化肥減施和秸稈還田對(duì)土壤肥力、棉花養(yǎng)分吸收利用及產(chǎn)量的影響

盧合全，唐薇，張冬梅，羅振，孔祥強(qiáng)，李振懷，徐士振，代建龍，李維江，辛承松

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，濟(jì)南 250100）

合理減量施肥是提高肥料利用率、 實(shí)現(xiàn)作物生產(chǎn)節(jié)本增效和緩減農(nóng)業(yè)面源污染的重要技術(shù)途徑[1-4]，秸稈還田則是培肥地力的有效農(nóng)藝措施[5-9]。 明確化肥減施配合秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分變化、肥料吸收利用及產(chǎn)量的影響，對(duì)實(shí)現(xiàn)黃河流域棉區(qū)棉花節(jié)本增效綠色生產(chǎn)具有重要意義。

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的快速發(fā)展，棉花秸稈粉碎還田已變得簡(jiǎn)便易行[10-11]。 研究表明，棉花秸稈中含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀和多種微量元素，秸稈還田是改善棉田土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力的有效措施[12-15]。 王雙磊等[12]和劉艷慧等[13]發(fā)現(xiàn)，棉花秸稈還田提高了0～20 cm 土層中土壤有機(jī)碳、 堿解氮和速效鉀含量。 馬芳霞等[14]和劉軍等[8]認(rèn)為，秸稈還田能夠提高長(zhǎng)期連作棉田耕層土壤全氮、有機(jī)氮各組分含量和土壤腐殖質(zhì)組分含量。 郭成藏等[6]開展了棉花長(zhǎng)期連作定點(diǎn)微區(qū)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)秸稈還田可以顯著提高長(zhǎng)期連作棉田不同土層土壤微生物量及碳、氮、磷含量；也有研究表明，棉花秸稈還田不僅可以提高鹽堿地0～40 cm 土層的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，還能顯著降低鹽堿地土壤含鹽量[15]，具有提高棉花光合能力，增加籽棉產(chǎn)量的效應(yīng)[16]。近年來，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者開展了還田秸稈養(yǎng)分替代部分速效化肥的研究。 黃容等[17]研究表明， 秸稈全量覆蓋與常規(guī)化肥減量20%～30%配合施用較常規(guī)化肥處理顯著提高了水稻和兒菜的產(chǎn)量。吳玉紅等[18]研究發(fā)現(xiàn)，水稻秸稈還田與化肥常規(guī)用量減少15%配施的小麥產(chǎn)量比秸稈不還田的化肥常規(guī)用量處理增產(chǎn)3.0%，而水稻秸稈還田與化肥常規(guī)用量減少30%配施則導(dǎo)致小麥產(chǎn)量顯著降低。 Lü 等[19]研究表明，秸稈還田與常規(guī)化肥氮減量32%配施的玉米產(chǎn)量和傳統(tǒng)常規(guī)施肥處理相當(dāng)。 田雁飛[20]以雙季稻為研究對(duì)象， 發(fā)現(xiàn)秸稈還田條件下化肥減氮10%、 減磷10%、減鉀14%對(duì)水稻產(chǎn)量不會(huì)產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響。李繼福等[21]指出，短期秸稈還田的鉀可部分替代高鉀和中鉀肥力稻田的化學(xué)鉀肥。 上述研究表明，秸稈還田配合化肥合理減量技術(shù)可節(jié)約資源，維持土壤生產(chǎn)力，減少環(huán)境污染，增加經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和環(huán)保的雙贏。但目前有關(guān)棉花秸稈還田的研究[6,8,12-16]主要集中在秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分[7-8,12-15]、土壤微生物量[6,13]、棉花生長(zhǎng)特性和產(chǎn)量[16]的影響等方面，也對(duì)棉田化肥減施結(jié)合增施有機(jī)肥[22]開展了相關(guān)研究，而關(guān)于連作棉田化肥減量施用配合棉花秸稈還田的研究少見報(bào)道，尚未揭示還田秸稈替代部分化肥對(duì)棉田土壤養(yǎng)分變化、棉花養(yǎng)分吸收利用及產(chǎn)量的效應(yīng)。 因此安排大田定位施肥試驗(yàn)，深入研究化肥精準(zhǔn)減施和秸稈連續(xù)還田對(duì)棉田土壤肥力、棉花養(yǎng)分吸收利用、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響，為黃河流域棉區(qū)合理減施化肥、棉花生產(chǎn)節(jié)本增效、減少環(huán)境污染提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)地條件

