不同磷水平對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)和棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

摘要：本研究探討不同磷水平對(duì)北疆灰漠土棉田土壤化學(xué)性質(zhì)和棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響，為確定最佳施磷量和深入了解當(dāng)前棉田肥力及棉花生產(chǎn)狀況提供實(shí)踐指導(dǎo)。以“國家灰漠土肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)站”已進(jìn)行了5a的棉田土壤磷素肥力演替特征定位施肥試驗(yàn)為研究對(duì)象，本研究對(duì)不施肥、不施磷、常規(guī)施化肥磷100％、化肥磷減施25％、化肥磷增施25％、化肥磷增施50％處理的土壤化學(xué)性質(zhì)、磷素有效性特征和棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成進(jìn)行分析。結(jié)果表明：隨著施磷量的增加，有利于提升土壤養(yǎng)分含量。速效氮、有效磷、速效鉀增幅分別在3.0％-16.10％、29.20％-111.77％、70.10％-72.10％之間，各速效養(yǎng)分含量依次與施肥初期相比，年均最高分別增長(zhǎng)2.12、1.53、22.85 mg·kg-1。全氮、全磷、全鉀增幅分別在21.10％-35.10％、1.60％-54.0％、9.30％-10.90％之間，各全量養(yǎng)分含量依次與施肥初期相比，年均最高分別增長(zhǎng)0.03、0.06、0.41 g·kg-1。施磷150 kg·hm-2時(shí)，土壤有效磷含量和磷活化能力均顯著最強(qiáng)，磷活化系數(shù)達(dá)2.13％，有效促進(jìn)了土壤全磷向有效磷的轉(zhuǎn)化。隨著施磷量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量均在施磷150 kg·hm-2時(shí)顯著提升，增幅均在11.86％-36.50％之間，有機(jī)質(zhì)年均增長(zhǎng)0.33 g·kg-1左右，由于受北疆石灰性土壤自然特性和氣候條件限制，結(jié)合碳氮磷比表明土壤有機(jī)質(zhì)處于缺乏狀態(tài)。對(duì)土壤pH和總鹽分別呈下降和提升的趨勢(shì)，范圍分別在7.91-8.05和1.55-1.85 g·kg-1之間，但效應(yīng)均不顯著。連續(xù)5 a施磷150 kg·hm-2，能在確保棉株整個(gè)生育時(shí)期養(yǎng)分需求的同時(shí)節(jié)約磷肥用量且對(duì)棉花增產(chǎn)效果最佳，籽棉產(chǎn)量可達(dá)4 658 kg·hm-2，與不施肥、不施磷、常規(guī)施化肥磷100％相比，分別顯著增產(chǎn)16.83％、15.01％、11.63％。本研究綜合土壤養(yǎng)分、肥料投入、棉花產(chǎn)量指標(biāo)，得出在北疆灰漠土棉田施磷150 kg·hm-2較為可行。

關(guān)鍵詞：棉花；磷梯度；土壤化學(xué)性質(zhì)；碳氮磷比；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S562；S153.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）02-0378-11 doi：10.11654/jaes.2023-0495

