添加劑NAM 對鹽堿地棉花產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學利用效率的影響

國艷春，孫顯旻，曾路生，李旭霖，柳新偉，宋祥云，崔德杰

（青島農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東青島266108）

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的肥料施用不合理，不僅會導致土壤肥力下降，使肥料的生產(chǎn)效益大為降低，還會造成難以治理的環(huán)境污染問題。如何提高肥料的利用率，提高生產(chǎn)效益，降低污染，成為當前亟待解決的問題。

穩(wěn)定性肥料是在化肥生產(chǎn)中加入抑制劑，抑制劑與肥料混合施用于土壤中， 能延長養(yǎng)分釋放時間，提高肥料利用率，減少養(yǎng)分流失，既節(jié)約成本，又可減少環(huán)境污染，保護生態(tài)環(huán)境，保證食品安全[1-2]。抑制劑分為脲酶抑制劑、硝化抑制劑、植物源抑制劑和生物硝化抑制劑。 其中應(yīng)用最廣、研究最多的是脲酶抑制劑和硝化抑制劑，生物硝化抑制劑目前應(yīng)用少，對食品安全還存在很大安全隱患。

NAM（長效復(fù)合肥添加劑）是集脲酶抑制劑、硝化抑制劑和磷素活化劑于一體的復(fù)合添加劑，可控制氮素的轉(zhuǎn)化，提高土壤磷素和磷肥的有效性和利用率。 前期研究表明， 在減少氮肥20%、 添加NAM 的情況下， 蔬菜各項生長指標與常規(guī)施肥處理幾乎相當[3]?？梢姡}漬土壤中減氮添加NAM 可以達到與常規(guī)施肥量同樣的效果。 在玉米與小麥上，NAM 也有顯著的增效作用。 據(jù)王玉峰[4]報道，如果使用適量的氫醌類物質(zhì)， 會提高生成的氮量，從而增加玉米對氮、磷、鉀的吸收量，玉米產(chǎn)量提高9.3%；李曉鳴[5]報道，脲酶抑制劑氫醌與氮磷鉀混拌，促進了小麥氮的吸收效率，提高氮肥利用率，明顯改善了小麥的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)。 NAM 還可以增加玉米的干物質(zhì)積累量，其處理的吸氮總量、氮肥當季利用率、氮因子生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)藝效率都高于不加脲酶抑制劑處理[6]。 據(jù)馮元琦等[7]的報道，NAM 低毒，對人畜和作物安全，在土壤及作物中無殘留，當年降解率達75%；土壤中殘留量0.077 mg·kg－1，是國際標準100 mg·kg－1的1/1 299。

當前利用NAM 開發(fā)的肥料產(chǎn)品沒有針對區(qū)域土壤的N、P、K、微量元素現(xiàn)狀和不同作物的需肥特征進行構(gòu)建，降低了經(jīng)銷商推廣和農(nóng)民應(yīng)用本類肥料產(chǎn)品的積極性，影響了此類肥料的大面積應(yīng)用。 合理開發(fā)與作物相適應(yīng)的穩(wěn)定性復(fù)混肥料產(chǎn)品，達到既省工、省肥，又能增加作物產(chǎn)量的目標，對于提高糧食產(chǎn)量、經(jīng)濟效益和保護區(qū)域農(nóng)村生態(tài)環(huán)境均具有十分重大的現(xiàn)實意義。

棉花是比較耐鹽堿的經(jīng)濟作物，山東省棉花主要分布于環(huán)渤海區(qū)域的鹽漬土地。本項目通過大田試驗，研究肥料中添加NAM 對鹽漬土壤養(yǎng)分變化和棉花產(chǎn)量的影響， 以期提高鹽漬土壤氮肥利用率、減少資源浪費及解決防治施肥不合理等一系列問題，并為NAM 的推廣運用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基本情況

試驗于2017 年4 月至11 月，在山東壽光市羊口鎮(zhèn)楊家村棉花試驗地進行。 土壤為鹽漬土，土壤基本理化性質(zhì)：pH 8.13、電導率501.2 μS·cm－1，有機質(zhì)含量9.43 g·kg－1、堿解氮含量54.63 mg·kg－1、速效鉀含量114.53 mg·kg－1、 速效磷含量7.6 mg·kg－1。 NAM 由中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所研發(fā)提供（灰白色，溶于水，熔點170 ℃，常溫下儲存穩(wěn)定，主要成分是脲酶抑制劑、硝化抑制劑和磷活化劑）。

