提高棉田磷肥利用效率的土壤微生物激發碳技術

彭 懿，張 林，馮 固

（中國農業大學 資源與環境學院 生物多樣性與有機農業北京市重點實驗室，北京 100193）

棉花生產中磷肥過量施用的現象十分普遍，新疆棉田磷肥（P2O5）平均施用量約162.6 kg/hm2［1］，遠超出了棉花的養分需求量［2］，導致磷肥利用率一直處于較低水平［2-3］。磷肥特性與土壤性質不匹配、磷肥運籌不科學、磷在土壤中移動距離有限、磷素高效利用的生物學潛力發掘不夠是導致磷肥利用率低的重要原因［4］。在棉花苗期將磷肥作為啟動肥集中施于根系附近，提高局部磷供應濃度，能夠顯著促進棉花生長，增強磷素吸收［5-6］。同時，用生理酸性肥料硫酸銨（N 7.5 kg/hm2）和磷肥（P2O535 ～69 kg/hm2）作為種肥，配合棉花花鈴期滴灌追施硫酸銨能夠使棉花增產11.9%～19.4%，磷肥利用率提高9 ～15個百分點［7］。另外，硫酸銨與硝化抑制劑配合施用還可以顯著提高磷肥和硫酸銨的肥效［8］。

土壤中存在著大量土著解磷微生物，施用糖蜜提高土著微生物活性、培育大的微生物量磷庫是實現磷肥減量增效的重要技術途徑。首先，在土壤可溶性有機碳濃度提高的條件下，微生物可以迅速將施入土壤的磷肥固定在體內形成微生物量磷。這部分磷在微生物量磷庫周轉過程中又可以被釋放到土壤中成為土壤有效磷的重要來源［9-10］。其次，解磷微生物分泌的磷酸酶能促進有機磷的礦化，其分泌的有機酸陰離子可以螯合Ca2+、Mg2+，促進土壤無機磷的活化。再次，微生物分泌質子以及通過呼吸釋放的CO2，也能降低根際土壤pH 值，從而促進難溶性磷酸鹽的溶解［11］。然而，農田土壤是一個缺碳的環境，絕大多數微生物處于“碳饑餓”狀態，處于活性狀態的土壤微生物只有5%［12-13］。因此，通過添加糖蜜提高微生物代謝活性，強化微生物對磷的轉化與周轉，可以降低磷肥施入土壤后有效性的損失，提高磷肥利用效率。

基于上述研究，筆者所在課題組集成了磷肥性質-土壤類型匹配技術、啟動磷肥技術、硫酸銨誘導根際酸化技術以及糖蜜調控土著解磷微生物活性技術，建立了基于添加糖蜜強化土著解磷微生物活性的膜下滴灌棉花磷肥高效利用的技術規程，目標是充分發揮土著微生物的解磷功能、提高磷肥效率、減少磷肥用量，為棉花生產中磷肥“減施增效”提供技術支持。

1 適用范圍

該技術規程規定了滴灌棉田激發碳提高土壤微生物解磷功能技術的術語和定義、激發碳選擇與施用方法及其配套的田間管理措施，適用范圍為新疆應用膜下滴灌技術的機采棉田，其他類似的區域也可參照本規程進行磷肥的高效管理。

2 規范性引用文件

下列標準文件對于該技術是必不可少的：LY/T 1232—2015《森林土壤磷的測定》，NY/T 2911—2016《測土配方施肥技術規程》，NY/T 3243—2018《棉花膜下滴灌水肥一體化技術規程》，DB65/T 3107—2010《棉花膜下滴灌水肥管理技術規程》，HG/T 5048—2016《水溶性磷酸一銨》，GB 21634—2008《重過磷酸鈣》，GB 10205—2009《磷酸一銨、磷酸二銨》，GB/T 8321.10—2018《農藥合理使用準則（十）》。

