不同連作年限對(duì)棉花磷肥利用率和產(chǎn)量的影響

耿文超，楊 路，李 杰，焦天奇，高 波，許世武，劉啟斌

(1.新疆沃達(dá)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，新疆石河子 832000；2.國(guó)家棉花工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊 830091)

新疆棉花面積之大在世界棉花生產(chǎn)中都占有重要地位[1]，相關(guān)研究顯示，新疆磷肥施用量呈現(xiàn)以每年7.7%的遞增率逐年增加[2]，植物生產(chǎn)發(fā)育必不可少的磷元素，能有效促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量提升[3]。如何提高磷肥的利用率，對(duì)于眾多研究者來(lái)說(shuō)，都是較為艱難的課題之一，磷素的缺失會(huì)成為限制棉花產(chǎn)量、延長(zhǎng)生育期、增加凍害概率的重要影響因子[4]。新疆棉田土壤基本為石灰性土壤，雖然全磷含量較高，但以固態(tài)磷為主，難以被利用[5]。相比其他礦質(zhì)養(yǎng)分，磷的移動(dòng)性很差，根際磷的快速消耗不能得到根際周?chē)寥姥杆傺a(bǔ)充，而磷肥施入后以磷酸鹽殘留于土壤中，難以移動(dòng)[6]，因此不利于根系對(duì)磷的吸收和利用[7]。據(jù)2011年統(tǒng)計(jì)，新疆棉田磷肥平均施用量為 164.2 kg/hm2，超出推薦用量150 kg/hm2[8]，因棉花連年種植不利于棉田土壤理化性狀的良性發(fā)展，而棉農(nóng)為追求棉花高產(chǎn)，大量施入磷肥但被土壤固定，難以被良好利用，不利于磷肥的吸收[9-11]，不僅造成了大量的資源浪費(fèi)，而且與環(huán)境保護(hù)的理念也背道而馳。本研究探討隨著棉田連作年限的增加，棉花各生育時(shí)期對(duì)磷肥的利用規(guī)律，分析在現(xiàn)有施肥技術(shù)措施下，隨著連作年限增加，棉花對(duì)磷肥吸收利用情況，為新疆棉花種植提供更加科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試棉花品種為新陸早78號(hào)，品種特性見(jiàn)表1。本試驗(yàn)在新疆兵團(tuán)第六師新湖農(nóng)場(chǎng)4場(chǎng)22連(86°29′E，44°28′N)進(jìn)行。該地區(qū)的氣候特征是溫帶大陸性氣候，晝夜溫差明顯，氣候干燥，周年降水量不多，無(wú)霜期短，大致為 160～170 d。

表1 供試棉花品種特性

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2021年，在新疆兵團(tuán)第六師新湖農(nóng)場(chǎng)4場(chǎng)22連4隊(duì)，選取不同連作年限但土壤質(zhì)地一致且管理水平相近的棉田進(jìn)行田間試驗(yàn)。本研究將不同棉田的連作年限設(shè)置為單一影響因子，分別為連作5年(記為C1)、連作7年(記為C2)、連作12年(記為C3)、連作20年(記為C4)，不同連作年限的棉田，在地中間選取棉花長(zhǎng)勢(shì)一致的小區(qū)，小區(qū)共三膜，小區(qū)面積25.8 m2(長(zhǎng)3 m，寬8.6 m)。

C1、C2、C3、C4處理氮肥用尿素，按純氮 300 kg/hm2施用，按照總量的40%在播前以基肥深翻施入，60%分7次隨水滴施，磷肥使用三料磷肥(46% P2O5)150 kg/hm2，鉀肥使用硫酸鉀(33% K2O) 1 050 kg/hm2，磷、鉀肥作為基肥在播種前一次性施入，后續(xù)不再投入。所選地塊試驗(yàn)小區(qū)的農(nóng)藝管理措施不單獨(dú)設(shè)置，均與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)管理措施相同。每個(gè)處理3次重復(fù)，同時(shí)每個(gè)重復(fù)邊設(shè)置1個(gè)小區(qū)(小區(qū)長(zhǎng)3 m，寬8.6 m，面積25.8 m2)為不施磷肥小區(qū)，作為對(duì)照(對(duì)應(yīng)不同處理分別記為CK1、CK2、CK3、CK4)。

