氮磷減量與液體有機肥配施對膜下滴灌棉田土壤養(yǎng)分的影響

李 源，李青軍，2，張 炎，2，哈麗哈什·依巴提，2，王愛蓮

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，新疆烏魯木齊，830091;2.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，新疆烏魯木齊830091;3.阿瓦提縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆阿瓦提843200)

化肥為作物生長提供了必要的養(yǎng)分，而過量施用化肥可能導致土壤質(zhì)量的下降并引起環(huán)境問題，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［1］。有機肥中含有的養(yǎng)分以及礦質(zhì)元素對活化土壤中的酶、微生物以及養(yǎng)分具有重要作用［2-3］，但其存在養(yǎng)分含量有限且肥效時間較長等問題。近年來，許多學者研究認為［4-6］，化肥減量配施有機肥可以提高土壤中的有效養(yǎng)分含量，使作物能夠充分吸收養(yǎng)分，提高肥料利用率，從而減少過量施用化肥對環(huán)境造成的污染。因此，在保證高產(chǎn)高效的同時，如何減少化肥的施用是目前新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需解決的關(guān)鍵問題之一。有研究表明，有機肥能有效提高土壤中氮、磷、鉀等養(yǎng)分元素含量以及微生物的數(shù)量［7］，同時改變土壤理化性質(zhì)［8］。Bohme 等［9］研究發(fā)現(xiàn)，對比單施化肥，施用有機肥能顯著增加土壤的養(yǎng)分含量。林瑞余等［10］研究表明，有機肥的配施可以增加土壤中酶活性，對養(yǎng)分有一定活化作用，能促進作物對養(yǎng)分的有效吸收。然而，單純施用有機肥雖然有益于土壤的可持續(xù)利用，但對作物產(chǎn)量的提高效果較差。近年來，通過對玉米與小麥等進行肥料試驗發(fā)現(xiàn)［11-15］，有機肥與化肥進行配施，可以提高作物對營養(yǎng)元素的吸收和運輸，進而提高營養(yǎng)元素的有效性［15］。

新疆是中國最大的優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)地，在棉花的生產(chǎn)種植過程中施用氮肥以尿素為主，由于新疆干旱的氣候特征不利于肥料的吸收，大量尿素隨水流失，對經(jīng)濟和環(huán)境造成嚴重影響。本文研究了氮磷減量與液體有機肥配施對新疆滴灌棉田土壤養(yǎng)分的影響，旨在為滴灌棉田化肥減量配施有機肥篩選最佳的有機肥種類和配施比例。

1 材料和方法

1.1 試驗概況

試驗于2017年在新疆昌吉市華興農(nóng)場(44°13＇37″N，87°17＇36″E)進行，年降雨量 280 mm，年均無霜期170 d，年均≥10℃積溫3 300℃。棉花供試品種為新陸早57號，1膜6行種植，行距配置10 cm+66 cm，株距10 cm，小區(qū)面積54 m2。4月18日播種，4月27日出苗，生育期灌溉10次，總灌水量280 m3。土壤類型為潮土，播前土壤養(yǎng)分狀況見表1。

氨基酸有機肥由江陰市聯(lián)業(yè)生物科技有限公司生產(chǎn)，黃腐酸有機肥為新疆新型肥料研究中心中試產(chǎn)品，沼液有機肥由新疆五豐生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)11個處理，各處理重復3次，隨機區(qū)組排列(表2)。各處理的氮肥用尿素(含N 46%)，分別在棉花蕾期、花期、鈴期隨水滴施2次，共施6次;磷肥用三料磷肥(含P2O546%)全部基施。各處理的黃腐酸(FA，有效成分10%)、氨基酸(AA，有效成分6%)和沼液(BS，有效成分6%)分別在棉花蕾期和花期隨水滴施。

1.3 取樣與測定方法

土樣采集:分別于蕾期(6月20日)、花期(7月2日)、吐絮期(9月9日)在各試驗小區(qū)按S型多點采集0～20、20～40 cm土層土壤混合樣，帶回實驗室風干，揀去植物根系、動物殘體和石塊等雜物，研磨備用。

土壤pH值測定:稱取5 g過2 mm篩的風干土樣，加入25 g去除CO2的蒸餾水(pH=7.0)，攪拌20 min，靜止沉淀后，用酸度計測試上清液的pH值，即為土壤的pH值。

土壤養(yǎng)分測定:有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法;速效氮采用堿解擴散法;速效磷采用pH值8.5的 0.5 mol·L-1NaHCO3法;速效鉀采用NH4OAc浸提，火焰光度法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

文中圖表利用Microsoft Excel 2003制作，試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件進行方差分析和多重比較 (LSD法)。

表1 0～40 cm土層土壤基本理化性質(zhì)Table 1 The physical and chemical properties of 0～40 cm soil layer

