不同滴灌施肥裝置施肥對棉花植株生長及產量的影響

朱 鵬，王 飛，溫鵬飛，陳 劍，呂 新

(石河子大學新疆生產建設兵團綠洲生態(tài)農業(yè)重點實驗室,新疆 石河子 832003)

棉花種植是新疆的優(yōu)勢特色產業(yè)，種植面積約為全國的1/3，產量占全國50%以上，是我國最大的優(yōu)質商品棉生產基地[1]。而棉花種植施肥大多數(shù)采用膜下滴灌施肥，在生育期內要施肥多次[2,3]。隨著現(xiàn)代新型設施農業(yè)、節(jié)水農業(yè)以及膜下水肥一體化灌溉技術的迅速發(fā)展，就目前新疆棉花施肥而言應用最廣泛的壓差式滴灌施肥裝置對于動態(tài)的控制施肥量、降低勞動強度及實現(xiàn)灌溉自動化等還存在著很多不足之處，為此一種可以自動精準控制施肥量和施肥濃度變化的施肥裝置誕生成為一種必然趨勢[4]。

陳劍、封俊、沈雪民等研究表明長期以來在大田滴灌模式下使用的壓差式滴灌施肥裝置，沒有形成統(tǒng)一施肥時間與施肥濃度控制的標準[5]。同時壓差式施肥裝置在施肥過程中，由于水壓差作用，水流不斷進入罐內稀釋肥料，為此輸出的肥液濃度在開始一段時間內濃度過大，到后面幾乎為零，造成對棉花滴灌施肥濃度不均勻；且壓差式滴灌施肥裝置施肥所需固體顆粒肥料需人工添加，而造成固體肥料的添加時間不確定，出現(xiàn)器械空載運作等不良狀態(tài)[6]。在壓差式滴灌施肥裝置的基礎上陳劍等研制了適應于棉花滴灌施肥的密封活塞式滴灌施肥裝置，此裝置是通過機械記憶來調節(jié)配肥時間和施肥濃度對棉花間斷定量施肥[7,8]。但上述裝置在針對目前棉花種植面臨的種植區(qū)域內土壤肥力不均勻、人為盲目施肥而造成肥料的過度浪費和農田土壤生態(tài)環(huán)境破壞等現(xiàn)象沒有得到徹底解決。為此本文作者在他們的研究基礎之上根據棉花長勢、種植區(qū)域內土壤肥力和植株含氮量等參數(shù)設計了一種濃度自控式滴灌施肥裝置來實現(xiàn)對棉花高精度、高均勻度施肥[9,10]。濃度自控式滴灌施肥裝置對棉花施肥可以顯著提高肥料利用率和棉花產量[11-13]，有按需施肥、精準施肥、均勻施肥、高效環(huán)保等特點[14,15]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2014年4-11月在新疆石河子大學大田小區(qū)農學實驗站進行。石河子位于新疆北部，年平均降雨量 250 mm，年平均蒸發(fā)量1 250 mm，平均海拔 300～500 m，冬季長而嚴寒，夏季短而炎熱，年平均氣溫 7.5～8.2 ℃，最高達到 37.9 ℃，最低為-34.6 ℃，日照時長為 2 318～2 732 h,無霜期為147～191 d，土壤質地類型為壤土。播種前采集基礎土樣，供試土壤類型為壤土，沙粒43.14%,粉粒38.64%，黏粒18.22%，pH值為7.71，有機質含量15.58 g/kg,有效氮74.29 mg/k g，速效磷23.14 mg/kg，速效鉀166.7 mg/kg。試驗用棉花品種為新陸早48號 (XLZ48)，采用地膜覆蓋(膜寬2.05 m)一膜雙滴管布置方式，棉花種植面積約為2 001 m2。

試驗采用3種不同滴灌施肥裝置，分別為壓差式滴灌施肥裝置(CK)，它是銜接在灌溉水主管道上的一個固體肥料貯存?zhèn)}，通過與灌溉水管道產生壓力差使得灌溉水進入固體肥料倉與固體肥料混合溶解后由水壓差送入灌溉水管而實現(xiàn)施肥；密封活塞式滴灌施肥裝置(Drip fertigation device of Sealing piston type)文中簡稱D1，是一套與滴灌首部施肥管路相接，通過機械記憶調節(jié)配肥時間和施肥濃度來對棉花間斷定量施肥的裝置；濃度自控式滴灌施肥裝置(Drip fertigation device of concentration self-control type)文中簡稱D2，是根據種植區(qū)域內棉花長勢、土壤肥力和植株含氮量來確定棉花所需肥料量，然后通過自控系統(tǒng)配制高濃度液體肥料和控制稀釋用水流量來改變灌溉主管道內肥液濃度以實現(xiàn)按需施肥、精準施肥、均勻施肥。

