腐植酸尿素施用量及不同配比对新疆膜下滴灌棉花产量及氮肥利用的影响

2019-02-13哈丽哈什依巴提李青军

西北农业学报 2019年2期

李源，张炎，哈丽哈什·依巴提，李青军

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)

提高氮肥利用率是国家“十三五”节肥减药目标中的核心问题[1]。中国传统氮肥如尿素等，其利用率较低，仅为30%～35%，造成氮肥的大量流失，对环境构成严重威胁[2-3]。目前，常用的氮肥在价格和环境保护方面存在一定问题[4]。为此，开发适合农作物生长发育的新型尿素显得尤为重要。近年来，相继出现了控失尿素、腐植酸尿素等新型尿素产品，并在玉米、小麦等作物上应用[5-7]，这些新型尿素产品对于促进作物吸收、增产和提高肥料利用率方面取得了较好效果。其中，腐植酸尿素对土壤理化性质的改良和促进作物生长方面效果显著[8-10]。腐植酸中富含生物活性的天然高分子物质[11]，能够有效提高作物对氮的吸收[12-13]，从而增强肥料的缓释性能[14]。此外，腐植酸还可以抑制土壤脲酶活性和调节土壤微生物的活性[15]。同时，利用腐植酸与尿素进行混合可提高氮素利用率[16-17]，增加作物对氮的吸收能力[18]。因此，针对腐植酸与尿素混合后对作物产量和氮肥利用率的影响受到许多学者的关注和思考[19-20]。

新疆是中国最大的优质棉产地，由于新疆干旱的气候特征，在棉花的生产种植过程中，以施用普通尿素为主，大量尿素随水流失，对经济和环境造成严重影响。目前，在水稻、玉米和小麦等作物上都有腐殖酸应用的研究报道，而腐植酸尿素在新疆干旱地区滴灌棉田中应用的相关研究报道较少。本试验以不施氮肥为对照，研究普通尿素配施不同比例腐植酸后对棉花产量、养分积累和养分利用率的影响，为腐植酸尿素在棉花上的合理施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验安排在新疆昌吉市老龙河农场(44°13′37″N，87°17′36″E)，年降雨量280 mm，年均无霜期170 d，年均≥10 ℃积温3 300 ℃·d。棉花供试品种为‘新陆早57号’，一膜6行种植，行距配置(10+66+10+66+10)+76 cm，株距10 cm，小区面积54 m2。4月18日播种，4月27日出苗，生育期灌溉10次，总灌水量260 m3。土壤为灰漠土，播前土壤养分状况见表1。

表1 0～20 cm供试土壤的养分状况Table 1 The nutrient properties of soil in 0-20 cm depth

1.2 试验设计

在磷钾肥用量相同的基础上(P2O5：110 kg/hm2，K2O：75 kg/hm2)，试验设8个处理，即：CK(不施氮)；Urea(常规尿素)；UHAⅠ(Ⅰ型腐植酸尿素：腐植酸质量分数1‰)；UHAⅡ(Ⅱ型腐植酸尿素：腐植酸质量分数2‰)；UHAⅢ(Ⅲ型腐植酸尿素：腐植酸质量分数3‰)；UHAⅣ(Ⅳ型腐植酸尿素：腐植酸质量分数4‰)；UHAⅤ(Ⅴ型腐植酸尿素：腐植酸质量分数5‰)；90% UHAⅢ(Ⅲ型腐植酸尿素减量10%)。

CK为不施氮肥处理，Urea、UHAⅠ、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理的施氮量都为225 kg/hm2，90%UHAⅢ的施氮量都为202.5 kg/hm2。各施氮处理的30%氮肥作基肥，70%用于追肥，分4次在棉花蕾期(15%)、花期(25%)、花铃期(20%)、盛铃期(10%)随水滴施；磷肥用三料磷肥(P2O546%)，钾肥用氯化钾(K2O 60%)，磷、钾肥全部基施。各处理重复3次，小区随机区组排列。各处理使用水表计量灌水量，每次灌水量相同。试验所需的氮肥由河南心连心化肥有限公司提供，Urea、UHAⅠ、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ含N量均为46%。

1.3 测定方法

干物质和养分测定：在成熟期(9月20日)采取棉花样品，将采集的植株按不同器官(茎、叶、壳、纤维、籽)分开，105 ℃下杀青30 min，然后在75 ℃烘干至恒质量，称量并记录干物质质量。将烘干的棉株样品粉碎，过孔径0.5 mm的筛，用H2SO4-H2O2消煮，测定植株不同部位N元素。

