聚磷酸磷肥不同基追比对石灰性土壤上滴灌盆栽棉花生长的影响

马 林，夏晓阳，普正仙，王 芳，王祥斌，刘烨东，吕海丽，王雨欣，蒲巧铃，危常州，张新疆*

（1 石河子大学农学院农业资源与环境系，新疆石河子 832003；2 云南云天化股份有限公司研发中心，云南昆明 650228）

磷是作物生长的必需营养元素之一，但磷肥施入土壤后大部分会与Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等离子发生沉淀反应，导致磷在土壤中移动距离小[1-2]，作物磷肥当季利用率偏低[3]。磷属于不可再生资源，据估计按照当前消耗速率，自然界磷矿将在未来30～80年消耗殆尽[4]。因此，增加磷在土壤中的移动性和减少土壤对磷的固定是磷肥减量增效的突破口，而磷肥的有效性直接与磷肥本身组成和形态有关[5-6]。

聚磷酸磷肥是一种正磷酸聚合物(盐)，其聚合度越高水溶性越小，反之水溶性越大。聚磷酸盐进入土壤以后，只有水解成为正磷酸盐才会被土壤固定[7]。聚磷酸盐水解过程能显著降低土壤的固定作用，达到提高磷肥利用率的目的，因此聚磷酸磷肥在农业肥料应用上表现出显著的优势[8-10]。工业级聚磷酸盐价格普遍高于常规磷肥，导致农户接受度低。将工业级聚磷酸盐和常规水溶性磷肥掺混施用可能实现兼顾“价优”和“磷肥高效利用”的双重目标。

新疆是中国最大的优质棉生产基地，棉花种植面积占新疆农作物种植面积的37%[11]。当前新疆石灰性土壤上棉花施肥灌水已普遍由原来的“重基肥-漫灌”改为“滴灌水肥一体化”，农户倾向将所有肥料以追肥的方式通过滴灌系统施入。水肥一体化大幅度增加了氮肥当季利用率[12]，但并没有显著提高磷肥利用率[13]。石灰性土壤上磷肥滴施造成磷肥大量在表层土壤被固定，磷养分难以被深层根系吸收，造成棉花磷肥利用效率偏低[14-15]。从1979年到2012年新疆磷肥施用量逐年增加，但磷肥增产效益整体下降[3]。由此可见，新疆棉花滴灌施肥可能依然存在施磷方法不当的问题。此外，有研究表明，在常温条件下土壤中四聚磷酸盐完全水解为正磷酸盐耗时较长，约需11～101天[16]，可能会导致聚磷酸磷肥中磷养分的释放与作物生长需求不匹配，因此研究聚磷酸磷肥的施肥策略对其在新疆棉花上的施用也有重要意义。

选用3种聚磷酸磷肥按照P2O5养分3%和常规滴灌磷肥进行掺混，研究其施入土壤后磷的移动效率，并研究聚磷酸磷肥不同基追比例施用对棉花生长和磷肥利用效率的影响。研究结果可为聚磷酸磷肥在新疆滴灌棉花上的使用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自石河子大学农学院试验站(45°19′N，86°3′E)灌耕灰漠土。土壤基本理化性质为pH 8.23、有机质10.7 g/kg、碱解氮98.2 mg/kg、速效磷10.2 mg/kg、速效钾201 mg/kg。

供试3种聚磷酸磷肥分别是平均聚合度为2.3的聚磷酸铵(N 16%，P2O560%，聚合率75%)，平均聚合度为1.8的聚磷酸铵(N 16%，P2O560%，聚合率75%)，平均聚合度为3.0的三聚磷酸钾(P2O545%，K2O 51%，聚合率95%)，由云南云天化股份有限公司研发中心提供。其他肥料钾肥为氯化钾 (K2O 63.0%)，氮肥为尿素(N 46.6%)，滴灌磷肥为磷酸二铵(N 16%，P2O550%)。供试棉花品种为新陆早61。

1.2 试验设计

盆栽试验在石河子大学农学院实验站进行，试验用陶瓷盆规格为上端内径25 cm、高30 cm、下端内径20 cm。将供试土壤风干，研磨过0.5 mm筛，除去植物根系及残膜等备用。

