有机肥替代部分化肥对棉田土壤养分含量与棉花产量收益的影响

2023-04-06石学萍冯国艺孙红春王树林

新疆农业科学 2023年1期

石学萍，张谦，王燕，董明，祁虹，冯国艺，孙红春，王树林

(1.国家半干旱农业工程技术研究中心，石家庄 050051；2.河北省农林科学院棉花研究所/农业农村部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室/国家棉花改良中心河北分中心，石家庄 050051；3.河北农业大学农学院，河北保定 071000)

0 引言

【研究意义】棉花是河北省重要经济作物之一，近年来面积有所下降，主要集中于河北省中南部的旱薄沙壤土地区，该区域土壤肥力普遍较低，是限制棉花产量提升的主要因子，改善土壤结构、提升土壤肥力是提高棉花产量、实现棉花可持续发展的重要途径。有机肥在改善土壤板结、提高土壤肥力、增加作物产量方面具有天然优势，研究适合冀中南旱薄沙壤地区的有机无机肥料配施方案具有重要意义。【前人研究进展】土壤养分在棉花生长发育和产量形成过程中起到重要作用，随着化肥的普及应用，其用量早已占到我国肥料总量的90%以上[1]，化学肥料长期施用已显现出肥效下降[2]、土壤板结酸化及面源污染等生态环境问题[3-4]，有机肥与无机肥相结合，可显著提高作物产量，提高化肥利用率，提高农田生产力[5-6]。吴迪等[7]研究表明，配施有机肥不仅对作物的生长发育有促进作用，还能提高对肥料养分的吸收和利用效率，获得更高的经济产量；李淑仪等[8]研究表明，并不是有机肥所占比例越高越好，超过某个界限后作物产量反而降低，有机无机配施应存在最合适比例，有机肥比例过高和过低都会影响作物产量；袁玲等[9]研究表明，有机肥与化肥长期配合施用能提高土壤有机质和氮磷养分的含量，增强土壤转化酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶的活性。【本研究切入点】基于增施有机肥后，在不降低棉花产量与土壤养分的情况下，分析从有机无机配施下的肥料投入产出效益，研究增施有机肥后可减施的化肥量。需研究河北省中南部旱薄沙壤区开展的有机肥替代化肥效果。【拟解决的关键问题】在河北省中南部旱薄沙壤区，增施有机肥，在保证棉花产量稳定的情况下，减少施用化肥量，达到培肥地力、减少环境污染的目标。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2018～2020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(N46.4%)、重过磷酸钙(P2O546.0%)、氯化钾(K2O 60.0%)，有机肥采用袋装干鸡粪(有机质含量43.2%，全N含量1.4%，P2O5含量 0.9%，K2O含量 1.3%)，均为市场购买；棉花品种采用冀863。试验地前茬棉花，土壤有机质6.6 g/kg，全氮1.09 g/kg，速效磷27.5 mg/kg，速效钾198 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

采用随机区组设计，设置6个处理，分别为不施肥对照(CK0)、施用常量化肥(CKF)、化肥减量10%+有机肥(T1)、化肥减量30%+有机肥(T2)、化肥减量50%+有机肥(T3)。设3次重复，小区宽6.0 m，长10.0 m，棉花采用地膜覆盖，等行距76 cm种植，留苗密度6.0×104株/hm2，所有肥料于4月中旬1次底施，施肥后旋耕，随后灌底墒水，4月下旬耙耱后播种，其它管理措施同大田。表1

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 土壤养分

收获期于10月25日前后每个小区按照五点取样法取0～20 cm土壤，混匀后风干。土壤有机质采用重铬酸钾容量法，全氮测定采用浓硫酸消煮-半微量凯氏法，速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法,速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法[10]。

表1 试验处理及肥料用量Table 1 Treatments and fertilizer amount of the experiment

1.2.2.2 产量及产量构成

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。

1.2.2.3 肥料投入收益

肥料价格按照市场购买价格计算，干鸡粪0.35元/kg，尿素1.6元/kg，重过磷酸钙5.2元/kg，氯化钾2.9元/kg，籽棉价格6.6元/kg；肥料投入收益=处理籽棉收益-不施肥对照籽棉收益-肥料投入。

1.3 数据处理

数据整理使用Excel 2007与dps7.05分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代对土壤养分含量的影响

