有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)棉田土壤養(yǎng)分含量與棉花產(chǎn)量收益的影響

石學(xué)萍，張 謙，王 燕，董 明，祁 虹，馮國(guó)藝，孫紅春，王樹林

(1.國(guó)家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，石家莊 050051；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家棉花改良中心河北分中心，石家莊 050051；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北保定 071000)

0 引 言

【研究意義】棉花是河北省重要經(jīng)濟(jì)作物之一，近年來面積有所下降，主要集中于河北省中南部的旱薄沙壤土地區(qū)，該區(qū)域土壤肥力普遍較低，是限制棉花產(chǎn)量提升的主要因子，改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤肥力是提高棉花產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)棉花可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。有機(jī)肥在改善土壤板結(jié)、提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量方面具有天然優(yōu)勢(shì)，研究適合冀中南旱薄沙壤地區(qū)的有機(jī)無機(jī)肥料配施方案具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤養(yǎng)分在棉花生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成過程中起到重要作用，隨著化肥的普及應(yīng)用，其用量早已占到我國(guó)肥料總量的90%以上[1]，化學(xué)肥料長(zhǎng)期施用已顯現(xiàn)出肥效下降[2]、土壤板結(jié)酸化及面源污染等生態(tài)環(huán)境問題[3-4]，有機(jī)肥與無機(jī)肥相結(jié)合，可顯著提高作物產(chǎn)量，提高化肥利用率，提高農(nóng)田生產(chǎn)力[5-6]。吳迪等[7]研究表明，配施有機(jī)肥不僅對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用，還能提高對(duì)肥料養(yǎng)分的吸收和利用效率，獲得更高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；李淑儀等[8]研究表明，并不是有機(jī)肥所占比例越高越好，超過某個(gè)界限后作物產(chǎn)量反而降低，有機(jī)無機(jī)配施應(yīng)存在最合適比例，有機(jī)肥比例過高和過低都會(huì)影響作物產(chǎn)量；袁玲等[9]研究表明，有機(jī)肥與化肥長(zhǎng)期配合施用能提高土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷養(yǎng)分的含量，增強(qiáng)土壤轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶的活性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】基于增施有機(jī)肥后，在不降低棉花產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分的情況下，分析從有機(jī)無機(jī)配施下的肥料投入產(chǎn)出效益，研究增施有機(jī)肥后可減施的化肥量。需研究河北省中南部旱薄沙壤區(qū)開展的有機(jī)肥替代化肥效果?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在河北省中南部旱薄沙壤區(qū)，增施有機(jī)肥，在保證棉花產(chǎn)量穩(wěn)定的情況下，減少施用化肥量，達(dá)到培肥地力、減少環(huán)境污染的目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2018～2020年在河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所威縣試驗(yàn)站(河北省威縣棗園鄉(xiāng)東張莊村)進(jìn)行，供試肥料為尿素(N46.4%)、重過磷酸鈣(P2O546.0%)、氯化鉀(K2O 60.0%)，有機(jī)肥采用袋裝干雞糞(有機(jī)質(zhì)含量43.2%，全N含量1.4%，P2O5含量 0.9%，K2O含量 1.3%)，均為市場(chǎng)購(gòu)買；棉花品種采用冀863。試驗(yàn)地前茬棉花，土壤有機(jī)質(zhì)6.6 g/kg，全氮1.09 g/kg，速效磷27.5 mg/kg，速效鉀198 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置6個(gè)處理，分別為不施肥對(duì)照(CK0)、施用常量化肥(CKF)、化肥減量10%+有機(jī)肥(T1)、化肥減量30%+有機(jī)肥(T2)、化肥減量50%+有機(jī)肥(T3)。設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)寬6.0 m，長(zhǎng)10.0 m，棉花采用地膜覆蓋，等行距76 cm種植，留苗密度6.0×104株/hm2，所有肥料于4月中旬1次底施，施肥后旋耕，隨后灌底墑水，4月下旬耙耱后播種，其它管理措施同大田。表1

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 土壤養(yǎng)分

收獲期于10月25日前后每個(gè)小區(qū)按照五點(diǎn)取樣法取0～20 cm土壤，混勻后風(fēng)干。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，全氮測(cè)定采用濃硫酸消煮-半微量凱氏法，速效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法,速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法[10]。

表1 試驗(yàn)處理及肥料用量Table 1 Treatments and fertilizer amount of the experiment

1.2.2.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

9月10日每小區(qū)選取具代表性的40株棉花，調(diào)查單株成鈴數(shù)；吐絮后收取40株全部吐絮鈴測(cè)定單鈴重，并軋花測(cè)定衣分；小區(qū)籽棉單獨(dú)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.2.2.3 肥料投入收益

肥料價(jià)格按照市場(chǎng)購(gòu)買價(jià)格計(jì)算，干雞糞0.35元/kg，尿素1.6元/kg，重過磷酸鈣5.2元/kg，氯化鉀2.9元/kg，籽棉價(jià)格6.6元/kg；肥料投入收益=處理籽棉收益-不施肥對(duì)照籽棉收益-肥料投入。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理使用Excel 2007與dps7.05分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

