提高棉田磷肥利用效率的土壤微生物激發(fā)碳技術(shù)

彭 懿，張 林，馮 固

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 生物多樣性與有機(jī)農(nóng)業(yè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

棉花生產(chǎn)中磷肥過量施用的現(xiàn)象十分普遍，新疆棉田磷肥（P2O5）平均施用量約162.6 kg/hm2［1］，遠(yuǎn)超出了棉花的養(yǎng)分需求量［2］，導(dǎo)致磷肥利用率一直處于較低水平［2-3］。磷肥特性與土壤性質(zhì)不匹配、磷肥運(yùn)籌不科學(xué)、磷在土壤中移動(dòng)距離有限、磷素高效利用的生物學(xué)潛力發(fā)掘不夠是導(dǎo)致磷肥利用率低的重要原因［4］。在棉花苗期將磷肥作為啟動(dòng)肥集中施于根系附近，提高局部磷供應(yīng)濃度，能夠顯著促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，增強(qiáng)磷素吸收［5-6］。同時(shí)，用生理酸性肥料硫酸銨（N 7.5 kg/hm2）和磷肥（P2O535 ～69 kg/hm2）作為種肥，配合棉花花鈴期滴灌追施硫酸銨能夠使棉花增產(chǎn)11.9%～19.4%，磷肥利用率提高9 ～15個(gè)百分點(diǎn)［7］。另外，硫酸銨與硝化抑制劑配合施用還可以顯著提高磷肥和硫酸銨的肥效［8］。

土壤中存在著大量土著解磷微生物，施用糖蜜提高土著微生物活性、培育大的微生物量磷庫是實(shí)現(xiàn)磷肥減量增效的重要技術(shù)途徑。首先，在土壤可溶性有機(jī)碳濃度提高的條件下，微生物可以迅速將施入土壤的磷肥固定在體內(nèi)形成微生物量磷。這部分磷在微生物量磷庫周轉(zhuǎn)過程中又可以被釋放到土壤中成為土壤有效磷的重要來源［9-10］。其次，解磷微生物分泌的磷酸酶能促進(jìn)有機(jī)磷的礦化，其分泌的有機(jī)酸陰離子可以螯合Ca2+、Mg2+，促進(jìn)土壤無機(jī)磷的活化。再次，微生物分泌質(zhì)子以及通過呼吸釋放的CO2，也能降低根際土壤pH 值，從而促進(jìn)難溶性磷酸鹽的溶解［11］。然而，農(nóng)田土壤是一個(gè)缺碳的環(huán)境，絕大多數(shù)微生物處于“碳饑餓”狀態(tài)，處于活性狀態(tài)的土壤微生物只有5%［12-13］。因此，通過添加糖蜜提高微生物代謝活性，強(qiáng)化微生物對(duì)磷的轉(zhuǎn)化與周轉(zhuǎn)，可以降低磷肥施入土壤后有效性的損失，提高磷肥利用效率。

基于上述研究，筆者所在課題組集成了磷肥性質(zhì)-土壤類型匹配技術(shù)、啟動(dòng)磷肥技術(shù)、硫酸銨誘導(dǎo)根際酸化技術(shù)以及糖蜜調(diào)控土著解磷微生物活性技術(shù)，建立了基于添加糖蜜強(qiáng)化土著解磷微生物活性的膜下滴灌棉花磷肥高效利用的技術(shù)規(guī)程，目標(biāo)是充分發(fā)揮土著微生物的解磷功能、提高磷肥效率、減少磷肥用量，為棉花生產(chǎn)中磷肥“減施增效”提供技術(shù)支持。

1 適用范圍

該技術(shù)規(guī)程規(guī)定了滴灌棉田激發(fā)碳提高土壤微生物解磷功能技術(shù)的術(shù)語和定義、激發(fā)碳選擇與施用方法及其配套的田間管理措施，適用范圍為新疆應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)的機(jī)采棉田，其他類似的區(qū)域也可參照本規(guī)程進(jìn)行磷肥的高效管理。

2 規(guī)范性引用文件

下列標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)于該技術(shù)是必不可少的：LY/T 1232—2015《森林土壤磷的測(cè)定》，NY/T 2911—2016《測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)程》，NY/T 3243—2018《棉花膜下滴灌水肥一體化技術(shù)規(guī)程》，DB65/T 3107—2010《棉花膜下滴灌水肥管理技術(shù)規(guī)程》，HG/T 5048—2016《水溶性磷酸一銨》，GB 21634—2008《重過磷酸鈣》，GB 10205—2009《磷酸一銨、磷酸二銨》，GB/T 8321.10—2018《農(nóng)藥合理使用準(zhǔn)則（十）》。

3 術(shù)語和定義

3.1 水肥一體化技術(shù)

指借助有壓滴灌技術(shù)，按照作物需求進(jìn)行水肥供給的一種節(jié)約型灌溉施肥技術(shù)。

3.2 土壤磷素豐缺指標(biāo)