棉花产量测定：棉花成熟期各小区调查9.6 m2面积的棉花株数、铃数，并采收小区内棉花100朵测铃质量，计算产量。

养分积累量(kg/hm2)=株数(株/hm2)×单株干物质质量(kg)×养分质量分数(%)

养分利用率(%)=(施氮区养分吸收量-无氮区吸收量)×100 /施氮量

农学效率(kg/kg)=(施氮区棉花产量-无氮区棉花产量)/施氮量

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 氮肥对棉花干物质累积与分配的影响

由表2可看出，棉花各部位干物质处理间差异显著。棉花的叶干物质以UHAⅤ和UHAⅣ处理较大，分别为2 513和2 384 kg/hm2，显著大于其他处理，但二者间没有显著差异；UHAⅢ处理显著大于常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ处理，而常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ处理间没有显著差异；所有施氮处理都显著大于CK处理。施氮都显著增加了棉花茎干物质，其中UHAⅤ和UHAⅣ处理较大，都显著大于其他处理，其次是UHAⅢ、UHAⅡ处理，都显著大于常规尿素、UHAⅠ和90%UHAⅢ处理。各处理的壳干物质与叶干物质具有相同的趋势。施氮都显著增加了棉花纤维干物质，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理都显著大于其他处理，但三者间没有显著差异；UHAⅡ处理显著大于常规尿素处理，而常规尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ处理间没有显著差异。施氮都显著增加了棉花籽干物质，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理都显著大于其他处理，但三者间没有显著差异；UHAⅡ处理显著大于90%UHAⅢ处理，但常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ处理间没有显著差异，而常规尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ处理间也没有显著差异。施氮都显著增加了棉花总干物质，各处理中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理的总干物质都显著大于其他处理，其中UHAⅤ处理为13 571 kg/hm2，显著大于UHAⅡ、UHAⅢ处理，与UHAⅣ处理没有显著差异，而UHAⅢ处理显著大于UHAⅡ处理，与UHAⅣ处理没有显著差异；常规尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ处理间没有显著差异。

表2 棉花干物质累积与分配Table 2 Dry matter accumulation and distribution of cotton kg/hm2

注：同列数据不同小写字母表示差异显著(P<0. 05)，下同。

Notes:Different lowercase lettters in the same column mean significant difference(P<0. 05)，the same below.

2.2 氮肥对棉花产量的影响

从表3可以看出，各处理棉花的株数没有显著差异。施氮显著提高了棉花单株铃数，各处理中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理的单株铃数都显著大于其他处理，但四者间差异不显著；而常规尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ处理间没有显著差异。施氮显著增加了棉花单铃质量，其中UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理都显著大于常规尿素、UHAⅡ和90%UHAⅢ处理，但UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理间没有显著差异；而常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ处理间没有显著差异。

施用氮肥显著增加了棉花产量，比CK增产31.26%～41.13%，与常规尿素相比，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理都显著增加了产量，增产率3.74%～7.52%，其中UHAⅤ增产效果最好，显著大于UHAⅡ处理，但与UHAⅢ、UHAⅣ处理差异不显著；而UHAⅠ、90%UHAⅢ与常规尿素处理效果相当。

表3 棉花产量与构成因子Table 3 Yield and composition factor of cotton

2.3 氮肥对棉花养分吸收与分配的影响

由表4可看出，棉花各部位N素吸收量处理间差异显著。施氮显著增加了棉花叶N素吸收量，各处理中以UHAⅤ最大，为33.32 kg/hm2，显著大于UHAⅠ、90%UHAⅢ处理，与常规尿素、UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ处理没有显著差异，而90%UHAⅢ与常规尿素处理相当。施氮显著增加了棉花茎N素吸收量，其中UHAⅤ、UHAⅢ处理最高，显著大于常规尿素、UHAⅠ和90%UHAⅢ处理，而常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ处理没有显著差异。施氮显著增加了棉花壳N素吸收量，其中UHAⅢ处理最高，为35.97 kg/hm2，显著大于常规尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ处理，与UHAⅡ、UHAⅣ、UHAⅤ处理差异不显著；常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ、90%UHAⅢ处理没有显著差异。施氮显著增加了棉花纤维N素吸收量，其中UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ、90%UHAⅢ处理显著大于常规尿素处理，而常规尿素与UHAⅠ处理差异不显著。施氮显著增加了棉花籽N素吸收量，其中UHAⅤ、UHAⅣ最高，显著大于常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ处理，与UHAⅢ处理差异不显著；而常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ处理没有显著差异。

