施用甜菜糖蜜結(jié)合減施磷肥對(duì)棉花苗期生長(zhǎng)和磷素吸收的影響

摘要：2023年通過圓筒形裝置添加新疆壤質(zhì)灰漠土種植棉花品種塔河2號(hào)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，采用澆灌施用方式，研究減施磷肥條件下甜菜糖蜜對(duì)土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、水溶性鹽含量以及棉花苗期磷素吸收、生長(zhǎng)的影響，并以此評(píng)價(jià)甜菜糖蜜對(duì)減磷施肥的補(bǔ)償效應(yīng)。結(jié)果顯示，在整個(gè)苗期生長(zhǎng)階段，T4（減20%磷肥＋300 kg·hm－2甜菜糖蜜）處理的株高、莖粗均顯著高于CK（不施磷肥），增幅分別為10.6%～29.1%和5.5%～16.9%。施磷肥和甜菜糖蜜處理能夠顯著提高地上部生物量，其中T4處理地上部生物量最大，顯著高于T2（減20%磷肥）、T3（減20%磷肥＋150 kg·hm－2甜菜糖蜜）處理10.6%和11.3%；同時(shí)發(fā)現(xiàn)T4處理根系鮮物質(zhì)質(zhì)量最高，但與T1（常規(guī)施用磷肥，P2O5用量為40.8 kg·hm－2）無明顯差異。此外，施磷肥和甜菜糖蜜處理還可增加棉花地上部磷含量，其中T4處理地上部磷含量最高，比T2處理顯著增加0.04 百分點(diǎn)。棉花苗期T4處理的磷肥表觀利用率為14.9%，分別比T1、T2、T3處理高 4.6、7.6、6.0百分點(diǎn)。在土壤改良效果方面，與CK相比，T4處理可顯著降低土壤水溶性鹽的含量，顯著提高土壤有效磷、速效鉀含量。以上結(jié)果初步表明，減施20%磷肥＋300 kg·hm－2甜菜糖蜜處理能夠降低耕層鹽離子、促進(jìn)養(yǎng)分尤其是土壤有效磷的利用，最終使棉花株高、莖粗、生物量與常規(guī)磷肥處理相當(dāng)，而且能夠極大改善磷肥的表觀利用率。增施300 kg·hm－2甜菜糖蜜能夠達(dá)到對(duì)減施20%磷肥的補(bǔ)償效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：棉花；甜菜糖蜜；減施磷肥；有效磷；植株磷含量；磷肥表觀利用率

磷是植物生長(zhǎng)所需的重要元素之一，由于移動(dòng)性較差，作物當(dāng)季磷肥利用率低[1]。張炎等[2]和劉蓉蓉等[3]認(rèn)為磷素有效性低是新疆鹽堿地棉花高產(chǎn)的主要限制因子，因此施加磷肥往往能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量[4-6]。增施磷肥還可以降低植物對(duì)鈉等有毒離子的吸收，有助于植物抵抗鹽害[7-8]，而且增施磷肥可以直接提高土壤速效磷含量，增加棉花養(yǎng)分吸收量，促進(jìn)棉花干物質(zhì)積累[9-10]。張學(xué)昕等[11]和羅佳等[12]發(fā)現(xiàn)磷肥對(duì)棉花各器官氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)元素的利用有一定的促進(jìn)作用，不同施磷量顯著影響棉花整株及根、莖、葉的干物質(zhì)積累和磷素吸收。但施入土壤后70%～90%的磷肥會(huì)形成難溶性的磷酸鹽，導(dǎo)致作物對(duì)磷的當(dāng)季利用率一般僅能達(dá)到15%～25%[13-14]，因此提高磷肥利用率仍是1個(gè)重要的課題。

