优化施肥与肥料添加剂对盐碱地土壤理化性状、棉花产量及氮肥利用效率的影响

2019-12-24孙显旻国艳春曾路生李旭霖柳新伟宋祥云崔德杰

山东农业科学 2019年11期

关键词：棉花

孙显旻　国艳春　曾路生　李旭霖　柳新伟　宋祥云　崔德杰

摘要：为探索优化施肥与肥料添加剂对盐碱地土壤理化性状、棉花产量及氮肥利用效率的影响，在东营滨海盐碱地采用大田小区试验，共设置7个处理，分别为对照（CK）：不施肥;L：当地常规施肥;OAN：优化施肥+聚氨酸+NAM;OANB：优化施肥+聚氨酸+NAM+菌肥;OG：优化施肥+石膏;OA4：优化施肥+4%改良剂;OA5：优化施肥+5%改良剂。结果表明，在优化施肥基础上配合施用添加剂对盐碱地土壤养分有明显提高作用，其中以添加石膏或4%、5%改良剂对提高盐碱地土壤养分效果较好。与常规施肥相比，OG处理pH值降幅最大，达0.71个单位，降盐效果明显高于其它施肥处理;OAN、OANB、OG、OA4、OA5相较于常规施肥氮肥农学利用效率分别增加1.86、2.23、1.65、1.73、2.31倍;在本试验条件下添加5%改良剂对提高棉花产量效果较好。

关键词：盐碱地改良;棉花;肥料添加剂;改良剂

中图分类号：S562.062 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2019）11-0092-05

Effects of Optimized Fertilization and

Fertilizer Additives on Soil Physicochemical Properties， Cotton

Yield and Nitrogen Use Efficiency in Saline Alkali Soil

Sun Xianmin， Guo Yanchun， Zeng Lusheng， Li Xulin， Liu Xinwei， Song Xiangyun， Cui Dejie

（College of Resources and Environment， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China）

Abstract In order to explore the effects of fertilizer and fertilizer additives on soil physical and chemical properties， yield and nitrogen use efficiency in saline-alkali soil， the field plot test was adopted in the coastal saline land of Dongying， and 7 treatments were set as control （CK，no fertilization）， L（local conventional fertilization）， OAN（optimized fertilization + poly amino acid+NAM）， OANB（optimized fertilization+poly amino acid+NAM+bacterial fertilizer）， OG（optimized fertilization+gypsum）， OA4（optimized fertilization +4% improver） and OA5（optimized fertilization+5% improver）. The results showed that the soil nutrient in saline-alkali land was improved obviously by applying additives in combination with optimal fertilization， among which，adding gypsum or 4%，5% modifier had better effects on improving soil nutrients in saline-alkali land. Compared with conventional fertilization， the pH value of OG treatment decreased by 0.71 units， and the effect of reducing salt was significantly higher than that of other treatments. The agronomic efficiency of nitrogen fertilizer of OAN， OANB， OG， OA4 and OA5 were 1.86， 2.23， 1.65， 1.73 and 2.31 times higher than that of the conventional fertilization. It was better to increasing cotton yield by adding 5% improver in this experiment.

Keywords Saline-alkali improvement; Cotton; Fertilizer additive; Improver

鹽碱地改良和农作物盐碱地高产一直是国内外的难题和关注热点。盐碱地在我国面积大、分布广，充分利用和改良盐碱地、提高农作物产量至关重要。但是使用传统化肥存在很多问题，肥料用量大、利用率低，易造成面源污染[1-4]。肥料添加剂是符合未来生态农业发展的新一代环保型肥料[5]，如聚氨酸、NAM、菌肥、改良剂和脱硫石膏等。在前人的研究中，肥料添加剂在农作物包括水稻[6]、甘薯[7]、荞麦[8]等，以及在土壤理化性质如土壤病原菌[9]、重金属 [10]、氮肥利用率[11]等方面应用均有显著效果。施用肥料添加剂可减少氮肥的环境损失量，增加植株吸氮量，进而提高氮肥利用效率。中国科学院沈阳生态研究所研制出集脲酶抑制剂、硝化抑制剂于一体的新型抑制剂NAM，它能够抑制脲酶和硝化酶的活性，从而抑制铵态氮向硝态氮的转化，减少硝态氮肥的流失，提高氮肥利用率[12，13]。闫湘等[14]提出通过脲酶抑制剂或硝化抑制剂，可有效地抑制NH+4-N和NO-3-N的淋溶损失等。李青军等[15]研究表明，常规施肥配施NAM处理均能显著提高棉花干物质量，增加单株铃数和皮棉产量。

本试验选择山东省东营市棉花种植区盐碱地，采用大田小区试验方法，研究在优化施肥的基础上添加不同肥料添加剂对盐碱地土壤理化性状、棉花产量及氮肥利用效率的影响，以期为肥料添加剂在盐碱地改良和棉花生产中的应用提供参考。

