氮肥施用時期對棉花產(chǎn)量效益與氮肥利用率的影響

摘要：采用田間小區(qū)試驗(yàn)研究了氮肥施用時期對江漢平原棉花（Gossypium hirsutum L.）產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益與氮肥利用率的影響。結(jié)果表明，在240 kg/hm2的施氮水平下，綜合考慮棉花產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、氮肥當(dāng)季表觀利用率以及土壤中硝態(tài)氮累積等各種因素，得到氮肥最佳施用時期為40%基肥+15%苗肥+15%花蕾肥+30%花鈴肥，此時子棉產(chǎn)量為5 038 kg/hm2，比對照不施氮增產(chǎn)79.5%、增收15 622元/hm2，氮肥當(dāng)季表觀利用率為52.9%；在施氮量不變的條件下，將施氮次數(shù)減少為2次，對棉花的產(chǎn)量和收益影響不顯著，但棉株吸氮量和氮肥當(dāng)季表觀利用率隨施氮次數(shù)的減少而明顯降低。

關(guān)鍵詞：棉花（Gossypium hirsutum L.）；產(chǎn)量；經(jīng)濟(jì)效益；氮肥施用時期；氮肥表觀利用率

中圖分類號：S562；S147.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）24-5999-04

湖北省是中國的產(chǎn)棉大省，面積和產(chǎn)量僅次于新疆、山東、河南、河北，排在全國第五位，居長江流域棉區(qū)之首[1]。江漢平原棉花（Gossypium hirsutum L.）常年種植面積約2.8萬hm2，占湖北省棉花種植總面積的70%左右[2]， 是湖北省最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地， 也是全國棉花單產(chǎn)水平較高的棉區(qū)之一[3]。

研究和生產(chǎn)實(shí)踐均已證實(shí)，氮肥是影響棉花產(chǎn)量的第一養(yǎng)分限制因子，但棉花營養(yǎng)特性及施肥技術(shù)方面的研究多集中在鉀素和鉀肥上[4-6]，氮肥施用技術(shù)方面的研究并不多，長江中下游棉區(qū)棉花氮肥合理用量及合理施用時期方面的研究鮮見報道[7]。棉花生育期較長，在不同的生育階段其養(yǎng)分需求特性存在較大差異，因此確定與之相適應(yīng)的氮肥施用時期在提高棉花產(chǎn)量及氮肥利用效率、減少氮素?fù)p失等方面均有積極意義。本研究探討了氮肥不同施用時期對棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益以及氮素吸收利用的影響，為提出適合江漢平原棉花高產(chǎn)、氮肥利用高效與輕簡化兼顧的氮肥運(yùn)籌模式提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2012年在湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)柳州村4組進(jìn)行，供試土壤為長江沖積物母質(zhì)發(fā)育的潮土，前作為油菜。土壤pH 7.69，有機(jī)質(zhì)16.9 g/kg，全氮1.12 g/kg，堿解氮102.0 mg/kg，速效磷16.0 mg/kg，速效鉀80.7 mg/kg。供試棉花品種為中棉所63。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個處理，①N0：對照，不施氮肥；②N1：氮肥施用方式為40%基肥+15%苗肥+15%花蕾肥+30%花鈴肥，分4次施用，簡寫為4-1.5-1.5-3；③N2：氮肥施用方式為40%基肥+30%花蕾肥+30%花鈴肥，分3次施用，簡寫為4-0-3-3；④N3：氮肥施用方式為60%基肥+20%花蕾肥+20%花鈴肥，分3次施用，簡寫為6-0-2-2；⑤N4：氮肥施用方式為60%基肥+40%花鈴肥，分2次施用， 簡寫為6-0-0-4。除對照不施氮肥外，其他處理氮（純N）用量相同，均為240 kg/hm2。各處理磷、鉀、硼、鋅肥用量相同，分別為P2O5 90 kg/hm2、K2O 240 kg/hm2、硼砂3 kg/hm2、七水硫酸鋅3 kg/hm2。所用肥料種類氮肥為尿素（含氮46.3%）、磷肥為過磷酸鈣（含P2O5 12%）、鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）、硼肥為硼砂（含B 11%）、鋅肥為七水硫酸鋅（含Zn 20%）。鉀肥60%基肥+40%花鈴肥，磷肥和硼肥全部基施，鋅肥全部作花蕾肥。施肥方法：基肥混勻條施，追肥穴施，基肥和追肥在棉花種植行的兩側(cè)交替進(jìn)行。小區(qū)面積35 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

棉花采用營養(yǎng)缽育苗移栽的方式，4月15日播種，5月19日移栽。行距120 cm，株距45 cm。移栽前1 d施基肥，6月19日施苗肥，7月5日施花蕾肥，7月26日施花鈴肥，9月5日開始收獲棉花，11月14日收獲結(jié)束，各小區(qū)單收計(jì)實(shí)產(chǎn)。

