不同液體有機(jī)肥對新疆棉花生長及土壤養(yǎng)分的影響①

王 研，羅 彤，閔 濤，程李洋，李俊華

不同液體有機(jī)肥對新疆棉花生長及土壤養(yǎng)分的影響①

王 研，羅 彤，閔 濤，程李洋，李俊華*

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境系，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832003)

為研究不同液體有機(jī)肥對新疆棉花生長及土壤養(yǎng)分的影響，進(jìn)而確定滴灌棉田最適宜的液體有機(jī)肥類型，為優(yōu)化新疆滴灌棉花施肥技術(shù)提供理論依據(jù)，采用盆栽試驗(yàn)，設(shè)置5個(gè)處理包括不施肥(CK)、常規(guī)施肥(化肥，CF)、含氨基酸液體有機(jī)肥(AF)、含腐殖酸液體有機(jī)肥(HF)、酸性有機(jī)肥浸提液(BF)，考察了不同施肥處理對棉花生長、葉片光合能力、產(chǎn)量構(gòu)成、土壤養(yǎng)分以及養(yǎng)分利用率的影響。結(jié)果表明：與CF處理相比，不同液體有機(jī)肥均能促進(jìn)棉花生長，提高土壤有效養(yǎng)分含量。其中，AF處理較CF處理顯著提高了棉花葉片氣孔導(dǎo)度(s)，增加7.18%；與CF處理相比，HF處理對棉花株高、莖粗、葉片蒸騰速率(r)、總根表面積的促進(jìn)作用最顯著，分別增加了6.38%、3.92%、11.01%和14.52% ～ 11.84%，棉花莖和地下部干物質(zhì)量最高；BF處理棉花總根長顯著提高 41.21% ～ 49.48%，同時(shí)葉片凈光合速率(n)最強(qiáng)，棉花單株成鈴數(shù)、衣分最高，棉花蕾鈴、籽棉和整株干物質(zhì)量顯著提高了 27.91%、11.83% 和 9.76% 。對于土壤理化性質(zhì)，AF、HF和BF處理較CF處理均顯著提高了土壤有效磷含量；BF處理顯著降低了土壤pH，且土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量均高于其他處理。BF處理棉花肥料偏生產(chǎn)力、肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料貢獻(xiàn)率較CF處理提高了5.83% ～ 19.33%，顯著高于其他處理。總之，3種液體有機(jī)肥均能促進(jìn)棉花生長，增加棉花干物質(zhì)積累，提高土壤有效養(yǎng)分含量以及肥料利用率，其中以酸性有機(jī)肥浸提液效果最佳。因此，在滴灌棉田應(yīng)用酸性有機(jī)肥浸提液可以獲得更高的棉花產(chǎn)量及肥料利用率，有利于新疆滴灌棉田可持續(xù)發(fā)展。

棉花；液體肥料；滴灌；土壤養(yǎng)分

新疆棉花在我國占有重要戰(zhàn)略地位。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2020年底，新疆棉花播種面積達(dá)全國棉花播種面積的78.9%，總產(chǎn)量已達(dá)全國棉花總產(chǎn)量的87.3%。由于降水量少，新疆棉田主要采用膜下滴灌(在灌溉水中加入肥料，對水、肥進(jìn)行同步控制)的方式進(jìn)行灌溉[1]。適合滴灌使用的肥料主要包括高溶解度的固體肥料和液體肥料。在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家如美國、英國、德國等，液體肥料很早就得到了廣泛使用，以美國為例，液體肥料占其肥料總用量的35% 左右[2]。我國液體肥料應(yīng)用起步較晚，加之滴灌設(shè)備的不完善，農(nóng)業(yè)上普遍使用的滴灌肥料仍是溶解度較好的固體肥料，液體肥料應(yīng)用較少。相比固體肥料，液體肥料更適合灌溉系統(tǒng)應(yīng)用，且生產(chǎn)費(fèi)用低，在運(yùn)輸、施肥過程中沒有粉塵、煙霧等污染物質(zhì)；同時(shí)，液體肥料顆粒微小，易被作物根系吸收，配方簡便靈活，可以根據(jù)實(shí)際需要將各種養(yǎng)料成分在液體中充分混合[3]。

