盐碱地棉花施肥技巧探索
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盐渍化土壤中过多的盐离子导致棉花营养障碍和离子失衡［1］，偏碱性的土壤环境引起氮素肥料（氨）的挥发损失［2］，进而影响棉花养分吸收利用和生长发育，不利于棉花产量和品质的形成［3－4］。因此，盐碱地棉花施肥不同于非盐碱地。盐碱地棉田的施肥，不仅要考虑土壤养分状况和棉花对矿质养分的吸收，还应考虑盐分对土壤供肥能力和对棉花吸收利用养分的影响；不仅要考虑满足棉花生长发育的养分需求，还应考虑增强棉花耐盐性、减轻盐害的需要；不仅要考虑当季棉花的养分需求，还要考虑不断培养和提高盐碱地棉田的肥力，实现盐碱地改良、利用与培肥的有机结合［5］。基于此，我们以黄河三角洲滨海盐碱地棉田为试区，围绕盐碱地棉花营养特性与施肥技术开展了多年研究。本文依据这些研究结果，并结合前人相关研究报道，对滨海盐碱地棉花分类施肥技术及相应机理作简要述评。
1滨海盐碱地棉田盐分含量等级、盐分的季节性变化和地力特征
依据土壤全盐含量、棉花成苗和长势情况，把土壤中总可溶性盐分含量1～2．5g•kg－1的作为轻度盐碱地棉田，2．5～4．5g•kg－1的作为中度盐碱地棉田，4．5g•kg－1以上的作为重度盐碱地棉田［6］。据对黄河三角洲棉区的调查［6－7］，发现滨海盐碱棉田以轻度和中度盐碱地为主，分别占44．3％和40．6％，重度盐碱地仅占15．1％。受土壤水分蒸发和降水的影响，滨海盐碱地棉田表层土壤的含盐量随季节而变化。据我们观测，不同盐碱程度棉田盐分的季节性变化规律基本相同，均是春季棉田返盐，含盐量高；之后因淡水压盐，含盐量降到最低；夏季在降雨淋溶和蒸发的双重作用下，土壤含盐量出现起伏，但总体呈上升趋势，并于9月份棉花吐絮后基本恢复至淡水压盐前的盐分水平［7］。一般认为，盐碱地具有“有机质含量低、缺氮、贫磷、富钾”的普遍特征［8］。但是，据我们在黄河三角洲滨海盐碱地的研究，不同盐分含量棉田的有机质和速效养分含量差别较大［6］。重度、中度盐碱棉田与轻度盐碱棉田比较，有机质含量分别低24．0％和13．0％，碱解氮含量分别低37．0％和29．0％，有效磷含量分别低45．0％和15．0％［6］。有效钾含量则以中度盐碱棉田最低，轻度盐碱棉田次之，重度盐碱棉田最高；但重度盐碱棉田的有效钾含量在不同棉田间差异很大，高的达到297mg•kg－1，低的只有57mg•kg－1［6］。总体来看，重度盐碱地氮、磷比较缺乏，中度盐碱地氮、磷、钾的含量都不高，轻度盐碱地的钾含量则偏低［6］。进一步的研究还发现，重度盐碱地的肥力水平与开发植棉的年限有关。开垦植棉5年之内的盐碱地，地力水平较差；开垦植棉5年以上的盐碱地，地力水平有较大提高［6］。开发植棉年限短的重度盐碱地有机质含量很低，碱解氮和有效磷含量也严重不足，但含钾量很高，具有“有机质含量低，缺氮、贫磷、富钾”的典型特征；种植年限较长的重度盐碱地的土壤肥力与中度盐碱地基本相当，有机质、碱解氮和有效磷含量中等，但速效钾含量偏低［6］。这些特征可作为滨海盐渍棉田改良和施肥的重要依据。
2盐碱地棉田的营养障碍及其控制途径
盐渍化土壤通常含盐量过多、pH值偏高，一方面抑制了植物对氮素的吸收，另一方面也增加了氮肥中氨的挥发［1－2］；另外，灌水洗盐还造成盐碱地土壤中大量硝态氮随水淋失［9］。基于对盐碱地氨挥发机制及其影响因素的研究，发现通过对肥料的改性（如对氮素肥料包膜），或在肥料中添加高吸附性物质（如沸石粉），或与酸性物质、肥料混施，可以减少氮肥的氨挥发损失［9－10］；通过增施有机肥，改良盐渍化土壤，也可有效减少氮肥的损失［9］。盐渍土偏碱性的环境，导致大量磷素被土壤固定转化形成无效磷，故有效磷含量低是盐渍土营养的一个重要特征［9］。