基于根际过程调控的膜下滴灌棉花磷肥施用技术规程

2020-06-28彭懿李青军张少民白灯莎买买提艾力冯固

中国棉花 2020年6期

彭懿，李青军，张少民，白灯莎·买买提艾力，冯固*

（1.中国农业大学资源与环境学院，北京100193；2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐830091；3.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐830091）

新疆棉花生产在中国棉业发展中具有举足轻重的地位[1]，棉花是新疆国民经济的主导产业之一，棉花产值占全部种植业产值的65%～70%[2]。应用水肥一体化技术的膜下滴灌极大地提高了棉花的水肥利用效率，水分利用效率从0.5 kg·m－3提高到0.83 kg·m－3[3]，氮肥利用率从26%提高到40%[4]，然而磷肥利用率仅仅从15%提高到17%[5]。研究认为：磷肥在土壤中很难移动到5 cm 以下土层[6-7]，作物根系分布和有效磷分布严重不匹配是导致滴施磷肥利用率低的主要原因。

棉花从土壤中吸收磷素是通过根系和菌根两条途径共同完成的，对菌根途径有较高的依赖性[8-9]。施磷量过高会抑制根系和菌根对磷的吸收能力[8,10]。土壤有效磷浓度为15～20 mg·kg－1条件下，棉花的根系和菌根对磷的吸收能力最强、磷肥利用率最高[8,11]。实现磷肥利用率最大化的方式是通过控制磷肥用量将土壤有效磷的供应强度控制在适当的范围之内，充分发挥根系和菌根吸收磷的能力。

新疆春季低温、地表返盐导致土壤磷有效性降低，作物吸收转运磷的能力弱。因此，在苗期通过施启动磷肥提高幼苗根系局部磷浓度是增强棉花对磷素吸收、促进早发和快速生长的关键调控节点[12-13]。对石灰性土壤而言，选用酸性磷肥并集中施用是减少磷肥有效性损失的关键途径。过去20 余年新疆作物生产中磷肥的主导品种一直是磷酸二铵且大多数作基肥施用。其缺陷在于：第一、磷酸二铵是碱性磷肥（pH7.6～8.2），而新疆的土壤都是碱性的石灰性土壤，这种磷肥性质与土壤性质的不匹配导致磷肥进入土壤后被快速固定。第二、磷肥基施也是导致其有效性迅速损失的原因。李青军等[12]通过3年田间试验证明，磷肥65%基施和35%滴灌追施比磷肥全部基施增产5.2%，磷肥利用率提高7.7 百分点。从不同磷肥品种比较的结果来看，在等量磷基施条件下，磷酸一铵（pH 3.8～4.4）的肥效比重过磷酸钙（三料磷肥，属于酸性磷肥）和磷酸二铵都高，磷酸二铵的肥效最差[14]。因此，选用酸性磷肥，早施、集中施于作物根系周围，能提高磷肥利用率。滴灌模式下，播种后随出苗水滴施磷酸一铵效果最好。

硫酸铵是生理酸性肥料。施用硫酸铵能够促进植物根系释放H＋，导致根际土壤pH 下降，从而减少磷肥固定并活化难溶性的土壤磷。与供应硝态氮肥相比，铵态氮能够促进根际酸化，并促进土壤难溶性磷的溶解和活化[15-16]。 Wang 等通过两年的田间试验发现，播种时施用7.5 kg·hm－2的硫酸铵（N）和30 kg·hm－2的磷肥（P2O5）作为启动肥，可以使棉花根际土壤的pH 从7.6 降低至7.4，盐含量从2.1 g·kg－1降低至1.7 g·kg－1，同时皮棉产量提高15%[13]。最近连续3 年的田间试验证明，7.5 kg·hm－2的硫酸铵（N）与34.5 kg·hm－2磷肥（P2O5）或69.0 kg·hm－2磷肥（P2O5）作种肥，并配合花铃期滴施硫酸铵可显著降低棉花根际pH值，比等磷量常规施肥处理的棉花产量分别提高11.9%和19.4%，磷肥利用率分别提高9.2 百分点和15.3 百分点；在施用硫酸铵时配合施用硝化抑制剂可以有效阻止铵态氮迅速转化成硝态氮，显著提高磷肥和硫酸铵的肥效[17-18]。因此，适量的硫酸铵与磷肥作为“启动肥”在苗期集中施于棉花根系所在位置，造成局部较高的养分浓度，能够有效促进作物苗期根系生长和对养分的吸收，缓解早春的低温胁迫和盐胁迫，促进作物生长、提高养分利用率。

