朱 鵬，王 飛，溫鵬飛，陳 劍，呂 新

(石河子大學(xué)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)

棉花種植是新疆的優(yōu)勢(shì)特色產(chǎn)業(yè)，種植面積約為全國(guó)的1/3，產(chǎn)量占全國(guó)50%以上，是我國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)商品棉生產(chǎn)基地[1]。而棉花種植施肥大多數(shù)采用膜下滴灌施肥，在生育期內(nèi)要施肥多次[2,3]。隨著現(xiàn)代新型設(shè)施農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)以及膜下水肥一體化灌溉技術(shù)的迅速發(fā)展，就目前新疆棉花施肥而言應(yīng)用最廣泛的壓差式滴灌施肥裝置對(duì)于動(dòng)態(tài)的控制施肥量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度及實(shí)現(xiàn)灌溉自動(dòng)化等還存在著很多不足之處，為此一種可以自動(dòng)精準(zhǔn)控制施肥量和施肥濃度變化的施肥裝置誕生成為一種必然趨勢(shì)[4]。

陳劍、封俊、沈雪民等研究表明長(zhǎng)期以來(lái)在大田滴灌模式下使用的壓差式滴灌施肥裝置，沒(méi)有形成統(tǒng)一施肥時(shí)間與施肥濃度控制的標(biāo)準(zhǔn)[5]。同時(shí)壓差式施肥裝置在施肥過(guò)程中，由于水壓差作用，水流不斷進(jìn)入罐內(nèi)稀釋肥料，為此輸出的肥液濃度在開(kāi)始一段時(shí)間內(nèi)濃度過(guò)大，到后面幾乎為零，造成對(duì)棉花滴灌施肥濃度不均勻；且壓差式滴灌施肥裝置施肥所需固體顆粒肥料需人工添加，而造成固體肥料的添加時(shí)間不確定，出現(xiàn)器械空載運(yùn)作等不良狀態(tài)[6]。在壓差式滴灌施肥裝置的基礎(chǔ)上陳劍等研制了適應(yīng)于棉花滴灌施肥的密封活塞式滴灌施肥裝置，此裝置是通過(guò)機(jī)械記憶來(lái)調(diào)節(jié)配肥時(shí)間和施肥濃度對(duì)棉花間斷定量施肥[7,8]。但上述裝置在針對(duì)目前棉花種植面臨的種植區(qū)域內(nèi)土壤肥力不均勻、人為盲目施肥而造成肥料的過(guò)度浪費(fèi)和農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境破壞等現(xiàn)象沒(méi)有得到徹底解決。為此本文作者在他們的研究基礎(chǔ)之上根據(jù)棉花長(zhǎng)勢(shì)、種植區(qū)域內(nèi)土壤肥力和植株含氮量等參數(shù)設(shè)計(jì)了一種濃度自控式滴灌施肥裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花高精度、高均勻度施肥[9,10]。濃度自控式滴灌施肥裝置對(duì)棉花施肥可以顯著提高肥料利用率和棉花產(chǎn)量[11-13]，有按需施肥、精準(zhǔn)施肥、均勻施肥、高效環(huán)保等特點(diǎn)[14,15]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014年4-11月在新疆石河子大學(xué)大田小區(qū)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。石河子位于新疆北部，年平均降雨量 250 mm，年平均蒸發(fā)量1 250 mm，平均海拔 300～500 m，冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒，夏季短而炎熱，年平均氣溫 7.5～8.2 ℃，最高達(dá)到 37.9 ℃，最低為-34.6 ℃，日照時(shí)長(zhǎng)為 2 318～2 732 h,無(wú)霜期為147～191 d，土壤質(zhì)地類型為壤土。播種前采集基礎(chǔ)土樣，供試土壤類型為壤土，沙粒43.14%,粉粒38.64%，黏粒18.22%，pH值為7.71，有機(jī)質(zhì)含量15.58 g/kg,有效氮74.29 mg/k g，速效磷23.14 mg/kg，速效鉀166.7 mg/kg。試驗(yàn)用棉花品種為新陸早48號(hào) (XLZ48)，采用地膜覆蓋(膜寬2.05 m)一膜雙滴管布置方式，棉花種植面積約為2 001 m2。