1.2 試驗設計與管理

試驗設3個處理，共3個小區(qū)。小區(qū)面積約677 m2,每個施肥裝置控制一個小區(qū)施肥。滴灌帶選用型號為200-2.5單翼迷宮式滴灌帶，內徑16 mm，壁厚0.18 mm，滴頭間距200 mm，滴孔流量2.0 L/h，工作壓為0.08～0.10 MPa，出水均勻度達91%以上，最大鋪設長度為40 m。考慮到連作棉田土壤速效磷逐年積累，含量較高，試驗中不再追加磷肥。試驗用肥氮肥為尿素(N46%)，棉花整個生育期內施肥量和施肥次數(shù)見表1。病蟲害及農藥等其他管理按照棉花種植常規(guī)方法種植。試驗開始時采集土樣進行土壤養(yǎng)分含量分析，在棉花生長的不同生育期內根據棉花長勢、種植區(qū)域內土壤肥力和植株含氮量來確定所需施肥量。3種裝置對棉花的施肥量均相同(CK和D1裝置的施肥量通過人工調控)，嚴格按照棉花生育期內每次施肥和灌水的指標進行。在每次施肥開始之前采樣，周期為15 d(在這15 d內灌水1次，不施肥不采樣)。

表1 整個生育期內施肥量和施肥次數(shù)Tab.1 The whole growth period of fertilization and fertilization times

1.3 棉花生長狀況與產量測定

本試驗棉花種植于2014年4月22日，在棉花的不同生育階段對處理小區(qū)進行生長狀況的觀測，在每個處理小區(qū)選取長勢均勻,有代表性的10株(沿著滴灌帶鋪設的方向每4 m采集一顆植株)棉花植株。取其倒4葉，用KONICAMINOLTA葉綠素儀(SAPD-502plus)進行葉綠素含量測定。然后將植株沿著水平地面用果枝鉗剪斷，帶回試驗室洗凈,用濾紙吸干。測量植株株高；在MSD-971葉面積分析儀上測定葉面積；數(shù)出葉片數(shù)、蕾數(shù)、花數(shù)、鈴數(shù)、果枝數(shù)；然后將植株的所有器官分開,秤量各器官鮮重；再放入105 ℃烘箱中30 min殺青,80 ℃(7～8 h)烘干,稱干重。將植株干樣器官粉碎,用H2SO4-H2O2法消化,在BUCHI-350全自動定氮儀上測定各器官的全氮含量，最后在棉花吐絮期采樣測產，來預測棉花產值效益。采用SPSS17.0軟件對試驗數(shù)據進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同滴灌施肥裝置施肥對棉花長勢的影響

棉花植株生長狀況的好壞將直接影響棉花產量的高低和品質的優(yōu)劣。在蕾期對棉花長勢的調查結果(表2)表明，不同滴灌施肥裝置施肥對棉花株高、葉片面積、果枝數(shù)、蕾數(shù)等的作用效果差異顯著。其中在D1和D2施肥裝置施肥條件下，棉花葉面積、果枝數(shù)、蕾數(shù)均顯著高于CK施肥裝置。 D2裝置在株高和葉干重上顯著大于D1與CK裝置。D1和D2之間比較，葉面積、果枝數(shù)、蕾數(shù)表現(xiàn)為差異不明顯。總體而言，與CK比較，施肥裝置D1與D2對棉花長勢的影響較大，通過促進有效葉面積、蕾數(shù)的增加，來促進棉花生長，為后期棉花結果打下了較好的基礎。

表2 棉花蕾期不同施肥裝置施肥下棉花長勢Tab.2 The cotton bud stage under different fertilizationdevice fertilization of cotton growth

注:表中數(shù)據為10次重復的平均值±標準誤差，每一列數(shù)據后不同字母表示差異達5%顯著水平，下同。

棉花葉片葉綠素含量是棉花氮素營養(yǎng)狀況最靈敏的指示器官之一，通過測定棉花植株葉片SPAD值可以了解棉花在不同施肥裝置施肥下植株的氮素營養(yǎng)狀況，也為植株生長施肥決策提供參考。一般情況下，作物追施氮肥后3～8 d就可以用SAPD-502葉綠素計測出葉片“綠色度”的變化。在棉花生長期各階段施肥測定SPAD值的結果(表3)表明，各處理SAPD值隨著棉花的生長均呈現(xiàn)上升趨勢。D1、D2的施肥棉花葉片SPAD值顯著高于CK施肥，但前二者之間比較無明顯顯著性差異。至打頂后半個月時，三者之間比較無顯著性差異。這表明，通過生長前期滴灌施肥管理，D1與D2表現(xiàn)出更好的長勢，至生長后期，各裝置施肥SPAD值變化趨于平緩，植株開始進入果實發(fā)育期。

