一次性減量施用緩控釋肥對機(jī)采棉養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響

陳 敏，鄭曙峰，徐道青，劉小玲，王 維，李淑英，闞畫春

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，合肥230031）

0 引言

世界農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨著既要增加作物產(chǎn)量，又要減小對環(huán)境影響的巨大挑戰(zhàn)?；适亲魑锷a(chǎn)的基礎(chǔ)，對作物產(chǎn)量起到重要保障作用，研究表明，化肥對世界糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率為40%～60%(FAO)。大量研究也表明，施用化肥可以提高糧食單產(chǎn)40%～50%以上[1]，糧食總產(chǎn)量中有1/3是施用化肥的貢獻(xiàn)[2]。然而，近年來，由于不合理施用化肥導(dǎo)致肥料效率降低，進(jìn)而引起了溫室氣體排放[3]、大氣氮沉降增加[4]、土壤酸化[5]和水體富營養(yǎng)化[6]等一系列環(huán)境問題[7-8]。

棉花是國內(nèi)主要的經(jīng)濟(jì)作物，也是重要的戰(zhàn)略物資。據(jù)2019年國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，國內(nèi)棉花種植面積達(dá)到335.2萬hm2，產(chǎn)量達(dá)到了世界總量的25%。長江中下游棉區(qū)是國內(nèi)重要的三大優(yōu)質(zhì)棉區(qū)之一。然而由于棉花生產(chǎn)費工費時，相較于其他經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)成本較高，獲得經(jīng)濟(jì)效益較低，近年來全國植棉面積大幅縮減[9-11]。為更好地獲得植棉經(jīng)濟(jì)效益，需要通過合理的施肥措施獲取最大的肥料效應(yīng)，減少棉花種植成本。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范（試行）修訂稿》中明確提出了“3414”肥效試驗方案，“3414”方案能夠快捷準(zhǔn)確地給出作物所需的肥料最佳配比和用量，也能夠給出最優(yōu)產(chǎn)量[12-15]，因此被廣泛應(yīng)用于棉花肥效研究中。李飛等[16]在洞庭湖棉區(qū)開展了“3414”肥效試驗，通過研究制定了當(dāng)?shù)孛迏^(qū)最適宜的氮磷鉀配比和用量。同時也進(jìn)一步將試驗結(jié)果應(yīng)用到新選育出的抗蟲雜交棉品種上，獲得了較好的試驗結(jié)果。周少芳等[17]在貴池棉區(qū)通過“3414”肥效試驗方案確定了適宜當(dāng)?shù)孛藁ㄉa(chǎn)的最佳氮磷鉀施用比例。在植棉過程中，依然存在著盲目過量施用肥料的現(xiàn)象，養(yǎng)分元素間配比不合理，氮肥施用過多，磷、鉀肥相對較少，會導(dǎo)致棉花產(chǎn)量以及棉纖維品質(zhì)降低，甚至加重環(huán)境污染問題。需要根據(jù)棉花生長的需肥規(guī)律，探究科學(xué)精準(zhǔn)施肥，推廣應(yīng)用合理的施肥方式。本研究應(yīng)用“3414”試驗方案，通過田間試驗，研究適于當(dāng)?shù)貦C(jī)采棉的最佳肥料配比和施肥方式，旨在為當(dāng)?shù)孛藁ㄉa(chǎn)、養(yǎng)分高效利用和環(huán)境友好提供科學(xué)施肥依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018—2019年在安徽省安慶市望江縣中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所長江生態(tài)試驗站進(jìn)行。試驗地土壤有機(jī)質(zhì)含量為24.6 g/kg，全氮含量為1.81 g/kg，有效磷含量為26.7 mg/kg，速效鉀含量為83 mg/kg，有效硼含量為0.75 mg/kg，有效鋅含量為1.5 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗棉花品種為‘中915’，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。供試氮肥為合肥工業(yè)大學(xué)和安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所合作研制的緩控釋包膜尿素(43% N)，磷、鉀肥為市場購買的過磷酸鈣(12% P2O5)、氯化鉀(60% K2O)。

