2種材料與復合肥配施對提高棉花氮肥利用率的影響

李萬濤，王開勇

(石河子大學農學院，新疆 石河子 832000)

【研究意義】新疆是世界典型的干旱半干旱地區，豐富的光熱資源使該區成為全國最大的商品棉生產與出口基地，棉花已成為新疆不可替代的支柱產業[1]，棉花的經濟主導地位導致生產過程中肥料大量投入，而肥料利用率并沒有隨之增加。研究表明[2-4]氮素不僅對棉花的生長發育起著決定性的作用，還對棉花的產量與品質有直接影響。【前人研究進展】國內外針對已有腐植酸及PAM(聚丙稀酰胺)類材料的研究基本傾向于保水劑和功能型肥料。腐植酸具有改善土壤環境、刺激植物生長、增強植物抗逆性、提高產量、品質及肥料利用效率等功效，但目前市場上農用腐植酸均以風化煤、泥炭等為原料；高分子材料能增加土壤團聚體、改善土壤肥力、促進作物生長、改善生理提高產量、提高肥料利用率[5-6]，長久以來高分子材料在農業上作為保水劑材料使用廣泛，但在棉花上的研究鮮有報道。【本研究切入點】本文使用的棉粕腐植酸以棉粕為原料提取而成，將棉田資源充分循環利用，PPMn型高分子材料是針對PAM不能隨水施用的缺點進行合成改進，通過大田小區試驗，主要針對基于棉粕的腐植酸和PPMn型高分子材料與無機肥料配施對棉花植株氮素吸收利用效率的影響，探索這2種新型材料與復合肥配施對棉田的作用機理，【擬解決的關鍵問題】為新疆棉花高效施氮技術和合理使用新型材料提供科學依據和實踐經驗。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2015年在新疆石河子大學試驗站進行(N44°18′42.37″，E86°03′20.72″)，前茬作物為玉米，土壤類型為灰漠土，土壤質地為壤土，pH 7.76，鹽度(EC1:5) 0.28 dS /m，堿解氮55.2 mg/kg，速效磷10.3 mg/kg，速效鉀180 mg/kg，有機質14.2 g/kg。

1.2 試驗材料

供試品種為新陸早60(XLZ60)，供試肥料為常規復合肥(尿素、磷酸二氫鉀、硫酸鉀，N-P-K=18-11-11)；材料1：以棉粕為原料提取的腐植酸，腐植酸含量為30 %，用量為100 L/hm2；材料2：PPMn型高分子材料，含量為2 %，用量為600 L/hm2。

1.3 試驗設計

小區試驗在4月25日播種，試驗設置5 個處理：CK(不施肥)處理、S(常規復合肥)處理、P(PPMn型高分子材料+復合肥)處理、H(棉粕腐植酸+復合肥)處理、P+H(PPMn型高分子材料+棉粕腐植酸+復合肥)處理，施氮量為300 kg/hm2，按當地大田管理隨水滴施(表1)，灌水周期為7 d。田間隨機區組排列，重復3次，利用watermark監控水分下滲。

1.4 樣品采集與測定

分別在棉花苗期(6月10日)、盛蕾期(6月26日)、盛花期(7月14日)、盛鈴期(8月18日)和成熟期(9月5日)滴水施肥5 d后取植株樣，分解器官烘干稱重 (105 ℃殺青30 min，再以75 ℃烘至恒重)，測取各棉株器官全氮含量，同時取土壤樣品測速效氮含量，速效氮(含硝態氮)采用堿解擴散法；植株全氮使用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法；于9月下旬實際測產。

1.5 計算方法

氮肥利用率(%)=(施氮處理作物吸氮量-不施氮處理作物吸氮量)/施氮量×100 %

(1)

氮肥農學效率(kg/kg)= (施氮區籽棉產量-無氮區籽棉產量) /施氮量

(2)

籽棉產量=667m2株數×單株鈴數×單鈴重

(3)

