腐植酸尿素施用量及不同配比對新疆膜下滴灌棉花產量及氮肥利用的影響

李 源，張 炎，哈麗哈什·依巴提，李青軍

(新疆農業科學院 土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091)

提高氮肥利用率是國家“十三五”節肥減藥目標中的核心問題[1]。中國傳統氮肥如尿素等，其利用率較低，僅為30%～35%，造成氮肥的大量流失，對環境構成嚴重威脅[2-3]。目前，常用的氮肥在價格和環境保護方面存在一定問題[4]。為此，開發適合農作物生長發育的新型尿素顯得尤為重要。近年來，相繼出現了控失尿素、腐植酸尿素等新型尿素產品，并在玉米、小麥等作物上應用[5-7]，這些新型尿素產品對于促進作物吸收、增產和提高肥料利用率方面取得了較好效果。其中，腐植酸尿素對土壤理化性質的改良和促進作物生長方面效果顯著[8-10]。腐植酸中富含生物活性的天然高分子物質[11]，能夠有效提高作物對氮的吸收[12-13]，從而增強肥料的緩釋性能[14]。此外，腐植酸還可以抑制土壤脲酶活性和調節土壤微生物的活性[15]。同時，利用腐植酸與尿素進行混合可提高氮素利用率[16-17]，增加作物對氮的吸收能力[18]。因此，針對腐植酸與尿素混合后對作物產量和氮肥利用率的影響受到許多學者的關注和思考[19-20]。

新疆是中國最大的優質棉產地，由于新疆干旱的氣候特征，在棉花的生產種植過程中，以施用普通尿素為主，大量尿素隨水流失，對經濟和環境造成嚴重影響。目前，在水稻、玉米和小麥等作物上都有腐殖酸應用的研究報道，而腐植酸尿素在新疆干旱地區滴灌棉田中應用的相關研究報道較少。本試驗以不施氮肥為對照，研究普通尿素配施不同比例腐植酸后對棉花產量、養分積累和養分利用率的影響，為腐植酸尿素在棉花上的合理施用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗安排在新疆昌吉市老龍河農場(44°13′37″N，87°17′36″E)，年降雨量280 mm，年均無霜期170 d，年均≥10 ℃積溫3 300 ℃·d。棉花供試品種為‘新陸早57號’，一膜6行種植，行距配置(10+66+10+66+10)+76 cm，株距10 cm，小區面積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260 m3。土壤為灰漠土，播前土壤養分狀況見表1。

表1 0～20 cm供試土壤的養分狀況Table 1 The nutrient properties of soil in 0-20 cm depth

1.2 試驗設計

在磷鉀肥用量相同的基礎上(P2O5：110 kg/hm2，K2O：75 kg/hm2)，試驗設8個處理，即：CK(不施氮)；Urea(常規尿素)；UHAⅠ(Ⅰ型腐植酸尿素：腐植酸質量分數1‰)；UHAⅡ(Ⅱ型腐植酸尿素：腐植酸質量分數2‰)；UHAⅢ(Ⅲ型腐植酸尿素：腐植酸質量分數3‰)；UHAⅣ(Ⅳ型腐植酸尿素：腐植酸質量分數4‰)；UHAⅤ(Ⅴ型腐植酸尿素：腐植酸質量分數5‰)；90% UHAⅢ(Ⅲ型腐植酸尿素減量10%)。

CK為不施氮肥處理，Urea、UHAⅠ、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理的施氮量都為225 kg/hm2，90%UHAⅢ的施氮量都為202.5 kg/hm2。各施氮處理的30%氮肥作基肥，70%用于追肥，分4次在棉花蕾期(15%)、花期(25%)、花鈴期(20%)、盛鈴期(10%)隨水滴施；磷肥用三料磷肥(P2O546%)，鉀肥用氯化鉀(K2O 60%)，磷、鉀肥全部基施。各處理重復3次，小區隨機區組排列。各處理使用水表計量灌水量，每次灌水量相同。試驗所需的氮肥由河南心連心化肥有限公司提供，Urea、UHAⅠ、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ含N量均為46%。

1.3 測定方法

干物質和養分測定：在成熟期(9月20日)采取棉花樣品，將采集的植株按不同器官(莖、葉、殼、纖維、籽)分開，105 ℃下殺青30 min，然后在75 ℃烘干至恒質量，稱量并記錄干物質質量。將烘干的棉株樣品粉碎，過孔徑0.5 mm的篩，用H2SO4-H2O2消煮，測定植株不同部位N元素。

棉花產量測定：棉花成熟期各小區調查9.6 m2面積的棉花株數、鈴數，并采收小區內棉花100朵測鈴質量，計算產量。

養分積累量(kg/hm2)=株數(株/hm2)×單株干物質質量(kg)×養分質量分數(%)

