土壤全氮含量和氮肥種類對(duì)棉花產(chǎn)量和氮素吸收的影響

李鵬程，鄭蒼松，孫淼，馮衛(wèi)娜，邵晶晶，余學(xué)科，朱海勇，李亞兵，董合林*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/ 棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽(yáng)455000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西部農(nóng)業(yè)研究中心，新疆昌吉831100）

氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位[1]，世界糧食的增產(chǎn)約有50%都?xì)w功于化學(xué)肥料的施用，其中化學(xué)氮肥的貢獻(xiàn)最顯著[2]。 氮肥按照含氮基團(tuán)可分為氨態(tài)氮、酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、硝銨態(tài)氮、氰氨態(tài)氮氮肥，其中生產(chǎn)中較常用的尿素、硫酸銨和硝酸鈣分別屬于酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮氮肥。有關(guān)不同種類氮肥在大田的淋溶損失的研究報(bào)道較多，張慶利等[3]報(bào)道不同氮肥施入土壤后氮素的淋失率差異顯著， 其中硝酸鉀的氮素淋失率最高，其次為尿素，硫酸銨和碳銨的氮素淋失量明顯降低。 Ding 等[4]報(bào)道施用不同種類氮肥氮素的NH3和N2O 排放損失差異較大， 硝酸銨的N2O 排放量最高，硝酸鈣最低，尿素和碳酸氫銨居中。習(xí)金根等[5]采用室內(nèi)土柱模擬方法研究了滴灌條件下不同種類氮肥（硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和尿素）在土壤中的遷移、淋溶和轉(zhuǎn)化特征，3 種氮肥在砂壤土和粘壤土中的淋失量均是硝態(tài)氮肥＞尿素＞銨態(tài)氮肥，淋失的氮素主要為肥料氮。 凌德等[6]報(bào)道，4 種不同氮肥在土壤表層下方10 cm 點(diǎn)施條件下保持能力為尿素、磷酸銨＞硫酸銨＞氯化銨。 姜超強(qiáng)等[7]報(bào)道磷酸二銨和尿素在土壤表層下方12 cm 點(diǎn)施90 d 后， 磷酸二銨較尿素具有更高的保持性。也有學(xué)者開展了不同種類氮肥在作物的肥效對(duì)比研究，葉振威等[8]報(bào)道氯化銨和硫酸銨有助于促進(jìn)水稻分蘗，增加有效穗數(shù)；氯化銨有利于改善水稻株型；硫酸銨有利于提高水稻葉片葉綠素含量。 李小梅等[9]報(bào)道施用尿素的多花黑麥草的株高和產(chǎn)量顯著高于碳銨和硝基復(fù)合肥處理。 桑姝麗等[10]比較了磷酸氫二銨、硝酸銨、 硫酸銨和尿素4 種氮肥及4 個(gè)不同用量（125、250、375、500 kg·hm－2）對(duì)青蘿卜肉質(zhì)根葉綠素含量的影響，施用375 kg·hm－2的磷酸氫二銨青蘿卜肉質(zhì)根的葉綠素含量最高。

有關(guān)棉花氮肥用量的研究報(bào)道較多[11]，但不同種類氮肥在棉花上的肥效研究報(bào)道較少。 董海榮等[12]水培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)混合態(tài)氮素營(yíng)養(yǎng)有利于苗期棉花植株地上部、地下部生長(zhǎng)量和棉株總干物質(zhì)的積累，棉花植株地上部、 地下部生長(zhǎng)量和棉株總干物質(zhì)的積累量最大。 張淑英等[13-14]報(bào)道銨硝比為50︰50 可顯著提高棉苗各器官的生物量、 地上部和根系干物質(zhì)質(zhì)量，低溫脅迫下，增銨營(yíng)養(yǎng)可顯著提高氮素養(yǎng)分含量，促進(jìn)棉苗生長(zhǎng)，增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累，提高抗氧化酶活性，降低膜脂過(guò)氧化傷害，增強(qiáng)棉苗對(duì)低溫的抗性。 劉盛林[15]報(bào)道鹽漬化棉田氨態(tài)氮肥和磷肥條施、 花鈴期滴施氨態(tài)氮肥能顯著促進(jìn)棉花養(yǎng)分吸收，提高棉花產(chǎn)量。 代建龍等[16]指出，盆栽條件下，無(wú)論是否存在鹽脅迫， 施硝態(tài)氮棉花的生物量和葉片全氮含量都顯著高于施銨態(tài)氮， 鹽脅迫條件下施硝態(tài)氮棉花葉片Bt 蛋白含量略低于銨態(tài)氮處理。

