氮磷減量對(duì)棉花—油菜輪作系統(tǒng)作物產(chǎn)量及氮磷 流失的影響

張瓊，尹凌潔，蘇檸，龍廣麗，劉鑫，卓紅，彭芝，韓永亮， 謝桂先，榮湘民*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/土肥高效利用國(guó)家工程研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省農(nóng)情研究分析中心，湖南 長(zhǎng)沙 410005；3.岳陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，湖南 岳陽(yáng) 414000）

氮、磷作為植物必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)發(fā)揮著重要的作用[1-2]。我國(guó)化學(xué)肥料施用量大，約為世界平均水平的4倍[3]。長(zhǎng)期過(guò)量施用化肥不僅降低了肥料利用率[4]，還造成了土壤酸化、大氣氮沉降、水質(zhì)下降等一系列環(huán)境問(wèn)題[5-6]。為提高化肥利用率，減少施肥帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，在2015年，原農(nóng)業(yè)部制定發(fā)布了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》[7]。學(xué)者們通過(guò)研究集成出了一些有效的化肥減施增效技術(shù)，如：測(cè)土配方施肥技術(shù)[8]、緩控釋肥減施技術(shù)[9]、有機(jī)肥替代技術(shù)[10]、化肥側(cè)深減施技術(shù)[11]等，作物化肥利用率有所提升。

棉花、油菜是我國(guó)的主要經(jīng)濟(jì)作物，洞庭湖區(qū)地處長(zhǎng)江中游，是湖南省糧棉油主產(chǎn)區(qū)，糧棉油產(chǎn)量均占全省的三成以上?！?018年春季主要農(nóng)作物科學(xué)施肥指導(dǎo)意見(jiàn)》中指出，我國(guó)長(zhǎng)江中游地區(qū)棉花推薦施肥量為N 195 kg/hm2、P2O590 kg/hm2；油菜推薦施肥量為N 168 kg/hm2、P2O564 kg/hm2[12]。而長(zhǎng)江流域棉花氮肥施用量（N 277 kg/hm2）和磷肥施用量（P2O5102 kg/hm2）分別超過(guò)推薦用量的42.1%和13.3%[13]；長(zhǎng)江中游冬油菜氮肥施用量（N 180 kg/hm2）[14]和磷肥施用量（P2O590 kg/hm2）[15]分別超出推薦用量的7.7%和40.6%。該區(qū)域棉花、油菜產(chǎn)區(qū)施肥量仍有下調(diào)潛力。肥料過(guò)量施用，不僅造成資源浪費(fèi)，更會(huì)污染區(qū)域水環(huán)境。據(jù)《洞庭湖水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》數(shù)據(jù)顯示，洞庭湖地區(qū)各類(lèi)污染物的排放中，來(lái)自農(nóng)業(yè)源的總氮和總磷排放分別占82.68%和85.90%。因此，洞庭湖地區(qū)棉油生產(chǎn)中，化肥減施增效勢(shì)在必行。

化肥減施增效的措施因作物種類(lèi)而異：目前關(guān)于油菜的化肥減施增效措施有總量控制及農(nóng)藝措 施[16]、增密減氮栽培[17]、有機(jī)肥替代[18-19]、減量深施[20]等，棉花有生物肥或有機(jī)肥替代[21-22]、秸稈還田和水肥一體化[11]等。普遍認(rèn)為化肥減量10%~30%較適宜，尤其是洞庭湖區(qū)開(kāi)展的水稻[9]、油菜[18]、玉米[23]、棉花[24]等作物化肥減量技術(shù)的研究也有類(lèi)似結(jié)果。在不同作物種植制度下，同一作物的養(yǎng)分吸收規(guī)律也有所不同。卜容燕等[25]在湖北地區(qū)開(kāi)展的研究發(fā)現(xiàn)：棉油輪作下油菜在生長(zhǎng)前期（苗期—薹期）積累的氮素占到生育期氮素吸收總量的55.2%，顯著高于稻油輪作下油菜在該生育期內(nèi)的氮素吸收比例（46.9%）；但是在油菜生長(zhǎng)后期（花期—角果期）稻油輪作下油菜氮素吸收量占生育期氮素吸收總量比例要顯著高于棉油輪作油菜。因此棉油輪作有利于油菜前期生長(zhǎng)，稻油輪作有利于油菜后期生長(zhǎng)。

