李建峰, 楊延龍, 馬 超, 鄂玉聯(lián), 孫文廣, 王 靜, 胡艷飛, 鄭繼亮

(1.新疆心連心能源化工有限公司 新疆昌吉 832200;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所 新疆烏魯木齊 830091)

0 前言

新疆土壤屬典型的石灰性土壤[1],磷肥施于土壤后,短時間內(nèi)即發(fā)生固定,導(dǎo)致磷肥當(dāng)季平均利用率僅10%～26%[2-3],同時磷是新疆棉田養(yǎng)分重要的限制因子之一[4]。改善新疆棉田綜合肥力和提高磷肥利用率是增加棉花產(chǎn)量的基礎(chǔ),也是減少投入成本的關(guān)鍵。

腐殖酸主要是動植物遺骸經(jīng)微生物以及地球化學(xué)作用形成的一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物[5],施用于土壤后能促進(jìn)作物生長發(fā)育,增強(qiáng)抗逆能力,提高肥料利用率[5-8]。含腐殖酸磷肥主要包括腐殖酸與速效磷肥混合后的固體肥料、含腐殖酸液體肥料[9-10]。李軍等[9]將腐殖酸與磷酸一銨制成增效磷肥施用于玉米,結(jié)果表明提高了磷肥利用率和農(nóng)學(xué)利用率;劉文博等[11]的研究表明,施用腐殖酸有利于促進(jìn)土壤磷素釋放,可提高土壤磷的有效性。農(nóng)用聚磷酸銨聚合度低,是一種聚合態(tài)磷肥,具有良好的水溶性[12],可作為生產(chǎn)液體肥料的優(yōu)質(zhì)原料[13],施入土壤后緩慢水解為正磷酸鹽被作物吸收,具有磷肥緩釋、利用率較高的優(yōu)點(diǎn)[14-18]。但是,由于磷肥緩釋,施用聚磷酸銨存在磷肥供應(yīng)不及時的風(fēng)險,同時售價較高。棉花生產(chǎn)過程中采用正磷酸鹽磷肥與聚磷酸銨配合施用,可認(rèn)為是能及時供應(yīng)磷肥又能提升利用率的有效途徑[19]。

液體肥料具有易于被棉花吸收、配方靈活和便于機(jī)械化施肥的優(yōu)點(diǎn)[20],結(jié)合智能化施肥系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)棉花追肥省時、省力,在新疆的發(fā)展規(guī)模越來越大[21]。但有關(guān)含腐殖酸液體肥料提升磷肥利用率的研究較少,本文對腐殖酸+速效磷肥+緩釋磷肥共同形成的高效磷肥施用效果開展了試驗(yàn),探索施用該類液體肥料對促進(jìn)棉花生長發(fā)育和提高磷肥利用率的影響,為實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)、高效液體肥料發(fā)展和智能化施肥推廣提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)概況

2022年4—9月,試驗(yàn)在新疆塔城地區(qū)沙灣市老沙灣鎮(zhèn)試驗(yàn)田進(jìn)行,前茬作物為棉花。試驗(yàn)田土壤pH為8.0、w(有機(jī)質(zhì))為14.1 g/kg、w(堿解氮)為62.2 mg/kg、w(有效磷)為15.1 mg/kg、w(速效鉀)為192.2 mg/kg。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,每個處理重復(fù)3次,小區(qū)面積6.8 m×30.0 m。試驗(yàn)采用1膜6行寬窄行種植,4月28日出苗,7月4日人工打頂,其余農(nóng)事操作同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

