刘冬碧，吴茂前，熊桂云，范先鹏，张富林，夏颖，余延丰

摘要：为了提出江汉平原地区棉花氮肥的合理运筹技术，采用田间小区试验研究了棉花氮肥品种的选择、合理的施氮次数，并探讨了气候条件的影响。结果表明，综合考虑棉花产量、经济效益、氮素吸收利用以及土壤中硝态氮残留等各种因素，普通尿素4次施氮和缓控释氮肥2次施氮都是较好的氮肥运筹方式。在氮肥施用的时间上宜采用“应变式”方式，雨后施氮，充分利用自然降雨发挥肥效，避免施氮肥后3～5 d内出现大的降雨，施肥后如遇长时间干旱需及时灌溉。必要时还可根据棉花预期产量水平的变化调整施氮总量，并通过调整后期追氮量来实现，从而实现氮肥高效利用与棉花高产。

关键词：棉花;产量;经济效益;氮肥表观利用率;氮素残留;氮肥合理运筹技术

中图分类号：S562.062;S147.3        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2014）23-5758-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.034

江汉平原棉花常年种植面积约2.8万hm2，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]。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，但棉花营养特性及施肥技术方面的研究多集中在钾素和钾肥上[3-5]，氮肥施用技术方面的研究并不多，长江中下游棉区棉花氮肥合理用量及合理施用时期方面的研究仅见零星报道[6]。江汉平原地区水网密集、降雨量丰富，肥料中的氮素易随雨后产生的地表径流或地下淋溶损失;棉花大田生长期较长，雨热同季。因此，棉花氮肥的施用，在考虑不同生育阶段棉花需肥特性的同时，也应根据当年当地的气候特征，制定既能充分利用自然降雨发挥肥效、又能回避易引起氮肥流失的施肥措施，即采用“应变式”的氮肥运筹方式。本研究在初步明确氮肥施用次数对棉花产量、效益及氮肥利用率影响的基础上[7]，进一步探讨“应变式”氮肥分配与两次施氮法以及两次施氮条件下不同氮肥品种及其配比对棉花产量、经济效益、氮素吸收利用及土壤氮素残留的影响，并试图通过研究施氮时间与施氮前后降雨的时间间隔和降雨量之间的关系，提出适合南方水网农区的“应变式”棉花氮肥合理运筹技术。

1  材料与方法

1.1  供试材料

研究开展2个田间试验，试验1和试验2分别于2012年和2013年在湖北省潜江市浩口镇柳洲村进行。供试土壤为长江冲积物母质发育的潮土，其基本理化性状见表1。前作为油菜，供试棉花品种为中棉所63。

1.2  试验设计

试验1设置5个处理，处理1：不施氮肥;处理2（4次施氮）：氮肥为普通尿素，用量240 kg N/hm2，分配时期为40%基肥+15%苗肥+15%蕾肥+30%花铃肥;处理3（2次施氮）、处理4（包膜尿素）和处理5（复混肥）的氮肥分别为普通尿素、包膜尿素（含N44%）和添加硝化抑制剂的缓控释复混肥（N、P2O5和K2O含量分别为24%、10%和14%），用量与处理2相等，分配方式均为60%基肥+40%花铃肥。试验2也设置5个处理，处理1：不施氮肥，处理2（“应变式”施氮）：氮肥为普通尿素，用量240 kg N/hm2，分配时期为“应变式”5次施肥：10%基肥+15%苗肥+30%蕾肥+30%花铃肥+15%盖顶肥，处理3（普通尿素）、处理4（包膜尿素）和处理5（普通尿素+包膜尿素）的氮肥用量与处理2相等，分配方式均为40%基肥+60%花铃肥，处理3用普通尿素，处理4用包膜尿素（含N44%），处理5基肥用普通尿素、花铃肥用包膜尿素。