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷減量配施有機肥對土壤pH的影響

由表3可以看出，蕾期0～20 cm土層，氮、磷減量配施中量和高量黃腐酸、沼液有機肥4個處理(80%NP+MFA、80%NP+HFA、80%NP+MBS、80%NP+HBS)比NP處理顯著降低了土壤pH值，但4個處理間無顯著差異;20～40 cm土層80%NP+HAA和80%NP+HBS處理pH值顯著高于80%NP+MFS，其他各處理間土壤pH值無顯著差異。花期0～40 cm土層，總體上各處理間無顯著差異。成熟期0～20 cm土層氮、磷減量配施中量和高量黃腐酸、沼液有機肥4個處理比NP處理顯著降低了土壤pH值，但4個處理間無顯著差異;20～40 cm土層各處理間土壤pH值與NP處理無顯著差異。整個生育期0～40 cm土層80%NP處理土壤pH與NP處理無顯著差異。

2.2 氮、磷減量配施有機肥對土壤有機質(zhì)的影響

由表4可以看出，蕾期各處理間土壤有機質(zhì)含量無顯著差異。花期0～20 cm土層氮、磷減量配施中量和高量沼液有機肥2個處理(80%NP+MBS、80%NP+HBS)對土壤有機質(zhì)含量的提升顯著高于NP及其它各處理，比NP分別提高了17.75%、20.01%，且兩者間差異不顯著，其它各處理間無顯著差異;20～40 cm土層各處理間無顯著差異。成熟期0～20 cm土層氮、磷減量配施中量和高量沼液2個處理(80%NP+MBS、80%NP+HBS)對土壤有機質(zhì)含量的提升顯著高于NP及其它各處理，分別比NP提高了19.1%、20.03%，兩者間差異不顯著，且其它各處理間無顯著差異;20～40 cm土層各處理間無顯著差異。整個生育期0～40 cm土層80%NP處理土壤有機質(zhì)含量與NP處理間無顯著差異。

2.3 氮、磷減量配施有機肥對土壤速效氮的影響

由表5可以看出，蕾期0～20 cm土層氮、磷減量配施中量和高量氨基酸、黃腐酸、沼液6個處理(80%NP+MAA、80%NP+HAA、80%NP+MFA、80%NP+HFA、80%NP+MBS、80%NP+HBS)對土壤速效氮含量的提升顯著高于NP處理，且配施高量有機肥處理顯著高于中量有機肥處理，配施低量有機肥處理顯著低于NP處理;20～40 cm土層各處理間無顯著差異。花期和成熟期0～40 cm土層內(nèi)土壤速效氮含量各處理間總體無顯著差異。整個生育期0～20 cm土層80%NP處理土壤速效氮含量顯著小于NP處理。

表2 試驗肥料配置表Table 2 Fertilizer configuration table

2.4 氮、磷減量配施有機肥對土壤速效磷的影響

由表6可以看出，蕾期0～40 cm土層氮、磷減量配施中量和高量氨基酸、黃腐酸、沼液6個處理(80%NP+MAA、80%NP+HAA、80%NP+MFA、80%NP+HFA、80%NP+MBS、80%NP+HBS)對土壤速效磷含量的提升顯著高于NP處理，且配施高量有機肥處理顯著高于中量有機肥處理，配施低量有機肥與NP處理間無顯著差異。花期0～40 cm土層氮、磷減量配施高量氨基酸、黃腐酸、沼液處理(80%NP+HFA、80%NP+HBS、80%NP+HBS)對土壤速效磷含量的提升顯著高于NP處理，且配施高量有機肥處理顯著高于中量有機肥。成熟期0～40 cm各處理間無顯著差異。

2.5 氮、磷減量配施有機肥對土壤速效鉀的影響

由表7可以看出，蕾期、花期0～40 cm土層各處理間土壤速效鉀含量無顯著差異。成熟期(0～20 cm土層)氮、磷減量配施中量、高量黃腐酸或沼液4個處理(80%NP+MFA、80%NP+HFA、80%NP+MBS、80%NP+HBS)土壤速效鉀含量顯著高于NP處理，但4個處理間無顯著差異;20～40 cm土層不同處理間無顯著差異。

表3 不同生育期各處理0～40 cm土層土壤pH值Table 3 The pH values in 0～40 cm soil layer at different growth stages

表4 不同生育期各處理0～40 cm土層土壤有機質(zhì)含量Table 4 Organic matter contents in 0～40 cm soil layer at different growth stages

表5 不同生育期0～40 cm土層土壤速效氮含量Table 5 Available N contents in 0～40 cm soil layer at different growth stages

表6 不同生育期0～40 cm土層土壤中的速效磷含量Table 6 Available P contents in 0～40 cm soil layer at different growth stages

表7 不同生育期0～40 cm土壤中的速效鉀含量Table 7 Available K contents in 0～40 cm soil layer at different growth stages

