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漫灌和滴灌棉花土壤有效磷丰缺指标与临界值研究

李青军 张炎 哈丽哈什•依巴提 冯固

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漫灌和滴灌棉花土壤有效磷丰缺指标与临界值研究

    作者简介: 李青军 E-mail: gyqc@163.com;
    通讯作者: 冯固, E-mail:fenggu@cau.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(41161039);国家重点研发计划(2017YFD0201904,2016YFD0200102)资助。

Abundance index and critical level of phosphorus in cotton soils under flooding and drip irrigation

    Corresponding author: FENG Gu, E-mail:fenggu@cau.edu.cn
  • 摘要: 【目的】 土壤有效磷含量是棉花施用磷肥的重要依据,由于连续多年施用磷肥,新疆棉花土壤有效磷含量有较大幅度的增加,但对棉花土壤有效磷的评价仍然使用以前的标准,磷肥推荐用量不能适应棉花生产。因此,明确土壤有效磷的临界值,能为有效指导棉花合理施用磷肥提供理论依据。 【方法】 选择新疆281个试验点,建立缺磷区相对产量与土壤有效磷含量之间的关系,进行对数方程模拟,分别将相对产量带入相应的对数方程,求出对应的土壤有效磷分级指标值,同时采用线性 + 平台模型拟合求出土壤有效磷临界值,根据有效磷分级推荐施用磷肥。 【结果】 对棉花产量和土壤有效磷的相关性进行直线、指数和对数模拟,3种回归方程的相关系数都达到了1%显著水平,其决定系数R2分别为0.500、0.470和0.590,以对数回归方程相关性最高。采用线性 + 平台模型拟合棉花相对籽棉产量和土壤有效磷的关系,棉花相对籽棉产量对土壤有效磷含量的反应分成2段,拐点即为土壤有效磷临界值,此时棉花土壤有效磷的临界值为22.0 mg/kg。当土壤有效磷 ≥ 22.0 mg/kg时,y = 93.77,表明随土壤有效磷的增加,棉花相对籽棉产量不变,此时施用磷肥几乎没有增产作用;当土壤有效磷 < 22.0 mg/kg时, y = 62.86 + 1.405x,施磷肥可以促进棉花增产 (R2 = 0.63**)。棉花的磷肥利用率随土壤有效磷含量的增加而大幅度降低。当土壤有效磷 < 5 mg/kg时,漫灌条件下磷肥的利用率为25.7%,滴灌为21.6%,二者差异不显著;当土壤有效磷5~12 mg/kg时,漫灌和滴灌条件下磷肥的利用率也没有显著差异;当土壤有效磷12~25 mg/kg时,滴灌条件下磷肥的利用率为15.0%,比漫灌显著增加4.6个百分点;当土壤有效磷为25~38 mg/kg和> 38 mg/kg时,漫灌和滴灌条件下磷肥的利用率差异又变得不显著。不论漫灌和滴灌,棉花磷肥的平均利用率约为15.9%。 【结论】 根据棉花相对产量的 < 70%、70%~80%、80%~90%、90%~95%、> 95%,将土壤有效磷划分为5个等级,即 < 5 mg/kg、5~12 mg/kg、12~25 mg/kg、25~38 mg/kg和 > 38 mg/kg,土壤有效磷临界值为22.0 mg/kg。漫灌条件下磷肥的平均利用率为15.2%,而滴灌条件下磷肥的平均利用率为17.1%,差异不显著。棉花土壤有效磷丰缺指标为极低、低、中、高、极高,获得了土壤有效磷临界值及不同棉花产量下的推荐施磷量。
  • 图 1  土壤有效磷与棉花相对产量关系

