腐植酸尿素施用量及不同配比對新疆膜下滴灌棉花產(chǎn)量及氮肥利用的影響

李 源，張 炎，哈麗哈什·依巴提，李青軍

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

提高氮肥利用率是國家“十三五”節(jié)肥減藥目標中的核心問題[1]。中國傳統(tǒng)氮肥如尿素等，其利用率較低，僅為30%～35%，造成氮肥的大量流失，對環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅[2-3]。目前，常用的氮肥在價格和環(huán)境保護方面存在一定問題[4]。為此，開發(fā)適合農(nóng)作物生長發(fā)育的新型尿素顯得尤為重要。近年來，相繼出現(xiàn)了控失尿素、腐植酸尿素等新型尿素產(chǎn)品，并在玉米、小麥等作物上應(yīng)用[5-7]，這些新型尿素產(chǎn)品對于促進作物吸收、增產(chǎn)和提高肥料利用率方面取得了較好效果。其中，腐植酸尿素對土壤理化性質(zhì)的改良和促進作物生長方面效果顯著[8-10]。腐植酸中富含生物活性的天然高分子物質(zhì)[11]，能夠有效提高作物對氮的吸收[12-13]，從而增強肥料的緩釋性能[14]。此外，腐植酸還可以抑制土壤脲酶活性和調(diào)節(jié)土壤微生物的活性[15]。同時，利用腐植酸與尿素進行混合可提高氮素利用率[16-17]，增加作物對氮的吸收能力[18]。因此，針對腐植酸與尿素混合后對作物產(chǎn)量和氮肥利用率的影響受到許多學(xué)者的關(guān)注和思考[19-20]。

新疆是中國最大的優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)地，由于新疆干旱的氣候特征，在棉花的生產(chǎn)種植過程中，以施用普通尿素為主，大量尿素隨水流失，對經(jīng)濟和環(huán)境造成嚴重影響。目前，在水稻、玉米和小麥等作物上都有腐殖酸應(yīng)用的研究報道，而腐植酸尿素在新疆干旱地區(qū)滴灌棉田中應(yīng)用的相關(guān)研究報道較少。本試驗以不施氮肥為對照，研究普通尿素配施不同比例腐植酸后對棉花產(chǎn)量、養(yǎng)分積累和養(yǎng)分利用率的影響，為腐植酸尿素在棉花上的合理施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗安排在新疆昌吉市老龍河農(nóng)場(44°13′37″N，87°17′36″E)，年降雨量280 mm，年均無霜期170 d，年均≥10 ℃積溫3 300 ℃·d。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)+76 cm，株距10 cm，小區(qū)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260 m3。土壤為灰漠土，播前土壤養(yǎng)分狀況見表1。

表1 0～20 cm供試土壤的養(yǎng)分狀況Table 1 The nutrient properties of soil in 0-20 cm depth

1.2 試驗設(shè)計

在磷鉀肥用量相同的基礎(chǔ)上(P2O5：110 kg/hm2，K2O：75 kg/hm2)，試驗設(shè)8個處理，即：CK(不施氮)；Urea(常規(guī)尿素)；UHAⅠ(Ⅰ型腐植酸尿素：腐植酸質(zhì)量分數(shù)1‰)；UHAⅡ(Ⅱ型腐植酸尿素：腐植酸質(zhì)量分數(shù)2‰)；UHAⅢ(Ⅲ型腐植酸尿素：腐植酸質(zhì)量分數(shù)3‰)；UHAⅣ(Ⅳ型腐植酸尿素：腐植酸質(zhì)量分數(shù)4‰)；UHAⅤ(Ⅴ型腐植酸尿素：腐植酸質(zhì)量分數(shù)5‰)；90% UHAⅢ(Ⅲ型腐植酸尿素減量10%)。