1.3 測定內(nèi)容和方法

1.3.1 棉株農(nóng)藝性狀調(diào)查 每小區(qū)確定6株長勢均勻的棉株，分別在7月20日、8月20日和9月20日左右開展棉花“三桃”調(diào)查，計(jì)算相關(guān)農(nóng)藝性狀指標(biāo)。

1.3.2 土壤樣品 在棉花移栽前采集0～20 cm土樣，風(fēng)干后制樣，用常規(guī)方法分析土壤基本理化性狀[8]。試驗(yàn)結(jié)束后，采集各小區(qū)0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土樣，采用紫外分光光度法測定鮮土樣NO3--N含量[8]。

1.3.3 植株干物質(zhì)重及氮素含量 成熟期每小區(qū)隨機(jī)取3株中等大小的棉花植株樣，按皮棉、棉子、棉稈分別稱重制樣，測定各部分全氮含量[8]，計(jì)算棉株收獲時從土壤帶走的氮量。并計(jì)算氮肥表觀利用率，其計(jì)算公式為：氮肥表觀利用率=（施氮區(qū)作物吸氮量-無氮區(qū)作物吸氮量）/施氮量×100%[9]。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與參數(shù)計(jì)算 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖在Microsoft office Excel中進(jìn)行，方差分析采用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥施用時期對棉花主要農(nóng)藝性狀的影響

調(diào)查結(jié)果（表1）表明，各施氮處理的棉花株高、果枝層數(shù)和單株成桃總數(shù)都顯著高于不施氮處理（N0），脫落率卻顯著低于不施氮處理，說明氮肥對棉花的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成都至關(guān)重要。

不同氮肥施用時期對株高有顯著影響，以“4-0-3-3”分3次施氮處理（N2）的棉株最高、分2次施氮處理（N4）的棉株最低，株高高度與花蕾肥施用比例呈正相關(guān)，表明在棉花株高形成的營養(yǎng)生長關(guān)鍵時期，氮素營養(yǎng)起重要作用。不同氮肥施用時期對棉株果枝層數(shù)和棉桃脫落率均無顯著影響。從“三桃”分布來看，不同氮肥分配處理間成桃數(shù)存在一定差異。7月20日前后是棉株生長中心從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長的過渡時期，伏前桃數(shù)量較少、棉株之間變異較大。分2次施氮處理（N4）的伏桃數(shù)量略低，秋桃數(shù)量則較多，“6-0-2-2”分3次施氮處理（N3）的伏桃數(shù)量相對較多，其秋桃數(shù)量則較少。整體上看，不同氮肥施用時期對棉花單株成桃總數(shù)無顯著影響。

2.2 氮肥施用時期對棉花產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表2可知，施用氮肥可以顯著提高子棉的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，不同施氮處理比對照增產(chǎn)68.8%～79.5%，相對凈收益增加13 414～15 622元/hm2。

不同施氮處理下，以分4次施氮處理（N1）的產(chǎn)量最高，為5 038 kg/hm2，以“4-0-3-3”分3次施氮處理（N2）的產(chǎn)量最低，為4 737 kg/hm2，前者比后者高出6.35%，差異達(dá)顯著水平，其他各施氮處理間差異不顯著，且分3次施氮處理和分2次施氮處理產(chǎn)量的差異較小，說明在施氮總量一定的情況下，適當(dāng)減少施氮次數(shù)不會明顯減產(chǎn)，但以氮肥分4次施用最能充分發(fā)揮棉花的產(chǎn)量潛力。

從經(jīng)濟(jì)效益來看，相對凈收益順序?yàn)榉?次施氮>分2次施氮>“6-0-2-2”分3次施氮>“4-0-3-3” 分3次施氮，其中分4次施氮處理（N1）比“4-0-3-3”分3次施氮處理（N2）高2 208元/hm2；不同施氮處理氮肥產(chǎn)投比為6.62～7.96，其順序?yàn)榉?次施氮>“6-0-2-2”分3次施氮>分4次施氮>“4-0-3-3”分3次施氮。在肥料經(jīng)濟(jì)學(xué)研究中通常認(rèn)為，只有當(dāng)肥料產(chǎn)投比大于2.0時，施用化肥才有意義[10]。根據(jù)這個原則，棉花不同施氮處理的收益均較高，此時利用收益絕對量來衡量棉花施氮的經(jīng)濟(jì)效益可能更加合理。

綜上所述，在目前肥料、產(chǎn)品和勞務(wù)價格條件下，從產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益來看，棉花最優(yōu)的氮肥施用方式是分4次施氮，即40%基肥+15%苗肥+15%花蕾肥+30%花鈴肥，從棉花輕簡化栽培、減少勞動量的角度出發(fā)，在施氮量一定的情況下將施肥次數(shù)減少到2次（60%基肥+40%花鈴肥），不會引起棉花明顯減產(chǎn)減收。