磷肥施用总量的确定需要考虑土壤速效磷测定值与有效磷的培育目标、棉花目标产量和百千克皮棉需肥量等参数。李青军等[5]结合测土配方施肥的监测结果和土壤磷素恒量监控原理建立了不同土壤有效磷浓度和不同棉花目标产量条件下的磷肥推荐用量。即：在极低、低、中和高速效磷水平下，施磷量分别为棉花吸收量的1.5 倍、1.2 倍、1 倍和0.5 倍；在极高速效磷水平下不施磷肥。

基于上述棉花根际营养过程与调控原理的研究成果，对现行的棉花磷肥施用技术提出了调整方案。其核心在于集成硫酸铵诱导根际酸化技术、启动磷肥技术和磷肥与土壤性质匹配技术，建立了基于根际过程调控的膜下滴灌棉花磷肥施用技术，并对该技术的操作提出了相应的规范，包括启动磷肥的用量、施肥时间、施用方法及其配套的硫酸铵根际调控、酸性磷肥与石灰性土壤匹配等技术，为新疆膜下滴灌棉花增产增效提供技术支持。

1 范围

本标准规定了膜下滴灌棉田磷肥高效利用技术的术语定义、施肥管理以及配套栽培管理措施等。本标准适用于新疆膜下滴灌棉田磷肥高效运筹管理，其它类似地区可参照执行。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过引用而成为本文必不可少的条款。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文。

LY/T 1233-1999 森林土壤有效磷的测定；

NY/T 2911-2016 测土配方施肥技术规程；

NY/T 3243-2018 棉花膜下滴灌水肥一体化技术规程；

DB65/T 3107-2010 棉花膜下滴灌水肥管理技术规程；

HG/T 5048-2016 水溶性磷酸一铵；

GB 10205-2009 磷酸一铵、磷酸二铵；

GB 21634-2008 重过磷酸钙；

GB/T 8321.10-2018 农药合理使用准则（十）。

3 术语和定义

3.1 膜下滴灌技术

通过铺设地膜保墒、增加地温，结合有压滴灌技术，达到提早播种、增加有效积温，减少水分蒸发，提高水肥利用率的农业种植技术。

3.2 土壤磷素丰缺指标

磷素丰缺指标是指测定的土壤速效磷（Olsen P）与作物产量之间的一种相关性关系。土壤速效磷的测定参照LY/T 1233-1999。

3.3 施肥量

施肥量是指在棉花的整个生育期内投入的所有磷肥的总量，以P2O5计。磷肥的施用量按照肥料中有效磷的含量计算。

磷肥施用量（kg·hm－2）＝推荐施肥量（P2O5,kg·hm－2）/肥料中的有效磷百分含量。其中，肥料的有效磷百分含量指磷肥中能够溶解于乙二胺四乙酸（EDTA）溶液的磷在肥料中的百分比。

3.4 施肥制度

指作物播种前及全生育期内的施肥次数、每次施肥日期、每次施用的肥料种类及用量。

3.5 基肥

作物播种前结合土壤耕作施用的肥料。

3.6 启动肥

指棉花播种时施于播种行种子附近、满足棉花幼苗生长所需的氮磷养分并能诱导根际pH 降低的肥料。启动肥中包含的磷肥称为启动磷肥。

3.7 追肥

追肥指在作物生长期间所施用的肥料。

3.8 生理酸性肥料

被作物吸收以后导致根际土壤酸度提高的肥料就叫生理酸性肥料。比如硫酸铵，它是一种氮肥，作物根系大量吸收NH4＋的同时会释放H＋，从而使根际土壤(或土壤溶液)的酸度提高，这类肥料即为生理酸性肥料。

