江汉平原棉花合理施氮量研究

张敏敏+刘冬碧+吴茂前++段小丽+熊桂云+夏颖+程子珍

摘要：采用田间小区试验研究了江汉平原棉花合理施氮量。结果表明，在施用90 kg/hm2 P2O5、180 kg/hm2 K2O和3 kg/hm2持力硼基础上，利用线性+平台模型得到棉花中高产量水平下的合理施氮量为280 kg/hm2。在不明显减产的条件下，从提高氮肥当季利用率、尽量降低氮肥投入的角度，可以将氮肥用量降低到240 kg/hm2左右，在此施氮水平下仍然可能通过改进田间管理措施获得高产。因此，江汉平原棉花氮肥减量空间为20～60 kg/hm2。

关键词：棉花；施氮量；产量；氮肥利用率；氮平衡

中图分类号：S147.2；S562 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）24-6402-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.021

江汉平原是湖北省的主要棉产区，种植面积占湖北省棉花种植总面积的70%左右[1]，是湖北省最大的优质棉生产基地，也是全国棉花单产水平较高的棉区之一[2]。近年来受价格和种植区划的影响，湖北省棉花种植面积有较大幅度的減少，但仍然有1.0×105～1.5×105 hm2[3]。研究和生产实践均已证实，氮肥是影响棉花产量的第一养分限制因子。关于棉花氮肥的合理运筹技术，近年来已有一些研究[4-6]。关于棉花的合理施氮量，李银水等[7]在江汉平原、鄂东和鄂北3大棉产区7个县（市）开展了17个棉花氮肥用量田间试验，结果表明，利用线性加平台模型得到湖北省棉花氮肥（N）最佳用量平均为114 kg/hm2，棉花适量施氮比对照增产131～1 244 kg/hm2。由于各个试验点棉田土壤养分状况和棉花产量水平差异较大，这一平均合理施氮量难以适用于江汉平原区的中、高产棉田。余常兵等[8]研究提出，湖北省江汉平原棉区皮棉产量高于1 050 kg/hm2的中高产棉田，氮磷钾配方为225～255 kg/hm2 N、90 kg/hm2 P2O5和180～195 kg/hm2 K2O。施用缓控释氮肥并减少施氮次数，已被认为是棉花轻简化栽培的主要措施之一[5，9，10]。本研究在潜江市浩口镇选择代表性高产棉田，在施用缓控释氮肥条件下研究棉花的合理施氮量，为“两减”条件下实现棉花合理减氮提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2014年度在湖北省潜江市浩口镇柳州村进行，土壤母质为长江冲积物发育的灰潮土。耕层土壤pH 7.76，有机质12.30 g/kg，全氮1.11 g/kg，碱解氮87.50 mg/kg，速效磷11.30 mg/kg，速效钾80.20 mg/kg。试验棉花品种为中棉所63。

1.2 试验设计

试验设置7个处理，N0（不施氮肥）、N180、N210、N240、N270、N300、N270-4，各处理字母后的数字代表施氮量，单位kg/hm2。其中，N180、N210、N240、N270、N300处理60%的氮肥用缓控释尿素（含N 44%，释放期80 d）作基肥，40%的氮用普通尿素作花铃肥，N270-4处理所用氮肥全部为普通尿素，施肥时期为30%基肥+30%蕾肥+30%花铃肥+10%盖顶肥。各处理磷、钾、硼肥用量相同，分别为P2O5 90 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2、持力硼3 kg/hm2。磷肥用过磷酸钙（含P2O5 12%）、钾肥用氯化钾（含K2O 60%），磷、钾、硼肥全部基施。施肥方法：基肥混匀条施后移栽棉花，追肥穴施，基肥和后续的追肥在棉花种植行的两侧交替进行。小区面积35 m2， 3次重复，随机区组排列。

