摘 要 為突破氮肥利用率難以提高的瓶頸，選用液體肥替代常規(guī)肥料，旨在摸清液體肥與常規(guī)肥料施用對(duì)滴灌棉田土壤無(wú)機(jī)氮素轉(zhuǎn)化的影響。2022年分別于新疆北疆8個(gè)地區(qū)（芳群農(nóng)場(chǎng)，瑪納斯縣蘭州灣，昌吉市老龍河，紅柳塘村，呼圖壁紅山村，昌吉市榆樹溝，阜康市三工河鄉(xiāng)，阜康市六運(yùn)河）設(shè)置3個(gè)處理，分別為常規(guī)施肥、液體肥和減水10%+液體肥。結(jié)果表明，0～30 cm、30～60 cm土層土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量為減水10%+液體肥＞液體肥＞常規(guī)施肥；土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)為滴頭正下方明顯高于距離滴頭38 cm、-38 cm；單位面積液體肥較常規(guī)肥料養(yǎng)分投入量減少19.4 kg/667m²，但液體肥提供硝態(tài)氮、銨態(tài)氮高于常規(guī)肥料。可見(jiàn)，液體肥替代常規(guī)肥料在無(wú)機(jī)氮素轉(zhuǎn)化方面起到正效應(yīng)。

關(guān)鍵詞 液體肥；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；產(chǎn)量；棉田

棉花是中國(guó)重要經(jīng)濟(jì)作物之一，受新疆獨(dú)特的氣候類型影響，新疆是中國(guó)植棉大省^［1-3］。2021年新疆棉花種植面積250.6萬(wàn)hm²，占全國(guó)種植面積的82.76%；產(chǎn)量513萬(wàn)t，占全國(guó)棉花總產(chǎn)量的89.49%^［4］。施用肥料是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)、高效與糧食安全的重要保證?；首鳛橹参锏摹凹Z食”，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的物質(zhì)投入，且農(nóng)作物增產(chǎn)的 30%～50%來(lái)源于化肥^［5］。新疆棉花種植以施用化肥為主，但化肥成分單一，不含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)等，長(zhǎng)期施用導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低，土壤板結(jié)嚴(yán)重等^［6-9］。

目前，新疆棉花種植多采用傳統(tǒng)施肥方式，將固體肥料倒入施肥罐或施肥池中融化，通過(guò)管道將肥料送到棉田^［10-11］。實(shí)際生產(chǎn)中，未能完全溶解的固體無(wú)機(jī)肥料會(huì)堵塞毛管，其次，農(nóng)戶為獲得高產(chǎn)盲目追求多施肥造成土壤負(fù)擔(dān)加重的問(wèn)題日益突出^［12］，導(dǎo)致養(yǎng)分利用率低、肥料資源浪費(fèi)、生產(chǎn)成本增加等問(wèn)題^［13］?；跓o(wú)機(jī)肥料施用過(guò)程中存在的問(wèn)題，適合新疆滴灌施肥的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥在2015年進(jìn)入市場(chǎng)^［14］。有研究指出，利用有機(jī)肥代替或部分代替化肥作為基肥或追肥，不僅可以降低肥料成本，還可提高肥料利用率，保護(hù)環(huán)境^［15］。傳統(tǒng)的有機(jī)肥為固體，溶解性較差，大多為人工基施，成本較高，不但肥料利用率低，而且與新疆膜下滴灌技術(shù)匹配度較低^［16］。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，將有機(jī)肥配制成液體形態(tài)，不僅易溶解、生產(chǎn)能耗低、養(yǎng)分含量高、易于被農(nóng)作物吸收，還便于各種施肥方式，對(duì)土壤肥力提升、作物生長(zhǎng)等起到積極作用^［17-19］。目前，關(guān)于液體有機(jī)肥對(duì)作物的影響已有大量研究，但多集中在中國(guó)濕潤(rùn)區(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)及部分旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，且選擇的研究對(duì)象大多為瓜果葉菜類作物方面的作物上，而對(duì)新疆地區(qū)滴灌條件下的棉花研究較少。

