施用含不同磷源和腐殖酸液体肥料对棉花生长发育和磷肥利用率的影响

Effects of Applying Liquid Fertilizers Containing Different Phosphorus Sources and Humic Acid on Cotton Growth and Phosphorus Fertilizer Utilization Efficiency

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2023.04.008

李建峰 Jianfeng LI , 杨延龙 Yanlong YANG , 马超 Chao MA , 鄂玉联 Yulian E , 孙文广 Wenguang SUN , 王静 Jing WANG , 胡艳飞 Yanfei HU , 郑继亮 Jiliang ZHENG

1 新疆心连心能源化工有限公司新疆昌吉 832200 Xinjiang Xinlianxin Energy Chemical Co., Ltd., Changji, Xinjiang 832200, China 2 新疆农业科学院经济作物研究所新疆乌鲁木齐 830091 Research Institute of Economic Crops, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi, Xinjiang 830091, China

Author notes:

Correspondence to: 郑继亮(1984—)，男，博士，高级农艺师，研究方向为新型肥料研发与推广；276868614@qq.com

摘要：

为考察单一磷源(磷酸一铵)、混合磷源(聚磷酸铵+磷酸一铵)的液体肥料中添加腐殖酸前后对棉花生长发育和磷肥利用率的影响，以不施磷肥为对照(CK)，开展了田间小区试验。结果表明：施用混合磷源+腐殖酸液体肥料处理的打顶后棉花株高、盛铃前期叶片的叶绿素相对含量(SPAD值)较施用单一磷源液体肥料和CK处理的分别提高4.8%、6.5%和11.8%、9.1%；在生育后期，施用混合磷源+腐殖酸液体肥料处理的吐絮期干物质积累量、籽棉产量较施用单一磷源液体肥料和CK处理的分别提高7.4%、12.4%和25.3%、33.7%；施用混合磷源+腐殖酸液体肥料处理的磷肥利用率和农学利用率较施用单一磷源液体肥料的提高46.2%、77.1%。棉花生产中施用混合磷源+腐殖酸液体肥料在提高肥料利用率、增加棉花干物质积累量和籽棉产量等方面表现出优势。

关键词：

液体肥料; 聚磷酸铵; 腐殖酸; 磷肥利用率; 棉花; 生长发育;

Abstract：

In order to investigate the effects of before and after adding humic acid to liquid fertilizers of single phosphorus source (monoammonium phosphate) and mixed phosphorus source (ammonium polyphosphate+monoammonium phosphate) on cotton growth and utilization rate of phosphorus fertilizer, a field plot experiment is conducted with no phosphorus fertilizer as a control (CK). The results show that the application of mixed phosphorus source and humic acid liquid fertilizer treatment increased the height of cotton plants after topping off and the relative chlorophyll content (SPAD value) of leaves before full boiling stage by 4.8%, 6.5% and 11.8%, 9.1% respectively, compared to the application of single phosphorus source liquid fertilizer and CK treatment. In the later stage of growth, the dry matter accumulation and seed cotton yield of the treatment with mixed phosphorus source and humic acid liquid fertilizer increased by 7.4%, 12.4% and 25.3%, 33.7% respectively, compared to the treatment with single phosphorus source liquid fertilizer and CK. The utilization efficiency and agronomic efficiency of phosphorus fertilizer treated with mixed phosphorus source and humic acid liquid fertilizer are 46.2% and 77.1% higher than those treated with single phosphorus source liquid fertilizer. The application of mixed phosphorus source and humic acid liquid fertilizer in cotton production has shown advantages in improving fertilizer utilization efficiency, increasing cotton dry matter accumulation, and seed cotton yield.

