有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥對(duì)棉花農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

王小武，古麗努爾·艾合買(mǎi)提，王志方，楊新平，代金平，張慧濤，謝玉清，陳 競(jìng)，馮 蕾

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所/新疆特殊環(huán)境微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】化肥作為農(nóng)作物主要生產(chǎn)資料，過(guò)量、不合理使用是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染、土壤質(zhì)量下降的重要因素[1-2]，有悖于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理念[2]。減輕農(nóng)業(yè)、環(huán)境的面源污染，根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥婪柿ΓY(jié)合農(nóng)作物不同生長(zhǎng)階段的需肥特性進(jìn)行科學(xué)施肥，推進(jìn)以綠色生態(tài)為導(dǎo)向可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)[1，3-4]。【前人研究進(jìn)展】在減施一定量化肥的基礎(chǔ)上配施適量比例有機(jī)肥可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量[5-7]，也有研究認(rèn)為，有機(jī)肥-無(wú)機(jī)肥替代對(duì)農(nóng)作物影響程度因減施(替代)率、土壤肥力及質(zhì)地、氣候、管理等因素不同而差異顯著[6]。合理施氮或氮素利用率提高對(duì)作物正常生長(zhǎng)起著重要作用。【本研究切入點(diǎn)】新疆是中國(guó)最大的商品棉生產(chǎn)基地，棉花產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)的83.8%[8]。而氮素作為農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要元素[9]，氮肥不合理的施用會(huì)導(dǎo)致棉花蕾鈴脫落、產(chǎn)量和品質(zhì)降低等問(wèn)題[10-13]。研究有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥對(duì)棉花農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以棉花為研究對(duì)象，研究有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液態(tài)肥對(duì)土壤養(yǎng)分、棉花農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響，為新疆灌溉棉區(qū)化肥減施提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2019年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)、奎屯130團(tuán)、精河縣等棉作區(qū)開(kāi)展試驗(yàn)，從棉花播種(4月22～28日)到最后一次收獲(10月24～29日)。試驗(yàn)地前茬作物均為棉花，試驗(yàn)土壤肥力。

新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠試驗(yàn)場(chǎng)、奎屯130團(tuán)和精河縣土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為16.85、21.76和19.3 g/kg；堿解氮含量分別為65.1、74.3和84.5 mg/kg；速效磷含量分別為19.1、17.32和16.45 mg/kg；速效鉀含量分別為282.3、354.2和417.5 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共計(jì)9個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積30 m2。棉花各生育期施肥隨水滴灌，共計(jì)8次，根據(jù)棉花的需肥規(guī)律，采取少量多次的原則，苗期施入 1 次，蕾期施肥 2 次， 花鈴初期施肥 2 次，盛鈴期施肥 3 次，吐絮期不施肥，將肥料完全溶解于肥料罐中，通過(guò)水肥一體化裝置施入，施肥前 45 min滴水，停水前 30 min 結(jié)束；各處理磷肥、鉀肥不足部分由過(guò)磷酸鈣(P2O5=12%)補(bǔ)充。各處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。供試棉花品種均為新陸早49號(hào)。4月22～28日播種，播種后3 d滴出苗水，其他管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田管理方式進(jìn)行。

供試肥料：有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥(N-P2O5-K2O=15%-3%-4%)，有機(jī)質(zhì)≥20%，由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所研發(fā)，新疆萬(wàn)康誠(chéng)一肥業(yè)有限公司提供(生產(chǎn))，其總養(yǎng)分含量為22%。尿素(含 N46%)，重過(guò)磷酸鈣(含 P2O546%)硫酸鉀(含K2O 50%)，均由新疆心連心能源化工有限公司提供。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)1.2.2.1 土壤養(yǎng)分

于棉花關(guān)鍵生育期(盛蕾期、盛鈴期和吐絮期)，利用土鉆采集0～20 cm土層土樣，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行混勻，過(guò)40目網(wǎng)篩，揀去殘留的地膜、秸稈及石塊等，在4℃保存，用于測(cè)土壤養(yǎng)分。列出具體測(cè)試指標(biāo)及方法[14]。表1

1.2.2.2 棉花農(nóng)藝性狀及干物質(zhì)