3 術語和定義

3.1 水肥一體化技術

指借助有壓滴灌技術，按照作物需求進行水肥供給的一種節約型灌溉施肥技術。

3.2 土壤磷素豐缺指標

指依據作物產量和土壤有效磷之間的相關關系劃分的磷素肥力等級。土壤有效磷測定參照LY/T 1232—2015。土壤磷素豐缺指標是磷肥管理的基礎依據之一。

3.3 施肥制度

指作物播種前和整個生育期內總的施肥次數、每次施肥的時間及施用肥料的種類與用量。

3.4 施肥量

指一個生產周期（包括播種前和棉花整個生育期）內投入的所有磷肥（P2O5）的總量。

3.5 基肥

指棉花播種前結合秋季、春季翻耕，播前整地等措施耕作施用的肥料。

3.6 啟動肥

指棉花播種時在播種行附近使用的氮肥、磷肥的統稱。啟動肥中的磷肥稱為啟動磷肥。在石灰性土壤上，啟動肥中的氮肥選用硫酸銨可以誘導根際pH值降低，提高磷肥的有效性。

3.7 滴灌追肥

指在棉花生育期內，滴灌灌溉的同時，通過滴灌系統隨水施入肥料的一種施肥方式。

3.8 磷肥與土壤性質匹配

磷肥化學性質與土壤化學性質的匹配直接關系到磷肥的利用效率。酸性土壤上施用堿性磷肥，石灰性土壤上施用酸性磷肥，有利于減少土壤對磷肥的化學固定，保持磷肥的有效性。

3.9 根際營養調控

指通過調控植物根際的化學、生物學過程，誘導根際酸化，一方面促進土壤難溶性磷活化，另一方面降低磷肥有效性損失，最終促進作物對磷的吸收利用。

3.10 目標產量

指根據區域農戶調查以及當地實際生產水平確定的預期作物產量，是施肥中肥料定量最原始的依據。

3.11 磷肥恒量監控

指綜合考慮土壤養分豐缺指標、磷素平衡以及磷肥的累積效應，結合長期定位試驗，確定將土壤速效磷維持在臨界水平的施磷量，據此進行磷肥管理。

4 施肥管理

4.1 基本原則

參照NY/T 2911—2016進行棉田土壤肥力狀況和肥效評價，結合生產實際確定目標產量并制定施肥制度。棉花的磷肥管理應注意施肥技術與其他栽培措施的聯合應用，應尤其重視根際調控以及微生物解磷潛力的發掘。

4.2 土壤磷素豐缺指標

用有效磷含量表征土壤磷素的豐缺，據李青軍等［3］研究，土壤磷素豐缺指標具體劃分為極低、低、中、高和極高5個等級。

4.3 施肥量的確定

按照磷肥恒量監控的管理原則確定磷肥的施用量：首先根據土壤肥力水平和生產實際制定目標產量，確定作物養分吸收量；然后將土壤磷素肥力培育并維持在中等肥力水平，即w（有效磷）約為20 mg/kg；最后充分發揮根際營養調控、磷肥性質與土壤性質匹配、啟動磷肥和土著解磷微生物潛力發掘的作用。皮棉目標產量為2.25 t/hm2時，根據以上原則制定的磷肥推薦用量如表1所示。

表1 滴灌條件下皮棉目標產量為2.25 t/hm2時不同肥力土壤磷肥推薦施用量

氮肥施用量依據DB65/T 3107—2010中的推薦量確定，銨態氮肥和硝化抑制劑一起施用效果更好。在施用硫酸銨時，可根據氮肥用量加入質量分數12%的雙氰胺（也稱二氰二胺，DCD）溶液或者質量分數1%的3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP）溶液，可以有效抑制銨態氮向硝態氮的轉化。

4.4 肥料要求

石灰性土壤上磷肥以酸性肥料磷酸一銨為宜，在新疆棉區滴灌磷肥推薦施用符合HG/T 5048—2016 標準要求的水溶性磷酸一銨。氮肥選擇尿素和硫酸銨。滴灌肥要求水溶性好、雜質及有害離子少，不能與灌溉水中的雜質相互作用沉淀。粒狀、粉狀磷酸一銨（GB 10205—2009）和重過磷酸鈣（GB 21634—2008）可作為基肥或種肥條施。