3 討論

本研究中，氮磷減量配施中量和高量黃腐酸、沼液有機肥對降低蕾期、成熟期0～20 cm土層土壤pH 值效果顯著，這與李靜［16］、徐大兵等［17］的研究結(jié)果相似。通過添加黃腐酸或沼液有機肥，增強了根區(qū)土壤的固氮作用，進而導致棉花根區(qū)的酸化，而根區(qū)較低的pH值有利于各種養(yǎng)分元素的溶解以及酶活性的增加，使得棉花根系更容易對養(yǎng)分進行吸收利用［18］。此外，配施中量與高量黃腐酸、沼液處理間并無顯著差異，表明添加中量的黃腐酸或沼液同樣能起到降低土壤pH值的效果。

蕾期各處理間土壤有機質(zhì)含量無顯著差異，主要原因在于蕾期滴灌追施有機肥的量較少(總量的一半)，土壤有機質(zhì)變化不顯著。花期追施有機肥與蕾期的效果進行了疊加，顯著增加了有機質(zhì)，這種效果一直持續(xù)到成熟期。花期、成熟期0～20 cm土層氮、磷減量配施中量和高量沼液處理對土壤有機質(zhì)含量的提升效果顯著，中量和高量沼液處理兩者間無顯著差異，這與鄒原東［19］研究結(jié)果類似，說明氮、磷減量配施沼液能促進土壤有機質(zhì)含量的升高。這是因為有機肥中本身含有大量的有機質(zhì)和微生物，通過礦化作用和腐殖化增加了土壤有機質(zhì)的含量。由于配施中量與高量沼液處理間有機質(zhì)含量差異不顯著，因此配施中量沼液即可達到增加土壤有機質(zhì)含量的目的。20～40 cm土層各處理間無顯著差異。整個生育期0～40 cm土層80%NP處理土壤有機質(zhì)含量與NP處理無顯著差異。

前人研究表明，有機肥施用顯著促進了土壤氮素的積累［20-21］。在蕾期0～20 cm土層速效氮、速效磷含量在氮、磷減量配施中量和高量氨基酸、黃腐酸、沼液處理顯著高于NP處理，且配施高量有機肥處理速效氮、速效磷含量顯著高于中量有機肥。在花期0～40 cm土層內(nèi)，速效氮含量各處理間總體無顯著差異，這是因為蕾期滴灌追施氮肥較少，有機肥活化速效氮的效果顯著。隨著氮肥總量的增加，有機肥活化速效氮的效果被追施的氮肥所掩蓋，造成花期和成熟期土壤速效氮差異不顯著;速效磷含量在常規(guī)施肥減量配施高量氨基酸、黃腐酸、沼液處理下均顯著高于NP處理，這是因為磷肥在播種前全部基施，磷被大量的固定到土壤中，而在蕾期和花期滴灌追施有機肥活化了土壤速效磷，且效果顯著。速效鉀在蕾期、花期0～40 cm土層各處理間無顯著差異;成熟期氮磷減量配施中量和高量黃腐酸、沼液處理對提高0～20 cm土層土壤速效鉀含量效果顯著，這是因為土壤基礎(chǔ)速效鉀含量高，使得蕾期、花期各有機肥處理的活化效果不顯著，隨著棉花生長，各處理棉花對鉀素吸收的不均衡造成了成熟期速效鉀的差異，但不同有機肥配施處理間無顯著差異。

綜上所述，有機肥替代部分無機肥能保證在一定程度上提高土壤肥力，其中，氮、磷減量配施中量和高量沼液能夠保持土壤肥力，提高土壤養(yǎng)分含量。但隨著土層的加深，各處理養(yǎng)分含量均逐漸降低，說明隨著土層的加深，有機肥的影響也隨之減弱，這與孫福來的研究結(jié)果一致［22］。因此，在新疆滴灌棉田中選擇施用氮、磷減量20%配施中量或高量沼液是活化土壤養(yǎng)分，從而提高棉花產(chǎn)量和肥料利用率的有效途徑。

4 結(jié)論

1)0～20 cm土層，棉花蕾期時80%常規(guī)施肥配施中量和高量黃腐酸、沼液有機肥顯著降低了土壤pH值;80%常規(guī)施肥配施高量氨基酸、黃腐酸、沼液對提高土壤速效氮、速效磷效果最好。花期時80%常規(guī)施肥配施中量和高量沼液能顯著提高土壤有機質(zhì)含量;80%常規(guī)施肥配施高量氨基酸、黃腐酸、沼液對提高土壤速效磷含量效果最好。成熟期時80%常規(guī)施肥配施中量和高量黃腐酸、沼液有機肥顯著降低了土壤pH值，同時顯著提高了土壤速效鉀含量;氮磷減量配施中量和高量沼液處理顯著提高土壤有機質(zhì)含量。

2)20～40 cm土層，蕾期和花期時80%常規(guī)施肥配施高量氨基酸、黃腐酸、沼液對提高土壤速效磷含量效果最好。

綜上，80%常規(guī)施肥配施高量沼液，既能活化土壤氮、磷、鉀，又能穩(wěn)定氮、磷、鉀養(yǎng)分的供應(yīng)，是新疆滴灌棉田提高土壤肥力和肥料利用率的有效途徑。