膜下滴灌棉花对3种水溶性磷肥的利用效率和产量响应

李青军，张 炎，哈丽哈什·依巴提，冯固

（1.中国农业大学资源与环境学院，北京100193；2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐830091；3.农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐830091）

磷是植物体内许多重要化合物的组分，且还以多种途径参与植物体内的各种代谢过程，影响植物的生长发育。磷肥施入土壤后，磷主要以HPO42－和H2PO4－的形式结合在土壤颗粒上，移动性很小，以扩散方式移动到根系表面，而扩散系数仅为 10－12～10－15m2·s－1[1-3]，不易被植物直接吸收利用；因此，磷肥的当季作物利用率一般仅为10%～25%[4-5]。施用磷肥能显著增加作物产量和土壤速效磷含量[6-8]，而磷肥的有效性和作物产量直接与磷肥本身组成和形态有关。3种磷肥对不同磷效率小麦品种肥效的试验显示，相同P2O5用量条件下，重过磷酸钙（Triple superphosphate，TSP）的肥效最高，其次是钙镁磷肥，磷矿粉也表现出一定的增产效果[9]。刘世亮等[10]研究不同磷源对石灰性土壤供磷能力的影响结果表明，磷肥的有效性为磷酸二铵 （Diammonium phosphate，DAP）＞TSP＞钙镁磷肥＞氟磷灰石。在P2O5用量为90 kg·hm－2时，在砂姜黑土上施用钙镁磷肥，对玉米增产效果显著大于过磷酸钙和DAP[11]。陈波浪等[8]研究表明，TSP对棉田速效磷含量和磷素活化系数的贡献高于DAP，分别比DAP高244%和325%。

新疆是中国最大的优质棉生产基地，棉花种植面积227万hm2，占新疆农作物种植面积的37%[12]。土壤有效磷含量的增加可以促进棉苗的磷吸收量和磷根效率比，抑制磷利用效率，但对磷转移效率没有显著影响[13]。合理施用磷肥，满足作物的磷素营养需求，提高皮棉产量和磷肥效应一直为国内外学者所关注。根据“4R养分管理”方法，最佳的作物养分管理应该是选择正确的肥料品种 （Right source）、采用正确的肥料用量（Right rate）、在正确的时间（Right time）将肥料施用在正确的位置（Right place）上[14-16]。其中肥料用量最容易被过分重视，因为其简单易行并直接关系到施肥成本；而肥料种类却常常被忽视，因此在肥料品种方面需要进一步研究。1950―2010年新疆施用磷肥中，过磷酸钙和磷矿粉、脱氟磷肥所占比例逐渐减小，磷酸一铵（Monoammonium phosphate，MAP）、DAP和其他复合磷肥所占比例逐渐增多，磷肥也由低浓度向高浓度转变[5]。但前人研究多集中在DAP、过磷酸钙、钙镁磷肥和氟磷灰石施用效果上；而对高含磷量的MAP、DAP和TSP比较研究迄今未见报道，这3种高含磷量磷肥对棉花磷素吸收特性和土壤速效磷有怎样的影响尚不清楚。为此，在新疆覆膜滴灌栽培条件下，通过基施这3种高含磷量磷肥，研究膜下滴灌棉花对不同磷肥品种的肥效及利用率的差异，揭示棉花磷素吸收利用效率，为进一步评价现有磷肥品种的肥效、充分利用磷肥资源提供依据。

1　材料与方法

1.1　试验概况

试验于2015―2016年在新疆生产建设兵团灌溉中心试验站（44°00′13″N，87°23′28″E）进行，试验区属典型的温带大陆性干旱气候，海拔700m，年均≥10℃积温3 300℃，多年平均降水量190 mm，平均蒸发量1 600 mm，地下水深度大于5 m。试验区土壤为壤质灰漠土，2015年施肥前0～20 cm土层pH 8.25， 含有机质11.4 g·kg－1、 速效氮48.3 mg·kg－1、有效磷 14.7 mg·kg－1、速效钾 210 mg·kg－1。