Keyword：

liquid fertilizer; ammonium polyphosphate; humic acid; phosphorus fertilizer utilization rate; cotton; growth and development;

0 前言

新疆土壤属典型的石灰性土壤^[1]，磷肥施于土壤后，短时间内即发生固定，导致磷肥当季平均利用率仅10%~26%^[2-3]，同时磷是新疆棉田养分重要的限制因子之一^[4]。改善新疆棉田综合肥力和提高磷肥利用率是增加棉花产量的基础，也是减少投入成本的关键。

腐殖酸主要是动植物遗骸经微生物以及地球化学作用形成的一类结构复杂的高分子有机化合物^[5]，施用于土壤后能促进作物生长发育，增强抗逆能力，提高肥料利用率^[5-8]。含腐殖酸磷肥主要包括腐殖酸与速效磷肥混合后的固体肥料、含腐殖酸液体肥料^[9-10]。李军等^[9]将腐殖酸与磷酸一铵制成增效磷肥施用于玉米，结果表明提高了磷肥利用率和农学利用率；刘文博等^[11]的研究表明，施用腐殖酸有利于促进土壤磷素释放，可提高土壤磷的有效性。农用聚磷酸铵聚合度低，是一种聚合态磷肥，具有良好的水溶性^[12]，可作为生产液体肥料的优质原料^[13]，施入土壤后缓慢水解为正磷酸盐被作物吸收，具有磷肥缓释、利用率较高的优点^[14-18]。但是，由于磷肥缓释，施用聚磷酸铵存在磷肥供应不及时的风险，同时售价较高。棉花生产过程中采用正磷酸盐磷肥与聚磷酸铵配合施用，可认为是能及时供应磷肥又能提升利用率的有效途径^[19]。

液体肥料具有易于被棉花吸收、配方灵活和便于机械化施肥的优点^[20]，结合智能化施肥系统，可实现棉花追肥省时、省力，在新疆的发展规模越来越大^[21]。但有关含腐殖酸液体肥料提升磷肥利用率的研究较少，本文对腐殖酸+速效磷肥+缓释磷肥共同形成的高效磷肥施用效果开展了试验，探索施用该类液体肥料对促进棉花生长发育和提高磷肥利用率的影响，为实现棉花高产、高效液体肥料发展和智能化施肥推广提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验概况

2022年4—9月，试验在新疆塔城地区沙湾市老沙湾镇试验田进行，前茬作物为棉花。试验田土壤pH为8.0、w(有机质)为14.1 g/kg、w(碱解氮)为62.2 mg/kg、w(有效磷)为15.1 mg/kg、w(速效钾)为192.2 mg/kg。试验采用随机区组设计，每个处理重复3次，小区面积6.8 m×30.0 m。试验采用1膜6行宽窄行种植，4月28日出苗，7月4日人工打顶，其余农事操作同当地高产田。

供试肥料为悬浮液体形态(LF)，各处理液体肥料中添加的腐殖酸(HA)和磷源不同：LF₁，单一磷源；LF₂，单一磷源+HA；LF₃，混合磷源；LF₄，混合磷源+HA；CK，对照，不施磷肥，不添加HA。单一磷源是由磷酸一铵(MAP)提供所有P₂O₅，MAP由湖北祥云(集团)化工股份有限公司提供，w(N)≥12.0%、w(P₂O₅)≥61.0%。混合磷源是由聚磷酸铵(APP)提供33.3%的P₂O₅，MAP提供66.7%的P₂O₅，APP由贵州川恒化工股份有限公司提供，w(N)≥18.0%、w(P₂O₅)≥58.0%。腐殖酸原料由新疆黑色生态科技股份有限公司提供，w(HA)≥60.0%。上述液体肥料成品ρ(N+P₂O₅+K₂O)≥420 g/L，均由新疆心连心能源化工有限公司提供。除CK处理外，各处理施肥量相同，折合施N量为255.0 kg/hm²、施P₂O₅量为120.0 kg/hm²、施K₂O量为105.0 kg/hm²。肥料全部随水滴施，6月5日进行第一次追肥，生育期内施肥8次。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 植株形态特征

从棉花盛蕾期(出苗后49 d)起，各小区选取长势均匀、具有代表性的棉株5株，每隔7 d定点、定株记录棉花的株高。

1.2.2 叶片的叶绿素相对含量(SPAD值)

在棉花盛花期(出苗后69 d)、盛铃前期(出苗后80 d)、盛铃后期(出苗后94 d)等关键生育时期，各小区选取具有代表性的棉株15株，采用SPAD-502型便携式叶绿素测定仪测定叶片(打顶前倒4叶，打顶后倒3叶)的SPAD值，每片叶片测量4次，避开主叶脉。