試驗(yàn)采用3種不同滴灌施肥裝置，分別為壓差式滴灌施肥裝置(CK)，它是銜接在灌溉水主管道上的一個(gè)固體肥料貯存?zhèn)}，通過(guò)與灌溉水管道產(chǎn)生壓力差使得灌溉水進(jìn)入固體肥料倉(cāng)與固體肥料混合溶解后由水壓差送入灌溉水管而實(shí)現(xiàn)施肥；密封活塞式滴灌施肥裝置(Drip fertigation device of Sealing piston type)文中簡(jiǎn)稱D1，是一套與滴灌首部施肥管路相接，通過(guò)機(jī)械記憶調(diào)節(jié)配肥時(shí)間和施肥濃度來(lái)對(duì)棉花間斷定量施肥的裝置；濃度自控式滴灌施肥裝置(Drip fertigation device of concentration self-control type)文中簡(jiǎn)稱D2，是根據(jù)種植區(qū)域內(nèi)棉花長(zhǎng)勢(shì)、土壤肥力和植株含氮量來(lái)確定棉花所需肥料量，然后通過(guò)自控系統(tǒng)配制高濃度液體肥料和控制稀釋用水流量來(lái)改變灌溉主管道內(nèi)肥液濃度以實(shí)現(xiàn)按需施肥、精準(zhǔn)施肥、均勻施肥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，共3個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積約677 m2,每個(gè)施肥裝置控制一個(gè)小區(qū)施肥。滴灌帶選用型號(hào)為200-2.5單翼迷宮式滴灌帶，內(nèi)徑16 mm，壁厚0.18 mm，滴頭間距200 mm，滴孔流量2.0 L/h，工作壓為0.08～0.10 MPa，出水均勻度達(dá)91%以上，最大鋪設(shè)長(zhǎng)度為40 m。考慮到連作棉田土壤速效磷逐年積累，含量較高，試驗(yàn)中不再追加磷肥。試驗(yàn)用肥氮肥為尿素(N46%)，棉花整個(gè)生育期內(nèi)施肥量和施肥次數(shù)見(jiàn)表1。病蟲(chóng)害及農(nóng)藥等其他管理按照棉花種植常規(guī)方法種植。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)采集土樣進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量分析，在棉花生長(zhǎng)的不同生育期內(nèi)根據(jù)棉花長(zhǎng)勢(shì)、種植區(qū)域內(nèi)土壤肥力和植株含氮量來(lái)確定所需施肥量。3種裝置對(duì)棉花的施肥量均相同(CK和D1裝置的施肥量通過(guò)人工調(diào)控)，嚴(yán)格按照棉花生育期內(nèi)每次施肥和灌水的指標(biāo)進(jìn)行。在每次施肥開(kāi)始之前采樣，周期為15 d(在這15 d內(nèi)灌水1次，不施肥不采樣)。

表1 整個(gè)生育期內(nèi)施肥量和施肥次數(shù)Tab.1 The whole growth period of fertilization and fertilization times

1.3 棉花生長(zhǎng)狀況與產(chǎn)量測(cè)定

本試驗(yàn)棉花種植于2014年4月22日，在棉花的不同生育階段對(duì)處理小區(qū)進(jìn)行生長(zhǎng)狀況的觀測(cè)，在每個(gè)處理小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻,有代表性的10株(沿著滴灌帶鋪設(shè)的方向每4 m采集一顆植株)棉花植株。取其倒4葉，用KONICAMINOLTA葉綠素儀(SAPD-502plus)進(jìn)行葉綠素含量測(cè)定。然后將植株沿著水平地面用果枝鉗剪斷，帶回試驗(yàn)室洗凈,用濾紙吸干。測(cè)量植株株高；在MSD-971葉面積分析儀上測(cè)定葉面積；數(shù)出葉片數(shù)、蕾數(shù)、花數(shù)、鈴數(shù)、果枝數(shù)；然后將植株的所有器官分開(kāi),秤量各器官鮮重；再放入105 ℃烘箱中30 min殺青,80 ℃(7～8 h)烘干,稱干重。將植株干樣器官粉碎,用H2SO4-H2O2法消化,在BUCHI-350全自動(dòng)定氮儀上測(cè)定各器官的全氮含量，最后在棉花吐絮期采樣測(cè)產(chǎn)，來(lái)預(yù)測(cè)棉花產(chǎn)值效益。采用SPSS17.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌施肥裝置施肥對(duì)棉花長(zhǎng)勢(shì)的影響