1.2 試驗設(shè)計與方法

采用小區(qū)試驗，每小區(qū)30 m2，隨機排列，3 次重復(fù)。 試驗設(shè)計4 個處理，即不施肥（CK）、常規(guī)施肥、常規(guī)施肥＋NAM、常規(guī)施肥量80%＋NAM。 常規(guī)施肥：N、P、K 含量均為15%（質(zhì)量分數(shù)） 的復(fù)合肥750 kg·hm－2作基肥，追施尿素225 kg·hm－2。 有NAM 的處理中，所有肥料與NAM 充分混勻，一次性作基肥施入，NAM 按氮素總量的0.7%加入。 各處理棉花生長過程進行常規(guī)管理。 棉花成熟期，分小區(qū)采集棉花稱量，采集植株樣品。同時，每小區(qū)采集5 個點土壤樣品，按0～10 cm、0～20 cm 土層分別采集，分層制成混合土樣。土壤風干處理后，過孔徑1 mm 的篩用于測定土壤有機質(zhì)、全氮、速效鉀、速效磷、堿解氮含量，pH，電導率，土壤陽離子交換量（Cation exchange capacity，CEC）和土壤水溶性陰陽離子含量，過孔徑2 mm 的篩用于測定交換性Na＋含量。

1.3 測定方法

土壤養(yǎng)分和植株莖稈的養(yǎng)分測定，采用常規(guī)分析方法，參考鮑士旦的方法[8]。

CEC 指在一定pH 時，每千克土壤中所含有的全部交換性陽離子的物質(zhì)的量（cmol）。

堿化度 （Exchange sodium percentage，ESP）指土壤膠體吸附的交換性Na＋占陽離子交換量的百分率。

氮肥農(nóng)學利用率（kg·kg－1）＝（施氮處理產(chǎn)量－不施氮處理產(chǎn)量）/施氮量；肥料偏生產(chǎn)力（kg·kg－1）＝施肥后所獲得的作物產(chǎn)量/ 化肥純養(yǎng)分的投入量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用MS Excel 2007 數(shù)據(jù)處理軟件進行圖表制作，用SPSS 19.0 統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NAM 對棉田鹽漬土壤理化性質(zhì)的影響

在棉花生長的過程中，由于作物的吸收、灌溉淋洗和氨的揮發(fā)等作用，土壤養(yǎng)分發(fā)生了相應(yīng)的變化。由表1 可以看出，在常規(guī)施肥＋NAM 的土壤中有機質(zhì)含量高于其他各處理，在0～10 cm 土層中，其有機質(zhì)含量分別比對照、常規(guī)施肥處理和常規(guī)施肥80%＋NAM 的處理提高了38.10%、29.01%和7.99%，在10～20 cm 土層中，分別提高了45.98%、23.51%和9.51%。 該處理土壤中的速效鉀、速效磷及其他養(yǎng)分含量也高于其他各處理。常規(guī)施肥80%＋NAM 處理的土壤有機質(zhì)、 堿解氮和速效鉀等其他養(yǎng)分含量均高于對照， 與常規(guī)施肥處理水平相當。說明NAM 具有延長肥效的作用， 能使土壤保持較高的養(yǎng)分含量。 總體來看，0～10 cm 土層的各種養(yǎng)分明顯高于10～20 cm 的土層。從表1 分析還可知，化肥施用會帶來一定的土壤鹽分，使電導率升高。 因此，實踐中須減少化肥用量，提高肥料利用效率。各處理間的pH 差異不大，但表層土壤鹽漬化程度較高，應(yīng)加大對該棉田土壤改良的力度。

表1 不同處理下棉田土壤理化性質(zhì)的變化

2.2 NAM 對棉田鹽漬土壤中水溶性陽離子變化的影響

由圖1 可以看出，在壽光棉田鹽漬土中，鈉離子含量最高，其次是鉀和鈣離子，鎂離子含量最低。各處理間Ca2＋和Mg2＋含量差異不顯著。 常規(guī)施肥＋NAM 處理中Na＋總含量明顯低于對照和常規(guī)施肥處理。 在0～10 cm 土層中，常規(guī)施肥＋NAM處理水溶性Na＋含量比對照和常規(guī)施肥處理分別降低了60.92%和48.78%， 常規(guī)施肥80%＋NAM處理比二者分別降低了53.50%和39.06%。在10～20 cm 土層中， 常規(guī)施肥＋NAM 處理水溶性Na＋含量比對照和常規(guī)施肥處理分別降低了55.12%和49.28%， 常規(guī)施肥80%＋NAM 處理比二者分別降低了51.15%和44.79%。 說明NAM 可以有效地降低鹽漬土壤中的Na＋含量， 起到改良鹽漬土的作用。