洞庭湖區(qū)域前人研究主要集中于單種作物，涉及棉花—油菜輪作制較少。為此，針對(duì)棉花—油菜輪作制系統(tǒng)，在鉀肥施用量一致的基礎(chǔ)上減量施用氮磷肥，探明棉花—油菜輪作常規(guī)施肥方式下的氮、磷肥減施量，以期為洞庭湖區(qū)域棉花—油菜輪作的高效施肥以及農(nóng)業(yè)面源污染防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)于2020年5月—2021年6月在湖南省岳陽(yáng)市農(nóng)科院試驗(yàn)基地（113°5′7′′E，29°16′0′′N(xiāo)）進(jìn)行。該地區(qū)位于長(zhǎng)江中游亞熱帶地區(qū)，海拔24 m，年平均溫度17.0 ℃，年平均降雨量1 400 mm（6~8月年平均雨量585.3 mm，占全年雨量的41.8%），全年日照時(shí)數(shù)1 722~1 816 h，氣候溫暖濕潤(rùn)，光照充沛，雨量適宜。

1.2 供試材料

供試土壤為河湖沉積物發(fā)育而成的紫潮土。試驗(yàn)前五點(diǎn)法取基礎(chǔ)土樣，其土壤有機(jī)質(zhì)為16.36 g/kg， pH值為5.05，堿解氮75.75 mg/kg、速效磷17.18 mg/kg、速效鉀147.88 mg/kg。供試作物為棉花（GK自選82系/GK12-0139）和油菜（早熟品種湘油420）。供試氮肥為尿素（含N 46%，中石油寧夏石化分公司生產(chǎn)），磷肥為過(guò)磷酸鈣（含P2O512%，湖南省永和磷肥廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%，中化化肥有限公司生產(chǎn)）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間小區(qū)試驗(yàn)，共設(shè)置5個(gè)處理，分別為：不施氮磷肥（CK）、常規(guī)施肥（T1）、氮磷肥各減量10%（T2）、氮磷肥各減量20%（T3）、氮磷肥各減量30%（T4）。重復(fù)3次，小區(qū)面積為20 m2（10 m ×2 m），隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)用水泥田?。▽?0 cm， 高出地面30 cm）隔開(kāi)，防止串水串肥。在小區(qū)西側(cè)設(shè)置出水口，安裝計(jì)量水表和排放閥，用有蓋塑料桶接徑流液。

棉花季氮肥用量：CK、T1、T2、T3、T4分別為0、390.0、351.0、312.0和273.0 kg/hm2；磷肥（P2O5）用量：CK、T1、T2、T3、T4分別為0、105.0、94.5、84.0和73.5 kg/hm2；K2O用量均為244.5 kg/hm2。棉花季所有磷肥全部作基肥（土層混施）一次性施用，氮肥作基肥（40%，土層混施）、花鈴肥（40%，表層撒施）和蓋頂肥（20%，表層撒施）施用，鉀肥作基肥（50%，土層混施）和花鈴肥（50%，表層撒施）施用。

油菜季氮肥用量：CK、T1、T2、T3、T4分別為0、180.0、162.0、144.0、126.0 kg/hm2；磷肥（P2O5）用量：0、54.0、48.6、43.2、37.8 kg/hm2；K2O用量均為90.0 kg/hm2。所有磷肥全部作基肥（土層混施）一次性施用，氮肥和鉀肥作基肥（60%，土層混施）、苗肥（20%，表層撒施）和抽薹肥（20%，表層撒施）施用。棉花種植株行距為50.0 cm×45.5 cm，油菜35.3 cm×35.7 cm。

