劉冬碧，吳茂前，熊桂云，范先鵬，張富林，夏穎，余延豐

摘要：為了提出江漢平原地區(qū)棉花氮肥的合理運(yùn)籌技術(shù)，采用田間小區(qū)試驗(yàn)研究了棉花氮肥品種的選擇、合理的施氮次數(shù)，并探討了氣候條件的影響。結(jié)果表明，綜合考慮棉花產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、氮素吸收利用以及土壤中硝態(tài)氮?dú)埩舻雀鞣N因素，普通尿素4次施氮和緩控釋氮肥2次施氮都是較好的氮肥運(yùn)籌方式。在氮肥施用的時(shí)間上宜采用“應(yīng)變式”方式，雨后施氮，充分利用自然降雨發(fā)揮肥效，避免施氮肥后3～5 d內(nèi)出現(xiàn)大的降雨，施肥后如遇長時(shí)間干旱需及時(shí)灌溉。必要時(shí)還可根據(jù)棉花預(yù)期產(chǎn)量水平的變化調(diào)整施氮總量，并通過調(diào)整后期追氮量來實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)氮肥高效利用與棉花高產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：棉花;產(chǎn)量;經(jīng)濟(jì)效益;氮肥表觀利用率;氮素殘留;氮肥合理運(yùn)籌技術(shù)

中圖分類號(hào)：S562.062;S147.3 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2014）23-5758-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.034

江漢平原棉花常年種植面積約2.8萬hm2，占湖北省棉花種植總面積的70%左右[1]，是湖北省最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，也是全國棉花單產(chǎn)水平較高的棉區(qū)之一[2]。研究和生產(chǎn)實(shí)踐均已證實(shí)，氮肥是影響棉花產(chǎn)量的第一養(yǎng)分限制因子，但棉花營養(yǎng)特性及施肥技術(shù)方面的研究多集中在鉀素和鉀肥上[3-5]，氮肥施用技術(shù)方面的研究并不多，長江中下游棉區(qū)棉花氮肥合理用量及合理施用時(shí)期方面的研究僅見零星報(bào)道[6]。江漢平原地區(qū)水網(wǎng)密集、降雨量豐富，肥料中的氮素易隨雨后產(chǎn)生的地表徑流或地下淋溶損失;棉花大田生長期較長，雨熱同季。因此，棉花氮肥的施用，在考慮不同生育階段棉花需肥特性的同時(shí)，也應(yīng)根據(jù)當(dāng)年當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，制定既能充分利用自然降雨發(fā)揮肥效、又能回避易引起氮肥流失的施肥措施，即采用“應(yīng)變式”的氮肥運(yùn)籌方式。本研究在初步明確氮肥施用次數(shù)對棉花產(chǎn)量、效益及氮肥利用率影響的基礎(chǔ)上[7]，進(jìn)一步探討“應(yīng)變式”氮肥分配與兩次施氮法以及兩次施氮條件下不同氮肥品種及其配比對棉花產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、氮素吸收利用及土壤氮素殘留的影響，并試圖通過研究施氮時(shí)間與施氮前后降雨的時(shí)間間隔和降雨量之間的關(guān)系，提出適合南方水網(wǎng)農(nóng)區(qū)的“應(yīng)變式”棉花氮肥合理運(yùn)籌技術(shù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?供試材料

研究開展2個(gè)田間試驗(yàn)，試驗(yàn)1和試驗(yàn)2分別于2012年和2013年在湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)柳洲村進(jìn)行。供試土壤為長江沖積物母質(zhì)發(fā)育的潮土，其基本理化性狀見表1。前作為油菜，供試棉花品種為中棉所63。