    Figure 1.  Relations between soil Olsen-P and the relative yield of cotton

    图 2  棉花籽棉相对产量与土壤有效磷的关系

    Figure 2.  Relations between the relative yield of cotton and soil Olsen P

    表 1  新疆各地区0—20 cm土壤养分状况

    Table 1.  Soil nutrient status in 0–20 cm in Xinjiang different areas

    地点
    Region
    pH 有机质 (g/kg)
    OM
    速效氮 (mg/kg)
    Avail. N
    有效磷 (mg/kg)
    Olsen-P
    速效钾 (mg/kg)
    Avail. K
    可溶性总盐 (g/kg)
    Total soluble salt
    阿克苏地区Aksu area 8.3 12.7 62.3 13.3 159 4.4
    巴州Bazhou 8.1 11.2 46.0 17.9 179 4.6
    博州Bozhou 8.4 13.5 84.1 12.1 253 3.8
    昌吉州Changjizhou 8.1 12.2 64.6 10.9 210 4.1
    哈密地区Hami area 8.4 16.4 79.8 14.5 144 4.4
    和田地区Hetian area 8.2 14.8 37.0 24.8 158 4.8
    喀什地区Kashi area 8.0 13.9 70.3 14.7 144 5.3
    塔城地区Tacheng area 8.0 11.9 54.4 11.2 191 6.3
    乌鲁木齐Urumqi 7.8 9.8 50.8 15.8 225 7.5
    平均Average 8.2 12.9 63.3 14.0 178 4.8
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    表 2  不同灌溉方式下新疆各地区的平均施肥量 (kg/hm2)

    Table 2.  Average rates of fertilizers in Xinjiang different areas under flooding and drip irrigation

    地点Region 漫灌Flooding irrigation 滴灌Drip irrigation
    N P2O5 K2O N P2O5 K2O
    阿克苏地区Aksu area 243 133 40 228 117 49
    巴州Bazhou 242 167 55 243 164 47
    博州Bozhou 213 111 43
    昌吉州Changjizhou 207 104 36 212 115 43
    哈密地区Hami area 253 104 45
    和田地区Hetian area 220 104 45
    喀什地区Kashi area 240 114 45 240 114 45
    塔城地区Tacheng area 215 105 47 208 105 45
    乌鲁木齐市Urumqi 240 105 75
    平均Average 235 123 45 222 121 45
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    表 3  新疆棉田有效磷丰缺指标 (mg/kg)

    Table 3.  Abundance index of Olsen-P of cotton soils in Xinjiang

    相对产量Relative yield < 70% 70%~80% 80%~90% 90%~95% > 95%
    土壤有效磷Soil Olsen-P (mg/kg) < 5 5~12 12~25 25~38 > 38
    丰缺等级Abundant grade 极低Very low 低Low 中Middle 高High 极高Very high
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    表 4  不同棉花产量下的磷肥推荐用量 (P2O5, kg/hm2)

    Table 4.  Recommended rates of phosphate fertilizer (P2O5) for different cotton yields

    产量 (kg/hm2)
    Yield
    土壤有效磷Olsen-P (mg/kg)
    < 5 5~12 12~25 25~38 > 38
    4500~6000 128~170 102~136 85~113 43~57 0
    6000~7500 166~207 132~166 110~138 55~69 0
    7500~9000 195~230 155~186 130~155 65~78 0
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    表 5  不同灌溉方式下的磷肥利用率 (%)

    Table 5.  Phosphate fertilizer utilization rates under different irrigation methods

    灌溉方式
    Irrigation method
    土壤有效磷Olsen-P (mg/kg) 平均
    Average
    < 5 5~12 12~25 25~38 > 38
    漫灌Flood irrigation 25.7 a 19.7 a 10.4 b 5.8 a 3.2 a 15.2 a
    (6) (99) (66) (8) (9) (188)
    滴灌Drip irrigation 21.6 a 20.2 a 15.0 a 5.5 a 4.6 a 17.1 a
    (11) (47) (23) (6) (6) (93)
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示漫灌和滴灌处理间差异达到显著水平 (P < 0.05) Different small letters in a column mean significant differences between flooding and drip irrigation methods ( P < 0.05). 括号内数字为样本数 A number in parentheses indicates the sample number.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-07
  • 刊出日期:  2018-07-01