指依據(jù)作物產(chǎn)量和土壤有效磷之間的相關(guān)關(guān)系劃分的磷素肥力等級(jí)。土壤有效磷測(cè)定參照LY/T 1232—2015。土壤磷素豐缺指標(biāo)是磷肥管理的基礎(chǔ)依據(jù)之一。

3.3 施肥制度

指作物播種前和整個(gè)生育期內(nèi)總的施肥次數(shù)、每次施肥的時(shí)間及施用肥料的種類與用量。

3.4 施肥量

指一個(gè)生產(chǎn)周期（包括播種前和棉花整個(gè)生育期）內(nèi)投入的所有磷肥（P2O5）的總量。

3.5 基肥

指棉花播種前結(jié)合秋季、春季翻耕，播前整地等措施耕作施用的肥料。

3.6 啟動(dòng)肥

指棉花播種時(shí)在播種行附近使用的氮肥、磷肥的統(tǒng)稱。啟動(dòng)肥中的磷肥稱為啟動(dòng)磷肥。在石灰性土壤上，啟動(dòng)肥中的氮肥選用硫酸銨可以誘導(dǎo)根際pH值降低，提高磷肥的有效性。

3.7 滴灌追肥

指在棉花生育期內(nèi)，滴灌灌溉的同時(shí)，通過滴灌系統(tǒng)隨水施入肥料的一種施肥方式。

3.8 磷肥與土壤性質(zhì)匹配

磷肥化學(xué)性質(zhì)與土壤化學(xué)性質(zhì)的匹配直接關(guān)系到磷肥的利用效率。酸性土壤上施用堿性磷肥，石灰性土壤上施用酸性磷肥，有利于減少土壤對(duì)磷肥的化學(xué)固定，保持磷肥的有效性。

3.9 根際營(yíng)養(yǎng)調(diào)控

指通過調(diào)控植物根際的化學(xué)、生物學(xué)過程，誘導(dǎo)根際酸化，一方面促進(jìn)土壤難溶性磷活化，另一方面降低磷肥有效性損失，最終促進(jìn)作物對(duì)磷的吸收利用。

3.10 目標(biāo)產(chǎn)量

指根據(jù)區(qū)域農(nóng)戶調(diào)查以及當(dāng)?shù)貙?shí)際生產(chǎn)水平確定的預(yù)期作物產(chǎn)量，是施肥中肥料定量最原始的依據(jù)。

3.11 磷肥恒量監(jiān)控

指綜合考慮土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)、磷素平衡以及磷肥的累積效應(yīng)，結(jié)合長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，確定將土壤速效磷維持在臨界水平的施磷量，據(jù)此進(jìn)行磷肥管理。

4 施肥管理

4.1 基本原則

參照NY/T 2911—2016進(jìn)行棉田土壤肥力狀況和肥效評(píng)價(jià)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際確定目標(biāo)產(chǎn)量并制定施肥制度。棉花的磷肥管理應(yīng)注意施肥技術(shù)與其他栽培措施的聯(lián)合應(yīng)用，應(yīng)尤其重視根際調(diào)控以及微生物解磷潛力的發(fā)掘。

4.2 土壤磷素豐缺指標(biāo)

用有效磷含量表征土壤磷素的豐缺，據(jù)李青軍等［3］研究，土壤磷素豐缺指標(biāo)具體劃分為極低、低、中、高和極高5個(gè)等級(jí)。

4.3 施肥量的確定

按照磷肥恒量監(jiān)控的管理原則確定磷肥的施用量：首先根據(jù)土壤肥力水平和生產(chǎn)實(shí)際制定目標(biāo)產(chǎn)量，確定作物養(yǎng)分吸收量；然后將土壤磷素肥力培育并維持在中等肥力水平，即w（有效磷）約為20 mg/kg；最后充分發(fā)揮根際營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、磷肥性質(zhì)與土壤性質(zhì)匹配、啟動(dòng)磷肥和土著解磷微生物潛力發(fā)掘的作用。皮棉目標(biāo)產(chǎn)量為2.25 t/hm2時(shí)，根據(jù)以上原則制定的磷肥推薦用量如表1所示。

表1 滴灌條件下皮棉目標(biāo)產(chǎn)量為2.25 t/hm2時(shí)不同肥力土壤磷肥推薦施用量

氮肥施用量依據(jù)DB65/T 3107—2010中的推薦量確定，銨態(tài)氮肥和硝化抑制劑一起施用效果更好。在施用硫酸銨時(shí)，可根據(jù)氮肥用量加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%的雙氰胺（也稱二氰二胺，DCD）溶液或者質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP）溶液，可以有效抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。

4.4 肥料要求

石灰性土壤上磷肥以酸性肥料磷酸一銨為宜，在新疆棉區(qū)滴灌磷肥推薦施用符合HG/T 5048—2016 標(biāo)準(zhǔn)要求的水溶性磷酸一銨。氮肥選擇尿素和硫酸銨。滴灌肥要求水溶性好、雜質(zhì)及有害離子少，不能與灌溉水中的雜質(zhì)相互作用沉淀。粒狀、粉狀磷酸一銨（GB 10205—2009）和重過磷酸鈣（GB 21634—2008）可作為基肥或種肥條施。