CK為不施氮肥處理，Urea、UHAⅠ、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理的施氮量都為225 kg/hm2，90%UHAⅢ的施氮量都為202.5 kg/hm2。各施氮處理的30%氮肥作基肥，70%用于追肥，分4次在棉花蕾期(15%)、花期(25%)、花鈴期(20%)、盛鈴期(10%)隨水滴施；磷肥用三料磷肥(P2O546%)，鉀肥用氯化鉀(K2O 60%)，磷、鉀肥全部基施。各處理重復(fù)3次，小區(qū)隨機區(qū)組排列。各處理使用水表計量灌水量，每次灌水量相同。試驗所需的氮肥由河南心連心化肥有限公司提供，Urea、UHAⅠ、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ含N量均為46%。

1.3 測定方法

干物質(zhì)和養(yǎng)分測定：在成熟期(9月20日)采取棉花樣品，將采集的植株按不同器官(莖、葉、殼、纖維、籽)分開，105 ℃下殺青30 min，然后在75 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量并記錄干物質(zhì)質(zhì)量。將烘干的棉株樣品粉碎，過孔徑0.5 mm的篩，用H2SO4-H2O2消煮，測定植株不同部位N元素。

棉花產(chǎn)量測定：棉花成熟期各小區(qū)調(diào)查9.6 m2面積的棉花株數(shù)、鈴數(shù)，并采收小區(qū)內(nèi)棉花100朵測鈴質(zhì)量，計算產(chǎn)量。

養(yǎng)分積累量(kg/hm2)=株數(shù)(株/hm2)×單株干物質(zhì)質(zhì)量(kg)×養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)(%)

養(yǎng)分利用率(%)=(施氮區(qū)養(yǎng)分吸收量-無氮區(qū)吸收量)×100 /施氮量

農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施氮區(qū)棉花產(chǎn)量-無氮區(qū)棉花產(chǎn)量)/施氮量

1.4 數(shù)據(jù)處理

圖表利用Microsoft Excel 2003制作，試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0 統(tǒng)計軟件進行方差分析和多重比較(最小顯著差數(shù)法，Least significant difference，LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥對棉花干物質(zhì)累積與分配的影響

由表2可看出，棉花各部位干物質(zhì)處理間差異顯著。棉花的葉干物質(zhì)以UHAⅤ和UHAⅣ處理較大，分別為2 513和2 384 kg/hm2，顯著大于其他處理，但二者間沒有顯著差異；UHAⅢ處理顯著大于常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理，而常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異；所有施氮處理都顯著大于CK處理。施氮都顯著增加了棉花莖干物質(zhì)，其中UHAⅤ和UHAⅣ處理較大，都顯著大于其他處理，其次是UHAⅢ、UHAⅡ處理，都顯著大于常規(guī)尿素、UHAⅠ和90%UHAⅢ處理。各處理的殼干物質(zhì)與葉干物質(zhì)具有相同的趨勢。施氮都顯著增加了棉花纖維干物質(zhì)，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理都顯著大于其他處理，但三者間沒有顯著差異；UHAⅡ處理顯著大于常規(guī)尿素處理，而常規(guī)尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異。施氮都顯著增加了棉花籽干物質(zhì)，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理都顯著大于其他處理，但三者間沒有顯著差異；UHAⅡ處理顯著大于90%UHAⅢ處理，但常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ處理間沒有顯著差異，而常規(guī)尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理間也沒有顯著差異。施氮都顯著增加了棉花總干物質(zhì)，各處理中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理的總干物質(zhì)都顯著大于其他處理，其中UHAⅤ處理為13 571 kg/hm2，顯著大于UHAⅡ、UHAⅢ處理，與UHAⅣ處理沒有顯著差異，而UHAⅢ處理顯著大于UHAⅡ處理，與UHAⅣ處理沒有顯著差異；常規(guī)尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異。

表2 棉花干物質(zhì)累積與分配Table 2 Dry matter accumulation and distribution of cotton kg/hm2

注：同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0. 05)，下同。

Notes:Different lowercase lettters in the same column mean significant difference(P<0. 05)，the same below.