1.2.3 干物质积累

在棉花盛花期、盛铃前期、盛铃后期、吐絮期(出苗后116 d)等关键生育时期，各个小区选取具有代表性的棉株5株，从子叶节处剪开，将植株分成茎、叶、蕾(花、铃)、根，分别装袋后在实验室于105 ℃杀青30 min，再于80 ℃烘干至恒质量，称取干质量。

1.2.4 磷肥利用率

将盛花期、盛铃前期和吐絮期采集的棉株在测量干物质积累量后，粉碎制样，用硫酸－过氧化氢消煮，全磷含量采用钼黄比色法进行测定。根据棉花各器官的生物量和磷含量，计算作物的吸磷量(以P₂O₅计，下同)。

磷素盈余(kg/hm²)=施磷量-作物吸磷量；

磷肥农学利用率(kg/kg)=(施磷区籽棉产量- 不施磷区籽棉产量)/施磷区磷肥用量；

磷肥利用率(%)=(施磷区作物吸磷量-不施磷区作物吸磷量)×100/施磷量。

1.2.5 产量及构成因素

收获期，每个小区选取3个样点，每个样点面积6.7 m²，调查样点全部棉花株数和总铃数，换算出单株结铃数及单位面积总铃数；每个样点选取10株长势均匀、具有代表性的棉株，收取全部棉铃，分开装袋、称重，计算单铃质量；以小区实收籽棉产量计产。

1.3 数据分析

采用Microsoft Office 2016和SPSS 18.0软件分析处理数据，用最小显著差异法(LSD)检验平均数(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对棉花植株形态的影响

随生育期推进，不同施肥处理的棉花株高呈不断上升趋势(见表 1)，CK处理的株高最矮。打顶后(出苗后70 d)，LF₄处理的株高较LF₃处理的高3.6%，LF₂处理的株高较LF₁处理的高3.4%；LF₄处理的株高较LF₂处理的仅高出1.4%，LF₃处理的株高较LF₁处理的高1.2%，表明在一定的施磷量下，施用HA对棉花株高的提升效果优于施用APP的。

表 1

不同施肥处理的棉花株高

处理	不同出苗时间后的株高/cm
处理	49 d	56 d	63 d	70 d
LF₁	47.8±3.5 a	65.7±2.1 b	73.8±2.8 b	76.9±2.0 b
LF₂	50.8±2.0 a	68.9±3.3 a	76.2±3.1 ab	79.5±1.4 a
LF₃	48.3±2.5 a	66.5±2.8 ab	74.8±2.7 b	77.8±1.7 b
LF₄	51.4±3.4 a	69.6±2.3 a	77.1±2.3 a	80.6±1.3 a
CK	44.2±3.3 b	62.8±3.6 b	70.0±3.7 b	72.1±2.1 c
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同

2.2 不同施肥处理对棉花叶片SPAD值的影响

随生育期推进，不同施肥处理的棉花叶片SPAD值呈先升高后降低趋势，见表 2。SPAD值在盛铃前期出现最大值，LF₄处理的SPAD值最大，较LF₁、LF₂、LF₃和CK处理的分别高6.5%、3.2%、5.0%和9.1%；LF₂、LF₃处理的SPAD值较LF₁处理的高3.3%、1.5%。

表 2

不同施肥处理的棉花叶片SPAD值

处理	SPAD值
处理	盛花期	盛铃前期	盛铃后期
LF₁	53.4±1.8 b	55.1±1.6 b	53.3±1.8 b
LF₂	55.1±1.5 ab	56.9±1.5 a	54.7±1.6 ab
LF₃	54.2±2.1 b	55.9±1.3 b	53.2±2.0 b
LF₄	56.0±2.2 a	58.7±1.8 a	57.4±1.9 a
CK	52.0±1.4 b	53.8±1.8 b	51.7±1.8 b

2.3 不同施肥处理对棉花地上部单株干物质积累量的影响

随生育期推进，各处理的棉花地上部单株干物质积累量呈逐渐上升趋势，见表 3。在吐絮期，LF₄处理的地上部单株干物质积累量最高，较LF₁、LF₂、LF₃和CK处理的分别高7.4%、3.5%、1.8%和25.3%；LF₂、LF₃处理的地上部单株干物质积累量较LF₁处理的分别高3.7%、5.5%。

