化肥氮配施有機(jī)肥對(duì)棉花養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響

宋邦鵬，蔣平安，盛建東，劉耘華

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830052）

棉花是新疆地區(qū)重要的纖維作物，在我國國民經(jīng)濟(jì)中也占據(jù)重要的地位。施肥是棉花增產(chǎn)最有效的方式，但是化肥的過量投入不僅會(huì)造成生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，導(dǎo)致土壤酸化，還會(huì)造成生態(tài)環(huán)境污染[1]。糞肥等有機(jī)肥能夠改善土壤理化性質(zhì)[2]，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高作物產(chǎn)量。氮肥能為土壤供應(yīng)有效氮素養(yǎng)分，有利于作物吸收并調(diào)節(jié)體內(nèi)離子平衡，緩解鹽分脅迫，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量。與其他禽畜糞便相比，牛糞的質(zhì)地更細(xì)密，含水量較高。施用牛糞不僅能提高土壤肥力，而且在一定程度上還能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的保水保肥能力，還能為作物生長(zhǎng)營造適宜的微生物環(huán)境，對(duì)化肥使用過度造成的土壤酸化、板結(jié)、次生鹽漬化及肥力下降等問題具有一定的改良作用[3]。研究表明，有機(jī)肥配施化肥有利于作物農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量與產(chǎn)值的提高[4]。有機(jī)無機(jī)配施結(jié)合了二者所長(zhǎng)，在保證作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、培肥土壤方面均表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。因此，有機(jī)肥配施氮肥是一種能改善棉田土壤環(huán)境，提高土壤肥力和氮肥利用率，進(jìn)而增加棉花產(chǎn)量的施肥方式[5]。國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2021年新疆棉花種植面積為250.62萬hm2，其中沙雅縣的棉花種植面積為12.8萬hm2，占新疆棉花種植面積的5.11%。筆者在新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣進(jìn)行有機(jī)肥配施化肥的大田試驗(yàn)，探討不同施氮水平下有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)棉株生物量、養(yǎng)分吸收量及產(chǎn)量的影響，獲取有機(jī)肥與化肥氮的最佳配施比例，為該綠洲棉田有機(jī)肥的合理施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗(yàn)于2021年3—10月在新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣海樓鎮(zhèn)托馬村（82°72′E，41°28′N）進(jìn)行，該地屬暖溫帶沙漠邊緣氣候區(qū)[6]，風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)或東北風(fēng)，年平均日照時(shí)數(shù)3 031.2 h，平均氣溫10.7℃，年平均降水47.3 mm，年均蒸發(fā)量2 000.7 mm。試驗(yàn)田土壤類型為潮土，基本理化性狀如下：pH值7.85，全氮0.51 g/kg，全磷0.80 g/kg，全鉀19.04 g/kg，速效鉀12.44 mg/kg，速效磷187.22 mg/kg，堿解氮12.54 g/kg，有機(jī)質(zhì)11.14 g/kg，電導(dǎo)率318.00 μs/cm。

1.2 供試材料

供試棉花品種為新陸早66。供試有機(jī)肥為從農(nóng)戶購買的腐熟牛糞，供試化肥有尿素（N≥46.0%）、重過磷酸鈣（總磷P2O5≥46.0%、有效磷P2O5≥44.0%）、硫酸鉀（K2O≥52%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分為單獨(dú)施化肥和有機(jī)肥與化肥配施2種施肥方式，有機(jī)肥中含氮量不高，因此在計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)，化肥用量以氮肥為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置5個(gè)梯度，一共10個(gè)處理，依次為：N0，化肥氮0 kg/hm2；N200，化肥氮200 kg/hm2；N300，化肥氮300 kg/hm2；N400，化肥氮400 kg/hm2；N500，化肥氮500 kg/hm2；N0+M，化肥氮0 kg/hm2+有機(jī)肥3 000 kg/hm2；N200+M，化肥氮200 kg/hm2+有機(jī)肥3 000 kg/hm2；N300+M，化肥氮300 kg/hm2+有機(jī)肥3 000 kg/hm2；N400+M，化肥氮400 kg/hm2+有機(jī)肥3 000 kg/hm2；N500+M，化肥氮500 kg/hm2+有機(jī)肥3 000 kg/hm2。每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，一共40個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為66 m2，長(zhǎng)寬為10 m×6.6 m。