供試棉花品種為山東省主推陸地棉品種K836[23]，為中早熟轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉。

試驗(yàn)于2016―2018 年在山東棉花研究中心臨清試驗(yàn)站（115°72′E，36°68′N）棉花連作定位試驗(yàn)田進(jìn)行。 小區(qū)定位施肥處理前試驗(yàn)田為連作多年的一熟棉田，沙壤土，中等偏上地力，具有良好的灌溉排水條件。 試驗(yàn)前（2015 年11月） 采用5 點(diǎn)法取0～20 cm 土層土樣測(cè)定土壤主要養(yǎng)分含量：堿解氮43.39 mg·kg－1、有效磷28.53 mg·kg－1、 速效鉀120.30 mg·kg－1、有機(jī)質(zhì)11.22 g·kg－1。

1.2 試驗(yàn)處理及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。 設(shè)置化肥常規(guī)用量（NPK）：N 254.96 kg·hm―2、P2O597.35 kg·hm―2、K2O 135.00 kg·hm―2；秸稈還田（S）：秸稈還田3 000 kg·hm―2， 不施化肥； 化肥常規(guī)用量加秸稈還田（NPKS）：化肥用量同NPK，秸稈還田3 000 kg·hm―2；化肥減施25%加秸稈還田（0.75NPKS）：化肥用量為NPK 處理的75%，即N 191.22 kg·hm―2、P2O573.01 kg·hm―2、K2O 101.25 kg·hm―2，秸稈還田3 000 kg·hm―2；緩控釋肥常規(guī)用量加秸稈還田（CRFS）：N 229.48 kg·hm―2、P2O587.78 kg·hm―2、K2O 121.50 kg·hm―2，秸稈還田3 000 kg·hm―2；緩控釋肥常規(guī)用量減施25%加秸稈還田（0.75CRFS）：N 172.11 kg·hm―2、P2O565.84 kg·hm―2、K2O 91.12 kg·hm―2，秸稈還田3 000 kg·hm―2；共6 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)。 其中，所用緩控釋肥的控釋氮釋放期為90 d。 復(fù)合肥和緩控釋肥以及部分單一化肥作基肥在播種時(shí)施用，部分單一化肥作追肥于見花時(shí)施用，具體見表1。秸稈還田是每年棉花收獲后， 于11 月下旬將各小區(qū)的棉花秸稈人工拔除，粉碎，入冬前翻入耕層內(nèi)，耕深20～25 cm。 每年還田秸稈干物質(zhì)質(zhì)量為3 000 kg·hm―2，3 年平均還田秸稈N、P、K 含量分別為30.55 kg·hm―2、11.99 kg·hm―2和73.00 kg·hm―2。

表1 試驗(yàn)處理及其施肥方式Table 1 Experiment treatments and methods of fertilizer application

連續(xù)3 年皆于3 月下旬灌水造墑。 播前精選棉種，保證發(fā)芽率93%以上，分別于2016 年4 月28 日、2017 年4 月25 日和2018 年4 月28 日人工穴播，每穴3 粒，播種后用厚0.008 mm 的地膜覆蓋。 6 行區(qū)等行距種植，行距76 cm，株距22 cm，行長(zhǎng)10 m，小區(qū)面積為45.6 m2，留苗密度6.0 萬株·hm－2。 試驗(yàn)前每個(gè)小區(qū)四周開挖深度為1.5 m的窄溝，在地面以下用塑料薄膜（厚0.12 mm）把小區(qū)四周圍起來，然后將土回填，塑料薄膜直立在溝中土壤內(nèi)， 使小區(qū)之間的土壤完全隔離，底部不封，各施肥處理小區(qū)位置固定不變。