漫灌和滴灌棉花土壤有效磷丰缺指标与临界值研究

    作者简介:李青军 E-mail: gyqc@163.com
    通讯作者: 冯固, fenggu@cau.edu.cn
  • 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. 农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室,乌鲁木齐 830091
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(41161039);国家重点研发计划(2017YFD0201904,2016YFD0200102)资助。
  • 摘要:  【目的】 土壤有效磷含量是棉花施用磷肥的重要依据,由于连续多年施用磷肥,新疆棉花土壤有效磷含量有较大幅度的增加,但对棉花土壤有效磷的评价仍然使用以前的标准,磷肥推荐用量不能适应棉花生产。因此,明确土壤有效磷的临界值,能为有效指导棉花合理施用磷肥提供理论依据。 【方法】 选择新疆281个试验点,建立缺磷区相对产量与土壤有效磷含量之间的关系,进行对数方程模拟,分别将相对产量带入相应的对数方程,求出对应的土壤有效磷分级指标值,同时采用线性 + 平台模型拟合求出土壤有效磷临界值,根据有效磷分级推荐施用磷肥。 【结果】 对棉花产量和土壤有效磷的相关性进行直线、指数和对数模拟,3种回归方程的相关系数都达到了1%显著水平,其决定系数R2分别为0.500、0.470和0.590,以对数回归方程相关性最高。采用线性 + 平台模型拟合棉花相对籽棉产量和土壤有效磷的关系,棉花相对籽棉产量对土壤有效磷含量的反应分成2段,拐点即为土壤有效磷临界值,此时棉花土壤有效磷的临界值为22.0 mg/kg。当土壤有效磷 ≥ 22.0 mg/kg时,y = 93.77,表明随土壤有效磷的增加,棉花相对籽棉产量不变,此时施用磷肥几乎没有增产作用;当土壤有效磷 < 22.0 mg/kg时, y = 62.86 + 1.405x,施磷肥可以促进棉花增产 (R2 = 0.63**)。棉花的磷肥利用率随土壤有效磷含量的增加而大幅度降低。当土壤有效磷 < 5 mg/kg时,漫灌条件下磷肥的利用率为25.7%,滴灌为21.6%,二者差异不显著;当土壤有效磷5~12 mg/kg时,漫灌和滴灌条件下磷肥的利用率也没有显著差异;当土壤有效磷12~25 mg/kg时,滴灌条件下磷肥的利用率为15.0%,比漫灌显著增加4.6个百分点;当土壤有效磷为25~38 mg/kg和> 38 mg/kg时,漫灌和滴灌条件下磷肥的利用率差异又变得不显著。不论漫灌和滴灌,棉花磷肥的平均利用率约为15.9%。 【结论】 根据棉花相对产量的 < 70%、70%~80%、80%~90%、90%~95%、> 95%,将土壤有效磷划分为5个等级,即 < 5 mg/kg、5~12 mg/kg、12~25 mg/kg、25~38 mg/kg和 > 38 mg/kg,土壤有效磷临界值为22.0 mg/kg。漫灌条件下磷肥的平均利用率为15.2%,而滴灌条件下磷肥的平均利用率为17.1%,差异不显著。棉花土壤有效磷丰缺指标为极低、低、中、高、极高,获得了土壤有效磷临界值及不同棉花产量下的推荐施磷量。

    English Abstract

    • 磷是植物生长所必需的三大营养元素之一,磷不仅是植物体内许多重要化合物的组成成分,还以多种途径参与植物体内的各种代谢过程,影响植物的生长发育。施用磷肥是获得作物持续高产稳产的重要途径,但农民习惯施磷量常常超过最佳推荐用量[1],磷肥的当季作物利用率一般仅为10%~25%[23],导致大量未被作物吸收的磷素被土壤固定而累积于土壤。因此,客观评价土壤有效磷测定值及确定作物土壤有效磷丰缺指标,是科学施用磷肥的基础。当土壤中有效磷超过一定含量时,作物产量对増施的磷肥没有响应,此时土壤有效磷的测定值叫做土壤有效磷的农学临界值或农学阈值[4]。根据作物产量效应关系,当土壤有效磷含量低于农学临界值时,作物产量会随着施磷量的增加而增加,施磷肥可以促进作物增产;当土壤有效磷含量超过作物需求的水平,作物产量不再随施磷量的增加而提高,此时施用磷肥几乎没有增产作用[56]。由于连续多年施用磷肥,新疆棉花土壤中已出现了磷的积累,土壤有效磷含量有较大幅度的增加[7, 8],因此,建立新的棉花土壤有效磷丰缺指标,明确土壤有效磷的临界值,可以有效指导棉花合理施用磷肥。