第一季棉花于2020年5月18日施基肥移栽，7月2日施花鈴肥、7月22日施蓋頂肥追肥，10月12日收獲。油菜于2020年10月28日移栽，10月29日施基肥，11月7日施苗肥、12月27日施抽薹肥追肥，2021年4月29日收割。第二季棉花于2021年5月12日移栽，5月18日施基肥，7月2日施花鈴肥、7月27日施蓋頂肥追肥，2021年10月12日完成收獲。其他管理均為常規(guī)田間管理。各種植季施肥量見(jiàn)表1。

表1 各處理作物施肥量（kg/hm2）Table 1 Fertilizer amount in each planting season (kg/hm2)

1.4 樣品采集與分析

1.4.1 徑流水樣采集與測(cè)定 降雨產(chǎn)流后，用500 mL

塑料瓶取部分徑流水樣，加酸、氯仿，冷藏保存，帶回實(shí)驗(yàn)室，并在24 h內(nèi)完成指標(biāo)分析。各次降雨產(chǎn)生的徑流量通過(guò)計(jì)量水表讀數(shù)得出。

分析方法以《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（2002）為準(zhǔn)，分析指標(biāo)包括總氮（Total Nitrogen, TN）、可 溶 性 氮（Dissolved Nitrogen, DN）、顆 粒 態(tài) 氮（Particulate Nitrogen, PN）、硝態(tài)氮（NO3--N）、銨態(tài)氮（NH4+-N）；總磷（Total Phosphorus, TP）、可溶性磷（Dissolved Phosphorus, DP）和顆粒態(tài)磷（Particulate Phosphorus, PP）。總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解—紫外分光光度法測(cè)定；可溶性氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮水樣使用0.45 μm的濾膜抽濾，后采用SmartChem 200測(cè)定；顆粒態(tài)氮采用差減法求得：總氮減去可溶性氮；總磷采用過(guò)硫酸鉀消解—鉬銻抗比色法測(cè)定；可溶性磷水樣使用0.45 μm的濾膜抽濾，后用過(guò)硫酸鉀消解—鉬銻抗比色法測(cè)定；顆粒態(tài)磷采用差減法求得：總磷減去可溶性磷。

氮、磷素徑流損失量計(jì)算公式為：

式中：Qi為氮、磷徑流損失量（kg/hm2）；Ci為徑流 中氮、磷含量（mg/L）；Vi為徑流流失量（m3/hm2）。氮、磷素徑流流失率計(jì)算公式為：

式中：R為氮、磷徑流流失率（%），Qt為施肥處理氮、磷累計(jì)損失量（kg/hm2），Qc為不施肥處理氮磷累計(jì)流失量（kg/hm2）；F為肥料施用量（kg/hm2）。

1.4.2 植株樣品采集與測(cè)定 棉花植株：9月中旬在各小區(qū)中間行取5株植株，去根，分為棉鈴和棉稈二部分，考察其單株鈴數(shù)；每小區(qū)采取50個(gè)正常吐絮棉鈴，考察其單鈴重、衣分。待棉花完全吐絮后，每隔5~7日，分小區(qū)采摘并曬干稱(chēng)重，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。

油菜植株：油菜成熟后各小區(qū)單收測(cè)產(chǎn)。油菜收獲時(shí)，各小區(qū)取代表性植株5穴，考察其千粒重、單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)。

采集的棉花植株（棉鈴和棉稈）和油菜植株（莖稈和角果皮）稱(chēng)重后105 ℃殺青0.5 h，75 ℃烘干至恒重，樣品粉碎過(guò)篩，用H2SO4-H2O2消煮，測(cè)定地上部氮素和磷素養(yǎng)分含量。氮素、磷素分別用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法測(cè)定。