棉花生育期內(nèi)依天氣和長(zhǎng)勢(shì)情況合理化控和灌溉，各小區(qū)均采用粗整枝方式，即在現(xiàn)蕾后5 d 一次性去掉第1 果枝以下的所有葉枝和主莖葉，之后不再整枝，7 月16－20 日打頂。其他管理措施同一般大田管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤理化性狀的測(cè)定。 棉花收獲后每個(gè)小區(qū)均取0～20 cm 土層土樣測(cè)定養(yǎng)分含量， 測(cè)定方法[24]如下：土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，土壤堿解氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測(cè)定， 速效鉀用中性醋酸銨-火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.3.2植株養(yǎng)分吸收含量和表觀利用率。 在棉花始絮期取樣1 次，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的棉花9 株（中間兩行因計(jì)產(chǎn)除外），3 株作為1 個(gè)重復(fù)，即3 次重復(fù)，自然拔出后帶回室內(nèi)，將棉株分成根（子葉節(jié)以下）、莖（枝）、葉（子葉、主莖葉、果枝葉）、果（蕾、花、鈴），用水沖洗干凈，用LI-3100C（美國(guó)萊科生物科學(xué)儀器有限公司，美國(guó)）葉面積儀測(cè)定單株葉面積，在105 ℃烘箱中殺青30 min，然后在70 ℃下烘干至質(zhì)量恒定，稱量并計(jì)算各處理不同組織干物質(zhì)質(zhì)量。 之后，將棉花植株樣品按根、莖、葉、花、鈴殼、籽棉分別粉碎，用濃硫酸-過氧化氫消煮， 采用奈氏比色法測(cè)定全氮含量，用釩鉬黃比色法測(cè)定全磷含量，用火焰光度計(jì)法測(cè)定全鉀含量。 計(jì)算養(yǎng)分吸收量。 氮表觀利用率＝（施肥處理植株氮吸收量－不施肥處理植株氮吸收量）/ 施肥處理施氮量×100%，磷、鉀表觀利用率采用相同方法計(jì)算。

1.3.3葉綠素含量和凈光合速率。 在棉花始絮期，每個(gè)處理選擇具有代表性的6 株棉花，2 株作為1 個(gè)重復(fù)， 即3 個(gè)重復(fù)。 首先利用SPAD-502（柯尼卡美能達(dá)控股公司，日本）葉綠素測(cè)定儀，分別夾取棉花主莖倒2 葉的5 個(gè)不同部位測(cè)定SPAD 值， 取其平均值表征該處理棉花葉片的葉綠素含量； 然后采用便攜式光合作用測(cè)定儀LI-6400（萊科生物科學(xué)儀器有限公司，美國(guó)）測(cè)定主莖倒2 葉的凈光合速率（Pn）。

1.3.4產(chǎn)量和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)。 吐絮后分3 次（霜前2次，霜后1 次）收獲每個(gè)小區(qū)的籽棉，曬干后稱量計(jì)產(chǎn)、軋花測(cè)定衣分。 每次收獲時(shí)收取有代表性的50 個(gè)鈴，曬干后稱量，取平均數(shù)作為鈴重，根據(jù)籽棉產(chǎn)量和鈴重計(jì)算單位面積鈴數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

Microsoft Excel 2003 初步處理數(shù)據(jù)，DPS 7.05 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析，最小顯著性差異法（least significant difference，LSD）檢驗(yàn)處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減施和秸稈還田對(duì)0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的影響