養分利用率(%)=(施氮區養分吸收量-無氮區吸收量)×100 /施氮量

農學效率(kg/kg)=(施氮區棉花產量-無氮區棉花產量)/施氮量

1.4 數據處理

圖表利用Microsoft Excel 2003制作，試驗數據采用SPSS 17.0 統計軟件進行方差分析和多重比較(最小顯著差數法，Least significant difference，LSD)。

2 結果與分析

2.1 氮肥對棉花干物質累積與分配的影響

由表2可看出，棉花各部位干物質處理間差異顯著。棉花的葉干物質以UHAⅤ和UHAⅣ處理較大，分別為2 513和2 384 kg/hm2，顯著大于其他處理，但二者間沒有顯著差異；UHAⅢ處理顯著大于常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理，而常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異；所有施氮處理都顯著大于CK處理。施氮都顯著增加了棉花莖干物質，其中UHAⅤ和UHAⅣ處理較大，都顯著大于其他處理，其次是UHAⅢ、UHAⅡ處理，都顯著大于常規尿素、UHAⅠ和90%UHAⅢ處理。各處理的殼干物質與葉干物質具有相同的趨勢。施氮都顯著增加了棉花纖維干物質，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理都顯著大于其他處理，但三者間沒有顯著差異；UHAⅡ處理顯著大于常規尿素處理，而常規尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異。施氮都顯著增加了棉花籽干物質，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理都顯著大于其他處理，但三者間沒有顯著差異；UHAⅡ處理顯著大于90%UHAⅢ處理，但常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ處理間沒有顯著差異，而常規尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理間也沒有顯著差異。施氮都顯著增加了棉花總干物質，各處理中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理的總干物質都顯著大于其他處理，其中UHAⅤ處理為13 571 kg/hm2，顯著大于UHAⅡ、UHAⅢ處理，與UHAⅣ處理沒有顯著差異，而UHAⅢ處理顯著大于UHAⅡ處理，與UHAⅣ處理沒有顯著差異；常規尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異。

表2 棉花干物質累積與分配Table 2 Dry matter accumulation and distribution of cotton kg/hm2

注：同列數據不同小寫字母表示差異顯著(P<0. 05)，下同。

Notes:Different lowercase lettters in the same column mean significant difference(P<0. 05)，the same below.

2.2 氮肥對棉花產量的影響

從表3可以看出，各處理棉花的株數沒有顯著差異。施氮顯著提高了棉花單株鈴數，各處理中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理的單株鈴數都顯著大于其他處理，但四者間差異不顯著；而常規尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異。施氮顯著增加了棉花單鈴質量，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理都顯著大于常規尿素、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理，但UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理間沒有顯著差異；而常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異。

施用氮肥顯著增加了棉花產量，比CK增產31.26%～41.13%，與常規尿素相比，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理都顯著增加了產量，增產率3.74%～7.52%，其中UHAⅤ增產效果最好，顯著大于UHAⅡ處理，但與UHAⅢ、UHAⅣ處理差異不顯著；而UHAⅠ、90%UHAⅢ與常規尿素處理效果相當。

表3 棉花產量與構成因子Table 3 Yield and composition factor of cotton

2.3 氮肥對棉花養分吸收與分配的影響

由表4可看出，棉花各部位N素吸收量處理間差異顯著。施氮顯著增加了棉花葉N素吸收量，各處理中以UHAⅤ最大，為33.32 kg/hm2，顯著大于UHAⅠ、90%UHAⅢ處理，與常規尿素、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ處理沒有顯著差異，而90%UHAⅢ與常規尿素處理相當。施氮顯著增加了棉花莖N素吸收量，其中UHAⅤ、UHAⅢ處理最高，顯著大于常規尿素、UHAⅠ和90%UHAⅢ處理，而常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ處理沒有顯著差異。施氮顯著增加了棉花殼N素吸收量，其中UHAⅢ處理最高，為35.97 kg/hm2，顯著大于常規尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理，與UHAⅡ、UHAⅣ、UHAⅤ處理差異不顯著；常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ處理沒有顯著差異。施氮顯著增加了棉花纖維N素吸收量，其中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ、90%UHAⅢ處理顯著大于常規尿素處理，而常規尿素與UHAⅠ處理差異不顯著。施氮顯著增加了棉花籽N素吸收量，其中UHAⅤ、UHAⅣ最高，顯著大于常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理，與UHAⅢ處理差異不顯著；而常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理沒有顯著差異。

施氮顯著增加了棉花總N素吸收量，UHAⅤ處理的總N素吸收量為216.57 kg/hm2，顯著大于常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理，與UHAⅢ、UHAⅣ處理差異不顯著；而常規尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理沒有顯著差異。

表4 棉花N素吸收與分配Table 4 Nitrogen uptake and distribution of cotton kg/hm2

2.4 棉花氮肥利用效率

由表5可看出，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理的農學效率介于6.60～7.51 kg/kg之間，都大于常規尿素處理的5.71 kg/kg，其中UHAⅤ處理最大，其次是UHAⅣ處理，而常規尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理相差不大。

UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ和90%UHAⅢ處理都比常規尿素處理都提高了氮肥利用率，增加了4.50%～9.79%，其中UHAⅤ比處理的氮肥利用率最高，為53.01%；UHAⅠ處理的氮肥利用率與常規尿素處理相差不大，而90%UHAⅢ處理的氮肥利用率比常規尿素增加了6.11%。

表5 氮肥利用效率 Table 5 Fertilizer nitrogen use efficiency

3 討 論

在本次試驗中，腐植酸與尿素混合施用后，可以明顯提高棉花的產量，提高了氮肥利用率，起到了較好的效果。在棉花產量、氮素吸收量、氮肥利用效率方面，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ型、UHAⅤ處理均高于常規尿素，且差異性顯著；UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ3個處理之間差異不顯著，但3個處理與UHAⅠ、90% UHAⅢ處理差異顯著；其中UHAⅤ增產效果最為明顯，其次為UHAⅣ，兩者分別較常規尿素增產7.16%、7.52%。而UHAⅠ、90% UHAⅢ與常規尿素效果相當。以上結果表明腐植酸與尿素混合后能夠提高尿素的緩釋性能，提高土壤的供肥能力，促進作物對養分的吸收，對提高棉花產量和氮肥利用率效果顯著。尿素中添加腐殖酸后，能夠提高肥料的化學活性[21-22]，使得尿素起到較好的緩釋效果[23]。并且在腐殖酸添加量不同的情況下，肥料的使用效果產生較大差異。當腐殖酸添加量較低時，主要是以抑制脲酶活性為主，如果適當增大腐植酸添加量，可能對脲酶的抑制和銨態氮的吸附同時起作用[24-25]，不同階段哪些作用為主導還有待研究。

本試驗中腐植酸添加到尿素中的比例從1‰～5‰，并且隨著腐植酸添加量的增加，棉花產量逐漸升高。當腐植酸添加比例大于3‰時，與添加比例在3‰以下的棉花產量和棉花N素吸收上呈顯著差異，腐植酸添加比例3‰～5‰之間時，無顯著差異。但也有研究表明，并不是腐殖酸添加的越多，棉花產量會越高。過量和少量施用腐植酸對產量和環境產生較大影響。在施用尿素的基礎上，合理的添加腐殖酸是獲得經濟效益和環境保護的核心問題。目前，應用腐植酸與尿素進行不同比例的配比，在小麥、玉米、棉花等作物的產量和肥料利用率等方面取得較好的效果，不同作物在達到最佳產量時，腐植酸與尿素的配比有所不同，且增產效果差異顯著。如腐殖酸與尿素按1∶1混合后應用于玉米、小麥和蔬菜中，增產率分別為15.7%、13.2%和29.27%[26]。翟勇等[27]在腐殖酸尿素對滴灌棉花產量及氮肥利用率的研究結果表明，腐殖酸能夠將土壤中的硝態氮固定在根系周圍，大大降低了硝態氮的隨水流失，并且能夠有效促進作物對氮素的吸收，提高棉花干物質積累量。同時，過量添加腐植酸反而會使產量降低。如Akhtar等[28]確定了腐植酸添加比例為17.3%時玉米產量達到最高，大于17.3%反而會使玉米減產。由于綜合考慮了經濟效益和環境因素，本試驗將腐植酸增效劑添加比例范圍設置為1‰～5‰，在此范圍內棉花產量總體上是隨腐植酸添加量的增加而增加的，如果繼續增大腐植酸添加量，會產生何種變化，還有待進一步的試驗驗證。本研究為新疆干旱區膜下滴灌棉田一年的研究結果，在不同膜下滴灌年限下，腐植酸尿素的應用效果還需進一步研究與驗證。

4 結 論

4.1 與常規尿素相比，Ⅱ型腐殖酸尿素、Ⅲ型腐殖酸尿素、Ⅳ型腐殖酸尿素、Ⅴ型腐殖酸尿素都能顯著增加了棉花干物質和產量，增產3.74%～7.52%，其中Ⅴ型腐殖酸尿素的增產效果最好，而Ⅰ型腐殖酸尿素、90%Ⅲ型腐殖酸尿素與常規尿素效果相當。

4.2 與常規尿素相比，Ⅱ型腐殖酸尿素、Ⅲ型腐殖酸尿素、Ⅳ型腐殖酸尿素、Ⅴ型腐殖酸尿素都顯著增加了棉花N素吸收量，提高棉花氮肥利用率，氮肥利用率增加4.50%～9.79%，其中Ⅴ型腐殖酸尿素的氮肥利用率最高。

4.3 90%Ⅲ型腐殖酸尿素與常規尿素的棉花N素吸收量大體相同，但氮肥利用率增加6.11%。