研究表明，连续3年施用有机肥后，土壤有机质含量显著升高，T1、T2与T3之间的土壤有机质含量差异不显著，在6.7～6.8 g/kg，但较CKF提高0.2～0.3 g/kg，差异达显著水平；土壤全氮各处理间均差异不显著，即使CK0全氮也未出现降低趋势；土壤速效磷与速效钾处理间变化规律趋势基本一致，在施用有机肥的情况下，化肥减量越多，土壤速效磷与速效钾含量越低，其中T2与CKF相比，速效磷含量下降了4.6%，速效钾含量基本持平，差异均不显著，T3与CKF相比，速效磷与速效钾含量显著下降。连续3年增施有机肥可明显提高土壤有机质含量，同时在化肥减量30% 情况下，土壤全氮、速效磷与速效钾含量与单施化肥相比差异不大，而减施化肥50%后，土壤速效磷与速效钾含量显著下降。表2

表2 不同处理土壤养分含量Table 2 Soil nutrient contents of treatments

2.2 棉花产量性状

研究表明，增施有机肥减施化肥通过影响单株铃数而影响棉花产量，与CKF相比，T1单株铃数略有增加而T2略有下降，但差异均未达显著水平，T3则显著低于CKF；单铃重仅CK0为4.8 g，显著低于其它处理，T1、T2略高于CKF、T3，但4个处理间差异不显著，衣分则CK0最高，且显著高于其它4个处理，CKF、T1、T2与T3的衣分在38.5%～38.9%，差异不大；籽棉产量以CK0最低，与CKF相比T1籽棉增产3.3%，T2基本持平，T3减产4.5%，其中T3产量显著下降，T1、T2与CKF籽棉产量差异不显著，皮棉产量趋势相似。增施有机肥减施30%化肥籽棉产量与单施化肥差异不大，而减施50%化肥后籽棉产量则显著下降。表3

表3 不同处理棉花产量性状变化Table 3 Cotton yield components of treatments

2.3 肥料投入收益比较

研究表明，在所有处理中，T1肥料总投入最高，达到2 711元/hm2，T2较CKF肥料总投入减少204元/hm2，籽棉收益以T1最高，T2次之，肥料投入收益以T1最高，为3 487元/hm2，但T1月T2之间差异不显著，而T3肥料投入收益则显著降低。在增施有机肥的情况下，减施30%化肥可达到肥料投入收益与减施化肥量之间的平衡，既兼顾收益也最大限度减少化肥用量。表4

表4 不同处理肥料投入收益Table 4 Returns of fertilizer input for treatments

3 讨论

有机肥在改善土壤结构、提高土壤肥力、增加作物产量等方面的研究很多，其效果也得到一致认可，何晓雁等[5]认为，有机肥与化肥合理配施可提高小麦产量49.4%，提高土壤有机质与速效钾含量，增加作物生物量、提高水分利用效率；温延臣等[6]研究结果表明，采用有机肥等养分替代化肥后，对小麦玉米产量构成因素影响不大，但有利于培肥地力，促进土壤可持续利用；研究重点从减少化肥用量与肥料投入收益比的角度出发，采用合适比例的有机肥替代化肥后，发现土壤有机质显著提高，棉花产量与产量构成因素与单施化肥相差不大，与前人研究结果基本一致，研究从肥料投入收益比的角度，提出了最佳有机肥与化肥用量。另一方面，随着化肥的普及推广，有机肥施用比例急剧下降，包雪梅等[1]指出，有机肥投入下降造成土壤基础肥力下降，钾素营养不足，原因是传统有机肥堆制施用劳动强度大，并且在当季作物作物增产增效方面明显不如化肥，比较符合当前农村有机肥源不足，有机肥施用费工费力导致的有机肥用量下降现象；近年来市场上出现了简易加工的有机肥(如干鸡粪)，价格低廉，施用方便，如能部分替代化肥，在成本相当的情况下，既可实现培肥地力，又能减少化肥施用降低环境污染的效果。在试验中，设置了施干鸡粪1 500 kg/hm2，其投入成本约占化肥投入20%，通过与不同化肥减量处理配合施用，结果表明在减少化肥用量30%的情况下，一方面棉花产量与单施化肥处理相当，同时提高了土壤有机质，稳定了棉田氮磷钾养分含量，肥料投入效益较高，是适合冀中南旱薄沙壤区棉花种植的施肥方案。