1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)1設(shè)置5個(gè)處理，處理1：不施氮肥;處理2（4次施氮）：氮肥為普通尿素，用量240 kg N/hm2，分配時(shí)期為40%基肥+15%苗肥+15%蕾肥+30%花鈴肥;處理3（2次施氮）、處理4（包膜尿素）和處理5（復(fù)混肥）的氮肥分別為普通尿素、包膜尿素（含N44%）和添加硝化抑制劑的緩控釋復(fù)混肥（N、P2O5和K2O含量分別為24%、10%和14%），用量與處理2相等，分配方式均為60%基肥+40%花鈴肥。試驗(yàn)2也設(shè)置5個(gè)處理，處理1：不施氮肥，處理2（“應(yīng)變式”施氮）：氮肥為普通尿素，用量240 kg N/hm2，分配時(shí)期為“應(yīng)變式”5次施肥：10%基肥+15%苗肥+30%蕾肥+30%花鈴肥+15%蓋頂肥，處理3（普通尿素）、處理4（包膜尿素）和處理5（普通尿素+包膜尿素）的氮肥用量與處理2相等，分配方式均為40%基肥+60%花鈴肥，處理3用普通尿素，處理4用包膜尿素（含N44%），處理5基肥用普通尿素、花鈴肥用包膜尿素。

各處理磷、鉀、硼和鋅肥用量相同，分別為P2O5 90 kg/hm2、K2O 240 kg/hm2、硼砂（含B 11%）3 kg/hm2、七水硫酸鋅（含Zn 20%）3 kg/hm2，磷、鉀肥分別為過磷酸鈣（含P2O5 12%）和氯化鉀（含K2O 60%）。鉀肥60%基肥+40%花鈴肥，磷肥和硼肥全部基施，鋅肥全部作花蕾肥。試驗(yàn)1中處理5以磷為基礎(chǔ)計(jì)算復(fù)混肥用量，以含60%總施氮量的復(fù)混肥作基肥，不足的氮和鉀分別用普通尿素和氯化鉀補(bǔ)齊，與余下的復(fù)混肥一起作花鈴肥追施。施肥方法：基肥混勻條施后移栽棉花，追肥穴施，基肥和后續(xù)的追肥在棉花種植行的兩側(cè)交替施用。

棉花采用營養(yǎng)缽育苗移栽的方式，行距120 cm、株距45 cm。小區(qū)面積35 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)1于2012年5月19日施基肥、20日移栽棉花，6月19日施苗肥，7月5日施蕾肥，7月26日施花鈴肥，9月5日始收，11月14日收獲結(jié)束;試驗(yàn)2于2013年5月23日施基肥、移栽棉花，6月14日施苗肥，7月3日施蕾肥，7月25日施花鈴肥，8月15日施蓋頂肥，9月13日始收，11月28日收獲結(jié)束。各小區(qū)單收記錄子棉產(chǎn)量和棉稈產(chǎn)量。試驗(yàn)期間，用SDM 6型雨量器記錄每次降雨量。

1.3 ?測定內(nèi)容與方法

1.3.1 ?土壤樣品采集及處理 ?在棉花整地施基肥前采集0～20 cm和20～40 cm土樣，風(fēng)干后制樣，用常規(guī)方法分析土壤基本理化性狀[8]。試驗(yàn)結(jié)束后，采集各小區(qū)0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土樣，紫外分光光度法測定土樣NO3--N和NH4+-N含量[8]。

1.3.2 ?植株干物質(zhì)重及氮素含量測定 ?吐絮收獲前每小區(qū)隨機(jī)取3株中等大小的棉花植株，分次單獨(dú)收獲，按皮棉、棉子、棉稈分別稱重制樣，測定各部分全氮含量[8]，計(jì)算棉株收獲時(shí)從土壤帶走的總氮量，計(jì)算氮肥當(dāng)季表觀利用率，計(jì)算公式為：氮肥當(dāng)季表觀利用率=[（施氮區(qū)作物吸氮量-無氮區(qū)作物吸氮量）/施氮量]×100%[9]。

1.3.3 ?數(shù)據(jù)處理與參數(shù)計(jì)算 ?試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖在Microsoft Excel中進(jìn)行，方差分析采用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?氮肥運(yùn)籌方式對棉花產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表2可見，施用氮肥極顯著地提高子棉產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，試驗(yàn)1中不同氮肥運(yùn)籌方式處理比不施氮肥處理增產(chǎn)72.8%～80.2%，凈收益增加14 562～15 890元/hm2;試驗(yàn)2中不同氮肥運(yùn)籌方式處理比不施氮肥處理增產(chǎn)74.7%～150.0%，凈收益增加5 187～11 688元/hm2。