氮肥農(nóng)學(xué)效率（AEn，kg/kg）計(jì)算公式為：

式中：Yt和Yc分別表示施肥和對(duì)照處理的作物產(chǎn)量（kg/hm2），F(xiàn)為氮肥施用量（kg/hm2）。

氮肥利用率（REn，%）計(jì)算公式為：

式中：Ut和Uc分別表示施肥和對(duì)照處理作物收獲時(shí)地上部的吸氮總量（kg/hm2），F(xiàn)為氮肥施用量 （kg/hm2）。

肥料偏生產(chǎn)力（PFPn，kg/kg）計(jì)算公式為：

式中：Y為施肥處理的作物產(chǎn)量（kg/hm2），F(xiàn)為氮肥施用量（kg/hm2）。同理，分別計(jì)算磷肥利用效率。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007軟件整理、繪圖，DPS軟件進(jìn)行不同處理間差異單因素方差分析，所有結(jié)果數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤的形式來(lái)表達(dá)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷肥減量對(duì)棉花、油菜產(chǎn)量及氮磷吸收利用的影響

2.1.1 氮、磷肥減量對(duì)棉花、油菜產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響 由表2可知，2020年和2021年棉花季籽棉產(chǎn)量均隨施肥量減少呈下降趨勢(shì)，T2、T3處理籽棉產(chǎn)量較T1處理無(wú)顯著差異，T4處理在2020和2021年則分別顯著降低27.04%和11.11%。兩年棉鈴數(shù)、單鈴重、衣分均隨施肥量降低而下降，與T1處理相比，T2、T3處理棉鈴數(shù)、單鈴重、衣分差異均不顯著，但2021年T4處理棉鈴數(shù)、單鈴重顯著性下降。棉花產(chǎn)量主要受棉鈴數(shù)的影響，單鈴重次之。與常規(guī)施肥相比，氮磷肥減量20%以?xún)?nèi)對(duì)棉鈴數(shù)、單鈴重?zé)o顯著影響，所以對(duì)籽棉產(chǎn)量影響也不顯著。

表2 各種植季棉花產(chǎn)量及構(gòu)成要素Table 2 Cotton yield and composition factors of each planting season

2021年油菜產(chǎn)量由高到低的排序依次為：T1＞ T2＞T3＞T4＞CK，產(chǎn)量介于1 450~2 350 kg/hm2（表3）。與T1處理相比，T2、T3處理產(chǎn)量降幅不顯著；T4處理產(chǎn)量則顯著降低了10.22%。與T1處理相比，T2、T3處理角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重均無(wú)顯著差異；T4處理角果數(shù)則顯著降低了20.09%。油菜產(chǎn)量主要受角果數(shù)的影響，每角果粒數(shù)、千粒重次之。與常規(guī)施肥相比，氮磷肥減量20%以?xún)?nèi)對(duì)單株角果數(shù)、千粒重?zé)o顯著影響，所以對(duì)油菜產(chǎn)量影響也不顯著。

表3 油菜產(chǎn)量及構(gòu)成要素Table 3 Rapeseed yield and composition factors of each planting season

2.1.2 氮、磷肥減量對(duì)作物氮素吸收和利用率的影響 由表4可知，棉花季、油菜季各處理氮素積累量均表現(xiàn)為T(mén)1＞T2＞T3＞T4＞CK。2020年棉花季和2021年油菜季，T2、T3處理的氮積累量較T1處理差異不顯著；T4處理氮積累量則分別顯著降低20.14%和15.45%。2021年棉花季，T2、T3和T4處理氮積累量較T1處理分別顯著降低5.16%、9.38%和28.55%。棉花季各處理作物氮素積累量要明顯高于油菜季，且以2021年棉花季氮素積累量最高。

三季作物施肥處理氮肥利用率（REn）均表現(xiàn)為T(mén)3＞T2＞T1＞T4。其中T2、T3處理REn較T1分別提高了7.5%、19.97%（2020年棉花），0.66%、10.91%（2021油菜）和1.53%、5.41%（2021年棉花）；T4處理REn較T1則分別顯著降低了8.71%（2020年棉花）、6.88%（2021年油菜）和25.26%（2021年棉花）。氮肥偏生產(chǎn)力（PFPn）2020年棉花季處理間變化不顯著，而2021年油菜季和棉花季隨施肥量減少而上升。氮肥農(nóng)學(xué)效率（AEn）在2021年油菜季和棉花季，與T1處理相比，T2~T4處理的AEn均有所提高；而2020年棉花季表現(xiàn)為T(mén)1處理最高。

