周年肥料运筹对双直播模式下棉油周年产量的影响

秦宇坤, 陈俊英, 张丽娟

(江西省经济作物研究所,江西 九江 332105)

赣北地区大田生产常采用连年大量施入氮、磷和钾肥来提高棉花和油菜的产量[1-2]。农户往往只注重单一作物的施肥效益,而忽略本季作物施肥对下季作物生长的影响。忽视棉花—油菜周年体系施肥效应,易导致肥料利用率低、减肥增产效果差[3-4]。因此,合理的棉花油菜双直播高效施肥技术可促进棉花与油菜增产,并提高肥料利用率[5-6]。棉花、油菜需肥特点不同,且两种作物进行秸秆还田后会对下季作物的生长发育产生影响。张琼等[7]研究认为,棉花与油菜周年种植模式的施肥运筹方案有施肥量下调的合理空间,以低周年肥料投入量有望获得高周年产量。因此,协调棉油两季作物均衡生长的化肥减施增效技术势在必行。当前,有关某一区域直播棉花与直播油菜的高产高效施肥技术已见报道,董合林等[8]研究表明,增施氮肥能显著提高河南植棉区棉花产量和单株成铃数;杨泽鹏等[9]认为,合理施肥与改善施肥方式可以提高成都平原油菜肥料利用率;刘新稳等[10]研究认为,科学合理的施肥方式有利于长江流域板地直播油菜的高效生产,但针对赣北地区棉油双直播模式氮、磷和钾肥周年运筹技术的研究较少,棉油双直播模式下棉花与油菜施肥量尚不明确。因此,本研究对棉油秸秆还田条件下的棉油双直播种植模式进行周年肥料定位试验,探讨周年肥料运筹对棉花与油菜产量、产量构成因素及氮肥偏生产力的影响,为棉花与油菜的节肥高产栽培技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江西省九江市江西省经济作物研究所试验基地(115°55′E,30°36′N),年均气温16.5 ℃,年均降水量1 450 mm。该地土壤质地为冲击灰潮土,0～20 cm土层土壤养分含量分别为:有机质6.76 g·kg-1、全氮0.52 g·kg-1、碱解氮40.23 mg·kg-1、速效磷19.97 mg·kg-1、速效钾116.20 mg·kg-1,pH值为8.16。

1.2 供试作物

供试棉花品种为江西省棉花研究所培育的转基因棉花品种赣杂棉0906,由江西省经济作物研究所提供;供试油菜品种为甘蓝型半冬性中早熟杂交种阳光131,由中国农业科学院油料研究所提供。

1.3 试验设计

于2021年5月至2022年5月开展试验。以棉林套播油菜轻简栽培(棉油双直播)模式为基础,进行双因素裂区设计,主区A为棉花和油菜周年肥料(氮、磷和钾肥)投入总量,分别设置低肥、中肥和高肥(A1、A2和A3)3个水平(表1)。裂区B为棉花季与油菜季肥料投入比例,分别设置1∶1、2∶3和3∶2(B1、B2和B3)3个水平,共计9个施肥处理(表2)。每个处理4个重复,共计36个小区。每小区长2.28 m,宽6 m,面积13.68 m2。为避免不同处理间肥水互相影响,各处理分别取前3个小区进行取样调查与产量测定。

表1 主区因素A施肥量Table 1 Fertilizer rates of main factor A

表2 棉油双直播模式施肥处理表1)Table 2 Fertilization management under double direct seeding cultivation of cotton and rape kg·hm-2

供试棉花于2021年5月中旬播种,密度为9.75万株·hm-2,按宽窄行(宽行距100 cm、窄行距60 cm,株距18 cm)种植,一厢4行;油菜于2021年10月中旬在棉行间撒播,播种量为5.25 kg·hm-2。两季作物磷、钾肥均施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。除施肥量以外各处理田间管理与一般高产田一致。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 棉花产量及其构成因素 2021年11月20日实收各小区籽棉产量,分别选取长势均匀一致、无病害的连续棉株15～20株,按整株收取100个铃桃,烘干后称重,并计算棉花单铃重;统计棉株的总成铃数,并计算单株总成铃数。单株总成铃数=棉株总成铃数/棉株总数。

1.4.2 油菜产量及其构成因素 2022年5月15日收获各小区油菜菜籽,在日照条件下晾晒后置于80 ℃烘箱烘干,除杂后称重,并计算油菜产量。每小区选取长势均匀一致、无病害的样品3株,收获油菜籽,计算油菜千粒重。

1.4.3 周年总产量及氮肥偏生产力 周年总产量为同一小区棉花与油菜产量之和。参考文献[10]计算氮肥偏生产力。氮肥偏生产力=施氮区作物产量/施氮量。

1.5 统计与分析

采用Excel 2010及SPSS 19.0进行数据处理与分析,采用Duncan法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 周年肥料运筹对棉花、油菜产量及周年总产量的影响

不同施肥处理下棉花、油菜产量及周年总产量见表3。由表3可知,A1水平下,各处理棉花、油菜产量与周年总产量总体上低于A2和A3水平。A2B2处理棉花产量最高,分别比A1B2和A3B2处理提高了48.82%和23.00%,且差异达显著水平;A2B3处理棉花产量分别比A1B3和A3B3处理提高了20.99%和21.64%,且差异显著。A3B1处理油菜产量分别比A1B1和A2B1处理提高了41.85%和7.65%,且与A1B1处理差异达显著水平。A3B1处理周年总产量比A1B1处理提高了26.24%,且差异显著;A2B2和A3B2处理周年总产量分别比A1B2处理提高了34.92%和31.09%,且差异达显著水平。整体上看,A2与A3水平下,3种肥料配比周年总产量大小依次为:B2>B1>B3,但三者间差异不显著,其中A2B2处理的周年总产量最高。