在棉花4葉期(出苗后23～25 d)，開(kāi)始進(jìn)行定點(diǎn)定株調(diào)查，每隔5 d測(cè)定1次棉花株高直至恒定，收獲前1 d調(diào)查棉株的果枝始節(jié)及始節(jié)高度；在棉花盛蕾期(出苗后51 d)、開(kāi)花期(出苗后60 d)盛花期(出苗后72 d)、盛鈴前期(出苗后84 d)、盛鈴后期(出苗后96 d)及吐絮期(出苗后118 d)等關(guān)鍵性生育期，每小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻具有代表性棉株10株，將植株分成莖、葉、蕾(鈴)，裝袋后帶回實(shí)驗(yàn)室，105℃殺青30 min后80℃烘干至恒重，稱干物質(zhì)質(zhì)量。

表1 土壤測(cè)試指標(biāo)(新疆，2019)Table 1 Soil testing indicators (Xinjiang, 2019)

1.2.2.3 產(chǎn)量及構(gòu)成因素

收獲期，每小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻具有代表性的區(qū)域定3個(gè)樣點(diǎn)，每樣點(diǎn)面積2.0 m×3.0 m，調(diào)查樣點(diǎn)全部株數(shù)和鈴數(shù)，折算出單株結(jié)鈴數(shù)和單位面積總鈴數(shù)，每樣點(diǎn)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的棉花5株，收取全部棉鈴分開(kāi)裝袋，稱重、測(cè)定鈴重，統(tǒng)計(jì)實(shí)收籽棉產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office2010和SPSS20.0整理并分析處理數(shù)據(jù)，用最小顯著差異法(LSD)檢驗(yàn)平均數(shù)(P<0.05)，用Microsoft Office2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花株高變化

研究表明，隨著生育期的推進(jìn)，棉花株高呈不斷增加趨勢(shì)。出苗25和30 d后， CF、T及 CK 等處理間株高無(wú)顯著差異性。35 d以后新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠試驗(yàn)場(chǎng)、奎屯130團(tuán)和精河縣等試驗(yàn)區(qū)CF、T及 CK處理，棉花株高表現(xiàn)為 CF>T>CK。棉花出苗后，前50～55 d 棉花正值盛蕾期，在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)(CF、T、CK)棉花株高累計(jì)生長(zhǎng)量分別為：57.6 cm±4.33 cm、55.8 cm±4.12 cm和48.2 cm±3.38 cm；奎屯130團(tuán)試驗(yàn)區(qū)(CF、T、CK)依次為54.4 cm±5.31cm、53.3 cm±4.82 cm和42.4 cm±3.88 cm；， 精河縣試驗(yàn)區(qū)(CF、T、CK)依次為59.4 cm±6.62 cm、56.3 cm±5.33 cm和46.4 cm±4.96 cm。與當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥(CF)相比，T處理下株高變化差異性不顯著，但與不施氮肥處理(CK)呈顯著性差異。圖1

注：圖中a、b、c依次為新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠試驗(yàn)場(chǎng)、奎屯130團(tuán)、精河縣，下同
Note: In the figure, a, b, and c are EFXAAS, KT130, and JHC, respectively，The same below．
圖1 不同施肥條件下棉花株高變化(新疆，2019)
Fig. 1 Cotton plant height changes under different fertilization conditions (Xinjiang, 2019)

2.2 干物質(zhì)變化

研究表明，隨著生育期的推進(jìn)，不同肥料處理下的棉花干物質(zhì)積累量呈不斷增加趨勢(shì)。生育前期，CF、T1處理與T2～T3以及CK等處理間的干物質(zhì)積累量差異較小；生育后期，CF、T1處理與T2～T3以及CK等處理間的干物質(zhì)積累量差異較大。CF、T1處理出苗后51～72 d干物質(zhì)累計(jì)率高于T2～T3以及CK等處理；出苗后72～84 d的干物質(zhì)累計(jì)率低于T2～T3以及CK等處理；出苗后84 d，T2～T3以及CK等處理的干物質(zhì)累計(jì)速率呈不同程度的變小。圖2