各处理磷、钾、硼和锌肥用量相同，分别为P2O5 90 kg/hm2、K2O 240 kg/hm2、硼砂（含B 11%）3 kg/hm2、七水硫酸锌（含Zn 20%）3 kg/hm2，磷、钾肥分别为过磷酸钙（含P2O5 12%）和氯化钾（含K2O 60%）。钾肥60%基肥+40%花铃肥，磷肥和硼肥全部基施，锌肥全部作花蕾肥。试验1中处理5以磷为基础计算复混肥用量，以含60%总施氮量的复混肥作基肥，不足的氮和钾分别用普通尿素和氯化钾补齐，与余下的复混肥一起作花铃肥追施。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施用。

棉花采用营养钵育苗移栽的方式，行距120 cm、株距45 cm。小区面积35 m2，3次重复，随机区组排列。试验1于2012年5月19日施基肥、20日移栽棉花，6月19日施苗肥，7月5日施蕾肥，7月26日施花铃肥，9月5日始收，11月14日收获结束;试验2于2013年5月23日施基肥、移栽棉花，6月14日施苗肥，7月3日施蕾肥，7月25日施花铃肥，8月15日施盖顶肥，9月13日始收，11月28日收获结束。各小区单收记录子棉产量和棉秆产量。试验期间，用SDM 6型雨量器记录每次降雨量。

1.3  测定内容与方法

1.3.1  土壤样品采集及处理  在棉花整地施基肥前采集0～20 cm和20～40 cm土样，风干后制样，用常规方法分析土壤基本理化性状[8]。试验结束后，采集各小区0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土样，紫外分光光度法测定土样NO3--N和NH4+-N含量[8]。

1.3.2  植株干物质重及氮素含量测定  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[8]，计算棉株收获时从土壤带走的总氮量，计算氮肥当季表观利用率，计算公式为：氮肥当季表观利用率=[（施氮区作物吸氮量-无氮区作物吸氮量）/施氮量]×100%[9]。

1.3.3  数据处理与参数计算  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  氮肥运筹方式对棉花产量及经济效益的影响

由表2可见，施用氮肥极显著地提高子棉产量和经济效益，试验1中不同氮肥运筹方式处理比不施氮肥处理增产72.8%～80.2%，净收益增加14 562～15 890元/hm2;试验2中不同氮肥运筹方式处理比不施氮肥处理增产74.7%～150.0%，净收益增加5 187～11 688元/hm2。

试验1中，以4次施氮处理和复混肥处理的棉花产量最高，两者基本相等;2次施氮处理和包膜尿素处理的产量，比4次施氮和复混肥处理的略低，两者也大致相等;不同氮肥运筹处理之间，棉花产量的差异均不显著。以上结果表明，在试验1施氮总量一定的条件下，减少施氮次数或者选择不同的氮肥品种，不会引起棉花明显减产，但以4次施氮和复混肥处理最能充分发挥棉花的产量潜力。试验2中，施氮次数和不同氮肥品种配比对棉花产量均产生显著的影响，表现为“应变式”施氮>2次施氮，在2次施氮处理中，包膜尿素>普通尿素>普通尿素+包膜尿素配合。由此可见，在2个试验中，均以多次施氮处理的棉花产量最高，而在2次施氮处理中，不同年份、不同氮肥品种或配比对棉花产量的影响并不一致。

表2中经济效益分析结果表明，试验1中，复混肥处理的肥料成本比4次施氮处理略高、施肥劳务略低，总成本和净增收益两者相当;普通尿素2次施氮处理的产量和施肥成本均较低，净增收益比4次施氮处理低896元/hm2（低5.7%）;包膜尿素处理的产量较低、肥料成本比普通尿素略高，净增收益比4次施氮处理低1 251元/hm2（低7.9%），因此在试验1条件下，4次施氮和复混肥处理都是较好的氮肥运筹方式，可根据家庭经济和劳力状况进行选择。在试验2中，尽管5次施氮处理的施肥成本（主要是施肥劳务）比2次施氮处理略高，但前者的产量远远高于后者，其净增收益比2次施氮处理高3 100～6 500元/hm2，因此在试验2条件下宜选择“应变式”多次施氮方式，才能保证高产，从而获得较好的经济收益。