棉花采用营养钵育苗移栽的方式，5月27日施基肥并移栽棉花，行距120 cm，株距40 cm。7月9日施蕾肥，7月31日施花铃肥，8月15日施盖顶肥。9月21日开始收获，12月2日收获结束，各小区收子棉实产。

1.3 测试指标、考察内容和方法

1.3.1 土壤样品 在棉花整地施基肥前采集0～20 cm土壤样品，用常规方法分析土壤基本理化性状[11]。试验结束后，采集各小区0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土样，紫外分光光度法测定鲜土样NO3--N含量，靛酚蓝比色法测定NH4+-N含量[11]，其和为土壤速效氮含量。

1.3.2 推荐施氮量模型 运用SAS 8.1软件，采用线性+平台模型拟合氮肥用量与子棉产量之间的关系[12]，线性+平台模型函数式为y=b0+b1x（x

1.3.3 植株吸氮量 吐絮收获前每小区随机取3株中等大小的棉花植株，分次单独收获，按皮棉、棉子、棉秆分别称重制样，测定各部分全氮含量[11]，记录棉花各部分生物总量，计算棉株收获时从土壤带走的总氮量。

1.3.4 其他参数的计算[13]

氮肥当季表观利用率=（施氮区吸氮量-无氮区吸氮量）/施氮量×100%

氮肥偏生产力（kg/kg N）=施氮区产量/施氮量

氮肥农学效率（kg/kg N）=（施氮区产量-无氮区产量）/施氮量

氮肥生理利用率（kg/kg N）=（施氮区产量-无氮区产量）/（施氮区吸氮量-无氮区吸氮量）

氮肥产量贡献率=（施氮区产量-无氮区产量）/施氮区产量×100%

1.3.5 数据统计分析 试验数据统计和作图在Microsoft Excel中进行，方差分析采用SPSS 11.5统计软件。

2 结果与分析

2.1 施氮量对棉花产量的影响

由图1可知，子棉产量随施氮量的增加而显著增加，施氮量超过210 kg/hm2后，子棉产量随施氮量增加的幅度变小，施氮量为300 kg/hm2时产量达到最高值。当施氮量为270 kg/hm2时，全部氮肥用普通尿素分4次施用处理的子棉产量，与缓控释尿素和普通尿素配合2次施用的处理差异不显著。有研究表明，利用线性+平台模型拟合得到的作物临界施氮量，明显低于由二次型模型拟合得到的最佳经济施氮量，因此用临界施氮量更有利于降低氮肥投入成本、提高氮肥利用效率和降低过量施用氮肥引起的面源污染风险[12，14]。为了获得施缓控释氮肥条件下棉花的合理施氮量，采用线性+平台模型拟合氮肥用量与子棉产量之间的关系，得到棉花的临界施氮量为280 kg/hm2，即当施氮量低于280 kg/hm2时，子棉产量随氮肥用量的增加而增加，当施氮量超过280 kg/hm2后，子棉产量在一定的施氮量范围内保持在“平台产量”这一相对稳定的水平，本研究子棉的“平台产量”为4 150 kg/hm2（图2）。这一施氮量比余常兵等[8]提出的江汉平原区中、高产棉田配方施氮量略高，不过棉花的产量也略高。可见，在江汉平原子棉产量为4 150 kg/hm2的高产水平下，将合理施氮量确定为280 kg/hm2是比较适宜的。

2.2 施氮量对棉花氮素吸收量及氮肥利用率的影响

由表1可知，在试验施氮量范围内（300 kg/hm2），棉株氮素吸收总量随施氮量增加而增加，其中棉秆吸氮量在总吸氮量中所占的比例也随施氮量增加而呈先增加后降低的趋势，而子棉所占比例则相应呈先降低后增加的趋势，并分別在240 kg/hm2时达到最低值，再进一步增施氮肥，子棉吸氮量在总吸氮量中所占的比例随施氮量增加而增加；氮肥表观利用率和偏生产力随施氮量的增加总体呈降低趋势，产量贡献率则相反，农学效率和生理利用率随施氮量的增加而增加，并在施氮量为240 kg/hm2时达到最高值，在临界施氮量附近（270 kg/hm2），氮肥表观利用率为22.1%，偏生产力、农学效率、生理利用率分别为14.6、5.91、26.8 kg/kg N，产量贡献率为40.5%。从棉花临界施氮量、氮素吸收量及其他氮肥利用率指标来看，240～280 kg/hm2可能是棉花施氮量的一个较适宜的范围。