在新疆，棉花種植農(nóng)戶的化肥過量施用率占到實(shí)際施用量的59.6%，過量單施化肥將導(dǎo)致土壤肥效降低、質(zhì)量惡化等問題發(fā)生[4]。而在液體肥的基礎(chǔ)上添加有機(jī)質(zhì)制成的液體有機(jī)肥，不僅能滿足植物生長所需的養(yǎng)分，還可以改善土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，提高土壤連續(xù)生產(chǎn)能力，并且對環(huán)境的負(fù)面影響較小[5]。

目前，液體有機(jī)肥料主要以腐殖酸、氨基酸為原料研制，以有機(jī)肥浸提液為基礎(chǔ)研制的酸性液體有機(jī)肥研究較少[6]。氨基酸有機(jī)肥通常以植物性、動(dòng)物性原料進(jìn)行制備，其不僅能夠?yàn)橹参锾峁┑睾托》肿佑袡C(jī)碳源，還能直接參與光合作用，提高光合效率，且對土壤微生物具有刺激作用，能緩解土壤的連作障礙[7-9]。腐殖酸有機(jī)肥通常以泥炭、褐煤等為原料，通過與各類營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行組合制備而成。前人研究表明，腐殖酸作為腐殖質(zhì)的重要組分之一，不僅能夠改善土壤理化性狀，其所含的羧基、羥基、酚羥基等官能團(tuán)在促進(jìn)作物生長、增強(qiáng)作物抗逆性等方面也具有重要作用[10-12]。而有機(jī)肥浸提液是一種由有機(jī)、無機(jī)物及微生物組成的混合物，其最大化地提取了堆肥中的微生物群落、功能性物質(zhì)和養(yǎng)分[13]，不僅在提高作物葉綠素含量、增強(qiáng)光合作用、促進(jìn)作物生長方面有積極作用[14-16]，而且還能夠與土壤中致病微生物產(chǎn)生競爭作用，有效預(yù)防土傳病害[17-18]。此外，液體有機(jī)肥便于與新疆滴灌技術(shù)相結(jié)合，方便施用，具有廣闊的應(yīng)用前景。而新疆有機(jī)肥資源豐富[19]，制備液體有機(jī)肥還能在減少環(huán)境污染的同時(shí)使農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用。

由于不同類型的液體有機(jī)肥具有不同的養(yǎng)分含量和理化特性，對作物生長發(fā)育的影響也不盡相同，同時(shí)不同作物對液體有機(jī)肥的響應(yīng)也必然存在差異。目前關(guān)于不同液體有機(jī)肥在棉花上的應(yīng)用與研究較少，利用液體有機(jī)肥提供棉花全生育期生長所需養(yǎng)分，從而取代種肥、基肥的做法也較少見。本研究通過研制不同液體有機(jī)肥，探究其對棉花生長發(fā)育及生理特性的影響，篩選最適宜提高棉花產(chǎn)量的液體有機(jī)肥類型，旨在為新疆滴灌棉田應(yīng)用液體有機(jī)肥，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提高作物產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年4—10月在新疆石河子市石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站(44°23′N，85°41′E)進(jìn)行。試驗(yàn)所取土壤為0 ～ 20 cm耕層土壤，經(jīng)風(fēng)干，過5 mm篩混勻備用。供試土壤為灰漠土，土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH 8.09，有機(jī)質(zhì)18.64 g/kg，堿解氮52.97 mg/kg，有效磷17.32 mg/kg，速效鉀173.93 mg/kg。供試化肥中氮肥、磷肥、鉀肥分別為尿素(含N 460 g/kg)，磷酸一銨(含N 120 g/kg、P2O5610 g/kg)，硫酸鉀(含K2O 520 g/kg)。供試液體有機(jī)肥3種：含氨基酸液體有機(jī)肥(AF)、含腐殖酸液體有機(jī)肥(HF)、酸性有機(jī)肥浸提液(BF)，根據(jù)液體肥中的氮、磷、鉀含量，補(bǔ)加尿素(含N 460 g/kg，小顆粒)、磷酸一銨(含N 120 g/kg、P2O5610 g/kg，料漿法)、硫酸鉀(含K2O 520 g/kg，羅布泊)，保持各液體肥氮、磷、鉀總養(yǎng)分含量一致，均為N 70 g/L、P2O570 g/L、K2O 70 g/L。液體有機(jī)肥養(yǎng)分含量及性質(zhì)如表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn)，共設(shè)置5個(gè)處理(表2)，每個(gè)處理重復(fù)4次，棉花全生育期取樣2次，共計(jì)40盆。試驗(yàn)過程中，取干凈塑料盆(直徑21 cm，高28 cm) 裝入供試風(fēng)干土10 kg。供試棉花品種為新陸早42號(hào)，于4月28日播種，每盆經(jīng)定苗后保留3株長勢一致的棉花幼苗。棉花各生育期施肥隨水滴灌，使用醫(yī)用點(diǎn)滴袋模擬滴灌施肥，每次水肥總量均為600 mL/pot。根據(jù)棉花的需肥規(guī)律，采取少量多次的原則，出苗水帶肥(播種)2%、苗期(出苗后27 d)3%、蕾期(出苗后47 d)10%、盛蕾期(出苗后57 d)20%、初花期(出苗后67 d)20%、盛花期(出苗后76 d)25%、花鈴期(出苗后85 d)10%、盛鈴期(出苗后98d)10%，共計(jì)施肥8次，試驗(yàn)各處理肥料施用量如表2所示。