2.2  氮肥运筹方式对棉花氮素吸收与氮肥当季利用率的影响

氮肥运筹方式对棉花氮素吸收和当季表观利用率影响的变化趋势，与其对产量的影响基本一致，施氮处理的棉花吸氮量大大高于不施氮处理（表3）。在试验1中，不同氮肥运筹处理之间棉花吸氮量的差异均不显著，但普通尿素2次施氮处理的略低，4次施氮、包膜尿素和复混肥处理的氮肥当季表观利用率相差不到2个百分点，都比2次施氮处理高出10个百分点左右。在试验2不同氮肥运筹处理中，“应变式”5次施氮处理的棉花吸氮量显著高于普通尿素+包膜尿素配合处理，其他处理之间差异不显著，棉花吸氮量和氮肥当季表观利用率大小顺序为“应变式”5次施氮>包膜尿素>普通尿素>普通尿素+包膜尿素配合。可见在2个试验中，棉花吸氮量和氮肥当季表观利用率均以多次施氮处理的最高。

2.3  氮肥运筹方式对棉花收获后土壤硝态氮残留量的影响

图1结果表明，0～100 cm土体各土层中，棉花收获后硝态氮含量均随土层深度的增加而降低;0～20 cm和20～40 cm土层的硝态氮含量，施氮处理明显高于不施氮处理，40 cm以下施氮处理与不施氮处理相差不明显。试验1中，0～20 cm和20～40 cm土层硝态氮含量施氮处理分别比不施氮处理高2.18～4.10 mg/kg和1.72～2.92 mg/kg，试验2中，施氮处理分别比不施氮处理高1.45～3.61 mg/kg和0.26～0.87 mg/kg。同时，土壤分析结果还表明，在0～20 cm和20～40 cm土层，硝态氮含量占硝、铵态氮总含量的83%以上。

根据上述结果，假设棉花收获后施入的氮肥主要以硝态氮形式残留在0～20 cm和20～40 cm土层，扣除不施氮处理土壤中硝态氮的本底值后，计算得到不同氮肥运筹处理0～40 cm土层的硝态氮残留总量。试验1中4次施氮、2次施氮、包膜尿素和复混肥处理硝态氮残留量分别为10.60、15.80、13.70和9.00 kg/hm2，试验2中“应变式”5次施氮、普通尿素、包膜尿素和普通尿素+包膜尿素配合处理硝态氮残留量分别为7.9、8.2、9.6 kg/hm2和3.9 kg/hm2。由此结果可知，在两个试验中普通尿素的硝态氮残留总量均为2次施氮处理高于多次施氮处理;在2次施氮运筹处理中，试验1为普通尿素处理比包膜尿素处理高2.1 kg/hm2，试验2中为包膜尿素处理比普通尿素处理高1.4 kg/hm2。本试验条件下，复混肥处理和普通尿素+包膜尿素配合处理的硝态氮残留总量均较低。另外，硝态氮残留量占施氮总量的比例，试验1和试验2分别仅为3.75%～6.58%和1.41%～3.99% ，说明施氮肥后土壤中氮的残留比例较低。已有研究表明，绝大部分由施肥盈余的化学肥料氮并不能在土壤中累积起来，而是以各种途径如进入大气或水体环境损失[10]。所以，在生产上提倡氮肥根据当季作物的需要施用，土壤氮素肥力的提升往往通过提高土壤有机质含量的途径来实现。不同氮肥品种及其配比对土壤硝态氮残留的影响，仍值得进一步研究。