試驗(yàn)1中，以4次施氮處理和復(fù)混肥處理的棉花產(chǎn)量最高，兩者基本相等;2次施氮處理和包膜尿素處理的產(chǎn)量，比4次施氮和復(fù)混肥處理的略低，兩者也大致相等;不同氮肥運(yùn)籌處理之間，棉花產(chǎn)量的差異均不顯著。以上結(jié)果表明，在試驗(yàn)1施氮總量一定的條件下，減少施氮次數(shù)或者選擇不同的氮肥品種，不會(huì)引起棉花明顯減產(chǎn)，但以4次施氮和復(fù)混肥處理最能充分發(fā)揮棉花的產(chǎn)量潛力。試驗(yàn)2中，施氮次數(shù)和不同氮肥品種配比對棉花產(chǎn)量均產(chǎn)生顯著的影響，表現(xiàn)為“應(yīng)變式”施氮>2次施氮，在2次施氮處理中，包膜尿素>普通尿素>普通尿素+包膜尿素配合。由此可見，在2個(gè)試驗(yàn)中，均以多次施氮處理的棉花產(chǎn)量最高，而在2次施氮處理中，不同年份、不同氮肥品種或配比對棉花產(chǎn)量的影響并不一致。

表2中經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果表明，試驗(yàn)1中，復(fù)混肥處理的肥料成本比4次施氮處理略高、施肥勞務(wù)略低，總成本和凈增收益兩者相當(dāng);普通尿素2次施氮處理的產(chǎn)量和施肥成本均較低，凈增收益比4次施氮處理低896元/hm2（低5.7%）;包膜尿素處理的產(chǎn)量較低、肥料成本比普通尿素略高，凈增收益比4次施氮處理低1 251元/hm2（低7.9%），因此在試驗(yàn)1條件下，4次施氮和復(fù)混肥處理都是較好的氮肥運(yùn)籌方式，可根據(jù)家庭經(jīng)濟(jì)和勞力狀況進(jìn)行選擇。在試驗(yàn)2中，盡管5次施氮處理的施肥成本（主要是施肥勞務(wù)）比2次施氮處理略高，但前者的產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者，其凈增收益比2次施氮處理高3 100～6 500元/hm2，因此在試驗(yàn)2條件下宜選擇“應(yīng)變式”多次施氮方式，才能保證高產(chǎn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)收益。

2.2 ?氮肥運(yùn)籌方式對棉花氮素吸收與氮肥當(dāng)季利用率的影響

氮肥運(yùn)籌方式對棉花氮素吸收和當(dāng)季表觀利用率影響的變化趨勢，與其對產(chǎn)量的影響基本一致，施氮處理的棉花吸氮量大大高于不施氮處理（表3）。在試驗(yàn)1中，不同氮肥運(yùn)籌處理之間棉花吸氮量的差異均不顯著，但普通尿素2次施氮處理的略低，4次施氮、包膜尿素和復(fù)混肥處理的氮肥當(dāng)季表觀利用率相差不到2個(gè)百分點(diǎn)，都比2次施氮處理高出10個(gè)百分點(diǎn)左右。在試驗(yàn)2不同氮肥運(yùn)籌處理中，“應(yīng)變式”5次施氮處理的棉花吸氮量顯著高于普通尿素+包膜尿素配合處理，其他處理之間差異不顯著，棉花吸氮量和氮肥當(dāng)季表觀利用率大小順序?yàn)椤皯?yīng)變式”5次施氮>包膜尿素>普通尿素>普通尿素+包膜尿素配合?？梢娫?個(gè)試驗(yàn)中，棉花吸氮量和氮肥當(dāng)季表觀利用率均以多次施氮處理的最高。

2.3 ?氮肥運(yùn)籌方式對棉花收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊?/p>

圖1結(jié)果表明，0～100 cm土體各土層中，棉花收獲后硝態(tài)氮含量均隨土層深度的增加而降低;0～20 cm和20～40 cm土層的硝態(tài)氮含量，施氮處理明顯高于不施氮處理，40 cm以下施氮處理與不施氮處理相差不明顯。試驗(yàn)1中，0～20 cm和20～40 cm土層硝態(tài)氮含量施氮處理分別比不施氮處理高2.18～4.10 mg/kg和1.72～2.92 mg/kg，試驗(yàn)2中，施氮處理分別比不施氮處理高1.45～3.61 mg/kg和0.26～0.87 mg/kg。同時(shí)，土壤分析結(jié)果還表明，在0～20 cm和20～40 cm土層，硝態(tài)氮含量占硝、銨態(tài)氮總含量的83%以上。