4.5 糖蜜

選擇甜菜糖蜜或者甘蔗糖蜜作為碳源調控土著解磷微生物的活性，要求糖蜜w（總糖）40% ～100%，w（蔗糖）＞30%，w（還原性糖）＞13%。將糖蜜加入施肥罐中隨水滴施，糖蜜用量（按碳的質量計）為120 kg/hm2。

4.6 施肥制度

新疆膜下滴灌棉田有2 種施肥方式。一種是“基肥+滴灌追肥”模式，另一種為“種肥+滴灌追肥”模式。2種施肥模式下具體的施肥時間、肥料類型和肥料施用量分別見表2、表3。

表2 膜下滴灌棉花“基肥+滴灌追肥”模式全生育期硫酸銨、磷肥和糖蜜施用量 kg/hm2

表3 膜下滴灌棉花“種肥+滴灌追肥”模式全生育期硫酸銨、磷肥和糖蜜施用量 kg/hm2

基肥：結合秋季或春季翻耕，在極低、低和中等肥力水平土壤上，基肥的施用量分別為P2O583 、72、50 kg/hm2，高肥力和極高肥力水平的土壤上不施基肥。

啟動肥：播種后出苗水滴施硫酸銨（N）8.5 kg/hm2進行根際調控。隨出苗水滴施磷肥（P2O5）60 kg/hm2作為啟動磷肥。在土壤磷素肥力極高的土壤上不施磷肥，啟動肥僅施用硫酸銨。

具有種肥同播條件的地區，播種時在播種行種子側下方條施硫酸銨（N 8.5 kg/hm2）和磷肥（P2O560 kg/hm2）作為種肥。條施的磷肥可以選用粒狀或粉狀磷酸一銨或者重過磷酸鈣。

蕾期追施磷肥：在沒有基施磷肥的施肥制度中，需要在棉花蕾期分2 次（6 月上旬和6 月下旬）滴灌追施磷肥。高肥力和極高肥力土壤不追施磷肥，在極低、低和中等肥力的土壤上分別滴灌追施P2O583、72、50 kg/hm2。

糖蜜調控解磷微生物活性：在各肥力水平下，棉花蕾期和花期分2 次施糖蜜（按碳的質量計）120 kg/hm2，用于增強土著解磷微生物活性。

硫酸銨根際調控：在各肥力水平上，花鈴期和盛鈴期不再施磷肥，分兩次滴施硫酸銨（每次施N 30 kg/hm2）補充氮素并調節根際酸度。

4.7 鉀肥和中微量元素肥料

鉀肥和中微量元素肥料施用參照DB65/T 3107—2010。

5 配套栽培管理措施

5.1 整地

適時秋翻春耕，開春后及時進行播前整地，要達到“墑、平、松、碎、齊、凈”。

5.2 播種、滴灌管道鋪設

北疆棉區4月8日至20日為最佳播種時期，在生產中可根據土壤溫度及天氣狀況適當調整。采用常規的機采棉種植模式，一膜六行三根滴灌帶，“干播濕出”，棉花播種后及時鋪設管道，連接滴灌管。管道鋪設的具體操作參照NY/T 3243—2018。

5.3 出苗水與啟動肥

管道鋪設完畢后及時試水，待滴灌管道正常運行后開始滴出苗水，隨水滴灌施入作為啟動肥的硫酸銨和磷肥。

5.4 滴水灌溉

灌溉管理參照DB65/T 3107—2010，棉花生育期內根據實際情況適當調整灌溉次數、日期和灌溉量。

5.5 田間管理

棉花生育期內依據長勢與氣溫、水肥供應狀況進行全程化學調控，以水控為主、化學調控為輔，注意水肥耦合對棉花生長的調控。6 月底開始打頂，7 月上旬結束。根據GB/T 8321.10—2018 采用“防病控蟲”的綜合管理措施進行病蟲害防治。

5.6 適時催熟、采收

棉花吐絮率達到30%～40%時，選擇最低溫度大于12 ℃、平均氣溫達到18 ～20 ℃時進行脫葉催熟。棉鈴吐絮率≥95%，脫葉率≥90%時即可進行機械采收。