研究表明，連續(xù)3年施用有機(jī)肥后，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著升高，T1、T2與T3之間的土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，在6.7～6.8 g/kg，但較CKF提高0.2～0.3 g/kg，差異達(dá)顯著水平；土壤全氮各處理間均差異不顯著，即使CK0全氮也未出現(xiàn)降低趨勢(shì)；土壤速效磷與速效鉀處理間變化規(guī)律趨勢(shì)基本一致，在施用有機(jī)肥的情況下，化肥減量越多，土壤速效磷與速效鉀含量越低，其中T2與CKF相比，速效磷含量下降了4.6%，速效鉀含量基本持平，差異均不顯著，T3與CKF相比，速效磷與速效鉀含量顯著下降。連續(xù)3年增施有機(jī)肥可明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)在化肥減量30% 情況下，土壤全氮、速效磷與速效鉀含量與單施化肥相比差異不大，而減施化肥50%后，土壤速效磷與速效鉀含量顯著下降。表2

表2 不同處理土壤養(yǎng)分含量Table 2 Soil nutrient contents of treatments

2.2 棉花產(chǎn)量性狀

研究表明，增施有機(jī)肥減施化肥通過影響單株鈴數(shù)而影響棉花產(chǎn)量，與CKF相比，T1單株鈴數(shù)略有增加而T2略有下降，但差異均未達(dá)顯著水平，T3則顯著低于CKF；單鈴重僅CK0為4.8 g，顯著低于其它處理，T1、T2略高于CKF、T3，但4個(gè)處理間差異不顯著，衣分則CK0最高，且顯著高于其它4個(gè)處理，CKF、T1、T2與T3的衣分在38.5%～38.9%，差異不大；籽棉產(chǎn)量以CK0最低，與CKF相比T1籽棉增產(chǎn)3.3%，T2基本持平，T3減產(chǎn)4.5%，其中T3產(chǎn)量顯著下降，T1、T2與CKF籽棉產(chǎn)量差異不顯著，皮棉產(chǎn)量趨勢(shì)相似。增施有機(jī)肥減施30%化肥籽棉產(chǎn)量與單施化肥差異不大，而減施50%化肥后籽棉產(chǎn)量則顯著下降。表3

表3 不同處理棉花產(chǎn)量性狀變化Table 3 Cotton yield components of treatments

2.3 肥料投入收益比較

研究表明，在所有處理中，T1肥料總投入最高，達(dá)到2 711元/hm2，T2較CKF肥料總投入減少204元/hm2，籽棉收益以T1最高，T2次之，肥料投入收益以T1最高，為3 487元/hm2，但T1月T2之間差異不顯著，而T3肥料投入收益則顯著降低。在增施有機(jī)肥的情況下，減施30%化肥可達(dá)到肥料投入收益與減施化肥量之間的平衡，既兼顧收益也最大限度減少化肥用量。表4

表4 不同處理肥料投入收益Table 4 Returns of fertilizer input for treatments

3 討 論

有機(jī)肥在改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量等方面的研究很多，其效果也得到一致認(rèn)可，何曉雁等[5]認(rèn)為，有機(jī)肥與化肥合理配施可提高小麥產(chǎn)量49.4%，提高土壤有機(jī)質(zhì)與速效鉀含量，增加作物生物量、提高水分利用效率；溫延臣等[6]研究結(jié)果表明，采用有機(jī)肥等養(yǎng)分替代化肥后，對(duì)小麥玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素影響不大，但有利于培肥地力，促進(jìn)土壤可持續(xù)利用；研究重點(diǎn)從減少化肥用量與肥料投入收益比的角度出發(fā)，采用合適比例的有機(jī)肥替代化肥后，發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)顯著提高，棉花產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素與單施化肥相差不大，與前人研究結(jié)果基本一致，研究從肥料投入收益比的角度，提出了最佳有機(jī)肥與化肥用量。另一方面，隨著化肥的普及推廣，有機(jī)肥施用比例急劇下降，包雪梅等[1]指出，有機(jī)肥投入下降造成土壤基礎(chǔ)肥力下降，鉀素營(yíng)養(yǎng)不足，原因是傳統(tǒng)有機(jī)肥堆制施用勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且在當(dāng)季作物作物增產(chǎn)增效方面明顯不如化肥，比較符合當(dāng)前農(nóng)村有機(jī)肥源不足，有機(jī)肥施用費(fèi)工費(fèi)力導(dǎo)致的有機(jī)肥用量下降現(xiàn)象；近年來市場(chǎng)上出現(xiàn)了簡(jiǎn)易加工的有機(jī)肥(如干雞糞)，價(jià)格低廉，施用方便，如能部分替代化肥，在成本相當(dāng)?shù)那闆r下，既可實(shí)現(xiàn)培肥地力，又能減少化肥施用降低環(huán)境污染的效果。在試驗(yàn)中，設(shè)置了施干雞糞1 500 kg/hm2，其投入成本約占化肥投入20%，通過與不同化肥減量處理配合施用，結(jié)果表明在減少化肥用量30%的情況下，一方面棉花產(chǎn)量與單施化肥處理相當(dāng)，同時(shí)提高了土壤有機(jī)質(zhì)，穩(wěn)定了棉田氮磷鉀養(yǎng)分含量，肥料投入效益較高，是適合冀中南旱薄沙壤區(qū)棉花種植的施肥方案。

4 結(jié) 論

在河北省中南部旱薄沙壤棉區(qū)，采用增施有機(jī)肥(干雞糞)1 500 kg/hm2，同時(shí)減少化肥用量30%，定位3 a后，土壤有機(jī)質(zhì)提高0.3 g/kg，土壤全氮、速效磷與速效鉀含量與單施化肥相比差異不大；棉花產(chǎn)量與單施化肥對(duì)照持平，而肥料投入收益較單施化肥對(duì)照增加540元/hm2。