種植模式采用寬窄行(寬行66 cm、窄行10 cm)的膜下滴灌模式，使用2.2 m寬的膜，膜間距 0.5 m，平均株距14 cm，理論株數(shù)為1.8萬(wàn)株/667 m2。滴灌模式采用一膜三管的膜下滴灌，灌量統(tǒng)一為400 m3/667 m2。供試土壤類型為灰漠土，在不同棉田采用棋盤(pán)法選點(diǎn)，對(duì)棉田的土壤理化性狀進(jìn)行測(cè)定，各處理測(cè)定棉田0～20、>20～40 cm的土壤理化性狀(表2)。

表2 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)

1.2.2 樣品采集和測(cè)定

1.2.2.1 生物量的測(cè)定 2021年7月25日、8月10日、9月 15 日(分別為棉花主要生育期花蕾期、花鈴期、吐絮期)，每小區(qū)隨機(jī)采集棉花5株，將各株棉花器官包括根、莖、葉和蕾/鈴(殼、絮、籽)，分離后分別在 105 ℃下殺青1 h，最后在 75 ℃ 條件下烘干48 h并稱質(zhì)量，測(cè)定不同處理棉株在不同生育時(shí)期的生物量。

1.2.2.2 土壤速效磷含量的測(cè)定 將不同處理棉田棉花植株帶回實(shí)驗(yàn)室后充分烘干并粉碎，使用硫酸-雙氧水消煮法和釩鉬黃比色法[12]分析和比較棉花在不同生育時(shí)期時(shí)不同器官含磷量。同時(shí)將不同處理小區(qū)近滴灌帶旁及正下方，按5 cm將土壤分層，分別采集0～20 cm 共4層土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室充分風(fēng)干后，采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法[12]測(cè)定土壤速效磷含量。

1.2.2.3 產(chǎn)量測(cè)定 2021年 10 月1日對(duì)不同連任年限條件下的棉田進(jìn)行籽棉產(chǎn)量的測(cè)定，各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取1 m2，數(shù)出1 m2內(nèi)的棉花株數(shù)，并分別統(tǒng)計(jì)出每株棉株上的鈴數(shù)，同時(shí)測(cè)定單鈴質(zhì)量，由此計(jì)算出1 hm2的籽棉產(chǎn)量，計(jì)算公式如下：

籽棉產(chǎn)量(kg/hm2)=單位面積株數(shù)×單株鈴數(shù)×單鈴質(zhì)量(kg)×10 000(m2)。

1.2.2.4 磷肥利用率

采用以下公式計(jì)算[13-17]：

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用Microsoft Office Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總整理及作圖 。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限棉田對(duì)棉花不同生育期植株各器官生物量的影響

不同連作年限棉田中，棉花在各生育時(shí)期的生物量見(jiàn)表3?？傮w上，除花蕾期根系生物量外，在棉花各生育時(shí)期，施磷條件下的棉花器官生物量顯著高于不施磷處理。首先在花蕾期，在施磷處理?xiàng)l件下，各器官的生物量隨著種植年限的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，而不施磷肥條件下，根的生物量在隨著連作年限增加呈現(xiàn)先降低再增加最后再降低的趨勢(shì)，且當(dāng)連作年限達(dá)到12年時(shí)根系生物量達(dá)到最大，在20年時(shí)降至最低，總體上各器官的生物量與連作年限呈反比關(guān)系。其次，花鈴期時(shí)，連作5、7年的棉田棉花葉和絮、籽的生物量有顯著差異，根、莖、葉、蕾/殼的生物量差異不顯著，且連作7年葉、絮的生物量顯著高于其他連作年限棉田棉花的生物量。吐絮期時(shí)，施肥條件下，連作7年棉田棉花根和莖的生物量顯著高于其他處理，而連作5、12、20年棉田在施磷和不施磷條件下各器官生物量差異均不顯著?；ㄢ徠?、吐絮期，隨著連作年限的增加棉花各器官的生物量總體表現(xiàn)為先增后降的趨勢(shì)，并且在連作年限7～12年時(shí)達(dá)到最高值。

