化肥減施與液體有機肥配施對棉花養分吸收、產量的影響

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)

0 引 言

【研究意義】化肥為作物生長提供了必要的養分，而過量施用化肥可能導致土壤質量下降并引起環境問題，不利于農業可持續發展[1]。有機肥中含有養分及礦質元素，對活化土壤中的酶、微生物及養分具有重要作用[2-3]。但其存在養分含量有限，且肥效時間較長等問題。化肥配施有機肥能夠提高土壤有效養分含量，增加了土壤中微生物的數量，利于作物更充分的對根區養分進行吸收，對提高土壤肥力具有重要作用[4-5]。在保證高產高效的同時，減少化肥的施用對新疆農業生產中有實際意義。【前人研究進展】近年來，有研究認為化肥減量配施有機肥能夠有效提高農作物產量[6-9]，但如果配施的有機肥含量過高，反而會導致作物減產[10-11]。部分研究[12-13]在小麥上進行了有機肥替代50%無機肥的試驗，結果表明，替代后產量出現明顯降低，并非有機肥所占比例越高越好[14-15]。有機肥只有以合適的比例與化肥進行配施，才能提高作物對營養元素的吸收和運輸，提高營養元素的有效性[16]。有機肥替代無機肥對作物和土壤的影響程度因替代比例、土壤質地及肥力、氣候等因素存在顯著的差異[17]。【本研究切入點】中國最大的優質棉產地，由新疆氣候干旱，在棉花生產種植過程中，以施用普通尿素為主，大量尿素隨水流失。而在膜下滴灌棉田有機肥與無機肥不同配比施用對棉花產量和氮肥利用率的影響鮮有報道。研究有機肥和無機肥不同配比對棉花生長發育、氮素吸收及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】研究不同氮磷減量與液體有機肥配施,棉花產量、養分吸收的影響，為新疆滴灌棉田化肥減量配施有機肥，篩選最佳有機肥種類和配施比例。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗在新疆昌吉市華興農場，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)cm+76，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280 m3。播前土壤養分狀況 為pH 8.3,有機質11.3 g/kg,速效氮58.4 mg/kg,有效磷24.4 mg/kg,速效鉀229 mg/kg。

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

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗設11個處理，處理1：常規施肥(NP)，處理2：80%常規施肥(80%NP)，處理3：80%常規施肥+低量氨基酸(80%NP+LAA)，處理4：80%常規施肥+中量氨基酸(80%NP+MAA)，處理5：80%常規施肥+高量氨基酸(80%NP+HAA)，處理6：80%常規施肥+低量黃腐酸(80%NP+LFA)，處理7：80%常規施肥+中量黃腐酸(80%NP+MFA)，處理8：80%常規施肥+高量黃腐酸(80%NP+HFA)，處理9：80%常規施肥+低量沼液(80%NP+LBS)，處理10：80%常規施肥+中量沼液(80%NP+MBS)，處理11：80%常規施肥+高量沼液(80%NP+HBS)。各處理重復3次，隨機區組排列。

處理1的N、P2O5用量分別為275、150 kg/hm2，其它處理的N、P2O5用量分別為220、120 kg/hm2。各處理的氮肥用尿素(N 46%)，分6次在棉花蕾期(2次)、花期(2次)、鈴期(2次)全部隨水滴施；磷肥用三料磷肥(P2O546%)全部基施。處理3、處理4、處理5的氨基酸有機肥分別為90、180、270 kg/hm2，氨基酸含量10%；處理6、處理7、處理8的黃腐酸有機肥分別為150、300、450 kg/hm2，黃腐酸含量6%；處理9、處理10、處理11的沼液有機肥分別為150、300、450 kg/hm2，沼液含量6%；各處理的黃腐酸、氨基酸和沼液分別在在棉花蕾期和花期隨水滴施。

1.2.2 測定指標

干物質和養分測定：在吐絮期(9月20日)采取棉花樣品，將采集的3 植株棉花按莖、葉、籽分開，在105℃下殺青30 min，75℃條件下烘干，記錄干物質重。將烘干的植株樣品粉碎，分析植株不同部位養分吸收量(濃H2SO4-H2O2消解法)。

