南疆滴灌棉田土壤速效养分时空分布特征

殷彩云,王家强,肖春鸣,吕双庆

(1.新疆生产建设兵团第一师农业技术推广站，新疆阿拉尔 843300 2. 塔里木大学 植物科学学院，新疆阿拉尔 843300)



南疆滴灌棉田土壤速效养分时空分布特征

殷彩云1,王家强2,肖春鸣1,吕双庆2

(1.新疆生产建设兵团第一师农业技术推广站，新疆阿拉尔 843300 2. 塔里木大学 植物科学学院，新疆阿拉尔 843300)

为研究滴灌棉田土壤速效养分的分布特征，对棉花整个生育期的土壤养分状况进行分析，揭示滴灌棉田土壤速效养分的分布特征及对产量及其构成因素的影响。结果表明：高产田、中产田、低产田3个处理土壤碱解氮的变化趋势相同，随深度增加均呈下降的趋势， 40～60 cm 土层的碱解氮质量分数的曲线较为平缓，3个处理0～60 cm 垂直变异随生育期的推进呈先增大后减小的趋势，由于棉株从苗期进入蕾期对氮素的需求量较大,碱解氮质量分数会急剧降低；而进入铃期到吐絮期后，棉花对氮的需求量逐渐减少,其质量分数又有所回升。各处理土壤速效磷质量分数的时空变化趋势基本一致，均表现先上升后下降的趋势。滴灌棉田棉花的磷素需求量在出苗后 1～40 d逐渐减小,土壤速效磷质量分数呈上升趋势; 40 d后，棉花进入蕾期，棉株对磷素的吸收量增大,土壤速效磷质量分数明显降低,盛花期后开始回升，直至吐絮期开始平缓下降至稳定；各处理土壤速效钾质量分数随生育期的变化表现为较平缓的趋势。

滴灌棉田；速效养分；时空分布

生物量的提高是作物高产优质的基础[1-3],生物量累积以养分吸收为前提，土壤基础养分质量分数的差异,会导致棉花生物量在不同生育期的差异,进而影响生物量累积与产量的形成。有研究表明，土壤基础肥力对新疆棉花产量的平均贡献率为66.5%[4]; 因此，探明棉田土壤养分的现状与变化特征是科学施肥的前提,也是棉田土壤培肥、改良的基础。

土壤养分的变化影响作物产量及产量构成因素，同时养分也影响着作物对水分的高效利用；李法云等[5]研究了水肥耦合对春小麦生长发育的影响，结果表明高的氮肥施用量,并不能使表层土壤的碱解氮明显提高；侯振安等[6]研究了北疆滴灌小麦一年两作农田土壤养分动态变化,表明小麦生长季内土壤氮素供应基本维持平衡；张炎等[7]研究了新疆主要棉区土壤养分状况的差异性，表明土壤主要养分限制因子和氮磷钾肥对棉花的增产效益；王群等[8]揭示了不同耕作模式下小麦玉米周年生产及土壤养分变化特征，表明，深松/深松和深耕/深耕等耕作模式能显著提高0～40 cm的土层养分；郑冬梅等[9]的研究表明，三七种植地土壤养分质量分数随季节变化和周期性施肥呈现每年3 月升高，6月降低，9月升高，12月降低的趋势，其中大量元素变化规律较明显。目前，对整个生育期滴灌棉田土壤养分分布特征及对产量影响的研究尚不多见；因此，本研究通过对棉花整个生育期的土壤养分进行分析，揭示了滴灌棉田土壤速效养分的分布特征，为滴灌棉田的减肥增效及合理施肥提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验区选择新疆兵团第一师10团9连，供试棉花品种为‘新陆中37’。播种时间为2013年 4 月 5 日；试验设3个处理，分别为低产棉田，籽棉产量为4 000～5 000 kg/hm2(对照)；中产棉田，籽棉产量为5 500～6 500 kg/hm2；高产棉田，籽棉产量在6 500 kg/hm2以上。重复3次。土壤质地均为中壤土，灌溉方式均为膜下滴灌。基础施肥状况为:基施尿素225 kg/hm2，二铵375 kg/hm2，40%硫酸钾150 kg/hm2，商品有机肥1 500 kg/hm2；理论株数约为19×104hm-2；农事措施按现有大田棉花种植方案进行。