1.3 試驗設(shè)計與管理

根據(jù)“3414”肥效試驗方案，本試驗處理設(shè)置為4個施氮水平、4個施磷水平、4個施鉀水平，共計14個處理（表1）。種植密度為90000株/hm2，按機(jī)采棉模式種植。4個施肥水平分別為0水平（不施肥）、2水平（當(dāng)?shù)赝扑]施肥量）、1水平（2水平施肥量的1/2）、3水平（2水平施肥量的1.5倍）。試驗以N0P0K0為對照，設(shè)3次重復(fù)，按隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)行長10 m，行距76 cm，8行區(qū)（一廂2行）。于5月中旬采用直播。試驗2水平的氮、磷、鉀推薦施肥量分別為N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 120 kg/hm2。氮肥、磷肥、鉀肥一次性基施。

表1 不同處理肥料施用量 kg/hm2

1.4 調(diào)查指標(biāo)及數(shù)據(jù)處理

于9月中旬棉花進(jìn)行化學(xué)打頂后，取樣調(diào)查葉片SPAD、株高、單株成鈴數(shù)和果枝數(shù)。在棉花吐絮成熟期，正常棉花打頂后，9月15日調(diào)查單株成鈴、株高和果枝數(shù)等，于10月20日前吐絮成熟期每小區(qū)收獲正常吐絮鈴30～50個，樣品送至安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，用于測定單鈴重、衣分、棉纖維品質(zhì)。同時取棉株樣進(jìn)行分解，測定氮磷鉀養(yǎng)分含量。按每小區(qū)實收產(chǎn)量（去除邊行）考察產(chǎn)量。試驗數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2016和SPSS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對棉花功能葉葉片SAPD值的影響

圖1為棉花盛鈴期不同施肥處理主莖倒四葉葉片SAPD值。13個施肥處理SAPD值均高于不施肥處理(CK)，差異達(dá)到顯著水平。各施肥處理間SAPD值以處理N2P2K1最大，值為54.56，較對照增加了16.9%；N2P2K2次之，為54.18，較對照增加了16.0%。SPAD值同氮肥施用量有一定關(guān)系，總的來看，隨著施氮量的增加，SPAD呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，由此可見，并不是施氮量越高SPAD值越高。氮素施用量在中等水平(150 kg/hm2)較為適宜，可以獲得較大的SPAD值，促進(jìn)棉花的光合吸收。

圖1 不同施肥處理對棉花葉片SPAD值的影響

2.2 不同施肥處理對棉花纖維品質(zhì)的影響

比較不同肥料用量下的棉花各纖維品質(zhì)指數(shù)（表2）可以看出，纖維長度表現(xiàn)為各施肥處理除N0P2K2處理均高于不施肥處理，以處理N2P1K2纖維長度最長，較對照增加了4.89%，差異顯著，N2P0K2、N2P2K2次之。觀察整齊度指數(shù)可知，施肥處理均高于不施肥處理，各處理間差異不顯著。斷裂比強(qiáng)度除N0P2K2，介于30.03～33.13 cN/tex，各施肥處理均高于對照，以N2P0K2處理最大，較對照提高了10.1%，差異顯著；處理N2P2K2次之，較對照提高了5.2%。馬克隆值各處理間差異均不顯著。纖維伸長率集中在7.07%～7.30%，各施肥處理均高于對照，除處理N2P2K1、N1P2K1均達(dá)到顯著水平，以處理N2P2K2、N2P1K2伸長率最大。

表2 不同施肥處理對棉花纖維品質(zhì)的影響

2.3 不同施肥處理對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，13個施肥處理單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重等值均高于不施肥CK。單鈴重除處理N0P2K2，均達(dá)到顯著水平；單鈴重最大的是處理N3P2K2，較對照增加了22%；其次為N2P2K2，比對照增加了20%；單鈴重施氮量3水平＞2水平＞1水平。單株結(jié)鈴數(shù)以N2P2K2處理最大，N2P2K3次之，高施氮量大于低施氮量。棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素衣分受施肥的影響較小，各處理間差異不顯著。不同施肥方案對棉花品種‘中915’皮棉產(chǎn)量影響較大，各施肥處理的皮棉產(chǎn)量為834.83～1443.35 kg/hm2，較對照均有增產(chǎn)，增加幅度為37.9%～138.4%，處理N2P2K2的皮棉產(chǎn)量最高，為1443.35 kg/hm2，比對照顯著增加了138.4%。綜上所述，N2P2K2處理的產(chǎn)量性狀表現(xiàn)最好，分析得出合理的肥料用量有利于提高棉花產(chǎn)量。當(dāng)?shù)租浘?施肥水平條件下，‘中915’的皮棉產(chǎn)量最高；相同條件下，其中某一養(yǎng)分施用量降低或提高時，均不利于產(chǎn)量升高，可見施肥過量或不足均不利于‘中915’的增產(chǎn)。