根據(jù)上述結(jié)果，假設(shè)棉花收獲后施入的氮肥主要以硝態(tài)氮形式殘留在0～20 cm和20～40 cm土層，扣除不施氮處理土壤中硝態(tài)氮的本底值后，計(jì)算得到不同氮肥運(yùn)籌處理0～40 cm土層的硝態(tài)氮?dú)埩艨偭俊Ｔ囼?yàn)1中4次施氮、2次施氮、包膜尿素和復(fù)混肥處理硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e為10.60、15.80、13.70和9.00 kg/hm2，試驗(yàn)2中“應(yīng)變式”5次施氮、普通尿素、包膜尿素和普通尿素+包膜尿素配合處理硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e為7.9、8.2、9.6 kg/hm2和3.9 kg/hm2。由此結(jié)果可知，在兩個(gè)試驗(yàn)中普通尿素的硝態(tài)氮?dú)埩艨偭烤鶠?次施氮處理高于多次施氮處理;在2次施氮運(yùn)籌處理中，試驗(yàn)1為普通尿素處理比包膜尿素處理高2.1 kg/hm2，試驗(yàn)2中為包膜尿素處理比普通尿素處理高1.4 kg/hm2。本試驗(yàn)條件下，復(fù)混肥處理和普通尿素+包膜尿素配合處理的硝態(tài)氮?dú)埩艨偭烤^低。另外，硝態(tài)氮?dú)埩袅空际┑偭康谋壤?，試?yàn)1和試驗(yàn)2分別僅為3.75%～6.58%和1.41%～3.99% ，說明施氮肥后土壤中氮的殘留比例較低。已有研究表明，絕大部分由施肥盈余的化學(xué)肥料氮并不能在土壤中累積起來，而是以各種途徑如進(jìn)入大氣或水體環(huán)境損失[10]。所以，在生產(chǎn)上提倡氮肥根據(jù)當(dāng)季作物的需要施用，土壤氮素肥力的提升往往通過提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的途徑來實(shí)現(xiàn)。不同氮肥品種及其配比對土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊懀灾档眠M(jìn)一步研究。

3 ?小結(jié)與討論

研究結(jié)果表明，在氮、磷、鉀等肥料用量相等的條件下，試驗(yàn)2的棉花產(chǎn)量水平、氮素吸收量、以及0～40 cm土層中硝態(tài)氮?dú)埩艨偭烤黠@低于試驗(yàn)1。以兩個(gè)試驗(yàn)中的相對最佳處理為例，試驗(yàn)2“應(yīng)變式”5次施氮處理的子棉產(chǎn)量比試驗(yàn)1中4次施氮處理的產(chǎn)量低2 179 kg/hm2，凈增收益前者比后者低4 125元/hm2;“應(yīng)變式”5次施氮處理的氮素吸收量比試驗(yàn)1中4次施氮處理的低134 kg/hm2，氮肥當(dāng)季表觀利用率前者比后者低25個(gè)百分點(diǎn)，0～40 cm土層中硝態(tài)氮?dú)埩艨偭壳罢弑群笳叩?.7 kg/hm2。在棉花氮素吸收量明顯較低的條件下，試驗(yàn)2土壤中硝態(tài)氮素的殘留量不僅沒有增加，反而比試驗(yàn)1更低，可見試驗(yàn)2中的肥料氮素更多地進(jìn)入大氣或水體環(huán)境而損失。

