李鵬程，鄭蒼松，孫淼，馮衛(wèi)娜，邵晶晶，余學科，朱海勇，李亞兵，董合林*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所/ 棉花生物學國家重點實驗室，河南安陽455000；2.中國農(nóng)業(yè)科學院西部農(nóng)業(yè)研究中心，新疆昌吉831100）

氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位[1]，世界糧食的增產(chǎn)約有50%都歸功于化學肥料的施用，其中化學氮肥的貢獻最顯著[2]。 氮肥按照含氮基團可分為氨態(tài)氮、酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、硝銨態(tài)氮、氰氨態(tài)氮氮肥，其中生產(chǎn)中較常用的尿素、硫酸銨和硝酸鈣分別屬于酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮氮肥。有關(guān)不同種類氮肥在大田的淋溶損失的研究報道較多，張慶利等[3]報道不同氮肥施入土壤后氮素的淋失率差異顯著， 其中硝酸鉀的氮素淋失率最高，其次為尿素，硫酸銨和碳銨的氮素淋失量明顯降低。 Ding 等[4]報道施用不同種類氮肥氮素的NH3和N2O 排放損失差異較大， 硝酸銨的N2O 排放量最高，硝酸鈣最低，尿素和碳酸氫銨居中。習金根等[5]采用室內(nèi)土柱模擬方法研究了滴灌條件下不同種類氮肥（硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和尿素）在土壤中的遷移、淋溶和轉(zhuǎn)化特征，3 種氮肥在砂壤土和粘壤土中的淋失量均是硝態(tài)氮肥＞尿素＞銨態(tài)氮肥，淋失的氮素主要為肥料氮。 凌德等[6]報道，4 種不同氮肥在土壤表層下方10 cm 點施條件下保持能力為尿素、磷酸銨＞硫酸銨＞氯化銨。 姜超強等[7]報道磷酸二銨和尿素在土壤表層下方12 cm 點施90 d 后， 磷酸二銨較尿素具有更高的保持性。也有學者開展了不同種類氮肥在作物的肥效對比研究，葉振威等[8]報道氯化銨和硫酸銨有助于促進水稻分蘗，增加有效穗數(shù)；氯化銨有利于改善水稻株型；硫酸銨有利于提高水稻葉片葉綠素含量。 李小梅等[9]報道施用尿素的多花黑麥草的株高和產(chǎn)量顯著高于碳銨和硝基復(fù)合肥處理。 桑姝麗等[10]比較了磷酸氫二銨、硝酸銨、 硫酸銨和尿素4 種氮肥及4 個不同用量（125、250、375、500 kg·hm－2）對青蘿卜肉質(zhì)根葉綠素含量的影響，施用375 kg·hm－2的磷酸氫二銨青蘿卜肉質(zhì)根的葉綠素含量最高。

有關(guān)棉花氮肥用量的研究報道較多[11]，但不同種類氮肥在棉花上的肥效研究報道較少。 董海榮等[12]水培試驗發(fā)現(xiàn)混合態(tài)氮素營養(yǎng)有利于苗期棉花植株地上部、地下部生長量和棉株總干物質(zhì)的積累，棉花植株地上部、 地下部生長量和棉株總干物質(zhì)的積累量最大。 張淑英等[13-14]報道銨硝比為50︰50 可顯著提高棉苗各器官的生物量、 地上部和根系干物質(zhì)質(zhì)量，低溫脅迫下，增銨營養(yǎng)可顯著提高氮素養(yǎng)分含量，促進棉苗生長，增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累，提高抗氧化酶活性，降低膜脂過氧化傷害，增強棉苗對低溫的抗性。 劉盛林[15]報道鹽漬化棉田氨態(tài)氮肥和磷肥條施、 花鈴期滴施氨態(tài)氮肥能顯著促進棉花養(yǎng)分吸收，提高棉花產(chǎn)量。 代建龍等[16]指出，盆栽條件下，無論是否存在鹽脅迫， 施硝態(tài)氮棉花的生物量和葉片全氮含量都顯著高于施銨態(tài)氮， 鹽脅迫條件下施硝態(tài)氮棉花葉片Bt 蛋白含量略低于銨態(tài)氮處理。

