周年肥料運籌對雙直播模式下棉油周年產量的影響

秦宇坤, 陳俊英, 張麗娟

(江西省經濟作物研究所,江西 九江 332105)

贛北地區大田生產常采用連年大量施入氮、磷和鉀肥來提高棉花和油菜的產量[1-2]。農戶往往只注重單一作物的施肥效益,而忽略本季作物施肥對下季作物生長的影響。忽視棉花—油菜周年體系施肥效應,易導致肥料利用率低、減肥增產效果差[3-4]。因此,合理的棉花油菜雙直播高效施肥技術可促進棉花與油菜增產,并提高肥料利用率[5-6]。棉花、油菜需肥特點不同,且兩種作物進行秸稈還田后會對下季作物的生長發育產生影響。張瓊等[7]研究認為,棉花與油菜周年種植模式的施肥運籌方案有施肥量下調的合理空間,以低周年肥料投入量有望獲得高周年產量。因此,協調棉油兩季作物均衡生長的化肥減施增效技術勢在必行。當前,有關某一區域直播棉花與直播油菜的高產高效施肥技術已見報道,董合林等[8]研究表明,增施氮肥能顯著提高河南植棉區棉花產量和單株成鈴數;楊澤鵬等[9]認為,合理施肥與改善施肥方式可以提高成都平原油菜肥料利用率;劉新穩等[10]研究認為,科學合理的施肥方式有利于長江流域板地直播油菜的高效生產,但針對贛北地區棉油雙直播模式氮、磷和鉀肥周年運籌技術的研究較少,棉油雙直播模式下棉花與油菜施肥量尚不明確。因此,本研究對棉油秸稈還田條件下的棉油雙直播種植模式進行周年肥料定位試驗,探討周年肥料運籌對棉花與油菜產量、產量構成因素及氮肥偏生產力的影響,為棉花與油菜的節肥高產栽培技術提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于江西省九江市江西省經濟作物研究所試驗基地(115°55′E,30°36′N),年均氣溫16.5 ℃,年均降水量1 450 mm。該地土壤質地為沖擊灰潮土,0～20 cm土層土壤養分含量分別為:有機質6.76 g·kg-1、全氮0.52 g·kg-1、堿解氮40.23 mg·kg-1、速效磷19.97 mg·kg-1、速效鉀116.20 mg·kg-1,pH值為8.16。

1.2 供試作物

供試棉花品種為江西省棉花研究所培育的轉基因棉花品種贛雜棉0906,由江西省經濟作物研究所提供;供試油菜品種為甘藍型半冬性中早熟雜交種陽光131,由中國農業科學院油料研究所提供。

1.3 試驗設計

于2021年5月至2022年5月開展試驗。以棉林套播油菜輕簡栽培(棉油雙直播)模式為基礎,進行雙因素裂區設計,主區A為棉花和油菜周年肥料(氮、磷和鉀肥)投入總量,分別設置低肥、中肥和高肥(A1、A2和A3)3個水平(表1)。裂區B為棉花季與油菜季肥料投入比例,分別設置1∶1、2∶3和3∶2(B1、B2和B3)3個水平,共計9個施肥處理(表2)。每個處理4個重復,共計36個小區。每小區長2.28 m,寬6 m,面積13.68 m2。為避免不同處理間肥水互相影響,各處理分別取前3個小區進行取樣調查與產量測定。

表1 主區因素A施肥量Table 1 Fertilizer rates of main factor A

表2 棉油雙直播模式施肥處理表1)Table 2 Fertilization management under double direct seeding cultivation of cotton and rape kg·hm-2

供試棉花于2021年5月中旬播種,密度為9.75萬株·hm-2,按寬窄行(寬行距100 cm、窄行距60 cm,株距18 cm)種植,一廂4行;油菜于2021年10月中旬在棉行間撒播,播種量為5.25 kg·hm-2。兩季作物磷、鉀肥均施1次基施,氮肥分2次施用,棉花季按照基追比4∶6于2021年7月中旬(棉花初花期)施用,油菜季按照基追比1∶1于2022年1月中旬施用。除施肥量以外各處理田間管理與一般高產田一致。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 棉花產量及其構成因素 2021年11月20日實收各小區籽棉產量,分別選取長勢均勻一致、無病害的連續棉株15～20株,按整株收取100個鈴桃,烘干后稱重,并計算棉花單鈴重;統計棉株的總成鈴數,并計算單株總成鈴數。單株總成鈴數=棉株總成鈴數/棉株總數。

1.4.2 油菜產量及其構成因素 2022年5月15日收獲各小區油菜菜籽,在日照條件下晾曬后置于80 ℃烘箱烘干,除雜后稱重,并計算油菜產量。每小區選取長勢均勻一致、無病害的樣品3株,收獲油菜籽,計算油菜千粒重。

1.4.3 周年總產量及氮肥偏生產力 周年總產量為同一小區棉花與油菜產量之和。參考文獻[10]計算氮肥偏生產力。氮肥偏生產力=施氮區作物產量/施氮量。

1.5 統計與分析

采用Excel 2010及SPSS 19.0進行數據處理與分析,采用Duncan法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 周年肥料運籌對棉花、油菜產量及周年總產量的影響

不同施肥處理下棉花、油菜產量及周年總產量見表3。由表3可知,A1水平下,各處理棉花、油菜產量與周年總產量總體上低于A2和A3水平。A2B2處理棉花產量最高,分別比A1B2和A3B2處理提高了48.82%和23.00%,且差異達顯著水平;A2B3處理棉花產量分別比A1B3和A3B3處理提高了20.99%和21.64%,且差異顯著。A3B1處理油菜產量分別比A1B1和A2B1處理提高了41.85%和7.65%,且與A1B1處理差異達顯著水平。A3B1處理周年總產量比A1B1處理提高了26.24%,且差異顯著;A2B2和A3B2處理周年總產量分別比A1B2處理提高了34.92%和31.09%,且差異達顯著水平。整體上看,A2與A3水平下,3種肥料配比周年總產量大小依次為:B2>B1>B3,但三者間差異不顯著,其中A2B2處理的周年總產量最高。

