有機酸添加對不同磷肥用量棉田磷素狀況和產量的影響

馬超，張凱，袁芳，張楠，盛建東，張文太

（新疆農業大學草業與環境科學學院/新疆土壤與植物生態過程重點實驗室，烏魯木齊 830052）

0 引言

【研究意義】2019年新疆棉花播種面積為333.92×104hm2（5 008.8萬畝），占全國的76.1%，產量500.2×104t，占全國84.9%[1]，已成為我國最重要的棉區和優質棉基地[2]。施肥是保證棉田產量的重要措施，膜下滴灌條件下，棉田氮肥和鉀肥的當季利用率可達到10.8%～40.5%和21.2%～35.9%[3]，而磷肥由于在石灰性土壤上固持嚴重[4]，棉田磷肥當季利用率僅為10%～25%[5]，提高磷肥利用率是減少棉田化學磷肥用量、提高經濟和環境效益的關鍵。研究不同磷肥用量條件下，有機酸添加對土壤磷素有效性、棉花生長和產量的影響，對減少化學磷肥用量，提高棉田磷肥利用率有重要意義。【前人研究進展】有機酸是普遍存在于自然界的一類功能性有機物，由于其特殊的荷電特性與分子結構[6]，施入土壤可提高土壤磷素有效性[7]，促進作物磷素吸收[8]。有機酸提高土壤磷素有效性的機理包括：有機陰離子與磷酸根的配位交換[9]；有機態的含磷化合物在pH值降低時部分水解[10-11]；部分鐵鋁結合態磷鰲合溶解[12]?！颈狙芯壳腥朦c】新疆棉田土壤磷素固持嚴重，磷肥利用率低。需有機酸添加對土壤磷素有效性和棉花產量的影響?！緮M解決的關鍵問題】以新疆膜下滴灌棉田為研究對象，在不同磷肥用量基礎上，設置有機酸添加和對照處理，測定棉田土壤速效磷、植株吸磷量、產量構成等，研究其在減少化學磷肥用量潛力，為新疆棉田磷肥科學管理提供參照。

1 材料與方法

1.1 材料

研究選取新疆阜康市彭家灣村冰湖三隊（88°0′44.30″E，44°10′21.05″N）。阜康地處天山東段北麓、準噶爾盆地南緣，屬于大陸性干旱氣候，年均無霜期174 d，光熱資源充足，年均溫度6.6℃，降雨量186 mm。該地區耕地土壤類型主要有灌溉灰漠土、灌耕土、潮土、退潮土、灌淤土、鹽漬化土潮土等。阜康市棉花播種面積0.98×104hm2（14.71×104畝），棉花產量1.91×104t，棉花是阜康市的重要經濟作物。試驗區土壤背景值分別為有機質18.10 g/kg，堿解氮46.23 mg/kg，速效磷13.55 mg/kg，pH（水∶土=5∶1）8.14，電導率226.74μS/cm。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

以當地測土配方施肥磷肥P2O5用量（150 kg/hm2）為上限，P2O5設置0、50、100和150 kg/hm2（MAP0、MAP50、MAP100和MAP150）4個磷肥用量處理（磷酸一銨），每個磷肥用量處理下設不添加有機酸對照（CK）和有機酸添加處理（OA，有機酸用量為45 kg/hm2），每個處理4個重復，共32個小區，小區面積為5 m×4 m。棉花種植模式為膜下滴灌，1膜1帶2行種植，棉花株距15 cm。棉田磷肥采用磷酸一銨（云南常青樹化工有限公司，N含量12%，P2O5含量61%）、氮肥采用尿素（新疆鴻基焦化有限責任公司，N含量46.2%），施氮量N為250 kg/hm2（尿素與磷酸一銨中氮的總和）和鉀肥采用農用硫酸鉀（新疆新雅泰化工有限公司，K2O含量51%），K2O施用量為30 kg/hm2，在棉花各生育期分6次隨水滴施，其他田間管理和農藝措施均與新疆棉田普遍采用的模式保持一致。表1