有關(guān)棉花不同土壤肥力條件下的施氮研究報道較少，李鵬程等[17]采用盆栽試驗，比較了不同土壤全氮含量水平下棉花的氮肥施用量效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)土壤全氮含量0.58～0.74 g·kg－1時，高氮（3.5 g/35 kg土） 可實現(xiàn)棉花增產(chǎn)增效， 土壤全氮含量0.83～1.29 g·kg－1時，低氮（1.75 g N/35 kg 土）能維持較高的產(chǎn)量和氮肥利用率。 Dong 等[18]提出較低土壤肥力條件下（堿解氮含量49.4 mg·kg－1）增加種植密度可提高產(chǎn)量，而較高土壤肥力條件下（堿解氮含量68.5 mg·kg－1）增密減氮可實現(xiàn)高產(chǎn)。 羅新寧等[19]比較了新疆砂壤土、重壤土條件下氮肥施用效果，發(fā)現(xiàn)在相同施氮量條件下，砂壤土（堿解氮含量80.2 mg·kg－1）棉花的氮、磷、鉀積累量高于重壤土（堿解氮含量98.4 mg·kg－1）， 砂壤土施氮量315 kg·hm－2、 重壤土施氮210 kg·hm－2棉株可獲得較大的氮、磷、鉀積累量。 侯振安等[20]提出了北疆棉田砂壤土、壤土、粘土棉田氮肥最佳經(jīng)濟施N 量分別為206.7～286.2 kg·hm－2、256.8～311.1 kg·hm－2、231.90～312.45 kg·hm－2。 在低施氮量條件下，壤土的氮肥利用率最高，砂壤土次之，粘土最低；而施氮量較高時，氮肥利用率結(jié)果正好相反。

目前缺乏不同種類氮肥在棉花不同土壤肥力條件下的肥效的研究報道。 本試驗采用桶栽試驗，選擇5 種不同土壤全氮含量的土壤，在純氮用量相等條件下，比較尿素、硫酸銨、硝酸鈣3 種氮肥的施用效果，研究結(jié)果將為棉田氮肥合理選擇和高效施用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

桶栽試驗于2016 年在河南省安陽市白壁鎮(zhèn)中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所試驗農(nóng)場（36°06′N，114°21′E） 進行，4 至10 月平均氣溫22.3 ℃，≥20 ℃積溫3 709.6 ℃·d， 日照時間1 347.3 h， 降水量519.2 mm。 試驗用桶為PVC 材料，上部內(nèi)徑35 cm，底部內(nèi)徑30 cm，高39 cm，每桶裝土30 kg。 試驗為裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為5 種不同全氮含量的土壤，土壤類型為潮土壤質(zhì)土， 肥力梯度由多年不同氮肥用量的盆栽試驗形成， 土壤全氮含量分別為1.30、0.93、0.86、0.71、0.67 g·kg－1，分別用S1、S2、S3、S4、S5 表示，有機質(zhì)、速效磷、速效鉀含量及土壤pH 等指標見表1。副區(qū)為3 種不同氮肥，分別為尿素（N 含量46%）、硫酸銨（N 含量21%）、硝酸鈣（N 含量17%）。 試驗共15 個處理，每個處理重復(fù)10 次，即播種10 桶，于棉花2 片真葉時留1 株棉苗。 3 種氮肥純氮總用量均為每盆3 g，分底肥和初花期追肥2 次等量施用。磷、鉀肥作底肥一次施用，磷肥為重過磷酸鈣（P2O5含量42%）， 每盆用量7.14 g， 鉀肥為硫酸鉀（K2O 含量51%），每桶用量5.88 g。 試驗用品種為中棉所100，由中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所提供。 4 月30 日播種，5 月10 日出苗，6 月11 日現(xiàn)蕾，7 月8 日開花，8月18 日吐絮。整枝、化調(diào)、病蟲害防治等常規(guī)管理參照當?shù)孛藁ǜ弋a(chǎn)管理水平，棉花營養(yǎng)枝、老葉均搜集后烘干稱重，計入棉花全株干物質(zhì)質(zhì)量。吐絮期調(diào)查單株成鈴數(shù)，于棉花單株成鈴?fù)滦?0%時，每個處理挑選棉花健株5 株，采集棉花全株樣品，單株分根（子葉節(jié)以下部分）、莖、葉、鈴殼、籽棉（包括未吐絮棉鈴）烘干稱重，采用凱氏定氮法測定氮吸收量，計算整株棉花氮吸收總量。 土壤全氮含量采用凱氏定氮法測定，土壤速效磷含量采用0.5 mol·L－1碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定， 土壤速效鉀含量采用1 mol·L－1乙酸銨提取—火焰光度法測定[21]。

