馬超 張凱 柳萍 楊川 張慧

摘要 ［目的］探明有機(jī)酸添加對不同磷肥用量新疆棉田磷素健康狀況的綜合評價(jià)。［方法］采用大田試驗(yàn)方法，在不同磷肥用量處理（0 、50 、100 、150? kg P2O5/hm2）的基礎(chǔ)上，設(shè)置對照（CK）和有機(jī)酸添加（OA）處理。研究2019—2020年棉田土壤速效磷、微生物生物量磷、堿性磷酸酶活性、植株生物量、植株吸磷量、籽棉產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、植物磷素盈余量8個(gè)向量指標(biāo)進(jìn)行基于雷達(dá)圖分析的新疆棉田磷素健康綜合評價(jià)。［結(jié)果］有機(jī)酸添加對不同磷肥用量新疆棉田磷素健康狀況評價(jià)結(jié)果分別為0.254 5、0.381 3、0.390 4、0.390 2、0.406 5、0.437 2、0.394 0、0.395 1，最終排序?yàn)镸AP100+OA>MAP100+CK>MAP150+OA> MAP150+CK>MAP50+CK>MAP50+OA>MAP0+OA>MAP0+CK。［結(jié)論］45 kg 有機(jī)酸+ 100 kg P2O5/hm2處理是新疆棉田磷素健康管理的最優(yōu)處理，可為新疆棉田磷素健康狀況評價(jià)提供一個(gè)更為客觀和科學(xué)的參考。

關(guān)鍵詞 棉花；磷肥用量；有機(jī)酸；雷達(dá)圖；磷素健康

中圖分類號 S 562? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A ?文章編號 0517-6611（2023）07-0160-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.037

Evaluation of Organic Acid Addition on? Phosphorus Health Status in Cotton Field with Different Phosphorus Fertilization Rates in Xinjiang

MA Chao1，ZHANG Kai2，LIU Ping2 et al

（1.Xinjiang Xinlianxin Energy Chemical Co.， Ltd.， Manas， Xinjiang? 832200;2.? College of Resources and Environment， Xinjiang Agricultural University， Urumchi，Xinjiang 830052）

Abstract ［Objective］ To explore the comprehensive effect of organic acid addition on phosphorus health status of cotton field in Xinjiang with different phosphorus fertilizer dosage.［Method］ Field experiment method was adopted. The control （CK） and organic acid addition （OA） treatments were set on the basis of different P fertilizer dosage （0， 50， 100， 150 kg P2O5/hm2）. The comprehensive evaluation of phosphorus health in cotton field in Xinjiang was carried out based on radar chart analysis in 2019-2020 by studying eight vector indexes including soil available phosphorus， microbial biomass phosphorus， alkaline phosphatase activity， plant biomass， plant phosphorus uptake， seed cotton yield， economic benefit and plant phosphorus surplus. ［Result］The evaluation results of organic acid addition on phosphorus health status of cotton field in Xinjiang with different phosphorus fertilizer dosage were 0.254 5， 0.381 3， 0.390 4， 0.390 2， 0.406 5， 0.437 2， 0.394 0， 0.395 1， respectively. The final sequence was MAP100+OA>MAP100+CK>MAP150+OA>MAP150+CK>MAP50+CK>MAP50+OA>MAP0+OA>MAP0+CK. ［Conclusion］The treatment of 45 kg organic acid+100 kg P2O5/hm2 is the best treatment for phosphorus health evaluation of cotton fields in Xinjiang， providing a more objective and scientific method for phosphorus health evaluation of cotton fields in Xinjiang.