表1 棉田灌水時間及灌水量Table 1 Irrigation time and amount in cotton field

1.2.2 指標測定

植株干物質和養分：在花蕾期、花鈴期和吐絮期對植株進行采集，按器官分為根、莖、葉、殼、絮、籽。在75℃條件下烘干36 h至恒重，記錄生物量，將樣品粉碎，采用硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法測定棉花不同器官的植物含磷量[13]。

籽棉產量：在小區內隨機取1 m×1 m樣方，記下單位面積株數、單株鈴數和單鈴重情況，計算單位面積下籽棉產量。

土壤速效磷：在棉花生長的蕾期、花鈴期和吐絮期，對每個處理進行土壤取樣，每個小區隨機采集5個樣點，分2個土層（0～10 cm、10～20 cm），混勻后，運回實驗室。用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測試土壤速效磷含量[13]。

1.3 數據處理

磷肥利用率=（施磷區作物累積吸磷量-不施磷區作物累積吸磷量）/施磷區磷肥用量×100；

磷肥累積利用率=施磷處理的植株累積吸磷量/施磷量；

磷肥農學利用率（kg/kg）=（施磷區籽棉的產量-不施磷區籽棉產量）/施磷區磷肥用量；

磷肥偏生產力（kg/kg）=施磷區籽棉產量/施磷區磷肥用量。

各處理間土壤速效磷含量、植株生物量和含磷量、磷素累積吸收量、產量及構成、磷肥利用率均采用雙因素方差分析，多重比較采用Duncan法。數據整理所用軟件為Microsoft Office Excel 2007，數據分析軟件為SPSS23.0，作圖軟件為origin2018。

其次，改變了新聞資源的導向。隨著媒介相互之間的信息傳遞變得愈發便捷，新聞資源日益豐富，媒介融合使新聞資源較以往獲取信息變得更為注重用戶的需求。在激烈的市場競爭中，要想取得有利位置，新聞采編要適時了解和掌握用戶的需求，以此為基礎，盡最大努力爭取到用戶的關注。

2 結果與分析

2.1 有機酸添加對不同磷肥用量棉田土壤速效磷的影響

研究表明，增加磷肥投入可提高土壤速效磷含量。在花蕾期，不添加有機酸處理，土壤速效磷含量隨施磷量增加表現出逐漸升高趨勢；而在添加有機酸處理，土壤速效磷含量隨施磷量增加表現出先增加后平穩，或略有降低趨勢。在花鈴期和吐絮期，土壤速效磷含量均表現出隨施磷量增加而先增加后平穩，或略有降低趨勢，在MAP50或MAP100處理最高。在花鈴期的MAP50處理、吐絮期的MAP0和MAP50（0～10 cm土層）處理，有機酸添加顯著提高了土壤速效磷含量。圖1

圖1 不同有機酸添加下不同磷肥用量棉田土壤速效磷變化Fig.1 Effects of organic acid addition on soil Olsen-P in cotton field with different phosphorus application rates

2.2 有機酸添加不同磷肥用量棉花不同生育期各器官生物量和吸磷量的影響

研究表明，在花蕾期，有機酸添加顯著增加了根、莖和葉生物量。在花鈴期，在MAP50和MAP150處理，有機酸添加顯著提高了根生物量；在MAP0和MAP50處理，有機酸添加顯著增加莖生物量；在不施有機酸時，MAP150鈴生物量最高，在有機酸添加時，MAP100鈴生物量最高。在吐絮期，植物各器官生物量均表現為隨施磷量增加而先升高后降低的趨勢，且在MAP50處理時最高；在有機酸添加時，隨磷肥用量增加，莖生物量表現出先增加后降低趨勢；在MAP50處理時，有機酸添加顯著提高了根生物量；在MAP50和MAP100處理，有機酸添加顯著降低了葉生物量。表2

表2 不同有機酸添加下不同磷肥用量棉田植株各器官生物量變化（g/株）Table 2 Effects of organic acid addition on biomass of plant organ in cotton field with different phosphorus application rates（g/plant）

