化肥減量配施生物炭對新陸早61號產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響

摘要：探究化肥減量配施生物炭對棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響，為荒漠草原地區(qū)植棉生產(chǎn)中合理施肥提供參考。2023年在內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟進行田間試驗，分別設(shè)置常規(guī)施肥（F1，施用磷酸二銨300 kg·hm－2）、磷酸二銨減量12.5%配施75 kg·hm－2生物炭（F2）、磷酸二銨減量25%配施150 kg·hm－2生物炭（F3）、磷酸二銨減量37.5%配施300 kg·hm－2生物炭（F4）和磷酸二銨減量50%配施600 kg·hm－2生物炭（F5）5個處理，分析不同處理對新陸早61號產(chǎn)量性狀和植棉經(jīng)濟效益的影響。結(jié)果表明，不同處理下新陸早61號的籽棉單產(chǎn)、皮棉單產(chǎn)和植棉純收益表現(xiàn)為F3＞F2＞F1＞F4＞F5。F3處理的籽棉單產(chǎn)、皮棉單產(chǎn)和植棉純收益均最高，分別較F1處理增加35.34%、33.02%和52.20%?；蕼p量配施生物炭能夠提升新陸早61號的產(chǎn)量，初步認為225 kg·hm－2磷酸二銨＋150 kg·hm－2生物炭為較適宜當?shù)仡愃仆临|(zhì)棉田的施肥方案。

關(guān)鍵詞：生物炭；化肥減施；棉花；磷肥；產(chǎn)量；經(jīng)濟效益；施肥技術(shù)；純收益

棉花是內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟的特色經(jīng)濟作物[1]?；实氖┯檬敲藁ǜ弋a(chǎn)的重要基礎(chǔ)，但在生產(chǎn)中存在養(yǎng)分流失、化肥利用率低和環(huán)境污染等問題[2]，導致種植成本增加，植棉效益下滑，比較優(yōu)勢下降[3]。研究表明，化肥減量配施生物炭可提高作物的養(yǎng)分利用效率，提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)[4]。生物炭可由作物秸稈等生物質(zhì)在缺氧和高溫的環(huán)境條件下熱解而成[4-5]。生物炭對土壤結(jié)構(gòu)改良、土壤肥力增加以及作物產(chǎn)量的提升都有積極效果[6-8]，國內(nèi)外對于生物炭的研究也越來越多。但關(guān)于其與化肥配施在內(nèi)蒙古植棉生產(chǎn)中的應(yīng)用尚未見報道。因此，本研究在內(nèi)蒙古阿拉善開展試驗，分析了磷酸二銨減量配施生物炭對棉花產(chǎn)量和植棉經(jīng)濟效益的影響，旨在為當?shù)孛藁ㄉa(chǎn)中合理施用生物炭提供理論依據(jù)，進一步推動當?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2023年在內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟吉蘭泰鎮(zhèn)（105°40′E，39°28′N）進行。試驗地屬溫帶荒漠干旱區(qū)，為典型的大陸性氣候，年日照時間3 316 h，年平均氣溫7.2 ℃，無霜期120～180 d。試驗地土壤以粉沙、細沙為主，土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量分別為13.3 g·kg－1、58.4 mg·kg－1、4.2 mg·kg－1和130.6 mg·kg－1。

1.2 試驗材料

供試棉花品種為新陸早61號[9-10]。試驗所用生物炭為中國科學院蘭州物理化學研究所凹凸棒石/生物炭中試產(chǎn)品，該生物炭是通過油頁巖半焦固體廢棄物制備，材料中含有機碳159.6 g·kg－1、有機質(zhì)275.2 g·kg－1、堿解氮21.85 mg·kg－1、速效磷5.35 mg·kg－1、速效鉀62.09 mg·kg－1，pH為8.3。肥料選用磷酸二銨（N、P2O5質(zhì)量分數(shù)分別為18%、46%）。

1.3 試驗設(shè)計

以常規(guī)施肥量（施磷酸二銨300 kg·hm－2）作對照，設(shè)置4種磷酸二銨施用量（分別減施12.5%、25.0%、37.5%和50.0%）配施不同量的生物炭處理（表1）。隨機區(qū)組排列，重復3次，小區(qū)面積約為120 m2（13.0 m×9.2 m）。于播種前將化肥和生物炭人工撒于地表，翻埋于0～20 cm耕層。各小區(qū)播種前機械拋施等量微生物肥［有效活菌數(shù)≥5.0億g－1，主要有益菌為枯草芽孢桿菌，由山東喜福樂生物科技有限公司生產(chǎn)，登記證號：微生物肥（2018）準字（4124）號］600 kg·hm－2。5月4日人工播種，采用機械鋪膜并鋪設(shè)滴灌帶。采用“矮密早”種植模式，寬窄行行距為（66＋10） cm，株距為12 cm，理論種植密度為21.9萬株·hm－2。其他栽培管理措施同當?shù)爻Ｒ?guī)棉田管理。

1.4 性狀指標測定方法

1.4.1 株高。吐絮期（9月27日）在每個小區(qū)選取連續(xù)的10株棉花，調(diào)查株高（子葉節(jié)到主莖頂端生長點的高度）。

1.4.2 產(chǎn)量性狀。每個小區(qū)隨機選取6.67 m2樣點，調(diào)查棉株數(shù)和單株結(jié)鈴數(shù)，計算收獲密度。每個樣點隨機收取吐絮棉鈴100個，晾曬干后稱量，計算鈴重。并根據(jù)下式計算籽棉單產(chǎn)（YSC）：YSC（kg·hm－2）＝HD×NB×mB/1 000×0.85。式中，HD為收獲密度（株·hm－2），NB為平均單株結(jié)鈴數(shù)，mB為鈴重（g），0.85為校正系數(shù)。