氮肥按照基肥∶蕾期∶花鈴期∶吐絮期=20∶20∶45∶15比例施用，不同處理的磷鉀肥施用量相同，P2O5用量160 kg/hm2，K2O用量90 kg/hm2，有機(jī)肥3 000 kg/hm2（計(jì)算時(shí)忽略其中的含氮量）磷肥、鉀肥、有機(jī)肥全部基施。

1.4 樣品采集

1.4.1植株樣品采集與測(cè)定在苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期分別采集具有代表性的棉株5株，經(jīng)過105℃殺青30 min，80℃烘干24 h至恒重，冷卻后稱量生物量，棉絮自然風(fēng)干后稱重。稱量后的棉株樣品用粉碎機(jī)磨碎，莖、葉、殼、絮、籽分別稱取 0.35～0.40、0.35～0.40、0.25～0.30、0.35～0.40和0.40～0.50 g，用濃H2SO4-H2O2法消煮制備待測(cè)液，用奈氏比色法、釩鉬黃比色法測(cè)定全氮、全磷含量，火焰光度計(jì)法測(cè)全鉀含量[7]。

1.4.2產(chǎn) 量棉花吐絮期在各小區(qū)調(diào)查2.3 m2內(nèi)的棉花株數(shù)、鈴數(shù)及單株鈴數(shù)，并在每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)分3次采收上、中、下部各15朵完全吐絮棉桃，測(cè)定單鈴重，計(jì)算棉花產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

根據(jù)文獻(xiàn)[8]計(jì)算養(yǎng)分吸收量和肥料利用率。

式中，養(yǎng)分吸收量的單位為kg/667m2，植株養(yǎng)分含量以百分?jǐn)?shù)表示，干物質(zhì)量的單位為g/株，單位面積株數(shù)單位為株/667m2。

采用Excel 2010、Microsoft Word 2010、Origin 2018和SPSS 25軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對(duì)棉株地上部干物質(zhì)量的影響

由表1可知，整個(gè)生育期內(nèi)，N300+M處理與其他處理有顯著性差異，N0處理也與部分處理有顯著性差異。單施化肥氮處理中，棉株地上部干物質(zhì)量隨著氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)施化肥氮300 kg/hm2時(shí)，棉株地上部干物質(zhì)量達(dá)到最大?；实涫┯袡C(jī)肥處理中，棉株地上部干物質(zhì)量隨著氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)施化肥氮300 kg/hm2+有機(jī)肥3 000 kg/hm2，棉株地上部干物質(zhì)量達(dá)到最大。在施等量化肥氮的條件下，除了苗期N300+M處理的地上部干物質(zhì)量低于N300處理外，其他時(shí)期化肥氮配施有機(jī)肥處理的地上部干物質(zhì)量均高于單施氮肥處理，且N0+M、N200+M、N300+M、N400+M、N500+M處理的地上部干物質(zhì)量分別比N0、N200、N300、N400、N500處理增加了8.71%～16.50%、11.90%～21.65%、13.64%～18.56%、1.02%～17.65%、4.06%～14.61%。

表1 各處理不同生育期棉花地上部的干物質(zhì)量 （g/株）

2.2 不同施肥方式對(duì)棉花地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響

2.2.1氮素養(yǎng)分由表2可知，苗期的N300+M、N300處理與其他處理有顯著性差異，其余時(shí)期的N300+M處理與其他處理有顯著性差異。單施化肥氮處理中，棉株地上部全氮含量隨著氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)施化肥氮0～300 kg/hm2時(shí)，植株全氮含量隨施氮量的增加而增加，增幅為2.70%～27.09%；當(dāng)施化肥氮300 kg/hm2時(shí)，棉株地上部全氮含量達(dá)到最大。在化肥氮配施有機(jī)肥處理中，棉株地上部全氮含量隨著氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)施化肥氮0～300 kg/hm2且配施有機(jī)肥時(shí)，植株全氮含量隨施氮量的增加而增加，增幅為3.05%～17.62%，以N300+M處理的棉株地上部全氮含量最高。在施等量化肥氮的條件下，除了苗期N200+M處理的棉株地上部全氮含量低于N200處理外，其他各時(shí)期化肥氮配施有機(jī)肥處理的棉株地上部全氮含量均高于單施氮肥處理。在棉花生長(zhǎng)期間，N0+M、N200+M、N300+M、N400+M、N500+M處理的棉株地上部全氮含量分別比N0、N200、N300、N400、N500處理增加了2.24%～8.67%、0.15%～6.83%、0.58%～5.13%、1.97%～7.62%、1.51%～5.62%。