表1 供試土壤基本化學性質(zhì)

采用DPS 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析， 多重比較采用Duncan’s 新復(fù)極差法，采用Origin 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤全氮含量和氮肥種類對棉花單株籽棉產(chǎn)量和氮素吸收的影響

由表2 可知，土壤全氮含量對棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量的影響達到了顯著水平，但對鈴重、棉花單株氮素吸收量無顯著影響。土壤全氮含量1.30 g·kg－1處理棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量顯著高于土壤全氮含量0.67、0.71、0.86 g·kg－1處理， 但與土壤全氮含量0.93 g·kg－1處理無顯著差異。氮肥種類對棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、鈴重、籽棉產(chǎn)量、單株氮素吸收量的影響未達到顯著水平。土壤全氮含量和氮肥種類對棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、 單株成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量、單株氮素吸收量的互作效應(yīng)不顯著。 結(jié)果表明，土壤全氮含量較高時（0.93 g·kg－1和1.30 g·kg－1）時，施氮的效果優(yōu)于土壤全氮含量較低處理。

表2 不同土壤全氮含量條件下氮肥種類對棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量和氮素吸收的影響

2.2 不同土壤全氮含量條件下棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量和籽棉產(chǎn)量比較

由圖1，在相同土壤全氮含量條件下，不同氮肥種類處理棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量均無顯著差異。 土壤全氮含量1.30 g·kg－1條件下，硫酸銨和硝酸鈣處理棉花鈴重顯著高于尿素處理；土壤全氮含量0.86 g·kg－1條件下， 尿素處理棉花鈴重顯著高于硫酸銨，和硝酸鈣處理間無顯著差異；土壤全氮含量0.67 g·kg－1條件下， 硫酸銨處理棉花鈴重顯著高于尿素處理， 和硝酸鈣處理間無顯著差異；而土壤全氮含量0.71、0.93 g·kg－1條件下，3 種氮肥處理棉花鈴重無顯著差異。除了土壤全氮含量1.30 g·kg－1條件下尿素處理棉花單株成鈴數(shù)顯著高于硫酸銨和硝酸鈣處理外， 其他土壤條件下，3種氮肥處理間棉花單株成鈴數(shù)無顯著差異。尿素處理除在土壤全氮含量0.86 g·kg－1條件下單株成鈴數(shù)略低外，在其他土壤全氮含量處理均顯示了單株成鈴數(shù)的優(yōu)勢。 硫酸銨處理在土壤全氮含量0.67、0.93、1.30 g·kg－1條件下籽棉產(chǎn)量略高于尿素和硝酸鈣處理， 硫酸銨處理在土壤全氮含量0.67、0.93 g·kg－1條件下鈴重略高于尿素和硝酸鈣處理。

3 討論

硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是作物吸收氮肥的主要形式。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占作物吸收的陰離子和陽離子總數(shù)的70%以上[22]。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均能被作物很好地吸收，除了硝態(tài)氮進行合成代謝之前必須先還原成NH3之外，其他同化過程是完全一樣的。 由于這個原因，長期以來科研工作者認為在相同施氮量條件下， 施用銨態(tài)氮和硝態(tài)氮具有相同的營養(yǎng)功能，對作物產(chǎn)量有相同的效果，但許多試驗與這個結(jié)論不一致。 硝態(tài)氮和銨態(tài)氮對小麥、玉米等作物的營養(yǎng)、生長和產(chǎn)量有不同的效果[23-26]，因此不同作物可能對硝態(tài)氮和銨態(tài)氮這兩種氮源有不同的反應(yīng)和偏好[27-29]。 作物對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮偏好的研究主要是通過作物單施銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的生物量、產(chǎn)量來評價。 值得注意的是作物對硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的喜好特別取決于作物自身對不同形態(tài)氮的本質(zhì)需求，大多數(shù)情況下， 是作物需求和環(huán)境共同作用的結(jié)果，尤其是介質(zhì)pH。 前人采用水培、盆栽、大田試驗等方式針對作物對銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的偏好開展了大量研究，但至今很多問題還沒有解決，結(jié)果和觀點還存在分歧。