甜菜糖蜜作為低成本的碳源，可以為土壤微生物提供碳、礦物質(zhì)、維生素[15]，提高土壤微生物活性，改善土壤理化性狀[16]。其含有50%左右（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的糖，主要是蔗糖、葡萄糖、果糖等，不僅可以作為棉花生長(zhǎng)的能量來源，也是調(diào)控生長(zhǎng)和發(fā)育的重要信號(hào)物質(zhì)，在種子萌發(fā)和種苗發(fā)育早期，可抑制營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)移、促使子葉變綠和舒展[17-18]，并且糖信號(hào)還可調(diào)控葉片的衰老及植株的防御反應(yīng)[19-20]以及對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)。此外，甜菜糖蜜含有12%～15%的甜菜堿[21]，具有提高植物抗逆性及生產(chǎn)質(zhì)量的積極影響。劉麗蘋等[22]研究發(fā)現(xiàn)施用外源甜菜堿能夠有效緩解鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的抑制作用。不僅如此，甜菜糖蜜中還包含豐富的有機(jī)物質(zhì)，使其具有較高的陽(yáng)離子交換量[23]，進(jìn)入土壤后，能夠結(jié)合更多的土壤鹽離子，降低鹽脅迫，且發(fā)酵后的糖蜜中含有大量黃腐酸，能刺激土壤中無機(jī)磷的釋放[24-26]，有利于促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量。實(shí)際應(yīng)用中，以甜菜糖蜜為基礎(chǔ)的水溶肥能夠改善土壤理化性狀及土壤酶活性，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高甜菜塊根產(chǎn)量及產(chǎn)糖量[27]。但目前關(guān)于甜菜糖蜜在減施磷肥條件下對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響研究相對(duì)較少。

鑒于此，本研究以新疆壤質(zhì)灰漠土為種植棉花的載體，采用圓筒形裝置進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，在減施磷肥條件下研究甜菜糖蜜對(duì)棉花苗期生長(zhǎng)的影響，分析土壤有效磷的變化和棉花苗期磷素吸收和磷肥表觀利用率的變化，評(píng)估甜菜糖蜜對(duì)棉花苗期生長(zhǎng)的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)土壤

試驗(yàn)土壤采集自新疆塔里木大學(xué)試驗(yàn)田，土壤類型為壤質(zhì)灰漠土，pH為8.21，含有機(jī)質(zhì)10.1 g·kg－1、堿解氮44.8 mg·kg－1、有效磷15.9 mg·kg－1、速效鉀171 mg·kg－1，鹽分為6.5 g·kg－1。采集的土壤自然風(fēng)干，過孔徑2 mm篩，每盆（高度60 cm、直徑15 cm的圓筒形裝置）裝土大約14 kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為塔河2號(hào)[28]。

甜菜糖蜜來源于中糧糖業(yè)控股股份有限公司昌吉糖業(yè)分公司，含有48%蔗糖、9%礦物質(zhì)、3%～4%的可溶性膠體（主要是木糖膠、阿拉伯糖膠和果膠），其他成分未知。肥料由中化山東肥業(yè)有限公司提供，分別為尿素（N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%）、磷酸一銨（N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%）、硫酸鉀（K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在中化化肥有限公司臨沂研發(fā)中心科研溫室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為2023年9月14日至11月21日，室內(nèi)溫度白天最高在28～30 ℃，夜間最低在16～18 ℃，每盆播種3粒棉花種子，按照干土質(zhì)量的18%澆灌出苗水。7 d后出苗時(shí)，間苗留1株。

設(shè)置不施用磷肥（CK）、常規(guī)施用磷肥（T1）、減20%磷肥（T2）、減20%磷肥＋150 kg·hm－2甜菜糖蜜（T3）和減20%磷肥＋300 kg·hm－2甜菜糖蜜（T4）共計(jì)5個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共15盆，隨機(jī)排列。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表1）計(jì)算各處理實(shí)際每盆用量：CK，尿素1.87 g、硫酸鉀0.72 g；T1，尿素1.73 g、磷酸一銨0.52 g、硫酸鉀0.72 g；T2，尿素1.77 g、磷酸一銨0.42 g、硫酸鉀0.72 g；T3，尿素1.77 g、磷酸一銨0.42 g、硫酸鉀0.72 g、甜菜糖蜜0.93 g；T4，尿素1.77 g、磷酸一銨0.42 g、硫酸鉀0.72 g、甜菜糖蜜1.86 g。分別在9月21日、10月1日和10月11日，將各處理肥料或者肥料與甜菜糖蜜總量的1/3溶解于1 L水，澆于盆中。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 棉花生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定。處理后10 d（10月21日）開始測(cè)量各處理所有棉花株高、莖粗，每隔10 d測(cè)量1次，共調(diào)查4次；11月21日破壞性取樣，將地上部剪下測(cè)定地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量，將所有棉花根系挑揀出清理干凈后稱量根系鮮物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.2 棉花地上部磷含量測(cè)定和磷肥表觀利用率計(jì)算。參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法》[29]，將植株樣品地上部烘干后進(jìn)行H2SO4-H2O2消煮，用鉬銻抗比色法（鉬藍(lán)法）測(cè)定待測(cè)液中磷含量。用磷肥表觀利用率表征作物對(duì)施入土壤中的磷肥的回收利用效率。其公式如下：Rp＝（PT－P0）/P×100%。式中，Rp（%）為磷肥表觀利用率，PT為施磷肥處理吸收磷量，P0為不施磷肥處理吸收磷量，P為磷肥施用量。