将平均聚合度分别为2.3、1.8的聚磷酸铵和聚合度为3.0的聚磷酸钾分别与常规磷酸二铵混合，得到3种含聚磷酸的掺混磷肥，依次表示为APP1、APP2和KTPP，掺混磷肥中3%的P2O5来自聚磷酸磷肥。盆栽装土10 kg/盆，施磷量为P2O52.0 g/盆。盆栽施肥量为N 0.40 g/kg土、P2O50.2 g/kg土、K2O 0.12 g/kg土。在等养分前提下，氮肥和钾肥随土装盆一次性基施，3种含聚磷酸的掺混磷肥设置3种基追肥比例：分别为重基肥(F7∶3，即70%掺混磷肥播种前随土基施，30%做追肥)，基肥/追肥等比例施用(F1∶1，即50%掺混磷肥播种前随土基施，50%做追肥)，重追肥(F3∶7，即30%掺混磷肥播种前随土基施，70%做追肥)，同时设对照不施磷肥处理(CK)。3种施磷处理不足养分用氯化钾和尿素补齐。以上共计不施肥对照和9个施肥处理，每处理3次重复。磷肥做基肥处理在播种前随土壤混合均匀，追肥分别在棉花蕾期(1 次，15%)、初花期(1 次，25%)、盛花期(1 次，25%)、花铃期(1 次，35%)，分4 次使用医用输液器模拟滴灌随水滴施。棉花出苗后每两天滴一次水，将土壤含水量控制在土壤田间持水量的60%～70%。

棉花播种出苗后，每盆留苗2株。于棉花盛铃期(出苗后110天)分别取土壤和植物样品。分0—8和8—16 cm土层深度取样，测定土壤有效磷。棉花收获前调查结铃数，收获后从棉花子叶节将棉花分为地上和地下两部分洗净后，105℃杀青30 min，70℃烘干，称重记录植株地上部分和地下部分的干重，并分别测定植株地上部分和地下部分全磷含量。

1.3 测定项目与方法

土壤有效磷含量用NaHCO3浸提—钼蓝比色法测定。

植株干重分别称量棉花植株地上部分和地下部分的干重，植株样品在105℃杀青30 min后，70℃烘干至恒重、粉碎，过0.5 mm 筛，用H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法测定植株全磷含量。

磷肥利用率(%)= (施磷处理整株吸磷量−不施磷处理整株吸磷量)/施磷量 × 100

磷移动效率(%)= 8—16 cm土层土壤有效磷含量/0—8 cm土层土壤有效磷含量×100

1.4 数据分析

采用 Microsoft Excel 2019软件和IBM SPSS Statistics 24软件进行图表制作与数据分析。

2 结果与分析

2.1 土壤有效磷含量和磷肥在土壤中的移动特点

由图1可知，0—8 cm土层土壤有效磷含量为F7∶3施肥方式最低，F3∶7最高，而F1∶1施肥方式处于两者间；8—16 cm 土层土壤有效磷含量 F7∶3、F1∶1和 F3∶73种施肥方式间无显著性差异。说明掺混聚磷酸磷肥基追比主要影响了0—8 cm土层土壤有效磷含量，而对深层8—16 cm土壤有效磷含量无显著影响。

图1 三种聚磷酸磷肥不同基追比例施用条件下0—8和8—16 cm土层土壤有效磷含量Fig. 1 Available phosphorus content in 0-8 and 8-16 cm soil layers under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

从3种掺混聚磷酸磷肥对土壤磷有效性的影响可以发现，在F7∶3施肥方式下0—8 cm土层土壤有效磷含量KTPP磷肥显著高于APP1和APP2磷肥，而APP1和APP2磷肥无显著性差异；在F7∶3施肥方式下，8—16 cm土层APP1与APP2和KTPP磷肥土壤有效磷含量无显著性差异。F1∶1和F3∶7施肥方式下，0—8和8—16 cm土层土壤有效磷含量均表现为KTPP和APP1磷肥显著高于APP2磷肥，且随着土壤深度的增加(0—8 cm土层到8—16 cm土层)，APP1和KTPP磷肥土壤有效磷平均含量较APP2磷肥土壤增长率由50.5%上升到191.6% (图1)。结果表明，3种聚磷酸磷肥在重基施(F7∶3)方式下对深层土壤有效磷含量影响较小，而在磷肥等/重追施方式下(F1∶1和F3∶7)，KTPP和APP1磷肥提高深层土壤有效磷的效果优于APP2磷肥。