      李树凤等[9]将内蒙古棉花土壤有效磷划分为极低 (< 3.43 mg/kg)、低 (3.43~5.83 mg/kg)、中 (5.83~8.31 mg/kg)、高 (8.31~14.11 mg/kg)、较高 (14.11~16.83 mg/kg)、极高 (> 16.83 mg/kg) 6个等级;而张炎等将新疆棉花土壤有效磷划分为4个等级[10],即 < 7 mg/kg (极低)、7~13 mg/kg (低)、13~30 mg/kg (中)、> 30 mg/kg (高)。英国洛桑试验站的研究表明,作物达到最高产量所需要的土壤有效磷约为25 mg/kg [10]。国外研究结果表明,冬小麦高产土壤有效磷临界值为7~20 mg/kg[11],夏玉米有效磷临界值为7~15 mg/kg[12]。国内辽河平原长期定位试验结果显示,玉米和大豆的有效磷产量临界值分别为12.0和10.8 mg/kg[13]。郑州、杨凌和昌平3 地区玉米的产量临界值分别为12.1、16.4和17.3 mg/kg,冬小麦的临界值分别为12.5、17.3和19.0 mg/kg[4]。陕西“国家黄土肥力与肥料效益监测基地”24 年长期肥料定位试验表明,塿土冬小麦土壤有效磷临界值为26.2 mg/kg,夏玉米为13.9 mg/kg[14]。宁波平原早稻田有效磷缺乏临界值为25 mg/kg,高于农业部《测土配方施肥》项目推荐的水稻土有效磷临界值 (20 mg/kg)[15]。广西甘蔗土壤Olson-P含量低于6.5 mg/kg时,随着土壤有效磷含量的增加,株高、茎粗及干物质积累量的增长非常迅速;当土壤Olsen-P含量高于13.7 mg/kg,随着土壤有效磷含量的增加,株高和茎粗的增加不明显,以最高产量的95%作为临界产量,蔗园土壤磷素丰缺临界值为14.5 mg/kg[16]。新疆阿克苏地区春玉米最高产量施磷量所对应的土壤Olsen-P为18.7 mg/kg[17]。新疆是中国最大的优质棉生产基地,种植面积占全国的30%,产量约占40%[1819],施用磷肥可以提高棉花产量、养分吸收量[2022]。新疆棉花磷肥 (P2O5) 施用量平均为158.70 kg/hm2,高于新疆平均施磷量,也高于小麦和玉米施磷量[23],长期大量施用磷肥会导致磷养分在土壤中累积,从而使土壤有效磷含量超过作物生长的需求量[2426]。根据土壤磷素恒量监控技术原理,通过对磷肥施用量的调控,将土壤有效磷水平逐渐调整到合理范围[2729]。有效磷含量低 (< 14 mg/kg) 的土壤建议施磷量大于作物收获带走的量,以满足作物需求和增加土壤肥力,但施磷量不超过作物带走量的1.5倍;有效磷含量中等 (14~30 mg/kg) 时则施磷量等于作物收获带走的量,以维持土壤肥力;有效磷含量高 (> 30 mg/kg) 的土壤时施用磷肥的增产潜力不大,建议少施或者不施磷肥,以节约磷养分资源。

      目前棉花土壤有效磷丰缺指标仍沿用2003年的标准[7],导致棉花施磷量过高,磷肥利用率降低,土壤磷素大量盈余。因此,需要建立新的棉花土壤有效磷丰缺指标,以进行精准施用磷肥。本研究采用2007—2012年新疆棉花测土配方施肥“3414”试验中的N2P0K2和N2P2K2两个处理,对新疆281个试验地点的棉花施磷效果进行研究,通过线性 + 平台模型拟合的方法计算出棉花土壤有效磷丰缺指标,求得有效磷的临界值,进行推荐施用磷肥,以实现棉花对磷肥的高效利用,为棉花磷肥减施增效提供科学依据。

      • 利用2007—2012年新疆棉花测土配方施肥“3414”试验中的N2P0K2和N2P2K2两个处理,总计9个地州市的28个县市农场的281个试验点的数据,其中188个试验采用覆膜漫灌种植,播种方式为趁墒播种,一膜4行,平均灌水量5212 m3/hm2;93个试验采用覆膜滴灌种植,播种方式为“干播湿出”,一膜4行2条滴灌带,平均灌水量5024 m3/hm2。土壤养分状况见表1

