哈麗哈什·依巴提，李青軍，張 炎

（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)農(nóng)村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）

有機(jī)肥替代部分化肥，合理利用有機(jī)肥資源，是實(shí)現(xiàn)中國化肥零增長目標(biāo)的重要途徑。新疆有機(jī)肥料種類多、數(shù)量大，資源豐富，但絕大多數(shù)未被利用未經(jīng)處理的有機(jī)廢棄物被直接排入環(huán)境，僅有10%～20%被處理或利用［1］。仇煥廣等［2］研究表明，如果不進(jìn)行政策干預(yù)，到2020年全疆畜禽糞便總排放量400萬t，總污染量為100萬t。在新疆，棉花生產(chǎn)中肥料施用普遍存在化肥的施用量偏高、重施氮磷肥、少施或不施鉀肥和有機(jī)肥等不平衡的施肥現(xiàn)象，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，同時(shí)造成有機(jī)肥資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此在新疆棉花生產(chǎn)中探討有機(jī)肥氮替代化肥氮的可行性及其增產(chǎn)增效作用顯得尤為重要。

張緒成等［3］研究表明，氮肥減量與部分有機(jī)肥替代化肥顯著提高了馬鈴薯產(chǎn)量、氮肥利用率。張晶等［4］研究表明，有機(jī)肥與氮磷肥配施使旱地小麥灌漿持續(xù)延長，干物質(zhì)累積增加，產(chǎn)量提高。張昊青等［5］研究表明，在渭北旱地冬小麥生產(chǎn)中，有機(jī)肥與氮肥合理配施，可以保證小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，并降低氮素淋溶風(fēng)險(xiǎn)。邢鵬飛等［6］研究表明，有機(jī)肥替代部分無機(jī)肥既能保證作物產(chǎn)量，又能在一定程度上提高土壤肥力。謝軍等［7］研究表明有機(jī)肥氮替代50%化肥氮顯著提高了玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，提高了產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性；促進(jìn)了玉米對氮素的吸收和向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高了氮的利用效率。

在作物實(shí)際生產(chǎn)中，需要根據(jù)作物種類、品種、有機(jī)肥料的原料來源、土壤類型及土壤肥力等綜合確定有機(jī)肥料替代無機(jī)肥料的養(yǎng)分最適量。目前有關(guān)有機(jī)肥替代化肥的研究較多集中在水稻、小麥、玉米，但對有機(jī)肥替代部分化肥對新疆棉花影響的研究鮮見報(bào)道。通過切實(shí)有效的途徑，找出有機(jī)肥替代化肥氮的替代比例，才是實(shí)現(xiàn)減氮增效、環(huán)境友好的真正目標(biāo)。本研究在昌吉市兵團(tuán)灌溉試驗(yàn)站，在等氮量條件下，設(shè)計(jì)不同數(shù)量有機(jī)肥氮替代化肥氮的比例，通過兩年定位試驗(yàn)，探索不同數(shù)量有機(jī)氮替代化肥氮的比例對棉花養(yǎng)分吸收、氮素利用率和產(chǎn)量的影響，旨在證明有機(jī)肥替代部分氮肥的可行性，找出棉花高產(chǎn)高效的最佳有機(jī)無機(jī)配比，為新疆化肥零增長和棉花科學(xué)施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