棉花產量測定：吐絮期于各小區調查面積為9.6 m2內的棉花株數、鈴數，并采收小區內棉花100朵測單鈴重。

1.3 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2003和SPSS18.0統計軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 氮磷減量配施有機肥對棉花生物量累積與分配的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、籽和總生物量都顯著小于NP處理。80%NP+LAA、80%NP+LFA、80%NP+LBS處理的棉花莖、葉、籽和總生物量顯著大于80%NP處理，但與NP處理都沒有顯著差異。而80%NP+MAA、80%NP+HAA、80%NP+MFA、80%NP+HFA、80%NP+MBS、80%NP+HBS處理的棉花莖、葉、籽和總生物量都顯著大于NP處理，顯著大于80%NP+LAA、80%NP+LFA、80%NP+LBS處理。

常規施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導致棉花顯著降低了生物量。80%常規施肥配施有機肥都能顯著增加棉花生物量，其中配施低量的氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花生物量與常規施肥相當，顯著大于80%常規施肥；配施中量和高量的氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花生物量顯著大常規施肥，但配施中量和高量的處理間沒有顯著差異；有機肥用量相同時(低量或中量或高量)，配施不同有機肥的處理間棉花生物量沒有顯著差異。表1

表1 各施肥處理的棉花干物質累積與分配
Table 1 Cotton dry matter accumulation and distribution of each fertilizer treatment (kg/hm2)

處理Treatment莖Stem葉Leaf籽Seed總計TotalNP4 865b2 285d5 548b12 699b80%NP3 973c1 938e4 529c10 439c80%NP+LAA4 864b2 287d5487b12 637b80%NP+MAA5 214a2 478bc5 884a13 577a80%NP+HAA5 392a2 896a5 555b13 843a80%NP+LFA4 936b2 275d5 554b12 765b80%NP+MFA5 380a2 492bc6 009a13 881a80%NP+HFA5 453a2 918a5 479b13 850a80%NP+LBS4 906b2 330cd5 545b12 781b80%NP+MBS5 447a2 518b5 987a13 953a80%NP+HBS5 427a2 945a5 504b13 877a

注：同列不同字母表示處理間差異達到顯著性水平(P<0.05)

Notes: Different lowercase lettters in the same column mean significant difference (P< 0.05)

2.2 氮磷減量配施有機肥對棉花產量的影響

研究表明，氮磷肥減少20%用量而不采取其它措施，導致棉花顯著降低產量。氮磷肥減量20%配施液體有機肥都能顯著增加產量，其中配施低量的氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花產量與常規施肥相當，顯著于大于80%常規施肥；配施中量的氨基酸、黃腐酸和沼液的效果最好，棉花產量顯著大于常規施肥；配施高量的氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花產量反而低于常規施肥，但顯著大于80%常規施肥。有機肥用量相同時(低量或中量或高量)，配施不同有機肥的處理間棉花產量沒有顯著差異，但配施中量的有機肥的效果顯著好于低量和高量，而低量也顯著好于高量。圖1

注：不同字母表示處理間差異達到顯著性水平(P< 0.05)

Notes: different lowercase lettters mean significant difference (P< 0.05)

圖1 各施肥處理棉花籽棉產量
Fig.1 Cotton yield of each fertilizer treatment

2.3 氮磷減量配施有機肥對棉花氮素吸收利用的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、籽和總N素吸收量都顯著小于NP處理。80%NP+LAA、80%NP+LFA、80%NP+LBS處理的棉花莖、葉、籽和總N素吸收量顯著大于80%NP處理，但與NP處理都沒有顯著差異。而80%NP+MAA、80%NP+HAA、80%NP+MFA、80%NP+HFA、80%NP+MBS、80%NP+HBS處理的棉花莖、葉、籽和總N素吸收量都顯著大于NP處理，同時也都顯著大于80%NP+LAA、80%NP+LFA、80%NP+LBS處理。

常規施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導致顯著降低了棉花N素吸收量。80%常規施肥配施有機肥都能顯著增加棉花N素吸收量，其中配施低量的氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花N素吸收量與常規施肥相當，顯著大于80%常規施肥；配施中量和高量的氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花N素吸收量顯著大于常規施肥，且配施高量氨基酸、黃腐酸和沼液的處理顯著大于中量和低量處理；有機肥用量相同時(低量或中量或高量)，配施不同有機肥的處理間棉花N素吸收量沒有顯著差異。表2

表2 各施肥處理棉花N素吸收與分配
Table 2 Nitrogen uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2)

處理Treatment莖Stem葉Leaf籽Seed總計TotalNP85.2c40.7bc85.7c211.6c80%NP78.6d35.3d79.8d193.7d80%NP+LAA85.1c39.5c85.3c209.9c80%NP+MAA92.2b40.6bc97.5ab225.2b80%NP+HAA101.5a45.1a90.4a247.3a80%NP+LFA84.5c40.5bc85.2c210.2c80%NP+MFA91.8b40.5bc97.9ab230.2b80%NP+HFA100.1a44.5ab101.1a245.6a80%NP+LBS85.1c39.8c85.0c209.8c80%NP+MBS92.9b40.4bc96.4b229.7b80%NP+HBS99.8a44.7a100.6a245.0a