供試肥料為懸浮液體形態(tài)(LF),各處理液體肥料中添加的腐殖酸(HA)和磷源不同:LF1,單一磷源;LF2,單一磷源+HA;LF3,混合磷源;LF4,混合磷源+HA;CK,對照,不施磷肥,不添加HA。單一磷源是由磷酸一銨(MAP)提供所有P2O5,MAP由湖北祥云(集團(tuán))化工股份有限公司提供,w(N)≥12.0%、w(P2O5)≥61.0%。混合磷源是由聚磷酸銨(APP)提供33.3%的P2O5,MAP提供66.7%的P2O5,APP由貴州川恒化工股份有限公司提供,w(N)≥18.0%、w(P2O5)≥58.0%。腐殖酸原料由新疆黑色生態(tài)科技股份有限公司提供,w(HA)≥60.0%。上述液體肥料成品ρ(N+P2O5+K2O)≥420 g/L,均由新疆心連心能源化工有限公司提供。除CK處理外,各處理施肥量相同,折合施N量為255.0 kg/hm2、施P2O5量為120.0 kg/hm2、施K2O量為105.0 kg/hm2。肥料全部隨水滴施,6月5日進(jìn)行第一次追肥,生育期內(nèi)施肥8次。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 植株形態(tài)特征

從棉花盛蕾期(出苗后49 d)起,各小區(qū)選取長勢均勻、具有代表性的棉株5株,每隔7 d定點(diǎn)、定株記錄棉花的株高。

1.2.2 葉片的葉綠素相對含量(SPAD值)

在棉花盛花期(出苗后69 d)、盛鈴前期(出苗后80 d)、盛鈴后期(出苗后94 d)等關(guān)鍵生育時期,各小區(qū)選取具有代表性的棉株15株,采用SPAD-502型便攜式葉綠素測定儀測定葉片(打頂前倒4葉,打頂后倒3葉)的SPAD值,每片葉片測量4次,避開主葉脈。

1.2.3 干物質(zhì)積累

在棉花盛花期、盛鈴前期、盛鈴后期、吐絮期(出苗后116 d)等關(guān)鍵生育時期,各個小區(qū)選取具有代表性的棉株5株,從子葉節(jié)處剪開,將植株分成莖、葉、蕾(花、鈴)、根,分別裝袋后在實(shí)驗(yàn)室于105 ℃殺青30 min,再于80 ℃烘干至恒質(zhì)量,稱取干質(zhì)量。

1.2.4 磷肥利用率

將盛花期、盛鈴前期和吐絮期采集的棉株在測量干物質(zhì)積累量后,粉碎制樣,用硫酸-過氧化氫消煮,全磷含量采用鉬黃比色法進(jìn)行測定。根據(jù)棉花各器官的生物量和磷含量,計算作物的吸磷量(以P2O5計,下同)。

磷素盈余(kg/hm2)=施磷量-作物吸磷量;

磷肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施磷區(qū)籽棉產(chǎn)量-不施磷區(qū)籽棉產(chǎn)量)/施磷區(qū)磷肥用量;

磷肥利用率(%)=(施磷區(qū)作物吸磷量-不施磷區(qū)作物吸磷量)×100/施磷量。

1.2.5 產(chǎn)量及構(gòu)成因素

收獲期,每個小區(qū)選取3個樣點(diǎn),每個樣點(diǎn)面積6.7 m2,調(diào)查樣點(diǎn)全部棉花株數(shù)和總鈴數(shù),換算出單株結(jié)鈴數(shù)及單位面積總鈴數(shù);每個樣點(diǎn)選取10株長勢均勻、具有代表性的棉株,收取全部棉鈴,分開裝袋、稱重,計算單鈴質(zhì)量;以小區(qū)實(shí)收籽棉產(chǎn)量計產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office 2016和SPSS 18.0軟件分析處理數(shù)據(jù),用最小顯著差異法(LSD)檢驗(yàn)平均數(shù)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對棉花植株形態(tài)的影響

隨生育期推進(jìn),不同施肥處理的棉花株高呈不斷上升趨勢(見表1),CK處理的株高最矮。打頂后(出苗后70 d),LF4處理的株高較LF3處理的高3.6%,LF2處理的株高較LF1處理的高3.4%;LF4處理的株高較LF2處理的僅高出1.4%,LF3處理的株高較LF1處理的高1.2%,表明在一定的施磷量下,施用HA對棉花株高的提升效果優(yōu)于施用APP的。

