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)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】肥料養(yǎng)分投入是作物生產(chǎn)中提高作物產(chǎn)量的主要手段[1]，據(jù)統(tǒng)計，新疆化肥單位面積施肥量由1990年132 kg/hm2上升到目前的413 kg/hm2[2]。隨著化肥施用量的增加，施肥的增產(chǎn)作用逐漸下降[3]，化肥過量以及不合理施用，造成土壤質(zhì)量、肥力下降，而且土壤微生物多樣性降低，土傳病害有加重趨勢[4-7]。肥料高效利用對新疆棉花產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展有實際意義?！厩叭搜芯窟M展】新疆有機肥料種類多、數(shù)量大，資源豐富，但絕大多數(shù)有機廢棄物未經(jīng)處理被直接排入環(huán)境，僅有10%～20%被處理或利用[8]。將畜禽糞便、作物秸稈、菌渣廢棄物等肥料化，并作為有機肥養(yǎng)分進行農(nóng)田回用，可以減少養(yǎng)分損失，是其資源化利用的主要途徑[9-11]。有機肥具有改良土壤性狀、培肥地力、提高養(yǎng)分供應(yīng)能力、增加作物產(chǎn)量等積極作用[12-13]。與化肥相比，有機肥中的養(yǎng)分含量低且釋放速率較慢，不能滿足作物生長生育所需的養(yǎng)分供應(yīng)而影響最終產(chǎn)量[14]。將有機肥按一定比例替代或補充部分化肥可以協(xié)調(diào)作物對養(yǎng)分的需求，有利于培肥土壤與作物增產(chǎn)，提高化肥的利用效率[15,16]。【本研究切入點】當(dāng)前關(guān)于有機肥對作物產(chǎn)量和品質(zhì)、養(yǎng)分吸收等影響的研究較多[17,18]，而在滴灌棉田有機無機配施對棉花產(chǎn)量和氮肥利用率的影響卻鮮有報道。研究有機無機配施對棉花養(yǎng)分吸收、氮素利用和產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究不同用量雞糞堆肥與化肥配施，對棉花生長發(fā)育、養(yǎng)分吸收、氮素利用率、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響，為新疆棉花有機肥合理施用、棉田土壤改良培肥、滴灌棉花提質(zhì)增效、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年在新疆昌吉市華興農(nóng)場 (N44°15′22.00″，E87°15′34.14″) 進行，屬于典型的內(nèi)陸性荒漠氣候，年平均降水量280 mm，年均無霜期170 d，年均≥10℃積溫3 300℃。供試土壤為灰漠土，其基本理化性狀為 pH值 8.3，有機質(zhì) 11.3 g/kg，速效氮 58.4 mg/kg，有效磷24.4 mg/kg，速效鉀 229 mg/kg。

1.2 方 法

1.2 .1 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)CK：不施氮；CF：單施化肥(N為210 kg/hm2，P2O5為100 kg/hm2，K2O為90 kg/hm2)；LMCF：低量有機肥配施化肥(雞糞堆肥1 500 kg/hm2+化肥)；MMCF：中量有機肥配施化肥(雞糞堆肥3 000 kg/hm2+化肥)；HMCF：高量有機肥配施化肥(雞糞堆肥4 500 kg/hm2+化肥)。每個處理重復(fù) 3 次，小區(qū)面積為7.2 m×7 m=50.4 m2。各小區(qū)地勢平整、地力均衡。經(jīng)過測定，雞糞有機肥中 N、P2O5、K2O的含量分別為 1.74%、1.83%、1.82%，有機質(zhì)含量≥30%，有機無機配施處理中氮、磷和鉀量與單施化肥處理相同，氮、磷和鉀肥不足時分別用尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀補齊。磷鉀肥和雞糞堆肥作為基肥一次施用，所有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(含N 46%)，磷肥為重過磷酸鈣(含P2O546%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。個配施處理和單施化肥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=10%∶20%∶25%∶25%∶10%∶10%。

棉花供試品種為新陸早 57 號，采取膜下滴灌種植，一膜 6 行，株距為10 cm播幅內(nèi)寬、窄行距配置為(10+66+10+66+10)cm+76 cm ，2018年4月18日播種，4月27日出苗，生育期灌溉 10 次，總灌水量 280 m3。

1.2 .2 測定指標(biāo)1.2 .2.1 干物質(zhì)和養(yǎng)分

在吐絮期(9月20日)采取棉花樣品，將采集的3 植株棉花按秸稈、棉纖維、籽分開，在105℃下殺青30 min，然后75℃條件下烘干，記錄干物質(zhì)重。將烘干的植株樣品粉碎，分析植株不同部位養(yǎng)分吸收量。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，全鉀采用火焰火光度法進行測定。

1.2 .2.2 產(chǎn)量

吐絮期調(diào)查各小區(qū)9.6 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，計算各處理棉花產(chǎn)量。

1.2 .2.3 氮素利用效率

氮素的利用效率的計算方法[19]：

氮素表觀利用率(Nitrogen recovery efficiency，%)=(N-N0)/F×100.