注：同列不同字母表示處理間差異達到顯著性水平(P<0.05)

Notes: Different lowercase lettters in the same column mean significant difference (P< 0.05)

2.4 氮磷減量配施有機肥對棉花磷素吸收利用的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、籽和總P素吸收量都顯著小于NP處理。80%NP+LAA、80%NP+LFA、80%NP+LBS處理的棉花莖、葉、籽和總P素吸收量顯著大于80%NP處理，但與NP處理都沒有顯著差異。而80%NP+MAA、80%NP+HAA、80%NP+MFA、80%NP+HFA、80%NP+MBS、80%NP+HBS處理的棉花莖、葉、籽和總P素吸收量都顯著大于NP處理，同時也都顯著大于80%NP+LAA、80%NP+LFA、80%NP+LBS處理。

常規施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導致顯著降低了棉花P素吸收量。80%常規施肥配施有機肥都能顯著增加棉花P素吸收量，其中配施低量的氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花P素吸收量與常規施肥相當，顯著大于80%常規施肥；配施中量和高量的氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花P素吸收量顯著大于常規施肥，且配施高量氨基酸、黃腐酸和沼液的處理顯著大于中量和低量處理；有機肥用量相同時(低量或中量或高量)，配施不同有機肥的處理間棉花P素吸收量沒有顯著差異。表3

表3 各施肥處理棉花P素吸收與分配
Table 3 Phosphorus uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2)

處理Treatment莖Stem葉Leaf籽Seed總計TotalNP9.9c4.7a18.3c32.9c80%NP8.2d3.7c15.8d27.7d80%NP+LAA9.6cd4.4b18.1c32.2c80%NP+MAA12.6b4.5b19.3ba36.4b80%NP+HAA15.4a5.4a18.3ab41.3a80%NP+LFA9.4cd4.8ab17.9c32.1c80%NP+MFA13.1b4.5b19.0b36.6b80%NP+HFA15.3a5.3a20.8a41.4a80%NP+LBS9.8c4.4b17.7c31.8c80%NP+MBS13.1b4.4b19.3ab36.8b80%NP+HBS15.4a5.3a21.0a41.8a

注：同列不同字母表示處理間差異達到顯著性水平(P<0.05)

Notes: Different lowercase lettters in the same column mean significant difference (P< 0.05)

2.5 氮磷減量配施有機肥對棉花鉀素吸收利用的影響

研究表明，不同處理的棉花莖、葉、籽和總K素吸收量都沒有顯著差異，常規施肥減少20%以及配施不同量氨基酸、黃腐酸和沼液對棉花K素吸收量沒有影響。表4

表4 各施肥處理的棉花K素吸收與分配
Table 4 Kalium uptake and distribution of cotton of each fertilizer treatment ( kg/hm2)

處理Treatment莖Stem葉Leaf籽Seed總計TotalNP113.1a32.2a38.6a183.9a80%NP111.2a25.6a30.5a167.3a80%NP+LAA113.6a31.3a38.1a183.0a80%NP+MAA114.0a32.0a37.6a132.3a80%NP+HAA112.5a31.8a35.9a182.0a80%NP+LFA113.7a31.9a36.8a182.5a80%NP+MFA113.9a32.0a38.5a184.4a80%NP+HFA112.8a30.0a37.0a179.8a80%NP+LBS114.4a32.5a38.2a185.1a80%NP+MBS111.1a33.8a38.4a183.3a80%NP+HBS113.3a32.0a36.1a181.3a

注：同列不同字母表示處理間差異達到顯著性水平(P< 0.05)

Notes: Different lowercase lettters in the same column mean significant difference (P< 0.05)

2.6 氮磷減量配施有機肥對肥料效益的影響

研究表明，80%NP處理的棉花經濟效益比NP處理小15%，常規施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導致顯著降低了棉花的經濟效益；施用80%NP+MBS的棉花經濟效益最高，比NP處理高9.4%，其次為80%NP+MFA，比NP處理高8.4%；施用相同類型的有機肥時，不同用量處理間經濟效益差異較大，中量有機肥經濟效益最佳，高量有機肥由于價格較高，其替代化肥后的投入越大，造成了經濟效益的下降，比NP處理小了10～25.6個百分點。表5