表2 試驗(yàn)各處理肥料施用量

1.3 樣品采集

在棉花花鈴期(出苗后75 d)和吐絮期(出苗后126 d)，各處理采集4盆，并將植株分為不同器官(根、莖、葉、蕾鈴、籽棉)后待測。植物樣品收獲后，將盆栽土混勻，采集約500 g土壤樣品用于測定土壤養(yǎng)分指標(biāo)。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

土壤樣品的測定：將采集的土壤樣品風(fēng)干過1 mm和0.15 mm篩，備用。土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法；全氮測定采用凱氏定氮法；堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散法；有效磷測定采用碳酸氫鈉提取鉬藍(lán)比色法；速效鉀測定采用乙酸銨浸提火焰光度計(jì)法[20]。

株高、莖粗測定：株高和莖粗分別采用直尺和游標(biāo)卡尺測量。從棉花蕾期開始(出苗后55 d)每隔7 d測定1次株高、莖粗，至棉花吐絮期(出苗后111 d)。

SPAD值及光合參數(shù)測定：棉花功能葉SPAD值使用SPAD-502葉綠素儀測定，從棉花蕾期開始(出苗后56 d)每隔7 d測定1次，至棉花盛鈴期(出苗后98 d)。選擇棉花盛鈴期晴天上午11:00—12:00，使用便攜式光合作用系統(tǒng)測定儀 LI-6400 (LI-COR Lincoln，USA) 測定棉花功能葉光合參數(shù)：凈光合速率(n)、氣孔導(dǎo)度(s)、胞間CO2濃度(i)、蒸騰速率(r)。測定時(shí)光源為LED光源，光強(qiáng)為1 500 μmol /(m2·s)，溫度控制在25 ℃左右，相對濕度控制在70% 左右，安裝CO2鋼瓶，人工設(shè)置CO2濃度為400 μmol/mol，流速為500 μmol/s。

根系形態(tài)測定：使用Epson Perfection 4870 Photo掃描，Win RHIZO分析根系參數(shù)。

產(chǎn)量構(gòu)成及干物質(zhì)量測定：植物各器官樣品，經(jīng)105 ℃殺青40 min，在75 ～ 80 ℃烘干至恒重，用天平稱量各部位干重。

1.5 數(shù)據(jù)分析

養(yǎng)分利用率計(jì)算公式：

肥料農(nóng)學(xué)效率(AE，kg/kg)=(施肥處理的產(chǎn)量 ? 對照產(chǎn)量)/施肥量；

肥料偏生產(chǎn)力(PFP，kg/kg)=施肥處理的產(chǎn)量/施肥量；

肥料貢獻(xiàn)率(%)= (施肥處理產(chǎn)量 ? 對照產(chǎn)量)/施肥處理產(chǎn)量×100%。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和繪圖采用Excel 2010和R studio 4.0.5；采用SPSS 21.0進(jìn)行方差分析和LSD法顯著性檢驗(yàn)(<0.05)。文中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(=4)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對棉花株高、莖粗的影響

如圖1所示，棉花株高和莖粗的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律基本一致。與CK處理相比，施肥處理均促進(jìn)了棉花株高和莖粗的增加。在施肥處理中，不同類型液體有機(jī)肥對棉花株高和莖粗的促進(jìn)作用均比CF處理高，說明使用液體有機(jī)肥更有利于促進(jìn)棉花的生長發(fā)育，其中HF處理的棉花株高和莖粗值最高。