表3 不同施肥處理對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.4 不同施肥處理對單株棉花氮素累積量的影響

不同施肥處理對棉花植株氮累積量影響顯著（圖2），13個施肥處理棉花單株氮累積量除N0P2K2均顯著高于對照，較對照增加37.2%～79.4%，N2P2K2處理氮累積量最高，為 3.30 g/株，顯著高于除 N2P3K2、N3P2K2、N2P2K3外的其他各施肥處理?？梢钥闯?，適當(dāng)?shù)氖┑坑欣诿拗甑氐奈绽鄯e，并隨施氮量的增加先增后減。N2P2K2處理的施氮量是根據(jù)當(dāng)?shù)孛尢锏貙崪y數(shù)值推薦的，更為合理。氮素過量施用并不能持續(xù)增加棉株體內(nèi)氮素的吸收累積，相反可能會造成無效結(jié)鈴增多，進(jìn)而造成氮素?fù)p失。由此可見，合理的氮肥運籌有利用棉株對氮素吸收和累積。

圖2 不同施肥處理對單株棉花氮累積量的影響

2.5 不同施肥處理對單株棉花磷素累積量的影響

不同施肥處理對棉花磷累積量影響如圖3所示。單株棉花磷累積量集中在0.56～0.86 g/株，各施肥處理棉花單株磷累積量顯著高于對照，較對照增加8.1%～53.5%，N1P1K2處理的單株棉花磷累積量最大，為0.86 g/株，顯著高于其他施肥處理，N2P2K2處理次之。不同施肥處理間單株棉花磷累積量差異較大，無明顯趨勢規(guī)律，可能因為磷吸收受到其他養(yǎng)分協(xié)同吸收等因素影響較大。處理N1P1K2和N2P2K2肥料配比對于棉株體內(nèi)磷素累積較為有利。

圖3 不同施肥處理對單株棉花磷累積量的影響

2.6 不同施肥處理對單株棉花鉀素累積量的影響

比較不同施肥處理可知，13個施肥處理單株棉花鉀累積量均顯著高于對照（圖4），為2.76～4.19 g/株，高出對照29.9%～97.0%。單株棉花鉀累積量以處理N2P2K3最大，為 4.19 g/株，N2P3K2、N2P2K2鉀累積量次之，均顯著高于其他施肥處理。不同鉀素施肥處理間單株棉花鉀累積量大致表現(xiàn)為高施鉀量大于低施鉀量，從圖可以看出，鉀的吸收累積與氮素有一定關(guān)系，這是因為鉀有利于氮素代謝和蛋白質(zhì)的合成，因此在植株氮素吸收量大的情況下，鉀的吸收也會隨之增加[24]。綜合來看，處理 N2P2K3、N2P3K2和 N2P2K2處理有利于棉花對鉀的吸收累積，說明這些施肥處理平衡了氮、磷、鉀養(yǎng)分，更好地促進(jìn)了棉花對鉀素的吸收利用。