Key words Cotton;Phosphate fertilizer application rate;Organic acids;Radar Chart;Phosphate health

基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41761067）；新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2017D01A37）；國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)子課題（2017YFD0200205-6）。

作者簡介 馬超（1997—），男，吉林大安人，碩士研究生，研究方向：新型肥料產(chǎn)品開發(fā)。通信作者，副教授，博士，從事農(nóng)田土壤養(yǎng)分循環(huán)研究。

收稿日期 2022-05-19

棉花是新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新疆棉花播種面積約為316.99萬hm2，占全國種植面積的78.92%，棉花產(chǎn)量為2 062.5 kg/hm2，占全國棉花總產(chǎn)量的87.3％［1］。新疆光熱資源豐富、棉花品質(zhì)優(yōu)異等［2］，新疆棉花總產(chǎn)、單產(chǎn)、種植面積等連續(xù)26年位居全國第一［3］，確保國家棉花生產(chǎn)安全［4］。磷素是新疆棉田的主要養(yǎng)分限制因子之一［5］。由于磷肥在石灰性土壤上固持嚴(yán)重［6］，棉田磷肥當(dāng)季利用率僅為10%～25%［7］，導(dǎo)致新疆棉田普遍存在磷肥過量施用的現(xiàn)象。有機(jī)酸是提高土壤磷素有效性［8］、促進(jìn)作物磷素吸收［9］、改善棉田磷素健康的有效途徑之一［10-11］。這是因?yàn)橛袡C(jī)酸通過配位交換［12］、有機(jī)態(tài)磷在pH降低時(shí)部分水解［13-14］、螯合溶解作用［15］等提高土壤磷素有效性進(jìn)而提高棉花產(chǎn)量。但基于雷達(dá)圖分析的新疆棉田土壤磷素健康狀況評價(jià)鮮見報(bào)道。雷達(dá)圖分析法（Radar Chart）是一種直接并形象地反映評價(jià)結(jié)果的綜合特性［16］，利用評價(jià)結(jié)果構(gòu)建多變量相對比的分析方法［17］。研究表明雷達(dá)圖分析法應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中具有較好效果。程君奇等［16］利用雷達(dá)圖分析烤煙中化學(xué)成分之間的協(xié)調(diào)性，其結(jié)果可對研究對象進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)；鄧祿軍等［18］通過雷達(dá)圖分析了馬鈴薯產(chǎn)量、薯型等9個(gè)指標(biāo)，結(jié)果表明雷達(dá)圖分析法能夠?qū)︸R鈴薯品種進(jìn)行客觀、科學(xué)評價(jià)其優(yōu)劣，說明雷達(dá)圖分析法對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行評價(jià)的方法是可行的。因此，筆者運(yùn)用雷達(dá)圖分析方法，從土壤肥力、土壤微生物量、作物生長情況、作物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、棉田養(yǎng)分平衡6個(gè)方面進(jìn)行有機(jī)酸添加對不同磷肥用量新疆棉田磷素健康狀況評價(jià)，建立基于雷達(dá)圖平均面積和平均周長的綜合評價(jià)函數(shù)，結(jié)合評價(jià)結(jié)果為新疆棉田磷素健康狀況評價(jià)提供一個(gè)更為客觀和科學(xué)的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取新疆阜康市彭家灣村冰湖三隊(duì)（88°0′44.30″E、44°10′21.05″N）。阜康市地屬大陸性干旱氣候，年均無霜期174 d，光熱資源充足。該試驗(yàn)區(qū)土壤背景值分別為有機(jī)質(zhì)18.10 g/kg，堿解氮46.23 mg/kg，速效磷13.55 mg/kg，pH（水∶土=5∶1）8.14，電導(dǎo)率226.74 μS/cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以當(dāng)?shù)販y土配方施肥磷肥推薦用量（150 kg P2O5/hm2）為上限，設(shè)置了0、50 、100和150 kg/hm2 P2O5（MAP0、MAP50、MAP100和MAP150）4個(gè)磷肥用量處理，每個(gè)磷肥用量處理下設(shè)不添加有機(jī)酸對照（CK）和有機(jī)酸添加處理（OA，主要成分為黃腐酸，有機(jī)酸用量為45 kg/hm2，單價(jià)為4 500元/t），每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，共32個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為5 m×4 m（20 m2）。棉花種植模式為膜下滴灌，1膜1帶2行種植，棉花株距15 cm。棉田磷肥采用磷酸一銨（云南常青樹化工有限公司，N含量12%，P2O5含量61%，單價(jià)為110元/25 kg），氮肥采用尿素（新疆鴻基焦化有限責(zé)任公司，N含量46.2%，單價(jià)為75元/40 kg），施氮量為250 kg N/hm2（尿素與磷酸一銨中氮的總和），鉀肥采用農(nóng)用硫酸鉀（新疆新雅泰化工有限公司，K2O含量51%，單價(jià)為130元/25 kg），施用量為30 kg K2O/hm2，棉種采用新路早64號，所用物品單價(jià)見表1，2019、2020年在棉花各生育期分6次隨水滴施，其他田間管理和農(nóng)藝措施均與新疆棉田普遍采用的模式保持一致。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