2.1.3 氮、磷肥減量對(duì)作物磷素吸收和利用率的影響 由表4可知，三種植季各處理磷素積累量均表現(xiàn)為T(mén)1＞T2＞T3＞T4＞CK。較CK處 理，T1~T4施肥處理磷素積累量在三季均有顯著提高。2020年棉花季，T2、T3、T4處理的磷素積累量較T1處理分別顯著減少了2.46%、3.69%、15.85%。2021年油菜季，T2、T3處理磷素積累量較T1處理無(wú)顯著差異；T4處理顯著減少了15.20%。2021年棉花季，T2處理磷素積累量較T1處理無(wú)顯著差異；T3、T4處理分別顯著減少5.02%、13.16%。棉花季各處理作物磷素積累量要略高于油菜季，且以2021年棉花季磷素積累量最高。

表4 各種植季的氮磷積累量及利用率Table 4 Accumulation and utilization rate of nitrogen and phosphorus in each planting season

三季各施肥處理磷肥利用率（REp）均表現(xiàn)為T(mén)3＞T2＞T1＞T4。其中T2、T3處理REp較T1分別提高了3.52%、12.22%（2020年棉花），1.88%、11.91%（2021油菜）和5.87%、6.92%（2021年棉花）；T4處理REp較T1則分別顯著降低了19.83%（2020年棉花）、20.83%（2021年油菜）和11.34%（2021年棉花）。磷肥偏生產(chǎn)力（PFPp）在2020年棉花季各處理間無(wú)顯著差異；在2021年油菜季和棉花季隨施肥量的減少而上升。磷肥農(nóng)學(xué)效率（AEp）在2021年油菜季和棉花季，與T1處理相比T2~T4處理的AEp均有所提 高；而在2020年棉花季表現(xiàn)為T(mén)1處理最高。

2.2 氮、磷肥減量對(duì)氮磷徑流流失的影響

2.2.1 氮、磷肥減量對(duì)氮素徑流濃度的影響 從圖1可知，三季徑流總氮濃度隨時(shí)間推移整體呈下降趨勢(shì)。2020年和2021年棉花季各處理的總氮濃度表現(xiàn)為波動(dòng)性下降。這是由于氮肥按照基肥、花鈴肥、蓋頂肥4∶4∶2的比例分別于當(dāng)年5月（基肥）、7月（花鈴肥、蓋頂肥）施入，而6~8月為強(qiáng)降雨發(fā)生的主要時(shí)期，尤其是花鈴肥施用前后強(qiáng)降雨相對(duì)集中。油菜季由于氮肥已于2020年12月施用完畢，而產(chǎn)流發(fā)生在次年3月，各處理的總氮濃度隨時(shí)間推移緩慢下降。與T1處理相比，T2~T4各處理棉花季總氮濃度減少了13.92%~32.10%（2020年）和6.8%~37.63%（2021年）；油菜季各處理總氮流失濃度降低了21.06%~48.84%。三季可溶性氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、顆粒態(tài)氮濃度變化趨勢(shì)與總氮趨勢(shì)基本一致。

圖1 各種植季徑流氮濃度變化Fig.1 Dynamics of nitrogen concentration of runo§ in each planting season

2.2.2 氮、磷肥減量對(duì)磷素徑流濃度的影響 從圖2可知，由于磷肥是作為基肥在移栽時(shí)一次性施入，三季徑流總磷濃度隨時(shí)間推移整體呈下降趨勢(shì)。2020年和2021年棉花季各處理的總磷濃度受花鈴期強(qiáng)降雨影響表現(xiàn)為波動(dòng)性下降；油菜季各處理的總磷濃度隨時(shí)間推移緩慢下降。與T1處理相比，T2~T4各處理棉花季總磷濃度減少了19.75%~ 42.63%（2020年）和34.32%~56.54%（2021年）；油 菜季各處理總磷流失濃度降低了17.57%~46.41%。三季可溶性磷、顆粒態(tài)磷濃度變化趨勢(shì)與總磷趨勢(shì)基本一致。