3.9 根际调控

根际调控是指通过施用生理酸性肥料（如硫酸铵）诱导根际酸化、降低磷肥有效性的损失，同时促进土壤中的难溶性磷活化，从而促进作物磷吸收利用的措施。

3.10 磷肥恒量监控

磷肥恒量监控施肥是指通过肥料长期定位试验，找出能将土壤速效磷含量持续控制在临界水平范围内的施磷量，以此作为施肥建议并在一定的时空范围内保持用量相对稳定。磷肥恒量监控充分反映了磷的土壤养分资源特征和磷肥的产量效应特征。

3.11 根际营养调控

根际营养调控指通过调控植物根际的化学、生物学过程，增强植物根系对养分元素的吸收利用。

3.12 硝化抑制剂

硝化抑制剂是指能够抑制导致铵态氮转化为硝态氮过程的微生物活性的化学物质。

3.13 磷肥性质与土壤性质匹配

磷肥化学性质与土壤化学性质的匹配直接关系到磷肥的利用率。石灰性土壤使用酸性磷肥、酸性土壤施用碱性磷肥有利于保持磷肥的有效性，减少土壤对磷肥的固定。

3.14 地上部磷吸收量

地上部磷吸收量是指作物地上部生物量中磷的总量，即植物地上部各器官的干物质质量与各器官磷浓度乘积之和。

4 施肥管理

4.1 基本原则

参照NY/T 2911-2016 评价棉花种植地块的土壤肥力状况和肥效反应，确定目标产量和施肥量。棉花的施肥应采用有机无机相结合的原则，同时注意施肥技术与其它棉花高产优质栽培技术相结合，尤其重视水肥耦合应用。

4.2 土壤磷素丰缺指标

土壤磷素丰缺指标用土壤速效磷（Olsen P）含量来衡量，具体划分为极低（小于5 mg·kg－1）、低（5 ～12 mg·kg－1）、中（12 ～25 mg·kg－1）、高（25～38 mg·kg－1）和极高（大于38 mg·kg－1）5个等级[5]。

4.3 施肥量的确定

表1 膜下滴灌棉田不同肥力土壤磷肥（P2O5）推荐施用量 kg·hm－2

磷肥的施用量根据恒量监控原则确定：第一，依据土壤速效磷测定值和目标产量。第二，将土壤磷素肥力培育至并维持在适宜范围内，即Olsen-P在20 mg·kg－1左右。第三，充分发挥启动磷肥与硫酸铵调控的作用。具体而言：当有效磷＜5 mg·kg－1时，建议施磷量为棉花地上部吸收量的1.3 倍，其中启动磷肥（P2O5）为60 kg·hm－2；当有效磷5～12 mg·kg－1时，建议施磷量为棉花带走量的1.1 倍，其中启动磷肥（P2O5）为60 kg·hm－2；当有效磷12～25 mg·kg－1时，建议施磷量等于棉花带走量，其中启动磷肥（P2O5）为60 kg·hm－2；当有效磷25～38 mg·kg－1时，从挖掘土壤供磷潜力、维持棉花高产的角度考虑，建议施用30 kg·hm－2的启动磷肥（P2O5）；当有效磷＞38 mg·kg－1时，建议不施磷肥。磷肥推荐用量如表1。氮肥[19]、钾肥和微肥的用量依据DB65/T 3107-2010（棉花膜下滴灌水肥管理技术规程）中的推荐量。

磷肥施用量应用时需要参照具体磷肥品种的国家标准确定肥料有效磷的百分含量，例如磷酸一铵中有效磷百分含量参照GB 10205-2009 确定，过磷酸钙中有效磷百分含量参照GB 21634-2008 确定。

在施用硫酸铵时，如果同时加入硝化抑制剂，例如双氰胺（也称二氰二胺，DCD；按施氮量的12% 加入）或3,4- 二甲基吡唑磷酸盐（3,4-Dimethylpyrazole phosphate，DMPP；按施氮量的1%加入），阻止铵态氮迅速转化成硝态氮，则根际调控的效果会更好。