表 3

不同施肥处理的棉花地上部单株干物质积累量

处理	地上部单株干物质积累量/g
处理	盛花期	盛铃前期	盛铃后期	吐絮期
LF₁	42.4±0.7 b	55.9±2.7 b	66.5±1.5 b	74.8±1.6 c
LF₂	44.9±0.5 a	59.3±1.3 a	69.9±2.5 a	77.6±1.3 b
LF₃	42.0±0.8 bc	58.4±2.9 a	69.1±2.1 a	78.9±1.9 ab
LF₄	41.2±0.8 c	60.8±2.4 a	71.2±2.4 a	80.3±2.0 a
CK	39.3±0.7 d	50.1±2.6 c	57.6±1.9 c	64.1±2.7 d

2.4 不同施肥处理对棉株吸磷量的影响

随生育期推进，棉株吸磷量不断增加，见表 4。在吐絮期，LF₄处理的棉株吸磷量最大，施磷肥处理间棉株吸磷量差异显著；LF₁、LF₂、LF₃和LF₄处理的棉株吸磷量较CK处理的分别高35.2%、38.4%、42.5%和51.1%。在盛花期，LF₁、LF₂处理的棉株吸磷量高于LF₃和LF₄处理的，可能是此时聚磷酸铵尚未完全水解，土壤中正磷酸盐的含量较低，棉株吸磷量较少。

表 4

不同施肥处理的棉株吸磷量

处理	棉株吸磷量/(kg·hm^-2)
处理	盛花期	盛铃前期	吐絮期
LF₁	24.5±0.6 a	42.4±1.1 b	108.4±1.3 d
LF₂	25.8±0.8 a	44.4±1.5 b	111.0±1.0 c
LF₃	23.3±0.5 b	45.8±1.1 ab	114.3±1.2 b
LF₄	23.8±0.7 ab	47.3±1.3 a	121.2±1.6 a
CK	17.6±0.6 c	31.7±1.4 c	80.2±1.1 e

2.5 不同施肥处理对棉株磷肥利用率的影响

不同施肥处理的棉株磷肥利用率见表 5。LF₄处理的棉株磷肥利用率最高，比LF₁、LF₂和LF₃处理的分别高46.2%、33.3%和20.2%，其磷肥农学利用率较LF₁、LF₂和LF₃处理的分别高77.1%、31.2%和36.1%；LF₃处理的磷肥利用率和磷肥农学利用率较LF₁处理的分别高21.6%、30.1%；LF₁处理的磷素盈余最大，较LF₂、LF₃处理的分别高2.6、5.9 kg/hm²。

表 5

不同施肥处理对棉株磷肥利用率的影响

处理	磷素盈余/(kg·hm^-2)	磷肥利用率/%	磷肥农学利用率/(kg·kg^-1)
LF₁	11.6±1.3	20.8±0.9 d	8.3±0.7 c
LF₂	9.0±1.0	22.8±1.0 c	11.2±0.9 b
LF₃	5.7±1.2	25.3±1.1 b	10.8±0.7 b
LF₄	-1.2±1.6	30.4±0.9 a	14.7±1.2 a
CK	-80.2±1.1

2.6 不同施肥处理对棉花产量及构成因素的影响

施磷肥处理的籽棉产量显著高于不施磷肥处理的，见表 6。LF₄处理的单铃质量最高，较LF₁、LF₂、LF₃和CK处理的分别高9.6%、3.6%、3.6%和14.0%，其籽棉产量较LF₁、LF₂、LF₃和CK处理的分别高12.4%、6.4%、7.2%和33.7%；LF₂处理的籽棉产量较LF₁处理的高5.6%。

表 6

不同施肥处理的棉花产量及构成因素

处理	株数/(万株·hm^-2)	单株铃数/个	单铃质量/g	籽棉产量/(kg·hm^-2)
LF₁	19.2±0.8 a	6.2±0.1 a	5.2±0.1 c	6 232.2±196.2 c
LF₂	18.6±0.3 a	6.4±0.1 a	5.5±0.2 b	6 583.5±99.0 b
LF₃	18.6±0.3 a	6.4±0.2 a	5.5±0.2 b	6 534.0±131.1 b
LF₄	18.9±0.5 a	6.5±0.2 a	5.7±0.2 a	7 002.3±141.3 a
CK	18.7±0.5 a	5.6±0.3 b	5.0±0.1 d	5 236.0±213.8 d