圖2 各種植季徑流磷濃度變化Fig.2 Dynamics of phosphorus concentration of runo§ in each planting season

2.2.3 氮、磷肥減量對(duì)徑流氮素流失量的影響 由表5 可知，棉花季和油菜季總氮流失量均隨施肥量的減少而顯著降低，且以T1處理最大，CK處理最小。較T1處理，T2~T4處理的總氮流失量棉花季顯著降低了7.23%~31.20%（2020年）和5.94%~27.20%（2021年），油菜季顯著降低了18.88%~37.61%。三季可溶性氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、顆粒態(tài)氮流失量趨勢(shì)與總氮流失量趨勢(shì)一致。棉花季磷素流失量（2020年：9.60~17.57 kg/hm2，2021年：7.52~11.58 kg/hm2） 要明顯高于油菜季（0.54~0.90 kg/hm2），這可能與棉花季氮肥施用量（273~390 kg/hm2）遠(yuǎn)大于油菜季（126~180 kg/hm2）有關(guān)，也可能與棉花季降雨強(qiáng)度、次數(shù)均高于油菜季有關(guān)。棉花季和油菜季氮素流失形態(tài)均以可溶性氮為主，硝態(tài)氮是可溶性氮中的主要形態(tài)，占總氮流失量的33.74%~44.99%。

表5 各種植季的氮磷徑流流失量（kg/hm2）Table 5 Nitrogen and phosphorus runo§ loss amount in each planting season (kg/hm2)

2.2.4 氮、磷肥減量對(duì)徑流磷素流失量的影響 棉花季和油菜季總磷流失量均隨著施肥量的減少而顯著降低，且T1處理最大，CK處理最小。較T1處理，T2~T4處理的總磷流失量棉花季顯著降低了16.86%~44.02%（2020年）和12.80%~35.29%（2021年），油菜季顯著降低了10.18%~24.85%。三季可溶性磷、顆粒態(tài)磷流失量趨勢(shì)與總磷流失量趨勢(shì)一致。棉花季磷素流失量（2020年：0.29~0.54 kg/hm2，2021 年：0.32~0.65 kg/hm2）要明顯高于油菜季（0.28~ 0.45 kg/hm2），這可能與棉花季磷肥施用量（73.5~ 105.0 kg/hm2）遠(yuǎn)大于油菜季（37.8~54.0 kg/hm2），以及棉花季降雨強(qiáng)度、次數(shù)均高于油菜季有關(guān)。棉花季和油菜季磷素流失形態(tài)均以顆粒態(tài)磷為主。

3 討論

3.1 氮磷肥減量對(duì)旱地氮、磷流失的影響

前人研究認(rèn)為，農(nóng)田徑流氮磷濃度、徑流流失量與施肥水平密切相關(guān)[26-27]。段然等[28]研究表明，在玉米—油菜輪作制度下，與常規(guī)施肥相比，合理減量施肥能減少?gòu)搅髦械?、磷損失量3.54%~29.36%和7.14%~35.71%。郭智等[29]研究表明，與農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥相比，減量施肥顯著降低菜—稻周年總磷徑流流失量達(dá)22.48%~45.66%。本研究中，棉花、油菜季氮磷流失量均隨氮、磷肥施用的減量而明顯下降，與常規(guī)施肥相比，氮、磷流失量在棉花季分別減少了5.94%~31.20%、12.80%~44.02%，油菜季分別減少了18.88%~37.61%、10.18%~24.85%。李恩堯等[23]在洞庭湖區(qū)的研究指出，減氮處理氮素徑流損失量比常規(guī)施肥處理減少12.54%~28.68%。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致。本研究中，從棉花—油菜周年氮磷徑流流失的情況來(lái)看，氮磷徑流流失主要集中在棉花季，各處理?xiàng)l件下，其總氮、總磷流失量分別占周年流失總量的90%和80%以上。這可能是由于棉花需肥量比油菜大，還可能與各種植季施肥期、降雨次數(shù)和徑流流失量不同等有關(guān)。棉花季降雨及產(chǎn)流多發(fā)生在6~7月，雨勢(shì)強(qiáng)烈且多發(fā)，產(chǎn)流量大，而7月正值棉花花鈴期追肥階段，所以養(yǎng)分流失量大。而油菜季降雨及產(chǎn)流發(fā)生在年后的3~4月，雨勢(shì)細(xì)綿，產(chǎn)流量小，且此時(shí)已進(jìn)入油菜的角果成熟期，距離最后一次施肥（2020年12月27日）已有兩個(gè)多月，肥料已大部分被植株吸收利用，因此養(yǎng)分流失量較小。