2016―2018 年不同處理0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定結(jié)果（表2）表明，NPK 處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年減少， 而S、NPKS、0.75NPKS、CRFS 和0.75CRFS 的土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年增加。 與NPK 比較，2016 年S、NPKS、0.75NPKS、CRFS 和0.75CRFS 的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加1.81%、3.54%、3.35%、4.71%和4.44%，2017 年和2018 年分別增加5.06%、7.83%、8.10%、9.67%、9.58%和11.55%、17.18%、17.00%、17.65%、17.28%。

由表2 可知，2016―2018 年連續(xù)3 年NPK處理0～20 cm 土層土壤的堿解氮含量呈逐年增加的趨勢(shì)，但年際間差異不大；S 處理土壤中堿解氮含量逐年顯著減少， 較NPK 逐年分別減少8.15%、24.88%和45.89%；NPKS 和CRFS 處理土壤堿解氮含量逐年增加， 比NPK 分別增加1.54%、7.26%、17.52%和1.95%、7.51%、21.04%；連續(xù)3 年0.75NPKS 和0.75CRFS 處理土壤堿解氮含量比NPK 分別減少0.64%、2.23%、2.14%和0.30%、0.05%、1.78%，與NPK 的土壤堿解氮含量差異均不顯著。

2016―2018 年的NPK 處理土壤有效磷含量基本相同，S 處理土壤有效磷含量逐年減少，比NPK 分別減少3.15%、9.37%和16.55%；NPKS 和CRFS 處理的有效磷含量較NPK 處理均增加，但差異不大；0.75NPKS 和0.75CRFS 的土壤有效磷含量逐年減少， 與NPK 比較，0.75NPKS 處理的土壤有效磷含量逐年減少3.15%、4.25%和4.94%，0.75CRFS 處理的土壤有效磷含量逐年減少3.39%、4.46%和5.25%（表2）。

連續(xù)3 年的定位試驗(yàn)結(jié)果（表2）表明，年度間NPK 處理的土壤速效鉀含量基本相同；S 處理的速效鉀含量逐年減少， 比NPK 分別減少5.04%、10.06%和14.22%；NPKS 和CRFS 的速效鉀含量均逐年增加， 較NPK 分別增加3.26%、9.26%、12.79%和3.29%、9.16%、13.58%。 2016 年0.75NPKS 和0.75CRFS 的速效鉀含量比NPK 分別顯著減少4.07%和2.30%，2017 年和2018 年0.75NPKS 和0.75CRFS 的速效鉀含量與NPK 處理的差異不顯著。

表2 化肥減施和秸稈還田對(duì)棉田0～20 cm 土層土壤養(yǎng)分含量的影響Table 2 Effects of chemical fertilizer reduction and stalk returning on 0-20 cm soil nutrient content in cotton field

2.2 化肥減施和秸稈還田對(duì)棉株氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)吸收及表觀利用率的影響

由表3 可知，2016―2018 年NPK 處理植株的氮吸收量基本穩(wěn)定，S 處理逐年減少， 較NPK分 別 減 少8.74% 、14.46% 和23.42% ；2016 年NPKS、CRFS、0.75NPKS 和0.75CRFS 處 理 植 株的氮吸收量與NPK 差異均不顯著，2017 年NPKS、CRFS、0.75NPKS 和0.75CRFS 處 理 的 植株氮吸收量較NPK 處理分別增加3.30%、3.18%、2.43%和4.46%，2018 年分別增加4.63%、5.70%、2.47%和5.15%。

表3 化肥減施和秸稈還田對(duì)棉花氮、磷和鉀吸收的影響Table 3 Effects of chemical fertilizer reduction and stalk returning on N, P, K absorption

2016―2018 年NPK 處理植株磷吸收量基本穩(wěn)定，S 處理植株磷吸收量顯著低于NPK 處理且分別減少13.57%、20.75%和27.30%。2016―2017年NPKS、CRFS、0.75NPKS 和0.75CRFS 處理植株磷吸收量與NPK 差異不顯著，2018 年NPKS、CRFS、0.75NPKS 和0.75CRFS 植株磷吸收量較NPK 均顯著增加，分別增加6.17%、8.01%、8.88%和7.94%。

