低；折算為P2O5田間攜出量，葉片、秸稈、籽棉各處理間差異均不顯著，籽棉中P2O5田間攜出量5個(gè)處理在36.9～39.2 kg·hm-2之間，平均37.9 kg·hm-2(表4)。

表3 棉株不同器官N含量與N田間攜出量Table 3 N content and N uptake of different cotton organs

2.4鉀肥用量對棉株不同器官鉀含量與田間攜出

量的影響 鉀肥用量對棉花葉片與莖稈中鉀素含量有顯著影響，葉片中鉀素含量隨施鉀量增加呈上升趨勢；而莖稈中鉀素含量隨施鉀量增加先上升后下降，以K4處理最高，顯著高于K1、K2與K3，但與K5差異不顯著；籽棉中鉀素含量不受鉀肥用量的影響，5個(gè)處理間差異均不顯著(表5)。K2O田間攜出量，葉片與秸稈不同處理間變化規(guī)律與其鉀素含量基本一致，籽棉中K2O田間攜出量受棉花產(chǎn)量影響而呈現(xiàn)出一定差異，以K3處理最高，顯著高于K1與K2，但與K4、K5間差異不顯著。

表4棉株不同器官P含量與P2O5田間攜出量

Table4 P content and P2O5uptake of different cotton organs

處理TreatmentsP含量/%P contentP2O5攜出量/ kg·hm-2P2O5 uptake葉片莖稈籽棉葉片莖稈籽棉P10.35a0.14a0.44a47.9a17.2a37.1aP20.36a0.14a0.46a48.3a17.2a36.9aP30.35a0.15a0.45a47.4a18.5a39.2aP40.39a0.14a0.47a45.1a17.4a38.7aP50.38a0.16a0.44a49.9a19.5a37.8a

2.5 施肥量對棉花產(chǎn)量性狀的影響

施用氮肥顯著提高了棉花單株鈴數(shù)、單鈴重與籽棉產(chǎn)量(表6)。單株鈴數(shù)處理N1與N2顯著低于其它3個(gè)施氮量，N3、N4與N5三個(gè)處理間則差異不顯著；單鈴重呈相似規(guī)律，衣分則以N1顯著高于各施氮處理；籽棉產(chǎn)量以N3最高，達(dá)到3 886 kg·hm-2，但與N4、N5之間差異不顯著，N1與N2籽棉產(chǎn)量顯著降低。施磷對單株鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量無顯著影響。與不施鉀肥對照相比，施鉀提高了單株鈴數(shù)與籽棉產(chǎn)量，以K4籽棉產(chǎn)量最高，但不同鉀肥用量之間差異不顯著，單鈴重與衣分不同處理間差異不大。

表5棉株不同器官K含量與K2O田間攜出量

Table5 K content and K2O uptake of different cotton organs

3 結(jié)論與討論

3.1 施肥量對土壤養(yǎng)分殘留的影響

由于土壤耕層重構(gòu)后上層土壤養(yǎng)分含量下降，施用不同量氮磷鉀肥后，土壤養(yǎng)分殘留量表現(xiàn)出較大差異。孟繁華等[5]在東北地區(qū)黑土長期定位施肥試驗(yàn)認(rèn)為，施用化肥對土壤全氮含量無顯著影響，而董魯浩[6]等在褐潮土上19年長期試驗(yàn)表明，施用化肥土壤全氮含量顯著增加。上述試驗(yàn)是在長期定位施肥基礎(chǔ)上得到的結(jié)果，本試驗(yàn)結(jié)果中，不同用量氮肥施用一年后對土壤全氮無顯著影響，增加氮肥用量土壤堿解氮含量略有增加，這是由于土壤堿解氮濃度受施氮量影響較大[7，8]，而由于氮素在土壤中的損失途徑較多有關(guān)，揮發(fā)、淋溶、微生物分解等方式的存在造成氮素在土壤中難以持續(xù)積累增加[9]，因此施用氮肥對土壤堿解氮的影響不及施用磷肥、鉀肥對土壤速效磷、速效鉀的影響作用明顯。