本研究中，棉花季和油菜季T1~T4處理的總氮、總磷損失率均隨著施肥量的減少而逐漸減少，各處理間差異顯著。氮磷流失形態(tài)中，氮素以硝態(tài)氮為主；磷素以顆粒態(tài)磷為主。這與前人研究結(jié)果一致，他們認(rèn)為旱地土壤流失的氮素以硝態(tài)氮為主，水 田以銨態(tài)氮為主[30]；旱地磷素流失以顆粒態(tài)磷為 主[26,31]。

3.2 氮磷肥減量對(duì)棉—油輪作作物產(chǎn)量及肥料利用率的影響

肥料是作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的重要來(lái)源之一，施肥量不足會(huì)減緩作物的正常發(fā)育；過(guò)量施肥則易引起植物莖稈瘋長(zhǎng)，影響生殖器官的發(fā)育，進(jìn)而影響產(chǎn)量。因此，適宜施肥量對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。適宜施肥量隨地區(qū)和作物的差異而有所不同。江漢平原麥后移栽棉的推薦施氮量為310.64~318.75 kg/hm2[32]；在黃淮海平原，玉米單作茬口，冬小麥最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量施氮量為243 kg/hm2；大豆單作和玉米大豆間作茬口，最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量施氮量分別為 196 kg/hm2和210 kg/hm2[33]；在湖北地區(qū)，磷肥用量為75 kg/hm2時(shí)可實(shí)現(xiàn)油菜的高產(chǎn)高效生產(chǎn)[34]。適度減量施肥能提高氮、磷肥利用率，協(xié)調(diào)作物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，從而使產(chǎn)量得以穩(wěn)定。作物減量施肥應(yīng)從土壤肥力狀況的實(shí)際出發(fā)，結(jié)合不同作物的生長(zhǎng)規(guī)律和肥料需求，平衡養(yǎng)分供需，節(jié)約肥料。有研究發(fā)現(xiàn)，植株整個(gè)生育期土壤氮素礦化加上播前無(wú)機(jī)氮數(shù)量，土壤自身供氮量可高達(dá)347 kg/hm2，能滿(mǎn)足植株生長(zhǎng)發(fā)育所需[35-36]，這大大弱化了施肥量差異對(duì)作物產(chǎn)量帶來(lái)的影響。前人研究結(jié)果表明，在洞庭湖流域，與常規(guī)施肥相比，氮磷減量20%以?xún)?nèi)對(duì)玉米產(chǎn)量無(wú)顯著影響，氮磷減量達(dá)30%時(shí)出現(xiàn)顯著減產(chǎn)[23]；而在玉米—油菜輪作中，減氮30%以?xún)?nèi)，減磷20%以?xún)?nèi)對(duì)玉米、油菜產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響[28]。