表3 周年肥料運籌對棉油雙直播模式下棉花、油菜產量及周年總產量的影響1)Table 3 Effect of annual fertilization management on yield and annual yield under double direct seeding cultivation of cotton and rape kg·hm-2

2.2 周年肥料運籌對棉花、油菜產量構成因素的影響

由表4可知,A3B3處理棉花單株總成鈴數比A1B2處理顯著提高了57.92%,但與其他處理間差異均不顯著;A2與A3水平對棉花單株總成鈴數的形成無顯著影響。A2與A3水平棉花單鈴重大小依次為:B2>B3>B1。A2B1、A2B2和A2B3處理棉花單鈴重分別比A1B1、A1B2和A1B3處理提高了17.36%、25.37%和17.98%,且差異達顯著水平;A3B2和A3B3處理棉花單鈴重分別比A1B2和A1B3處理提高了16.84%和11.16%,且差異顯著;A2與A3水平下,僅A2B2處理棉花單鈴重比A3B1處理顯著提高了11.36%,其他處理間差異均不顯著。各處理間油菜千粒重差異不顯著。

表4 周年肥料運籌對棉油雙直播模式下棉花、油菜產量構成因素的影響1)Table 4 Effect of annual fertilization management on yield components under double direct seeding cultivation of cotton and rape

2.3 周年肥料運籌對棉花、油菜氮肥偏生產力的影響

周年肥料運籌對棉油雙直播模式下棉花、油菜氮肥偏生產力的影響見表5?？傮w上,棉花、油菜的氮肥偏生產力隨著施肥量增多而降低。各施肥水平下,不同施肥比例棉花氮肥偏生產力大小均為:B2>B1>B3,油菜氮肥偏生產力大小均為:B3>B1>B2。在A2和A3水平下,A2B3處理油菜氮肥偏生產力最大,較A2B2、A3B1和A3B2分別提高了44.83%、47.70%和69.26%,且差異達顯著水平;但棉花氮肥偏生產力比A2B2、A2B1降低了35.32%和5.90%,且與A2B2差異達顯著水平;在A2和A3水平下,A2B2處理棉花氮肥偏生產力最大,且顯著高于其他處理;油菜氮肥偏生產力除較A2B3處理顯著降低外,與其他處理間差異不顯著。

表5 周年肥料運籌對棉油雙直播模式下棉花、油菜氮肥偏生產力的影響1)Table 5 Effect of annual fertilization management on partial productivity of N fertilizer under double direct seeding cultivation of cotton and rape

3 討論與小結

作物生長受施肥因素影響,適宜肥料用量并進行合理配施對周年作物產量有較大影響[11-13]。適量增施氮肥可以增強棉株“源—庫”協調性,提高棉葉硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶活性,從而增強葉片光合作用;而鉀素在參與植株體內代謝運轉時,具有活化多種關鍵酶的作用,還能促進氮、磷養分在植株體內的吸收利用,有利于增加干物質積累量并提高產量[14-16]。本研究表明,A2與A3水平棉花單鈴重除A3B1處理與A1B3差異不顯著外,其他處理均顯著高于A1水平,主要由于A2、A3水平施肥量較大,使得土壤中氮磷鉀養分含量得到有效提升,有利于棉花與油菜對養分的吸收,從而提高產量;整體上,3個施肥水平對棉花單株總成鈴數與油菜千粒重影響不顯著,原因可能是棉花成鈴數受密度影響較大,而油菜千粒重受品種影響較大。適當提高施肥水平可增加棉花及油菜產量,哈麗哈什·依巴提等[17]認為,合理增施氮、磷、鉀肥可以促進棉花各器官對氮磷鉀元素的吸收,有助于實現棉花的高產高效;劉曉成等[18]研究表明,在一定范圍內增施氮肥能顯著增加油菜產量和氮素吸收利用量;吳玉紅等[19]、劉秋霞等[20]研究認為,秸稈還田中增加常規化肥配施量,可顯著提高油菜產量。本研究表明,增施一定量的氮磷鉀肥可顯著提高棉花與油菜產量,A2B2處理棉花產量顯著高于A1B2與A3B2處理,A3B1處理油菜產量顯著高于A1B1處理;在A2與A3水平下,B2處理的棉花產量、周年總產量、棉花氮肥偏生產力均最高,這與謝婷婷等[21]、馬致慧等[22]的研究結果基本一致。A2B2處理周年總產量顯著高于A1水平下的所有處理;A3水平下各施肥配比的周年總產量與A2水平差異均不顯著。棉花與油菜氮肥偏生產力均隨施肥水平的遞增而降低,說明高施肥水平不利于提高棉花與油菜的氮肥偏生產力,這與哈麗哈什·依巴提等[23]、段慶波[24]的研究結果一致。

綜合考慮產量、肥料成本及氮肥偏生產力等因素,A2B2處理(周年氮、磷和鉀施肥量分別為360、180和270 kg· hm-2,棉花季與油菜季肥料配比2∶3)是贛北地區棉油雙直播模式最適周年肥料運籌方式。贛北植棉區肥料殘留問題日益嚴重,針對棉油兩季作物肥料分配問題,在保證產量的同時還應考慮肥料后效利用與水體污染問題[25-26],這有待進一步研究。