江蘇濱海鹽堿地麥后直播棉氮、磷、鉀肥料優(yōu)化配比研究

楊長琴，劉瑞顯，張國偉，王曉婧，倪萬潮

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，南京210014）

隨著我國現(xiàn)有耕地資源的愈趨缺乏，糧棉爭地矛盾愈發(fā)突出。 在長江流域下游棉區(qū)，棉花種植逐漸向土壤條件較為貧瘠的濱海鹽堿地集中[1]。因此，研究適宜濱海鹽堿地的植棉技術，提高現(xiàn)有鹽堿地植棉水平，對于長江流域下游棉區(qū)棉花可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

濱海鹽堿地土壤中鹽離子含量較高，沙性較重，保肥性較差[2-7]，具有“有機質(zhì)含量低、缺氮、貧磷、富鉀”的特性[8]，這與非鹽堿地的土壤理化特性差異較大，因此，栽培措施的制定也必然與非鹽堿地存在差異。 施肥是棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)重要的調(diào)控措施之一，合理氮、磷、鉀配比施肥有利于緩解鹽害、增強土壤養(yǎng)分的平衡供給能力，達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的[5,9-10]。但是，目前在濱海鹽堿地的棉花種植中偏施氮肥且過量施用的現(xiàn)象非常普遍[11-12]，因此，亟需因地制宜地制定合適的氮、磷、鉀配比施肥水平，達到減肥高效的目的。

辛承松等[5,10]對黃河三角洲濱海鹽漬土研究表明，根據(jù)鹽堿程度分類合理施肥是減輕鹽漬土營養(yǎng)障礙、改善棉花營養(yǎng)、提高養(yǎng)分農(nóng)學利用效率和棉花產(chǎn)量的有效途徑。 鄒芳剛等[11]根據(jù)長江流域濱海鹽堿地鹽分水平，提出長江流域濱海鹽堿地棉田育苗移栽棉的適宜施氮量為301～374 kg·hm－2。 目前，麥后直播棉已經(jīng)成為長江流域棉區(qū)棉花生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。 本課題組前期的研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)育苗移栽棉相比，麥后棉直播以早熟棉為品種，具有生育期短、生長速度快、單株生物量低、開花結鈴吐絮集中等特性，其栽培措施與傳統(tǒng)育苗移栽棉存在較大差異[13-15]。 而針對長江流域濱海鹽堿地麥后直播棉氮、磷和鉀養(yǎng)分綜合配施的研究尚未見報道。

本研究針對長江流域棉區(qū)濱海鹽堿地植棉現(xiàn)狀，以早熟棉中棉所50 為材料，采用3 因子3水平正交設計研究氮、磷和鉀肥3 因子不同配施量對麥后直播棉花生物量、養(yǎng)分累積與利用及產(chǎn)量的影響，旨在揭示氮、磷、鉀肥合理配施影響濱海鹽堿地麥后直播棉高產(chǎn)的生理和物質(zhì)基礎，為建立濱海鹽堿地麥后直播棉合理的養(yǎng)分管理技術體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2017 和2018 年在江蘇省鹽城市大豐區(qū)大豐稻麥原種場（33.2°N,120.5°E）進行。 試驗田土壤為鹽化潮土， 質(zhì)地為輕壤土。 2017 和2018 年試驗0―20 cm 土層土壤 pH 分別為8.4和8.5， 含鹽量為0.29%和0.27%， 有機質(zhì)含量13.5 g·kg－1和 14.0 g·kg－1、全氮 0.9 g·kg－1和0.8 g·kg－1、速效磷 24.2 mg·kg－1和 26.8 mg·kg－1、速效鉀 243 mg·kg－1和 248 mg·kg－1。

試驗采用氮、磷、鉀肥3 因子3 水平的正交設計，氮肥 （N）設 75 kg·hm－2（N1）、150 kg·hm－2（N2）和 225 kg·hm－2（N3）3 個水平；磷肥（以P2O5計）設 37.5 kg·hm－2（P1）、75 kg·hm－2（P2）和112.5 kg·hm－2（P3）3 個水平；鉀肥（以 K2O 計）設75 kg·hm－2（K1）、150 kg·hm－2（K2）和225 kg·hm－2（K3）3 個水平，共計 9 個處理組合（表 1），每處理組合重復 3 次，共計 27 個小區(qū)，小區(qū)面積30 m2，完全隨機排列。 供試品種為中棉所50，2017 和 2018 年分別于大麥收獲后 5 月 25 日和5 月28 日播種。 根據(jù)機采棉要求和前期研究結果[13-14,16]，播種密度 9.75 萬株·hm－2，行距 76 cm。氮肥用尿素， 其運籌為苗肥占40%、初花肥占60%；磷肥用過磷酸鈣、鉀肥用硫酸鉀，磷、鉀肥運籌為苗肥與初花肥各占50%。 其他按田間高產(chǎn)要求進行。

