有機肥替代部分化肥對棉田土壤養分含量與棉花產量收益的影響

石學萍，張 謙，王 燕，董 明，祁 虹，馮國藝，孫紅春，王樹林

(1.國家半干旱農業工程技術研究中心，石家莊 050051；2.河北省農林科學院棉花研究所/農業農村部黃淮海半干旱區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室/國家棉花改良中心河北分中心，石家莊 050051；3.河北農業大學農學院，河北保定 071000)

0 引 言

【研究意義】棉花是河北省重要經濟作物之一，近年來面積有所下降，主要集中于河北省中南部的旱薄沙壤土地區，該區域土壤肥力普遍較低，是限制棉花產量提升的主要因子，改善土壤結構、提升土壤肥力是提高棉花產量、實現棉花可持續發展的重要途徑。有機肥在改善土壤板結、提高土壤肥力、增加作物產量方面具有天然優勢，研究適合冀中南旱薄沙壤地區的有機無機肥料配施方案具有重要意義。【前人研究進展】土壤養分在棉花生長發育和產量形成過程中起到重要作用，隨著化肥的普及應用，其用量早已占到我國肥料總量的90%以上[1]，化學肥料長期施用已顯現出肥效下降[2]、土壤板結酸化及面源污染等生態環境問題[3-4]，有機肥與無機肥相結合，可顯著提高作物產量，提高化肥利用率，提高農田生產力[5-6]。吳迪等[7]研究表明，配施有機肥不僅對作物的生長發育有促進作用，還能提高對肥料養分的吸收和利用效率，獲得更高的經濟產量；李淑儀等[8]研究表明，并不是有機肥所占比例越高越好，超過某個界限后作物產量反而降低，有機無機配施應存在最合適比例，有機肥比例過高和過低都會影響作物產量；袁玲等[9]研究表明，有機肥與化肥長期配合施用能提高土壤有機質和氮磷養分的含量，增強土壤轉化酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶的活性。【本研究切入點】基于增施有機肥后，在不降低棉花產量與土壤養分的情況下，分析從有機無機配施下的肥料投入產出效益，研究增施有機肥后可減施的化肥量。需研究河北省中南部旱薄沙壤區開展的有機肥替代化肥效果。【擬解決的關鍵問題】在河北省中南部旱薄沙壤區，增施有機肥，在保證棉花產量穩定的情況下，減少施用化肥量，達到培肥地力、減少環境污染的目標。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018～2020年在河北省農林科學院棉花研究所威縣試驗站(河北省威縣棗園鄉東張莊村)進行，供試肥料為尿素(N46.4%)、重過磷酸鈣(P2O546.0%)、氯化鉀(K2O 60.0%)，有機肥采用袋裝干雞糞(有機質含量43.2%，全N含量1.4%，P2O5含量 0.9%，K2O含量 1.3%)，均為市場購買；棉花品種采用冀863。試驗地前茬棉花，土壤有機質6.6 g/kg，全氮1.09 g/kg，速效磷27.5 mg/kg，速效鉀198 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用隨機區組設計，設置6個處理，分別為不施肥對照(CK0)、施用常量化肥(CKF)、化肥減量10%+有機肥(T1)、化肥減量30%+有機肥(T2)、化肥減量50%+有機肥(T3)。設3次重復，小區寬6.0 m，長10.0 m，棉花采用地膜覆蓋，等行距76 cm種植，留苗密度6.0×104株/hm2，所有肥料于4月中旬1次底施，施肥后旋耕，隨后灌底墑水，4月下旬耙耱后播種，其它管理措施同大田。表1

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 土壤養分

收獲期于10月25日前后每個小區按照五點取樣法取0～20 cm土壤，混勻后風干。土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法，全氮測定采用濃硫酸消煮-半微量凱氏法，速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法,速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計法[10]。

表1 試驗處理及肥料用量Table 1 Treatments and fertilizer amount of the experiment

1.2.2.2 產量及產量構成

9月10日每小區選取具代表性的40株棉花，調查單株成鈴數；吐絮后收取40株全部吐絮鈴測定單鈴重，并軋花測定衣分；小區籽棉單獨收獲計產。

1.2.2.3 肥料投入收益

肥料價格按照市場購買價格計算，干雞糞0.35元/kg，尿素1.6元/kg，重過磷酸鈣5.2元/kg，氯化鉀2.9元/kg，籽棉價格6.6元/kg；肥料投入收益=處理籽棉收益-不施肥對照籽棉收益-肥料投入。

1.3 數據處理

數據整理使用Excel 2007與dps7.05分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代對土壤養分含量的影響