2.2 氮肥對棉花產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，各處理棉花的株數(shù)沒有顯著差異。施氮顯著提高了棉花單株鈴數(shù)，各處理中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理的單株鈴數(shù)都顯著大于其他處理，但四者間差異不顯著；而常規(guī)尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異。施氮顯著增加了棉花單鈴質(zhì)量，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理都顯著大于常規(guī)尿素、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理，但UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理間沒有顯著差異；而常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ處理間沒有顯著差異。

施用氮肥顯著增加了棉花產(chǎn)量，比CK增產(chǎn)31.26%～41.13%，與常規(guī)尿素相比，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理都顯著增加了產(chǎn)量，增產(chǎn)率3.74%～7.52%，其中UHAⅤ增產(chǎn)效果最好，顯著大于UHAⅡ處理，但與UHAⅢ、UHAⅣ處理差異不顯著；而UHAⅠ、90%UHAⅢ與常規(guī)尿素處理效果相當(dāng)。

表3 棉花產(chǎn)量與構(gòu)成因子Table 3 Yield and composition factor of cotton

2.3 氮肥對棉花養(yǎng)分吸收與分配的影響

由表4可看出，棉花各部位N素吸收量處理間差異顯著。施氮顯著增加了棉花葉N素吸收量，各處理中以UHAⅤ最大，為33.32 kg/hm2，顯著大于UHAⅠ、90%UHAⅢ處理，與常規(guī)尿素、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ處理沒有顯著差異，而90%UHAⅢ與常規(guī)尿素處理相當(dāng)。施氮顯著增加了棉花莖N素吸收量，其中UHAⅤ、UHAⅢ處理最高，顯著大于常規(guī)尿素、UHAⅠ和90%UHAⅢ處理，而常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ處理沒有顯著差異。施氮顯著增加了棉花殼N素吸收量，其中UHAⅢ處理最高，為35.97 kg/hm2，顯著大于常規(guī)尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理，與UHAⅡ、UHAⅣ、UHAⅤ處理差異不顯著；常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ處理沒有顯著差異。施氮顯著增加了棉花纖維N素吸收量，其中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ、90%UHAⅢ處理顯著大于常規(guī)尿素處理，而常規(guī)尿素與UHAⅠ處理差異不顯著。施氮顯著增加了棉花籽N素吸收量，其中UHAⅤ、UHAⅣ最高，顯著大于常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理，與UHAⅢ處理差異不顯著；而常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理沒有顯著差異。

施氮顯著增加了棉花總N素吸收量，UHAⅤ處理的總N素吸收量為216.57 kg/hm2，顯著大于常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理，與UHAⅢ、UHAⅣ處理差異不顯著；而常規(guī)尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ處理沒有顯著差異。

表4 棉花N素吸收與分配Table 4 Nitrogen uptake and distribution of cotton kg/hm2

2.4 棉花氮肥利用效率

由表5可看出，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ處理的農(nóng)學(xué)效率介于6.60～7.51 kg/kg之間，都大于常規(guī)尿素處理的5.71 kg/kg，其中UHAⅤ處理最大，其次是UHAⅣ處理，而常規(guī)尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ處理相差不大。

UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ和90%UHAⅢ處理都比常規(guī)尿素處理都提高了氮肥利用率，增加了4.50%～9.79%，其中UHAⅤ比處理的氮肥利用率最高，為53.01%；UHAⅠ處理的氮肥利用率與常規(guī)尿素處理相差不大，而90%UHAⅢ處理的氮肥利用率比常規(guī)尿素增加了6.11%。

表5 氮肥利用效率 Table 5 Fertilizer nitrogen use efficiency

3 討 論

在本次試驗中，腐植酸與尿素混合施用后，可以明顯提高棉花的產(chǎn)量，提高了氮肥利用率，起到了較好的效果。在棉花產(chǎn)量、氮素吸收量、氮肥利用效率方面，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ型、UHAⅤ處理均高于常規(guī)尿素，且差異性顯著；UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ3個處理之間差異不顯著，但3個處理與UHAⅠ、90% UHAⅢ處理差異顯著；其中UHAⅤ增產(chǎn)效果最為明顯，其次為UHAⅣ，兩者分別較常規(guī)尿素增產(chǎn)7.16%、7.52%。而UHAⅠ、90% UHAⅢ與常規(guī)尿素效果相當(dāng)。以上結(jié)果表明腐植酸與尿素混合后能夠提高尿素的緩釋性能，提高土壤的供肥能力，促進作物對養(yǎng)分的吸收，對提高棉花產(chǎn)量和氮肥利用率效果顯著。尿素中添加腐殖酸后，能夠提高肥料的化學(xué)活性[21-22]，使得尿素起到較好的緩釋效果[23]。并且在腐殖酸添加量不同的情況下，肥料的使用效果產(chǎn)生較大差異。當(dāng)腐殖酸添加量較低時，主要是以抑制脲酶活性為主，如果適當(dāng)增大腐植酸添加量，可能對脲酶的抑制和銨態(tài)氮的吸附同時起作用[24-25]，不同階段哪些作用為主導(dǎo)還有待研究。