表3 連作年限對(duì)棉株不同生育期各個(gè)器官生物量的影響

2.2 不同連作年限棉田對(duì)棉花不同生育時(shí)期不同器官含磷量的影響

在不同連作年限的棉花田內(nèi)，總體上，其不同生育時(shí)期的含磷量差異顯著(表4)。在棉花不同生育時(shí)期，棉花各器官的含磷量隨著連作年限的增加，同樣表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)。花蕾期時(shí)，在施磷肥和不施磷條件下的棉花根、莖含磷量，連作7年的棉田大于連作20年的棉田，與連作5年和連作12年的棉田差異不顯著；而葉、蕾/殼的含磷量表現(xiàn)為連作7年的棉田要高于其他連作年限棉田；同時(shí)，花鈴期連作7年的棉田棉花絮、籽的含磷量最高；吐絮期時(shí)，無(wú)論施磷或不施磷的棉田中，連作7年的棉田各生育器官的含磷量最高。

2.3 不同連作年限棉田對(duì)棉花不同生育時(shí)期累積吸磷量的影響

從圖1可以看出，棉花不同生育時(shí)期隨著棉花種植年限的增加，連作7年的施磷棉田累積吸磷量要顯著高于其他處理。施磷處理?xiàng)l件下，連作7年棉田棉花在花蕾期、花鈴期、吐絮期的累積吸磷量分別為11.98、47.82、86.87 kg/hm2，不施磷處理?xiàng)l件下連作7年棉田棉花在花蕾期、花鈴期、吐絮期的累積吸磷量分別為8.49、33.73、63.96 kg/hm2。土壤適當(dāng)補(bǔ)磷可有效增加棉花在各生育時(shí)期植株吸磷量，在花蕾期、花鈴期、吐絮期，連作5年時(shí)分別增加吸磷量0.92、7.52、19.84 kg/hm2，連作7年時(shí)分別增加吸磷量3.49、14.09、22.91kg/hm2，連作12年時(shí)分別增加吸磷量1.22、7.88、19.91 kg/hm2，連作20年分別增加吸磷量1.55、5.94、22.57 kg/hm2。隨著連作年限的增加，棉花的累積吸磷量表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，在連作7年時(shí)棉花各生育期的累積吸磷量為最高；同時(shí)適當(dāng)土壤補(bǔ)磷在棉花生育前期對(duì)于棉花累積吸磷量的提升不明顯，而在中后期增加顯著。

表4 不同連作年限棉田對(duì)棉花不同生育時(shí)期不同器官含磷量的影響

2.4 不同連作年限棉田對(duì)不同磷肥用量下棉花各器官累積吸磷量比例的影響

棉田隨著種年限對(duì)于棉花各生育器官累積吸磷量也有著明顯的影響(圖2)。在棉花花蕾期時(shí)，施磷可以促進(jìn)根和葉的累積吸磷量的增加，棉花根、莖、葉的累積吸磷量隨著連作年限的增加，表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢(shì)，而蕾/殼的累積吸磷量隨著連作年限的增加則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。在花鈴期時(shí)，棉籽的累積吸磷量在不同連作年限的棉田中均表現(xiàn)為施磷條件下要低于不施磷條件下，但花鈴期、吐絮期時(shí)，施磷可以有效促進(jìn)棉絮的累積吸磷量的增加。

2.5 不同連作年限棉田對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量的影響

根據(jù)測(cè)產(chǎn)結(jié)果，隨著連作年限的增加，施磷也會(huì)促進(jìn)棉田產(chǎn)量增加(表5)。單鈴質(zhì)量和單株鈴數(shù)隨著連作年限的增加，各處理間差異不顯著，但施磷可有效增加單鈴質(zhì)量。收獲株數(shù)隨著棉田連續(xù)棉花種植年限的增加，在連作7年時(shí)最大，在連作12年時(shí)最小。同時(shí)，隨著連作年限的增加，棉田棉花產(chǎn)量在連作7年時(shí)達(dá)到最高，施磷處理?xiàng)l件下為 7 062.6 kg/hm2，不施磷處理?xiàng)l件下為 6 343.40 kg/hm2。

2.6 不同連作年限棉田磷肥利用率的差異性

從表6可以看出，隨著棉田連續(xù)種植棉花年限的增加，施磷處理施肥利用率、磷肥農(nóng)學(xué)利用率和磷肥偏生產(chǎn)率均無(wú)顯著差異，但在連7年時(shí)最高，且磷肥累積利用率要顯著高于其他連作年限的棉田。同時(shí)，施磷也提高了不同連作年限棉花的磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥累積利用率、磷肥農(nóng)學(xué)效率及施肥利用率。