將上述100個棉鈴試軋后稱量，計算平均衣分，根據(jù)籽棉單產(chǎn)和衣分計算皮棉單產(chǎn)。

1.4.3 植棉經(jīng)濟效益。記錄不同處理的投入費用（包括種子、肥料、生物炭、地膜、人工的費用）。根據(jù)2023年當?shù)刈衙奘召弮r格計算產(chǎn)值。根據(jù)產(chǎn)值和投入費用計算植棉純收益。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2015軟件和SPSS 21.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計與分析，用最小顯著差數(shù)法（least significant difference， LSD）進行多重比較（其中衣分數(shù)據(jù)通過了正態(tài)性和方差齊性檢驗）。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減量配施生物炭對新陸早61號株高的影響

隨著化肥施用量的減少以及生物炭施用量的增加，吐絮期各處理的棉花株高呈降低趨勢。F2、F3、F4、F5處理的棉花株高分別較F1處理降低6.83%、7.53%、16.07%、27.11%，F(xiàn)4、F5處理的株高顯著低于F1和F2處理，F(xiàn)1、F2、F3處理的株高無顯著差異（表2）。

2.2 化肥減量配施生物炭對新陸早61號產(chǎn)量性狀的影響

收獲期不同處理下新陸早61號的籽棉單產(chǎn)和皮棉單產(chǎn)均表現(xiàn)為：F3＞F2＞F1＞F4＞F5（表2）。與F1處理相比，F(xiàn)2、F3處理的籽棉單產(chǎn)分別顯著增加17.33%和35.34%，皮棉單產(chǎn)分別增加3.17%和33.02%；F4、F5處理的籽棉單產(chǎn)分別減少3.39%和15.96%，皮棉單產(chǎn)分別降低6.54%和28.06%。不同處理下新陸早61號的單株結(jié)鈴數(shù)和鈴重差異顯著。與F1處理相比，F(xiàn)2、F3處理的單株結(jié)鈴數(shù)分別顯著增加7.41%和13.20%，鈴重分別顯著增加8.16%和14.95%；F4、F5處理的單株結(jié)鈴數(shù)分別顯著減少8.32%和15.37%，鈴重分別顯著降低6.02%和13.79%。不同處理下新陸早61號的衣分差異顯著，具體表現(xiàn)為F1＞F3＞F4＞F2＞F5（表2）。綜上，磷酸二銨減量配施適量生物炭的F2、F3處理有利于提高棉花產(chǎn)量，其中F3處理的籽棉單產(chǎn)和皮棉單產(chǎn)最高，且相比F2處理在減少化肥投入的情況下依然實現(xiàn)增產(chǎn)。

2.3 化肥減量配施生物炭的植棉經(jīng)濟效益分析

與F1處理相比，F(xiàn)2、F3處理的棉花產(chǎn)值分別增加17.33%和35.34%，F(xiàn)4、F5處理的產(chǎn)值分別降低3.39%和15.96%（表3）。與F1處理相比，F(xiàn)2～F5處理下新陸早61號的植棉投入增加0.21%～9.45%。經(jīng)濟效益核算結(jié)果表明，與F1處理相比，F(xiàn)2、F3處理的植棉純收入分別增加25.60%（4 625.74元·hm－2）和52.20%（9 433.99元·hm－2），F(xiàn)4、F5處理的植棉純收入分別降低6.38%（1 153.59元·hm－2）和28.23%（5 102.67元·hm－2）。F3處理較F2、F4、F5處理的植棉純收益分別增加21.18%（4 808.25元·hm－2）、62.58%（10 587.58元·hm－2）、112.08%（14 536.66元·hm－2）。

3 討論與結(jié)論

化肥配施生物炭可促進作物增產(chǎn)，且較單獨施入化肥的效果更顯著[11-12]。本研究結(jié)果表明，不同的生物炭和化肥用量對棉花產(chǎn)量的影響不同。與不施生物炭處理（僅施入300 kg·hm－2磷酸二銨）相比，磷酸二銨減量25%配施150 kg·hm－2生物炭的籽棉單產(chǎn)和皮棉單產(chǎn)分別顯著增加35.34%和33.02%，磷酸二銨減量12.5%配施75 kg·hm－2生物炭的籽棉單產(chǎn)和皮棉單產(chǎn)分別增加17.33%和3.17%?？梢姡跍p少化肥投入的情況下配施75～150 kg·hm－2生物炭依然能實現(xiàn)新陸早61號產(chǎn)量增加，這可能與生物炭與肥料的互補效應(yīng)或協(xié)同作用有關(guān)[8，13-14]。結(jié)合本研究結(jié)果F1處理（不施用生物炭，磷酸二銨用量為300 kg·hm－2）的棉花株高最高推測，F(xiàn)1處理的化肥用量大，養(yǎng)分釋放比較迅速，能促進前期棉花植株生長；而其他各處理由于增施的生物炭具有吸附作用[8，13-14]，延緩了養(yǎng)分釋放[15]，從而達到類似緩釋肥的效果。然而，并不是生物炭施入比例越高棉花的產(chǎn)量和植棉經(jīng)濟效益就越高，當達到一定閾值后，新陸早61號的產(chǎn)量不再隨著生物炭施入比例的增加而繼續(xù)增加，反而會降低。本研究中，磷酸二銨用量為225 kg·hm－2、生物炭用量為150 kg·hm－2的處理下新陸早61號的籽棉單產(chǎn)、皮棉單產(chǎn)和植棉經(jīng)濟效益均最高。

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（責任編輯：王小璐" " 責任校對：秦凡）