2016―2018 年，S 處理植株鉀吸收量較NPK處理顯著降低， 分別減少12.33%、20.75%和25.21%。 與NPK 相比，NPKS、CRFS、0.75NPKS和0.75CRFS 的鉀吸收量2016 年分別增加2.46%、2.19%、1.97%和1.80%，2017 年分別增加2.67%、4.49%、2.43%和4.46%，2018 年分別高1.05%、3.20%、1.21%和2.00%，3 年差異均不顯著。

3 年定位施肥試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明，除2018年NPKS 處理的鉀表觀利用率外，4 個(gè)施肥處理的氮、 磷、 鉀表觀利用率均顯著高于NPK。 與NPK 相比，2016―2018 年NPKS 處理的氮表觀利用率分別提高2.01、2.68 和3.76 百分點(diǎn)，CRFS處理的氮表觀利用率分別提高2.77、4.17 和7.25百分點(diǎn)，0.75NPKS 處理的氮表觀利用率分別提高4.51、6.54 和9.01 百分點(diǎn)，0.75CRFS 的氮表觀利用率分別提高5.59、11.01 和15.34 百分點(diǎn)。

表4 化肥減施和秸稈還田對(duì)棉花氮、磷、鉀表觀利用率的影響Table 4 Effects of chemical fertilizer reduction and stalk returning on N, P, and K apparent recovery efficiency

與NPK 比較，2016―2018 年NPKS 處理的磷表觀利用率分別提高1.86、2.49 和4.57 百分點(diǎn)， 鉀表觀利用率分別提高2.90、3.15 和1.24 百分點(diǎn)；CRFS 處理的磷表觀利用率分別提高2.94、5.97 和8.79 百分點(diǎn)， 鉀表觀利用率分別提高4.48、8.60 和7.48 百分點(diǎn)；0.75NPKS 處理的磷表觀利用率分別提高5.39、7.64 和15.52 百分點(diǎn)，鉀表觀利用率分別提高7.95、11.97 和11.79 百分點(diǎn)；0.75CRFS 處理的磷表觀利用率分別提高6.89、12.43 和18.38 百分點(diǎn)， 鉀表觀利用率處理分別提高10.15、19.56 和17.77 百分點(diǎn)（表4）。

2.3 化肥減施和秸稈還田對(duì)始絮期棉花SPAD值和凈光合速率的影響

表5 結(jié)果表明，2016―2018 年始絮期NPK處理的SPAD 值年度間基本相同；與NPK 相比，2016―2018 年S 處理的SPAD 值均顯著降低，分別減少4.52%、8.50%和15.68%；NPKS 和CRFS的葉綠素含量均呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，2016——2017 年與NPK 處理差異不顯著， 但分別增加2.35%、4.70%、5.23%和3.07%、3.98%、5.41%；各年度0.75NPKS 和0.75CRFS 處理的SPAD 值與NPK 處理差異均不顯著。

始絮期各處理棉花凈光合速率的變化趨勢(shì)與葉綠素含量的變化趨勢(shì)基本一致（表5）。 2016―2018 年，S 處理的凈光合速率逐年降低，NPKS 和CRFS 處理的凈光合速率較NPK 顯著提高，分別增加8.24%～9.29%和10.71%～10.83%， 各年度0.75NPKS 和0.75CRFS 處理的凈光合速率與NPK 差異均不顯著。

表5 化肥減施和秸稈還田對(duì)始絮期棉花葉綠素含量和凈光合速率的影響Table 5 Effects of chemical fertilizer reduction and stalk returning on the chlorophyll content and net photosynthetic rates at the early boll opening stage