施氮显著增加了棉花总N素吸收量，UHAⅤ处理的总N素吸收量为216.57 kg/hm2，显著大于常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ处理，与UHAⅢ、UHAⅣ处理差异不显著；而常规尿素、UHAⅠ、UHAⅡ和90%UHAⅢ处理没有显著差异。

表4 棉花N素吸收与分配Table 4 Nitrogen uptake and distribution of cotton kg/hm2

2.4 棉花氮肥利用效率

由表5可看出，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ处理的农学效率介于6.60～7.51 kg/kg之间，都大于常规尿素处理的5.71 kg/kg，其中UHAⅤ处理最大，其次是UHAⅣ处理，而常规尿素、UHAⅠ、90%UHAⅢ处理相差不大。

UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ和90%UHAⅢ处理都比常规尿素处理都提高了氮肥利用率，增加了4.50%～9.79%，其中UHAⅤ比处理的氮肥利用率最高，为53.01%；UHAⅠ处理的氮肥利用率与常规尿素处理相差不大，而90%UHAⅢ处理的氮肥利用率比常规尿素增加了6.11%。

表5 氮肥利用效率 Table 5 Fertilizer nitrogen use efficiency

3 讨论

在本次试验中，腐植酸与尿素混合施用后，可以明显提高棉花的产量，提高了氮肥利用率，起到了较好的效果。在棉花产量、氮素吸收量、氮肥利用效率方面，UHAⅡ、UHAⅢ、UHAⅣ型、UHAⅤ处理均高于常规尿素，且差异性显著；UHAⅢ、UHAⅣ、UHAⅤ3个处理之间差异不显著，但3个处理与UHAⅠ、90% UHAⅢ处理差异显著；其中UHAⅤ增产效果最为明显，其次为UHAⅣ，两者分别较常规尿素增产7.16%、7.52%。而UHAⅠ、90% UHAⅢ与常规尿素效果相当。以上结果表明腐植酸与尿素混合后能够提高尿素的缓释性能，提高土壤的供肥能力，促进作物对养分的吸收，对提高棉花产量和氮肥利用率效果显著。尿素中添加腐殖酸后，能够提高肥料的化学活性[21-22]，使得尿素起到较好的缓释效果[23]。并且在腐殖酸添加量不同的情况下，肥料的使用效果产生较大差异。当腐殖酸添加量较低时，主要是以抑制脲酶活性为主，如果适当增大腐植酸添加量，可能对脲酶的抑制和铵态氮的吸附同时起作用[24-25]，不同阶段哪些作用为主导还有待研究。

本试验中腐植酸添加到尿素中的比例从1‰～5‰，并且随着腐植酸添加量的增加，棉花产量逐渐升高。当腐植酸添加比例大于3‰时，与添加比例在3‰以下的棉花产量和棉花N素吸收上呈显著差异，腐植酸添加比例3‰～5‰之间时，无显著差异。但也有研究表明，并不是腐殖酸添加的越多，棉花产量会越高。过量和少量施用腐植酸对产量和环境产生较大影响。在施用尿素的基础上，合理的添加腐殖酸是获得经济效益和环境保护的核心问题。目前，应用腐植酸与尿素进行不同比例的配比，在小麦、玉米、棉花等作物的产量和肥料利用率等方面取得较好的效果，不同作物在达到最佳产量时，腐植酸与尿素的配比有所不同，且增产效果差异显著。如腐殖酸与尿素按1∶1混合后应用于玉米、小麦和蔬菜中，增产率分别为15.7%、13.2%和29.27%[26]。翟勇等[27]在腐殖酸尿素对滴灌棉花产量及氮肥利用率的研究结果表明，腐殖酸能够将土壤中的硝态氮固定在根系周围，大大降低了硝态氮的随水流失，并且能够有效促进作物对氮素的吸收，提高棉花干物质积累量。同时，过量添加腐植酸反而会使产量降低。如Akhtar等[28]确定了腐植酸添加比例为17.3%时玉米产量达到最高，大于17.3%反而会使玉米减产。由于综合考虑了经济效益和环境因素，本试验将腐植酸增效剂添加比例范围设置为1‰～5‰，在此范围内棉花产量总体上是随腐植酸添加量的增加而增加的，如果继续增大腐植酸添加量，会产生何种变化，还有待进一步的试验验证。本研究为新疆干旱区膜下滴灌棉田一年的研究结果，在不同膜下滴灌年限下，腐植酸尿素的应用效果还需进一步研究与验证。