不同施氮量對(duì)滴灌棉田氮素利用率的影響

杜夢(mèng)旗盧銳張哲李鵬輝金秀勤羅新寧

(1.塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830001)

新疆作為我國三大棉花產(chǎn)地之一，是我國最大的棉花產(chǎn)區(qū)，2020年新疆棉花產(chǎn)量已經(jīng)占到全國棉花產(chǎn)量的87%[1]。在棉花生產(chǎn)過程中過量和不合理的肥料施用會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡并且提高氮素淋溶的風(fēng)險(xiǎn)[2]，因此在保證棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前提下，如何在生育期適時(shí)適量施用氮肥來提高氮素利用效率、減少氮素?fù)p失[3-6]、降低氮肥對(duì)土壤硝態(tài)氮積累的負(fù)面效應(yīng)[7]顯得尤為重要。氮素在棉花生產(chǎn)過程中扮演著重要的角色，因栽培品種、氣候條件及土壤肥力不同，不同棉區(qū)棉花的適宜施氮量差異較大[8]。本試驗(yàn)在磷鉀肥施用量一致的基礎(chǔ)上，研究不同施氮量對(duì)棉花產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量及氮肥利用率的影響，分析適宜的氮肥用量，為棉花生產(chǎn)的氮肥減施及制定高產(chǎn)高效的養(yǎng)分管理策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

該試驗(yàn)于2020年在塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站(N40°33′,E81°18′)進(jìn)行，是典型極端干旱荒漠區(qū)，光照資源較為豐富，常年平均日照達(dá)到3031.2h，日平均氣溫10.7℃，年均降水量45.7mm，年均蒸發(fā)量2864.8mm。試驗(yàn)地田間持水量23.80%，有機(jī)質(zhì)含量14.55g·kg-1、堿解氮100.17mg·kg-1、速效磷223.82mg·kg-1、速效鉀22.6mg·kg-1，pH值7.93。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)供試棉花品種為“新陸中38”。采用1膜6行、(66+10+66+10)cm的機(jī)采棉種植模式，株距10cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)排列設(shè)計(jì)，試驗(yàn)涉及6個(gè)不同施氮水平，N1(不施氮肥)、N2(238kg·hm-2)、N3(317kg·hm-2)、N4(395kg·hm-2)、N5(476kg·hm-2)、N6(634kg·hm-2)。各處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為33.33m2。以當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)習(xí)慣施肥量設(shè)為100%推薦施肥量即純N 417kg·hm-2，各處理P、K肥均作為基肥施入，生育期內(nèi)不再追施，其中P、K肥施入量為P2O5186kg·hm-2，K2O 65kg·hm-2，將各處理生育期內(nèi)總施氮量的40%作為基肥施入，60%作為追肥在生育期內(nèi)進(jìn)行追施，P肥和K肥混勻后于播前撒施翻入土壤。各處理生育期總灌水量均為4800m3·hm-2，根據(jù)水表控制灌溉量，肥料隨水滴施，見表2。從6月中旬蕾期開始灌溉，其它管理技術(shù)與當(dāng)?shù)叵嗤?/p>

表1 灌水制度設(shè)計(jì)

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 棉株取樣方法及含氮量的測(cè)定

在棉花不同生育時(shí)期各小區(qū)分別選取3株有代表性的棉株，按不同器官分別裝入牛皮紙袋放入分烘箱內(nèi)，在105℃殺青30min，75℃烘干至恒重，冷卻至室溫后稱重并粉碎樣品，用凱氏定氮法測(cè)定植株全N含量，計(jì)算單株棉花氮素累積量。

1.4.2 棉花產(chǎn)量的測(cè)定

在棉花吐絮期各小區(qū)分3次取棉株上、中、下部位各50朵，測(cè)定單鈴重，調(diào)查小區(qū)總鈴數(shù)、總株數(shù)，計(jì)算單株鈴數(shù)和公頃收獲株數(shù)。

公頃籽棉產(chǎn)量=公頃收獲株數(shù)×單株鈴數(shù)×單鈴重×0.85[6]

1.5 氮素養(yǎng)分吸收積累量的計(jì)算公式

棉花生育期氮素累積量=營養(yǎng)器官干重×氮含量+生殖器官干重×氮含量[6]

1.6 氮肥利用率的計(jì)算公式

氮肥表觀利用率(NRE，%)=(施氮區(qū)作物吸氮量-不施氮區(qū)作物吸氮量)/施氮量×100[9]

氮肥農(nóng)學(xué)效率[a NUE，kg/(kgN)]=(施氮區(qū)籽棉產(chǎn)量-無氮區(qū)籽棉產(chǎn)量)/施氮量[9]

氮素生理利用率[p NUE，kg/(kgN)]=(施氮區(qū)籽棉產(chǎn)量-無氮區(qū)籽棉產(chǎn)量)/(施氮區(qū)氮素累積量-不施氮區(qū)氮素累積量)[10]