1.6 數據分析

對不同施肥處理、生育時期之間的差異進行方差分析，采用Duncan 法比較施肥處理之間的差異顯著性，相關性分析用全部觀測值進行。所有數據的統計分析和繪圖運用Excel 2003、SPSS 19.0。

2 結果與分析

2.1 不同材料處理下土壤速效氮分布狀況

2.1.1 不同處理下0～20 cm土層速效氮含量 由圖1可知，不同處理下棉花各時期的土壤速效氮基本表現為苗期知花期先增大后減小，花期至成熟期先增大后減小，對照處理各個時期速效氮含量低于新型材料處理最低達到41.2 mg/kg。苗期S處理、P處理、H處理速效氮含量差異不大，均約為65 mg/kg，顯著高于P+H處理和CK處理；蕾期P處理和H處理的速效氮含量顯著高于其他處理，P+H處理含量高于S處理但差異不顯著，CK處理速效氮含量顯著低于其他處理；花期各處理速效氮含量均為各時期最低，S處理速效氮含量最高，達到50.4 mg/kg，P處理、H處理、P+H處理、CK處理之間差異不顯著；鈴期CK處理速效氮含量為61.5 mg/kg，顯著高于S處理，P+H處理含量最高，H處理高于P處理；成熟期各處理的速效氮含量表現為P處理>S處理>H處理>P+H處理>CK，P處理速效氮含量達到最大水平為73.9 mg/kg。總體來看，各時期不同處理速效氮含量狀況各不相同，但前期P處理和H處理高于其他處理，后期P+H處理也表現出一定的優勢。

表1 棉花生育期間灌水量和肥料追施分配

圖1 不同材料處理下棉花各時期土壤0～20 cm土壤速效氮含量Fig.1 Available nitrogen contents of 0-20 cm soil in different periods of cotton with different materials

2.1.2 不同處理下20～40 cm土層速效氮含量 由圖2可知，隨著棉花生育期的推進各處理20～40 cm速效氮含量變化整體幅度小于0～20 cm土層。苗期P處理、H處理、P+H處理速效氮含量均高于50 mg/kg，顯著高于S處理與CK；蕾期速效氮含量P處理、H處理、P+H處理之間差異不顯著，S處理與CK之間出現差異，但差異并不顯著；花期各處理速效氮含量差異不顯著，含量分布在30.7～48.9 mg/kg之間，其中P處理最高；鈴期速效氮含量P處理、H處理、P+H處理之間差異不大但顯著高于S處理與CK，P處理含量達到62.3 mg/kg為全生育期最高，S處理與CK 之間差異不顯著；成熟期S處理、P處理、H處理、P+H處理之間差異不大，CK顯著低于其他4個處理。總體來看，P處理、H處理、P+H處理在速效氮含量上明顯高于S處理與CK，雖然有不高與S處理的現象，但差異并不顯著。

圖2 不同材料處理下棉花各時期土壤20～40 cm土壤速效氮含量Fig.2 Available nitrogen contents of 20-40 cm soil in different periods of cotton with different materials

圖3 不同材料處理下棉花各時期土壤40～60 cm土壤速效氮含量Fig.3 Available nitrogen contents of 40-60 cm soil in different periods of cotton with different materials

2.1.3 不同處理下40～60 cm土層速效氮含量 由圖3可以看，出棉花各個時期土壤40～60 cm土層速效氮含量最高可達到45.6 mg/kg，最低為20.4 mg/kg，各處理之間差異較之其他土層小。苗期S處理、P處理、P+H處理速效氮含量顯著高于S處理與CK ，P處理含量為各生育期最高，H處理速效氮含量為37.8 mg/kg顯著高于CK；蕾期P處理與H處理速效氮顯著高于其他處理，P+H處理速效氮含量為35.2 mg/kg與CK相近與S處理差異不大；花期CK的速效氮含量達到各生育期最低，P+H處理含量為36.9 mg/kg各處理最高，顯著高于S處理、P處理與H處理差異不大；鈴期P處理、H處理、P+H處理之間差異不大含量為34～35 mg/kg但顯著高于CK，此時S處理速效氮含量達到38.3 mg/kg顯著高于其他處理；成熟期S處理速效氮含量仍顯著高于其他處理，H處理顯著高于P+H處理和P處理，CK最低。總的來看，各個時期之間波動不大，S處理、P處理、P+H處理之間差異不大，S處理的速效氮含量較高。