本試驗中腐植酸添加到尿素中的比例從1‰～5‰，并且隨著腐植酸添加量的增加，棉花產(chǎn)量逐漸升高。當(dāng)腐植酸添加比例大于3‰時，與添加比例在3‰以下的棉花產(chǎn)量和棉花N素吸收上呈顯著差異，腐植酸添加比例3‰～5‰之間時，無顯著差異。但也有研究表明，并不是腐殖酸添加的越多，棉花產(chǎn)量會越高。過量和少量施用腐植酸對產(chǎn)量和環(huán)境產(chǎn)生較大影響。在施用尿素的基礎(chǔ)上，合理的添加腐殖酸是獲得經(jīng)濟效益和環(huán)境保護的核心問題。目前，應(yīng)用腐植酸與尿素進行不同比例的配比，在小麥、玉米、棉花等作物的產(chǎn)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(chǎn)量時，腐植酸與尿素的配比有所不同，且增產(chǎn)效果差異顯著。如腐殖酸與尿素按1∶1混合后應(yīng)用于玉米、小麥和蔬菜中，增產(chǎn)率分別為15.7%、13.2%和29.27%[26]。翟勇等[27]在腐殖酸尿素對滴灌棉花產(chǎn)量及氮肥利用率的研究結(jié)果表明，腐殖酸能夠?qū)⑼寥乐械南鯌B(tài)氮固定在根系周圍，大大降低了硝態(tài)氮的隨水流失，并且能夠有效促進作物對氮素的吸收，提高棉花干物質(zhì)積累量。同時，過量添加腐植酸反而會使產(chǎn)量降低。如Akhtar等[28]確定了腐植酸添加比例為17.3%時玉米產(chǎn)量達到最高，大于17.3%反而會使玉米減產(chǎn)。由于綜合考慮了經(jīng)濟效益和環(huán)境因素，本試驗將腐植酸增效劑添加比例范圍設(shè)置為1‰～5‰，在此范圍內(nèi)棉花產(chǎn)量總體上是隨腐植酸添加量的增加而增加的，如果繼續(xù)增大腐植酸添加量，會產(chǎn)生何種變化，還有待進一步的試驗驗證。本研究為新疆干旱區(qū)膜下滴灌棉田一年的研究結(jié)果，在不同膜下滴灌年限下，腐植酸尿素的應(yīng)用效果還需進一步研究與驗證。

4 結(jié) 論

4.1 與常規(guī)尿素相比，Ⅱ型腐殖酸尿素、Ⅲ型腐殖酸尿素、Ⅳ型腐殖酸尿素、Ⅴ型腐殖酸尿素都能顯著增加了棉花干物質(zhì)和產(chǎn)量，增產(chǎn)3.74%～7.52%，其中Ⅴ型腐殖酸尿素的增產(chǎn)效果最好，而Ⅰ型腐殖酸尿素、90%Ⅲ型腐殖酸尿素與常規(guī)尿素效果相當(dāng)。

4.2 與常規(guī)尿素相比，Ⅱ型腐殖酸尿素、Ⅲ型腐殖酸尿素、Ⅳ型腐殖酸尿素、Ⅴ型腐殖酸尿素都顯著增加了棉花N素吸收量，提高棉花氮肥利用率，氮肥利用率增加4.50%～9.79%，其中Ⅴ型腐殖酸尿素的氮肥利用率最高。

4.3 90%Ⅲ型腐殖酸尿素與常規(guī)尿素的棉花N素吸收量大體相同，但氮肥利用率增加6.11%。