有關(guān)棉花不同土壤肥力條件下的施氮研究報(bào)道較少，李鵬程等[17]采用盆栽試驗(yàn)，比較了不同土壤全氮含量水平下棉花的氮肥施用量效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)土壤全氮含量0.58～0.74 g·kg－1時(shí)，高氮（3.5 g/35 kg土） 可實(shí)現(xiàn)棉花增產(chǎn)增效， 土壤全氮含量0.83～1.29 g·kg－1時(shí)，低氮（1.75 g N/35 kg 土）能維持較高的產(chǎn)量和氮肥利用率。 Dong 等[18]提出較低土壤肥力條件下（堿解氮含量49.4 mg·kg－1）增加種植密度可提高產(chǎn)量，而較高土壤肥力條件下（堿解氮含量68.5 mg·kg－1）增密減氮可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。 羅新寧等[19]比較了新疆砂壤土、重壤土條件下氮肥施用效果，發(fā)現(xiàn)在相同施氮量條件下，砂壤土（堿解氮含量80.2 mg·kg－1）棉花的氮、磷、鉀積累量高于重壤土（堿解氮含量98.4 mg·kg－1）， 砂壤土施氮量315 kg·hm－2、 重壤土施氮210 kg·hm－2棉株可獲得較大的氮、磷、鉀積累量。 侯振安等[20]提出了北疆棉田砂壤土、壤土、粘土棉田氮肥最佳經(jīng)濟(jì)施N 量分別為206.7～286.2 kg·hm－2、256.8～311.1 kg·hm－2、231.90～312.45 kg·hm－2。 在低施氮量條件下，壤土的氮肥利用率最高，砂壤土次之，粘土最低；而施氮量較高時(shí)，氮肥利用率結(jié)果正好相反。

目前缺乏不同種類氮肥在棉花不同土壤肥力條件下的肥效的研究報(bào)道。 本試驗(yàn)采用桶栽試驗(yàn)，選擇5 種不同土壤全氮含量的土壤，在純氮用量相等條件下，比較尿素、硫酸銨、硝酸鈣3 種氮肥的施用效果，研究結(jié)果將為棉田氮肥合理選擇和高效施用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

桶栽試驗(yàn)于2016 年在河南省安陽(yáng)市白壁鎮(zhèn)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)（36°06′N，114°21′E） 進(jìn)行，4 至10 月平均氣溫22.3 ℃，≥20 ℃積溫3 709.6 ℃·d， 日照時(shí)間1 347.3 h， 降水量519.2 mm。 試驗(yàn)用桶為PVC 材料，上部?jī)?nèi)徑35 cm，底部?jī)?nèi)徑30 cm，高39 cm，每桶裝土30 kg。 試驗(yàn)為裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為5 種不同全氮含量的土壤，土壤類型為潮土壤質(zhì)土， 肥力梯度由多年不同氮肥用量的盆栽試驗(yàn)形成， 土壤全氮含量分別為1.30、0.93、0.86、0.71、0.67 g·kg－1，分別用S1、S2、S3、S4、S5 表示，有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量及土壤pH 等指標(biāo)見表1。副區(qū)為3 種不同氮肥，分別為尿素（N 含量46%）、硫酸銨（N 含量21%）、硝酸鈣（N 含量17%）。 試驗(yàn)共15 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)10 次，即播種10 桶，于棉花2 片真葉時(shí)留1 株棉苗。 3 種氮肥純氮總用量均為每盆3 g，分底肥和初花期追肥2 次等量施用。磷、鉀肥作底肥一次施用，磷肥為重過(guò)磷酸鈣（P2O5含量42%）， 每盆用量7.14 g， 鉀肥為硫酸鉀（K2O 含量51%），每桶用量5.88 g。 試驗(yàn)用品種為中棉所100，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。 4 月30 日播種，5 月10 日出苗，6 月11 日現(xiàn)蕾，7 月8 日開花，8月18 日吐絮。整枝、化調(diào)、病蟲害防治等常規(guī)管理參照當(dāng)?shù)孛藁ǜ弋a(chǎn)管理水平，棉花營(yíng)養(yǎng)枝、老葉均搜集后烘干稱重，計(jì)入棉花全株干物質(zhì)質(zhì)量。吐絮期調(diào)查單株成鈴數(shù)，于棉花單株成鈴?fù)滦?0%時(shí)，每個(gè)處理挑選棉花健株5 株，采集棉花全株樣品，單株分根（子葉節(jié)以下部分）、莖、葉、鈴殼、籽棉（包括未吐絮棉鈴）烘干稱重，采用凱氏定氮法測(cè)定氮吸收量，計(jì)算整株棉花氮吸收總量。 土壤全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定，土壤速效磷含量采用0.5 mol·L－1碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定， 土壤速效鉀含量采用1 mol·L－1乙酸銨提取—火焰光度法測(cè)定[21]。