通過區(qū)域棉花生產(chǎn)狀況調(diào)查不難發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)2棉花產(chǎn)量水平明顯低于試驗(yàn)1，主要是由當(dāng)年棉花大田生長期間“前澇中旱”的異常氣候因素引起的。研究兩個(gè)試驗(yàn)中氮肥施用日期與施氮前后歷次降雨的時(shí)間和降雨量之間的關(guān)系可見，在試驗(yàn)1中，施氮時(shí)間一般發(fā)生在降雨之后，降雨量越高，施肥與降雨的時(shí)間間隔越長;施肥后3～5 d內(nèi)均未出現(xiàn)大的降雨，也未出現(xiàn)長時(shí)間干旱，這種氮肥運(yùn)籌方式既充分利用了天然降雨發(fā)揮肥料的肥效，又在很大程度上避免了氮肥隨降雨流失或淋失。氣象記錄數(shù)據(jù)也表明，試驗(yàn)1期間當(dāng)?shù)貧鉁?、降雨量及其月際間分配為長江流域棉花豐產(chǎn)氣候類型[11]，當(dāng)年當(dāng)?shù)孛藁ㄆ毡樨S產(chǎn)。在試驗(yàn)2中，施底肥后第4天出現(xiàn)了110 mm以上的大暴雨（試驗(yàn)地因排水不暢而長時(shí)間漬水），施蕾肥后第5天出現(xiàn)暴雨，在7月20日至8月23日兩次追肥期間，連續(xù)33 d高溫?zé)o雨，在“前澇中旱”的雙重不利氣候因素影響下，棉花的產(chǎn)量潛力難以充分發(fā)揮，當(dāng)年當(dāng)?shù)孛藁ㄆ毡闇p產(chǎn);另外，在試驗(yàn)2普通尿素+包膜尿素配合處理中，基肥使用普通尿素后遇大暴雨使氮素更易隨水流失，花鈴肥使用包膜尿素后遭遇長時(shí)間干旱使其肥效比普通尿素更難發(fā)揮，因此該處理棉花產(chǎn)量和氮吸收量在4個(gè)不同氮肥運(yùn)籌處理中最低。

近十年來在江漢平原地區(qū)開展的20余個(gè)棉花肥料試驗(yàn)結(jié)果表明，在相對合理的肥料用量條件下，年度氣候條件（降雨量及分布、氣溫等）對棉花產(chǎn)量水平的影響比棉田土壤肥力和棉花品種的影響還大，且不同年度相對最佳處理的棉花產(chǎn)量與區(qū)域棉花產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)值的大小順序是基本一致的。因此，氣候條件在很大程度上影響棉花整體產(chǎn)量水平。

考慮棉花產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、氮素吸收利用以及土壤中硝態(tài)氮?dú)埩舻雀鞣N因素，在江漢平原地區(qū)無明顯異常氣象條件下，普通尿素4次施氮、或者以添加硝化抑制劑的緩控釋復(fù)混肥作為氮源2次施氮都是較好的氮肥運(yùn)籌方式，可根據(jù)家庭經(jīng)濟(jì)、肥料和勞務(wù)價(jià)格等具體情況選擇。從發(fā)展趨勢看，減少棉花氮肥施用次數(shù)是一種可行的輕簡化施肥方式，也是棉花輕簡化栽培技術(shù)的主要內(nèi)容之一。但在減少棉花施氮次數(shù)的同時(shí)，最好使用一定比例的緩/控釋氮肥（如包膜尿素、緩控釋復(fù)混肥等），以提高氮肥當(dāng)季表觀利用率、減少肥料氮素的損失。與此同時(shí)，由于棉株群體具有較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)和適應(yīng)不同環(huán)境的能力[7]，氮肥的運(yùn)籌在施用的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上可采取“應(yīng)變式”方式，具體為：雨后施肥，利用自然降雨，充分發(fā)揮肥效;施肥前關(guān)注當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)，避免施肥后3～5 d內(nèi)出現(xiàn)大的降雨，防止氮肥隨降雨流失;施肥后如果遇到長時(shí)間干旱，需要及時(shí)灌溉。另外，在棉花生長發(fā)育過程中如果遇到異常氣象條件，在積極救災(zāi)的同時(shí)，還要調(diào)整氮肥的分配時(shí)期，如排漬后及時(shí)補(bǔ)充氮肥、分次施氮等，必要時(shí)還可根據(jù)棉花預(yù)期產(chǎn)量水平的變化重新確定合適的施氮總量，并通過調(diào)整后期追氮量來實(shí)現(xiàn)，從而最終實(shí)現(xiàn)氮肥高效利用與棉花高產(chǎn)。

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