3 讨论

研究表明，施用混合磷源液体肥料的磷肥利用率高于施用单一磷源液体肥的，原因是APP施入土壤后需要缓慢水解，由多聚磷酸盐转变为正磷酸盐，可以减少磷素的固定^[14]。安军妹等^[15]和刘道等^[16]分别在小麦和玉米施肥中施用APP，结果均表明施用APP的磷肥利用率和产量均高于施用MAP的。施用混合磷源+腐殖酸液体肥料、单一磷源+腐殖酸液体肥料的磷肥利用率分别高于施用混合磷源液体肥、单一磷源液体肥的，可能是HA施入土壤后，通过络合土壤中钙、镁等离子，抑制这些离子与有效磷的结合，减少了磷素的固定，使作物吸磷量增加，进而提升了磷肥的利用率^[11]。李军等^[9]的研究表明，玉米施用HA和磷肥，能够提升磷肥利用率和产量。施用混合磷源+腐殖酸液体肥料的磷肥利用率较施用单一磷源液体肥料的提高了46.2%，而施用混合磷源液体肥料和施用单一磷源+腐殖酸液体肥料的磷肥利用率较施用单一磷源液体肥料的分别提高了21.6%、9.6%，表明共同施用APP和HA对磷肥利用率的提高有协同增效作用，原因可能是APP缓慢水解，磷素缓慢释放且移动距离相对较长^[22]，在土壤中分布较广。HA具有刺激作物根系生长的作用，促进了根系对营养元素的吸收^[23]，提高了吸磷量，进一步提升了磷肥利用率。张运红等^[24]将APP与HA混合后施用于小麦，磷肥利用率和产量较单施APP的均有提高。研究中的MAP、APP和HA仅为物理混合，能否通过化学合成方式进一步发挥其协同作用，还需进一步的探索。不同聚合度的APP的磷肥利用率有所差异^{[19, 25]}，不同相对分子质量的HA性质差异较大^[5]，不同组合下的混合磷源与不同类型HA搭配，其协同提升磷肥利用率的研究也需进一步开展。

棉花株高变化是反映棉花生育状况的常用指标^[26]，株高可直接影响棉花的株型和光合效率，进而影响棉花产量^[27]。土壤有效磷含量处于低水平下，施磷或施用HA均可提升棉花株高^{[23, 28]}。打顶后施用混合磷源液体肥料的棉花株高高于施用单一磷源液体肥料的，原因可能是APP水解后的正磷酸盐被棉株吸收^[4]。叶片SPAD值与叶片叶绿素含量呈正相关^[29]，叶绿素含量直接影响植物的光合作用^[30]。盛铃前期和盛铃后期，施用单一磷源液体肥料的棉花叶片的SPAD值与施用混合磷源液体肥料的无显著性差异，表明在一定的磷素吸收水平下，施磷对叶片SPAD值的影响较小；施用混合磷源+腐殖酸液体肥料的棉花叶片的SPAD值最大，原因可能是施用HA对棉花叶片SPAD值的影响较大^[23-24]。干物质积累是产量形成的基础，营养器官和生殖器官的干物质积累量及分配率对产量形成有重要的影响^[31-32]。研究表明，各施肥处理对棉花地上部单株干物质积累量与对应籽棉产量变化趋势相近。自盛铃后期，施用混合磷源+腐殖酸液体肥料、单一磷源+腐殖酸液体肥料处理的单株干物质积累量分别高于施用混合磷源液体肥料、单一磷源液体肥料的，表明施用HA可促进棉花干物质积累^[23]。施用混合磷源+腐殖酸液体肥料的籽棉产量最高，主要是由于单铃质量较高，棉铃发育较好，与袁芳等^[33]的研究结果类似。

4 结语

与单一磷源液体肥料相比，棉田施用混合磷源+腐殖酸液体肥料能大幅提高磷肥利用率，提升生殖器官干物质分配率，增加单铃质量，同时可提升棉花叶片的SPAD值，增加棉花干物质积累量和产量。今后将持续开展不同聚合度APP、不同相对分子质量的HA与不同MAP添加比例的研究，同时开展物理混合和化学合成的高效液体肥料施用效果的探索，进一步探明提高磷肥利用率和促进棉花生长的机制。

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