表1 氮、磷、鉀肥配施正交設計Table 1 Orthogonal experimental design of nitrogen,phosphorus, and potassium fertilizers

1.2 測定項目與方法

1.2.1生物量與養(yǎng)分含量。于吐絮期，每個小區(qū)取連續(xù)5 株具代表性棉株，按莖枝、葉片和蕾鈴等不同部位分開，105 ℃殺青30 min 后于80 ℃烘干至恒重，測定生物量。 樣品粉碎后分別用凱氏定氮法[17]、鉬銻抗比色法[17]和火焰光度法[18]測定全氮、全磷和全鉀含量。

相關指標表述如下：

生物量（養(yǎng)分）經(jīng)濟系數(shù)（%）＝生殖器官生物量（養(yǎng)分）/植株地上部生物量（養(yǎng)分）×100

100 kg 皮棉養(yǎng)分吸收量（kg）＝植株養(yǎng)分吸收量/皮棉產(chǎn)量×100

養(yǎng)分利用效率 （kg·kg－1）＝皮棉產(chǎn)量 / 植株養(yǎng)分吸收量

1.2.2產(chǎn)量。于吐絮期選擇連續(xù)15 株調(diào)查成鈴，收正常吐絮鈴30 個，測鈴重和衣分，計算皮棉產(chǎn)量。

1.2.3土壤養(yǎng)分含量。吐絮期取0―30 cm 耕層土壤，室內(nèi)自然風干后磨碎過篩。 分別用堿解擴散法[19]、鉬藍比色法[19]和火焰光度計法[19]測定堿解氮、速效磷和速效鉀含量。

1.3 統(tǒng)計分析方法

采用 Microsoft Excel 軟件處理數(shù)據(jù)，用SPSS 11.0 軟件統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 氮、磷、鉀肥配施對鹽堿地麥后直播棉生物量和養(yǎng)分累積與分配的影響

2.1.1生物量與經(jīng)濟系數(shù)。表2 可見，氮、磷、鉀肥3 因子對地上部和生殖器官生物量的影響均為氮肥＞磷肥＞鉀肥。 多重比較可見，不同施氮水平間， 棉株地上部和生殖器官生物量2017 年N2 和N3 水平均顯著高于N1，2018 年隨施氮水平提高顯著增加；生物量經(jīng)濟系數(shù)均隨施氮水平提高而持續(xù)增加。 不同施磷水平間，地上部生物量P2 和P3 水平均顯著高于P1，生殖器官生物量P2 水平均顯著高于P1 和P3， 生物量經(jīng)濟系數(shù)隨施磷水平增加顯著降低。不同施鉀水平間，地上部生物量K3＞K1＞K2、生殖器官生物量間差異不顯著，生物量經(jīng)濟系數(shù)K1 和K2 水平均顯著高于K3。綜上，生殖器官生物量及經(jīng)濟系數(shù)均較高的組合為 N2P2K1、N2P2K2、N3P2K1 和N3P2K2。

表2 氮、磷、鉀肥配施對鹽堿地麥后直播棉生物量累積與分配的影響Table 2 Effects of nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizers on the biomass accumulation and distribution of field-seeded cotton after barley harvest grown in saline fields

2.1.2養(yǎng)分累積量及其經(jīng)濟系數(shù)。表3 可見，氮、磷、鉀肥3 因子對棉株地上部氮、鉀素累積量的影響均為氮肥＞磷肥＞鉀肥， 對生殖器官氮、鉀素累積量的影響則為磷肥＞氮肥＞鉀肥。 多重比較可見，不同氮肥水平間，棉株地上部和生殖器官氮、鉀素累積量N2 和N3 水平顯著高于N1，磷素累積量N3 水平較低。 不同磷肥水平間，氮、磷、鉀素累積量P2 水平較高。 不同鉀肥水平間，總體上K3 水平均顯著高于K1 和K2。 綜上，地上部和生殖器官氮、鉀素累積量較高的組合為N2P2K3 和N3P2K3。 氮肥因子對氮、鉀素經(jīng)濟系數(shù)的影響大于磷肥和鉀肥， 且N1 和N2 水平顯著高于N3。 磷肥因子對磷素經(jīng)濟系數(shù)的影響大于氮肥和鉀肥，以P2＞P1＞P3。