土壤盐分对磷素吸收的影响与氮素一样，随土壤含盐量的增加，作物对磷的吸收降低［9］。盐碱地合理施磷一方面改良了土壤，另一方面促进棉花形成壮苗［9］。不过，长期单一施用磷肥虽可大幅度提高土壤含磷量，但其中大量的磷被转化为无效态磷，而增加氮肥用量，合理的氮磷配比有助于降低有效态磷的无效化。同时发现，盐渍条件下作物对磷的需求能力并不因磷肥用量增加而增强，在一定施磷水平以上，磷肥的利用率随磷肥用量的增加而降低［9］。盐渍化土壤中钾素含量与土壤含盐量密切相关，当土壤含盐量较高，尤其Na＋含量高时，Na＋与K＋之间的拮抗作用直接影响植物对K＋的吸收；随着改土脱盐进程，土壤中的K＋又可随水流失，致使土壤速效钾含量降低［1，9］。如果土壤中可溶性盐分较高，而K＋浓度又不高时，施用钾肥不仅能满足作物生长对钾素的需求，还能促进作物体内盐分的代谢，促进根部有机溶液的积累，维持细胞内液泡的渗透压，增强作物耐盐胁迫的能力［5，9］。由以上分析可见，土壤中积累过多的盐离子和较高的pH值，一方面促进氮肥中氨的挥发或直接影响棉株对营养元素的吸收；另一方面也通过影响土壤的理化性状，间接影响棉株对肥料养分的吸收利用。增施有机肥、肥料包膜、合理氮磷配比等都是提高肥料利用率的有效途径。
3盐胁迫下棉花根系养分吸收利用特性与施肥效应
3．1盐胁迫下棉花根系养分吸收利用特点
盐碱地棉花对无机养分的吸收积累动态与非盐碱地棉花基本一致，都是苗期吸收利用少，蕾期增加，花铃期达到高峰，吐絮后又下降［9］。但是，在具体细节上与非盐碱地棉花存在差异，主要体现在非盐碱地棉花现蕾以后养分吸收积累迅速增长，现蕾到吐絮吸收量达到全生育期吸收总量的90．8％，而吐絮期只占4．2％；盐碱地与此不同，现蕾到吐絮吸收量只占全生育期吸收总量的80．3％，而吐絮期仍占14．7％［4，9］。说明盐碱地棉花吸收积累养分比非盐碱地棉花缓慢，养分积累量的峰值小，但持续时间长。这可能与盐碱地的盐分胁迫有关，土壤中过多的盐离子抑制了棉株对无机养分的吸收和积累。棉花的盐害主要在于渗透胁迫、盐离子毒害和营养失衡的共同作用。盐胁迫所致伤害的机制主要体现在，盐胁迫引起棉花生理干旱、离子毒害和营养失调，影响生理生化代谢，干扰棉花的正常生长发育［3］。土壤中积盐过多，会阻止棉花对一些必需营养元素的吸收，导致营养亏缺、代谢失调。盐胁迫对棉花蛋白质代谢影响很大，主要表现在盐分抑制氮的吸收，同时植株体内的蛋白质和氨基酸的合成速率降低，而蛋白质的分解速率加快，导致蛋白质的含量降低［11］，这与棉株体内氮转氨酶活性变化有关［12－13］。盐胁迫也影响核酸代谢，氯化物盐类显著影响棉花对磷酸盐的吸收利用，这是因为棉花吸收氯化物比吸收磷酸盐容易，而且氯化物盐类对磷由根向地上部的运转有抑制作用［11］。由于磷是构成DNA和RNA的重要元素，盐胁迫下核糖核酸酶的活性提高，加速核酸的降解［11］。盐胁迫显著降低棉苗对钙、镁、铜、锌、铁和钾的吸收［14］，NaCl胁迫显著降低棉苗叶片和根系钙、钾、镁、磷、锰等的含量，而铁、锌、铜的含量却有所提高［15］。研究发现低产盐渍土棉田的盐分含量显著高于高产盐渍土棉田，棉株氮、磷、钾吸收积累量为低产田＜中产田＜高产田［3－4，14－15］，表明盐胁迫对棉花主要养分吸收具有显著的抑制效应。大田条件下，随着土壤盐分含量的增加，棉花对氮、磷的吸收积累降低，土壤盐分含量对棉花氮、磷吸收积累的影响大于对钾素吸收积累的影响［4，9，16］。重度盐碱地棉花氮、磷积累量的峰值小于中度和轻度盐碱地，而花铃期对钾的吸收积累量最大［4，9］。棉花氮、磷、钾吸收比例和吸收量，因盐碱程度和产量水平而有明显差异［4，9］。轻度、中度和重度盐碱地棉花吸收氮、磷、钾的比例分别为1∶0．175∶0．537，1∶0．184∶0．524和1∶0．179∶0．646，平均为1∶0．179∶0．