圖1 不同施肥處理下棉花株高、莖粗動(dòng)態(tài)變化

2.2 不同處理對棉花葉片SPAD值及光合參數(shù)的影響

棉花葉片SPAD值在一定程度上能夠反映葉片葉綠素含量，葉片葉綠素含量的高低及變化又能在一定程度上反映葉片衰老、受害的情況。如圖2所示，各處理棉花葉片SPAD值總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。與CK處理相比，各施肥處理均提高了棉花葉片SPAD值。其中，CK處理葉片SPAD值在出苗后63 d達(dá)到最大，施肥處理中CF、AF、HF處理葉片SPAD值均在出苗后77 d達(dá)到最大，BF處理葉片SPAD值在出苗后84 d達(dá)到最大。說明施肥均能提高葉片葉綠素含量，延緩葉片衰老。

如圖3對棉花盛鈴期各處理的n(圖3A)、r(圖3B)和s(圖3C)的分析可知，相比CK處理，施肥處理均顯著提高了棉花葉片n、r和s。對于n，AF、HF、BF處理相比CF處理分別提高了9.08%、8.76% 和9.47%，差異顯著；BF處理葉片n最高，達(dá)21.03 μmol/(m2·s) 。對于r，HF、BF處理相比CF處理分別提高了11.01% 和10.36%，差異顯著；其中，HF處理r最高，達(dá)9.40 mmol/(m2·s)。對于s，AF處理s最高，相比CF處理提高了11.01%，達(dá)9.40 mol/(m2·s)。i(圖3D)的變化規(guī)律與n、r和s相反，相比CK處理，施肥處理均顯著降低了棉花葉片i，其中HF和BF處理相比CF和AF處理顯著降低，BF處理棉花葉片i最低。說明施用液體肥有利于增大棉花葉片的氣孔開度，提高蒸騰速率，從而提高CO2轉(zhuǎn)化率。

圖2 不同施肥處理下棉花葉片SPAD值動(dòng)態(tài)變化

(柱圖上方不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；下同)

2.3 不同處理對棉花根系形態(tài)的影響

如表3所示，在花鈴期，各施肥處理棉花總根長、總根表面積、總根體積和根尖數(shù)均高于CK處理(根尖數(shù)除外)，同時(shí)在吐絮期這種差異更加顯著。在各施肥處理中，AF、HF和BF處理總根長和總根表面積均顯著高于CF處理，其中BF處理總根長在花鈴期和吐絮期分別顯著提高了 49.48% 和 41.21%，HF處理總根表面積在花鈴期和吐絮期分別顯著提高了 14.52% 和 11.84%；在花鈴期，AF、HF和BF處理總根體積顯著高于CF處理，同時(shí)AF、HF和BF處理間無顯著差異，但在吐絮期，總根體積表現(xiàn)出在HF處理最高，根尖數(shù)呈現(xiàn)相似趨勢。

2.4 不同處理對棉花干物質(zhì)累積及產(chǎn)量形成的影響

如表4所示，與CK處理相比，各施肥處理均能顯著提高棉花花鈴期和吐絮期各器官的干物質(zhì)量。其中，在花鈴期與CF處理相比，AF、HF和BF處理顯著提高了棉花蕾鈴和地下部的干物質(zhì)量；HF和BF處理顯著提高了棉花整株干物質(zhì)量；BF處理顯著提高了棉花莖干物質(zhì)量；此外，BF處理棉花葉、莖、地下部及整株干物質(zhì)量均顯著高于AF和HF處理。在吐絮期，HF處理棉花莖和地下部干物質(zhì)量最高，較CF處理顯著提高了2.68% 和 7.99；BF處理棉花蕾鈴、籽棉和整株干物質(zhì)量最高，較CF處理顯著提高了27.91%、11.83% 和9.76% 。

表3 不同處理對不同時(shí)期棉花根系形態(tài)參數(shù)的影響

注：表中數(shù)據(jù)為4個(gè)重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)；下同。

表4 不同施肥處理對不同生育時(shí)期棉花干物質(zhì)累積的影響(g/pot)