2.2 氮、磷、鉀肥配施對鹽堿地麥后直播棉產(chǎn)量及其構成的影響

表4 可見，氮、磷、鉀肥3 因子對皮棉產(chǎn)量的影響為氮肥>磷肥>鉀肥。 多重比較可見，氮、磷肥不同水平顯著影響皮棉產(chǎn)量， 而鉀肥水平影響不顯著。不同氮肥水平間，皮棉產(chǎn)量2017 年以N2和N3 水平較高，2018 年隨施氮水平提高而持續(xù)增加；不同磷肥水平間，皮棉產(chǎn)量P2 水平顯著高于P1 和P3。 綜上， 產(chǎn)量較佳的組合為N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3、N3P2K1、N3P2K2 和 N3P2K3，效益較佳的組合為N2P2K1 和N3P2K1。

氮、磷、鉀肥不同水平對鈴數(shù)、鈴重的影響與皮棉產(chǎn)量相似。 3 因子中僅鉀肥不同水平對衣分影響顯著，K1 和K2 水平顯著高于K3。

表4 氮、磷、鉀肥配施對鹽堿地麥后直播棉產(chǎn)量及其構成的影響Table 4 Effects of nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizers on lint yield ant its composition of field-seeded cotton after barley harvest grown in saline fields

2.3 氮、磷、鉀肥配施對鹽堿地麥后直播棉養(yǎng)分吸收及利用的影響

表5 可見，鉀肥因子對100 kg 皮棉氮、鉀素吸收量影響大于氮肥和磷肥，氮肥因子對磷素吸收量的影響大于磷肥和鉀肥。 多重比較可見，不同鉀肥水平間，100 kg 皮棉氮、鉀素吸收量K3 水平顯著高于K1 和K2。 不同氮肥水平間，100 kg皮棉磷素吸收量N1 和N2 水平顯著高于N3。 氮肥因子對100 kg 皮棉養(yǎng)分吸收磷氮比的影響大于磷肥和鉀肥， 磷氮比隨施氮水平提高而降低。磷肥因子對100 kg 皮棉養(yǎng)分吸收鉀氮比的影響大于氮肥和鉀肥， 鉀氮比隨施磷水平提高而增加。 肥料3 因子對氮、磷、鉀素利用效率的影響與其養(yǎng)分吸收量相似。 不同施鉀水平間，氮、鉀素利用效率 K3 水平顯著低于K1 和 K2； 不同氮肥水平間，磷素利用效率N1 和N2 水平顯著低于N3。

2.4 氮、磷、鉀肥配施對鹽堿地麥后直播棉土壤速效養(yǎng)分含量的影響

極差分析可見（表6），氮、磷、鉀肥3 因子對土壤堿解氮、速效磷含量的影響為氮肥＞鉀肥＞磷肥， 對速效鉀含量的影響則為鉀肥＞氮肥＞磷肥。多重比較可見，不同氮肥水平間，堿解氮、速效磷和速效鉀含量N3 水平顯著高于N1 和N2；不同磷肥水平間，堿解氮和速效鉀含量差異不顯著，速效磷含量P2＞P3＞P1；不同鉀肥水平間，堿解氮和速效磷含量K2 水平顯著高于K1 和K3，速效鉀含量K3 水平顯著高于K1 和K2。 因此，土壤速效養(yǎng)分含量較高的組合為N3P2K2 和N3P2K3。

2.5 皮棉產(chǎn)量與棉株養(yǎng)分的相關關系

表7 可見， 皮棉產(chǎn)量與棉株地上部和生殖器官的氮、鉀素累積量呈顯著或極顯著正相關，與地上部和生殖器官磷素累積量相關性不顯著。

表5 氮、磷、鉀肥配施對鹽堿地麥后直播棉養(yǎng)分吸收與利用效率的影響Table 5 Effects of nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizers on nutrient uptake per 100kg lint and nutrient utilization efficiency of field-seeded cotton after barley harvest grown in saline fields