圖1 不同施肥處理土壤中水溶性陽離子的含量

2.3 NAM 對棉田鹽漬土壤水溶性陰離子變化的影響

由圖2 可以看出， 在壽光棉花地鹽漬土中，各處理中硫酸根、碳酸氫根含量相對較高，碳酸根離子含量為0。 其中，常規(guī)施肥＋NAM 處理和常規(guī)施肥80%添加NAM 處理中HCO3－含量低于對照和常規(guī)施肥處理。 在土壤表層（0～10 cm）中，常規(guī)施肥＋NAM 處理中的水溶性HCO3－含量比對照和常規(guī)施肥處理分別低8.00 mg·kg－1和5.00 mg·kg－1，分別降低了17.78%和11.90%，常規(guī)施肥80%＋NAM 處理中的水溶性HCO3－含量比二者分別減少7.00 mg·kg－1和4.00 mg·kg－1， 分 別 降 低 了15.56%和9.52%。 在土壤亞表層（10～20 cm）中，也有相似的規(guī)律。 說明NAM 可以有效地降低鹽漬土壤中的HCO3－含量，起到改良鹽漬土的作用。此外，試驗地土壤中的CO32－含量極低， 各處理間Cl－含量無明顯差異。

2.4 NAM 對棉花地鹽漬土壤堿化度的影響

圖2 不同施肥處理土壤中水溶性陰離子的含量

由表2 可以看出， 在壽光棉田鹽漬土表層中，常規(guī)施肥＋NAM 處理中的交換性Na＋含量低于對照、常規(guī)施肥處理，分別降低了38.46%和34.43%。在亞表層（10～20 cm）中，分別降低了19.87%和24.70%。 常規(guī)施肥80%＋NAM 處理中的交換性Na＋含量也低于對照、常規(guī)施肥處理，在土壤表層（0～10 cm）中，分別降低了26.15%和21.31%。 在亞表層中，分別降低了3.21%和9.04%。 說明施用抑制劑能降低土壤中交換性Na＋含量，有利于改善土壤的通氣透水性。 常規(guī)施肥＋NAM 處理中的CEC 值高于對照、常規(guī)施肥處理和常規(guī)施肥80%＋NAM 處理， 在土壤表層中， 分別提高了14.60%、8.26%和1.57%。 在亞表層中，也具有相似的規(guī)律。說明施用抑制劑對提高鹽漬土壤的保肥性有一定效果。 此外，由表2 可明顯看出添加NAM 處理的土壤ESP 值明顯低于對照和常規(guī)施肥處理， 說明它可以降低鹽漬土壤的堿化度， 有利于改良鹽漬土壤。

表2 不同處理下的棉田土壤堿化度的變化

2.5 NAM 對棉花植株中N、P、K 含量的影響

測定棉花莖稈內(nèi)的全氮、全磷、全鉀有助于了解植物體內(nèi)的營養(yǎng)元素，了解棉花對氮磷鉀吸收狀況，從而確定不同施肥處理對棉花吸收營養(yǎng)元素的影響。

由圖3 看出，在壽光棉田鹽漬土中，棉花所含全氮量最多， 其次為全鉀， 全磷量最少。 常規(guī)施肥＋NAM 處理中的棉花含氮量比對照和常規(guī)施肥處理分別高5.33 g·kg－1和3.01 g·kg－1。 常規(guī)施肥80%＋NAM 處理中的棉花含氮量比對照和常規(guī)施肥處理分別高2.73 g·kg－1和0.41 g·kg－1。 棉花全磷、 全鉀含量在不同處理中的變化趨勢與全氮相似， 常規(guī)施肥＋NAM 處理中的含量最高， 對照最低，常規(guī)施肥80%＋NAM 處理與常規(guī)施肥處理相差不大。 說明在鹽漬土中施加NAM 能促進棉花對氮、磷、鉀營養(yǎng)元素的吸收。