由图2可知，F7∶3施肥方式土壤磷移动效率显著高于 F1∶1和 F3∶7施肥方式，且 F1∶1和 F3∶7方式间无显著性差异。分析3种聚磷酸磷肥在不同基追比处理移动效率，发现APP1、APP2和KTPP磷肥均在F1∶1和 F7∶3施肥方式时无显著性差异，但在 F3∶7施肥方式中，土壤磷移动效率表现为KTPP磷肥高于APP1和APP2磷肥，且KTPP磷肥移动效率显著高于APP2磷肥。以上结果表明：磷肥重追施并不利于磷在土壤中的迁移。就磷肥在土壤中的移动效率而言，在磷肥重追施方式下，KTPP磷肥效果最优，其次为APP1磷肥，最后是APP2磷肥。

图2 三种聚磷酸磷肥不同基追比例施用条件下土壤磷移动效率Fig. 2 Soil phosphorus movement efficiency under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

2.2 棉花生物量

由图3可知，聚磷酸磷肥3种基追比例施用对棉花地上部生物量积累的影响表现为 F1∶1>F7∶3>F3∶7，其中F3∶7施肥方式棉花地上部生物量累积显著低于F1∶1和F7∶3施肥方式；3种基追比方式对棉花地下部生物量积累的影响表现为 F1∶1>F3∶7>F7∶3，其中 F7∶3施肥方式棉花地下部生物量累积显著低于F1∶1施肥方式；3种基追比施肥方式对棉花单株结铃数没有显著性影响，但平均结铃数以F1∶1施肥方式最高，为5.0个/株；F3∶7施肥方式最低，为4.6个/株。结果表明，相比磷肥重基施(F7∶3)和重追施(F3∶7)方式，磷肥基追等比例施肥方式(F1∶1)更利于棉花生物量积累和产量形成。

图3 三种聚磷酸磷肥不同基追比例下棉花生物量和结铃数Fig. 3 Biomass and number of cotton boll under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

在F7∶3处理时，棉花地上地下部生物量均表现为 APP1 高于 APP2 和 KTPP；在 F1∶1和 F3∶7施肥方式时，APP1和KTPP磷肥棉花生物量同样高于APP2磷肥，但3种聚磷酸磷肥处理间均没有显著性差异；KTPP和APP1磷肥棉花结铃数高于APP2磷肥，尤其在F1∶1施肥方式下，KTPP和APP1磷肥棉株结铃数分别为5.8和5.2个/株，显著高于APP2磷肥的4.0个/株(图3)。以上结果表明：相比APP2磷肥，APP1和KTPP磷肥更利于棉花生物量积累和产量形成。

2.3 棉花磷养分吸收和磷肥利用效率

由图4可知，F7∶3和F1∶1施肥方式棉花地上部吸磷量显著高于 F3∶7处理，且 F7∶3和 F1∶1处理间无显著性差异。F1∶1和F3∶7的地下部吸磷量显著高于F7∶3，且 F1∶1和 F3∶7间无显著性差异。由图5 可知，F7∶3和 F1∶1处理磷肥利用率显著高于 F3∶7。以上结果表明：磷肥重基施(F7∶3)和基追等比例施用(F1∶1)可促进棉花磷吸收和提高磷肥利用率，其中以F1∶1效果最优。

图4 三种聚磷酸磷肥不同基追比例下棉花的磷吸收量Fig. 4 Phosphorus uptake of cotton under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

图5 三种聚磷酸磷肥不同基追比下棉花磷肥利用率Fig. 5 P utilization efficiency of cotton under different basal-top dressing ratios of three polyphosphate fertilizers

从3种聚磷酸磷肥对棉花吸磷量和磷肥利用率的影响可以发现，无论在哪种基追比例施肥方式下，APP1和KTPP磷肥棉花地上部、地下部吸磷量和磷肥利用率均高于APP2磷肥(图4和图5)，且在等/重追肥条件下 (F1∶1和 F3∶7)，KTPP 磷肥处理棉花地上部、地下部吸磷量和磷肥利用率均高于APP1(图4和图5)磷肥。

