哈麗哈什· 依巴提,張 炎,李青軍,胡 偉

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830091)

棉花是新疆主要經(jīng)濟(jì)作物，據(jù)統(tǒng)計(jì)2015年新疆棉花種植面積已達(dá)165.9萬hm2，總產(chǎn)350.3萬t[1]，其種植面積、總產(chǎn)量、單產(chǎn)、調(diào)出量連續(xù)20年居全國第一，棉花生產(chǎn)已成為新疆國民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收的主要途徑[2]。近年來，隨著新疆棉花生產(chǎn)水平的提高，棉農(nóng)收入增加，出現(xiàn)了化肥施用量偏高、重施氮磷肥、少施或不施鉀肥、微肥和有機(jī)肥等不平衡的施肥現(xiàn)象[3-5]，使土壤中氮、磷、鉀比例失調(diào)，不僅棉花產(chǎn)量沒有得到提高，反而增加了棉花生產(chǎn)成本，導(dǎo)致了肥料利用率低、土壤生產(chǎn)力與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、溫室氣體N2O增多、土壤微生態(tài)環(huán)境破壞等一系列環(huán)境問題，制約著新疆棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6-8]。

有效提高棉花產(chǎn)量，或者在維持當(dāng)前產(chǎn)量水平前提下減少化肥施用量是綠洲農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的首要任務(wù)，因此，在新疆綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，獲得棉花穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，不僅要優(yōu)化作物品種，還要根據(jù)作物的需肥規(guī)律、土壤的供肥特性與肥料效應(yīng)，合理地利用農(nóng)業(yè)資源，實(shí)現(xiàn)棉花平衡施肥。養(yǎng)分平衡可以作為一種衡量土壤養(yǎng)分投入產(chǎn)出的方法[9]，國際上已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)政策制定[10]、 環(huán)境趨勢(shì)分析等方面，近年來還在面源污染控制[11]、 畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力[12]等方面開展了應(yīng)用。很多研究表明，通過平衡施肥可以獲得作物高產(chǎn)，還能減少資源浪費(fèi)[13]。本研究將平衡施肥與農(nóng)民習(xí)慣施肥對(duì)比，通過田間試驗(yàn)，研究施肥對(duì)棉花養(yǎng)分吸收、分配、利用、產(chǎn)量及效益的影響，為新疆棉花持續(xù)高產(chǎn)、養(yǎng)分高效利用和環(huán)境友好提供科學(xué)施肥依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)2010年安排在新疆瑪納斯縣試驗(yàn)站上兵湖村五隊(duì)，前茬作物為冬小麥，供試品種為中棉297-5。株距為11 cm，播覆內(nèi)寬、窄行距配置為50-32.5-50-32.5 cm，一膜4行，采取膜下滴灌。供試土壤為砂壤質(zhì)灰漠土，0～20 cm基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)8個(gè)處理：平衡施肥處理(OPT)；平衡施肥處理基礎(chǔ)上的減氮處理(OPT-N)；平衡施肥處理基礎(chǔ)上的減磷處理(OPT-P)；平衡施肥處理基礎(chǔ)上的減鉀處理(OPT-K)；農(nóng)民習(xí)慣施肥處理(FP)；農(nóng)民習(xí)慣施肥減氮處理(FP-N)；農(nóng)民習(xí)慣施肥減磷處理(FP-P)；不施肥處理(CK)。平衡施肥處理推薦施肥量以ASI法測(cè)試土壤養(yǎng)分和目標(biāo)產(chǎn)量來確定。

表1 供試土壤的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分狀況(ASI法)

全部磷鉀肥和微肥于4月13日基施并深翻，次日播種，磷肥用三料磷肥(P2O544%) ，鉀肥用硫酸鉀(K2O 51%)。所用氮肥為尿素(N 46%)，全部氮肥都用做追肥隨水施入，按照棉花生長發(fā)育規(guī)律在各生育期分5 次隨水滴施，追肥比例為蕾期15%、初花期35%、花鈴期25%、盛鈴期20%、吐絮期5%。

表2 不同處理的施肥量 (kg·hm-2)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在棉花主要生育期苗期(5月27日)、蕾期(6月27日)、花期(7月25日)、花鈴期(8月11日)、吐絮期(9月11日)采集棉花地上部分的植株樣品，每小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的植株3 株(苗期取5株) ，按莖、葉、蕾+ 花、殼、絮、籽不同器官分離開，在105℃下殺青30 min，然后在75℃條件下烘干至恒重，稱重，記錄干物質(zhì)重。植株樣本粉碎后，分析其氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，采取H2SO4-H2O2法消煮，全氮用奈氏比色法，全磷用鉬銻抗比色法，全鉀用火焰光度法進(jìn)行測(cè)定。