新疆石灰性土壤其pH和CaCO3含量較高，使之成為我國典型的缺磷土壤之一。近30年來，化肥企業(yè)迅猛興起，農(nóng)田施肥量大幅提高，土壤全磷和有效磷水平也隨之提升，由于石灰性土壤對(duì)磷素的固持作用較強(qiáng)，施入土壤中的磷肥大部分與Ca2+發(fā)生反應(yīng)，至少有70％-90％的磷素被吸附-沉淀，轉(zhuǎn)化成難以被作物吸收利用的難溶性磷酸鈣鹽在土壤中累積，加上干旱缺水的自然條件導(dǎo)致農(nóng)田作物對(duì)磷肥的利用效率較低。另外，磷礦是磷素的主要來源，開采近83％的磷用于肥料加工，屬有限的自然資源，具有不可代替和不可再生性，合理施磷是延長(zhǎng)有限磷礦資源開發(fā)年限的前提。有研究表明，施磷能增強(qiáng)棉花對(duì)磷的吸收積累并促進(jìn)棉花增產(chǎn)，當(dāng)土壤全磷達(dá)到一定水平時(shí)，植物有效磷將隨土壤磷素積累的增幅明顯增強(qiáng)。當(dāng)施磷0-75、45-135 kg·hm-2，棉花可平均增產(chǎn)9.55％-17.66％、18.17％，有效提升了土壤肥力和棉花產(chǎn)量，施磷400 kg·hm-2時(shí)棉田土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量達(dá)最高值，施磷顯著增加了各生育期土壤堿解氮含量，施磷150 kg·hm-2時(shí)，棉田堿解氮含量最高，約增加了39.77％-126.43％，施磷對(duì)速效鉀無顯著影響。周寶庫等對(duì)黑土的長(zhǎng)期試驗(yàn)表明，相比不施肥，施磷顯著提升了土壤有效磷含量，增幅可達(dá)6-15倍。盡管磷肥是農(nóng)田肥料的主要來源，但盲目甚至過量施肥導(dǎo)致土壤肥力受阻，自然供給力下降的事實(shí)已有報(bào)道。新疆磷肥施用量由1979年的8.3 kg·hm-2增至2012的95.5 kg·hm-2，并以7.7％的遞增率逐年上升，但磷肥利用效率即便加上磷肥后效也不足50％。合理施磷能夠在提高土壤供磷強(qiáng)度的同時(shí)降低土壤磷環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，要實(shí)現(xiàn)棉田減磷增效，科學(xué)施磷是提升磷肥利用效率、保證棉花產(chǎn)量可持續(xù)發(fā)展和磷資源長(zhǎng)久利用的關(guān)鍵。本研究采用長(zhǎng)期性控制氮鉀等量的施肥方式，彌補(bǔ)了以往的磷梯度試驗(yàn)中周期短、施肥用量的變量因素欠考慮甚至不可控、驗(yàn)證性不充分、對(duì)適宜新疆石灰性土壤的棉花栽培模式研究較少等不足。本研究以5a的6種磷濃度梯度定位施肥處理為研究對(duì)象，探討其對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)、磷素有效性特征和棉花產(chǎn)量及構(gòu)成的影響，可為北疆灰漠土區(qū)棉花高產(chǎn)、磷素養(yǎng)分資源高效利用、土壤肥力體系培育提供理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)基本概況

試驗(yàn)位于距烏魯木齊市以北25 km的安寧渠鎮(zhèn)，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)“國家灰漠土肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)站”，供試土壤類型為灰漠土，地理位置為43°56′32″N，87°28′27″E，區(qū)域光熱資源豐富，適宜多種農(nóng)作物生長(zhǎng)，其地勢(shì)東高西低，南高北低，坡度1/100-1/70，海拔高度600 m，地下水位30 m以下。常年降水量310 mm、蒸發(fā)量2 570 mm，年平均氣溫7.7℃，有效積溫1 734℃，年均日照時(shí)數(shù)2 594 h，無霜期156 d。試驗(yàn)地耕層土壤基礎(chǔ)理化性狀為：全氮0.62 g·kg-1，全磷0.66 g·kg-1，全鉀21.30 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)10.20 g·kg-1，速效氮52.60 mg·kg-1，有效磷12.70 mg·kg-1，速效鉀138.0 mg·kg-1，總鹽1.40 g·kg-1，pH 8.45。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)始于2018年，設(shè)置6個(gè)施肥處理。T1：不施肥，T2：不施磷，T3：常規(guī)施化肥磷100％，P1：化肥磷減施25％（施磷75％），P2：化肥磷增施25％（施磷125％），P3：化肥磷增施50％（施磷150％）。各處理設(shè)4次重復(fù)，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積為2m2，小區(qū)間用80 cm深混凝土隔板區(qū)隔，防止水肥互串，翻耕深度約25 cm，平整土地。棉花品種為新陸早53號(hào)，采取一膜兩帶四行棉花栽培模式，地膜覆蓋人工點(diǎn)播，株距15 cm，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為40、10cm，種植密度24萬株·hm-2，出苗后保苗株數(shù)20萬株·hm-2。氮、鉀肥等量，設(shè)置不同比例的磷濃度梯度，磷鉀肥在翻地前一次性施入，化肥氮投入為實(shí)物尿素與磷酸二銨投入之和計(jì)算，以當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣，按基肥40％、追肥60％，分別于頭水6月初、6月底、7月中、8月初分時(shí)期施用，各生育時(shí)期棉田灌溉及田間管理措施均與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)模式一致。各處理保持5年相同施肥模式，采集2022年棉田土壤、棉株，結(jié)合田間調(diào)查，分析不同施磷水平對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)、磷素有效性特征和棉花產(chǎn)量及構(gòu)成的影響。磷梯度長(zhǎng)期性施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