1.3.3 土壤理化性狀測(cè)定。去除表層1 cm土壤，采用四分法取樣，取樣深度為0～20 cm，混勻后自然風(fēng)干，磨碎過2 mm篩后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。土壤pH測(cè)定采用電位法，土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤水溶性鹽含量測(cè)定采用殘?jiān)?；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提法測(cè)定；土壤速效鉀含量采用火焰光度法。以上測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法》[29]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Shapiro-Wilk方法和Bartlett卡方檢驗(yàn)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，所有數(shù)據(jù)符合方差分析的要求，采用DPS 9.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，用最小顯著差數(shù)法（least significant difference， LSD）進(jìn)行多重比較，利用Microsoft Excel 2020進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響

由表2可知：在處理后10～40 d，與CK相比，T4處理顯著提高了棉花的株高，4次調(diào)查株高增幅分別為27.1%、29.1%、22.9%、10.6%；在處理后40 d，T1處理的株高較CK顯著提高9.3%，但與T2、T3、T4無顯著差異；甜菜糖蜜施用完后的前20 d內(nèi)，T4處理的株高顯著高于T3處理，增幅為17.9%～20.5%，但T3與CK和T1、T2處理間無明顯差異，說明甜菜糖蜜只有在高用量情況下，才能在短期內(nèi)（0～20 d）對(duì)棉花的株高產(chǎn)生較好的促進(jìn)作用。

由表3可知：在處理后10～40 d，與CK相比，T4處理顯著提高了棉花的莖粗，4次調(diào)查的增幅分別為9.7%、16.9%、11.8%、5.5%；在處理后40 d，與CK相比，T1處理也顯著提高棉花莖粗，增幅為5.9%，但與T2、T3、T4處理無顯著差異；在施用甜菜糖蜜后的20～30 d內(nèi)，T4處理顯著高于T3處理，增幅為12.0%～14.5%。

2.2 不同處理對(duì)棉花地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量、根系鮮物質(zhì)質(zhì)量及棉花地上部磷含量的影響

由圖1A可知，與CK相比，T1、T2、T3、T4處理均能顯著提高棉花地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量，增幅分別31.5%、19.3%、20.1%和32.9%，且T4較T2、T3地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量分別顯著提高10.6%和11.3%；而T1處理的地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量比T2顯著提高10.1%，與T3、T4無顯著差異。圖1B表明，與CK相比，T1、T4處理顯著提高了棉花根系的鮮物質(zhì)質(zhì)量，增幅為35.1%和43.2%；同樣T4根系鮮物質(zhì)質(zhì)量最高，比T2顯著提高32.0%，但與T1、T3無顯著差異?？梢?，減施20%磷肥處理，會(huì)降低棉花地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量，但隨著甜菜糖蜜用量的增加，棉花地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量量、根系鮮物質(zhì)質(zhì)量逐漸增加，用量在300 kg·hm－2時(shí)，棉花地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量、根系鮮物質(zhì)質(zhì)量與常規(guī)施用磷肥處理的相當(dāng)。

由圖1C可知，與CK相比，T1、T4處理顯著增加了棉花地上部磷含量，分別增加0.04、0.05百分點(diǎn)，其中T4處理的磷吸收量最高，比T2處理顯著增加0.04百分點(diǎn)；T1、T3、T4處理間棉花地上部磷含量無顯著差異。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，棉花苗期T1、T2、T3、T4處理的磷肥表觀利用率分別為10.3%、7.3%、8.9%、14.9%，其中T4處理分別比T1、T2、T3處理高 4.6、7.6、6.0百分點(diǎn)，T2處理的磷肥表觀利用率最低。可見，減施20%磷肥不僅會(huì)降低棉花地上部磷含量，也會(huì)降低磷肥利用率；而減施20%磷肥結(jié)合一定量的甜菜糖蜜，不僅可以提高棉花地上部磷含量，也能促進(jìn)磷肥的利用率，當(dāng)施入300 kg·hm－2甜菜糖蜜時(shí)，可較大幅度提高植株磷的吸收，達(dá)到常規(guī)施用磷肥的效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)比常規(guī)施用磷肥更高的磷肥利用率。