氮素內(nèi)部利用率[i NUE,kg/(kgN)]=皮棉產(chǎn)量/氮素累積量[11]

1.7 數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel整理，用SPASS 19.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平下棉花皮棉產(chǎn)量

如表2所示，棉花皮棉產(chǎn)量隨著施氮量的增加，呈先增加后減小趨勢(shì)。其中，N2、N3皮棉產(chǎn)量差異未達(dá)到顯著水平，但顯著高于N1、N5、N6處理，y與x呈顯著的二次曲線變化關(guān)系y=-0.0075x2+5.4174x+1964.1，R2= 0.9663(y為棉花皮棉產(chǎn)量；x為施氮量)，對(duì)效應(yīng)方程求導(dǎo)得到，當(dāng)皮棉產(chǎn)量達(dá)最高2942.37kg·hm-2時(shí)，施氮量為361.2kg·hm-2，此時(shí)施氮量處于N2和N3之間。各處理相較于N1分別增產(chǎn)50.9%、53.2%、50.2%、41.4%、26.5%。

表2 不同施氮水平棉花皮棉產(chǎn)量的差異

2.2 不同施氮水平下棉花氮素累積量

如表3所示，各處理棉花的氮素累積量均高于N1，并且隨著施氮量的增加，棉花氮素累積量也隨之增加。N2～N6分別比N1高54.2%、65.4%、72.5%、74.9%、80.9%。y與x呈顯著的線性變化關(guān)系y=27.851x+227.58，R2= 0.7199(y為棉花氮素累積量；x為施氮量)。

表3 不同施氮水平棉花氮素累積量的差異

2.3 不同施氮水平下棉花氮素內(nèi)部利用率

如表4所示，隨著氮肥量的增加，棉花氮素內(nèi)部利用率(i NUE)由9.40kg·kg-1下降至6.57kg·kg-1。其線性方程為：y=-0.5561x+10.219，R2= 0.9543。N2與N1、N3的i NUE差異達(dá)到顯著水平，并顯著高于N4、N5、N6處理。

表4 不同施氮水平棉花氮素內(nèi)部利用率的差異

2.4 不同施氮水平下棉花氮肥表觀利用率

如表5所示，隨施氮量的增加氮肥表觀利用率呈逐漸降低的趨勢(shì)，其對(duì)施氮量的響應(yīng)用二次曲線進(jìn)行擬合y=-0.2857x2- 3.4857x+50.6，R2= 0.9983。N2顯著高于N5、N6；N4與N2、N3、N5差異均不顯著且顯著高于N6。

表5 不同施氮水平棉花氮肥表觀利用率的差異

2.5 不同施氮水平下棉花氮肥農(nóng)學(xué)效率

如表6所示，隨施氮量的增加氮肥農(nóng)學(xué)效率呈逐漸降低的趨勢(shì)，由N2的4.13kg·kg-1降低至N6的0.81kg·kg-1。棉花氮肥農(nóng)學(xué)效率對(duì)施氮量的響應(yīng)符合線性方程y= 0.0032x2- 0.8408x+4.9522，R2= 0.9994。

表6 不同施氮水平棉花氮肥農(nóng)學(xué)效率的差異

2.6 不同施氮水平下棉花氮肥生理利用率

如表7所示，隨著施氮量的增加，棉花氮肥生理利用率呈逐漸降低的趨勢(shì)，由N2處理的23.34降至N6處理的7.48。棉花p NUE對(duì)施氮量的響應(yīng)符合線性方程：y=-3.717x+26.863，R2=0.9743，N2、N3差異不顯著，且顯著高于N4、N5、N6；N4、N5差異未達(dá)到顯著水平，顯著低于N2、N3處理，且顯著高于N6。

表7 不同施氮水平棉花氮肥生理利用率的差異

3 結(jié)論與討論

通過本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨施氮量的增加，棉花皮棉產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，因此將施氮量控制在最佳施肥量區(qū)間內(nèi)，對(duì)棉花高產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。處于100%推薦施肥量和125%推薦施肥量之間，棉花對(duì)氮素累積量隨施氮量的增加而顯著增加，棉花i NUE、NRE、a NUE、p NUE均隨施氮量的增加呈顯著降低趨勢(shì)。最高產(chǎn)量施氮量為361.2kg·hm-2時(shí)最高皮棉產(chǎn)量為2942.37kg·hm-2。

最佳施氮量應(yīng)根據(jù)不同棉區(qū)的土壤肥力狀況進(jìn)行調(diào)整，在土壤肥力較低的棉田應(yīng)適當(dāng)增加氮肥的施入量以保證棉花高產(chǎn)，反之亦然。通過棉花對(duì)氮肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)效率、生理利用率、內(nèi)部利用率確定合適的施氮量，不僅可以降低生產(chǎn)成本，對(duì)降低氮素淋溶損失也起到積極的作用。