1.3樣品采集及分析

分別于磷梯度試驗(yàn)初期（2018年）和長(zhǎng)期棉花連作施肥后（2022年）采集棉花成熟期耕層（0-20 cm）土樣，五點(diǎn)取樣法，土鉆取土混合成一個(gè)樣，揀除礫石、植物殘?bào)w等，風(fēng)干研磨過1.00 mm和0.149 mm尼龍篩后制樣待測(cè)。

2022年10月5日對(duì)棉花進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，對(duì)2 m2內(nèi)試驗(yàn)小區(qū)的全部棉花株數(shù)、總鈴數(shù)進(jìn)行調(diào)查，各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)摘收50朵棉花（上、中、下部位），自然曬干后在室內(nèi)壓花拷種，統(tǒng)計(jì)單鈴質(zhì)量、衣分、實(shí)收記產(chǎn)。

1.4測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤全磷采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤有效磷采用NaHCO3溶液（0.5 mol·L-1）浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定；土壤pH值用水浸提（水土比為5：1）電位法測(cè)定；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定；土壤全鉀采用氫氧化鈉熔融法測(cè)定；全氮采用半微量開氏法測(cè)定；速效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；鹽分離子待測(cè)液的制備采用去離子水按土水比1：5提取，振蕩5 min后過濾。測(cè)定方法參照魯如坤的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》。

1.5數(shù)據(jù)處理方法

（1）土壤磷活化系數(shù)（Phosphorus activation coefficlent，PAC）是土壤中有效磷（Olsen-P）在全磷中的占比，表征土壤磷的活化能力。土壤中全磷和有效磷之間處于相互轉(zhuǎn)化的過程，供作物可吸收利用的磷主要是土壤總磷中的有效磷，PAC作為權(quán)衡施磷效果的重要指標(biāo)，可體現(xiàn)土壤全磷向有效磷轉(zhuǎn)化的難易程度。PAC值越高，則有效磷在全磷中的比例越大，磷素有效性水平也越高。土壤磷活化系數(shù)PAC（％）=Olsen-P（mg·kg-1）／[全磷（g·kg-1）x1 000]x100；

（2）棉花總產(chǎn)量=總面積×單位面積株數(shù)×單株成鈴數(shù)×單鈴質(zhì)量；

數(shù)據(jù)均采用Excel 2019與SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin 2021繪圖，用最小差異顯著法（least-signifi-cant difference，LSD）（Plt;0.05）進(jìn)行多重比較確定差異的顯著性。

2結(jié)果與分析

2.1不同施磷量對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)及磷素有效性特征的影響

2.1.1不同施磷量對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

棉田速效養(yǎng)分含量隨不同施磷量表現(xiàn)出差異性（表2），各處理速效氮平均含量在54.4-63.2 mg·kg-1之間，增幅在3.0％-16.1％。P3處理的土壤速效氮提升速度最快，年均增長(zhǎng)2.12 mg·kg-1，與T1相比，各施磷處理的土壤速效氮含量均顯著增加，P2、P3處理的土壤速效氮含量分別顯著增長(zhǎng)14.9％、16.1％，T2、T3、P1處理間土壤速效氮含量差異不顯著，說明施磷有利于氮素養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，隨著施磷量的增加土壤速效氮呈遞增趨勢(shì)。

各處理有效磷含量為P2gt;P3gt;T3gt;P1gt;T2gt;T1，平均含量在9.6-20.3 mg·kg-1之間，增幅在29.2％-111.7％。P2處理下土壤有效磷含量最高為20.33mg·kg-1，其提升速度最快，年均增長(zhǎng)1.53 mg·kg-1，相比不施磷肥的T1、T2處理分別增長(zhǎng)111.77％、63.95％。T2、T3、P1處理的土壤有效磷含量差異不顯著，但均顯著高于T1處理，P3處理的土壤有效磷含量顯著低于P2處理。整體上隨著施磷量的增加，土壤有效磷含量呈先增后減的趨勢(shì)，當(dāng)化肥磷增施25％，即施磷150 kg·hm-2時(shí)，土壤有效磷含量達(dá)到最高值，較T3處理顯著提升44.7％，此后土壤有效磷含量隨施磷量增加至180 kg·hm-2時(shí)下降了25.11％。說明施磷150 kg·hm-2對(duì)土壤有效磷含量的提升效果最優(yōu)。