表观利用率、偏生产力、农学效率、生理利用率和产量贡献率等指标均是从不同角度描述作物对肥料养分的利用效率，其内涵及应用对象常常不同，当季表观利用率能很好地反映作物对化肥养分的吸收状况[13，15]。本研究中棉花当季氮肥表观利用率比21世纪初中国粮食作物氮肥平均利用率（28.3%）低6.2个百分点[15]。张成等[3]在武汉市洪山区黄棕壤上的研究结果表明，240 kg/hm2的施氮量条件下，鄂杂棉30的氮肥表观利用率为19.1%；吴茂前等[4]、刘冬碧等[5]的研究结果表明，在潜江市潮土区240 kg/hm2的施氮量条件下，中棉所63棉花品种的子棉产量为4 700～5 100 kg/hm2时，其氮肥当季表观利用率为41.0%～52.6%，子棉产量为2 000～2 900 kg/hm2时，氮肥当季表观利用率为20.8%～27.8%，可见，棉花氮肥当季表观利用率受区域、产量水平等因素的影响较大。从另一方面也说明，在一定的施氮量条件下，加强田间管理、促进养分吸收对提高氮肥当季表观利用率仍有较大的潜力。

2.3 施氮量对土壤氮素残留与土壤-作物系统氮素平衡的影响

由图3可知，棉花收获后0～100 cm不同土层土壤速效氮的含量随土层深度的增加而降低。从不同处理看，各施氮处理土壤的速效氮含量明显高于不施氮处理，以210 kg/hm2和240 kg/hm2氮肥处理的最高。0～60 cm土层内土壤速效氮的含量，施氮处理明显高于不施氮处理。0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层速效氮的含量，施氮处理分别比不施氮处理高2.9～18.9、2.8～5.5、0.4～5.1 mg/kg。假设棉花收获后残留在0～60 cm土层的氮肥主要以速效氮形式存在，扣除不施氮处理的土壤本底值后，估算得到不同施氮处理0～60 cm土层的氮残留总量见表2。由表2可知，不同施氮处理速效氮残留总量在6～26 kg/hm2之间，且土壤氮残留量与施氮量之间并没有表现出明显的正相关关系。

暂不考虑大气沉降等氮素来源，进一步估算土壤-作物系统氮素平衡（表2），不同施氮处理土壤0～60 cm土层氮肥表观残留率仅2.1%～12.3%，且绝大部分在10%以下；而氮肥表观损失率（包括大气挥发、地表径流和地下淋溶等各种途径的损失）高达63.2%～75.8%，在施氮量超过240 kg/hm2后，损失率明显增加。已有研究证实，绝大部分当季施肥盈余的化学肥料氮并不能在土壤中累积起来，而是以各种途径损失如进入大气环境或水体环境[16]。因此，在供氮能力较强的中高产田，应充分利用土壤本身供应的养分，在加强田管综合管理措施的基础上，尽可能降低施氮量，最大限度地减少由于施氮肥不当引起的负面影响。

3 小结

综上所述，从增产增收的角度出发，江汉平原中、高产棉田施氮量建议为280 kg/hm2是比较合理的，但在不明显减产的条件下，从提高氮肥利用率、尽量降低氮肥投入的角度出发，仍可以将氮肥用量降低到240 kg/hm2左右，在此施氮水平下仍然可能通过改进田间管理措施获得高产。当前江汉平原棉花习惯施氮量平均约300 kg/hm2[8]，因此，棉花氮肥减量潜力为20～60 kg/hm2。

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