表2 各處理不同生育期棉株地上部的全氮含量 （g/kg）

2.2.2磷素養(yǎng)分由表3可知，苗期N300+M處理與N0、N200、N400、N500、N0+M、N500+M有顯著性差異，蕾期、花鈴期N300+M、N300與其他處理顯著性差異，吐絮期N300+M與其他處理有顯著性差異。單施化肥氮處理中，棉株地上部全磷含量隨著氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)施化肥氮0～300 kg/hm2時(shí)，植株全磷含量隨施氮量的增加而增加，增幅為4.11%～22.37%；當(dāng)施化肥氮300 kg/hm2時(shí)，棉株地上部全磷含量達(dá)到最大?；实涫┯袡C(jī)肥處理中，棉株地上部全磷含量隨著氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趨勢(shì)；當(dāng)施化肥氮0～300 kg/hm2且配施有機(jī)肥時(shí)，植株全磷含量隨施氮量的增加而增加，增幅為4.10%～22.98%；以N300+M處理的棉株地上部全磷含量最大。在施等量化肥氮的條件下，除了蕾期N300+M和花鈴期N200+M處理的棉株地上部全磷含量分別對(duì)應(yīng)單施氮肥處理外，其他各時(shí)期化肥氮配施有機(jī)肥處理的棉株地上部全磷含量量比單施氮肥處理大，在棉花生長(zhǎng)期間，N0+M、N200+M、N300+M、N400+M、N500+M處理的棉株地上部全磷含量分別比N0、N200、N300、N400、N500處理增加了2.75%～7.19%、0.58%～8.22%、3.07%～4.59%、0.14%～6.03%、1.26%～8.21%。

表3 各處理不同生育期棉株地上部的全磷含量 （g/kg）

2.2.3鉀素養(yǎng)分由表4可知，除苗期外，N300+M與其他處理有顯著性差異。單施化肥氮處理中，棉株地上部全鉀含量隨著氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)施化肥氮0～300 kg/hm2時(shí)，棉株地上部全鉀含量隨施氮量的增加而增加，增幅為3.17%～10.95%；當(dāng)施化肥氮300 kg/hm2時(shí)，棉株地上部全鉀含量達(dá)到最大。在各時(shí)期內(nèi)，與N0處理相比，N200、N300、N400、N500處理棉株地上部全鉀含量分別增 加3.17%～5.71%、9.12%～10.95%、2.56%～6.71%、1.19%～4.56%?；实涫┯袡C(jī)肥處理中，棉株地上部全鉀含量隨著氮肥用量的增加，呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)施化肥氮0～300 kg/hm2且配施有機(jī)肥時(shí)，棉株地上部全鉀含量隨施氮量的增加而增加，增幅為3.16%～11.48%；以N300+M處理的棉株地上部全鉀含量達(dá)到最大。在各時(shí)期內(nèi)，與N0處理相比，N0+M、N200+M、N300+M、N400+M、N500+M處理棉株地上部全鉀含量增加了3.60%～3.92%、7.17%～9.29%、12.89%～15.84%、6.74%～10.38%、5.51%～7.79%，其中N300+M處理的增幅最大，且化肥氮配施有機(jī)肥處理比單施化肥氮處理增加的幅度為0.70%～7.62%。

表4 各處理不同生育期棉株地上部的全鉀含量 （g/kg）

2.3 不同施肥方式對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表5可知，化肥氮配施有機(jī)肥處理的棉花產(chǎn)量均高于對(duì)應(yīng)的單施化肥氮處理，增幅為1.44%～18.63%。單施化肥氮處理中，N300處理的產(chǎn)量分別比N0、N200、N400和 N500處理增加 40.34%、17.45%、7.92%和15.28%，除與N400處理的差異不顯著外，與其他處理的差異均達(dá)顯著水平?；实涫┯袡C(jī)肥處理中，N300+M處理的產(chǎn)量顯著高于其他處理，分別比N0+M、N200+M、N400+M 和 N500+M 處理增產(chǎn)27.94%、11.51%、14.90%和22.90%。從產(chǎn)量構(gòu)成各因素來看，與不施氮肥處理相比，單施化肥氮處理和化肥氮配施有機(jī)肥處理均有利于提高單鈴重，不同處理的棉株數(shù)無顯著性差異；而相對(duì)于單施化肥氮處理，化肥氮配施有機(jī)肥可有效提高單鈴重，從而提高棉花產(chǎn)量。