表1 供試土壤基本化學(xué)性質(zhì)

采用DPS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析， 多重比較采用Duncan’s 新復(fù)極差法，采用Origin 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤全氮含量和氮肥種類對(duì)棉花單株籽棉產(chǎn)量和氮素吸收的影響

由表2 可知，土壤全氮含量對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量的影響達(dá)到了顯著水平，但對(duì)鈴重、棉花單株氮素吸收量無(wú)顯著影響。土壤全氮含量1.30 g·kg－1處理棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量顯著高于土壤全氮含量0.67、0.71、0.86 g·kg－1處理， 但與土壤全氮含量0.93 g·kg－1處理無(wú)顯著差異。氮肥種類對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、鈴重、籽棉產(chǎn)量、單株氮素吸收量的影響未達(dá)到顯著水平。土壤全氮含量和氮肥種類對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、 單株成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量、單株氮素吸收量的互作效應(yīng)不顯著。 結(jié)果表明，土壤全氮含量較高時(shí)（0.93 g·kg－1和1.30 g·kg－1）時(shí)，施氮的效果優(yōu)于土壤全氮含量較低處理。

表2 不同土壤全氮含量條件下氮肥種類對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量和氮素吸收的影響

2.2 不同土壤全氮含量條件下棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量和籽棉產(chǎn)量比較

由圖1，在相同土壤全氮含量條件下，不同氮肥種類處理棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量均無(wú)顯著差異。 土壤全氮含量1.30 g·kg－1條件下，硫酸銨和硝酸鈣處理棉花鈴重顯著高于尿素處理；土壤全氮含量0.86 g·kg－1條件下， 尿素處理棉花鈴重顯著高于硫酸銨，和硝酸鈣處理間無(wú)顯著差異；土壤全氮含量0.67 g·kg－1條件下， 硫酸銨處理棉花鈴重顯著高于尿素處理， 和硝酸鈣處理間無(wú)顯著差異；而土壤全氮含量0.71、0.93 g·kg－1條件下，3 種氮肥處理棉花鈴重?zé)o顯著差異。除了土壤全氮含量1.30 g·kg－1條件下尿素處理棉花單株成鈴數(shù)顯著高于硫酸銨和硝酸鈣處理外， 其他土壤條件下，3種氮肥處理間棉花單株成鈴數(shù)無(wú)顯著差異。尿素處理除在土壤全氮含量0.86 g·kg－1條件下單株成鈴數(shù)略低外，在其他土壤全氮含量處理均顯示了單株成鈴數(shù)的優(yōu)勢(shì)。 硫酸銨處理在土壤全氮含量0.67、0.93、1.30 g·kg－1條件下籽棉產(chǎn)量略高于尿素和硝酸鈣處理， 硫酸銨處理在土壤全氮含量0.67、0.93 g·kg－1條件下鈴重略高于尿素和硝酸鈣處理。

3 討論

硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是作物吸收氮肥的主要形式。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占作物吸收的陰離子和陽(yáng)離子總數(shù)的70%以上[22]。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均能被作物很好地吸收，除了硝態(tài)氮進(jìn)行合成代謝之前必須先還原成NH3之外，其他同化過(guò)程是完全一樣的。 由于這個(gè)原因，長(zhǎng)期以來(lái)科研工作者認(rèn)為在相同施氮量條件下， 施用銨態(tài)氮和硝態(tài)氮具有相同的營(yíng)養(yǎng)功能，對(duì)作物產(chǎn)量有相同的效果，但許多試驗(yàn)與這個(gè)結(jié)論不一致。 硝態(tài)氮和銨態(tài)氮對(duì)小麥、玉米等作物的營(yíng)養(yǎng)、生長(zhǎng)和產(chǎn)量有不同的效果[23-26]，因此不同作物可能對(duì)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮這兩種氮源有不同的反應(yīng)和偏好[27-29]。 作物對(duì)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮偏好的研究主要是通過(guò)作物單施銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的生物量、產(chǎn)量來(lái)評(píng)價(jià)。 值得注意的是作物對(duì)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的喜好特別取決于作物自身對(duì)不同形態(tài)氮的本質(zhì)需求，大多數(shù)情況下， 是作物需求和環(huán)境共同作用的結(jié)果，尤其是介質(zhì)pH。 前人采用水培、盆栽、大田試驗(yàn)等方式針對(duì)作物對(duì)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的偏好開展了大量研究，但至今很多問(wèn)題還沒(méi)有解決，結(jié)果和觀點(diǎn)還存在分歧。