表3 不同施肥裝置施肥下棉花倒4葉的SPAD值Tab.3 Different fertilizing device fertilization ofcotton under inverse 4 leaf SPAD values

2.2 不同施肥裝置對棉花產量的影響

棉花的鈴數(shù)、鈴干重是影響棉花產量的重要參數(shù)。從表4可以看出，D2裝置在前期對棉花棉鈴數(shù)的影響明顯高于CK、D1裝置，而CK與D1之間差異不明顯。在中后期D2裝置施肥對棉鈴數(shù)的影響明顯高于D1，同時D1施肥裝置施肥對棉花棉鈴數(shù)的影響明顯高于CK。由此可得出D1、D2施肥裝置對棉花棉鈴個數(shù)的影響均顯著大于CK處理，D1和D2裝置相比較，D2裝置的效果顯著高于D1處理。可以看出，與CK裝置比較，D1、D2施肥裝置對棉花產量形成因素棉鈴個數(shù)產生了顯著影響。

表4 不同施肥裝置施肥對棉花棉鈴數(shù)的影響Tab.4 Effect of different fertilization fertilizationon cotton boll number device

從表5數(shù)據可以看出，D2裝置施肥與D1裝置施肥在前期對棉花棉鈴干重的影響差異不明顯，但均比CK裝置明顯。在中后期D2裝置施肥對棉鈴干重的影響明顯高于D1，同時D1明顯高于CK。由此可得出D1、D2施肥裝置對棉花棉鈴干重的影響均顯著大于CK，D1和D2裝置相比較，D2的效果顯著高于D1。由此可得，與CK裝置比較，D1、D2施肥裝置對棉花產量形成因素棉鈴干重產生了顯著影響。

從不同滴灌施肥裝置施肥棉花產量的測產結果(籽棉產量，表6)來看，在D1和D2施肥裝置下，棉花產量顯著高于CK處理，前兩者與后者比較，分別增產8.6%和11.7%。D1和D2施肥裝置相比較，D2裝置的棉花產量高于D1裝置。

表5 不同施肥裝置施肥對棉花棉干重的影響Tab.5 Effect of different fertilization devicefertilization on dry weight of cotton

表6 不同滴灌方式下的棉花產量Tab.6 The yield of cotton under differentdrip irrigation patterns of results

2.3 不同施肥裝置經濟效益的分析

從表7的數(shù)據看，就生產成本而言，與常規(guī)CK裝置施肥相比，D1和D2裝置施肥的成本有所增加，其中的增加成本主要源于設備和電費的支出。后二者相比較，D1裝置施肥節(jié)約生產成本效果最好。在產值方面，受2014年整體棉花市場價格低迷影響，導致純收益下降，其中以CK裝置施肥所獲利潤最低。D1、D2裝置施肥所獲利潤與CK比較，經濟效益因產量增加而明顯上升，其中以D2施肥裝置施肥純收益增加最高。因此認為，D2施肥裝置具較好的推廣應用前景。

表7 不同施肥裝置下棉花的生產效益比較Tab.7 Comparison of cotton production efficiencyunder different fertilization device

注：表內數(shù)據以2014年當時的市場價格計，棉花收購價7.5元/kg。

3 結 論

本研究采用田間試驗，在新疆石河子大學農學院實驗站等量施肥條件下，分別應用了CK、D1和D23種滴灌施肥裝置，通過棉花植株長勢、果實生長性狀及產量經濟效益分析等指標來反映施肥裝置的施肥效應。認為在不同灌溉施肥裝置施肥下，D1和D22個施肥裝置較CK施肥裝置對棉花施肥具有較高的生長性狀和產量效益，同時其產量顯著增加，增產率分別為8.6%、11.7%。D1、D2施肥裝置具有施肥量和施肥濃度可控等效果，其作用因控制方式和決策系統(tǒng)的不同而不同。D1、D2施肥裝置對株高、葉面積、果枝數(shù)、葉片SPAD值含量影響明顯，表征其具較好的生長勢，并表現(xiàn)出較好的生長性狀，為后期棉花發(fā)育打下了較好的基礎。其中D2施肥裝置施肥對棉花棉鈴數(shù)、棉鈴干重的影響為最高，表征其對構成 棉花產量的重要參數(shù)產生了較好的效果，產量較CK、D1顯著增加，增產率為最高，綜合經濟效益最佳。

試驗結果表明，在相同供肥水平下D2施肥裝置取得了顯著的增產效果和經濟效益，這充分說明在D2施肥裝置施肥下，對棉花施肥濃度和均勻度控制更為精準，使得覆蓋在根系集中區(qū)域的肥液濃度均勻，更適應根系對養(yǎng)分的截獲，保證了棉花植株的生長發(fā)育和產值效益，為此D2施肥裝置具較好的推廣應用前景。

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