3 討論與結(jié)論

3.1 連作年限的增加對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響

土壤有效磷素的含量與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)[18-19]，隨著棉田連作年限的增加，土壤理化性質(zhì)不斷發(fā)生變化。本研究結(jié)果顯示，隨著連作年限增加，棉田中的速效磷呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[20]，在新疆第六師新湖的研究表明，連作7年棉田棉花生物量顯著高于其他連作年限棉田棉花生物量，并且施磷可顯著增加棉花器官生物量。吐絮期時(shí)，施肥條件下，連作7年棉田棉花根和莖的生物量顯著高于其他處理，而花鈴期、吐絮期，隨著棉田連續(xù)種植棉花的時(shí)間推移，棉花在各生育階段的生物量總體上表現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)。表明在連作年限較短的棉田內(nèi)，棉花在前期時(shí)若未能及時(shí)補(bǔ)充磷素，不利于生物量的累積，隨著連作年限的增加，土壤施肥量增加，即使不補(bǔ)充磷素，在土壤中有較多的速效磷可供吸收，但若達(dá)到一定連作年限，土壤中的磷將轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)磷，難以被利用，也不利于棉花生物量的累積。因此在長(zhǎng)期連作的條件下，適當(dāng)及時(shí)補(bǔ)充磷，可有效增加棉花生物量累積，可持續(xù)獲得穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。因?yàn)樯锪坷鄯e是作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)條件[21]。

3.2 連作年限的增加對(duì)植株累積吸磷量和產(chǎn)量的影響

相關(guān)研究指出，棉花長(zhǎng)期連作后，平衡施肥與否直接決定棉花產(chǎn)量高低[22]，本研究中，在長(zhǎng)期連作的棉田中，施磷可有效增加棉花累積吸磷量，總體上累積吸磷量隨著連作年限的增加表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在連作年限低于7年時(shí)，施磷對(duì)于棉花累積吸磷量的促進(jìn)作用不明顯，而連作超過(guò)7年時(shí)，適當(dāng)補(bǔ)磷可在棉花生育中后期對(duì)于棉花累積吸磷量的提升明顯，前期不明顯。隨著棉田種植年限的增加，施磷對(duì)棉花生育前期各器官累積吸磷量提升不明顯，在中后期時(shí)，可促進(jìn)棉絮的累積吸磷量的增加。這是由于前期棉花個(gè)體小，而隨著連作年限的增加，補(bǔ)充進(jìn)土壤中未被利用的大部分養(yǎng)分會(huì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)固定于土壤中，但亦足夠棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)所需；中期時(shí)棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并重，若不適量補(bǔ)充養(yǎng)分，難以維持棉花植株生長(zhǎng)；而后期棉花生長(zhǎng)處于衰退期，生長(zhǎng)減緩，并且主要以供應(yīng)棉絮發(fā)育為主，因此所需養(yǎng)分進(jìn)一步減少，施磷可有效增加單鈴質(zhì)量。施磷處理?xiàng)l件下連作7年的棉田棉花產(chǎn)量顯著高于其他連作年限棉田的棉花產(chǎn)量，與前人研究成果[23-25]基本一致。

表5 不同連作年限條件下對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

表6 不同連作年限對(duì)棉田磷肥利用率的影響

3.3 連作年限對(duì)棉花磷肥利用效率的影響

隨著連作年限增加，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)[26-27]，速效磷含量有所下降[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著連作年限的增加棉田磷肥施肥利用率、磷肥農(nóng)學(xué)利用率和磷肥偏生產(chǎn)率無(wú)顯著差異，但在連作7年時(shí)最高，并且連作7年的棉田施磷累積利用率要顯著高于其他處理，與前人的研究成果[28]基本一致。

棉田連作年限在7年時(shí)，棉田土壤理化性質(zhì)較好，在適當(dāng)補(bǔ)施磷肥的情況下有利于棉花獲得較好的生物量和產(chǎn)量，超過(guò)12年時(shí)土壤中的速效磷容易被固定，不利于植株的吸收，因此要加強(qiáng)中后期棉花的磷肥補(bǔ)施才能有利于獲得高產(chǎn)。