氮(磷、鉀)肥料利用效率=[施氮(磷、鉀)區(qū)地上部吸氮(磷、鉀)量-無氮(磷、鉀)區(qū)地上部吸氮(磷、鉀)量]/施氮(磷、鉀)量×100%

氮(磷、鉀)肥料農(nóng)學(xué)利用效率=[施氮(磷、鉀)區(qū)產(chǎn)量-無氮(磷、鉀)區(qū)產(chǎn)量]/施氮(磷、鉀)量

養(yǎng)分吸收量=植株干重×植株養(yǎng)分含量

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)棉花養(yǎng)分吸收和分配的影響

2.1.1 施肥對(duì)棉花氮吸收和分配的影響

由圖1可知，在棉花生育期內(nèi)，苗期分配到葉中氮素的比例高于莖，占全株氮素的74.9%～83.0%，以O(shè)PT處理最高。蕾期分配到莖的氮素比例有所增加，占到總量的19.4%～25.0%，生殖器官蕾在此期分配到的氮素比例占8.2%～10.2%?；ㄆ冢o中氮素分配比例變化不大，而葉中明顯下降，此時(shí)，花中氮素分配比例提高，占總量的27.0%～41.6%。到花鈴期，花中氮素分配比例迅速提高，占總量的44.8%～59.4%。盛鈴期，營養(yǎng)器官的氮素分配比例逐漸降低，而生殖器官中氮素占總量的57.4%～63.7%。進(jìn)入吐絮期，生殖器官中籽的氮素分配量迅速增加，占總量的63.9%～69.4%，各處理氮素吸收量分別為OPT 152.2 kg·hm-2、OPT-N 93.2 kg·hm-2、OPT-P 84.6 kg·hm-2、OPT-K 94.9 kg·hm-2、FP 112.0 kg·hm-2、FP-N 96.9 kg·hm-2、FP-P 95.3 kg·hm-2、CK 94.4 kg·hm-2，其中OPT處理的氮素吸收量顯著高于其他處理，其次是FP處理，說明平衡施肥更好地促進(jìn)棉花各器官氮素吸收分配。

2.1.2 施肥對(duì)棉花磷吸收和分配的影響

由圖2可知，棉花磷素分配總體規(guī)律和氮素分配一致，在苗期分配到葉中的磷素占到70.8%～74.3%，隨著生育期的進(jìn)行分配到葉中的磷素占全株的比例逐漸降低，到吐絮期只占總量的2.4%～3.6%；而生殖器官的磷素從蕾期開始迅速增加，由蕾期占總量的14.2%～17.5%增加到吐絮期的87.5%～93.0%，尤其是籽中磷素的分配量在吐絮期占總量的71.3%～75.7%，其中OPT處理的磷素吸收量為63.3 kg·hm-2，顯著高于FP處理的磷素吸收量49.2 kg·hm-2以及其他處理。

圖1 各器官氮素分配

圖2 各器官磷素分配

2.1.3 施肥對(duì)棉花鉀吸收和分配的影響

棉花鉀素分配到莖中的比例高于葉，在苗期分配到莖中的鉀素占到70.8%～74.3%，隨著生育期的進(jìn)行分配到莖中的鉀素占全株的比例逐漸降低，到吐絮期只占總量的14.3%～15.7%；而生殖器官的鉀素從蕾期開始迅速增加，由蕾期占總量的2.8%～3.5%增加到吐絮期71.9%～84.5%，尤其是籽中鉀素的分配量在吐絮期占總量的39.7%～44.0%，其中OPT處理的鉀吸收量為100.2 kg·hm-2，顯著高于其他處理(圖3)。說明OPT處理平衡了氮、磷、鉀和微量元素鐵、錳、鋅等養(yǎng)分，更好地促進(jìn)棉花苗期到吐絲期各器官鉀素吸收分配。

2.2 施肥對(duì)棉花肥料利用效率與肥料農(nóng)學(xué)利用效率的影響

棉花肥料利用效率與肥料農(nóng)學(xué)利用效率結(jié)果表明(表3)，OPT處理與FP處理相比，OPT處理的肥料利用效率與肥料農(nóng)學(xué)利用效率均顯著高于FP處理，其中氮肥和磷肥肥料利用效率分別提高29.5和10.8 個(gè)百分點(diǎn)，氮肥和磷肥農(nóng)學(xué)利用效率分別提高0.4和0.7 kg·kg-1。說明推薦施肥提高作物對(duì)氮、磷養(yǎng)分的吸收和利用，從而減少肥料的損失。

圖3 各器官鉀素分配

處理肥料利用效率(%)肥料農(nóng)學(xué)利用效率(kg·kg-1)NP2O5K2ONP2O5K2OOPT41.7a17.5a29.51.4a2.2a2.5FP12.2b6.7b—1.0ab1.5b—