各處理速效鉀含量均顯著高于T1處理，平均含量在146.5-252.3 mg·kg-1之間，增幅在70.1％-72.1％。P3處理下土壤速效鉀含量相對(duì)最高為252.25 mg·kg-1，年均增長(zhǎng)22.85 mg·kg-1。除T1處理外，各處理間速效鉀含量差異不顯著，說明連續(xù)5年施鉀30 kg·hm-2對(duì)土壤速效鉀的提升效果可達(dá)70％左右，但施磷對(duì)土壤速效鉀的提升無顯著影響。

2.1.2不同施磷量對(duì)土壤全量養(yǎng)分的影響

不同施磷量影響了棉田全量養(yǎng)分含量（表3）。隨著施磷量的增加，土壤全氮含量呈遞增趨勢(shì)，平均含量在0.57-0.77 g·kg-1之間，增幅在21.10％-35.10％。與T1相比，各處理全氮含量均顯著提高，但各施肥處理間土壤全氮含量差異不顯著，P3處理的土壤全氮含量最高且增長(zhǎng)速度最快，年均增長(zhǎng)0.03g·kg-1。說明施磷對(duì)土壤全氮含量有一定的影響，土壤全氮含量隨施磷量的增加而增加，但差異不顯著。

各處理土壤全磷平均含量在0.63-0.97 g·kg-1之間，增幅在1.60％-54.0％。與不施磷肥的T1、T2處理相比，隨著施磷量的增加土壤全磷含量均呈提升趨勢(shì)，P3處理土壤全磷含量最高為0.97 g·kg-1，年均增長(zhǎng)0.06 g·kg-1。T3、P1、P2、P3處理的土壤全磷含量相比T1處理分別顯著增加38.1％、30.2％、50.0％、54.0％，相比T2處理分別顯著增加36.0％、28.1％、50.0％、51.6％，T1、T2處理間差異不顯著，P1、T3處理間土壤全磷含量相當(dāng)，P2、P3處理間土壤全磷含量處于最高值，但差異不顯著。整體而言在常規(guī)施磷的基礎(chǔ)上化肥磷減施25％差異不顯著，化肥磷增施25％，即施磷150 kg·hm-2時(shí)對(duì)土壤全磷的提升有明顯的效果，且此時(shí)全磷含量基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，之后隨著施磷量增加至180 kg·hm-2時(shí)土壤全磷含量雖呈現(xiàn)持續(xù)提升趨勢(shì)，但差異不顯著。說明此狀態(tài)下土壤全磷含量的臨界值為0.96 g·kg-1左右，即施磷150 kg·hm-2時(shí)對(duì)土壤全磷的提升效果最優(yōu)。

各處理全鉀含量均顯著高于T1處理，平均含量在21.03-23.32 g·kg-1之間，增幅在9.3％-10.9％。P3處理的土壤全鉀含量最高為23.32 g·kg-1，年均增長(zhǎng)0.41 g·kg-1。除T1處理外，各處理間全鉀含量差異不顯著，說明連續(xù)5a施鉀30 kg·hm-2對(duì)土壤全鉀的提升效果可達(dá)10％，但施磷對(duì)土壤全鉀的提升無顯著影響。

2.1.3不同施磷量對(duì)土壤Olsen-P含量和PAC的影響

不同施磷量對(duì)土壤Olsen-P含量和PAC的影響規(guī)律見圖1，其PAC順序?yàn)镻2gt;T2gt;P1gt;P3gt;T3gt;T1，在施磷150 kg·hm-2時(shí)土壤Olsen-P含量提升效果最顯著，磷素活化能力PAC也顯著最強(qiáng)為2.13％，T3、P1、P3處理間土壤PAC差異不顯著，且隨著施磷量的增加土壤PAC呈下降趨勢(shì)，P3較P2處理的土壤PAC下降了0.45個(gè)百分點(diǎn)，說明適度施磷會(huì)增強(qiáng)土壤中總磷向有效磷的轉(zhuǎn)化程度，在施磷150 kg·hm-2時(shí)土壤中總磷向有效磷的轉(zhuǎn)化程度較易，過度施磷會(huì)限制土壤有效磷的轉(zhuǎn)化，不利于作物吸收利用，造成化肥磷資源浪費(fèi)和土壤質(zhì)量下降的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2不同施磷量對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及pH、總鹽的影響