表1 不同施肥處理的棉花株高

2.2 不同施肥處理對棉花葉片SPAD值的影響

隨生育期推進(jìn),不同施肥處理的棉花葉片SPAD值呈先升高后降低趨勢,見表2。SPAD值在盛鈴前期出現(xiàn)最大值,LF4處理的SPAD值最大,較LF1、LF2、LF3和CK處理的分別高6.5%、3.2%、5.0%和9.1%;LF2、LF3處理的SPAD值較LF1處理的高3.3%、1.5%。

表2 不同施肥處理的棉花葉片SPAD值

2.3 不同施肥處理對棉花地上部單株干物質(zhì)積累量的影響

隨生育期推進(jìn),各處理的棉花地上部單株干物質(zhì)積累量呈逐漸上升趨勢,見表3。在吐絮期,LF4處理的地上部單株干物質(zhì)積累量最高,較LF1、LF2、LF3和CK處理的分別高7.4%、3.5%、1.8%和25.3%;LF2、LF3處理的地上部單株干物質(zhì)積累量較LF1處理的分別高3.7%、5.5%。

表3 不同施肥處理的棉花地上部單株干物質(zhì)積累量

2.4 不同施肥處理對棉株吸磷量的影響

隨生育期推進(jìn),棉株吸磷量不斷增加,見表4。在吐絮期,LF4處理的棉株吸磷量最大,施磷肥處理間棉株吸磷量差異顯著;LF1、LF2、LF3和LF4處理的棉株吸磷量較CK處理的分別高35.2%、38.4%、42.5%和51.1%。在盛花期,LF1、LF2處理的棉株吸磷量高于LF3和LF4處理的,可能是此時聚磷酸銨尚未完全水解,土壤中正磷酸鹽的含量較低,棉株吸磷量較少。

表4 不同施肥處理的棉株吸磷量

2.5 不同施肥處理對棉株磷肥利用率的影響

不同施肥處理的棉株磷肥利用率見表5。LF4處理的棉株磷肥利用率最高,比LF1、LF2和LF3處理的分別高46.2%、33.3%和20.2%,其磷肥農(nóng)學(xué)利用率較LF1、LF2和LF3處理的分別高77.1%、31.2%和36.1%;LF3處理的磷肥利用率和磷肥農(nóng)學(xué)利用率較LF1處理的分別高21.6%、30.1%;LF1處理的磷素盈余最大,較LF2、LF3處理的分別高2.6、5.9 kg/hm2。

表5 不同施肥處理對棉株磷肥利用率的影響

2.6 不同施肥處理對棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

施磷肥處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于不施磷肥處理的,見表6。LF4處理的單鈴質(zhì)量最高,較LF1、LF2、LF3和CK處理的分別高9.6%、3.6%、3.6%和14.0%,其籽棉產(chǎn)量較LF1、LF2、LF3和CK處理的分別高12.4%、6.4%、7.2%和33.7%;LF2處理的籽棉產(chǎn)量較LF1處理的高5.6%。

