优化施肥对滨海盐渍土棉花生长及土壤养分供应特性的影响

2017-12-12杜海岩孙晓丽柳新伟崔德杰

华北农学报 2017年1期

杜海岩，孙晓丽，柳新伟，徐双，崔德杰

(青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛 266109)

棉花是抗盐碱的先锋作物，植棉对于开发利用盐碱地具有重要意义[1-2]。但棉花的耐盐能力有限，盐害产生的营养失衡是棉花生长的主要限制因素之一[3]。盐碱地棉田的施肥，不仅要考虑土壤养分状况和棉花对矿质养分的吸收，还应考虑盐分对土壤供肥能力和对棉花吸收利用养分的影响，合理的N、P、K配比施肥是缓解盐害、改善盐渍土棉花营养状况的有效措施之一[2，4-5]。然而棉农往往通过增施肥料来满足棉花对养分的吸收，施肥的盲目性又会造成资源的浪费。有研究表明，N、K肥的利用率为30%～35%，而磷肥仅为10%～25%[6]。以N素为例，我国每年损失的N量相当于1 900万t尿素，部分地区因施肥不当已引起环境污染，出现地表富营养化等问题[7]。

有机肥作为提升土壤肥力的主要途径之一，越来越受重视[8]。施用有机肥能促进土壤团聚体的形成，有效增加土壤通气性，降低土壤容重并能抑制盐碱，进而促进根系发育[9-10]。有机肥含有充足的能源物质，利于微生物生长，活化土壤磷素，并能减少氮素损失[11-12]。陈兵林等[13]提出有机无机配施是棉花持续高产高效的重要栽培技术。然而前人以非盐碱地施用无机肥为主要研究对象，且关于盐碱地棉花施肥只是限于推荐施用有机肥，很少深入研究有机肥对盐碱棉田土壤供肥能力的影响[14-16]。滨海盐渍土中有机质含量低，施肥管理中重化肥轻有机肥，棉农施肥不当，会造成棉株“高、大、空”，植棉效益下降[4，17]，为此设计优化施肥+有机肥试验，通过结合土壤生物化学性质的变化和棉花养分吸收状况，研究施肥对棉花生长和土壤供肥能力的影响，以期为滨海盐渍土棉花合理施肥提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2014-2015年在东营市利津县毛坨村青岛农业大学科技示范园内进行，供试品种为鲁棉研28。供试土壤为滨海盐渍土，土壤理化状况：pH值8.35，盐分1.32 g/kg，有机质3.69 g/kg，全氮0.39 g/kg，碱解氮32.77 mg/kg，速效磷8.52 mg/kg，速效钾112.9 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设4个处理，分别为：不施肥(T0)、农民传统施肥(T1)、优化施肥(T2)、优化施肥+有机肥(T3)。优化施肥的需肥量是依据设定棉花皮棉目标产量为1 800 kg/hm2时的盐碱地植棉的养分需求，各处理施肥量见表1。供试肥料类型为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、硫酸钾(K2O 50%)，有机肥为商品有机肥(有机质含量为30%，养分含量为4%)。2014年4月28日播种，2015年4月22日播种，小区面积67 m2，行距80 cm，株距30 cm，3次重复，随机区组排列。T1处理分别在蕾期和花期追施尿素，T2和T3处理分别于蕾期、花期追施氮肥和钾肥，其他按常规棉田进行管理。

表1 试验施肥方案Tab.1 Fertilization schedule of experiment kg/hm2

1.3 测定项目与方法

土壤微生物量C、N、P及酶活性的测定：采集盛花期和盛铃期鲜土，氯仿熏蒸-K2SO4浸提，TOC仪测定微生物量C；K2S2O8氧化-紫外分光比色法测微生物量N；K2S2O8氧化-钼蓝比色法测微生物量P；苯酚钠比色法测定土壤脲酶活性；磷酸苯二钠比色法测定土壤磷酸酶活性。

棉株N、P、K、Na的测定：采集成熟期棉株，粉碎、消化，凯氏定氮法测定植株N含量；钒钼黄比色法测P含量；火焰光度计法测K和Na含量。

棉花产量测定及肥料利用率的计算：收获期每小区随机选取一行，测单株成铃数及铃重，并将所有棉絮收集称重，计算衣分率；肥料农学利用率(kg/kg)=(施肥区籽棉产量-不施肥区籽棉产量)/施肥量；偏生产力(kg/kg)=施肥后籽棉产量/肥料投入量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel和SPSS 19.0等软件进行数据处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 优化施肥对棉花产量及其构成因素的影响

由表2可知，施肥显著提高棉花的单株成铃数、铃重和衣分率，基本以T3处理最高，而T2和T1之间差异不显著。籽棉产量以T3处理最高，其次为T2处理，分别比T1处理高7.52%和2.23%。可见，减少肥料用量的优化施肥处理籽棉产量能达到甚至超过传统施肥方式，配合有机肥施用，效果更明显。

表2 施肥对棉花产量及其构成因素的影响

注：同列数据在0.05水平处差异显著。表3-7同。

Note: Values of same column are significantly different at the 0.05 probability level.The same as Tab.3-7.