氮素偏生產(chǎn)力(Nitrogen partial productivity，kg/kg)=Y/F.

肥料氮貢獻率(Nitrogen fertilizer contribution，%)=(Y-Y0)/Y×100.

氮素農(nóng)學(xué)效率(Nitrogen agronomy efficiency，kg/kg)=(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。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS18.0統(tǒng)計軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機無機肥配施對棉花生物量累積與分配的影響

研究表明,CK處理的棉花秸稈、纖維、籽和總生物量都顯著小于單施化肥和有機無機配施處理，并有機無機配施處理中，LMCF和MMCF處理的棉花秸稈、纖維、籽和總生物量都高于單施化肥處理，但差異不顯著。LMCF和MMCF處理的秸稈生物量比單施化肥處理分別增加了3.1%和3.7%。LMCF和MMCF處理的纖維生物量比單施化肥處理分別增加了0.1%和0.1%。LMCF和MMCF處理的籽生物量比單施化肥處理分別增加了7.1%和5.8%。LMCF和MMCF處理的總生物量比單施化肥處理分別增加了1.7%和3.8%。表1

表1 各施肥處理下棉花干物質(zhì)累積與分配Table 1 Cotton dry matter accumulation and distribution of each fertilizer treatment (kg/hm2)

注：同列不同字母表示處理間差異達到顯著性水平(P< 0.05),下表同
Notes: Different lowercase lettters in the same column mean significant difference (P<0. 05) ,the same as next table

2.2 有機無機肥配施對棉花氮素吸收利用的影響

研究表明,CK處理的棉花秸稈、纖維、籽和總氮素吸收量都顯著小于單施化肥和有機無機配施處理，并有機無機配施處理的棉花秸稈、纖維、籽和總氮素吸收量都高于單施化肥處理，其中MMCF處理秸稈和纖維氮素吸收量均高于單施化肥處理。LMCF、MMCF和HMCF處理的秸稈氮素吸收量比單施化肥處理分別增加了7.8%、13.8%和4.7%。LMCF、MMCF和HMCF處理的纖維氮素吸收量比單施化肥處理分別增加了13.9%、9.0%和3.8%。LMCF、MMCF和HMCF處理的籽氮吸收量比單施化肥處理分別增加了0.7%、1.7%和0.7%。LMCF、MMCF和HMCF處理的總氮素吸收量比單施化肥處理分別增加了2.5%、4.4%和4.5%。表2

表2 各施肥處理的棉花N素吸收與分配Table 2 Nitrogen uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2)

2.3 有機無機肥配施對棉花磷素吸收利用的影響

研究表明,CK處理的棉花秸稈、纖維、籽和總磷氮素吸收量都顯著小于單施化肥和有機無機配施處理，并LMCF和MMCF處理的棉花秸稈、纖維、籽和總磷素吸收量都高于單施化肥處理。LMCF和MMCF處理的秸稈磷素吸收量比單施化肥處理分別增加了10.9%和18.8%。LMCF、MMCF和HMCF處理的纖維磷素吸收量比單施化肥處理分別增加了13.8%、9.0%和3.8%。LMCF、MMCF和HMCF處理的籽磷吸收量比單施化肥處理分別增加了6.6%、15.3%和3.0%。LMCF和MMCF處理的總磷素吸收量比單施化肥處理分別增加了6.9%和14.8%。表3

2.4 有機無機肥配施對棉花鉀素吸收利用的影響

研究表明,CK處理的棉花秸稈、纖維、籽和總鉀素吸收量都顯著小于單施化肥和有機無機配施處理。有機無機配施和單施化肥處理間，棉花秸稈、纖維、籽和總鉀素吸收量之間沒有顯著差異。表4

表3 各施肥處理下棉花P素吸收與分配Table 3 Uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2)

表4 各施肥處理下棉花K素吸收與分配Table 4 Uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2 )

2.5 有機無機肥配施對棉花氮素利用率的影響

研究表明,LMCF和MMCF處理的氮素表觀利用率顯著高于單施化肥處理，并LMCF、MMCF和HMCF處理氮素表觀利用率分別比CF增加了3.2、5.8和0.1個百分點。氮肥偏生產(chǎn)力是各有機無機配施處理高于單施化肥處理，但差異未達到顯著水平，LMCF、MMCF和HMCF分別比CF增加了9.1%、0.3%和0.1%。各有機無機配施處理的肥料氮貢獻均高于單施化肥處理，其中LMCF處理的最高，顯著高于CF處理，LMCF、MMCF和HMCF處理肥料氮貢獻率分別比CF增加了35.5%、6.9%和6.7%。各有機無機配施處理的農(nóng)學(xué)效率顯著高于單施化肥處理，且LMCF、MMCF和HMCF處理農(nóng)學(xué)效率分別比CF增加了56.1%、19.0%和21.5%。表5