表5 各施肥處理的棉花肥料經濟效益(元/hm2)
Table 5 The fertilizer benefit on cotton of each fertilizer treatment(yuan/hm2)

處理Treatment產值Output value肥料成本Fertilizer cost收益Benefit比NP增收Increased than NP (%)NP37 3931 49835 89680%NP31 7431 22430 518-15.080%NP+LAA37 4883 47434 014-5.280%NP+MAA41 0255 72435 301-1.780%NP+HAA34 6887 97426 714-25.680%NP+LFA37 7571 82435 9330.180%NP+MFA41 3402 42438 9168.480%NP+HFA34 5583 02431 534-12.280%NP+LBS37 6891 59936 0900.580%NP+MBS41 2321 97439 2589.480%NP+HBS34 6512 34932 302-10.0

注：2017年昌吉市棉花7.0元/kg ,尿素1.6元/kg ,重過磷酸鈣2.7元/kg ,氨基酸肥料15 元/kg,黃腐酸肥料4元/kg , 沼液肥料2.5元/kg

Note: The price in Chang ji city in 2017 year:cotton 7.0 yuan/kg, urea 1.6 yuan/kg,TSP 2.7yuan/kg, amino acid 15 yuan/kg, fulvic acid 4 yuan/kg, biogas slurry 2.5 yuan/kg

3 討 論

研究表明，80%常規施肥處理顯著降低了棉花產量、生物量和N、P素吸收量。80%常規施肥配施低量有機肥對棉花產量、生物量和N、P素吸收量與常規施肥相比無明顯差異；配施中量的有機肥棉花產量顯著大于低量和高量；配施高量的有機肥棉花產量反而低于常規施肥，但棉花N、P素吸收量顯著大于中量和低量處理；有機肥用量相同時(低量或中量或高量)，配施不同有機肥處理間棉花產量、生物量和N、P素吸收量沒有顯著差異。

目前，應用化肥減量與有機肥配施在小麥、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，化肥與有機肥的配比有所不同，且增產效果差異顯著。趙軍等[18]研究認為，氮磷減量配施有機肥能夠有效提高土壤中養分的含量，從而能夠給作物提供充足的養分，利于作物生長從而提高產量。陶磊等[19]研究認為，在滴灌棉田中，施用20%的有機肥替代常規化肥與單施化肥相比，并沒有使棉花減產，該結論與研究結果相似。研究結果中，從提高棉花產量的角度來看，80%常規施肥配施中量有機肥顯著增加了棉花產量，具有一定的優勢，但80%常規施肥分別配施中量氨基酸、黃腐酸和沼液處理間棉花產量無顯著差異，表明合理的配施氨基酸、黃腐酸和沼液對提高棉花產量和肥料利用率方面有相同的增效作用；80%常規施肥配施低量有機肥時，由于其本身含有的有機質和微生物有限，通過礦化作用和腐殖化增加土壤有機質和養分含量的作用較弱，因此，對棉花增產無明顯的效果；80%常規施肥配施高量有機肥后，產量相比常規施肥有所下降，從棉花對N、P的吸收量上可以看出，配施高量有機肥促進了莖、葉、籽等吸收并搶奪了棉花果實生長所必須的養分，因此，造成了棉花的減產，這與李占等[20]的研究結果一致，即并不是有機肥添加的越多，棉花產量會越高，過量和少量施用有機肥對產量和環境產生較大影響。有機肥配施化肥的最佳比例與不同地區土壤肥力密切相關，如土壤肥力較低時，有機肥替代比例較大會降低作物產量；而土壤肥力較高時，有機肥替代比例提高可以增加土壤養分活性，提升作物產量。針對不同地區和不同作物，在施用常規化肥的基礎上，合理的添加有機肥是獲得經濟效益和環境保護關鍵。從80%常規施肥配施不同有機肥所獲得的棉花經濟效益上來看，施用80%NP+MBS的棉花經濟效益最高。選擇80%NP+MBS對提高新疆棉花產量和經濟效益的效果最佳。

4 結 論

4.1 常規施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，會顯著降低棉花養分吸收和產量。

4.2 80%常規施肥配施低量氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花養分吸收和產量顯著高于80%常規施肥，而與常規施肥沒有顯著差異。

4.3 80%常規施肥配施中量氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花產量和效益最高，顯著大于常規施肥。

4.4 80%常規施肥配施高量氨基酸、黃腐酸和沼液的棉花養分吸收顯著大于常規施肥，但降低了棉花產量和效益。