棉花供试品种为新陆早33号，播种日期分别为2015年4月29日和2016年4月26日，播种方式为“干播湿出”。种植模式为膜下滴灌，一膜4行2条滴灌带，株距为10 cm，播幅内宽、窄行距配置为（30＋50＋30＋50）cm，试验小区面积 48 m2。 滴灌带滴头流量为 1.6 L·h－1，播种后滴灌出苗水（第1水），第2水6月13日灌溉，以后每间隔7～10 d灌溉1次，8月20日停水，全生育期灌溉 10次，每次滴灌 450 m3·hm－2，总灌水量4 500 m3·hm－2。在棉花苗期喷施缩节胺3次，蕾期和花期分别喷施缩节胺1次，棉花打顶后5 d喷施缩节胺1次，2015年7月12日和2016年7月11日分别对棉花打顶。

1.2　试验设计

本试验在相同氮、钾（N 225 kg·hm－2、K2O 75 kg·hm－2）的基础上，设 4 个处理，分别为不施磷肥（P0）、施用MAP、施用 DAP 和施用 TSP，各处理重复4次。

各施磷处理的P2O5用量均为 105 kg·hm－2，2015和2016年都在翻地前全部基施。各处理的氮肥除了磷肥所含的氮肥外，其余以尿素施入，其中10%氮素在播种前基施；90%氮素作追肥，在棉花蕾期 （1次，15%）、初花期 （1次，15%）、盛花期（1 次，15%）、花铃期（2 次，20%和15%）、盛铃期（1次，10%）分 6次随水滴施；钾肥以氯化钾（ωK2O＝60%）作基肥一次性施入。

1.3　测定方法与计算

1.3.1干物质与养分测定。在棉花成熟期（2015年9月22日和2016年9月21日）采集地上部的棉株样品，按茎、叶、棉壳、纤维、棉籽不同器官分开，在105℃下杀青30 min，然后在75℃下烘干至质量恒定，称量，记录干物质质量。将烘干的棉株样品粉碎，过孔径0.5 mm的筛，用H2SO4-H2O2消煮，用钒钼黄比色法测定棉株不同部位P2O5含量。

1.3.2产量测定。2015年9月24日和2016年9月22日分别在各试验小区调查9.6 m2样方面积内的棉花株数、铃数，并采收小区内棉花100朵测铃重，计算产量。

1.3.3土壤有效磷测定。2015年9月27日和2016年9月24日分别在各试验小区按“S型”多点采集耕层（0～20 cm）土壤混合样，带回实验室风干，手工拣去植物根系、动物残体和石块等杂物，研磨，过孔径1 mm的筛，用pH 8.5的0.5 mol·L－1NaHCO3浸提，用钒钼蓝比色法测定。计算公式：磷肥利用率=（施磷区作物吸磷量－不施磷区作物吸磷量）/施磷量×100%；磷素表观平衡（kg·hm－2）= 施 P2O5量（投入量）－棉花 P2O5吸收量（移走量）。

1.4　数据处理

图表利用Microsoft Excel 2003制作，试验数据采用SPSS 17.0统计软件进行方差分析和多重比较 （最小显著差数法，Least significant difference，LSD）。

2　结果与分析

2.1　磷肥品种对棉花产量的影响

通过年份和磷肥品种的双因素方差分析发现年份之间没有显著差异（F=0.008，P=0.929），同时年份和肥料品种之间的交互作用不显著（F=1.371，P=0.275），所以将 2 年的试验数据按施磷处理合并，以平均值分析（图1）。施用磷肥显著提高了皮棉产量，MAP、DAP和TSP处理的2年平均产量比P0处理分别提高11.01%、6.97%和8.51%，其中MAP与TSP处理间无显著差异，而DAP和TSP处理也没有显著差异，但MAP处理平均产量比DAP显著增加3.78%。

图1　不同品种磷肥处理的皮棉产量比较Fig.1　Lint yield of each treatment with different kinds of phosphate fertilizer