1 材料與方法

1.1 材料与设计

试验于2018年4月至11月在东营市利津县进行。试验地土壤为滨海盐碱土。该类土在近海呈带状分布，其面积占全市土壤总面积的36%。供试棉花品种为农大601（Gossypium spp. Nongda601）。试验用肥料添加剂为聚氨酸[聚天冬氨酸（Polyaspartic acid，简称PASP）、聚-γ-谷氨酸（poly-γ-glutamic acid，简称γ-PGA）]、NAM[脲酶抑制剂：N-丁基硫代磷酰三胺（nBPT）;硝化抑制剂：3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）]、菌肥、改良剂和脱硫石膏。肥料添加剂（聚氨酸和NAM）、改良剂和氮肥混合后施入土壤，菌肥和脱硫石膏与肥料一同施入土壤，除追施尿素外其它所有肥料做底肥一次性施入。

试验共设置7个处理，即对照（CK）：不施肥;L：常规施肥;OAN：优化施肥+聚氨酸+NAM;OANB：优化施肥+聚氨酸+NAM+菌肥;OG：优化施肥+石膏;OA4：优化施肥+4%改良剂;OA5：优化施肥+5%改良剂。随机区组排列，重复3次。小区面积30 m2。统一由当地管理。其中，常规施肥为基施复合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）750 kg/hm2，追施尿素225 kg/hm2;优化施肥为常规施肥基础上增施硫酸钾120 kg/hm2;聚氨酸为肥料总量的0.7%，NAM为纯氮总量的0.7%，菌肥为7.5 kg/hm2，石膏为225 kg/hm2，改良剂为肥料总量的4%或5%。聚氨酸、NAM和改良剂均由中国科学院沈阳生态所研制提供，菌肥由青岛海德龙公司提供。

1.2 样品采集与测定

每小区“S”形取样3份。棉花成熟期分层采集土样：0～10 cm和10～20 cm。四分法采样1 kg，带回实验室自然风干，挑除细根等杂质，研磨并分别过2.00、0.25 mm 尼龙筛，保存备用。土壤速效养分采用常规法测定;土壤pH值用pHs-2C型数字酸度计测定，水土比为5∶[KG-*2/3]1; 土壤电导率EC用DDSJ-11A 型电导率仪测定，水土比5∶[KG-*2/3]1; SPAD仪测定叶绿素含量。成熟期取样测定棉花株高、叶长、叶绿素含量;收获期测小区产量，折算公顷产量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2019、SPSS 18.0软件进行数据处理。

计算肥料偏生产力及氮肥农学利用效率，方法如下：

肥料偏生产力（kg/kg）=施肥区籽棉产量/肥料养分总施入量;氮肥农学利用效率（kg/kg）=（施肥处理籽棉产量-不施肥对照处理籽棉产量）/施氮量。

2 结果与分析

2.1 肥料添加剂对土壤理化性状的影响

2.1.1 肥料添加剂对土壤养分含量的影响由表1看出，在棉花成熟期，与CK相比，各施肥处理0～20 cm土层有机质含量均有提高。0～10 cm土层有机质含量表现为OA4>OAN>OANB>OG>OA5>L，OA4处理有机质提高幅度最大，为38.02%，L处理提高幅度最少。10～20 cm土层有机质含量表现为OG>OAN>OA4>OA5>OANB>L，OG处理增幅最大，为46.71%，L处理增幅最少。0～10 cm土层碱解氮含量表现为OANB>OAN>OG>OA5>OA4>L，OANB处理增幅最大，为45.49%，其次是OAN处理，L处理最低;10～20 cm土层各处理表现为OA5>OG>OAN>OA4>OANB>L，其中OA5增幅最大，比对照增加1.17倍。0～10 cm土层有效磷含量表现为OA4>OG>OANB>OA5>OAN>L，其中OA4处理较对照增加61.79%，其次是OG处理，增幅为58.43%;10～20 cm土层各处理表现为OG>OA4>OANB>OA5>OAN>L，OG处理较对照增加1.18倍，其次是OA4处理，增加87.67%。0～10 cm土层速效钾含量表现为OA4>OG>OANB>OA5>OAN>L，其中OA4处理较对照增加50.23%，其次是OG处理，增幅为49.12%;10～20 cm土层各处理表现为OG>OA5>OA4>OANB>OAN>L，其中OG处理较对照增加64.41%，其次是OA5处理，增加37.53%。综上看出，在优化施肥基础上添加石膏或4%、5%的改良剂对提高盐碱地土壤养分效果较好。