表6 氮、磷、鉀肥配施對鹽堿地麥后直播棉速效養(yǎng)分含量的影響Table 6 Effects of nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizers on soil available nutrient of field-seeded cotton after barley harvest grown in saline fields /（mg·kg－1）

表7 皮棉產(chǎn)量與棉株養(yǎng)分累積量的相關關系Table 7 Correlation between lint yield and nutrient accumulation of cotton plant

3 討論與結論

作物產(chǎn)量以較高的生物量為前提，而生物量累積又以養(yǎng)分吸收為基礎[9,20-22]。本研究皮棉產(chǎn)量與植株氮、鉀素累積量顯著正相關。 施氮150～225 kg·hm－2、P2O575 kg·hm－2下有利于棉株氮鉀累積，且生物量和皮棉產(chǎn)量也較高。 但不同鉀肥水平（K2O 75～225 kg·hm－2）棉株生殖器官生物量和皮棉產(chǎn)量差異不顯著。 綜合分析，氮225 kg·hm－2、P2O575 kg·hm－2、K2O 75·hm－2配施利于獲得較高的生物量和產(chǎn)量。

鄒芳剛等[11]研究發(fā)現(xiàn)，濱海鹽堿地育苗移栽棉合理施氮量為 301～374 kg·hm－2。 本研究發(fā)現(xiàn)濱海鹽堿地麥后直播棉合理施氮量為225 kg·hm－2， 較傳統(tǒng)育苗移栽棉降低 23.6%～39.8%， 這與麥后直播棉應用早熟棉品種且采用提高群體密度的栽培措施有關；但該施肥水平高于非鹽堿地麥后直播棉 150～180 kg·hm－2的施氮量[13-15,23]，這與鹽堿土氮素效率偏低、試驗地沙性土壤保肥保水能力差有關[6]。 濱海鹽堿土有效磷一般含量較低[24]，但因本試驗土壤速效磷含量較高，合理施磷（P2O5）量為 75 kg·hm－2，與非鹽堿地麥后直播棉相近[13-15]。 施鉀（K2O）肥 75kg·hm－2下可獲得較高皮棉產(chǎn)量， 低于非鹽堿地麥后直播棉施鉀量[13-14,25]，這與該鹽堿地土壤速效鉀含量高于非鹽堿地有關[26]。

不同肥料的合理配施有利增強土壤養(yǎng)分的平衡供給能力，是提高作物肥料利用效率的有效途徑[5,9-10,24,27-28]。 本研究結果表明，氮、磷、鉀肥3因子對麥后直播棉生物量，地上部氮、鉀素累積量， 皮棉產(chǎn)量的影響均為氮肥>磷肥> 鉀肥；與該鹽堿地速效鉀含量高而土壤堿解氮、速效磷相對較低有關，因此，氮、磷肥的合理配施對鹽堿地棉花產(chǎn)量尤為重要。 楊莉琳等[29]研究發(fā)現(xiàn)增加氮肥用量、合理氮磷肥配比有助于降低有效態(tài)磷的無效化。本研究發(fā)現(xiàn)氮肥因子對100 kg 皮棉磷素吸收量、磷氮比及磷素利用效率影響大于磷肥和鉀肥，施氮 225 kg·hm－2下 100 kg 皮棉磷素吸收量和磷氮比最低而磷素利用效率和土壤速效磷含量最高，表明合理的氮、磷肥配施提高了土壤速效磷含量和磷素養(yǎng)分利用效率，這也是該鹽堿地適宜施磷量與非鹽堿地相當?shù)脑颉?此外，鉀肥因子對100 kg 皮棉氮、鉀素吸收量及養(yǎng)分利用效率的影響大于氮肥和磷肥，施鉀（K2O）75～150 kg·hm－2下 100 kg 皮棉氮、磷、鉀素吸收量低且養(yǎng)分利用效率較高。 因此，結合鹽堿地土壤地力水平，合理氮、磷和鉀肥配施有利于產(chǎn)量形成和提高肥料利用率。

在長江流域下游棉區(qū)濱海鹽堿地，麥后直播棉產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率最佳的氮、磷 （P2O5）、鉀（K2O） 肥配施量為 225 kg·hm－2、75 kg·hm－2和75 kg·hm－2。

致謝：感謝江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心對本研究的支持！