        表 1  新疆各地区0—20 cm土壤养分状况

        Table 1.  Soil nutrient status in 0–20 cm in Xinjiang different areas

        地点
        Region
        pH 有机质 (g/kg)
        OM
        速效氮 (mg/kg)
        Avail. N
        有效磷 (mg/kg)
        Olsen-P
        速效钾 (mg/kg)
        Avail. K
        可溶性总盐 (g/kg)
        Total soluble salt
        阿克苏地区Aksu area 8.3 12.7 62.3 13.3 159 4.4
        巴州Bazhou 8.1 11.2 46.0 17.9 179 4.6
        博州Bozhou 8.4 13.5 84.1 12.1 253 3.8
        昌吉州Changjizhou 8.1 12.2 64.6 10.9 210 4.1
        哈密地区Hami area 8.4 16.4 79.8 14.5 144 4.4
        和田地区Hetian area 8.2 14.8 37.0 24.8 158 4.8
        喀什地区Kashi area 8.0 13.9 70.3 14.7 144 5.3
        塔城地区Tacheng area 8.0 11.9 54.4 11.2 191 6.3
        乌鲁木齐Urumqi 7.8 9.8 50.8 15.8 225 7.5
        平均Average 8.2 12.9 63.3 14.0 178 4.8

        阿克苏地区共56个试验,包括42个漫灌试验和14个滴灌试验,棉花株距为10 cm,行距为30–60–30–60 cm,播种密度为21.0 × 104株/hm2,其中阿克苏市6个,阿瓦提县10个,库车县15个,沙雅县8个,温宿县3个,新和县14个,平均产量4934 kg/hm2。巴州共44个试验,包括28个漫灌试验和16个滴灌试验,棉花株距为10 cm,行距为30–50–30–60 cm,播种密度为22.5 × 104株/hm2;其中库尔勒市38个,且末县3个,尉犁县3个,平均产量4941 kg/hm2。博州共29个试验,全部滴灌种植,棉花株距为10 cm,行距为30–50–30–60 cm,播种密度为22.5 × 104株/hm2;其中博乐市16个,精河县13个,平均产量5094 kg/hm2。昌吉州共34个试验,包括16个漫灌试验和18个滴灌试验,棉花株距为10 cm,行距为30–50–30–60 cm,播种密度为22.5 × 104株/hm2;其中昌吉市14个,呼图壁县6个,玛纳斯县14个,平均产量5119 kg/hm2。哈密地区共17个棉花试验,全部漫灌种植,棉花株距为10 cm,行距为30–50–30–60 cm,播种密度为22.5 × 104株/hm2;试验均在哈密市,平均产量5196 kg/hm2。和田地区共7个试验,全部漫灌种植,棉花株距为11 cm,行距为30–60–30–60 cm,播种密度为19.5 × 104株/hm2;试验均在墨玉县,平均产量4315 kg/hm2。喀什地区共58个试验,包括53个漫灌试验和5个滴灌试验,棉花株距为11 cm,行距为30–60–30–60 cm,播种密度为19.5 × 104株/hm2;其中巴楚县4个,伽师县15个,麦盖提县6个,疏附县6个,叶城县1个,英吉沙县11个,岳普湖县5个,泽普县10个,平均产量3857 kg/hm2。塔城地区共35个试验,包括25个漫灌试验和10个滴灌试验,棉花株距为10 cm,行距为30–50–30–60 cm,播种密度为22.5 × 104株/hm2;其中和丰县4个,沙湾县22个,乌苏市9个,平均产量4928 kg/hm2。乌鲁木齐市1个试验,滴灌种植,棉花株距为10 cm,行距为30–50–30–50 cm,播种密度为22.5 × 104株/hm2,平均产量4540 kg/hm2

        磷肥以磷酸二铵 (18% N,46% P2O5) 在翻地前作基肥一次性施入;氮肥除去磷酸二铵所含N量以外,其余以尿素 (46% N) 施入,总N的30%作基肥,70%氮肥作追肥,在棉花生育时期分4次随水滴施;钾肥以硫酸钾 (K2O 51%) 作基肥一次性施入。各地州市的平均施肥量见表2