4.4 肥料质量要求

新疆棉花滴灌以酸性磷肥为宜，水溶性好、杂质及有害离子少，各元素间不能相互作用沉淀，也不能与灌溉水中的杂质相互作用沉淀，各营养元素间无拮抗现象。在新疆棉区推荐施用符合化工行业标准的水溶性磷酸一铵（HG/T 5048-2016）。作基肥施用或作种肥条施的磷肥，如果用磷酸一铵，应该选择粒状或粉状磷酸一铵（GB 10205-2009），也可以用重过磷酸钙（GB 21634-2008）。

4.5 施肥制度

新疆膜下滴灌棉花的施肥方式可采用“基肥+滴灌追肥”和“磷肥全部滴施”两种方式。

基肥。结合秋季翻耕，在极低、低和中等肥力水平的土壤中，分别施用83 kg·hm－2、61 kg·hm－2、50 kg·hm－2的磷肥（P2O5），高肥力和极高肥力水平的土壤不施基肥。基施钾肥的用量参照DB65/T 3107-2010。将基施的磷肥与钾肥一起撒施于地表，然后将基肥深翻。

启动肥。播种后随出苗水滴施硫酸铵（N）8.5 kg·hm－2进行根际调控，同时在速效磷测定值为极低、低、中和高4 个肥力等级的土壤中分别施用60 kg·hm－2、60 kg·hm－2、60 kg·hm－2、33 kg·hm－2的磷肥（P2O5）作为启动磷肥，极高肥力土壤不施磷肥，仅施用硫酸铵进行调控。本标准中如无特殊说明，所有“启动肥”均指棉花播种时，随出苗水滴灌施用的肥料。在具有种肥同播条件的地区，播种时滴施的启动磷肥可与硫酸铵一起作为启动肥条施于播种行种子侧下方。条施的磷肥如果用磷酸一铵，应该用等磷量的粒状或粉状磷酸一铵（GB 10205-2009）或者用重过磷酸钙（GB 21634-2008）。

蕾期追肥。在不施基肥的生产模式中，蕾期（6月上旬）根据土壤肥力，在速效磷测定值为极低、低和中等3 个肥力等级的土壤中分别滴灌追施83 kg·hm－2、61 kg·hm－2和50 kg·hm－2磷肥（P2O5），高肥力和极高肥力土壤不追施磷肥。

花铃期根际调控。花铃期不再施磷肥，只滴施2 次硫酸铵，补充氮素并调节根际酸度。每次在极低、低、中、高和极高5 个肥力等级的土壤中分别施用36 kg·hm－2、34 kg·hm－2、32 kg·hm－2、30 kg·hm－2和28 kg·hm－2硫酸铵（N）进行根际调控。

根据上述原则确定的磷肥及硫酸铵具体施用时间和施用量见表2。

表2 膜下滴灌棉田启动肥与硫酸铵推荐施用方法 kg·hm－2

表2 （续）

5 配套栽培措施

5.1 整地

适时秋翻春耕，播前整地要达到“墒、平、松、碎、齐、净”。

5.2 播种、管道铺设

4 月上旬开始播种，4 月8～20 日为最佳时间。根据土壤温度、墒情可适当提前或延后。采用机采棉种植模式，干播湿出，管道铺设参照NY/T 3243-2018。

5.3 滴出苗水

播种后及时滴出苗水，同时通过滴灌系统施入启动肥。

5.4 放苗

出苗后及时放苗，确保“一穴一苗”。保证收获株数15 万～19.5 万株·hm－2。

5.5 中耕

棉苗现行后，根据土壤墒情及时中耕2～3 次，中耕深度逐渐增加，第一次耕深8～10 cm，第二次耕深10～12 cm，第三次耕深12～15 cm，机械作业过程中做到不起大土块，不伤苗，达到行间土平整、松碎。

5.6 滴水灌溉

灌溉管理参照DB65/T 3107-2010，棉花生育期内灌溉次数、日期和灌溉量可根据实际情况适当调整。

5.7 化控、打顶

棉花生育期进行全程化学调控，依据棉花长势与气温、水肥供应确定调控次数与用量，以水控为主、化控为辅。在棉花子叶展平时进行第1 次化学调控，促根壮苗，防止出现“高脚苗”。其后根据棉花长势进行合理调控，一般棉田全生育期化控5～8次。6 月25 日之后开始打顶，7 月5 日前后结束。打顶后分别进行1～2 次化控。