2.4 化肥減施和秸稈還田對(duì)棉花產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表6 可知， 連續(xù)3 年NPK 處理的籽棉產(chǎn)量基本穩(wěn)定，S 處理的籽棉產(chǎn)量較NPK 顯著降低，2016―2018 年分別降低14.64%、23.15%和37.96%。 2016―2018 年，與NPK 相比，NPKS 處理的籽棉產(chǎn)量分別增加0.45%、0.10%和1.75%，CRFS 處理的籽棉產(chǎn)量分別增加0.66%、1.94%和1.19%， 而0.75NPKS 處理的籽棉產(chǎn)量分別減少0.04%、0.67%和0.92%，0.75CRFS 處理的籽棉產(chǎn)量分別減少0.20%、0.40%和0.34%，3 年試驗(yàn)中除S 處理外的5 個(gè)處理間的籽棉產(chǎn)量均無顯著差異。

2016―2018 年，S 處理的單位面積鈴數(shù)和鈴重逐年降低， 均顯著低于NPK 處理；NPKS、0.75NPKS、CRFS 和0.75CRFS 的單位面積鈴數(shù)、鈴重與NPK 處理無顯著差異， 均顯著高于S 處理的單位面積鈴數(shù)和鈴重。 3 年試驗(yàn)中所有處理間的衣分均沒有顯著差異（表6）。

表6 化肥減施和秸稈還田對(duì)棉花產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 6 Effects of chemical fertilizer reduction and stalk returning on cotton yield and yield components

3 討論

3.1 化肥減施和秸稈還田對(duì)0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一。 已有研究表明，作物秸稈含有豐富的有機(jī)成分和營(yíng)養(yǎng)元素，秸稈還田可以增強(qiáng)土壤微生物的數(shù)量與活性， 促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化、 分解、形成、積累，從而增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[25]。 秦都林等[15]研究表明，濱海鹽堿地棉花秸稈還田可顯著提高0～20 cm 土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量。 王海景等[26]研究發(fā)現(xiàn)，無論小麥或玉米秸稈覆蓋還田或是翻壓還田，均可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。 同時(shí)，戴志剛[27]也認(rèn)為，秸稈還田或秸稈還田配施化肥有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。 本研究結(jié)果表明，NPK處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年減少，秸稈還田能增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量；2016 年0.75NPKS 和0.75CRFS 的有機(jī)質(zhì)含量增加不顯著， 可能是因?yàn)榈蕼p量導(dǎo)致秸稈自然腐解慢； 但是2017 年0.75NPKS、0.75CRFS 處理的有機(jī)質(zhì)含量與NPKS、CRFS 處理的相當(dāng)；2018 年0.75NPKS 和0.75CRFS 的有機(jī)質(zhì)含量較NPK 分別顯著增加17.00%和17.28%， 說明化肥減量25%配合秸稈還田具有較好的土壤改良效果，并且隨著耕種時(shí)限的增加，有機(jī)質(zhì)含量逐年增加，這與前人的研究結(jié)果[5-8,11-12,15,25-28]一致。