本試驗(yàn)于2015～2016年在昌吉市兵團(tuán)灌溉試 驗(yàn)站（44°00′13″N，87°23′28″E）進(jìn)行，該地區(qū)海拔700 m，屬于典型的內(nèi)陸性荒漠氣候，多年平均降水量183～200 mm，平均蒸發(fā)量1 787 mm，年平均溫度6.6℃，有效積溫3 400～3 584℃，地下水埋深大于5 m。供試土壤為灰漠土，其基本理化性狀為：pH值8.4，有機(jī)質(zhì)12.87 g·kg-1，全氮0.76 g·kg-1，全磷 0.27 g·kg-1，堿解氮 51.6 mg·kg-1，有效磷7.3 mg·kg-1，速效鉀194 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，將上季棉花秸稈全量還田（試驗(yàn)地兩年平均秸稈返回土壤的氮磷鉀養(yǎng)分分別為95、45和103 kg·hm-2）的條件下，設(shè)CK：不施氮；OM：牛糞堆肥3 000 kg·hm-2；CF：單施化肥（N 為 220 kg·hm-2，P2O5為 110 kg·hm-2，K2O為80 kg·hm-2）；OF1：在等氮量條件下有機(jī)肥氮替代化肥氮10%；OF2：在等氮量條件下有機(jī)肥氮替代化肥氮20%；OF3：在等氮量條件下有機(jī)肥氮替代化肥氮30%。每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為6 m×8 m=48 m2。各小區(qū)地勢平整、地力均衡。本試驗(yàn)中所用的牛糞堆肥為商品有機(jī)肥，是牛糞等原料充分發(fā)酵腐熟后制成的有機(jī)肥，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及安全指標(biāo)均符合國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 525-2012），其基本性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量47.80%，N、P2O5、K2O的含量分別為1.25%、1.28%、1.80%，含水量26%。有機(jī)肥替代處理以有機(jī)肥中測定出的氮含量為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，磷、鉀肥不足時(shí)分別用重過磷酸鈣和氯化鉀補(bǔ)齊，磷鉀肥和牛糞堆肥作為基肥一次施用。CF（農(nóng)民習(xí)慣施肥）處理，20%氮肥作基肥、80%用于追肥。其余各處理的氮肥全部作追肥，按照棉花生育期需肥規(guī)律，在棉花生育期間分6次隨水滴施。所用氮肥為尿素（N 46%），磷肥為重過磷酸鈣（P2O546%），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。CF、OF1、OF2、OF3中化肥氮追肥比例為蕾期∶盛蕾期∶初花期∶盛花期∶花鈴期∶盛鈴期＝15%∶15%∶15%∶20%∶20%∶15%。

棉花供試品種為新陸早26號(hào)，采取膜下滴灌種植，一膜4行，株距為9 cm，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為25-50-25-50（cm），2015年4月25日播種，5月2日出苗，2016年4月28日播種，5月6日出苗，生育期灌溉10次，總灌水量4 200 m3·hm-2。

表1 不同施肥處理氮磷鉀施用量 （kg·hm-2）

1.3 樣品采集與測定

養(yǎng)分測定：在棉花的成熟期采棉花植株地上部分樣品，每小區(qū)隨機(jī)選取有充分代表性的棉株3株，將其分為莖、葉、棉殼、棉纖維、棉籽，在105℃下殺青，70℃下烘干測定其干物質(zhì)積累量。植株樣用H2SO4-H2O2消煮，全氮采用奈氏比色法，全磷采用鉬銻抗比色法，全鉀采用火焰光度法進(jìn)行測定。

棉花產(chǎn)量：在吐絮期各小區(qū)調(diào)查面積為3 m×2.4 m=7.2 m2內(nèi)的棉花株數(shù)、鈴數(shù)，并采收小區(qū)內(nèi)棉花100朵測單鈴重。根據(jù)每公頃株數(shù)，單株平均結(jié)鈴數(shù)和平均單鈴重，計(jì)算各處理棉花產(chǎn)量。

氮素的利用效率的計(jì)算方法［7-8］如下：

氮素表觀利用率（%）=（N-N0）/F×100

氮素偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=Y/F

肥料氮貢獻(xiàn)率（%）=（Y-Y0）/Y×100

氮素農(nóng)學(xué)效率（kg·kg-1）=（Y-Y0）/F

式中，Y和Y0分別為施氮處理和CK處理所獲得的棉花籽粒產(chǎn)量，N和N0分別為施氮處理和CK處理地上部總吸氮量，F(xiàn)為施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行整理和分析，多重比較采用Duncan法（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對棉花氮素吸收的影響

從圖1可以看出，CK與OM處理的氮素吸收量顯著低于單施化肥與不同有機(jī)肥氮替代化肥氮處理，且不同有機(jī)肥氮替代化肥氮處理氮素吸收量高于單施化肥處理，2015年，OF1、OF2與OF3處理的氮素吸收量比單施化肥處理分別增加了14.4%、6.9%與1.8%，2016年，OF1、OF2與OF3處理的氮素吸收量比單施化肥處理分別增加了10.9%、10.3%與5.7%。各替代處理間的氮素吸收量相比，OF1氮素吸收量最高，比OF2與OF3，2015年分別增加了6.9%和12.3%，2016年分別增加了0.5%和4.9%。