2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

研究表明，不同地區(qū)、不同施肥處理下棉花農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)結(jié)果表明，施肥各個(gè)處理較CK能顯著提高棉花單株鈴數(shù)、鈴重和籽棉產(chǎn)量。與CK相比，CF和T處理下，單株鈴數(shù)、鈴重和籽棉產(chǎn)量均顯著提高，而衣分和馬克隆值差異不顯著，表明施肥對(duì)棉花長(zhǎng)勢(shì)、棉花成鈴率和產(chǎn)量構(gòu)成具有重要的促進(jìn)作用，而對(duì)品質(zhì)影響差異不顯著。各處理單株鈴數(shù)、鈴重、籽棉產(chǎn)量基本表現(xiàn)為CF>T>CK，而CF和T處理間差異不顯著，較常規(guī)化學(xué)肥料，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥可以滿足棉花生長(zhǎng)，主要是由于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥增加了大量的有益微生物和有機(jī)質(zhì)，提高了肥料利用率。表2

圖2 不同施肥條件下棉花干物質(zhì)積累量變化(新疆，2019)
Fig.2 Changes in cotton dry matter accumulation under different fertilization conditions (Xinjiang, 2019)

表2 不同施肥條件下棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素(新疆，2019)
Table 2 Cotton yield and its constituent factors under different fertilization conditions (Xinjiang, 2019)

地區(qū)Region處理Treatment單株鈴數(shù)Bullnumber鈴重Bullweight(g)籽棉產(chǎn)量Seedyield(kg/hm2)衣分Lintpercent(%)馬克隆值Micronaire新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠試驗(yàn)場(chǎng)ExperimentalFieldofAnningDistrictXinjiangAcademyofAgriculturalSciencesCF7.5±0.5a6.4±0.3a5992.5±56.4a43.5±0.5a4.8±0.1aT7.3±0.6a6.1±0.7a5893.8±78.7a44.2±0.4a4.7±0.3aCK5.5±0.3b4.3±0.4b3101.2±89.3b43.1±0.7a4.8±0.2a奎屯130團(tuán)KuitunBoRegimentCF8.2±0.6a7.2±0.4a6086.3±78.3a43.8±0.5a4.8±0.1aT7.9±0.4a7.4±0.5a6122.5±66.4a43.5±0.6a4.9±0.2aCK5.7±0.3b4.5±0.2b3202.4±84.5b43.2±0.4a4.8±0.1a精河縣JingheCountyCF7.3±0.4a6.3±0.4a5987.3±101.1a43.4±0.7a4.8±0.2aT7.01±0.6a5.9±0.5a5802.4±89.2a42.9±0.5a4.9±0.3aCK5.2±0.3b4.0±0.3b3002.5±87.4b43.1±0.5a4.8±0.2a

注: 同列不同字母表示0.05水平時(shí)差異顯著；下同
Note: Values followed by different small letters in the same column mean significantly different atP= 0.05; The same below

2.4 棉花關(guān)鍵生育期內(nèi)土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)

研究表明，常規(guī)施肥(CF)、施入有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥(T)和不施肥(CK)等處理下棉田土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀差異顯著(P<0.05)。在有機(jī)質(zhì)方面：隨著棉花生育期的推進(jìn)，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠試驗(yàn)場(chǎng)、奎屯130團(tuán)和精河縣等試驗(yàn)區(qū)CF和CK處理土壤有機(jī)質(zhì)均呈下降趨勢(shì)，而T處理保持平衡或略有升高，且T處理與CF、CK間差異顯著，而 CF與CK間無(wú)顯著差異性，但CF處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于CK。在堿解氮、速效磷和速效鉀方面：與CK相比，施肥均能顯著提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量，以CF處理，在棉花盛蕾期、盛鈴期(花鈴盛期)及吐絮期，土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量均最高；CF與T差異不顯著，但CF、T處理與CK有顯著差異性。隨著棉花生育期的推進(jìn)，堿解氮、速效磷和速效鉀從盛蕾期～吐絮期均呈下降趨勢(shì)。圖3，表3

圖3 不同施肥條件下棉田有機(jī)質(zhì)變化(新疆，2019)
Fig.3 Organic matter changes in cotton fields under different fertilization conditions (Xinjiang, 2019)