4.5 糖蜜

選擇甜菜糖蜜或者甘蔗糖蜜作為碳源調(diào)控土著解磷微生物的活性，要求糖蜜w（總糖）40% ～100%，w（蔗糖）＞30%，w（還原性糖）＞13%。將糖蜜加入施肥罐中隨水滴施，糖蜜用量（按碳的質(zhì)量計(jì)）為120 kg/hm2。

4.6 施肥制度

新疆膜下滴灌棉田有2 種施肥方式。一種是“基肥+滴灌追肥”模式，另一種為“種肥+滴灌追肥”模式。2種施肥模式下具體的施肥時(shí)間、肥料類型和肥料施用量分別見表2、表3。

表2 膜下滴灌棉花“基肥+滴灌追肥”模式全生育期硫酸銨、磷肥和糖蜜施用量 kg/hm2

表3 膜下滴灌棉花“種肥+滴灌追肥”模式全生育期硫酸銨、磷肥和糖蜜施用量 kg/hm2

基肥：結(jié)合秋季或春季翻耕，在極低、低和中等肥力水平土壤上，基肥的施用量分別為P2O583 、72、50 kg/hm2，高肥力和極高肥力水平的土壤上不施基肥。

啟動(dòng)肥：播種后出苗水滴施硫酸銨（N）8.5 kg/hm2進(jìn)行根際調(diào)控。隨出苗水滴施磷肥（P2O5）60 kg/hm2作為啟動(dòng)磷肥。在土壤磷素肥力極高的土壤上不施磷肥，啟動(dòng)肥僅施用硫酸銨。

具有種肥同播條件的地區(qū)，播種時(shí)在播種行種子側(cè)下方條施硫酸銨（N 8.5 kg/hm2）和磷肥（P2O560 kg/hm2）作為種肥。條施的磷肥可以選用粒狀或粉狀磷酸一銨或者重過磷酸鈣。

蕾期追施磷肥：在沒有基施磷肥的施肥制度中，需要在棉花蕾期分2 次（6 月上旬和6 月下旬）滴灌追施磷肥。高肥力和極高肥力土壤不追施磷肥，在極低、低和中等肥力的土壤上分別滴灌追施P2O583、72、50 kg/hm2。

糖蜜調(diào)控解磷微生物活性：在各肥力水平下，棉花蕾期和花期分2 次施糖蜜（按碳的質(zhì)量計(jì)）120 kg/hm2，用于增強(qiáng)土著解磷微生物活性。

硫酸銨根際調(diào)控：在各肥力水平上，花鈴期和盛鈴期不再施磷肥，分兩次滴施硫酸銨（每次施N 30 kg/hm2）補(bǔ)充氮素并調(diào)節(jié)根際酸度。

4.7 鉀肥和中微量元素肥料

鉀肥和中微量元素肥料施用參照DB65/T 3107—2010。

5 配套栽培管理措施

5.1 整地

適時(shí)秋翻春耕，開春后及時(shí)進(jìn)行播前整地，要達(dá)到“墑、平、松、碎、齊、凈”。

5.2 播種、滴灌管道鋪設(shè)

北疆棉區(qū)4月8日至20日為最佳播種時(shí)期，在生產(chǎn)中可根據(jù)土壤溫度及天氣狀況適當(dāng)調(diào)整。采用常規(guī)的機(jī)采棉種植模式，一膜六行三根滴灌帶，“干播濕出”，棉花播種后及時(shí)鋪設(shè)管道，連接滴灌管。管道鋪設(shè)的具體操作參照NY/T 3243—2018。

5.3 出苗水與啟動(dòng)肥

管道鋪設(shè)完畢后及時(shí)試水，待滴灌管道正常運(yùn)行后開始滴出苗水，隨水滴灌施入作為啟動(dòng)肥的硫酸銨和磷肥。

5.4 滴水灌溉

灌溉管理參照DB65/T 3107—2010，棉花生育期內(nèi)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整灌溉次數(shù)、日期和灌溉量。

5.5 田間管理

棉花生育期內(nèi)依據(jù)長(zhǎng)勢(shì)與氣溫、水肥供應(yīng)狀況進(jìn)行全程化學(xué)調(diào)控，以水控為主、化學(xué)調(diào)控為輔，注意水肥耦合對(duì)棉花生長(zhǎng)的調(diào)控。6 月底開始打頂，7 月上旬結(jié)束。根據(jù)GB/T 8321.10—2018 采用“防病控蟲”的綜合管理措施進(jìn)行病蟲害防治。

5.6 適時(shí)催熟、采收

棉花吐絮率達(dá)到30%～40%時(shí)，選擇最低溫度大于12 ℃、平均氣溫達(dá)到18 ～20 ℃時(shí)進(jìn)行脫葉催熟。棉鈴?fù)滦趼省?5%，脫葉率≥90%時(shí)即可進(jìn)行機(jī)械采收。