土壤速效磷：2019、2020年在小區(qū)滴灌帶附近進(jìn)行取土，隨機(jī)采集0～20 cm土樣5份，混勻后風(fēng)干并揀去雜物。待測土樣過1 mm篩后用NaHCO3-釩鉬藍(lán)比色法測定土壤有效磷含量。土壤微生物生物量磷（MBP）采用氯仿熏蒸-NaHCO3浸提法測定［19］。土壤磷酸酶活性（ALP）測定參照吳金水等［19］的方法。

植物生物量、吸磷量：2019、2020年在花蕾期、花鈴期和吐絮期對植株進(jìn)行采集，在75 ℃條件下烘干36 h至恒重，記錄生物量，將樣品粉碎，稱取相對應(yīng)植物重量，采用硫酸-雙氧水消煮法消至無色。用釩鉬黃比色法測定棉花的含磷量。

籽棉產(chǎn)量：2019、2020年每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)在地膜內(nèi)設(shè)置面積為1 m2的樣方，并根據(jù)該樣方內(nèi)的棉花株數(shù)、單株鈴數(shù)和單鈴重計(jì)算籽棉產(chǎn)量。

經(jīng)濟(jì)效益：經(jīng)濟(jì)效益=（籽棉產(chǎn)量×棉花單價(jià)）-成本-人工

式中，棉花單價(jià)采取2019和2020年平均單價(jià)7.9元/kg；成本包括肥料和有機(jī)酸成本、農(nóng)藥和脫葉劑成本、種子及小區(qū)所用滴灌帶成本、土地租賃費(fèi)用等；人工費(fèi)用（鋪地膜機(jī)械、滴灌帶鋪設(shè)、人工除蟲和無人機(jī)噴灑脫葉劑等費(fèi)用）按37.5元/20 m2計(jì)算。

土壤磷素盈余量：磷素盈余量=磷素輸入的P2O5量-磷素輸出的P2O5量。

雷達(dá)圖的繪制及分析計(jì)算：根據(jù)公式（1）、（2）將指標(biāo)按照正向、逆向指標(biāo)劃分并對指標(biāo)進(jìn)行無量綱化轉(zhuǎn)化，將數(shù)值控制在［0，1］。

Rij=rijmaxrij（正向指標(biāo)）（1）

Rij=1-rijmaxrij（逆向指標(biāo)）（2）

式中，Rij代表各指標(biāo)處理后無量綱化數(shù)值，rij為方差分析后各指標(biāo)值，maxrij為各指標(biāo)重復(fù)處理內(nèi)最大值。

在雷達(dá)圖分析評價(jià)中m個(gè)測定指標(biāo)對應(yīng)雷達(dá)圖中m條數(shù)軸，各指標(biāo)的權(quán)重需要根據(jù)2條相鄰指標(biāo)之間的夾角轉(zhuǎn)化計(jì)算，根據(jù)公式（3）、（4）、（5）計(jì)算各指標(biāo)的相關(guān)變異系數(shù)、權(quán)重和兩指標(biāo)夾角角度。

Ci=DXi（3）

Wi=Cini=1Ci（4）

θi=360Wi（5）

式中，D代表第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，Ci代表第i個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)，Wi代表第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，θi為夾角角度，∑θij=360°。

由于在雷達(dá)圖中各指標(biāo)所在的位置不同，計(jì)算出的雷達(dá)圖面積、周長等影響最終評價(jià)結(jié)果，但雷達(dá)圖中三角形平均面積和平均周長保持不變。因此根據(jù)公式（6）、（7）計(jì)算x和x。

x=mm-1i=1mi<jRiRjsinθij2C2m（6）

x=mm-1i=1mi<jR2iR2j-2RicosθijC2m（7）

式中，x代表各處理雷達(dá)圖的平均面積，x代表各處理雷達(dá)圖的平均周長，m為測定指標(biāo)數(shù)，Ri和 Rj為測定指標(biāo)中的第i和第j指標(biāo)，θ為兩測定指標(biāo)夾角角度。