综合磷吸收量与磷肥利用率来看，3种聚磷酸磷肥在不同基追比例下，效果最好的是基追等比施肥方式下的KTPP磷肥。

3 讨论

土壤吸附与沉淀反应使大部分磷素以正磷酸盐的形式被土壤固定，导致土壤中可供植物吸收利用的磷含量较少，磷肥当季利用率偏低[1-2]。本研究数据显示，在F1∶1和F3∶7施肥方式中KTPP和APP1磷肥的土壤有效磷含量和棉花磷肥利用率均显著高于APP2磷肥(图1和图5)，在F3∶7施肥方式下土壤磷移动效率表现为KTPP>APP1>APP2，且KTPP和APP1与APP2的差异达显著水平(图2)，造成以上结果的原因可能是高聚合度聚磷酸磷肥水解时间较长，一定程度上减少了土壤对其的化学沉淀与吸附，进而提高了磷肥移动性和有效性。聚磷酸盐在土壤中会逐级水解释放出正磷酸盐，这个过程类似于缓释肥原理，会减少土壤对正磷酸盐的固定，相应增加磷素在土壤中的移动性[7,17]。他人研究结果与本研究类似，相比低聚态聚磷酸盐，较高聚合度聚磷酸盐可以提高土壤中磷的移动距离，更长时间保持磷肥肥效和提高玉米磷素吸收利用率[10,18]。聚合度组成会显著影响玉米肥效，以聚合度组成分布均匀的聚磷酸铵效果最佳[19]，且平均聚合度为2.73的聚磷酸相比焦磷酸和磷酸脲，在质地为壤土和粘土的石灰性土壤中可以显著提高土壤磷移动性[18]。在本研究中，0—8 cm土层土壤有效磷含量远高于8—16 cm土层，这表明磷肥大量被固定在表层土壤，但是在8—16 cm土层中F1∶1和F3∶7施肥方式下，聚合度相对较高的KTPP和APP1磷肥土壤有效磷含量均显著高于APP2磷肥，且以KTPP磷肥土壤有效磷含量和磷移动效率最高(图1和图2)，这表明3种不同聚磷酸磷肥在石灰性土壤上，对棉花的肥效表现为KTPP磷肥最优，其次为APP1磷肥，最后是APP2磷肥。

鲁如坤等[20]研究表明，磷在施入土壤3h后大量被土壤固定。应用同位素32P示踪和放射性同位素自显影技术发现，在灰漠土中磷酸一铵滴施导致高达99%的磷素都集中分布在0—10 cm土层[14]。以上证据表明，常规磷肥在石灰性土壤上滴灌施用会造成磷的无效化。相比常规磷肥，聚磷酸磷肥可以明显促进作物生长和提高作物磷肥利用率[8-9,19,21]。本研究中聚磷酸磷肥不同基追比例施用对棉花的生长和棉花磷肥利用率的影响也有明显差异。3种聚磷酸磷肥在F7∶3和F1∶1施肥方式下，棉花地上部干重、吸磷量和磷肥利用率均显著高于F3∶7施肥方式，且F1∶1施肥方式棉花地上部干重、吸磷量和磷肥利用率均略高于F7∶3处理(图3、图4和图5)。这表明聚磷酸磷肥由于其缓释性，适当基施可以促进棉花生长，提高磷肥利用率，其中以聚磷酸磷肥基追等比例施用效果最优。研究表明，聚磷酸铵(平均聚合度=4)在土壤中培养14天内，土壤有效磷含量没有出现显著的下降，而是缓慢上升[10]，这说明聚磷酸磷肥的水解会持续较长时间，也解释了我们的研究结果为什么一定比例的聚磷酸磷肥基施(F1∶1)相比重追施处理(F3∶7)效果较优。一些研究也表明，磷肥分次滴施时磷在土壤中的移动性优于一次施用，其解释是由于磷肥一次施用后，土壤磷起始浓度较高，磷酸盐易与土壤中Ca2+产生沉淀，而分次施磷，磷酸盐固定以土壤粘粒吸附为主，且土壤磷起始浓度较低，可增加土壤中磷的空间有效性[18,22]，这可能也是本研究中聚磷酸磷肥重基施处理(F7∶3)效果弱于基追等比施用(F1∶1)的主要原因。由此可见，聚磷酸磷肥在石灰性土壤上棉花的施用策略还需不断深入研究。

4 结论

聚磷酸磷肥可以提高磷在石灰性土壤中的移动性，进而提高土壤磷有效性和棉花磷肥利用率，棉花磷肥肥效随聚磷酸磷肥聚合度与聚合率的升高而增加。由于聚磷酸磷肥缓慢水解特性和磷肥滴施造成磷在土壤表层富集的问题，聚磷酸磷肥不同基追比施用会影响棉花肥效，聚磷酸磷肥基追比等量施用可以保证石灰性土壤上滴灌棉花全生育期磷营养的均衡供应，促进棉花生物量积累。