2.6 NAM 對棉花產(chǎn)量及氮肥農(nóng)學利用效率的影響

由表3 可以看出， 在壽光棉花地鹽漬土中，不施肥（CK）籽棉產(chǎn)量最低，說明肥料是促進作物增產(chǎn)的重要手段[9-10]。常規(guī)施肥＋NAM 處理下的籽棉產(chǎn)量顯著高于常規(guī)施肥處理。 常規(guī)施肥80%＋NAM 處理與常規(guī)施肥籽棉產(chǎn)量相當， 但具有更高的肥料偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學利用效率。 由此可看出，在添加NAM 的前提下，減少肥料20%的施用量依然能夠保證棉花的產(chǎn)量，這對節(jié)約肥料用量，提高肥料利用效率，提高經(jīng)濟效益和保護生態(tài)環(huán)境有重要意義。

圖3 不同施肥處理棉花植株中全氮、全磷、全鉀的含量

表3 不同處理下籽棉產(chǎn)量、肥料偏生產(chǎn)力及氮肥農(nóng)學利用效率的變化

3 討論

添加劑NAM 可有效改善鹽堿土壤理化性質(zhì)。在試驗中可知，肥料中添加NAM 處理的土壤養(yǎng)分含量、陽離子交換量等與常規(guī)施肥處理相比有一定量增加，而堿化度有一定的降低。 作物的生長需要多種元素綜合作用，各元素的含量只有保持在適當?shù)谋壤秶鷥?nèi)才能使其協(xié)調(diào)生長。陽離子交換量可直接反映土壤可以提供速效養(yǎng)分的量，也能表征土壤保肥能力、緩沖能力的大小[11-12]。 NAM 的添加提高了土壤養(yǎng)分含量和土壤陽離子交換量，使土壤保肥供肥能力有很大提高， 有利于作物產(chǎn)量的提高。同時，NAM 可降低土壤ESP 值， 有利于改良鹽漬化土壤。 各處理中0～10 cm 土層大多比10～20 cm 土層含有更高的養(yǎng)分含量， 這是由于施肥時總是把肥料施在土壤表層，經(jīng)過長時間積累養(yǎng)分含量變高，另外作物根系的吸收也會減少亞表層的土壤養(yǎng)分含量。試驗表明，與未施肥的對照比較，施用化學肥料的各處理， 土壤電導率都有一定的增加，說明化肥施用促進鹽分的積累， 加重土壤鹽漬化程度。因此，在鹽漬土壤中更應(yīng)謹慎施用化肥，減少化肥用量， 提高肥料利用效率。 在化肥中添加NAM是一種行之有效的手段。

NAM 可提高作物產(chǎn)量與氮肥農(nóng)學利用效率。 NAM 中的脲酶抑制劑通過抑制土壤脲酶活性來延緩尿素水解[13-14]，使土壤中的NH＋4―N 在較長時間內(nèi)維持較高的水平，提高作物后期的土壤總有效氮供應(yīng)，從而增加作物吸氮量，進而起到增產(chǎn)效果[15-17]。 硝化抑制劑可以抑制土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化， 減少硝態(tài)氮在土壤中的積累[18]，二者配合使用調(diào)節(jié)尿素氮的轉(zhuǎn)化過程，能延緩?fù)寥乐心蛩氐乃獠⑹顾夂筢尫懦龅陌痹谕寥乐械靡愿嗪透L時間的保持[19-21]，獲得作物高產(chǎn)。 本試驗表明，常規(guī)施肥80%＋NAM 棉花產(chǎn)量與常規(guī)施肥相當，但提高了肥料偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學利用效率， 減少肥料流失對環(huán)境造成的危害，提高了經(jīng)濟效益，保護了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?！▏G春，等）添加劑NAM 對鹽堿地棉花產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學利用效率的影響

4 結(jié)論

添加NAM 可改善土壤中的養(yǎng)分狀況，與常規(guī)施肥比較，土壤表層土中的有機質(zhì)增加了29.01%，堿解氮增加了16.36%，速效鉀增加了33.08%。 常規(guī)施肥＋NAM 處理土壤表層水溶性Na＋含量比對照降低了60.92%，有效抑制交換性Na＋的吸收，降低了堿化度，提高了CEC 含量，改善了土壤鹽漬情況。NAM 可以促進棉花對氮磷鉀營養(yǎng)的吸收，提高棉花產(chǎn)量，比常規(guī)施肥增產(chǎn)6.72%。NAM 可明顯提高肥料偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學利用效率，減少氮肥損失。因此，NAM 對改善土壤養(yǎng)分供應(yīng)和降低鹽堿程度有顯著功效，既可提高鹽堿地棉花產(chǎn)量，又可增加經(jīng)濟與環(huán)境效益。