圖1 不同土壤全氮含量下棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)量構(gòu)成比較

Cramert 等[30-31]指出作物在生育前期一般喜好銨態(tài)氮，而生育后期則喜好硝態(tài)氮。 水稻單獨(dú)施用銨態(tài)氮肥或者生育前期施用銨態(tài)氮肥后期施用硝態(tài)氮肥能獲得較高產(chǎn)量[32-33]。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者在玉米上的研究結(jié)果不盡一致，Lewis 等[34]報(bào)道玉米吸收的硝態(tài)氮占氮吸收總量的90%以上，而Anderson 等[35]認(rèn)為與施用硝態(tài)氮相比，施用銨態(tài)氮玉米能生產(chǎn)較高的生物量，Pan 等[36]也發(fā)現(xiàn)玉米在銨態(tài)氮供應(yīng)條件下生長(zhǎng)更好。Li 等[37]報(bào)道玉米對(duì)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的響應(yīng)取決于施氮量，在氮量較低條件下，硝態(tài)氮較銨態(tài)氮效果好，而氮量較高條件下，銨態(tài)氮施用效果好，總體來(lái)說(shuō)銨態(tài)氮效果要優(yōu)于硝態(tài)氮。 冬小麥—燕麥—飼料玉米—飼料玉米4 季輪作的氮同位素示蹤結(jié)果表明，銨態(tài)氮較硝態(tài)氮具有較高的回收率和殘留效應(yīng)[38]。在大豆上的研究結(jié)果也不一致。大豆水培試驗(yàn)結(jié)果表明[39]，大豆對(duì)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的吸收比取決于水培溶液的pH 值，pH 為6 時(shí)大豆吸收銨氮和硝態(tài)的比例為2:1。 單獨(dú)使用硝態(tài)氮肥和硝態(tài)銨態(tài)2 種氮肥同時(shí)施用時(shí)， 大豆生長(zhǎng)受pH值影響程度較低，混合使用2 種氮肥效果優(yōu)于單獨(dú)使用一種氮肥，單獨(dú)使用銨氮出現(xiàn)了離子毒害[40]。

本試驗(yàn)為桶栽試驗(yàn)， 供試土壤pH 差異不大，均為堿性土，從主效應(yīng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，隨土壤全氮含量升高棉花單株籽棉產(chǎn)量和干物質(zhì)質(zhì)量呈上升趨勢(shì)，2 個(gè)較高土壤全氮含量處理顯著高于3 個(gè)較低土壤全氮含量處理，而3 個(gè)較低土壤全氮含量處理的棉花籽棉產(chǎn)量和單株干物質(zhì)質(zhì)量沒(méi)有顯著差異， 說(shuō)明較高的土壤全氮含量提高了氮肥施用效果，與文獻(xiàn)[17]報(bào)道結(jié)果一致。 從氮肥種類的平均結(jié)果來(lái)看，尿素處理獲得了較高的單株成鈴數(shù)和單株干物質(zhì)質(zhì)量，盡管鈴重相對(duì)較低，但未影響其獲得較高的籽棉產(chǎn)量結(jié)果，屬于產(chǎn)量水平較穩(wěn)定的處理。 硫酸銨作為生理酸性肥料，在堿性土壤上也顯示了其肥效優(yōu)勢(shì)， 在土壤全氮含量0.67、0.93、1.30 g·kg－1條件下硫酸銨處理籽棉產(chǎn)量略高于尿素和硝酸鈣處理， 在土壤全氮含量0.67、0.71 g·kg－1條件下鈴重高于尿素和硝酸鈣處理。硝酸鈣處理在土壤全氮含量1.30 g·kg－1條件下鈴重較大， 在土壤全氮含量0.86 g·kg－1條件下單株成鈴數(shù)較多，單株干物質(zhì)質(zhì)量和籽棉產(chǎn)量略優(yōu)于硫酸銨處理，與代建龍[16]的盆栽試驗(yàn)棉株干物質(zhì)質(zhì)量結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，土壤全氮含量對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量的影響達(dá)到了顯著水平，但對(duì)棉花鈴重、單株氮素吸收量未產(chǎn)生顯著影響。 氮肥種類未對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量和氮素吸收量產(chǎn)生顯著影響。土壤全氮含量和氮肥種類對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量、單株氮素吸收量的互作效應(yīng)不顯著。 土壤全氮含量較高（0.93 g·kg－1和1.30 g·kg－1）時(shí)，施氮的效果優(yōu)于土壤全氮含量較低的土壤。