2.2　磷肥品种对棉花产量构成的影响

年份对棉花铃重没有显著影响（表1）；施用磷肥显著提高了铃重，其中MAP处理平均铃重为4.98 g，显著大于TSP和DAP处理，而TSP处理显著大于DAP处理。年份对棉花单株铃数有显著影响，2016年的平均铃数显著大于2015年；施用磷肥较P0能显著增加单株铃数，但3种磷肥处理之间没有显著差异。年份和磷肥品种的交互作用对棉花密度和衣分都没有显著影响，但对棉花铃重和单株铃数均有显著影响。

2.3　磷肥品种对棉花干物质分配的影响

从表2可以看出，年份对棉花各部位干物质分配都没有显著影响，而磷肥品种影响显著。2015―2016年MAP和TSP处理的叶平均干物质质量显著高于DAP，而MAP和TSP处理间没有显著差异。MAP处理的茎平均干物质质量显著高于DAP，而TSP与DAP没有显著差异。

2015―2016年MAP的壳平均干物质质量显著大于P0，但与DAP、TSP都没有显著差异，而DAP、TSP与P0都没有显著差异。MAP和TSP的纤维平均干物质质量没有显著差异，但二者都显著高于DAP。MAP的棉籽平均干物质质量显著高于DAP，但TSP与DAP没有显著差异。

表1　不同品种磷肥处理的棉花产量构成Table 1　Cotton yield components of different treatments with different kinds of phosphate fertilizers

表2　不同品种磷肥处理的棉花干物质分配Table 2　Cotton dry matter distribution of each treatment with different kinds of phosphate fertilizers　kg·hm－2

各处理间棉花总干物质质量差异均达显著水平（2015年MAP与TSP除外），MAP、DAP和TSP的总干物质质量分别比P0显著增加10.96%、4.86%和8.36%，其中MAP的总干物质质量显著高于DAP，而仅2016年MAP显著大于TSP。双因素方差分析结果表明，磷肥品种和年份对棉花叶干物质质量有显著交互作用，而对茎、壳、纤维、棉籽和总干物质质量都没有显著交互作用（表 2）。

2.4　磷肥品种对棉花磷素吸收量的影响

由表3可知，施用磷肥能显著提高棉花的磷素吸收量。试验年份对棉花叶、茎、纤维的磷素吸收量有显著影响，都表现为2015年的磷素吸收量大于2016年，但对壳、棉籽和总的磷素吸收量没有显著影响。2015年，MAP棉花叶、壳和总吸磷量显著大于DAP；DAP和TSP都较P0显著增加棉花的叶、茎、纤维、棉籽和总吸磷量，且TSP与DAP没有显著差异，但对壳都没有显著影响。2016年，MAP的叶、茎、纤维和总吸磷量显著大于DAP，但TSP与DAP没有显著差异。MAP、DAP和TSP的棉花总吸磷量2年平均值都显著大于P0，分别增加49.10%、41.11%和45.85%，其中MAP的总吸磷量显著高于DAP，而TSP与D AP差异不显著。双因素方差分析结果表明，磷肥品种和年份对棉花叶、壳、棉籽和总吸磷量都有显著交互作用，而对茎和纤维没有显著交互作用。

2.5　磷肥品种对磷肥效率的影响

从表4可以看出，MAP的磷肥平均利用率最高，为26.06%；DAP最低，为21.81%；TSP介于二者之间。2015－2016年，P0的土壤磷素表观平衡均为亏缺，2 年平均为－24.33 kg·hm－2；而MAP、DAP和TSP的土壤磷素表观平衡均为盈余，2 年平均盈余量分别为 9.57 kg·hm－2、11.52 kg·hm－2和 10.36 kg·hm－2， 其中施用 DAP 的土壤磷素盈余大于MAP和TSP。

表3　不同品种磷肥处理的棉花磷素吸收量Table 3　Cotton P uptake of each treatment with different kinds of phosphate fertilizers　kg·hm－2

表4　各处理磷肥效率和土壤磷表观平衡Table 4　Efficiency of phosphate fertilizers and P apparent balance of soil under different treatments

2.6　磷肥品种对土壤有效磷的影响

图2　不同品种磷肥处理的土壤有效磷Fig.2　Soil available P of each treatment with different kinds of phosphate fertilizers