計(jì)算x和x，以x和x為基礎(chǔ)，x代表處理效應(yīng)總體優(yōu)勢的好劣程度，根據(jù)公式（8）計(jì)算各處理間的評價(jià)函數(shù)x，x反映各指標(biāo)均衡性和綜合貢獻(xiàn)，數(shù)值越大代表效果越好。根據(jù)公式（9）計(jì)算各處理間的評價(jià)值Y。

x=xπ（x/2π）2（8）

Y=XxVx（9）

采用SPSS 23.0和origin 2018進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析并繪制雷達(dá)圖，通過各處理在雷達(dá)圖上表現(xiàn)出的平均面積和平均周長，構(gòu)建綜合評價(jià)函數(shù)，用評價(jià)函數(shù)值的大小說明有機(jī)酸對不同磷肥用量新疆棉田磷素健康狀況。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)選取及評價(jià)指標(biāo)

根據(jù)新疆地區(qū)充足的光熱資源和棉花生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合新疆地區(qū)大規(guī)模種植棉花對土壤及環(huán)境的影響［2］。最終確定土壤速效磷含量、植株生物量、植株吸磷量、微生物生物量磷、堿性磷酸酶、籽棉產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和磷素盈余量8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行基于雷達(dá)圖分析的有機(jī)酸添加對不同磷肥用量新疆棉田磷素健康狀況評價(jià)。由表2可知，在不添加有機(jī)酸處理時(shí)，土壤速效磷含量和植株吸磷量隨磷肥用量的增加表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且在MAP100處理時(shí)達(dá)到最大；植株生物量、堿性磷酸酶活性、籽棉產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益隨磷肥用量的增加呈波浪形變化趨勢，在MAP150處理時(shí)達(dá)到最大；微生物生物量磷和磷素盈余量隨磷肥用量的增加表現(xiàn)出逐漸升高趨勢，在MAP150處理時(shí)達(dá)到最大。添加有機(jī)酸在適宜磷肥用量下提高了各指標(biāo)含量，土壤速效磷、植株吸磷量、堿性磷酸酶活性、籽棉產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益隨磷肥用量的增加表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢；植株生物量隨磷肥用量的增加呈波浪形變化趨勢，在MAP150處理時(shí)達(dá)到最大；微生物生物量磷和磷素盈余量隨磷肥用量的增加表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，在MAP150處理時(shí)達(dá)到最大。

2.2 基于雷達(dá)圖對新疆棉田磷素健康狀況綜合評價(jià)

2.2.1 評價(jià)指標(biāo)的無量綱化及權(quán)重計(jì)算。

根據(jù)表3中各指標(biāo)的數(shù)據(jù)特性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理分組，其中土壤速效磷、植物生物量、吸磷量、微生物生物量磷、堿性磷酸酶活性、籽棉產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益屬于正向指標(biāo)，其數(shù)值越大代表該處理表現(xiàn)越好；磷素盈余量以接近0為理想狀態(tài)，為逆向指標(biāo)。根據(jù)公式（1）、（2）對指標(biāo)進(jìn)行無量綱化轉(zhuǎn)化。

2.2.2 雷達(dá)圖繪制。

從有機(jī)酸添加對不同磷肥用量棉田磷素健康狀況評價(jià)雷達(dá)圖可以看出（圖1），MAP0+CK各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)為中等但不突出；MAP0+OA、MAP50+CK表現(xiàn)為植物吸磷量和堿性磷酸酶活性2個(gè)指標(biāo)較為突出；MAP50+OA除在微生物生物量和磷素盈余量外，其余各個(gè)評價(jià)指標(biāo)優(yōu)勢均較突出；MAP100+CK在植物吸磷量、堿性磷酸酶活性、籽棉產(chǎn)量、磷素盈余量表現(xiàn)較好外，其他指標(biāo)特色不突出；MAP100+OA在植物生物量、植物吸磷量、堿性磷酸酶活性、籽棉產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、磷素盈余量等指標(biāo)表現(xiàn)較好；MAP150+CK和MAP150+OA表現(xiàn)出磷素盈余量很差的特點(diǎn)。