1.2 方 法

1.2.1 样品采集 从棉花苗期至收获期，每15 d在小区内采集土样及植物样1次，在棉花生育期内，共采样10次，分别在棉花苗期(出苗后 25 d，5月)、初蕾期(苗后 40 d，5月)、盛蕾期(苗后55 d，6月)、初花期(苗后70 d，6月)、盛花期(苗后85 d，7月)、初铃期(苗后100 d，7月)、盛铃期(苗后115 d，8月)、初絮期(苗后130 d，8月)、盛絮期(苗后145 d，9月)和收获期(苗后160 d，9月)。

土壤样品的采集：棉花播种前，在选定条田内进行“S”形采样，测定基础养分。在每次取样时，分别取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 3层土样，每层取6点混合。

植物样品的采集：同一膜上分别于边及中行各取10株，苗期与蕾期每次每小区取样20株，其余每次每小区取8 株具有代表性的棉株。每次取带根的整株棉，带回实验室，用蒸馏水冲洗干净，以子叶节为界把棉株分为地下部分(根)和地上部分(茎杆、叶片、蕾、铃和籽棉)，把各器官分开，用于测定棉花干物质量。

1.2.2 样品测定 土壤样品测定：土壤碱解氮用碱解扩散法，土壤速效磷采用碳酸氢钠溶液浸提-钼蓝比色法，土壤速效钾采用中性醋酸铵溶液浸提-火焰分光光度法[10]。

1.2.3 数据处理 采用Excel与Spss软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 滴灌棉田土壤碱解氮变化特征分析

由表1和图1可知，3个处理的土壤碱解氮质量分数存在显著的时空变化特征,整体上均呈现随生育进程的推移先下降后上升的趋势；进入吐絮期后,棉田植株对养分吸收量减少[11],从而土壤碱解氮质量分数会持续在一个较高的水平。3个处理的棉株分别在出苗后 25～40 d ，即棉花从苗期进入蕾期，土壤碱解氮质量分数呈急剧下降的趋势,由于棉株此时对氮素的需求量较大[12],碱解氮质量分数会急剧降低。出苗48 d，棉花进入蕾期，开始随水进行田间追肥,由少到多，逐渐增加，而土壤碱解氮质量分数也逐渐增加,其增加幅度也随施氮量增大而增大。随棉花进入蕾期，此时期，属于棉花的旺盛生长期,对养分的需求量大,土壤碱解氮质量分数持续在一个比较低的水平，进入铃期后(出苗85 d)，棉花对氮素的需求量逐渐减少,其质量分数开始回升。进入吐絮期后(出苗130 d),棉花对养分的吸收较少，土壤碱解氮质量分数持续在一个较高的水平。

各处理0～60 cm土层的碱解氮质量分数随深度增加均呈下降的趋势， 40～60 cm 土层的碱解氮质量分数的曲线较为平缓，说明其垂直变异比0～40 cm土层小,不同处理0～60 cm 垂直变异随生育期的推进呈先增大后减小的趋势。0～60 cm 土层的碱解氮质量分数均随植株养分的需求量和施氮量的变化而变化，即从苗期到盛花期的营养生长阶段，植株养分需求量大，施肥量少，使得0～60 cm土层土壤碱解氮呈现降低趋势；而从铃期到吐絮期，植株养分需求量大，而施肥量大幅增加，致使0～60 cm土层土壤碱解氮质量分数上升。