2.1.2 肥料添加剂对土壤pH值及电导率的影响由图1看出，在优化施肥基础上配施不同添加剂的各处理0～10 cm土层pH值均低于10～20 cm土层，而CK和常规施肥处理则是表层pH值高于下层。OAN、OANB、OG、OA4、OA5处理下的土壤pH值均低于CK及L，说明聚氨酸、石膏及改良剂的添加降低了土壤碱性。与常规施肥相比，处理OAN、OANB、OG、OA4、OA5分别降低0.66、0.71、0.23、0.36、0.52个单位，其中脱硫石膏处理OG降幅最大。

从图2可以看出，除OG、OA5处理外，各处理10～20 cm土层电导率均高于0～10 cm土层。且在10～20 cm土层，OG处理明显低于其它处理，较CK处理降低59.5%;而OAN、OANB、OA4、OA5处理较CK分别下降23.9%、25.4%、24.5%、32.1%，说明肥料添加剂的施用对土壤中水溶性盐含量有显著影响，其中以石膏添加剂的处理影响最明显。

2.2 肥料添加剂对棉花生长及产量的影响

2.2.1 肥料添加剂对棉花叶长、株高、叶绿素含量的影响由表2看出，施用肥料添加剂后除OA5叶长外其它处理的棉花叶长、株高、叶绿素含量都有提高。其中，OG处理叶长最大，显著高于OA5处理，而与其它处理差异不显著;OG及OA4处理的株高较高，与OAN、OANB差显不显著，显著高于其它处理;OG、OA4、OA5处理的叶绿素含量显著高于CK，与其它处理差异不显著。试验结果表明，肥料添加剂对棉花植株有促生长作用。

2.2.2 肥料添加剂对棉花产量及氮肥农学利用效率的影响由表3可知，与CK及常规施肥相比，各添加剂施肥处理棉花产量均明显增加，其中OAN、OANB、OG、OA4、OA5处理分别比常规施肥增产15.40%、18.38%、13.67%、14.25%、19.10%，说明不同添加剂对棉花产量均有增产效果，其中添加聚氨酸、NAM和菌肥的OANB处理及添加5%改良剂的OA5处理对棉花增产效果较好。各处理肥料偏生产力没有显著差异，仅OA5略高于其它处理。OAN、OANB、OG、OA4、OA5处理的氮肥农学利用效率相比常规施肥分别增加1.86、2.23、1.65、1.73、2.31倍，其中OA5增加最為明显。这说明优化施肥基础上添加不同添加剂均提高了氮肥的农学利用效率，且以添加聚氨酸、NAM和菌肥的OANB处理及添加5%改良剂的OA5处理效果较好。

3 讨论与结论

本试验结果表明，在优化施肥的基础上配施肥料添加剂可明显提高土壤速效养分含量，降低土壤pH值及电导率，其中以添加石膏的处理改善土壤理化性状效果较好。菌肥作为一种生物肥料，能够促进土壤中有机质的分解、丰富土壤微生物群落，促进农作物对营养元素的吸收。王义坤等[16]利用菌肥改善苹果连作土壤试验中，不同试验处理生物量增加40.6%～106.3%，土壤酶活性增加1.06～1.74倍。脱硫石膏作为一种盐碱地的改良剂，已在盐碱地改良实践中得到广泛应用[17]，大量研究表明石膏能够中和土壤碱性，使土壤pH值降低，且脱硫石膏有脱盐作用[18]。毛玉梅等[19]研究发现烟气脱硫石膏能够改善滨海滩涂盐碱土壤理化性质，并促进供试植物生长。贺坤等[20]研究发现烟气脱硫石膏能够加快盐碱土壤的脱盐过程，改善农作物的生长环境。但也有研究表明，脱硫石膏虽然能够显著降低土壤 pH值并有良好的脱盐效果，但是对提高土壤养分含量作用较小[21]。

大量研究表明，肥料添加剂能够显著提高土壤氮素利用率，进而改善棉花生长状况，提高棉花产量。NAM是由脲酶抑制剂和硝化抑制剂等成分有机组合而成，对土壤和肥料中的氮素转化可起到综合调控作用。孙磊[22]研究表明，寒地玉米上应用NAM肥料添加剂氮肥利用率高达44.30%，玉米产量较常规施肥增产10.88%。牛长英等[23]研究表明，施用菌肥可增强棉花抗枯黄萎病能力，增加棉花的单株结铃数和单铃重，从而提高棉花生物产量和经济产量。本试验结果表明，肥料添加剂对棉花生长指标和产量具有显著的提升作用，且氮肥农学效率提高明显。与常规施肥相比，在优化施肥基础上添加聚氨酸、NAM和菌肥的OANB处理及添加5%改良剂的OA5处理对棉花产量提高效果较好，增产率分别为18.38%、19.10%，氮肥农学效率分别提高2.23、2.31倍。

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