3  小结与讨论

研究结果表明，在氮、磷、钾等肥料用量相等的条件下，试验2的棉花产量水平、氮素吸收量、以及0～40 cm土层中硝态氮残留总量均明显低于试验1。以两个试验中的相对最佳处理为例，试验2“应变式”5次施氮处理的子棉产量比试验1中4次施氮处理的产量低2 179 kg/hm2，净增收益前者比后者低4 125元/hm2;“应变式”5次施氮处理的氮素吸收量比试验1中4次施氮处理的低134 kg/hm2，氮肥当季表观利用率前者比后者低25个百分点，0～40 cm土层中硝态氮残留总量前者比后者低2.7 kg/hm2。在棉花氮素吸收量明显较低的条件下，试验2土壤中硝态氮素的残留量不仅没有增加，反而比试验1更低，可见试验2中的肥料氮素更多地进入大气或水体环境而损失。

通过区域棉花生产状况调查不难发现，试验2棉花产量水平明显低于试验1，主要是由当年棉花大田生长期间“前涝中旱”的异常气候因素引起的。研究两个试验中氮肥施用日期与施氮前后历次降雨的时间和降雨量之间的关系可见，在试验1中，施氮时间一般发生在降雨之后，降雨量越高，施肥与降雨的时间间隔越长;施肥后3～5 d内均未出现大的降雨，也未出现长时间干旱，这种氮肥运筹方式既充分利用了天然降雨发挥肥料的肥效，又在很大程度上避免了氮肥随降雨流失或淋失。气象记录数据也表明，试验1期间当地气温、降雨量及其月际间分配为长江流域棉花丰产气候类型[11]，当年当地棉花普遍丰产。在试验2中，施底肥后第4天出现了110 mm以上的大暴雨（试验地因排水不畅而长时间渍水），施蕾肥后第5天出现暴雨，在7月20日至8月23日两次追肥期间，连续33 d高温无雨，在“前涝中旱”的双重不利气候因素影响下，棉花的产量潜力难以充分发挥，当年当地棉花普遍减产;另外，在试验2普通尿素+包膜尿素配合处理中，基肥使用普通尿素后遇大暴雨使氮素更易随水流失，花铃肥使用包膜尿素后遭遇长时间干旱使其肥效比普通尿素更难发挥，因此该处理棉花产量和氮吸收量在4个不同氮肥运筹处理中最低。

近十年来在江汉平原地区开展的20余个棉花肥料试验结果表明，在相对合理的肥料用量条件下，年度气候条件（降雨量及分布、气温等）对棉花产量水平的影响比棉田土壤肥力和棉花品种的影响还大，且不同年度相对最佳处理的棉花产量与区域棉花产量统计值的大小顺序是基本一致的。因此，气候条件在很大程度上影响棉花整体产量水平。

考虑棉花产量、经济效益、氮素吸收利用以及土壤中硝态氮残留等各种因素，在江汉平原地区无明显异常气象条件下，普通尿素4次施氮、或者以添加硝化抑制剂的缓控释复混肥作为氮源2次施氮都是较好的氮肥运筹方式，可根据家庭经济、肥料和劳务价格等具体情况选择。从发展趋势看，减少棉花氮肥施用次数是一种可行的轻简化施肥方式，也是棉花轻简化栽培技术的主要内容之一。但在减少棉花施氮次数的同时，最好使用一定比例的缓/控释氮肥（如包膜尿素、缓控释复混肥等），以提高氮肥当季表观利用率、减少肥料氮素的损失。与此同时，由于棉株群体具有较强的自我调节和适应不同环境的能力[7]，氮肥的运筹在施用的时间节点上可采取“应变式”方式，具体为：雨后施肥，利用自然降雨，充分发挥肥效;施肥前关注当地天气预报，避免施肥后3～5 d内出现大的降雨，防止氮肥随降雨流失;施肥后如果遇到长时间干旱，需要及时灌溉。另外，在棉花生长发育过程中如果遇到异常气象条件，在积极救灾的同时，还要调整氮肥的分配时期，如排渍后及时补充氮肥、分次施氮等，必要时还可根据棉花预期产量水平的变化重新确定合适的施氮总量，并通过调整后期追氮量来实现，从而最终实现氮肥高效利用与棉花高产。

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