2.3 不同處理對(duì)土壤理化性狀的影響

由表3可知，各處理的土壤pH無顯著差異；T4處理的土壤水溶性鹽含量比CK顯著降低了0.22 g·kg－1，也顯著低于T1、T2處理，說明300 kg·hm－2甜菜糖蜜結(jié)合減施20%磷肥能有效降低耕層鹽離子含量，這可以緩解鹽離子對(duì)棉花苗期根系的脅迫。

不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分具有顯著影響。與CK相比，T4、T1處理的土壤有效磷含量顯著提高了3.4 mg·kg－1和3.0 mg·kg－1，且T4處理的有效磷含量比T2、T3處理顯著提高2.2 mg·kg－1和2.5 mg·kg－1，但T1、T2、T3處理間無顯著差異。說明在減施20%磷肥條件下，施用300 kg·hm－2甜菜糖蜜能夠增加土壤中有效磷的含量。結(jié)合上文植株磷含量的變化可知，T4處理對(duì)于提高植株磷素吸收和利用率具有顯著的效果。

對(duì)堿解氮而言，T4處理與CK相比變化不顯著，但顯著高于T1、T2、T3處理，分別增加46.1 mg·kg－1、36.8 mg·kg－1、34.4 mg·kg－1。土壤速效鉀含量的變化趨勢(shì)與堿解氮相似，但是與CK相比，T4處理顯著增加了土壤速效鉀的含量。

3 討論

3.1 施用甜菜糖蜜結(jié)合減施磷肥對(duì)棉花生物量、農(nóng)藝性狀、地上部植株吸收磷量及表觀利用率的影響

磷是作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，減施磷肥會(huì)直接影響作物生長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)，減施20%磷肥結(jié)合甜菜糖蜜沖施，提高了苗期棉花的株高、莖粗和生物量，且隨著甜菜糖蜜用量的增加，棉花地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量和根系鮮物質(zhì)質(zhì)量逐漸提升。甜菜糖蜜中含有高濃度的有機(jī)質(zhì)和可吸收的礦物元素，這些物質(zhì)可直接被棉花吸收利用，促進(jìn)生長(zhǎng)。處理后40 d，300 kg·hm－2甜菜糖蜜結(jié)合減施20%磷肥處理下的棉花株高、莖粗均與常規(guī)施用磷肥處理無顯著差異，一方面說明磷肥可直接影響棉花的生長(zhǎng)，另一方面說明甜菜糖蜜可促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，提高棉花對(duì)土壤磷素和外界供應(yīng)磷肥的吸收。本研究中，在減施20%磷肥情況下，應(yīng)用甜菜糖蜜能夠提高棉花對(duì)磷素的吸收，且隨著甜菜糖蜜正效應(yīng)的積累，當(dāng)施用300 kg·hm－2糖蜜時(shí)，棉花苗期生物量與常規(guī)磷肥處理相當(dāng)。不僅如此，甜菜糖蜜還提高了減施磷肥條件下磷肥的表觀利用率，隨著甜菜糖蜜應(yīng)用量的增加，磷肥的表觀利用率越高，減20%磷肥＋300 kg·hm－2甜菜糖蜜的磷肥表觀利用率比常規(guī)施用磷肥的表觀利用率高4.6百分點(diǎn)，說明甜菜糖蜜不僅可以促進(jìn)棉花對(duì)磷素的吸收利用，還能夠提高磷肥的利用率，具有減肥增效的效果。