由图2可以看出，2年试验结果均表明，施用MAP、DAP和TSP的土壤有效磷都显著高于不施磷处理，而3种磷肥处理间都没有显著差异。连续2年不施磷肥，P0的有效磷从初始值14.7 mg·kg－1下降到 13.0 mg·kg－1；连续 2 年施用磷肥后，MAP、DAP和TSP处理的土壤有效磷分别增加到 16.9 mg·kg－1、16.2 mg·kg－1和 16.6 mg·kg－1。

2.7　磷肥品种对肥料效益的影响

由表5可以看出，肥料成本等于肥料用量乘以肥料价格，由于各处理氮、钾肥相同，因此肥料成本的差异是由磷肥品种造成的。DAP与TSP含磷量相同，而MAP的含磷量大于二者，致使DAP与TSP的用量高于MAP；3种磷肥的市场价格大小表现为：MAP （4.0 元·kg－1）＞DAP（3.1元·kg－1）＞TSP（2.2 元·kg－1）。因此，各处理的肥料成本为 DAP＞MAP＞TSP＞P0。2015—2016年试验表明，施磷处理的效益都大于P0处理，其中施用MAP的效益最高，2年的平均效益比P0、DAP和 TSP 分别增加 2 719、1 261和 580元·hm－2；其次是施用TSP，2年的平均效益比P0和DAP分别增加2 139和682元·hm－2；施用DAP的效益最低，2年平均效益比P0处理增加1 457元·hm－2。

表5　2015、2016年棉花肥料效益分析Table 5　The fertilizer benefit on cotton in 2015 and 2016　yuan·hm－2

3　讨论

磷素在土壤中的化学行为和存在形态直接影响作物对磷素的吸收利用[16-17]，而土壤磷素有效性与磷肥品种密切相关[18-19]。施磷肥能增加棉花产量、吸磷量和干物质的积累量，同时TSP对棉田土壤有效磷的贡献优于DAP[8]。本研究结果表明，MAP处理的产量显著高于DAP，而TSP处理的产量介于二者之间，但与二者都无显著差异，这可能是因为MAP和TSP都属于酸性肥料，本身都含有一定的游离酸，施入土壤后，一定时期内有效磷含量比DAP更高，促进棉花磷素吸收，从而提高棉花产量和磷肥利用率，同时减少土壤磷素盈余。随着时间的延长，土壤中的磷会向一水磷酸一钙和二水磷酸二钙转化，然后再生成磷酸八钙，最后生成羟基磷灰石，磷的有效性降低[10]，导致棉花成熟期3种磷肥处理的土壤有效磷没有显著差异。前人研究表明，石灰性土壤中铵态氮和磷肥局部施用能够显著酸化根际土壤，提高土壤Olsen-P含量[20]。MAP含有一定量的铵态氮，铵态氮会进一步酸化根际土壤，促进棉花的磷素吸收，这可能是MAP的利用率高于TSP的原因。

新疆大部分为石灰性土壤，土壤的Ca2+、Mg2+含量高，而且土壤pH值高，施入土壤的磷肥容易形成难溶性的Ca3(PO4)2，从而导致棉花磷肥的当季利用率很低[21]。而DAP属于碱性磷肥，施入土壤后磷更容易被土壤吸附固定，所以新疆棉花施用磷肥选择酸性的MAP或TSP更合适。MAP作追肥在作物生育前期滴灌追施可以提高磷肥利用率[6,22-23]，但高浓度的MAP作基肥的研究鲜有报道。本研究结果表明，MAP的磷肥利用率为26.06%，大于TSP和DAP。所以，在棉花生产中可以考虑将MAP作底肥施用。从磷肥效益来看，MAP＞TSP＞DAP。因此，选择合适的磷肥品种，是提高棉花磷肥利用率和效益的有效途径。

4　结论

施用磷肥显著提高了棉花产量和干物质质量；与DAP相比，MAP显著提高了棉花产量和磷素吸收量，而TSP未显著增加产量，但MAP和TSP都提高了磷肥利用率，降低了土壤磷盈余；磷肥效益大小表现为：MAP＞TSP＞DAP。

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