2.3 施肥對(duì)棉花產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表4可知，棉花產(chǎn)量以O(shè)PT處理最高，OPT處理的棉花產(chǎn)量較FP處理增產(chǎn)4.5%，增加收入774元·hm-2，但兩者間差異不明顯，CK處理產(chǎn)量最低。雖然農(nóng)民習(xí)慣施用氮、磷肥總量高于平衡施肥，但平衡施肥處理平衡了氮、磷、鉀和微量元素鐵、錳、鋅等養(yǎng)分，使養(yǎng)分能夠被作物充分的吸收和利用，促進(jìn)棉花更好的生長發(fā)育，從而提高棉花產(chǎn)量。肥料的增產(chǎn)效益用每千克養(yǎng)分增產(chǎn)皮棉的產(chǎn)量表示，OPT處理每千克N增產(chǎn)皮棉1.4 kg，

每千克P2O5增產(chǎn)皮棉2.21 kg，每千克K2O增產(chǎn)皮棉2.46 kg，均顯著高于FP處理的肥料增產(chǎn)效益。與OPT處理相比，減素處理的棉花產(chǎn)量均有不同程度降低，其中，氮素是供試土壤的第一養(yǎng)分限制因子，OPT-N處理的產(chǎn)量減產(chǎn)幅度最高，為17.5%；磷素是第二養(yǎng)分限制因子，OPT-P處理減產(chǎn)16.2%；其次是鉀素，OPT-K處理減產(chǎn)9.6%。FP減素處理也是相同的趨勢(shì)，與FP處理相比，F(xiàn)P-N處理減產(chǎn)7.2%，F(xiàn)P-P處理減產(chǎn)3.3%。

表4 不同處理的棉花產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益

注：N 4.08元·kg-1,P2O55.39元·kg-1,K2O 4.17元·kg-1,FeSO40.5元·kg-1,MnSO44.8元·kg-1,ZnSO47.2元·kg-1,皮棉的價(jià)格為14.3元·kg-1。

3 討論

養(yǎng)分的吸收和分配直接影響著作物的生長和發(fā)育，從而影響作物的產(chǎn)量[14]，養(yǎng)分累積量的高低直接影響肥料利用率[15]。本研究表明，棉花植株養(yǎng)分吸收量順序?yàn)榈?鉀>磷，平衡施肥養(yǎng)分吸收量、生殖器官的氮磷鉀養(yǎng)分分配量和肥料利用率均高于農(nóng)民習(xí)慣施肥處理，說明平衡施肥有利于棉花養(yǎng)分吸收累積、生殖器官中的分配和提高肥料利用率，這與平衡施肥在玉米、春小麥、葡萄[16-19]上的研究結(jié)果一致。

平衡施肥能夠保證養(yǎng)分的均衡供應(yīng)，有利于作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[20]。本研究表明，與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，平衡施肥增產(chǎn)4.5%，增加農(nóng)民收入774元·hm-2，雖然農(nóng)民習(xí)慣施肥的氮磷總量高于平衡施肥，由于養(yǎng)分不平衡并沒有提高棉花產(chǎn)量，導(dǎo)致了氮磷肥料浪費(fèi)。同時(shí)不同減素處理對(duì)棉花產(chǎn)量均有不同程度減產(chǎn)。營養(yǎng)元素缺乏和不均衡供給都會(huì)成為土壤養(yǎng)分限制因子和潛在限制因子[15]，影響作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)和養(yǎng)分收支平衡，本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，該地區(qū)棉花產(chǎn)量限制因子依次為氮、磷、鉀，這與張炎等[21]研究結(jié)果相一致。

本研究結(jié)果可為瑪納斯縣肥料的合理施用提供重要的理論依據(jù)。但由于棉花產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及肥料的利用率還受土壤類型、氣候、施肥及品種等多種因素的影響，不同地區(qū)、不同品種之間肥料用量有一定的差異，尚需進(jìn)一步研究。因此，應(yīng)根據(jù)各地區(qū)的具體情況如氣候、土壤肥力特征等選取適宜的棉花品種，采取平衡施肥措施，尤其要注意氮、磷、鉀肥的合理配施，使推薦施肥處理不斷優(yōu)化，以避免肥料浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)高效的目標(biāo)。

4 結(jié)論

平衡施肥有利于棉花關(guān)鍵生育期內(nèi)對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收利用，每生產(chǎn)100 kg皮棉所需吸收的N、P2O5、K2O分別為9.02、3.75、5.94 kg。與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，平衡施肥處理的棉花氮肥和磷肥肥料利用效率分別提高29.5和10.8個(gè)百分點(diǎn)，氮肥和磷肥的農(nóng)學(xué)利用效率分別提高0.4和0.7 kg·kg-1。

平衡施肥有利于棉花產(chǎn)量和效益增加。與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，該地區(qū)平衡施肥處理增產(chǎn)4.5%，增收774元·hm-2。

氮是該地區(qū)棉花產(chǎn)量的主要土壤限制因子，磷是第二個(gè)限制因子，其次是鉀。

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