土壤全磷含量是一個(gè)巨大的磷庫[10]，難以在短期內(nèi)發(fā)生較大變化，本試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，而磷肥用量對土壤速效磷殘留量則影響顯著，這是由于土壤磷素支出以作物磷攜出量為主，當(dāng)施磷量大于作物攜出量時(shí)，剩余磷素則累積在土壤當(dāng)中，導(dǎo)致隨磷肥用量增加土壤速效磷殘留量顯著增加。

土壤全鉀中僅有2%為速效鉀[11]，因此鉀肥施用量對土壤全鉀含量影響不大，而對土壤速效鉀殘留影響顯著，隨鉀肥用量增加，土壤速效鉀含量上升趨勢明顯，這與馬友華[12]等人的研究結(jié)果一致。

3.2 施肥量對棉株不同部位養(yǎng)分積累的影響

施氮量對棉株葉片含氮量的影響，前人做了很多研究，結(jié)果基本一致，即隨氮肥用量增加，葉片含氮量呈上升趨勢[13]，而對棉株莖稈與籽棉中氮含量的研究較少，李伶俐[14]研究結(jié)果認(rèn)為，棉花不同生育時(shí)期葉片、莖稈、籽棉中的氮素積累均隨施氮量的增加而升高。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨施氮量增加，葉片中氮含量與氮田間攜出量均呈明顯上升趨勢，秸稈中氮含量與氮田間攜出量也呈上升趨勢，而籽棉中氮含量與氮田間攜出量則是先增加后降低，這一結(jié)果可能與過量施用氮肥后棉株?duì)I養(yǎng)生長過剩，從而導(dǎo)致營養(yǎng)生長與生殖生長失衡有關(guān)[15]。

在不同磷肥施用量下，棉株不同部位磷含量與磷田間攜出量差異均未達(dá)到顯著水平；耕層重構(gòu)前0～20 cm土層速效磷含量超過20 mg·kg-1，重構(gòu)后成為20～40 cm土層，棉花生育中后期根系已到達(dá)20 cm土層以下，因此能夠充分吸收20～40 cm土壤磷素，而根據(jù)王剛[16]等人研究結(jié)果，當(dāng)土壤有效磷含量超過9.0 mg·kg-1后，施磷即對棉花生長不再具有促進(jìn)作用，因此本試驗(yàn)土壤速效磷含量偏高，是造成增施磷肥對棉株不同部位磷含量與磷田間攜出量未產(chǎn)生影響的重要原因。

增施鉀肥提高了棉株葉片與秸稈中鉀含量與鉀田間攜出量，但對籽棉中鉀含量無顯著影響，這與王剛衛(wèi)[17]等人研究結(jié)果一致，表明棉株具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，即便在缺鉀條件下，棉株會優(yōu)先利用鉀素保證后代的繁衍。

3.3 不同肥料用量對棉花產(chǎn)量性狀的影響及適宜肥料用量

在土壤耕層重構(gòu)條件下，氮肥對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀影響最大，其次是鉀肥，而磷肥對棉花產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量無顯著影響。關(guān)于施磷對棉花生長發(fā)育無顯著影響的原因，一方面由于棉花對磷素需求量較小，另一方面是由于棉區(qū)多年大量施用磷肥，據(jù)宋春[18]等人報(bào)道，從1990-2010年間，中國農(nóng)田土壤磷素平衡的盈余量以每年11%的速度在不斷擴(kuò)大，這也是導(dǎo)致目前土壤磷素過剩而表現(xiàn)為施磷對棉花生長發(fā)育沒有顯著影響的主要原因；而氮肥因其損失途徑較多，難以在土壤中積累，因此棉花需要重視氮肥的施用，其次是鉀肥。

在目前生產(chǎn)條件下，棉花葉片與秸稈還田后，養(yǎng)分?jǐn)y出量僅考慮籽棉攜出量即可，綜合不同施肥量對棉花產(chǎn)量及養(yǎng)分田間攜出量的影響，在耕層重構(gòu)條件下，適宜施肥量為N 150 kg·hm-2， P2O540 kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2。