表5 各處理棉花的單鈴重和產(chǎn)量

2.4 不同施肥方式對(duì)棉花氮肥利用率的影響

由表6可知，氮吸收量、氮素利用率隨施氮量的增加先增加后降低，N300和N300+M處理的棉株氮素吸收量最高，比不施氮肥和僅施有機(jī)肥處理分別高51.72%和44.96%。在單施化肥氮處理中，氮肥利用率從高到低依次為N300＞N200＞N400＞N500＞N0，在化肥氮配施有機(jī)肥處理中，氮肥利用率從高到低依次為N300+M＞N200+M＞N400+M＞N500+M＞N0+M，氮肥的施用量大于300 kg/hm2時(shí)，氮素利用率降低，與N300處理相比，N400、N500處理氮肥利用率分別降低了68.68%、73.90%；與N300+M相比，N400+M、N500+M處理氮肥利用率分別降低了61.36%、87.37%。這也說明棉花對(duì)氮素的吸收受施氮量影響，施氮量過高會(huì)造成氮素?fù)p失，而配施有機(jī)肥能促進(jìn)棉花的氮素吸收，提高氮肥利用率。

表6 各處理棉花的氮肥利用率

3 討論與結(jié)論

杜少平等[9]研究表明，施用有機(jī)肥較單施化肥可促進(jìn)西瓜營養(yǎng)生長(zhǎng)和氮、磷、鉀養(yǎng)分的運(yùn)轉(zhuǎn)，提高西瓜產(chǎn)量和養(yǎng)分的吸收積累量。有報(bào)道認(rèn)為，適量增施有機(jī)肥能顯著提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，有利于作物在生育時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的吸收和積累，提高作物產(chǎn)量[10-14]。還有研究認(rèn)為，在同等施氮量條件下，與單施化肥相比，有機(jī)肥與化肥的配施處理能顯著提高作物對(duì)氮素的回收效率、農(nóng)學(xué)效率以及氮累積量[15-17]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，與單施化肥氮處理相比，化肥氮配施有機(jī)肥處理均在不同程度上影響棉花地上部分干物質(zhì)累積以及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量，化肥氮配施有機(jī)肥處理的氮肥利用率基本有所增加，其中N300+M、N400+M處理的氮肥利用率分別比對(duì)應(yīng)的單施化肥氮處理提高了3.98、4.21個(gè)百分點(diǎn)，說明化肥氮配施有機(jī)肥有利于氮素的持續(xù)供應(yīng)，促進(jìn)氮素吸收及其在生殖器官中的分配，減少了氮進(jìn)入環(huán)境的量。其中，N300+M （化肥氮300 kg/hm2+有機(jī)肥3 000 kg/hm2）處理的氮素利用效率最高（40.04%），這可能是因?yàn)樵撆涫┨幚?，增加了土壤微生物的繁殖與活動(dòng)，可以更好地調(diào)節(jié)土壤N素的釋放，改善了土壤對(duì)作物的供氮能力，減少了氮素的損失，促進(jìn)了棉花對(duì)氮素的吸收，從而提高氮肥利用率。

還有許多研究也從作物生長(zhǎng)的生理特性方面來解釋有機(jī)肥配施化肥的增產(chǎn)效應(yīng)，有機(jī)肥與化肥配合施用能延緩作物根系等器官的衰老，優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成要素，使作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[18-21]。在該試驗(yàn)中，與不施氮相比，單施化肥和有機(jī)無機(jī)配施均能顯著增加棉花產(chǎn)量和單鈴重，這與前人的研究結(jié)果一致[22-25]。與單施化肥相比，低量化肥氮配施有機(jī)肥處理顯著增加了棉花的產(chǎn)量，而高量化肥氮配施有機(jī)肥效果不明顯，這可能是隨著有機(jī)氮比例的提高，土壤中碳數(shù)量也在增加，微生物固持無機(jī)氮的數(shù)量也在增加，導(dǎo)致替代比例高的處理中礦質(zhì)養(yǎng)分含量降低，影響了土壤氮素的早期供應(yīng)和棉花的氮素吸收[26-27]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，化肥氮配施有機(jī)肥有利于提高棉株地上部干物質(zhì)量、氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量及氮肥利用率，其中N300+M處理的效果優(yōu)于其他處理。因此，在新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣種植棉花時(shí)采用施化肥氮300 kg/hm2+有機(jī)肥3 000 kg/hm2是一種相對(duì)合適的配施比例。