耕层重构后施肥量对棉田土壤养分残留及棉花养分吸收的影响

杜海英，张谦，王燕，冯国艺，雷晓鹏，梁青龙，王树林

(河北省农林科学院 棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北 石家庄 050051)

棉花是河北省重要经济作物，近年来棉花面积在25万hm2左右，主要分布于冀中南干旱地区，土壤耕作方式多为连年旋耕；作为一项新的耕作技术，土壤耕层重构与旋耕相比，具有诸多优势，如增加土壤蓄水能力、灭除田间杂草、减轻后期病害、增加作物产量等[1～3]，但经耕层重构后，由于上下部土壤互换，导致上部土壤养分含量下降，对棉花生育进程产生影响。经土壤耕层重构后如何调整施肥策略，确定适宜的氮磷钾肥料用量，是耕层重构技术推广应用中重要的环节之一，因此本试验通过分别设置氮磷钾不同施肥量处理，通过测定土壤养分含量、棉花养分田间携出量及棉花产量等性状指标，明确土壤耕层重构后适宜的肥料用量，为土壤耕层重构技术的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地情况

试验于2016年在河北省农林科学院棉花研究所威县试验站(河北省威县枣园乡东张庄村)进行，供试肥料为尿素(N 46.4%)、重过磷酸钙(P2O546.0%)、氯化钾(K2O 60.0%)，均为市场购买，棉花品种采用冀杂2号。试验地前茬棉花，于2015年11月份进行土壤耕层重构，方法为使用220马力拖拉机带动旋转式主副深翻犁进行，一次可将0～20 cm 土壤与20～40 cm 土壤进行互换，同时深松40～60 cm土层；重构前0～20 cm 土壤有机质7.7 g·kg-1，全氮0.765 g·kg-1，速效磷27.5 mg·kg-1，速效钾158 mg·kg-1；重构后0～20 cm 土壤有机质5.9 g·kg-1，全氮0.697 g·kg-1，速效磷4.38 mg·kg-1，速效钾94 mg·kg-1。

1.2 试验设计与方法

试验分别设置氮肥、磷肥、钾肥3个单因素试验(表1)，每种肥料分别设置5个用量水平，采用随机区组设计，每个试验设3次重复，小区宽6.0 m，长10.0 m。2016年4月14日施肥，其中氮肥用量试验各处理统一施P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；磷肥用量试验各处理统一施N 225 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；钾肥用量试验各处理统一施N 225 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2；所有肥料一次底施。施肥后灌水，4月22日耙耱后播种，棉花采用地膜覆盖，等行距76 cm种植，留苗密度7.5 万株·hm-2，其它管理措施同大田。

1.3 测定项目与计算方法

1.3.1 土壤养分测定

收获期于10月25日每个小区按照五点取样法取0～20 cm土壤，混匀后风干。氮肥试验土壤全氮测定采用浓硫酸消煮-半微量凯氏法，碱解氮测定采用碱解扩散法；磷肥试验土壤全磷测定采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法，土壤速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；钾肥试验土壤全家采用碳酸钠熔融-火焰光度计法，土壤速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法[4]。

1.3.2 地上部干物质及养分测定

吐絮期每小区取5株棉花，将叶片、茎、铃分开，在105 ℃下杀青30 min，于85 ℃下烘干至恒重，称重，计算干物质积累；同时取叶片、茎、铃各100 g，磨碎后测定养分含量。植株样品养分测定采用浓H2SO4-H2O2消煮，半微量凯氏定氮法测定全氮，钼锑抗比色法测定全磷，火焰光度计法测定全钾[4]。

1.3.3 产量及构成

9月10日每小区选取具代表性的40株棉花，调查单株成铃数；吐絮后收取40株全部吐絮铃测定单铃重，并轧花测定衣分；小区籽棉单独收获计产。

1.4 统计分析

数据整理使用Excel 2003，统计分析使用DPS7.05进行。

表1 氮、磷和钾肥试验设计用量水平Table 1 Fertilization of N、P、K in the experiment

2 结果与分析

2.1 施肥量对土壤养分残留量的影响

从表2可以看出，棉花收获期不同氮肥施用量0～20 cm土层全氮含量均出现下降，但处理间差异不显著；同样不同磷肥用量间土壤全磷和不同钾肥用量土壤全钾也也无显著差异。氮肥用量对土壤中碱解氮残留量影响显著，N1与N2处理碱解氮含量显著低于其它3个处理，而N3、N4、N5三个处理间差异则不显著。不同磷肥用量对于土壤速效磷残留量影响达显著水平，随磷肥用量增加，土壤速效磷残留量呈直线上升趋势，而钾肥用量对于土壤速效钾残留量影响呈相似规律。