2.2 优化施肥对盐碱地土壤盐分和主要盐基离子的影响

2.2.1 优化施肥对盐碱地土壤盐分的影响由图1可知，各处理盐分随生育期推进呈现先降低后升高的趋势。盛花期之前，由于降雨淋溶和蒸发作用等，盐分波动变化，总体呈下降趋势，可能是这一段时期是雨季多发季节，降雨量大于蒸发量，一定程度上能达到洗盐效果。盛花期之后，随着降雨量减少，蒸发作用相对提高，盐分含量逐步升高。施肥各处理与T0之间盐分含量差异不明显，甚至高于T0处理。说明盐分主要受本地区的气候及海水的渗透影响，施肥对滨海盐渍土中的全盐量影响较小，而且还可能因为施入的化肥等增加了土壤盐分。

图1 施肥对土壤盐分含量的影响Fig 1 Effect of fertilization on salinity content of soil

表3 施肥对盛花期土壤主要盐基离子的影响Tab.3 The influence of fertilization on main saline ions of soil in peak flower stage

2.3 优化施肥对土壤微生物量和酶活性的影响

2.3.1 优化施肥对土壤微生物量的影响微生物量C、N、P含量是反映土壤微生物活性的重要指标。表4中可以看出，施肥能显著提高土壤微生物量，这可能是由于施肥加入了微生物生命活动所需要的物质，进而促进了微生物的生长。各施肥处理中以T3处理微生物量最高，显著高于T1和T2处理，微生物量C、N、P分别比T1处理高9.8%～10.4%，9.1%～15.0%，6.9%～9.1%。可能原因是有机肥是全量肥料，有充足的能源物质，而且能改善土壤物理结构，通气性较好更有利于微生物的生长。

2.3.2 优化施肥对土壤酶活性的影响脲酶活性的高低在一定程度上反映了土壤的供N水平，碱性磷酸酶活性可作为反映土壤磷素有效性水平的一项生物指标[19]。由表5可知，施肥处理脲酶和碱性磷酸酶活性基本上高于T0处理，以T3处理最高， T3处理脲酶和碱性磷酸酶活性分别比T1和T2处理高7.8%～17.0%和5.0%～13.3%。这说明施用有机肥能有效促进土壤N素和P素的转化，从而提高N、P的有效性。

表4 施肥对盛花、盛铃期土壤微生物量的影响Tab.4 The influence of fertilization on microbial biomass of soil in peak flower and boll stage mg/kg

表5 施肥对土壤脲酶和碱性磷酸酶活性的影响Tab.5 The influence of fertilization on the activity of urase and alkaline phosphatase of soil mg/(g·d)

2.4 优化施肥对土壤养分和棉花养分积累的影响

2.4.2 优化施肥对成熟期棉花养分积累的影响养分积累是作物获得高产的重要保证。由表6可以看出，棉花N、P、K积累量以T3处理最高，其次为T2处理。其中以P为例， T3、T2处理积累量分别比T1处理高11.7%和4.8%，减量施用P肥的情况下P素积累量反而高，这说明合理施肥能有效促进棉花对养分的吸收。棉花生育后期，土壤含盐量升高，Na+随之升高，当Na+含量过高时会抑制棉花对K+的吸收，而K素的吸收高峰是在盛花期，这容易造成棉花K缺乏，早衰加剧。T3和T2处理能有效促进棉花K+积累、减少Na+的摄入量，这可能和1/2 K肥后移的优化施肥模式能保证土壤后期充足的K素供应有关，进一步说明充足的养分供应是盐碱地棉花减缓盐害获得高产的关键。

2.5 施肥对肥料利用率的影响

由表7可以看出，N、P、K农学利用率和偏生产力皆以T3处理最高，其次为T2处理。与农民传统施肥相比，T3和T2处理N肥农学利用率分别提高1.34，0.68 kg/kg，P肥农学利用率分别提高4.30，2.64 kg/kg，K肥农学利用率分别提高2.45，1.21 kg/kg，说明有机肥的施用能显著提高N、P、K农学利用率和偏生产力。