由圖2可知，P3、P2處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著最高，分別為11.97、11.69 g·kg-1，但P3、P2間差異不顯著，年均增長(zhǎng)0.33 g·kg-1左右。各處理與T1處理相比增長(zhǎng)1.04-3.2 g·kg-1，增幅在11.86％-36.5％，整體上有機(jī)質(zhì)含量隨著施磷量的增加而提升。T1處理的土壤pH值最高為8.05，范圍在7.91-8.05之間，相比T1處理，各施肥處理的土壤pH隨著施磷量的增加呈下降趨勢(shì)，但差異不顯著。P3處理土壤總鹽含量最高為1.85 g·kg-1，范圍在1.55-1.85 g·kg-1之間，與T1相比，各處理的土壤總鹽含量隨著施磷量的增加而提升，但整體變化差異不顯著，說明在一定時(shí)期內(nèi)施磷對(duì)土壤pH和總鹽的作用效果均不明顯。

2.3不同施磷量對(duì)土壤C/N、C/P、N/P的影響及相關(guān)性分析

土壤碳、氮、磷比值是判斷土壤碳氮磷平衡特征的重要參數(shù)，土壤C/N水平可反映土壤中有機(jī)質(zhì)的分解程度和有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)潛能。若C/N偏高（質(zhì)量比gt;25）則表示當(dāng)下土壤有機(jī)質(zhì)累積速率大于分解速率，有機(jī)質(zhì)處于積累過程；若C/N在12-16間表明有機(jī)質(zhì)已被土壤微生物很好地分解，通常農(nóng)田耕層土壤C/N處于10-12間，底層土壤的C/N一般低于10。試驗(yàn)結(jié)果分析（圖3），土壤C/N在8.06-9.30之間，整體上各施肥處理C/N比處于較低水平，土壤C/N隨著施磷量的增加而增大，P2、P3處理的土壤C/N相對(duì)較高，T2、P1、T3處理的土壤C/N相對(duì)較低，T1處理的土壤C/N處于中度水平，結(jié)合肥料投入分析，在偏施氮鉀肥而長(zhǎng)期不施磷下較易提升土壤有機(jī)質(zhì)的分解效率，長(zhǎng)期不施肥處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解效率有一定的限制作用。本試驗(yàn)C/N表明，整體上試驗(yàn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)處于缺乏狀態(tài)，由于受“最少養(yǎng)分定律”限制，當(dāng)下土壤對(duì)作物來說即便補(bǔ)充大量氮素也不是最優(yōu)選擇。

土壤C/P是土壤中磷素礦化能力的標(biāo)志，其比值高低嚴(yán)重影響著作物的生長(zhǎng)發(fā)育過程。當(dāng)C/P值較低時(shí)，有利于微生物分解有機(jī)質(zhì)過程中對(duì)養(yǎng)分的釋放，促進(jìn)土壤有效磷含量的提升，反之，會(huì)出現(xiàn)微生物在分解有機(jī)質(zhì)的過程中因磷素缺乏而受到限制，致使微生物與植物形成與磷素的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，不利于植物生長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤C/P在6.67-8.89之間，整體處于較低水平，相對(duì)降低了33％。不施磷肥的T1、T2處理土壤C/P比最高，各磷梯度下土壤C/P相對(duì)較低，且土壤C/P隨著施磷量的增加呈遞增趨勢(shì)，但差異均不顯著，說明施磷促進(jìn)了土壤有效磷含量的提升進(jìn)而降低了土壤C/P。

土壤N/P是有機(jī)質(zhì)可分解性的有效指標(biāo)，其比值可用來判定土壤中養(yǎng)分的限制狀況，即明確限制了有機(jī)質(zhì)分解的元素組成。試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤N/P比在0.77-1.10之間，整體變化幅度較小，不施磷肥的T1、T2處理土壤N/P比相對(duì)最高，之后隨著施磷量的提升而下降，但差異均不顯著，P2處理下土壤N/P最低，表明施磷150 kg·hm-2時(shí)最有利于提升有機(jī)質(zhì)的可分解性效果。

土壤碳氮磷含量、碳氮磷比之間的相關(guān)性分析表明（表4），土壤有機(jī)碳與全氮、全磷呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與C／N呈正相關(guān)，相關(guān)性不顯著，與C／P、N／P呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性均不顯著。全氮與全磷呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與C／N、C／P、N／P均呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性不顯著。全磷與C/N呈正相關(guān)，相關(guān)性不顯著，與C/P、N/P呈極顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01）。C／N與C/P呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性不顯著，與N/P呈極顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01），C/P與N/P呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01）。