表2 不同处理土壤养分含量Table 2 Soil nutrient content of different treatment

2.2氮肥用量对棉株不同器官氮含量与田间携出

量的影响 表3结果表明，叶片与籽棉中氮素含量接近，均明显高于秸秆中N含量；氮肥用量对棉花叶片、秸秆、籽棉中氮素含量与田间氮素携出量均有显著影响。叶片与茎秆中N素含量和携出量均随施氮量增加而增加，叶片、茎秆的氮含量在施氮量分别超过N3、N2时不再显著增加，叶片、茎秆氮携出量在施氮量分别超过N4、N3时不再显著增加。籽棉的氮含量和携出量均以施氮量N3最高，低于N3时随施氮量的增加而提高，超过N3时随施氮量的增加而降低。

2.3磷肥用量对棉株不同器官磷含量与田间携出

量的影响 磷肥用量对叶片、秸秆与籽棉中磷素含量均无显著影响，各处理间差异不显著，不同部位磷含量为籽棉最高，其次为叶片，秸秆中含量最低；折算为P2O5田间携出量，叶片、秸秆、籽棉各处理间差异均不显著，籽棉中P2O5田间携出量5个处理在36.9～39.2 kg·hm-2之间，平均37.9 kg·hm-2(表4)。

表3 棉株不同器官N含量与N田间携出量Table 3 N content and N uptake of different cotton organs

2.4钾肥用量对棉株不同器官钾含量与田间携出

量的影响 钾肥用量对棉花叶片与茎秆中钾素含量有显著影响，叶片中钾素含量随施钾量增加呈上升趋势；而茎秆中钾素含量随施钾量增加先上升后下降，以K4处理最高，显著高于K1、K2与K3，但与K5差异不显著；籽棉中钾素含量不受钾肥用量的影响，5个处理间差异均不显著(表5)。K2O田间携出量，叶片与秸秆不同处理间变化规律与其钾素含量基本一致，籽棉中K2O田间携出量受棉花产量影响而呈现出一定差异，以K3处理最高，显著高于K1与K2，但与K4、K5间差异不显著。

表4棉株不同器官P含量与P2O5田间携出量

Table4 P content and P2O5uptake of different cotton organs

处理TreatmentsP含量/%P contentP2O5携出量/ kg·hm-2P2O5 uptake叶片茎秆籽棉叶片茎秆籽棉P10.35a0.14a0.44a47.9a17.2a37.1aP20.36a0.14a0.46a48.3a17.2a36.9aP30.35a0.15a0.45a47.4a18.5a39.2aP40.39a0.14a0.47a45.1a17.4a38.7aP50.38a0.16a0.44a49.9a19.5a37.8a

2.5 施肥量对棉花产量性状的影响

施用氮肥显著提高了棉花单株铃数、单铃重与籽棉产量(表6)。单株铃数处理N1与N2显著低于其它3个施氮量，N3、N4与N5三个处理间则差异不显著；单铃重呈相似规律，衣分则以N1显著高于各施氮处理；籽棉产量以N3最高，达到3 886 kg·hm-2，但与N4、N5之间差异不显著，N1与N2籽棉产量显著降低。施磷对单株铃数、单铃重、衣分、籽棉产量无显著影响。与不施钾肥对照相比，施钾提高了单株铃数与籽棉产量，以K4籽棉产量最高，但不同钾肥用量之间差异不显著，单铃重与衣分不同处理间差异不大。