2.2 不同材料處理對棉花干物質積累量的影響

由圖4可知，不同處理下棉花干物質積累量隨生育期呈“S”型變化規律，最高可達到19 980.9 kg/hm2。苗期各處理間干物質積累量沒有顯著差異，棉花進入蕾期，各處理開始呈現差異，此時H處理干物質積累量達到3576.6 kg/hm2，顯著高于其他處理，S處理、P處理、P+H處理之間差異不明顯，CK的干物質積累量最低；花期H處理的干物質積累量仍處于最高水平，P處理干物質積累量開始高于其他處理但差異不顯著；鈴期P+H處理干物質積累量達到全生育期各處理最大，顯著高于其他處理，P處理和H處理之間相差不大，均顯著高于CK，與S處理有差異但不顯著，進入成熟期后這種差異變得明顯；成熟期各處理間的干物質積累量表現為P+H處理>H處理>P處理>S處理>CK，CK處理的干物質積累量僅為8965.8 kg/hm2，除了P處理和H處理，其他處理的干物質積累量與鈴期相比均有所下降。總的來看，添加材料能夠明顯提高干物質積累量，H處理在各個生育期都表現出很強的優勢，P處理僅此之，P+H處理在棉花生育前期對干物質積累量的促進作用不如P處理和H處理，但花期之后P+H處理表現出這兩種處理不能企及的優勢。

圖4 不同材料處理下棉花各生育期干物質積累量Fig.4 Dry matter accumulation of cotton in different periods under different materials treatments

2.3 不同材料處理對棉花全氮積累量的影響

由圖5可以看出，棉花全氮積累量在棉花各生育期的變化趨勢為苗期至花期快速增長，花期至鈴期緩慢增長，鈴期至成熟期快速增長，最大可達到447.9 kg/hm2。棉花苗期各處理全氮積累量在27.5～34.1 kg/hm2之間，其中P處理最小H處理最大；蕾期P處理、H處理、P+H處理的全氮積累量為130 kg/hm2左右，差異不大，均顯著高于S處理，CK最小；花期P+H處理全氮積累量達到233.8 kg/hm2，遠大于其他處理，S處理為180.2 kg/hm2、P處理與H處理均為184.1 kg/hm2，CK顯著低于其他處理；鈴期各處理表現出與花期相同的現象，P+H處理的全氮積累量達到278.9 kg/hm2，S處理、P處理、H處理之間差異不大；成熟期P+H處理全氮積累量達到各生育期處理最大，顯著高于其他水平，P處理、H處理之間差異不大但顯著高于S處理，CK全氮積累量為276.8 kg/hm2顯著低于其他處理。總體來看P+H處理對植株全氮積累量影響最大，P處理與H處理在花期之前與P+H處理差別并不大，但后期差異越來越明顯。

圖5 不同材料處理下棉花各時期全氮積累狀況Fig.5 Total nitrogen accumulation of cotton in different periods with different materials treatments

2.4 不同材料處理對棉花產量及氮素吸收效率的影響

由表2可以看出，不同處理的棉花產量表現為P+H處理>H處理>P處理>S處理>CK，最高可達6077.7 kg/hm2，相對于CK，各處理的增產在25.3 %～41.9 %；對比不同處理之間的氮肥表觀利用率可知，P+H處理氮肥利用率最高，達到57.0 %，P處理和H處理差異不大，分別為37.7 %和38.8 %，S處理只有13.2 %；不同處理的氮肥農學利用效率大小規律與表觀利用效率相同，最高為P+H處理，達到5.93.6 kg/kg，P處理和H處理之間相差不大，分別為4.33.6 和4.63.6 kg/kg，S處理只有3.6 kg/kg。總之，P+H增產效果最好，最有利于提高氮肥利用效率，P處理和H處理次之，兩者相差不大，PPMn型高分子材料與棉粕腐植酸分別使氮的農學利用效率提高了19.4 %和27.8 %。