如表5所示，施肥處理與CK處理相比均顯著提高了棉花單株有效鈴數(shù)、株高、莖粗和衣分含量。其中，BF處理的單株成鈴數(shù)最高，顯著高于其他處理。HF處理株高最高，顯著高于其他處理。AF、HF和BF處理莖粗顯著高于CF處理，其中HF處理莖粗最大，較CF處理提高了3.92%。AF、HF、BF處理棉花衣分較CF處理分別提高了1.74%、1.12% 和3.09%，其中BF處理棉花衣分最高，顯著高于CF處理。

表5 不同施肥處理對棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.5 不同處理對土壤養(yǎng)分的影響

如表6所示，花鈴期和吐絮期施肥處理土壤pH顯著低于CK處理。其中，花鈴期不同施肥處理之間土壤pH變化沒有顯著差異，而在吐絮期BF處理pH顯著低于CF處理，下降了1.28%。

花鈴期，HF和BF處理土壤有機(jī)質(zhì)含量較CK處理分別提高了3.31% 和6.89%，差異顯著；其中，BF處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，顯著高于其他處理。吐絮期，AF、HF和BF處理土壤有機(jī)質(zhì)含量較CK處理分別提高了3.48%、4.33% 和7.06%，差異顯著；其中，BF處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他處理。

不同施肥處理均提高了棉花兩個(gè)時(shí)期的土壤全氮含量，均呈現(xiàn)HF和BF處理土壤全氮含量顯著高于CF處理，且BF處理土壤全氮含量最高。

不同時(shí)期，施肥處理與CK處理相比均顯著提高了土壤堿解氮含量。花鈴期，BF處理土壤堿解氮含量最高，與CF處理相比提高了4.18%，差異顯著；吐絮期，土壤堿解氮含量規(guī)律與花鈴期規(guī)律一致，BF處理土壤堿解氮含量也最高。

不同時(shí)期，施肥處理與CK處理相比均顯著提高了土壤有效磷含量?；ㄢ徠?，CF、AF、HF和BF處理與CK處理相比土壤有效磷含量分別提高了31.86%、43.13%、44.46% 和44.46%；吐絮期分別提高了79.51%、93.39%、93.84% 和93.84%。不同時(shí)期，AF、HF 和BF處理土壤有效磷含量均顯著高于CF處理。

不同時(shí)期，施肥處理與CK處理相比均顯著提高了土壤速效鉀含量?；ㄢ徠?，HF和BF處理土壤速效鉀含量與CF處理相比分別提高了3.60% 和3.66%。吐絮期，土壤速效鉀含量變化規(guī)律與花鈴期一致，BF處理土壤速效鉀含量最高。

由圖4可知，液體有機(jī)肥的pH與土壤pH呈顯著正相關(guān)(0.719**)，與整株干物質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)(–0.703*)。而土壤pH與土壤有機(jī)質(zhì)(–0.768**)、全氮含量(–0.786**)呈顯著負(fù)相關(guān)。肥料有機(jī)質(zhì)含量與土壤有效磷含量呈顯著正相關(guān)(0.584*)。土壤全氮與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)(0.939***)，與土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)(0.650*)。整株干物質(zhì)量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)(0.806**)。

表6 不同施肥處理對土壤理化性質(zhì)的影響

2.6 不同處理對棉花養(yǎng)分吸收利用率的影響

肥料偏生產(chǎn)力是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)。由表7可以看出，與CF處理相比施肥均顯著提高了肥料偏生產(chǎn)力，各處理間差異顯著，表現(xiàn)為BF>AF>HF>CF。與CF處理相比，AF、HF、BF處理肥料偏生產(chǎn)力分別增加了10.77%、4.57%、12.76%，其中BF處理肥料偏生產(chǎn)力最高，顯著高于其他處理。

不同施肥處理的肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料貢獻(xiàn)率與肥料偏生產(chǎn)力變化規(guī)律一致，均為BF>AF> HF>CF，各處理間差異顯著。不同類型的液體有機(jī)無機(jī)肥中，BF處理肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料貢獻(xiàn)率均最高，且顯著高于其他處理，與CF處理相比分別高出19.33% 和5.83%。可見，BF處理養(yǎng)分利用率最優(yōu)。