        表 2  不同灌溉方式下新疆各地区的平均施肥量 (kg/hm2)

        Table 2.  Average rates of fertilizers in Xinjiang different areas under flooding and drip irrigation

        地点Region 漫灌Flooding irrigation 滴灌Drip irrigation
        N P2O5 K2O N P2O5 K2O
        阿克苏地区Aksu area 243 133 40 228 117 49
        巴州Bazhou 242 167 55 243 164 47
        博州Bozhou 213 111 43
        昌吉州Changjizhou 207 104 36 212 115 43
        哈密地区Hami area 253 104 45
        和田地区Hetian area 220 104 45
        喀什地区Kashi area 240 114 45 240 114 45
        塔城地区Tacheng area 215 105 47 208 105 45
        乌鲁木齐市Urumqi 240 105 75
        平均Average 235 123 45 222 121 45
      • 土壤有效磷测定:施肥前在试验区按“S”型多点采集耕层 (0—20 cm) 土壤混合样,带回实验室风干,手工拣去植物根系、动物残体和石块等杂物,研磨,过1 mm筛,用pH值8.5的0.5 mol/L NaHCO3浸提,用钒钼蓝比色法测定。

        植株磷含量测定:在成熟期采集棉花地上部植株样品,分为籽棉和秸秆,在105℃下杀青30分钟,然后在75℃下烘干至恒重,称重,记录干物质重。将烘干的植株样品粉碎,过0.5 mm筛,用H2SO4–H2O2消煮,用钒钼黄比色法测定植株磷养分含量。

        产量测定:成熟期采收各小区吐絮的棉花,称重,计算棉花籽棉产量。

      • 相对产量 = 不施磷区产量/施磷区产量 × 100%

        磷肥利用率 = (施磷区作物吸磷量−不施磷区作物吸磷量)/施磷量 × 100%,表示被植物吸收的肥料磷占施入土壤的肥料磷的比例。

      • 试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS17.0统计软件进行分析,各处理的平均值通过T检验或单因素方差分析来比较差异的显著性 (P < 0.05)。

      • 棉花缺磷区相对产量与土壤有效磷的相关分析显示 (图1),棉花缺磷区相对产量最低值为63%,说明试验点在相对产量为60%以下的土壤上没有分布,因此,棉花相对产量为70%时对应的土壤有效磷为最低等级的临界值,将土壤有效磷的指标划分为5级,即极低 (< 70%)、低 (70%~80%)、中 (80%~90%)、高 (90%~95%)、极高 (> 95%)。利用线性、指数、对数3种回归分析模型对棉花相对产量与土壤有效磷含量进行拟合,分别获得3个回归方程:y = 0.6877x + 70.43 (R2 = 0.50**),y = 70.682e0.0084x (R2 = 0.47**),y = 12.787 Ln (x) + 48.622 (R2 = 0.59**)。

        图  1  土壤有效磷与棉花相对产量关系

        Figure 1.  Relations between soil Olsen-P and the relative yield of cotton

        相关分析表明,棉花缺磷区相对产量与相应的土壤有效磷含量存在很好的相关性,3个回归方程的相关系数都达到了1%的显著水平,其中以对数回归方程相关性最好。因此,利用对数回归方程拟合棉花相对产量与土壤有效磷含量的关系,将指标划分中相对产量的临界值作为y值代入到回归方程,计算出有效磷的含量值,即为有效磷的丰缺指标值。新疆棉田土壤有效磷的丰缺指标体系见表3

        表 3  新疆棉田有效磷丰缺指标 (mg/kg)

        Table 3.  Abundance index of Olsen-P of cotton soils in Xinjiang

        相对产量Relative yield < 70% 70%~80% 80%~90% 90%~95% > 95%
        土壤有效磷Soil Olsen-P (mg/kg) < 5 5~12 12~25 25~38 > 38
        丰缺等级Abundant grade 极低Very low 低Low 中Middle 高High 极高Very high
      • 土壤有效磷临界值的确定采用线性 + 平台模型 (Linear + platform mode),该模型被定义为:

        式中:Y—预测的相对产量 (%);a—直线的斜率;b—截距 (%),表示直线的起点;x—土壤Olsen-P含量 (mg/kg);T—土壤Olsen-P临界值 (mg/kg);P—预测的平台相对产量 (%)。