在花蕾期，MAP0+CK處理的根和莖含磷量最低，而葉含磷量最高；在MAP50和MAP100處理，有機酸添加顯著提高了蕾含磷量。在花鈴期，隨施磷量的增加，根、莖和鈴的含磷量均表現為先升高后降低趨勢；在MAP50處理，有機酸添加顯著增加了根和莖的含磷量。在吐絮期，根和絮的含磷量在MAP100+OA處理時最高；MAP0+CK處理的葉片含磷量最高；在MAP50處理，有機酸添加顯著提高棉籽含磷量。表3

表3 不同有機酸添加下不同磷肥用量棉田植株各器官含磷量變化Table 3 Effects of organic acid addition on phosphorus content of plant organs in cotton field with different phosphorus fertilization rates

2.3 有機酸添加對不同磷肥用量棉花不同生育期植株累積吸磷量的影響

研究表明，在各生育期，棉花植株累積吸磷量均表現出隨施磷量增加而先增加后平穩，或略有降低趨勢，在MAP50或MAP100處理達到最高。在花蕾期的MAP50和MAP150處理、花鈴期的MAP0和MAP50處理，有機酸添加均顯著增加了植株吸磷量；而在吐絮期，有機酸添加對植株吸磷量的影響不顯著。圖2，圖3

圖2 不同有機酸添加下不同磷肥用量棉田植株累積吸磷量變化Fig.2 Effects of organic acid addition on plant phosphorus uptake in cotton field with different phosphorus application rates

圖3 不同有機酸添加下不同磷肥用量棉田植株各器官磷素分配變化Fig.3 Effects of organic acid addition on distribution of phosphorus among different organs in cotton field with different phosphorus application rates

2.4 有機酸添加對不同磷肥用量棉田植株籽棉產量構成的影響

研究表明，隨施磷量增加，棉花單鈴重和單鈴株數表現出先升高后降低趨勢，單株鈴數在MAP100處理最高，單鈴重在MAP50處理最高；在MAP100處理，有機酸添加顯著增加了單株鈴數和單鈴重。相比于不施磷肥處理，磷肥施用顯著提高了棉花收獲密度，但各施磷處理之間差異不顯著。在不添加有機酸處理，籽棉產量表現出隨施磷量增加而增加趨勢，在MAP150處理產量最高，為5 220.29 kg/hm2；而在添加有機酸處理，籽棉產量隨施磷量增加表現出先增加后降低趨勢，在MAP100處理產量最高，為5 194.77 kg/hm2。表4

表4 不同有機酸添加下不同磷肥用量棉田籽棉產量構成變化Table 4 Effects of organic acid addition on seed cotton yield composition in cotton field with different phosphorus application rates

磷肥利用率隨施磷量的增加呈現先升高后降低的趨勢，在MAP100+CK處理時最高，達到了32.97%：磷肥累積利用率、農學效率和偏生產力隨著施磷量增加呈現遞減趨勢，在MAP150+OA處理時磷肥農學效率和磷肥偏生產力最低：添加有機酸處理磷肥累計利用率整體高于未添加有機酸的處理。隨施磷量的增加，土壤中磷素盈余由負值逐漸增長為正值，土壤磷素盈余量呈現逐漸增大的趨勢，在MAP100+CK和MAP100+OA處理時，磷素盈余基本達到平衡，P2O5分別為-5.31和-7.24 kg/hm2。表5，表6

表5 不同有機酸添加下不同磷肥用量棉田磷肥利用率變化Table 5 Effects of organic acid addition on phosphorus fertilizer use efficiency in cotton field with different phosphorus application rates

表6 不同有機酸添加下不同磷肥用量棉田磷素收支平衡變化Table 6 Effects of organic acid addition on phosphorus balance in cotton field with different phosphorus fertilizer application rates