圖1 不同年份棉花地上部氮素吸收量

2.2 不同施肥處理對棉花磷素吸收的影響

從圖2可知，CK和OM處理的棉花地上部磷素吸收量顯著低于單施化肥與各替代處理。有機(jī)肥氮替代10%化肥氮的OF1處理的磷素吸收量最高，2015年OF1和OF2顯著高于CF處理，分別增加了10.0%和6.2%，2016年各替代處理間沒有差異，但顯著高于CF處理，分別比CF增加了13.2%、9.8%和10.8%。

圖2 不同年份棉花地上部磷素吸收量

2.3 不同施肥處理對棉花鉀素吸收的影響

圖3 不同年份棉花地上部鉀素吸收量

同氮素和磷素吸收量一樣，棉花地上部鉀素吸收量是OF1處理最高，且2015年顯著高于OF2、OF3和CF處理，OF1分別比它們增加了12.6%、9.5%和12.0%。2016年替代處理鉀素吸收量顯著高于單施化肥處理，OF1、OF2和OF3分別比CF增加了12.4%、11.5%和8.2%。

2.4 不同施肥處理對棉花氮素利用率的影響

對兩年定位試驗(yàn)不同施肥處理棉花氮素利用效率，進(jìn)行平均統(tǒng)計(jì)可知（表2），各替代處理的氮素表觀利用率顯著高于單施化肥處理，其中OF1氮素表觀利用率最高，且OF1、OF2和OF3氮素表觀利用率分別比CF增加了10.5、7.9和3.4個(gè)百分點(diǎn)。氮肥偏生產(chǎn)力是各替代處理均高于單施化肥，且OF1、OF2和OF3分別比CF增加了7.6%、2.3%和4.7%，但其中只有OF1處理氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于CF處理。各替代處理的肥料氮貢獻(xiàn)率和農(nóng)學(xué)效率均顯著高于單施化肥處理，其中OF1處理最高，OF1、OF2和OF3肥料氮貢獻(xiàn)率分別比CF增加了13.6%、7.8%和12.1%，OF1、OF2和OF3處理農(nóng)學(xué)效率分別比CF增加了42.9%、31.4%和37.1%。

表2 不同施肥處理對棉花氮素利用效率的影響

2.5 不同施肥處理對棉花產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及效益的影響

由表3可見，不同有機(jī)肥氮替代化肥氮處理和單施化肥處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于CK和OM處理，增幅為27.4%～54.6%。2015年，有機(jī)肥氮替代10%化肥氮的OF1處理的產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理。OF1、OF2與OF3處理比單施化肥處理分別增產(chǎn)10.6%、1.2%與3.2%。棉花純收益為OF1處理最高，其次是CF處理，但兩者之間差異未達(dá)到顯著水平。OF3處理的棉花純收益與CK、OM處理相當(dāng)。2016年，有機(jī)肥氮替代20%化肥氮的OF2處理的產(chǎn)量最高，且OF1與OF2處理產(chǎn)量顯著高于CF處理。OF1、OF2與OF3處理比單施化肥處理分別增產(chǎn)6.8%、7.9%與5.3%。棉花純收益為CF處理最高，但與OF1處理間差異未達(dá)到顯著水平，其他處理趨勢與2015年一致。

表3 不同施肥處理對棉花產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因子及效益的影響

從產(chǎn)量構(gòu)成各因素來看，與CK和OM處理相比，不同有機(jī)肥氮替代化肥氮處理和單施化肥處理提高棉花單鈴重，但不同有機(jī)肥氮替代化肥氮處理和單施化肥處理之間無顯著差異。對單株鈴數(shù)來說，2015年處理間無顯著差異。2016年，不同有機(jī)肥氮替代化肥氮處理和單施化肥處理顯著高于CK和OM處理。