2.3 氮肥施用時期對棉花氮素吸收與氮肥利用率的影響

氮肥施用時期對棉花氮素吸收影響顯著（表3）。在施氮量相同的情況下，棉株平均含氮量、吸氮量以及氮肥當(dāng)季表觀利用率總體上均隨施氮次數(shù)的減少而趨于降低、隨后期氮肥（花鈴肥）比例的增加而趨于增加，可見氮肥分次施用、氮肥適當(dāng)后移均有利于棉株對氮素的吸收，從而提高氮肥當(dāng)季利用率。因此，從提高棉花對氮肥的吸收利用來看，最優(yōu)的氮肥分配是4次施氮，即40%基肥+15%苗肥+15%花蕾肥+30%花鈴肥。

2.4 氮肥施用時期對棉花收獲后土壤硝態(tài)氮累積的影響

從圖1可以看出，不同氮肥分配處理在0～100 cm土體各土層中的硝態(tài)氮累積量均顯著高于不施氮處理，增幅為15.4～36.5 kg/hm2，平均增加25.7 kg/hm2。不同氮肥分配處理的土壤中，硝態(tài)氮累積變化趨勢均表現(xiàn)為隨土層深度的增加而降低。通過分析比較可知，由施氮造成的硝態(tài)氮累積主要集中在0～60 cm土層，其累積量占0～100 cm土層硝態(tài)氮累積總量的82%以上。不同氮肥分配處理之間，0～60 cm土體中硝態(tài)氮累積量順序?yàn)椤?-0-2-2”分3次施氮>“4-0-3-3” 分3次施氮>分2次施氮>分4次施氮，即N3>N2>N4>N1， 0～60 cm土體分4次施氮處理硝態(tài)氮累積量最低，比“6-0-2-2”分3次施氮處理低19.8 kg/hm2。

0～100 cm土體底層累積的硝態(tài)氮既是作物生長發(fā)育必不可少的氮素來源，又因容易隨水下移而成為地下水污染源，因此，充分利用0～100 cm土體下層累積的硝態(tài)氮十分重要，尤其是在江漢平原夏季降雨量較高、地下水位上移的情況下。

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明，江漢平原地區(qū)棉花施氮總量控制在240 kg/hm2的條件下，氮肥施用時期對棉花 “三桃” 分布有一定影響，但對棉株最終成桃總數(shù)無明顯影響。棉花群體可能具有較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)和適應(yīng)不同環(huán)境的能力，體現(xiàn)出一定的抗逆性，這種抗逆境能力為在棉花上實(shí)施“看天、看地、看作物長勢”的應(yīng)變式施肥技術(shù)提供了依據(jù)，使得在生態(tài)環(huán)境發(fā)生較大變化的條件下（如氣候異常、遲播等），仍然可以通過各種農(nóng)藝措施的綜合運(yùn)用達(dá)到高產(chǎn)。在本試驗(yàn)條件下，綜合棉花產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、氮素吸收利用以及土壤中硝態(tài)氮累積等各種因素，氮肥最佳施用時期為“40%基肥+15%苗肥+15%花蕾肥+30%花鈴肥”，此時子棉產(chǎn)量為5 038 kg/hm2，比對照不施氮增產(chǎn)79.5%、增收15 622元/hm2，氮肥產(chǎn)投比為7.02，棉株從土壤帶走氮素為234 kg/hm2，氮肥當(dāng)季表觀利用率為52.9%；在施氮量不變的條件下將施氮次數(shù)減少為2次，對棉花的產(chǎn)量和收益影響不顯著，從減少勞動量的角度出發(fā)，是一種可行的輕簡化施肥方式；但棉株吸氮量和氮肥當(dāng)季表觀利用率均隨施氮次數(shù)的減少而明顯降低，因此從提高氮肥當(dāng)季利用率、減輕因施肥不當(dāng)而引起面源污染風(fēng)險的角度出發(fā)，仍然提倡氮肥分4次施用。此外，同期氣象記錄資料數(shù)據(jù)表明，試驗(yàn)期間當(dāng)?shù)貧鉁?、降雨量及其月際間分配為長江流域棉花豐產(chǎn)氣候類型[11]。本研究僅為1年的試驗(yàn)研究結(jié)果，仍有待于進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。

一般來說，絕大部分由施肥盈余的化學(xué)肥料氮并不能在土壤中累積起來，而是以各種途徑如進(jìn)入大氣或水體環(huán)境損失[12]，當(dāng)季殘留在土體中的硝態(tài)氮雖然可以被下一季作物吸收利用，但因其易隨水下移而對地下水環(huán)境造成潛在威脅[13-15]，所以在生產(chǎn)上提倡將氮肥按照當(dāng)季作物需要分次施用。土壤氮素肥力的提升往往通過提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的途徑來實(shí)現(xiàn)。已有研究表明，在減少施氮次數(shù)的條件下，可以用緩控釋氮肥代替普通尿素，同時達(dá)到不減少甚至是增產(chǎn)以及提高當(dāng)季氮肥利用率的效果[16-18]，因此，緩控釋氮肥的應(yīng)用已成為當(dāng)前棉花輕簡化栽培技術(shù)措施之一。

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