總體上，土壤有機(jī)碳含量在5.09-6.94 g·kg-1之間，增幅為11.8％-36.3％，P3處理的土壤有機(jī)碳含量最高，年均增長(zhǎng)0.2 g·kg-1左右。整體而言土壤有機(jī)碳含量并不豐富，土壤全氮、全磷含量分別在0.57-0.77、0.63-0.97 g·kg-1之間，土壤全氮處于欠缺狀態(tài)。通過土壤C/N、C/P、N/P分析，制約土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的主要因素還是源于有機(jī)碳，這與試驗(yàn)區(qū)灰漠土本身養(yǎng)分較低和在短時(shí)期內(nèi)通過施肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量整體提升效果較慢有關(guān)。另外，受氣候的影響，對(duì)土壤碳氮磷化學(xué)計(jì)量特征的變化最為重要，通常C/P和N/P較低的原因是溫帶沙漠地區(qū)年均降水率、年均溫度等較低，受干旱低溫的氣候影響致使土壤P的淋溶損失小，同時(shí)該氣候條件下的初級(jí)生產(chǎn)力造成土壤中C、N含量相對(duì)較低，相對(duì)于土壤C、N來說則土壤P的含量相對(duì)較高。因此，該試驗(yàn)中灰漠土C/P和N/P較低的原因與我國新疆屬于中溫帶干旱半干旱荒漠氣候類型有關(guān)。

2.4不同施磷量對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

施磷量對(duì)連續(xù)5a磷梯度定位試驗(yàn)中棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成有明顯影響（表5），隨著施磷量的增加，棉花總鈴數(shù)、單株成鈴與單鈴質(zhì)量均呈顯著提高趨勢(shì)，進(jìn)而提升了籽棉和皮棉產(chǎn)量。T1、T2、T3、P1、P2、P3處理（除自比外）依次與Tl處理相比，籽棉產(chǎn)量分別提高了1.58％、4.64％、4.16％、16.81％、19.08％，與T2處理相比分別提高了-1.55％、3.02％、2.55％、15.00％、17.23％，與T3處理相比分別提高了-4.44％、-2.93％、-0.46％、11.63％、13.80％。試驗(yàn)表明，P3、P2處理的籽棉和皮棉產(chǎn)量均達(dá)到顯著最高水平，且P3、P2間差異不顯著。T3、P1處理的籽棉和皮棉產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于不施磷的T1、T2處理。各施磷處理的棉花衣分均無顯著影響，但顯著高于不施磷的T1、T2處理。綜上，在常規(guī)施化肥磷100％的基礎(chǔ)上減施25％，對(duì)籽棉造成減產(chǎn)效應(yīng)，但差異不顯著，增施25％后，籽棉和皮棉產(chǎn)量均顯著提高11.63％、15.7％，相對(duì)常規(guī)施化肥磷100％而言，在化肥磷增施25％的條件下，棉花增產(chǎn)幅度最大，隨著施磷量持續(xù)增施到50％時(shí)，較增施25％而言，增產(chǎn)幅度不顯著，皮棉和籽棉產(chǎn)量?jī)H分別提升2.17％和3.19％。綜合肥料投入、棉花產(chǎn)量等指標(biāo)，在密度為24萬株·hm-2的試驗(yàn)種植模式下，化肥磷增施25％即施磷150 kg·hm-2，籽棉產(chǎn)量可達(dá)4 658 kg·hm-2，有利于實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能的協(xié)同提升，與T1、T2、T3相比，分別顯著增產(chǎn)16.83％、15.01％、11.63％。

2.5土壤化學(xué)性質(zhì)與棉花產(chǎn)量的相關(guān)性

對(duì)0-20 cm土層土壤化學(xué)性質(zhì)與產(chǎn)量的相關(guān)性分析表明（圖4），棉花產(chǎn)量與土壤速效氮、有效磷、全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳均呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與速效鉀、全鉀呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），說明在常規(guī)施氮鉀肥的基礎(chǔ)上，隨著化肥磷的梯度施加，均提升了土壤全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量，進(jìn)而在促進(jìn)棉花生產(chǎn)能力方面發(fā)揮重要作用。棉花產(chǎn)量與土壤pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性不顯著，與土壤總鹽呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性不顯著。說明施磷量的增加對(duì)降低土壤pH和提升土壤鹽含量有一定的影響，相對(duì)較高的pH是限制棉花高效生產(chǎn)的因素之一。