表3 周年肥料运筹对棉油双直播模式下棉花、油菜产量及周年总产量的影响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 周年肥料运筹对棉花、油菜产量构成因素的影响

由表4可知,A3B3处理棉花单株总成铃数比A1B2处理显著提高了57.92%,但与其他处理间差异均不显著;A2与A3水平对棉花单株总成铃数的形成无显著影响。A2与A3水平棉花单铃重大小依次为:B2>B3>B1。A2B1、A2B2和A2B3处理棉花单铃重分别比A1B1、A1B2和A1B3处理提高了17.36%、25.37%和17.98%,且差异达显著水平;A3B2和A3B3处理棉花单铃重分别比A1B2和A1B3处理提高了16.84%和11.16%,且差异显著;A2与A3水平下,仅A2B2处理棉花单铃重比A3B1处理显著提高了11.36%,其他处理间差异均不显著。各处理间油菜千粒重差异不显著。

表4 周年肥料运筹对棉油双直播模式下棉花、油菜产量构成因素的影响1)Table 4 Effect of annual fertilization management on yield components under double direct seeding cultivation of cotton and rape

2.3 周年肥料运筹对棉花、油菜氮肥偏生产力的影响

周年肥料运筹对棉油双直播模式下棉花、油菜氮肥偏生产力的影响见表5。总体上,棉花、油菜的氮肥偏生产力随着施肥量增多而降低。各施肥水平下,不同施肥比例棉花氮肥偏生产力大小均为:B2>B1>B3,油菜氮肥偏生产力大小均为:B3>B1>B2。在A2和A3水平下,A2B3处理油菜氮肥偏生产力最大,较A2B2、A3B1和A3B2分别提高了44.83%、47.70%和69.26%,且差异达显著水平;但棉花氮肥偏生产力比A2B2、A2B1降低了35.32%和5.90%,且与A2B2差异达显著水平;在A2和A3水平下,A2B2处理棉花氮肥偏生产力最大,且显著高于其他处理;油菜氮肥偏生产力除较A2B3处理显著降低外,与其他处理间差异不显著。

表5 周年肥料运筹对棉油双直播模式下棉花、油菜氮肥偏生产力的影响1)Table 5 Effect of annual fertilization management on partial productivity of N fertilizer under double direct seeding cultivation of cotton and rape

3 讨论与小结

作物生长受施肥因素影响,适宜肥料用量并进行合理配施对周年作物产量有较大影响[11-13]。适量增施氮肥可以增强棉株“源—库”协调性,提高棉叶硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶活性,从而增强叶片光合作用;而钾素在参与植株体内代谢运转时,具有活化多种关键酶的作用,还能促进氮、磷养分在植株体内的吸收利用,有利于增加干物质积累量并提高产量[14-16]。本研究表明,A2与A3水平棉花单铃重除A3B1处理与A1B3差异不显著外,其他处理均显著高于A1水平,主要由于A2、A3水平施肥量较大,使得土壤中氮磷钾养分含量得到有效提升,有利于棉花与油菜对养分的吸收,从而提高产量;整体上,3个施肥水平对棉花单株总成铃数与油菜千粒重影响不显著,原因可能是棉花成铃数受密度影响较大,而油菜千粒重受品种影响较大。适当提高施肥水平可增加棉花及油菜产量,哈丽哈什·依巴提等[17]认为,合理增施氮、磷、钾肥可以促进棉花各器官对氮磷钾元素的吸收,有助于实现棉花的高产高效;刘晓成等[18]研究表明,在一定范围内增施氮肥能显著增加油菜产量和氮素吸收利用量;吴玉红等[19]、刘秋霞等[20]研究认为,秸秆还田中增加常规化肥配施量,可显著提高油菜产量。本研究表明,增施一定量的氮磷钾肥可显著提高棉花与油菜产量,A2B2处理棉花产量显著高于A1B2与A3B2处理,A3B1处理油菜产量显著高于A1B1处理;在A2与A3水平下,B2处理的棉花产量、周年总产量、棉花氮肥偏生产力均最高,这与谢婷婷等[21]、马致慧等[22]的研究结果基本一致。A2B2处理周年总产量显著高于A1水平下的所有处理;A3水平下各施肥配比的周年总产量与A2水平差异均不显著。棉花与油菜氮肥偏生产力均随施肥水平的递增而降低,说明高施肥水平不利于提高棉花与油菜的氮肥偏生产力,这与哈丽哈什·依巴提等[23]、段庆波[24]的研究结果一致。

综合考虑产量、肥料成本及氮肥偏生产力等因素,A2B2处理(周年氮、磷和钾施肥量分别为360、180和270 kg· hm-2,棉花季与油菜季肥料配比2∶3)是赣北地区棉油双直播模式最适周年肥料运筹方式。赣北植棉区肥料残留问题日益严重,针对棉油两季作物肥料分配问题,在保证产量的同时还应考虑肥料后效利用与水体污染问题[25-26],这有待进一步研究。