表1 滴灌棉田土壤碱解氮质量分数变化

2.2 滴灌棉田土壤速效磷变化特征分析

由表2和图2 可知,各处理土壤速效磷质量分数的时空变化趋势基本一致，均表现为先上升后下降的趋势。滴灌棉田棉花的磷素需求量分别在出苗后 1～40 d逐渐减小,土壤速效磷质量分数呈上升趋势; 在40 d后，棉花进入蕾期，棉株对磷素的吸收量增大[13],土壤速效磷质量分数明显降低,盛花期后开始回升，直到吐絮期开始平缓下降至稳定。高产田土壤速效磷的时空变化较其他2个处理缓和,初花期后土壤速效磷质量分数的变化比中产田和CK小,这与棉花在不同生育期的养分吸收特点及3个处理的土壤基础肥力有关[14]。随采样深度的增加,3个处理 0～60 cm 各层次土壤速效磷质量分数均呈现先上升后下降趋势。高产田和中产田速效磷质量分数的垂直变化比CK剧烈，原因可能是高产田和中产田的基础肥力好,皮棉产量比CK高,植株吸收速效磷相对较高,速效磷质量分数变化相对较大。各处理不同土层速效磷质量分数均随土壤碱解氮的增加而减少,原因是随棉田施肥量的增加，植株生物量增加，则会吸收较多的速效磷,使得各处理土壤速效磷质量分数均表现为下降的趋势。

图1 滴灌棉田碱解氮质量分数的时空变化

表2 滴灌棉田土壤速效磷质量分数变化

图2 滴灌棉田速效磷质量分数的时空变化

2.3 滴灌棉田土壤速效钾变化特征分析

表3和图 3 表明,滴灌棉田土壤速效钾质量分数随生育期的变化表现为较平缓的趋势。各层土壤速效钾质量分数均随施肥量的增加而保持较为平缓的趋势,各处理土壤速效钾质量分数较为一致，无显著差异；原因在于3个处理的基础地力中土壤速效钾质量分数较为一致，随着施肥量的增加，肥料中的钾素可以满足棉花在各生育期的需求。

表3 滴灌棉田土壤速效钾质量分数变化

图3 滴灌棉田速效钾质量分数的时空变化

3 讨论与结论

以陆地棉‘新陆中37’为种植品种，以新疆南疆阿拉尔垦区典型植棉区灌耕林灌草甸土为研究主体，通过研究高产田、中产田、低产田土壤速效养分在棉花整个生育期的变化特征，揭示棉花在每个生育期的养分需求规律，并对土壤速效养分对棉花籽棉产量及产量构成因素的影响进行分析，结果表明，各处理速效氮的变化趋势相同，随深度增加均呈下降的趋势， 40～60 cm 土层的碱解氮质量分数的曲线较为平缓，说明其垂直变异比0～40 cm土层小,不同处理0～60 cm 垂直变异随生育期的推进呈先增大后减小的趋势，由于棉株从苗期进入蕾期对氮素的需求量较大,碱解氮质量分数急剧降低；而进入铃期到吐絮期后，棉花对氮的需求量逐渐减少,其质量分数又有所回升。各处理土壤速效磷质量分数的时空变化趋势基本一致，均表现先上升后下降的趋势。滴灌棉田棉花的磷素需求量分别在出苗后 1～40 d逐渐减小,土壤速效磷质量分数呈上升趋势; 在40 d后，棉花进入蕾期，棉株对磷素的吸收量增大,土壤速效磷质量分数明显降低,盛花期后开始回升，直到吐絮期开始平缓下降至稳定；各处理土壤速效钾质量分数随生育期变化特征表现为较平缓的趋势。高产棉田的籽棉产量为7 132.5 kg/hm2，在3个处理中最高，产量构成也相对合理，这与棉田速效养分的分布特征密切相关。