本研究通過(guò)監(jiān)測(cè)全程施用液體肥與常規(guī)肥料模式下棉田土壤氮素運(yùn)移特征，以期揭示液體肥滴灌下氮素的高效利用機(jī)制，為新疆棉花大面積推廣液體肥提供科學(xué)依據(jù)，助力新疆棉花綠色 生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2022年在新疆昌吉州各縣市棉花主栽區(qū)（東經(jīng)86°24′～87°37′，北緯43°06′～45°20′）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬于半干旱大陸性氣候，年降水量183～200 mm，年平均氣溫6.6℃，年日照時(shí)數(shù) 2 833 h，有效積溫3 400～3 584℃，年均蒸發(fā)量 1 787 mm，純灌溉農(nóng)業(yè)，棉花多年連作。供試土壤為壤土，中等肥力，各縣市土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)示范點(diǎn)采用3種施肥處理：常規(guī)施肥（處理1），液體肥（處理2），減水10%+液體肥（處理3）。各處理重復(fù)3次，共計(jì)9個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積均為45 m²。

液體肥具體配比：液體肥1號(hào)（N∶P∶K=210∶3∶7），液體肥2號(hào)（N∶P∶K=160∶ 160∶100），聚谷氨酸液體肥3號(hào)（N∶P∶K=160∶100∶160），聚谷氨酸液體肥4號(hào)（N∶P∶K=100∶150∶150）。常規(guī)施肥采用小型施肥罐，液體肥采用施肥機(jī)。施用液體肥生育期灌溉定額495 mm，施用常規(guī)肥料生育期灌溉定額540 mm。整個(gè)生育期共灌水9 次。棉花生育期灌溉定額灌水周期7～10 d。具體施肥種類和施肥用量根據(jù)各示范點(diǎn)養(yǎng)分條件制定（表2），其中，復(fù)合肥N∶P∶K配比為18∶18∶18，滴灌肥N∶P∶K配比為20∶20∶20，滴灌鉀肥鉀含量為57%，磷酸一銨磷含量為66%，氯化鉀鉀含量為57%。供試品種為‘新陸中73號(hào)’，棉花采用膜下滴灌，種植模式為（66+10）cm，株距9.5 cm，膜寬2.05 m，1膜3管6行。各示范點(diǎn)具體播種時(shí)間見(jiàn) 表3，其他田間管理措施均相同。具體灌水比例和追施氮肥比例見(jiàn)表4。

1.3 樣品采集

8個(gè)地區(qū)（芳群農(nóng)場(chǎng)，瑪納斯縣蘭州灣，昌吉市老龍河，紅柳塘村，呼圖壁紅山村，昌吉市榆樹溝，阜康市三工河鄉(xiāng)，阜康市六運(yùn)河）土壤樣品采集時(shí)間為灌水后的第二天（7月12日）。

棉花在播種前用土鉆按照對(duì)角線法采集0～60 cm（30 cm為一層）耕層土樣，風(fēng)干后測(cè)定土壤養(yǎng)分基礎(chǔ)值。分別在第2 次、第4 次、第6 次、第8 次灌水施肥3 d后采樣，每個(gè)小區(qū)用土鉆采集 0～60 cm的土壤樣品；水平方向選擇，距離滴頭0 cm、38 cm（寬行）、-38 cm（膜間），小區(qū)內(nèi)重復(fù)3次。取回的土樣一部分進(jìn)行土壤含水量測(cè)定，另一部分用于硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的測(cè)定。

1.4 測(cè)試指標(biāo)與方法

土壤含水量采用烘干法測(cè)定，土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮采用流動(dòng)分析儀法測(cè)定。具體測(cè)定方法如下：稱取過(guò)2 mm篩的新鮮土樣12.0 g，放入250 mL帶蓋的塑料瓶中，加入100 mL 0.01 mol/L CaCl₂溶液，振蕩60 min后靜置過(guò)濾，制備待測(cè)液（浸提液可為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮測(cè)定共用），-18℃冷凍保存。測(cè)定前解凍待測(cè)液，用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定待測(cè)液中土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量。另稱取約20 g土壤樣品放入鋁盒，（105±2）℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定土壤含水率。

W_N = ρ（N）×（V/m）×ts

式中：W_N表示硝態(tài)氮含量，單位為mg/kg； ρ（N）表示測(cè)定液中NO_3--N的濃度，單位為mg/L；V表示浸提劑體積，單位為mL；m表示烘干土樣質(zhì)量，單位為g；ts表示浸出液稀釋倍數(shù)，若不稀釋則ts=1。

注：銨態(tài)氮含量計(jì)算公式同硝態(tài)氮含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

用Microsoft Excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并對(duì)距離滴頭不同位置的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量進(jìn)行運(yùn)移分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地區(qū)不同土層硝態(tài)氮分布特征