表6 不同施肥處理的棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素

3 討論

研究表明,施用混合磷源液體肥料的磷肥利用率高于施用單一磷源液體肥的,原因是APP施入土壤后需要緩慢水解,由多聚磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)檎姿猁},可以減少磷素的固定[14]。安軍妹等[15]和劉道等[16]分別在小麥和玉米施肥中施用APP,結(jié)果均表明施用APP的磷肥利用率和產(chǎn)量均高于施用MAP的。施用混合磷源+腐殖酸液體肥料、單一磷源+腐殖酸液體肥料的磷肥利用率分別高于施用混合磷源液體肥、單一磷源液體肥的,可能是HA施入土壤后,通過絡(luò)合土壤中鈣、鎂等離子,抑制這些離子與有效磷的結(jié)合,減少了磷素的固定,使作物吸磷量增加,進(jìn)而提升了磷肥的利用率[11]。李軍等[9]的研究表明,玉米施用HA和磷肥,能夠提升磷肥利用率和產(chǎn)量。施用混合磷源+腐殖酸液體肥料的磷肥利用率較施用單一磷源液體肥料的提高了46.2%,而施用混合磷源液體肥料和施用單一磷源+腐殖酸液體肥料的磷肥利用率較施用單一磷源液體肥料的分別提高了21.6%、9.6%,表明共同施用APP和HA對磷肥利用率的提高有協(xié)同增效作用,原因可能是APP緩慢水解,磷素緩慢釋放且移動距離相對較長[22],在土壤中分布較廣。HA具有刺激作物根系生長的作用,促進(jìn)了根系對營養(yǎng)元素的吸收[23],提高了吸磷量,進(jìn)一步提升了磷肥利用率。張運(yùn)紅等[24]將APP與HA混合后施用于小麥,磷肥利用率和產(chǎn)量較單施APP的均有提高。研究中的MAP、APP和HA僅為物理混合,能否通過化學(xué)合成方式進(jìn)一步發(fā)揮其協(xié)同作用,還需進(jìn)一步的探索。不同聚合度的APP的磷肥利用率有所差異[19,25],不同相對分子質(zhì)量的HA性質(zhì)差異較大[5],不同組合下的混合磷源與不同類型HA搭配,其協(xié)同提升磷肥利用率的研究也需進(jìn)一步開展。

棉花株高變化是反映棉花生育狀況的常用指標(biāo)[26],株高可直接影響棉花的株型和光合效率,進(jìn)而影響棉花產(chǎn)量[27]。土壤有效磷含量處于低水平下,施磷或施用HA均可提升棉花株高[23,28]。打頂后施用混合磷源液體肥料的棉花株高高于施用單一磷源液體肥料的,原因可能是APP水解后的正磷酸鹽被棉株吸收[4]。葉片SPAD值與葉片葉綠素含量呈正相關(guān)[29],葉綠素含量直接影響植物的光合作用[30]。盛鈴前期和盛鈴后期,施用單一磷源液體肥料的棉花葉片的SPAD值與施用混合磷源液體肥料的無顯著性差異,表明在一定的磷素吸收水平下,施磷對葉片SPAD值的影響較小;施用混合磷源+腐殖酸液體肥料的棉花葉片的SPAD值最大,原因可能是施用HA對棉花葉片SPAD值的影響較大[23-24]。干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),營養(yǎng)器官和生殖器官的干物質(zhì)積累量及分配率對產(chǎn)量形成有重要的影響[31-32]。研究表明,各施肥處理對棉花地上部單株干物質(zhì)積累量與對應(yīng)籽棉產(chǎn)量變化趨勢相近。自盛鈴后期,施用混合磷源+腐殖酸液體肥料、單一磷源+腐殖酸液體肥料處理的單株干物質(zhì)積累量分別高于施用混合磷源液體肥料、單一磷源液體肥料的,表明施用HA可促進(jìn)棉花干物質(zhì)積累[23]。施用混合磷源+腐殖酸液體肥料的籽棉產(chǎn)量最高,主要是由于單鈴質(zhì)量較高,棉鈴發(fā)育較好,與袁芳等[33]的研究結(jié)果類似。

4 結(jié)語

與單一磷源液體肥料相比,棉田施用混合磷源+腐殖酸液體肥料能大幅提高磷肥利用率,提升生殖器官干物質(zhì)分配率,增加單鈴質(zhì)量,同時可提升棉花葉片的SPAD值,增加棉花干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量。今后將持續(xù)開展不同聚合度APP、不同相對分子質(zhì)量的HA與不同MAP添加比例的研究,同時開展物理混合和化學(xué)合成的高效液體肥料施用效果的探索,進(jìn)一步探明提高磷肥利用率和促進(jìn)棉花生長的機(jī)制。