秸稈含有氮、磷和鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，是土壤無機(jī)營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)給源。 土壤質(zhì)地、空氣、水分、溫度、微生物、采樣方式、秸稈還田方式、作物活力以及呼吸強(qiáng)度等因素都會(huì)影響土壤速效養(yǎng)分含量的變化，因此秸稈還田對(duì)土壤氮、磷和鉀含量的影響存在很大差異。張國(guó)娟等[29]研究表明，秸稈還田和施肥有利于促進(jìn)土壤氮轉(zhuǎn)化，能顯著增加棉田土壤氨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量。秦都林等[15]發(fā)現(xiàn)，棉花秸稈還田顯著提高土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量，但導(dǎo)致速效磷含量降低。 吳菲[30]也發(fā)現(xiàn)，連續(xù)的玉米秸稈還田增加了土壤全氮、 全鉀的含量，但全磷含量下降。 陳冬林等[31]和Ma 等[32]一致認(rèn)為，連續(xù)的秸稈還田能夠顯著提高土壤中堿解氮、速效鉀和有效磷含量。 也有研究認(rèn)為連續(xù)的秸稈還田可以增加土壤全氮、堿解氮、全鉀和速效鉀含量，但對(duì)土壤全磷和有效磷含量的影響不明顯[33-34]。本研究發(fā)現(xiàn)，3 年連續(xù)試驗(yàn)NPK 對(duì)土壤有效磷、速效鉀含量影響不大，但堿解氮含量略有增加；0.75NPKS 和0.75CRFS 對(duì)堿解氮、 速效鉀含量無顯著影響， 減少了0～20 cm 土層的土壤有效磷含量，這與王雙磊等[12]、秦都林等[15]和戴志剛[27]的研究結(jié)果基本一致。 依據(jù)本研究中0～20 cm 土層土壤有效磷含量降低趨勢(shì)， 建議在推廣應(yīng)用化肥減量配合棉花秸稈還田施肥技術(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充磷肥。

3.2 化肥減施和秸稈還田對(duì)棉花N、P、K 吸收、葉綠素含量及凈光合速率的影響

秸稈還田配施化肥能夠促進(jìn)作物營(yíng)養(yǎng)吸收和光合作用。 王昆昆等[35-36]發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)化肥處理相比，秸稈還田配施化肥處理，成熟期油菜氮、磷和鉀積累量分別提高18.1%～19.1%、23.7%～36.9%和28.3%～56.9%；油菜、水稻和土壤周年的磷累積利用率分別提高8.6%、17.0%和19.8%。本研究結(jié)果表明， 隨著秸稈還田時(shí)間的延長(zhǎng)，2018 年0.75NPKS 和0.75CRFS 處理的磷吸收量較NPK 顯著增加。 與NPK 比較，NPKS、CRFS、0.75NPKS 和0.75CRFS 的N、P 和K 表觀利用率均顯著增加。趙峰等[37]表明，秸稈還田配施氮肥提高了水稻灌漿期的光合作用；霍竹等[38]發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配施氮肥提高了夏玉米葉片葉綠素含量和凈光合速率；唐志敏等[39]也指出，秸稈還田棉花的光合速率比非秸稈還田顯著升高。 本研究發(fā)現(xiàn)，NPKS 和CRFS 處理的SPAD 值和凈光合速率呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)。 2016―2018 年，NPKS 處理的葉綠素含量比NPK 分別增加2.35%、4.70%、5.23%，CRFS 分別增加3.07%、3.98%、5.41%；NPKS 和CRFS 的凈光合速率平均值較NPK 分別 增 加 8.85% 和 10.77% ； 而 0.75NPKS 和0.75CRFS 處理的葉綠素含量和凈光合速率與NPK 處理的相當(dāng)，差異不顯著。 結(jié)果表明，盡管0.75NPKS 和0.75CRFS 的化肥施用量減少25%，依然能夠保障始絮期棉花具有較強(qiáng)的光合能力。分析其原因應(yīng)該是， 秸稈還田改善了土壤通透性，提高了保水蓄墑能力，使根系活力增強(qiáng)，促進(jìn)了棉花根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而增加了葉綠素含量，提高了葉片光合能力。