圖1 不同土壤全氮含量下棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)量構(gòu)成比較

Cramert 等[30-31]指出作物在生育前期一般喜好銨態(tài)氮，而生育后期則喜好硝態(tài)氮。 水稻單獨施用銨態(tài)氮肥或者生育前期施用銨態(tài)氮肥后期施用硝態(tài)氮肥能獲得較高產(chǎn)量[32-33]。 國內(nèi)外學者在玉米上的研究結(jié)果不盡一致，Lewis 等[34]報道玉米吸收的硝態(tài)氮占氮吸收總量的90%以上，而Anderson 等[35]認為與施用硝態(tài)氮相比，施用銨態(tài)氮玉米能生產(chǎn)較高的生物量，Pan 等[36]也發(fā)現(xiàn)玉米在銨態(tài)氮供應(yīng)條件下生長更好。Li 等[37]報道玉米對硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的響應(yīng)取決于施氮量，在氮量較低條件下，硝態(tài)氮較銨態(tài)氮效果好，而氮量較高條件下，銨態(tài)氮施用效果好，總體來說銨態(tài)氮效果要優(yōu)于硝態(tài)氮。 冬小麥—燕麥—飼料玉米—飼料玉米4 季輪作的氮同位素示蹤結(jié)果表明，銨態(tài)氮較硝態(tài)氮具有較高的回收率和殘留效應(yīng)[38]。在大豆上的研究結(jié)果也不一致。大豆水培試驗結(jié)果表明[39]，大豆對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的吸收比取決于水培溶液的pH 值，pH 為6 時大豆吸收銨氮和硝態(tài)的比例為2:1。 單獨使用硝態(tài)氮肥和硝態(tài)銨態(tài)2 種氮肥同時施用時， 大豆生長受pH值影響程度較低，混合使用2 種氮肥效果優(yōu)于單獨使用一種氮肥，單獨使用銨氮出現(xiàn)了離子毒害[40]。

本試驗為桶栽試驗， 供試土壤pH 差異不大，均為堿性土，從主效應(yīng)統(tǒng)計結(jié)果來看，隨土壤全氮含量升高棉花單株籽棉產(chǎn)量和干物質(zhì)質(zhì)量呈上升趨勢，2 個較高土壤全氮含量處理顯著高于3 個較低土壤全氮含量處理，而3 個較低土壤全氮含量處理的棉花籽棉產(chǎn)量和單株干物質(zhì)質(zhì)量沒有顯著差異， 說明較高的土壤全氮含量提高了氮肥施用效果，與文獻[17]報道結(jié)果一致。 從氮肥種類的平均結(jié)果來看，尿素處理獲得了較高的單株成鈴數(shù)和單株干物質(zhì)質(zhì)量，盡管鈴重相對較低，但未影響其獲得較高的籽棉產(chǎn)量結(jié)果，屬于產(chǎn)量水平較穩(wěn)定的處理。 硫酸銨作為生理酸性肥料，在堿性土壤上也顯示了其肥效優(yōu)勢， 在土壤全氮含量0.67、0.93、1.30 g·kg－1條件下硫酸銨處理籽棉產(chǎn)量略高于尿素和硝酸鈣處理， 在土壤全氮含量0.67、0.71 g·kg－1條件下鈴重高于尿素和硝酸鈣處理。硝酸鈣處理在土壤全氮含量1.30 g·kg－1條件下鈴重較大， 在土壤全氮含量0.86 g·kg－1條件下單株成鈴數(shù)較多，單株干物質(zhì)質(zhì)量和籽棉產(chǎn)量略優(yōu)于硫酸銨處理，與代建龍[16]的盆栽試驗棉株干物質(zhì)質(zhì)量結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本試驗條件下，土壤全氮含量對棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量的影響達到了顯著水平，但對棉花鈴重、單株氮素吸收量未產(chǎn)生顯著影響。 氮肥種類未對棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量和氮素吸收量產(chǎn)生顯著影響。土壤全氮含量和氮肥種類對棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量、單株氮素吸收量的互作效應(yīng)不顯著。 土壤全氮含量較高（0.93 g·kg－1和1.30 g·kg－1）時，施氮的效果優(yōu)于土壤全氮含量較低的土壤。