棉花植株生長(zhǎng)狀況的好壞將直接影響棉花產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的優(yōu)劣。在蕾期對(duì)棉花長(zhǎng)勢(shì)的調(diào)查結(jié)果(表2)表明，不同滴灌施肥裝置施肥對(duì)棉花株高、葉片面積、果枝數(shù)、蕾數(shù)等的作用效果差異顯著。其中在D1和D2施肥裝置施肥條件下，棉花葉面積、果枝數(shù)、蕾數(shù)均顯著高于CK施肥裝置。 D2裝置在株高和葉干重上顯著大于D1與CK裝置。D1和D2之間比較，葉面積、果枝數(shù)、蕾數(shù)表現(xiàn)為差異不明顯?？傮w而言，與CK比較，施肥裝置D1與D2對(duì)棉花長(zhǎng)勢(shì)的影響較大，通過(guò)促進(jìn)有效葉面積、蕾數(shù)的增加，來(lái)促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，為后期棉花結(jié)果打下了較好的基礎(chǔ)。

表2 棉花蕾期不同施肥裝置施肥下棉花長(zhǎng)勢(shì)Tab.2 The cotton bud stage under different fertilizationdevice fertilization of cotton growth

注:表中數(shù)據(jù)為10次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，每一列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異達(dá)5%顯著水平，下同。

棉花葉片葉綠素含量是棉花氮素營(yíng)養(yǎng)狀況最靈敏的指示器官之一，通過(guò)測(cè)定棉花植株葉片SPAD值可以了解棉花在不同施肥裝置施肥下植株的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，也為植株生長(zhǎng)施肥決策提供參考。一般情況下，作物追施氮肥后3～8 d就可以用SAPD-502葉綠素計(jì)測(cè)出葉片“綠色度”的變化。在棉花生長(zhǎng)期各階段施肥測(cè)定SPAD值的結(jié)果(表3)表明，各處理SAPD值隨著棉花的生長(zhǎng)均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。D1、D2的施肥棉花葉片SPAD值顯著高于CK施肥，但前二者之間比較無(wú)明顯顯著性差異。至打頂后半個(gè)月時(shí)，三者之間比較無(wú)顯著性差異。這表明，通過(guò)生長(zhǎng)前期滴灌施肥管理，D1與D2表現(xiàn)出更好的長(zhǎng)勢(shì)，至生長(zhǎng)后期，各裝置施肥SPAD值變化趨于平緩，植株開(kāi)始進(jìn)入果實(shí)發(fā)育期。

表3 不同施肥裝置施肥下棉花倒4葉的SPAD值Tab.3 Different fertilizing device fertilization ofcotton under inverse 4 leaf SPAD values

2.2 不同施肥裝置對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

棉花的鈴數(shù)、鈴干重是影響棉花產(chǎn)量的重要參數(shù)。從表4可以看出，D2裝置在前期對(duì)棉花棉鈴數(shù)的影響明顯高于CK、D1裝置，而CK與D1之間差異不明顯。在中后期D2裝置施肥對(duì)棉鈴數(shù)的影響明顯高于D1，同時(shí)D1施肥裝置施肥對(duì)棉花棉鈴數(shù)的影響明顯高于CK。由此可得出D1、D2施肥裝置對(duì)棉花棉鈴個(gè)數(shù)的影響均顯著大于CK處理，D1和D2裝置相比較，D2裝置的效果顯著高于D1處理?？梢钥闯觯cCK裝置比較，D1、D2施肥裝置對(duì)棉花產(chǎn)量形成因素棉鈴個(gè)數(shù)產(chǎn)生了顯著影響。

表4 不同施肥裝置施肥對(duì)棉花棉鈴數(shù)的影響Tab.4 Effect of different fertilization fertilizationon cotton boll number device

從表5數(shù)據(jù)可以看出，D2裝置施肥與D1裝置施肥在前期對(duì)棉花棉鈴干重的影響差異不明顯，但均比CK裝置明顯。在中后期D2裝置施肥對(duì)棉鈴干重的影響明顯高于D1，同時(shí)D1明顯高于CK。由此可得出D1、D2施肥裝置對(duì)棉花棉鈴干重的影響均顯著大于CK，D1和D2裝置相比較，D2的效果顯著高于D1。由此可得，與CK裝置比較，D1、D2施肥裝置對(duì)棉花產(chǎn)量形成因素棉鈴干重產(chǎn)生了顯著影響。