2.2.3 有機(jī)酸添加對不同磷肥用量新疆棉田磷素健康狀況分析。

從表4可以看出，在不同磷肥用量的基礎(chǔ)上，設(shè)置不添加有機(jī)酸和有機(jī)酸添加處理的綜合評價(jià)結(jié)果分別為0.254 5、0.381 3、0.390 4、0.390 2、0.406 5、0.437 2、0.394 0、0.395 1，因此棉田綜合評價(jià)的最終排序?yàn)镸AP100+OA> MAP100+CK> MAP150+OA> MAP150+CK> MAP50+CK> MAP50+OA> MAP0+OA>MAP0+CK。

3 結(jié)論與討論

磷是作物生長發(fā)育的主要限制因子［20］，磷肥施入土壤除被當(dāng)季作物吸收利用外，大部分磷素被土壤吸收固定［21］，因此可被作物直接吸收的磷素多少直接影響土壤磷素有效性和作物正常生長發(fā)育［22］。在該研究中，適當(dāng)提高磷肥施用量能顯著提高土壤速效磷含量、植株吸磷量、堿性磷酸酶活性、籽棉產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益，添加有機(jī)酸后在適量磷肥用量下提高了各指標(biāo)含量。這與前人研究結(jié)果一致，這是因?yàn)檫m宜的磷肥用量能夠通過提高土壤速效磷含量［20］，刺激棉花根系和根表面積增加［13］，促進(jìn)植株干物質(zhì)和植株磷素的積累［23］，進(jìn)而增加了棉花單株鈴數(shù)［24］和籽棉產(chǎn)量［25］。而磷肥過多投入會抑制根系生長和土壤微生物活性，加之土壤中存在的磷素吸附解吸平衡、溶解沉淀平衡等反應(yīng)［26］，導(dǎo)致土壤速效磷含量和籽棉產(chǎn)量降低。有機(jī)酸添加后，可通過與磷酸二氫根競爭吸附位點(diǎn)，絡(luò)合鈣離子以減少鈣磷沉淀生成，酸化溶解礦物態(tài)磷等途徑［27-28］，在較低磷肥用量下提高土壤磷素有效性［29-31］，活化磷素有效性和促進(jìn)磷素在植物器官中的移動［32-33］，使其更多磷素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)［34］，增加籽粒磷素累積量［35-36］，從而提高棉花產(chǎn)量。

該研究利用雷達(dá)圖分析方法對其有機(jī)酸添加對不同磷肥用量新疆棉田磷素健康狀況評價(jià)。有機(jī)酸添加在各磷肥用量的表現(xiàn)能直觀地反映在雷達(dá)圖中，通過棉田磷素健康狀況的9個(gè)指標(biāo)構(gòu)建雷達(dá)圖，根據(jù)雷達(dá)圖的平均面積、平均周長可評價(jià)棉田磷素健康狀況，得出評價(jià)向量綜合評價(jià)函數(shù)，在不同磷肥用量處理的基礎(chǔ)上，設(shè)置對照和有機(jī)酸添加處理的綜合評價(jià)分別為0.254 5、0.381 3、0.390 4、0.390 2、0.406 5、0.437 2、0.394 0、0.395 1，因此棉田綜合評價(jià)的最終排序?yàn)镸AP100+OA> MAP100+CK> MAP150+OA> MAP150+CK> MAP50+CK> MAP50+OA> MAP0+OA>MAP0+CK。綜合分析認(rèn)為，在較低磷肥用量（45 kg 有機(jī)酸+100 kg P2O5/hm2）是新疆棉田磷素健康狀況的最佳處理，為新疆棉田磷素健康狀況評價(jià)提供一個(gè)更為客觀和科學(xué)的方法。但由于尚未考慮棉花葉面積指數(shù)、葉綠素含量及生理特性等指標(biāo)，對評價(jià)結(jié)果在一定程度上有所影響。還應(yīng)擴(kuò)大指標(biāo)覆蓋范圍，更加全面、系統(tǒng)、深入研究，使研究結(jié)果更具有應(yīng)用價(jià)值。

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