3 討論

土壤磷素有效性對植物生長發育起決定作用[14]，而磷肥投入是提高土壤磷素有效性的重要方法。研究表明隨磷肥用量增加，土壤速效磷表現出先增加后平穩，或略有降低趨勢。可能是因為一定的磷肥用量通過提高植物根系和土壤微生物活化磷素能力，提高了土壤的磷素有效性；而過多的磷肥投入由于抑制根系和土壤微生物活性，加之土壤中存在的磷素吸附解吸平衡、溶解沉淀平衡等反應[15]，并未進一步提高土壤速效磷含量。研究中，有機酸添加顯著提高了土壤磷素有效性，與大部分研究的結果一致[16-19]。有機酸進入土壤后，可通過與磷酸二氫根競爭吸附位點，絡合鈣離子以減少鈣磷沉淀生成，酸化溶解礦物態磷等途徑[20-21]，提高土壤磷素有效性[22]，并促進磷素在土壤中的移動[23]。

研究表明，隨磷肥用量增加，棉花累積吸磷量隨施磷量的增加表現為逐漸升高或先升高后降低趨勢。與前人研究結果一致[24]，可能是因為施磷刺激棉花根系長度、根表面積和根密度增加，使更多的磷素轉運到根和生殖器官，進而促進棉花生長結實[10]。研究中，在棉花生長發育前期，有機酸添加處理有利于棉花進行營養生長，而在吐絮期，有機酸添加更有利于進行生殖生長，且在磷肥用量較低處理效果明顯?？赡苁且驗橛袡C酸添加增加了土壤磷素有效性[25]，在較低磷肥用量下滿足作物養分需求[26]，并且促進更多磷素向籽粒轉運[27]，提高籽粒磷素累積量[28]，提高棉花產量。

研究中，隨施磷量增加，籽棉產量逐漸增加?？赡苁且驗樵黾恿追视昧看龠M植物干物質和磷素的積累[29]，增加棉花單株鈴數[30]，進而增加了籽棉產量[31]。研究中，有機酸添加時，籽棉產量隨施磷量增加表現出先增加后降低趨勢，與前人研究結果一致[24]，可能是因為有機酸添加，特別是在較低的磷肥用量時，一方面增加了土壤磷素有效性[32]，促進了植物對磷素吸收利用[33]；另一方面，有機酸添加促進了磷素向生殖器官分配，增加了棉花單株鈴數，提高了籽棉產量[34]。

肥料的表觀利用率與偏生產力能直接反應施肥與棉花磷素吸收或產量關系的重要參數[30]。研究中，磷肥利用率隨磷肥用量增加表現出先升高后略有降低趨勢，在MAP100處理時，磷肥利用率最大，且此時磷素P2O5盈余為-5.31 kg/hm2；這可能是因為適量的磷肥用量通過增加棉花吸磷量及籽棉產量，提高磷肥利用率及偏生產率。而磷肥的過量施用導致磷肥利用率下降，磷素在土壤中累積，產生潛在的環境風險[28]。研究中，添加有機酸處理后，磷肥利用率在MAP50處理大于MAP100處理，可能是因為有機酸添加后，在較低化學磷肥用量的基礎上，通過提高土壤磷素有效性，增加棉花對磷素的吸收利用，提高棉田磷肥利用效率[35]；在保持較高磷肥利用率和產量的同時，使土壤磷素維持在平衡或略有盈余的狀態，有利于棉田磷素的可持續管理。

4 結論

4.1 隨磷肥用量增加，土壤速效磷表現出先增加后略有降低趨勢；土壤速效磷在MAP100處理達到最大值。

4.2 植株累積吸磷量表現出隨施磷量增加而先增加后略有降低趨勢；植株累積吸磷量在MAP100處理達到最高。

4.3 籽棉產量隨施磷量增加而增加趨勢，在MAP100處理最高（5 194 kg/hm2）。

4.4 在不添加有機酸時，磷肥利用率表現出隨施磷量增加而先升高后降低趨勢，在MAP100處理磷肥利用率最高（32.97%）。

4.5 有機酸添加可在較低化學磷肥用量時，提高土壤磷素有效性、植株吸磷量，促進磷素向生殖器官分配，提高籽棉產量和棉田磷肥利用率。在新疆棉田的磷素管理中，應注意配合有機酸進行磷肥滴施，在保證棉花產量的基礎上，適度降低化學磷肥用量（有機酸45 kg/hm2+P2O5100 kg/hm2）。