棉田土壤养分与棉花产量及产量构成因素有很密切的关系，大量研究表明，作物土壤基础养分的高低，对作物产量有很大影响[15]。杨玉玲等[16]研究了土壤速效氮、磷、钾空间变异性与棉花生长关系，表明花铃期土壤碱解氮与棉花产量呈显著正相关,播前表层土壤速效磷与产量呈显著正相关,而播前土壤表层速效钾与棉花产量呈显著负相关；杨涛等[17]调查了新疆南疆高产棉田土壤养分现状，发现有63.33%的土壤样品碱解氮质量分数属中等水平，46.67%的样品有效磷质量分数属中等水平，61.67%的样品的有效钾质量分数属低水平；范君华等[18]研究了南疆干旱区连作棉田土壤养分及生物活性，提出只有使微生物区系朝着土壤熟化和土壤肥力提高的方向发展，才能实现棉花生产的可持续发展。

综上所述，棉田土壤基础肥力的提高才是棉花产业实现高产高效的关键，只有增加土壤有机质质量分数，减少土壤养分的挥发与流失，才能提高肥料利用率，达到减肥增效的目的。

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(责任编辑：潘学燕 Responsible editor:PAN Xueyan)

Spatial and Temporal Distribution Characteristics of Soil Available Nutrient in Drip-irrigation Cotton Field of Southern Xinjiang

YIN Caiyun1,WANG Jiaqiang2,XIAO Chunming1and LÜ Shuangqing2

(1. Agricultural Technology Extending Station of Xinjiang Production and Construction Corps Division,Alar Xinjiang 843300,China; 2. Institute of Plant Science and Technology,Tarim University,Alar Xinjiang 843300,China)

To determine soil nutrient characteristics is the precondition of scientific fertilization in cotton field,which is also the foundation of cotton field fertility improvement. This study analyzed field soil nutrients during whole growth period of cotton,and revealed the distribution characteristics of available nutrient in cotton drip-irrigation soil and its influence on yield and yield components. The results showed that a similar downward the trend of soil alkaline nitrogen with the increase of soil depth was detected in three treatments of high yield field,medium yield field,and low yield field. The mass fraction of alkali-hydrolyzable nitrogen flatted at 40-60 cm soil layer,and the vertical variation at 0-60 cm soil layers in three treatments was enlarged firstly and narrowed subsequently along with the growth period,which was ascribed to high demand of cotton plants for nitrogen from seedling stage to bud stage,alkali-hydrolyzable nitrogen in soil reduced sharply;but after entering the bell stage,cotton reduced the demand for nitrogen gradually,the mass fraction of alkali-hydrolyzable nitrogen recovered as well. The processing of soil available phosphorus mass fraction changed with the similar up-and-down trend in space and time. The demand of drip irrigated cotton for phosphorus decreased gradually in 1-40 d,and the soil available phosphorus mass fraction was rising; entering the blooming stage after 40 d,cotton increased the uptake of phosphorus,which led to significant decrease of soil available phosphorus mass fraction. The mass fraction of available phosphorus rebounded after full-bloom stage,and then fell to stable gently until the boll opening period. The change of soil available potassium mass fraction in each treatment presented a flat curve during growth period. These results can be used as a theoretical basis of reasonable fertilization in drip-irrigated cotton field.

Drip irrigation cotton fields; Available nutrients; Spatial and temporal distribution

YIN Caiyun,female,assistant agronomist.Research area:cotton field soil nutrient.E-mail:yincaiyun@163.com

WANG Jiaqiang,male,associate professor.Research area:soil ecology and information technology. E-mail:wjqzky@163.com

2015-11-22

2015-12-30

国家自然科学基金(31260140，31060274)；兵团青年科技创新基金(2012CB020)。

殷彩云，女，助理农艺师，从事棉田土壤养分研究。E-mail:yincaiyun@163.com

王家强，男，副教授，主要从事土壤生态与信息技术研究。E-mail：wjqzky@163.com

日期：2016-10-20

S158.3

A

1004-1389(2016)10-1575-07

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161020.1658.046.html

Received 2015-11-22 Returned 2015-12-30

Foundation item National Natural Science Foundation of China(No.31260140，No.31060274);the Xinjiang Production and Construction Corps Youth Science and Technology Innovation Fund (No.2012CB020).