研究表明，連續3年施用有機肥后，土壤有機質含量顯著升高，T1、T2與T3之間的土壤有機質含量差異不顯著，在6.7～6.8 g/kg，但較CKF提高0.2～0.3 g/kg，差異達顯著水平；土壤全氮各處理間均差異不顯著，即使CK0全氮也未出現降低趨勢；土壤速效磷與速效鉀處理間變化規律趨勢基本一致，在施用有機肥的情況下，化肥減量越多，土壤速效磷與速效鉀含量越低，其中T2與CKF相比，速效磷含量下降了4.6%，速效鉀含量基本持平，差異均不顯著，T3與CKF相比，速效磷與速效鉀含量顯著下降。連續3年增施有機肥可明顯提高土壤有機質含量，同時在化肥減量30% 情況下，土壤全氮、速效磷與速效鉀含量與單施化肥相比差異不大，而減施化肥50%后，土壤速效磷與速效鉀含量顯著下降。表2

表2 不同處理土壤養分含量Table 2 Soil nutrient contents of treatments

2.2 棉花產量性狀

研究表明，增施有機肥減施化肥通過影響單株鈴數而影響棉花產量，與CKF相比，T1單株鈴數略有增加而T2略有下降，但差異均未達顯著水平，T3則顯著低于CKF；單鈴重僅CK0為4.8 g，顯著低于其它處理，T1、T2略高于CKF、T3，但4個處理間差異不顯著，衣分則CK0最高，且顯著高于其它4個處理，CKF、T1、T2與T3的衣分在38.5%～38.9%，差異不大；籽棉產量以CK0最低，與CKF相比T1籽棉增產3.3%，T2基本持平，T3減產4.5%，其中T3產量顯著下降，T1、T2與CKF籽棉產量差異不顯著，皮棉產量趨勢相似。增施有機肥減施30%化肥籽棉產量與單施化肥差異不大，而減施50%化肥后籽棉產量則顯著下降。表3

表3 不同處理棉花產量性狀變化Table 3 Cotton yield components of treatments

2.3 肥料投入收益比較

研究表明，在所有處理中，T1肥料總投入最高，達到2 711元/hm2，T2較CKF肥料總投入減少204元/hm2，籽棉收益以T1最高，T2次之，肥料投入收益以T1最高，為3 487元/hm2，但T1月T2之間差異不顯著，而T3肥料投入收益則顯著降低。在增施有機肥的情況下，減施30%化肥可達到肥料投入收益與減施化肥量之間的平衡，既兼顧收益也最大限度減少化肥用量。表4

表4 不同處理肥料投入收益Table 4 Returns of fertilizer input for treatments

3 討 論

有機肥在改善土壤結構、提高土壤肥力、增加作物產量等方面的研究很多，其效果也得到一致認可，何曉雁等[5]認為，有機肥與化肥合理配施可提高小麥產量49.4%，提高土壤有機質與速效鉀含量，增加作物生物量、提高水分利用效率；溫延臣等[6]研究結果表明，采用有機肥等養分替代化肥后，對小麥玉米產量構成因素影響不大，但有利于培肥地力，促進土壤可持續利用；研究重點從減少化肥用量與肥料投入收益比的角度出發，采用合適比例的有機肥替代化肥后，發現土壤有機質顯著提高，棉花產量與產量構成因素與單施化肥相差不大，與前人研究結果基本一致，研究從肥料投入收益比的角度，提出了最佳有機肥與化肥用量。另一方面，隨著化肥的普及推廣，有機肥施用比例急劇下降，包雪梅等[1]指出，有機肥投入下降造成土壤基礎肥力下降，鉀素營養不足，原因是傳統有機肥堆制施用勞動強度大，并且在當季作物作物增產增效方面明顯不如化肥，比較符合當前農村有機肥源不足，有機肥施用費工費力導致的有機肥用量下降現象；近年來市場上出現了簡易加工的有機肥(如干雞糞)，價格低廉，施用方便，如能部分替代化肥，在成本相當的情況下，既可實現培肥地力，又能減少化肥施用降低環境污染的效果。在試驗中，設置了施干雞糞1 500 kg/hm2，其投入成本約占化肥投入20%，通過與不同化肥減量處理配合施用，結果表明在減少化肥用量30%的情況下，一方面棉花產量與單施化肥處理相當，同時提高了土壤有機質，穩定了棉田氮磷鉀養分含量，肥料投入效益較高，是適合冀中南旱薄沙壤區棉花種植的施肥方案。

4 結 論

在河北省中南部旱薄沙壤棉區，采用增施有機肥(干雞糞)1 500 kg/hm2，同時減少化肥用量30%，定位3 a后，土壤有機質提高0.3 g/kg，土壤全氮、速效磷與速效鉀含量與單施化肥相比差異不大；棉花產量與單施化肥對照持平，而肥料投入收益較單施化肥對照增加540元/hm2。