從不同滴灌施肥裝置施肥棉花產(chǎn)量的測(cè)產(chǎn)結(jié)果(籽棉產(chǎn)量，表6)來(lái)看，在D1和D2施肥裝置下，棉花產(chǎn)量顯著高于CK處理，前兩者與后者比較，分別增產(chǎn)8.6%和11.7%。D1和D2施肥裝置相比較，D2裝置的棉花產(chǎn)量高于D1裝置。

表5 不同施肥裝置施肥對(duì)棉花棉干重的影響Tab.5 Effect of different fertilization devicefertilization on dry weight of cotton

表6 不同滴灌方式下的棉花產(chǎn)量Tab.6 The yield of cotton under differentdrip irrigation patterns of results

2.3 不同施肥裝置經(jīng)濟(jì)效益的分析

從表7的數(shù)據(jù)看，就生產(chǎn)成本而言，與常規(guī)CK裝置施肥相比，D1和D2裝置施肥的成本有所增加，其中的增加成本主要源于設(shè)備和電費(fèi)的支出。后二者相比較，D1裝置施肥節(jié)約生產(chǎn)成本效果最好。在產(chǎn)值方面，受2014年整體棉花市場(chǎng)價(jià)格低迷影響，導(dǎo)致純收益下降，其中以CK裝置施肥所獲利潤(rùn)最低。D1、D2裝置施肥所獲利潤(rùn)與CK比較，經(jīng)濟(jì)效益因產(chǎn)量增加而明顯上升，其中以D2施肥裝置施肥純收益增加最高。因此認(rèn)為，D2施肥裝置具較好的推廣應(yīng)用前景。

表7 不同施肥裝置下棉花的生產(chǎn)效益比較Tab.7 Comparison of cotton production efficiencyunder different fertilization device

注：表內(nèi)數(shù)據(jù)以2014年當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)價(jià)格計(jì)，棉花收購(gòu)價(jià)7.5元/kg。

3 結(jié) 論

本研究采用田間試驗(yàn)，在新疆石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)站等量施肥條件下，分別應(yīng)用了CK、D1和D23種滴灌施肥裝置，通過(guò)棉花植株長(zhǎng)勢(shì)、果實(shí)生長(zhǎng)性狀及產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)效益分析等指標(biāo)來(lái)反映施肥裝置的施肥效應(yīng)。認(rèn)為在不同灌溉施肥裝置施肥下，D1和D22個(gè)施肥裝置較CK施肥裝置對(duì)棉花施肥具有較高的生長(zhǎng)性狀和產(chǎn)量效益，同時(shí)其產(chǎn)量顯著增加，增產(chǎn)率分別為8.6%、11.7%。D1、D2施肥裝置具有施肥量和施肥濃度可控等效果，其作用因控制方式和決策系統(tǒng)的不同而不同。D1、D2施肥裝置對(duì)株高、葉面積、果枝數(shù)、葉片SPAD值含量影響明顯，表征其具較好的生長(zhǎng)勢(shì)，并表現(xiàn)出較好的生長(zhǎng)性狀，為后期棉花發(fā)育打下了較好的基礎(chǔ)。其中D2施肥裝置施肥對(duì)棉花棉鈴數(shù)、棉鈴干重的影響為最高，表征其對(duì)構(gòu)成 棉花產(chǎn)量的重要參數(shù)產(chǎn)生了較好的效果，產(chǎn)量較CK、D1顯著增加，增產(chǎn)率為最高，綜合經(jīng)濟(jì)效益最佳。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同供肥水平下D2施肥裝置取得了顯著的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益，這充分說(shuō)明在D2施肥裝置施肥下，對(duì)棉花施肥濃度和均勻度控制更為精準(zhǔn)，使得覆蓋在根系集中區(qū)域的肥液濃度均勻，更適應(yīng)根系對(duì)養(yǎng)分的截獲，保證了棉花植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)值效益，為此D2施肥裝置具較好的推廣應(yīng)用前景。

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