        采用线性 + 平台模型拟合棉花相对籽棉产量和土壤有效磷的关系,棉花相对籽棉产量对土壤有效磷含量的响应分成2段,拐点即为土壤有效磷临界值,此时棉花土壤有效磷的临界值为22.0 mg/kg (图2)。当土壤有效磷临界值 ≥ 22.0 mg/kg时,y = 93.77,表明此时随土壤有效磷的增加,棉花相对籽棉产量不变,施用磷肥几乎没有增产作用;当土壤有效磷临界值 < 22.0 mg/kg时,y = 62.86 + 1.405x,施磷肥可以促进棉花增产 ( R2 = 0.63**)。

        图  2  棉花籽棉相对产量与土壤有效磷的关系

        Figure 2.  Relations between the relative yield of cotton and soil Olsen P

      • 通过分析棉花产量与磷素吸收量的关系,获得产量为4500~6000 kg/hm2时,100 kg籽棉的P2O5吸收量为1.89 kg;产量为6000~7500 kg/hm2时,100 kg籽棉的P2O5吸收量为1.84 kg;产量为7500~9000 kg/hm2时,100 kg籽棉的P2O5吸收量为1.72 kg。结合养分归还定律和土壤磷素恒量监控技术,建立不同棉花产量下的磷肥推荐用量。当有效磷 < 5 mg/kg时,建议施磷量为棉花带走量的1.5 倍;当有效磷5~12 mg/kg时,建议施磷量为棉花带走量的1.2倍;当有效磷12~25 mg/kg时,建议施磷量等于棉花带走量;当有效磷25~38 mg/kg时,从维持土壤肥力考虑,建议施磷量为棉花带走量的0.5倍;当有效磷 > 38 mg/kg时,建议不施磷肥。根据以上施肥原则,新疆不同棉花产量水平的推荐施磷量见 表4

        表 4  不同棉花产量下的磷肥推荐用量 (P2O5, kg/hm2)

        Table 4.  Recommended rates of phosphate fertilizer (P2O5) for different cotton yields

        产量 (kg/hm2)
        Yield
        土壤有效磷Olsen-P (mg/kg)
        < 5 5~12 12~25 25~38 > 38
        4500~6000 128~170 102~136 85~113 43~57 0
        6000~7500 166~207 132~166 110~138 55~69 0
        7500~9000 195~230 155~186 130~155 65~78 0
      • 表5可见,棉花的磷肥利用率随土壤有效磷含量的增加而大幅度降低。当土壤有效磷 < 5 mg/kg时,漫灌条件下磷肥的利用率为25.7%,大于滴灌的磷肥利用率,但两者没有达到显著差异,这是由于数据样本数较少而分布较分散造成的。当土壤有效磷为5~12 mg/kg时,漫灌和滴灌条件下磷肥的利用率没有显著差异;当土壤有效磷为12~25 mg/kg时,滴灌条件下磷肥的利用率为15.0%,比漫灌显著增加4.6个百分点;当土壤有效磷为25~38 mg/kg、> 38 mg/kg时,漫灌和滴灌条件下磷肥的利用率都没有显著差异。滴灌条件下磷肥的平均利用率为17.1%,略大于漫灌,但二者没有显著差异。因此,中等磷土级别壤上滴灌能显著提高磷肥利用率。

        表 5  不同灌溉方式下的磷肥利用率 (%)

        Table 5.  Phosphate fertilizer utilization rates under different irrigation methods