3.2 施用甜菜糖蜜結(jié)合減施磷肥對(duì)土壤鹽堿、養(yǎng)分的調(diào)控作用

甜菜糖蜜中含有大量的有機(jī)物質(zhì)和植物營(yíng)養(yǎng)所需的礦質(zhì)元素，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及維持土壤肥力方面具有重要作用[15]。糖蜜中包含蔗糖、甜菜堿、氨基酸等小分子可溶性物質(zhì)，可以被植株直接吸收，促進(jìn)植株各器官的代謝過程，提高植物自身對(duì)抗鹽堿脅迫的能力[30]。本研究表明，甜菜糖蜜可以降低表層土壤的含鹽量，且隨著甜菜糖蜜用量的增加，含鹽量逐漸降低，有效調(diào)控耕層土壤和根生長(zhǎng)區(qū)域的鹽濃度，有助于棉花苗期的生長(zhǎng)。施用300 kg·hm－2甜菜糖蜜還可增加土壤中堿解氮、速效鉀的含量，可促進(jìn)棉花生長(zhǎng)發(fā)育。同時(shí)，土壤中氮、磷等離子濃度的變化，可增加土壤的陽(yáng)離子交換容量，能進(jìn)一步降低土壤中鹽離子濃度[31]。但甜菜糖蜜對(duì)鹽離子的影響原理和作用強(qiáng)度需要進(jìn)一步研究。在減施磷肥的情況下，施用300 kg·hm－2的甜菜糖蜜能顯著增加土壤有效磷的含量，推測(cè)甜菜糖蜜能夠減少磷在鹽堿土中的固定，孫振博等[27]、羅優(yōu)等[32]的研究表明糖蜜能夠增加堿性磷酸酶的活性。因此，施用糖蜜可能影響土壤微生物構(gòu)成，提高解磷微生物的作用。

3.3 甜菜糖蜜對(duì)減磷的補(bǔ)償效應(yīng)和用量評(píng)價(jià)

本研究中，減施磷肥會(huì)降低棉花地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量、根系鮮物質(zhì)質(zhì)量，但結(jié)合施用甜菜糖蜜，會(huì)提高棉花株高和莖粗，以及棉花地上部、根系鮮物質(zhì)質(zhì)量，當(dāng)施用量為300 kg·hm－2時(shí)，棉花地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量、根系鮮物質(zhì)質(zhì)量與常規(guī)施用磷肥的效果基本相當(dāng)。同時(shí)，減施磷肥不僅可降低植株磷的吸收，也可降低磷肥的利用率[33]；而結(jié)合施用一定量的甜菜糖蜜不僅能促進(jìn)植株磷的吸收，也能提高磷肥的利用率。本研究中，減施20%磷肥＋300 kg·hm－2甜菜糖蜜，可以較大程度提高植株對(duì)磷的吸收，達(dá)到常規(guī)施用磷肥的效果，能實(shí)現(xiàn)比常規(guī)施用磷肥更高的磷肥利用率?？梢?，300 kg·hm－2的甜菜糖蜜可以實(shí)現(xiàn)對(duì)減施20%磷肥的補(bǔ)償效應(yīng)，并且具有更好的減肥增效作用。不僅如此，甜菜糖蜜對(duì)堿解氮、速效鉀等主要養(yǎng)分的利用都有促進(jìn)作用，且對(duì)降低可溶性鹽離子具有積極作用。

本研究只采用了1個(gè)棉花品種，并且只關(guān)注了棉花苗期的生長(zhǎng)；因此，該施肥方式對(duì)棉花生育后期的影響以及當(dāng)前研究結(jié)果在其他品種中的普遍性等需要進(jìn)一步探究，比如土壤磷素、可溶性鹽離子隨著生長(zhǎng)周期的變化，及在現(xiàn)蕾前進(jìn)行甜菜糖蜜與肥料施用對(duì)棉花和鹽堿土壤的影響等。

4 結(jié)論

本研究初步表明：減施磷肥會(huì)降低棉花苗期地上部和根系的生物量；而在減施磷肥基礎(chǔ)上施用甜菜糖蜜，可以提高棉花株高和莖粗，促進(jìn)棉花生物量的提高和對(duì)磷素的吸收，且能夠調(diào)減土壤鹽離子含量，提高土壤氮磷鉀養(yǎng)分的有效性，尤其能夠提升土壤有效磷含量。本研究中，在棉花苗期，施用300 kg·hm－2的甜菜糖蜜結(jié)合減施20%磷肥，棉花的株高、莖粗、地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量、根系鮮物質(zhì)質(zhì)量和常規(guī)施用磷肥的效果相當(dāng)，并且可以提高磷肥的表觀利用率。

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（責(zé)任編輯：秦凡 責(zé)任校對(duì)：楊子山）

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收稿日期：2024-04-18" " " " "第一作者簡(jiǎn)介：王明偉，碩士研究生，農(nóng)藝師，主要從事土壤改良和作物營(yíng)養(yǎng)研究，946835908@qq.com

基金項(xiàng)目：中化化肥有限公司土壤調(diào)理類產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目（072024024F）