3討論

3.1不同施磷量對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

棉花生長(zhǎng)的適宜施磷量與當(dāng)?shù)貧夂?、栽培品種、土壤基本肥力和施肥管理模式密切相關(guān)，土壤中持有的磷素過低或過量施磷會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分元素比例的失調(diào)，不利于作物生長(zhǎng)，土壤缺磷時(shí)一般通過作物根系活動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中磷素的較高利用效率。有研究表明，增施磷肥可顯著提高棉田有效磷含量，偏低則會(huì)導(dǎo)致有效磷含量下降，過量施用（225kg·hm-2）并不能持續(xù)增加土壤有效磷含量。王改蘭等表示，施用磷肥后土壤堿解氮提升38.7％，隨著磷肥用量的增加，促進(jìn)了土壤氮素參與棉株含氮量的轉(zhuǎn)運(yùn)與合成量。楊鵬飛等在阿克蘇地區(qū)沙雅縣棉田施磷150 kg·hm-2時(shí)，土壤有效磷含量到達(dá)農(nóng)學(xué)閾值，磷肥利用率較高（22.59％），且保證棉花高產(chǎn)。本研究中隨著施磷量的增加提升了土壤養(yǎng)分含量，劉美娟等施磷150 kg·hm-2時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷分別增加了18.4％-37.01％、78.86％-126.43％、45.54％-159.41％，施磷對(duì)土壤速效鉀無顯著影響，詹其厚等同樣表示單施化肥對(duì)土壤速效鉀的影響較小，這與本研究施磷對(duì)土壤鉀素的提升均無顯著影響的結(jié)論基本一致，其原因與新疆土壤富鉀的自然特性有關(guān)。

3.2不同施磷量對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及總鹽、pH的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力的指標(biāo)之一，有研究表明作物根際土壤有機(jī)質(zhì)含量密切影響著自身對(duì)有效磷的吸收利用，有機(jī)質(zhì)能促使難溶性磷酸鹽的解吸，進(jìn)而豐富土壤中的磷庫。本試驗(yàn)連續(xù)Sa磷梯度施肥，在施磷150 kg·hm-2時(shí)顯著提升了耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量，且有機(jī)質(zhì)含量隨著施磷量的增加而提升，說明施磷對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量累積起到促進(jìn)作用，這與劉美娟等的研究結(jié)果一致。土壤pH降低是土壤磷活化的機(jī)理之一，pH在一定范圍內(nèi)的降低可增加土壤中有效磷的含量，但根系土壤pH下降程度因作物而異。作物自身陰陽離子的不平衡導(dǎo)致根系土壤酸化，使之增強(qiáng)了根際土壤中難溶性養(yǎng)分的溶解度。尤其是在缺磷的環(huán)境中根系有機(jī)酸（如檸檬酸）的分泌量增多，加劇了根際酸化程度從而降低了根際土壤pH。本研究顯示，土壤pH隨著施磷量的增加呈下降趨勢(shì)，但差異不顯著，最低值出現(xiàn)在施磷180 kg·hm-2處理中，說明磷濃度增加降低了土壤pH。施磷對(duì)土壤鹽含量的影響與其理化特性密切相關(guān)，有研究表明，施磷量與土壤總鹽含量間無顯著相關(guān)性，施磷量對(duì)土壤含鹽量沒有顯著影響，施磷可增加土壤全鹽含量，但各施磷處理甚至高磷處理與對(duì)照相比差異并不顯著。本研究顯示，隨著施磷量的增加土壤總鹽含量呈上升趨勢(shì)，但整體上變化差異不顯著，這與施肥增加了土壤中的離子含量，從而提高土壤總鹽含量有關(guān)。