        灌溉方式
        Irrigation method
        土壤有效磷Olsen-P (mg/kg) 平均
        Average
        < 5 5~12 12~25 25~38 > 38
        漫灌Flood irrigation 25.7 a 19.7 a 10.4 b 5.8 a 3.2 a 15.2 a
        (6) (99) (66) (8) (9) (188)
        滴灌Drip irrigation 21.6 a 20.2 a 15.0 a 5.5 a 4.6 a 17.1 a
        (11) (47) (23) (6) (6) (93)
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示漫灌和滴灌处理间差异达到显著水平 (P < 0.05) Different small letters in a column mean significant differences between flooding and drip irrigation methods ( P < 0.05). 括号内数字为样本数 A number in parentheses indicates the sample number.
      • 土壤肥力指标法是国际上最通用的测土配方施肥方法。自全国第二次土壤普查以来,由于缺少全疆范围田间试验结果的积累数据,新疆测土配方施肥工作一直沿用以往的土壤养分丰缺指标。然而,新疆棉花的品种特性、产量水平、栽培方式、施肥方式和土壤肥力等要素都发生了很大变化。研究土壤测试值与相对产量的关系,可以从土壤测试值初步判定土壤的肥力水平。通过对棉花相对产量和土壤有效磷测试值之间建立数学关系,可以直观地看出土壤有效磷含量对产量的影响情况,再依据棉花对磷养分的吸收量,可以初步指导合理施用磷肥。本研究将土壤有效磷划分为5个等级,其中极低和低2个等级与张炎等[7]的研究结果大体一致;中等为12~25 mg/kg,有效磷范围有所缩小,更为精确;有效磷25~38 mg/kg为高水平,优于 > 30 mg/kg (高) 的划分;而 > 38 mg/kg为极高,对于新疆棉花生产现状更为合理。内蒙古棉花土壤有效磷分了6个等级 [9],但丰缺指标范围是3.43~16.83 mg/kg,整体上远小于新疆有效磷丰缺指标,这可能是由于两地间的棉花品种特性、产量水平、栽培方式和土壤肥力等因素造成的。

        土壤有效磷测试值是反映土壤供磷能力的一个指标,也是施用磷肥的重要依据。美国玉米–大豆轮作肥料定位试验表明[30],每年施磷肥 (P2O5) 52.5 kg/hm2可以长期将土壤有效磷 (Bray-P) 含量维持在16~20 mg/kg,并能获得持续高产和最大经济效益;当施磷肥 (P2O5) 105 kg/hm2时,土壤有效磷含量虽然逐年提高,但产量不再增加,因此土壤有效磷 (Bray-P) 为16~20 mg/kg是确定合理施磷量的临界水平。王斌通过双直线、直线–平台及米切里西三种模型,对新疆干早区小麦、玉米、棉花单作3年循环轮作长期定位监测系统研究,得到新疆干旱区灰漠土一年一季条件下,棉花土壤磷素临界值分别为18.0、20.1和38.2 mg/kg,平均为25.4 mg/kg[31]。本研究通过对28个县市农场的281个试验点棉花施磷效果研究,求得土壤有效磷平均临界值为22 mg/kg,小于以上长期定位试验的平均值,但与长期定位试验的直线–平台结果较为一致,这是由于所采用的模型不同所致,此外相对于王斌的单点试验,本研究所为多年多点试验,数据量大,因此本研究的结果更具代表性。

        根据“磷钾肥恒量监控施肥法”,将土壤有效磷含量持续控制在临界水平范围内的施肥量是最佳施肥量,因而磷肥施用可以通过土壤测试监控[2729]。本研究认为,当土壤有效磷含量低于22 mg/kg时,磷肥管理的目标是通过增施磷肥提高作物产量和土壤有效磷含量,其中土壤有效磷在0~12 mg/kg时,磷肥用量以不超过棉花带走量的1.5倍为宜,土壤有效磷在12~25 mg/kg时,磷肥用量等于棉花带走量;当土壤有效磷在25~38 mg/kg时,磷肥管理的目标是维持现有土壤的有效磷水平,不施磷肥或磷肥施用量不超过棉花带走量的0.5倍;当土壤有效磷大于 38 mg/kg时,施用磷肥几乎不增产,建议不施用磷肥。

      • 1) 调查的新疆棉区土壤有效磷含量均较高,相对于最高产量,棉花土壤速效磷划分为极低 (< 5 mg/kg)、低 (5~12 mg/kg)、中 (12~25 mg/kg)、高 (25~38 mg/kg) 和极高 (> 38 mg/kg) 5个等级,土壤有效磷临界值为22.0 mg/kg。

        2) 磷肥利用率随土壤有效磷含量的升高而逐渐降低,漫灌和滴灌均如此;漫灌和滴灌条件下的磷肥平均利用率分别为15.2%和17.1%,差异不显著,但土壤有效磷为12~25 mg/kg时,滴灌条件下磷肥利用率显著高于漫灌。

    参考文献 (31)

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