同一地區(qū)0～30 cm、30～60 cm土層硝態(tài)氮含量總體表現(xiàn)：滴頭正下方（0 cm）大于其他位置（距滴頭左右38 cm）；0～30 cm土層硝態(tài)氮含量與30～60 cm差異不顯著；減水10%+液體肥（處理3）＞液體肥（處理2）＞常規(guī)施肥（處理1）（圖1）。

綜上，減水10%+液體肥可加快土壤NO^-₃轉(zhuǎn)化。

2.2 不同地區(qū)不同土層銨態(tài)氮分布特征

同一地區(qū)0～30 cm、30～60 cm土層銨態(tài)氮含量總體表現(xiàn)：滴頭正下方（0 cm）大于其他位置（距滴頭左右38 cm）；0～30 cm土層銨態(tài)氮含量與30～60 cm差異不顯著；減水10%+液體肥＞液體肥＞常規(guī)施肥（圖2）。

綜上，減水10%+液體肥減量可加快土壤NH⁺₄轉(zhuǎn)化。

2.3 不同地區(qū)化肥投入量比較

通過(guò)對(duì)8個(gè)地區(qū)液體肥和常規(guī)肥料在棉花上的用量進(jìn)行對(duì)比并取其均值發(fā)現(xiàn)：液體肥的無(wú)機(jī)養(yǎng)分投入量平均為28.0 kg/667m²，常規(guī)肥料的無(wú)機(jī)養(yǎng)分投入量平均為47.4 kg/667m²，液體肥較常規(guī)肥料的無(wú)機(jī)養(yǎng)分投入量平均減少19.4 kg/667m²（表5）。

3 討 論

棉花是新疆重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，合理施肥是棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前提。棉花種植過(guò)程中施用的常規(guī)氮肥尿素等速效肥料，容易通過(guò)地表徑流、氨揮發(fā)、氧化亞氮排放和硝態(tài)氮、銨態(tài)氮等無(wú)機(jī)氮形態(tài)淋溶等損失，且隨著棉花生育進(jìn)程推移，棉花后期植株高大、果枝臺(tái)數(shù)多，導(dǎo)致追肥用工成本高、植棉收益低。長(zhǎng)期使用化肥，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)單一，易板結(jié)，對(duì)土壤健康不利。有研究表明：施用液體肥不僅能夠適時(shí)適量地供給作物生長(zhǎng)發(fā)育所需養(yǎng)分，還可減少環(huán)境污染，提高肥料利用率^［20］。土壤氮運(yùn)移主要是土壤中水氮互作的重要過(guò)程。氮的轉(zhuǎn)化多是在土壤微生物的作用下進(jìn)行的，包括礦化、固持、硝化、反硝化等作用。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤氮素輸入主要為灌水施肥及生物固定等過(guò)程，輸出為植株吸收、氨揮發(fā)、氧化亞氮排放及硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的淋洗等。因此，了解氮素在土壤中的運(yùn)移、轉(zhuǎn)化和分布規(guī)律是促進(jìn)根系吸收，提高氮肥利用率的關(guān)鍵。

本研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)為減水10%+液體肥（處理3）＞液體肥（處理2）＞常規(guī)施肥（處理1），不同施肥處理對(duì)同一地區(qū)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)為減水10%+液體肥（處理3）＞液體肥（處理2）＞常規(guī)施肥（處理1）?？赡茉?yàn)橐后w肥成分中添加聚谷氨酸后，使得N、P、K 以絡(luò)合態(tài)在土壤中釋放，促進(jìn)土壤氮素轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量增加^［20］。本研究發(fā)現(xiàn)：處理2和處理3中雖然液體肥用量相同，灌水量不同，但處理2的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量明顯低于處理3，原因可能在于：處理2的灌水量太大，導(dǎo)致棉花根區(qū)水分過(guò)高，抑制了棉花根系吸水，過(guò)大的灌水定額容易造成肥料淋失，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮低于處理3^［21-22］。

本研究發(fā)現(xiàn)：滴頭正下方（0 cm）硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量明顯高于距滴頭38 cm和-38 cm。與郝先哲^［23］結(jié)論不一致，可能原因在于：滴灌施肥過(guò)程中，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮易隨水運(yùn)動(dòng)并在濕潤(rùn)鋒邊緣累積，加之滴灌灌水時(shí)間一般為1 d，取樣時(shí)間為灌水后第2 天，尿素可能未及時(shí)轉(zhuǎn)化，故滴頭正下方的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量較滴灌帶周圍高^［24-27］。單位面積肥料投入量方面，8個(gè)地區(qū)液體肥料投入明顯低于常規(guī)肥料，單位面積養(yǎng)分供應(yīng)量表現(xiàn)為液體肥高于常規(guī)肥料。故驗(yàn)證了液體肥施用下硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量較常規(guī)肥料下高（圖1，圖2）。