3.3不同施磷量對(duì)土壤Olsen-P含量和土壤PAC及C/N、C/P、N/P的影響

我國北方土壤缺乏有效磷現(xiàn)象較為普遍，本研究連續(xù)5a磷梯度施肥顯著提高了土壤磷含量與磷素有效性，當(dāng)PACgt;2.0％時(shí)，表明土壤全磷極易向有效磷轉(zhuǎn)化，本研究P2處理的土壤PAC顯著最強(qiáng)為2.13％，其他施肥處理的土壤PAC均低于2.0％，說明施磷150 kg·hm-2時(shí)土壤有效磷含量提升效果最顯著，土壤中的全磷極易向有效磷轉(zhuǎn)化，這與磷在土壤中的生物化學(xué)過程和外源磷投入對(duì)土壤供磷強(qiáng)度的影響有關(guān)，進(jìn)一步剖析土壤供磷強(qiáng)度與土壤磷的吸附、解吸能力的機(jī)理，土壤有機(jī)磷的礦化速率與土壤有機(jī)質(zhì)及有機(jī)質(zhì)中碳磷比的關(guān)系、有機(jī)磷形態(tài)與有效磷之間的關(guān)系，可更為全面地揭示土壤磷的活化機(jī)制。C/N反映了土壤氮素礦化能力，有機(jī)肥礦化速率與C/N呈顯著負(fù)相關(guān)，本試驗(yàn)中T2和P1處理的土壤C/N最低，分別為8.06和8.29，整體上隨著施磷量的增加，有利于增強(qiáng)土壤供氮能力，但各施肥處理C/N均處于較低水平。磷素形態(tài)、有機(jī)物料的C/P等因素嚴(yán)重影響著磷素對(duì)作物的增產(chǎn)效應(yīng)，本試驗(yàn)顯示，各施磷處理的土壤C/P均偏低，在6.67-7.17范圍內(nèi)，P3較P2的C/P增長(zhǎng)較快，綜合增長(zhǎng)趨勢(shì)分析，在施磷90-150 kg·hm-2時(shí)，最有利于微生物分解有機(jī)質(zhì)對(duì)養(yǎng)分的釋放和對(duì)有效磷的轉(zhuǎn)化。土壤N/P可用來判定土壤中養(yǎng)分的限制狀況，是有機(jī)質(zhì)可分解性的有效指標(biāo)，本試驗(yàn)N/P整體變化幅度較小，在0.77-1.10之間，表明試驗(yàn)區(qū)土壤整體上傾向于受N限制。

3.4不同施磷量對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)、棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

已有研究表明，磷素過量或缺磷都會(huì)造成棉花減產(chǎn)，施磷量在75 kg·hm-2時(shí)，棉花產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)效益也最大，施磷量在150 kg·hm-2時(shí)，雜交棉經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量最高。也有研究顯示，棉花獲得最高產(chǎn)的施磷量（以P2O5計(jì)，下同）為158.3 kg·hm-2，最佳施磷量為146.3 kg·hm-2，棉花產(chǎn)量隨著施磷量的增加呈先增后減的趨勢(shì)，其最佳施磷量是150 kg·hm-2。本試驗(yàn)表明，在常規(guī)施化肥磷100％的基礎(chǔ)上減施25％，對(duì)籽棉造成減產(chǎn)，但差異不顯著，增施25％后籽棉和皮棉產(chǎn)量均顯著提高11.6％、15.7％，即施磷150 kg·hm-2時(shí)棉花增產(chǎn)幅度最大。綜合肥料投入、棉花產(chǎn)量等指標(biāo)，施磷150 kg·hm-2最有利于實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能的協(xié)同提升，因此本研究認(rèn)為當(dāng)?shù)剌^適宜的棉花施磷量為150 kg·hm-2，這與王海洋等的研究結(jié)果一致。對(duì)耕層土壤化學(xué)性質(zhì)與產(chǎn)量的相關(guān)分析表明，籽棉產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，與土壤pH呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。與養(yǎng)分含量均呈正相關(guān)關(guān)系，分析棉花增產(chǎn)的主要原因是磷梯度的增加在一定程度上提升了土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)了棉株對(duì)營養(yǎng)元素的綜合吸收效率，進(jìn)而提高棉花總鈴數(shù)、單株成鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量，而限制棉花增產(chǎn)的主要原因是相對(duì)偏高的土壤pH。另外，確保棉株整個(gè)生育時(shí)期養(yǎng)分需求是棉花獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵，而適宜的施磷量可提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，這與有機(jī)質(zhì)能夠減少磷在土壤中的固定，且有機(jī)質(zhì)中有機(jī)酸能夠置換出部分被膠體吸附的H2PO4和HPO2-4。土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，微生物活化元素的能力也越強(qiáng)，土壤礦化的有效磷含量和比例也越大。

4結(jié)論

（1）施磷量的增加加速了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，提升了土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量。

（2）增加施磷量具有降低土壤pH和提升土壤鹽含量的作用，但效果均不顯著。

（3）結(jié)合北疆灰漠土棉田富鉀的自然特性，施磷對(duì)土壤鉀素養(yǎng)分的提升無顯著影響。當(dāng)施磷150 kg·hm-2時(shí)，土壤有效磷含量和磷活化能力均最強(qiáng)，磷活化系數(shù)為2.13％，有效促進(jìn)了土壤全磷向有效磷的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)了棉花增產(chǎn)，值得推廣應(yīng)用。