3.3 化肥減施和秸稈還田對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響

國(guó)內(nèi)外不少研究表明，合理施用化肥和秸稈還田可以提高作物產(chǎn)量。 張凡等[40]在長(zhǎng)江流域麥棉兩熟制條件下，與不施秸稈和鉀肥相比，小麥秸稈全量還田顯著提高了棉花鈴數(shù)、鈴重和皮棉產(chǎn)量， 還田第2 年和第3 年皮棉產(chǎn)量分別增加143.5%和93.7%。秦都林等[15]表明，棉花秸稈還田顯著提高了單位面積鈴數(shù)和棉花產(chǎn)量，籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量3 年平均增長(zhǎng)率分別為14.61%和19.02%，但對(duì)棉花鈴重和衣分無顯著影響。 楊長(zhǎng)琴等[41]發(fā)現(xiàn)，皮棉產(chǎn)量與棉株氮、鉀累積量呈顯著正相關(guān)。 目前，秸稈還田與化肥減施的研究主要集中在水稻[17,20,34,42]、小麥[18]和玉米[19,43-45]等作物。黃容等[17]表明，秸稈全量覆蓋與常規(guī)化肥減量20%～30%配施較常規(guī)化肥處理顯著提高了水稻和兒菜的產(chǎn)量。田雁飛[20]發(fā)現(xiàn)，秸稈還田條件下化肥減氮10%、減磷10%、減鉀14%的水稻基本不減產(chǎn)。徐云連等[34]研究表明，長(zhǎng)期減氮30%或減磷50%配合秸稈連續(xù)還田對(duì)巢湖流域水稻有增產(chǎn)作用，但增產(chǎn)不顯著。萬毅林[42]發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配合減量施肥可以增加水稻有效穗數(shù)， 提高水稻產(chǎn)量，但對(duì)每穗粒數(shù)、 千粒重和結(jié)實(shí)率影響較?。?其中90%氮磷鉀肥配合秸稈還田、50%氮磷鉀肥配合2 倍秸稈還田的增產(chǎn)效果最佳， 平均增產(chǎn)率為17.1%和17.6%。 吳玉紅等[18]發(fā)現(xiàn)，水稻秸稈還田與化肥減施15%的小麥產(chǎn)量比秸稈不還田的化肥常規(guī)用量處理增產(chǎn)3.0%。 Lü 等[19]研究表明，秸稈還田與常規(guī)化肥減氮32%的玉米產(chǎn)量和傳統(tǒng)常規(guī)施肥處理相當(dāng)。 曹彩云等[43]和穆心愿等[44]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期適量秸稈還田能優(yōu)化玉米干物質(zhì)積累與分配特性，增加穗粒數(shù)和粒重，進(jìn)而提高玉米籽粒產(chǎn)量。 白偉等[45]發(fā)現(xiàn)，秸稈還田9 000 kg·hm－2和配施氮肥225 kg·hm－2處理的玉米籽粒產(chǎn)量最高， 比秸稈不還田和施氮量225 kg·hm－2處理2年平均增產(chǎn)6.33%， 增產(chǎn)的主要原因是百粒重和行粒數(shù)的顯著增加以及禿尖數(shù)量的顯著減少。 本研究結(jié)果顯示，2016―2018 年NPK 處理的籽棉產(chǎn)量、單位面積鈴數(shù)、鈴重和衣分年際間基本穩(wěn)定，S 處理的鈴重、 單位面積鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量較NPK 處理均顯著下降， 其中籽棉產(chǎn)量較NPK 分別減少14.64%、23.15%和37.96%。 各年度NPKS、CRFS、0.75NPKS、0.75CRFS 處理的鈴重、 衣分、單位面積鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量與NPK 處理差異均不顯著，3 年內(nèi)0.75NPKS 和0.75CRFS 基本不減產(chǎn)。 結(jié)果表明，短期內(nèi)合理減量施肥配合秸稈還田不僅能夠減少化肥投入，促進(jìn)棉花秸稈利用，還能起到穩(wěn)產(chǎn)和節(jié)本增效的作用，這與前人的研究結(jié)果[15,17-20,42-45]基本一致。

4 結(jié)論

在黃河流域中等偏上肥力棉田，連續(xù)3 年秸稈還田加速效肥或緩控釋肥減施25%，棉花基本不減產(chǎn)，還能提高氮、磷、鉀表觀利用率，但磷肥減施量應(yīng)低于25%，以避免長(zhǎng)期減施化肥導(dǎo)致土壤有效磷含量下降。