表7 不同施肥處理養(yǎng)分利用率

3 討論

前人研究結(jié)果表明，滴施含氨基酸水溶肥和含腐殖酸液體有機(jī)肥均能顯著提高作物株高、莖粗[21-22]。施用堆肥浸提液能顯著提高番茄、黃瓜種苗的株高和莖粗，有利于種苗后期地上部的生長發(fā)育[23]?？梢?，不同類型液體有機(jī)肥對作物的生長發(fā)育均有顯著的促進(jìn)作用。對于棉花，液體肥能有效改善棉花植株的長勢，促進(jìn)棉花的生長[24]，本研究結(jié)果驗(yàn)證了這一結(jié)論。本研究中，HF(含腐殖酸液體有機(jī)肥)處理對棉花株高和莖粗的促進(jìn)效果最佳，并且吐絮期總根體積、總根表面積和根尖數(shù)均最高，這可能由以下原因所致：①腐殖酸對根系生長具有刺激作用，從而提高根系對養(yǎng)分的吸收能力，最終表現(xiàn)出促進(jìn)棉花生長。前人研究表明，腐殖酸能促進(jìn)根系中H+-ATP 酶相關(guān)基因的表達(dá)，酸化非原質(zhì)體，從而使細(xì)胞壁松弛，允許細(xì)胞伸長[25-26]；②腐殖酸能夠刺激與地上部生長和代謝相關(guān)的酶類的基因表達(dá)，從而引起植株體內(nèi)養(yǎng)分的吸收和代謝，進(jìn)而影響地上部生長[27]。但本研究還發(fā)現(xiàn)，在棉花生長后期干物質(zhì)積累與分配中，HF處理下棉花根系和莖的干物質(zhì)積累顯著高于其他處理，這可能不利于產(chǎn)量的形成。而AF(含氨基酸液體有機(jī)肥)處理對棉花株高和莖粗的促進(jìn)以及棉花根系形態(tài)的影響低于HF和BF(酸性有機(jī)肥浸提液)處理，其原因可能是：①雖然氨基酸對植物有促進(jìn)作用，但一定時(shí)間內(nèi)由于根系氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量有限，導(dǎo)致其對氨基酸的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)量有限[28]，這可能導(dǎo)致一部分氨基酸有機(jī)肥無效化；②氨基酸還可能被土壤微生物直接利用或者降解[29-30]，產(chǎn)生競爭吸收作用，降低其有效性。

葉綠素是植物葉片光合作用能夠順利進(jìn)行的關(guān)鍵物質(zhì)，其含量可以反映植物的光合作用能力，并與植物干物質(zhì)累積有著密切關(guān)系[31]。研究表明，在作物生長發(fā)育過程中，適時(shí)適量地補(bǔ)給液體有機(jī)肥能夠提高植株葉片SPAD值，增加葉片r、s和n，從而促進(jìn)CO2同化和根系生長，最終有利于提高作物干物質(zhì)積累[32-34]，本研究與前人研究結(jié)果一致。3種液體有機(jī)肥中，BF處理棉花葉片n和葉片CO2的同化能力最強(qiáng)，干物質(zhì)積累量最高，這可能是由于 BF處理能夠促進(jìn)根系微生物生長，促進(jìn)其分泌促生長物質(zhì)，增大根系接觸面積，促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而提高了植物的光合作用，最終有利于干物質(zhì)積累[35-37]。

施用液體有機(jī)肥能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量[38]。本研究中，與CF處理相比，施用3種液體有機(jī)肥均不同程度地提高土壤有效養(yǎng)分含量，且對土壤堿解氮、速效鉀、有效磷的增加差異不大，但BF處理下土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量最高。這一方面可能是有機(jī)肥浸提液中特有的微生物及代謝產(chǎn)物促進(jìn)了土壤養(yǎng)分釋放，從而提高了土壤的養(yǎng)分含量[39]；另一方面可能是BF的施入顯著降低了石灰性土壤的pH，從而活化了土壤養(yǎng)分[40]。此外，AF、HF和BF處理土壤有效磷含量均顯著高于CF處理，這可能與有機(jī)質(zhì)輸入量有關(guān)，而施用有機(jī)肥料能顯著提高土壤中活性和中等活性有機(jī)磷含量，其中活性和中等活性有機(jī)磷含量與土壤有效磷含量呈顯著正相關(guān)[41]。