本研究中，在農(nóng)民常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，氮磷肥減施20%以?xún)?nèi)對(duì)作物產(chǎn)量影響均不顯著，這與前人的研究結(jié)果一致[24]。棉花產(chǎn)量受棉鈴數(shù)、單鈴重、衣分等產(chǎn)量因素的影響[37-38]。本研究中，與常規(guī)施肥相比，T2、T3處理籽棉產(chǎn)量連續(xù)兩年差異不顯著，主要原因是T2、T3處理的單鈴重和結(jié)鈴數(shù)較常規(guī)施肥處理無(wú)顯著差異。2021年籽棉產(chǎn)量較之2020年整體有所提升，究其原因可能是2020年兩次追肥期前后強(qiáng)降雨多發(fā)，徑流量大，氮素養(yǎng)分流失較多，棉鈴生長(zhǎng)發(fā)育受滯導(dǎo)致減產(chǎn)；而2021年兩次追肥期降雨次數(shù)少、間隔時(shí)間長(zhǎng)，養(yǎng)分流失相對(duì)較少，各處理單株棉鈴數(shù)、單鈴重均高于2020年。油菜的產(chǎn)量受單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重等因素的制約。熊廷浩等[18]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，化肥減量25%條件下的單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重均無(wú)顯著差異。本研究中，與常規(guī)施肥相比，T2、T3處理油菜產(chǎn)量差異不顯著，主要原因是T2、T3處理單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重與常規(guī)施肥相比雖略有減少，但均無(wú)顯著差異。

本研究中，氮磷肥減量20%以?xún)?nèi)對(duì)2020年棉花和2021年油菜氮素積累量影響不顯著，與前人研究結(jié)果一致。2021年棉花季各處理氮素積累量均高于2020年棉花季，處理間差異明顯?？赡苁怯捎?021年度雨水淋洗強(qiáng)度和次數(shù)均弱于2020年，養(yǎng)分流失量相對(duì)較少，植株養(yǎng)分吸收較好。氮磷肥減量對(duì)棉花磷素積累量有顯著影響，氮磷肥減施20%以?xún)?nèi)對(duì)油菜磷素積累量影響不顯著。2021年棉花季各處理磷素積累量均高于2020年棉花季。

本研究中，減量施肥20%以?xún)?nèi)，可有效提高各種植季氮磷肥料利用率，且均在減量20%時(shí)效果最好。這與前人的研究結(jié)果基本一致[39]。這可能與試驗(yàn)條件下土壤氮、磷素含量較高有關(guān)；也可能與油菜生物量較低，油菜的氮素吸收主要集中在苗 期[28]，且對(duì)磷素利用能力較強(qiáng)有較大聯(lián)系。由于試驗(yàn)條件所限，本試驗(yàn)只選取了當(dāng)?shù)刈罹叽硇缘拿藁ê陀筒似贩N，在后續(xù)的試驗(yàn)中會(huì)加強(qiáng)對(duì)不同品種和不同地區(qū)的棉花—油菜體系的探索，以期為不同地區(qū)的棉花—油菜輪作體系提供更廣泛的依據(jù)。

4 結(jié)論

1）與常規(guī)施肥處理相比，氮磷減量10%~20%不顯著影響旱地作物（棉花—油菜輪作）產(chǎn)量，但減量30%時(shí)產(chǎn)量顯著降低；氮磷肥利用率隨其施用量的減少呈先升高后降低的趨勢(shì)，以減量20%氮磷肥利用率最高。

2）洞庭湖平原旱地棉花—油菜輪作系統(tǒng)中，氮磷養(yǎng)分流失以棉花季為主，棉花花鈴期是養(yǎng)分流失的關(guān)鍵時(shí)期?？偟?、總磷流失量隨氮磷肥用量的減少而顯著降低。與常規(guī)施肥相比，氮磷減量10%~30%的總氮、總磷流失量分別減少5.94%~37.61%、10.18%~44.02%。

3）綜合棉花—油菜輪作系統(tǒng)的作物產(chǎn)量和養(yǎng)分流失情況，在本試驗(yàn)所設(shè)范圍內(nèi)，氮磷減量20%以?xún)?nèi)能在保證作物產(chǎn)量、穩(wěn)定養(yǎng)分吸收情況下，減少氮磷流失；其中以氮磷肥減量20%效果最佳。