表5棉株不同器官K含量与K2O田间携出量

Table5 K content and K2O uptake of different cotton organs

3 结论与讨论

3.1 施肥量对土壤养分残留的影响

由于土壤耕层重构后上层土壤养分含量下降，施用不同量氮磷钾肥后，土壤养分残留量表现出较大差异。孟繁华等[5]在东北地区黑土长期定位施肥试验认为，施用化肥对土壤全氮含量无显著影响，而董鲁浩[6]等在褐潮土上19年长期试验表明，施用化肥土壤全氮含量显著增加。上述试验是在长期定位施肥基础上得到的结果，本试验结果中，不同用量氮肥施用一年后对土壤全氮无显著影响，增加氮肥用量土壤碱解氮含量略有增加，这是由于土壤碱解氮浓度受施氮量影响较大[7，8]，而由于氮素在土壤中的损失途径较多有关，挥发、淋溶、微生物分解等方式的存在造成氮素在土壤中难以持续积累增加[9]，因此施用氮肥对土壤碱解氮的影响不及施用磷肥、钾肥对土壤速效磷、速效钾的影响作用明显。

土壤全磷含量是一个巨大的磷库[10]，难以在短期内发生较大变化，本试验结果也证实了这一点，而磷肥用量对土壤速效磷残留量则影响显著，这是由于土壤磷素支出以作物磷携出量为主，当施磷量大于作物携出量时，剩余磷素则累积在土壤当中，导致随磷肥用量增加土壤速效磷残留量显著增加。

土壤全钾中仅有2%为速效钾[11]，因此钾肥施用量对土壤全钾含量影响不大，而对土壤速效钾残留影响显著，随钾肥用量增加，土壤速效钾含量上升趋势明显，这与马友华[12]等人的研究结果一致。

3.2 施肥量对棉株不同部位养分积累的影响

施氮量对棉株叶片含氮量的影响，前人做了很多研究，结果基本一致，即随氮肥用量增加，叶片含氮量呈上升趋势[13]，而对棉株茎秆与籽棉中氮含量的研究较少，李伶俐[14]研究结果认为，棉花不同生育时期叶片、茎秆、籽棉中的氮素积累均随施氮量的增加而升高。本试验结果显示，随施氮量增加，叶片中氮含量与氮田间携出量均呈明显上升趋势，秸秆中氮含量与氮田间携出量也呈上升趋势，而籽棉中氮含量与氮田间携出量则是先增加后降低，这一结果可能与过量施用氮肥后棉株营养生长过剩，从而导致营养生长与生殖生长失衡有关[15]。

在不同磷肥施用量下，棉株不同部位磷含量与磷田间携出量差异均未达到显著水平；耕层重构前0～20 cm土层速效磷含量超过20 mg·kg-1，重构后成为20～40 cm土层，棉花生育中后期根系已到达20 cm土层以下，因此能够充分吸收20～40 cm土壤磷素，而根据王刚[16]等人研究结果，当土壤有效磷含量超过9.0 mg·kg-1后，施磷即对棉花生长不再具有促进作用，因此本试验土壤速效磷含量偏高，是造成增施磷肥对棉株不同部位磷含量与磷田间携出量未产生影响的重要原因。

增施钾肥提高了棉株叶片与秸秆中钾含量与钾田间携出量，但对籽棉中钾含量无显著影响，这与王刚卫[17]等人研究结果一致，表明棉株具有一定的自我调节能力，即便在缺钾条件下，棉株会优先利用钾素保证后代的繁衍。

3.3 不同肥料用量对棉花产量性状的影响及适宜肥料用量

在土壤耕层重构条件下，氮肥对棉花产量及产量性状影响最大，其次是钾肥，而磷肥对棉花产量性状及产量无显著影响。关于施磷对棉花生长发育无显著影响的原因，一方面由于棉花对磷素需求量较小，另一方面是由于棉区多年大量施用磷肥，据宋春[18]等人报道，从1990-2010年间，中国农田土壤磷素平衡的盈余量以每年11%的速度在不断扩大，这也是导致目前土壤磷素过剩而表现为施磷对棉花生长发育没有显著影响的主要原因；而氮肥因其损失途径较多，难以在土壤中积累，因此棉花需要重视氮肥的施用，其次是钾肥。

在目前生产条件下，棉花叶片与秸秆还田后，养分携出量仅考虑籽棉携出量即可，综合不同施肥量对棉花产量及养分田间携出量的影响，在耕层重构条件下，适宜施肥量为N 150 kg·hm-2， P2O540 kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2。