表5 不同施肥處理下棉花氮素利用效率Table 5 N efficiency in cotton as affected by different fertilization

2.6 有機無機肥配施對棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響

研究表明,有機無機配施處理和單施化肥處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于CK處理，增幅為29.6%～41.4%。有機無機配施處理和單施化肥處理中，LMCF處理的產(chǎn)量最高，顯著高于CF、MMCF和HMCF處理。LMCF、MMCF和HMCF處理比單施化肥處理分別增產(chǎn)9.1%、0.3%和0.1%。棉花純收益為LMCF處理的最高，其次是CF處理，但兩者之間差異未達到顯著水平。HMCF處理的棉花純收益與CK處理的棉花純收益之間無顯著差異。從產(chǎn)量構(gòu)成各因素來看，與CK處理相比，有機無機配施處理和單施化肥處理提高棉花單株鈴數(shù)，并有機無機配施處理的棉花單株鈴數(shù)顯著高于單施化肥處理的棉花單株鈴數(shù)。棉花單鈴重各處理間沒有差異。表6

表6 各施肥處理下棉花產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因子及效益Table 6 Cotton yield ,yield component and economic benefits as affected by different fertilization

注：2017年昌吉市棉花7.0元/kg ,尿素1.6元/kg,硫酸鉀3.26元/kg
Note: The price in Chang ji city in 2017 year:cotton 7.0 yuan/kg, urea 1.6 yuan/kg,Potassium sulphate 3.26 yuan/kg

3 討 論

杜少平等[20]研究表明，施用有機肥較單施化肥可促進西瓜營養(yǎng)生長和氮、鉀養(yǎng)分的運轉(zhuǎn)，顯著提高西瓜產(chǎn)量和養(yǎng)分的吸收積累量。刁生鵬[21]研究表明，適量增施有機肥能顯著提高作物對養(yǎng)分的吸收，有利于作物在生育時期對養(yǎng)分的吸收和積累，提高作物產(chǎn)量。梁斌[22]認(rèn)為有機肥料中的活性氮與化肥氮素利用率有顯著正相關(guān)關(guān)系，肥料配施后大幅度提高了作物在當(dāng)季對氮素的吸收利用。孟林等[23]研究認(rèn)為等施氮量下，與單施化肥相比，有機肥與化肥的配施處理能顯著提高作物對氮素的回收效率、農(nóng)學(xué)效率以及氮累積量。試驗表明，有機無機配施處理均不同程度棉花地上部的干物質(zhì)累積和氮磷養(yǎng)分吸收量，氮磷總吸收量分別增加2.5%～13.7%和6.9%～15.7%，有機無機配施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率，說明有機無機配施有利于氮素的持續(xù)供應(yīng)，促進氮素吸收和生殖器官中分配，減少了氮進入環(huán)境的量。其中，低量有機肥配施化肥(雞糞堆肥1 500 kg/hm2+化肥)處理的氮素利用效率最高，這可能是因為該配施處理，土壤微生物的繁殖與活動可以更好的調(diào)節(jié)土壤 N 素的釋放，改善了土壤對作物的供氮能力，減少了氮素的損失，促進了棉花對氮素的吸收，從而提高氮肥利用率。

眾多研究[24-26]也從作物生長的生理特性方面來解釋有機肥配施化肥的增產(chǎn)效應(yīng)，總結(jié)稱有機肥與化肥配合施用能延緩作物的根系等器官的衰老，優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成要素，使作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。在研究中，與不施氮相比，單施化肥和有機無機配施均能增加棉花產(chǎn)量和單株鈴數(shù)，這與前人研究結(jié)果一致[27,28]。與單施化肥相比，低量有機肥配施化肥的LMCF處理顯著增加棉花產(chǎn)量，而高量有機肥配施化肥與單施化肥產(chǎn)量相當(dāng)，這可能是隨著有機氮比例提高，土壤中碳數(shù)量也在增加，微生物固持無機氮的數(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[29]。但對棉花收益來說，低量有機肥配施化肥(雞糞堆肥1 500 kg/hm2+化肥)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)濟效益。

4 結(jié) 論

4.1 與單施化肥相比，低量(雞糞堆肥1 500 kg/hm2+化肥)和中量(雞糞堆肥3 000 kg/hm2+化肥)有機肥配施化肥有利于棉花養(yǎng)分吸收和提高氮肥利用率，在，低量(雞糞堆肥1 500 kg/hm2+化肥)和中量(雞糞堆肥3 000 kg/hm2+化肥)有機肥配施化肥的情況下，氮素表觀利用率分別提高3.2和5.8個百分點，農(nóng)學(xué)效率分別提高56.1%和19.0%。

4.2 與單施化肥相比，有機肥配施化肥顯著增加棉花單株鈴數(shù)增加，但對對產(chǎn)量和收益來說，只有低量有機肥配施化肥(雞糞堆肥1 500 kg/hm2+化肥)顯著增加棉花產(chǎn)量，增產(chǎn)9.1%，收益與單施化肥相當(dāng)。