3 討 論

通過(guò)化肥減量、配施有機(jī)肥來(lái)提高農(nóng)作物產(chǎn)量[15]，大量研究表明，施用有機(jī)肥不僅提高土壤生物活性[16-18]，而且在調(diào)控土壤微生態(tài)和降低農(nóng)作物病害方面有突出作用[19-22]。如王寧等[23]研究表明，化肥減量配施有機(jī)肥可以改善棉田土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)(改變土壤酶活、優(yōu)化根系生態(tài)環(huán)境)，且有機(jī)肥配比越高，效果越顯著；王一鳴等[24]研究表明，有機(jī)氮肥替代20%～ 40%無(wú)機(jī)氮用量，該措施不僅能滿足香蕉正常生長(zhǎng)的需要，還能顯著降低香蕉枯萎病的發(fā)病率；陶磊等[25]研究表明，在棉花穩(wěn)產(chǎn)的前提下，有機(jī)肥可以替代20%～40%化肥。而目前在新疆機(jī)采棉大規(guī)模生產(chǎn)中，需要施入的氮量292.6 kg/hm2[25-26]，研究于棉花全生育期施入研發(fā)的有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥100

表3 同施肥條件下棉田堿解氮、速效磷及速效鉀變化Table 3 Changes of alkaline nitrogen, available phosphorus and available potassium in cotton fields under the same fertilization conditions (Xinjiang, 2019)

kg。研究結(jié)果表明，100 kg有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥(T處理)可獲得與常規(guī)施肥(CF處理)相持平的產(chǎn)量，100 kg有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥(T處理)與常規(guī)施肥(CF處理)處理間的棉花株高、干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量差異不顯著(P>0.05)，較常規(guī)化學(xué)肥料，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥可以滿足棉花生長(zhǎng)，主要是由于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥增加了大量的有益微生物和有機(jī)質(zhì)，提高了肥料利用率，進(jìn)而提高棉花單位面積產(chǎn)量。研究表明，有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì))不僅可以增加土壤肥力水平，改善土壤養(yǎng)分缺失情況，還可以促進(jìn)土壤形成良好的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤保肥保墑能力[27-28]。研究結(jié)果顯示，施用有機(jī)無(wú)機(jī)液體復(fù)混肥(有機(jī)質(zhì)≥20%)可以有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，造成這一結(jié)果的原因與其含20%的有機(jī)質(zhì)有關(guān)。有機(jī)肥施用比例越高，土壤中有機(jī)質(zhì)含量越高，這與王一鳴等[24]、陶磊等[25]、Guo 等[29]研究相一致。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)，在棉田單純的施用化肥(或不施肥)會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量不同程度降低，而施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥與施用化肥(或不施肥)相比，能夠顯著減弱土壤有機(jī)質(zhì)的降低，因有機(jī)質(zhì)對(duì)速效養(yǎng)分具有吸附作用，從而減少速效養(yǎng)分的流失，有機(jī)質(zhì)含量高的肥料，既可保證足量的速效養(yǎng)分，又減少了養(yǎng)分流失，并且隨著施入量(比例)的增加，土壤速效養(yǎng)分含量也呈增加趨勢(shì)[24]。

4 結(jié) 論

4.1 對(duì)膜下滴灌條件下新疆中高產(chǎn)機(jī)采棉花用N肥量(20 kg/667m2N，普通復(fù)合肥)而言，研究1 500 kg/hm2用量(相當(dāng)于15 kg/667m2N，普通復(fù)合肥)，減施25%N，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥可獲得與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量。

4.2 于棉花整個(gè)生育周期施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥(T處理)，試驗(yàn)棉田土壤有機(jī)質(zhì)含量保持穩(wěn)定或略呈升高趨勢(shì)，而不施肥(CK處理)或常規(guī)施肥/平衡施肥(CF處理)，試驗(yàn)棉田土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈不同程度降低趨勢(shì)。

4.3 有機(jī)無(wú)機(jī)液體復(fù)合肥可以滿足棉花全生育期對(duì)養(yǎng)分的需要，施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混液體肥可減緩棉花收獲后土壤有機(jī)質(zhì)含量的降低。