3 討論

羅佳等［9］研究表明，在鹽漬化耕地中增施有機(jī)肥促進(jìn)了棉花生長，提高氮磷鉀養(yǎng)分吸收。陶瑞等［10］研究表明，有機(jī)肥的施用促進(jìn)滴灌棉田氮素轉(zhuǎn)化，提高氮素肥力。要文倩等［11］研究表明，有機(jī)肥與化肥配施有效改善土壤養(yǎng)分平衡狀況，提高作物對養(yǎng)分的吸收和積累，促進(jìn)植株養(yǎng)分向生殖器官中轉(zhuǎn)移和分配，提高肥料利用率。本試驗(yàn)條件下，部分有機(jī)肥氮替代化肥氮處理均不同程度提高棉花地上部的養(yǎng)分吸收量，氮磷鉀吸收量分別增加1.8%～ 14.4%、2.4%～ 10.0%、0.4%～ 12.6%，且這種趨勢第二年更為明顯，氮磷鉀吸收量分別增加10.3%～15.8%、9.8%～13.2%、7.1%～11.2%。同時(shí)，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮處理均增加了棉花氮素表觀利用率、偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用效率和肥料氮貢獻(xiàn)率，說明有機(jī)肥氮替代部分化肥氮有利于氮素的持續(xù)供應(yīng)，促進(jìn)氮素吸收和生殖器官中分配，減少了氮進(jìn)入環(huán)境的量。其中，OF1的氮素利用效率最高，這可能是因?yàn)樵撎娲壤龝r(shí)，土壤氮素釋放較為平穩(wěn)，減少了氮素的損失，促進(jìn)了棉花對氮素的吸收，到成熟期時(shí)氮素累積量顯著高于其他處理，從而提高氮肥利用率。

眾多研究表明，與單施化肥相比，有機(jī)肥與化肥配施，改善作物群體質(zhì)量，增加作物產(chǎn)量構(gòu)成因素，從而實(shí)現(xiàn)作物的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，而且還可以減少化肥用量［12-16］。但由于有機(jī)肥料原料來源豐富，不同有機(jī)肥料的氮含量和碳氮比例也各不相同，因此有機(jī)肥替代部分化肥需要確定合適的替代比例，而且這一合適比例因作物種類與品種、土壤類型和肥料種類的差異而不同。孟琳等［17］研究表明，在不同施氮量條件下對4007和常優(yōu)1號(hào)水稻的豬糞有機(jī)肥氮替代部分化肥氮最適比例在15%～25%。歐楊虹等［18］研究表明，等氮條件下有機(jī)肥氮替代化肥氮比例在25%時(shí)，小麥產(chǎn)量和氮肥利用率最高。朱寶國等［19］研究表明，有機(jī)肥替代50%化肥處理的大豆產(chǎn)量最高，且都顯著高于單施化肥處理和其他比例配施處理。在本研究中，與不施氮和單施有機(jī)肥相比，單施化肥和部分有機(jī)肥氮替代化肥氮施用均能增加棉花產(chǎn)量、單株鈴數(shù)和單鈴重，這與前人研究結(jié)果一致［16，20］。與單施化肥相比，總施氮量一致情況下，2015年有機(jī)肥氮替代化肥氮10%，2016年有機(jī)肥氮替代化肥氮10%和有機(jī)肥氮替代化肥氮20%的情況下，均能顯著增加棉花產(chǎn)量，當(dāng)有機(jī)肥氮替代化肥氮30%時(shí)，仍然能夠增加棉花產(chǎn)量但不顯著，這可能是隨著有機(jī)氮比例提高，土壤中碳數(shù)量也在增加，促進(jìn)微生物繁殖，使微生物固持無機(jī)氮的數(shù)量也在增加，導(dǎo)致替代比例高的處理中礦質(zhì)養(yǎng)分含量降低，影響了土壤氮素的早期供應(yīng)和棉花的氮素吸收［21-22］。但對棉花收益來說，有機(jī)肥氮替代化肥氮10%處理的純收益與單施化肥處理相當(dāng)，其他替代處理因肥料成本的增加降低了棉花的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

與單施化肥相比，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮均有利于棉花氮磷鉀養(yǎng)分吸收，在有機(jī)肥氮替代化肥氮比例10%、20%和30%的情況下，分別提高氮素表觀利用率10.5、7.9和3.4個(gè)百分點(diǎn)。

滴灌棉田肥料施用中，與單施化肥相比，有機(jī)肥氮替代化肥氮10%～20%條件下，棉花產(chǎn)量顯著增加，增產(chǎn)6.8%～7.9%。有機(jī)肥氮替代化肥氮30%情況下，獲得與單施化肥相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量。棉花收入有機(jī)肥氮替代化肥氮10%與單施化肥相當(dāng)，能較容易實(shí)現(xiàn)化肥零增長的目標(biāo)。