4 結(jié) 論

本研究對(duì)比分析了液體肥與常規(guī)肥料、不同灌水量與液體肥組合及距離滴頭不同位置處土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：滴頭正下方硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量明顯高于距離滴頭38 cm、-38 cm，且減水10%+液體肥處理硝態(tài)氮、銨態(tài)氮較同等灌水量的液體肥與常規(guī)肥料處理高；單位面積液體肥較常規(guī)肥料養(yǎng)分投入量減少19.4 kg/667m²，但液體肥提供硝態(tài)氮、銨態(tài)氮高于常規(guī)肥料?？梢?jiàn)，液體肥替代常規(guī)肥料在無(wú)機(jī)氮素轉(zhuǎn)化方面起到正效應(yīng)。

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Effect of Liquid Fertilizer Application on Soil Inorganic Nitrogen Transformation in Drip Irrigation Cotton Fields

MA Honghong^1，2，3，WU Xianglin^1，2，PU Shenghai^{1，2，3}，YANG Zhiying^1，2，TU Yongfeng³，ZHAO Dongmei³，JI Lili³，YUE Jisheng³，WEI Jianhua⁴，MA Xingwang^1，2 and LI Pan^1，2

（1.Institute of Soil Fertilizer and Agricultural Water-Saving，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi 830091，China; 2.Key Laboratory of Northwest Oasis Agriculture Environment，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Urumqi 830091，China;3.Xinjiang Huier Agricultural Group Co.，Ltd.，Changji Xinjiang 831100，China;4.Changji Prefecture Agriculture and Animal Husbandry Technology Extension Center，Changji Xinjiang 831100，China）

Abstract To address the bottleneck in improving nitrogen fertilizer utilization efficiency，this study investigates the effects of liquid fertilizer compared to conventional fertilizer on inorganic nitrogen transformation in drip-irrigated cotton fields.This study was conducted in 2022 across eight regions of northern Xinjiang，including Fangqun Farm，Lanzhou Bay in Manas County，Laolong River in Changji，Hongliutang Village，Hongshan Village in Hutubi，Yushugou in Changji，Sangonghe Township in Fukang，and Liuhe Canal in Fukang.Three treatments were set up：conventional fertilization，liquid fertilizer，liquid fertilizer with 10% water reduction.The findings were as follows：across all regions，the content of nitrate and ammonium nitrogen in the soil layers of 0-30 cm and 30-60 cm was as follows：10% water reduction+liquid fertilizergt; liquid fertilizergt;conventional fertilization; regardless of the region，the content of nitrate and ammonium nitrogen in the soil below the emitter was significantly higher than that at 38 cm or -38 cm from the emitter; the nutrient input of liquid fertilizers per unit area decreased by 19.4 kg/667m² compared to conventional fertilizers.Nevertheless，liquid fertilizers resulted in higher contents of nitrate and ammonium nitrogen than conventional fertilizers.The results demonstrate that liquid fertilizers can effectively replace conventional fertilizers and positively influence inorganic nitrogen transformation in drip-irrigated cotton fields.

Key words Liquid fertilizer; Nitrate nitrogen; Ammonium nitrogen; Yield; Cotton field

Received 2023-11-06

Returned 2023-12-20

Foundation item Youth Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region（No.2022D01B165）; “Tianchi talent” Introduction Program-young doctor program; “Tianshan talents” project （No.2022TSYCLJ0050）; Project of Fund for Stable Support to Agricultural Sci-Tech Renovation（No.xjnkywdzc-2023005）.

First author MA Honghong，female，assistant research fellow.Research area：dynamics and balance of soil nitrogen，non-point source pollution prevention and control.E-mail：mahh@xaas.ac.cn

Corresponding author MA Xingwang，male，research fellow.Research area：efficient utilization of nutrient resources，non-point source pollution prevention and control.E-mail：maxw@xaas.ac.cn

LI Pan，male，associate research fellow.Research area：efficient utilization of nutrient resources，non-point source pollution prevention and control.E-mail：lipanxj@sina.com

（責(zé)任編輯：顧玉蘭 Responsible editor：GU Yulan）