液體有機(jī)肥能顯著提高肥料偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率和貢獻(xiàn)率[42]。本研究中，施用3種液體有機(jī)肥均顯著提高了肥料農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和貢獻(xiàn)率，其中BF處理顯著高于AF和HF處理。本階段試驗(yàn)主要篩選滴灌液體有機(jī)肥類型，3種液體有機(jī)肥AF、HF和BF成本分別為2.03、2.18和2.06元/升。其中，補(bǔ)充的無機(jī)肥料尿素2 500元/噸，磷酸一銨6 000元/噸，硫酸鉀4 800元/噸，浸提所用工業(yè)磷酸(85%)7 900元/噸，氨基酸原粉(植物性、動(dòng)物性)3 500元/噸，礦源腐殖酸 5 000元/噸，雞糞有機(jī)肥 2 000元/噸，成本將在后續(xù)試驗(yàn)中進(jìn)行優(yōu)化。

4 結(jié)論

與施用化肥相比，3種液體有機(jī)肥(AF、HF和BF)均提高了土壤有效養(yǎng)分含量，促進(jìn)了棉花根系生長，從而促進(jìn)了根系對土壤養(yǎng)分的吸收；同時(shí)，3種液體有機(jī)肥提高了棉花株高、莖粗和葉片光合作用能力，促進(jìn)了棉花各器官干物質(zhì)的積累，最終提高了棉花產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率。在3種液體有機(jī)肥中，BF處理下土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量最高，棉花葉片n、總根長、干物質(zhì)積累量以及衣分最高，且BF處理顯著提高了肥料的偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率和貢獻(xiàn)率。因此，BF是3種液體有機(jī)肥中更加適合滴灌棉田的液體有機(jī)肥。

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Effects of Different Liquid Organic Fertilizers on Cotton Growth and Soil Nutrients

WANG Yan, LUO Tong, MIN Tao, CHENG Liyang, LI Junhua*

(Department of Resources and Environmental Sciences, College of Agronomy, Shihezi University; Key Laboratory of Oasis Eco-agriculture, Xinjiang Production and Construction Corps, Shihezi, Xinjiang 832003, China)

A pot experiment was conducted to study the effects of different liquid organic fertilizers on cotton growth and soil nutrients in order to determine the most suitable type of liquid organic fertilizer for drip irrigated cotton fields in Xinjiang. Five treatments were setup: no fertilizer (CK), conventional fertilizer (CF), liquid organic fertilizer containing amino acids (AF), liquid organic fertilizer containing humic acid (HF) and acidic organic fertilizer extract (BF). Soil nutrients, the growth, leaf photosynthetic, yield and nutrient utilization of cotton were analyzed. The results showed that compared with CF, different liquid organic fertilizers could promote cotton growth and increase soil available nutrient contents. Among them, AF significantly increased stomatal conductance (s) of leaves by 7.18%, HF significantly increased plant height, stem thickness, leaf transpiration rate (r) and total root surface area by 6.38%, 3.92%, 11.01% and 14.52%–11.84%, respectively, and highest in stem and root biomass. BF significantly increased the total root length by 41.2% to 49.48%, and strongest in the net photosynthetic rate (n) of leaves, highest in the number of bolls per plant and fiber yield, and significantly increased the boll, seed and whole plant biomass by 27.91%, 11.83% and 9.76%. AF, HF and BF significantly increased the content of soil available phosphorus, BF significantly reduced soil pH, and highest in the contents of soil organic matter, available N and K. BF significantly increased fertilizer partial factor productivity, agronomic efficiency and fertilizer contribution rate by 5.83%–19.33% compared to the CF treatment, and also significantly higher than other treatments. All three organic liquids could promote dry matter accumulation, increase cotton yield, improve soil nutrients and fertilizer use efficiency, among which acidic organic fertilizer extract had the best results. Therefore, the application of acidic organic fertilizer extract in drip irrigated cotton fields can achieve higher cotton yield and fertilizer use efficiency, thus is conducive to the sustainable development of drip irrigated cotton fields in Xinjiang.

Cotton; Liquid fertilizers; Drip irrigation; Soil nutrients

S145.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.04.006

王研, 羅彤, 閔濤, 等. 不同液體有機(jī)肥對新疆棉花生長及土壤養(yǎng)分的影響. 土壤, 2023, 55(4): 739–748.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31660598)和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2021YFD1900802)資助。

(ljh630703@163.com)

王研(1997—)，女，安徽潁上人，碩士研究生，主要從事新型肥料與現(xiàn)代施肥技術(shù)方面研究。E-mail: 1172507332@qq.com