圖4 不同施肥處理對單株棉花鉀累積量的影響

2.7 肥料效應(yīng)與施肥量分析

在數(shù)據(jù)分析軟件中，用一元二次方程對單因素氮、磷、鉀不同施用量和產(chǎn)量進(jìn)行方程擬合，進(jìn)而分析肥料效應(yīng)，擬合得到了下列肥料效應(yīng)回歸方程。氮肥施用量與產(chǎn)量之間擬合結(jié)果是y=-0.0339x2+14.552x+1906(R2=0.9247)，相關(guān)系數(shù)較高，差異顯著，由圖5可知，隨著氮肥施用量的增加，產(chǎn)量會呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，適合本田塊最優(yōu)的施氮量在2水平(150 kg/hm2)，過量的氮肥反而不利于產(chǎn)量的形成。磷肥施用量與產(chǎn)量之間的關(guān)系是y=-0.1403x2+18.38x+2850.9(R2=0.8654)（圖6），隨著磷肥用量的增加呈現(xiàn)先增后減小的趨勢，施磷量過大時下降趨勢較大，在磷中等水平(75 kg/hm2)得到最大產(chǎn)量，最適宜本棉田土壤養(yǎng)分條件。鉀肥施用量與產(chǎn)量之間擬合的方程為y=-0.0399x2+10.109x+2757.3(R2=0.8012)（圖7），變化趨勢同氮肥、磷肥，當(dāng)鉀施用水平為120 kg/hm2達(dá)到最大產(chǎn)量。分析肥料效應(yīng)可知，氮、磷、鉀3種營養(yǎng)元素不同施肥量會對‘中915’籽棉產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，均在中等2水平條件下達(dá)到產(chǎn)量的峰值。

圖5 氮肥施用量與產(chǎn)量之間的關(guān)系

圖6 磷肥施用量與產(chǎn)量之間的關(guān)系

圖7 鉀肥施用量與產(chǎn)量之間的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

氮磷鉀養(yǎng)分對于作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成至關(guān)重要[18-20]，同時也會影響肥料利用率。通過以往的肥效試驗相關(guān)研究可知，氮磷鉀肥配合施用能夠促進(jìn)棉花植株生長發(fā)育，并獲得較好的產(chǎn)量構(gòu)成、與產(chǎn)量建立良好的群體結(jié)構(gòu)[21-22]，本試驗得到的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步佐證合理的氮磷鉀肥料用量配比能夠促進(jìn)棉花植株對相應(yīng)氮、磷、鉀3種營養(yǎng)元素的吸收累積。不同的施肥處理條件下，單株棉花對氮磷鉀的吸收累積量13個施肥處理均高于不施肥處理。綜合3種養(yǎng)分的累積吸收數(shù)據(jù)得出，單株棉花植株對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收表現(xiàn)為氮吸收最大，鉀、磷次之，在氮磷鉀中等用量水平下，養(yǎng)分吸收最優(yōu)。說明合理的肥料配比和運籌利于養(yǎng)分吸收。過量的氮素施用會造成棉株的營養(yǎng)生長過剩，棉株徒長，群體過大不利于氮素的高效利用[23-24]。從產(chǎn)量構(gòu)成因子單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分結(jié)果可以看出，與對照不施肥相比，13個施肥處理均有所提高，幾乎均在中等施肥水平N2P2K2處理達(dá)到最大值。過低和過高的施肥量都不利于棉花的產(chǎn)量構(gòu)成，無法獲得較好的棉花株型生長；棉花品種‘中915’產(chǎn)量對照顯著低于各施肥處理，并且在一定施肥水平下，隨著肥料用量的增加而增加，超過一定養(yǎng)分用量水平即氮磷鉀2水平，呈現(xiàn)下降趨勢，由此可見，過量施肥不利于棉花產(chǎn)量提高，反而造成肥料損失浪費，污染環(huán)境。晁召飛等[25]也獲得了相同的研究結(jié)論。在望江棉區(qū)種植‘中915’時，氮肥最佳用量150 kg/hm2，磷肥最佳用量75 kg/hm2，鉀肥最佳用量120 kg/hm2。

作物的正常生長發(fā)育需要適宜的肥料配比與運籌，只有在合理的用量下，才能夠使作物獲得更好的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量。在棉花生產(chǎn)上，過量的投入肥料以獲得高產(chǎn)，造成了肥料浪費，肥料利用率低下，所以現(xiàn)階段，最緊急的是減肥增效，要根據(jù)田塊具體的養(yǎng)分含量，給出合理的肥料配比用量和施肥方案，加強(qiáng)田間的各項管理措施。筆者結(jié)合當(dāng)?shù)孛尢锏酿B(yǎng)分含量、棉田土壤類型和適宜棉花品種‘中915’，制定的3414肥效試驗方案有利于當(dāng)?shù)孛藁ǖ脑霎a(chǎn)和品質(zhì)提高。然而，作物的生長受到多種因素的綜合影響，不同的植棉區(qū)域、氣候土壤因素、棉花品種和施肥措施都會影響作物的養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量形成和肥料利用率，所以在研究上還需要進(jìn)一步加深，以實現(xiàn)棉花真正的減肥增效。