表2 不同處理下棉花產量及氮利用效率

3 討 論

3.1 PPMn型高分子材料與復合肥配合對棉田氮效應的影響

高分子材料在農業上的廣泛應用, 除了其具有很強的保水性能外, 還由于改善土壤、促進作物生長、提高產量和肥料利用率的作用。國內外有研究表明[7-10]高分子材料對植物具有促進生長、改善生理和提高產量等作用采用PAM 研制的緩釋肥料在國外已經商品化, 而我國這方面的研究工作仍然還處于初級階段。按照棉花各生育期土壤及植株氮的含量變化可以看出，將PPMn型高分子材料作為一種控釋材料和無機肥料配合施用于土壤中，對土壤的速效氮含量有一定的提升作用，各土層土壤速效氮含量最高分別為73.9、62.3、45.6 mg/kg，還可以提高作物干物質積累量，提高作物對土壤中速效養分的吸收，控制肥料養分緩慢釋放，降低肥料的淋洗，提高肥料的利用率。

3.2 棉粕腐殖酸與復合肥配合對棉田氮效應的影響

腐植酸與無機肥料配合用于復合肥可以刺激作物發育，促進作物生長，提高產量和作物對肥料養分的吸收效率。眾多研究結果表明[11-15]，腐植酸與無機養分有效絡合后能提高顆粒的水穩時間,改善養分的釋放過程，尤其腐植酸可以促進作物對尿素的吸收，提高肥料利用率。棉粕腐殖酸配合無機復合肥可以顯著提升土壤中速效氮含量，各土層土壤速效氮含量最高分別為70.8、60.2、40.3 mg/kg，有效降低了土壤養分淋洗，在作物生長前期提升作物對養分的積累速率，棉粕腐殖酸對氮肥利用效率的提升可能集中體現在對作物的刺激作用導致作物的吸收效率高于常規復合肥。

3.3 2種材料共同與復合肥配合對棉田氮效應的影響

棉粕腐殖酸和PPMn型高分子材料共同配合應用于復合肥表現出不同于單一材料的特點。在棉花生育前期，棉花的干物質積累量和全單積累量均低于單一材料，但是花期以后逐漸表現出優勢并且積累量遠高于單一材料處理下的棉花；在土壤速效氮含量上也比不過單一材料與復合肥配施，但分析不同土層的速效氮含量可以發現2種材料共同使用對肥料的淋洗作用有很大的削弱且削弱作用大于PPMn型高分子材料；結合同期土壤養分和植株養分可以發現，2種材料配合可以極大的刺激作物生長，控制肥料釋放速率，提升作物對養分的吸收和積累,各土層土壤速效氮含量最高分別為70.0、61.2、43.4 mg/kg。總體來講棉粕腐殖酸和PPMn型高分子材料配合應用于復合肥，可以極大促進作物生長、刺激作物對養分的吸收、提高產量和氮肥利用率。

4 結 論

棉粕腐植酸與復合肥配施可有效促進棉花生長，產量提升32.1 %。土壤速效氮含量最高為0～20 cm土層可達70.8 mg/kg，最低為40～60 cm土層為35.0 mg/kg，刺激植株對氮的吸收，氮肥利用率為38.8 %。

PPMn型高分子材料與復合肥配施可有效減少土壤養分的淋洗，提高氮肥利用率，土壤速效氮含量最高為0～20 cm土層可達到73.9 mg/kg，最低為40～60 cm土層，為26.6 mg/kg。棉花增產30.3 %，氮肥表觀利用效率為37.7 %。

2種材料與復合肥配施可有效促進棉花生長，提高棉花產量，提升氮肥利用效率，減少土壤氮的淋洗。棉花增產41.9 %，氮肥利用率提升至57.0 %，PPMn型高分子材料與棉粕腐植酸及兩者混合分別使氮的農學利用效率提高了19.4 %、27.8 %、63.9 %。

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