569［4］，而高产（皮棉产量达1500kg•hm－2水平）和低产（皮棉产量在750kg•hm－2左右）非盐碱地棉花吸收氮、磷、钾的比例分别为1∶0．158∶1．201和1∶0．135∶0．725，平均为1∶0．135∶0．725［17］。可见，盐碱地棉花吸收磷的比例高于非盐碱地棉花，而吸收钾的比例却低于非盐碱地棉花［4，9］；不同盐碱程度的盐碱地相比，中度盐碱地棉花吸收磷的比例较高，而重度盐碱地棉花吸收钾的比例较高［4］，原因可能在于重度盐碱地土壤中有效钾含量高，而碱解氮和有效磷含量却比较低，低产田的钾营养供应比较充足，而氮和磷营养比较缺乏。棉花吸收积累的氮、磷、钾总量，重度盐碱地棉花比中度和轻度盐碱地棉花明显偏少。轻度、中度和重度盐碱棉田每生产100kg皮棉：氮需求量分别为12．96kg，10．49kg，8．81kg，磷需求量分别为2．28kg，1．92kg，1．57kg，钾需求量分别为6．97kg，5．50kg，5．70kg［4］。理论上讲，产量水平越高，每生产100kg皮棉所需要的养分就越多。这些结果启示我们，盐碱地棉田应特别强调增施磷肥，同时由于低产盐渍棉田的有效钾含量较高，可少施或不施钾肥；而中、高产田的有效钾含量较低，应增施钾肥［16］。
3．2滨海盐碱地棉花的营养特性
棉花对养分的吸收随棉株生长和根系扩展，从苗期到盛花期逐步增加，至盛花期达到高峰，到吐絮期开始下降［17］。滨海盐碱地棉花也符合这一基本规律，但是吸收积累的氮、磷、钾总量，重度盐碱地（低产）棉花比轻度盐碱地（高产）棉花明显偏少［4］。虽然重度盐碱地土壤中钾含量高于中、轻度盐碱地，但一方面氮和磷的含量偏低，另一方面土壤中较高的盐分影响棉花对养分的吸收［7，18－19］，总体上重度盐碱地的有效养分供应相对不足，这是盐碱地棉花产量低的重要原因［20］。棉花产量与吸收利用养分的多少和效率密切相关，总体上棉花的生物产量和皮棉产量随着养分吸收量的增多而增加，但养分利用效率降低［4］。一般随土壤养分有效性的降低，植物养分利用效率增大［21－22］。滨海盐碱地中、低产田棉花的主要养分吸收量显著低于高产田，而养分生理利用效率（棉株吸收积累单位养分元素所生产的皮棉量）显著高于高产田［4］。高、中、低产田棉花的氮素生理利用效率（以N计算）分别为4．81kg•kg－1，6．33kg•kg－1和8．05kg•kg－1；磷素生理利用效率（以P计算）分别为28．57kg•kg－1，40．06kg•kg－1和50．48kg•kg－1；钾素生理利用效率（以K计算）分别为9．16kg•kg－1，11．58kg•kg－1和12．76kg•kg－1［4］。中、低产田棉花的净光合速率和生物产量明显低于高产田；皮棉产量也显著低于高产田，分别低12．44％和36．93％；但棉柴比（子棉与棉柴的质量之比）显著高于高产田［4］。表明滨海盐碱地中、低产田的盐分高而养分有效性和供应能力差，影响棉花的养分吸收利用，进而阻碍棉花生长发育和干物质积累。
3．3盐碱地施肥增强棉花耐盐性的机制
盐渍土中盐分离子主要包括Cl－、SO42－、HCO3－、CO32－、Na＋、K＋、Mg2＋和Ca2＋等，这些离子以不同比例组合存在，提高了土壤溶液的渗透压，影响作物对养分和水分的吸收［1］。Na＋与K＋和Ca2＋之间存在拮抗关系，高浓度的Na＋抑制植物对K＋和Ca2＋的吸收；Cl－具有非滞留性和强淋溶性，使土壤中交换性Ca2＋下降，造成Mg2＋和Ca2＋的大量淋失，Cl－的存在还阻碍NO3－－N的吸收［23］。据报道，随土壤含盐量增加，小麦根中Cl－、Na＋明显增加，K＋和Ca2＋则降低［24］；甜菜叶中Cl－、Na＋含量随土壤含盐量的增加而增加，K＋和Mg2＋含量则减少［24］；NaCl胁迫下黄瓜和菠菜吸收NO3－－N的能力下降［23］；土壤含盐量愈高，氮肥中氨的挥发损失也愈多［1］，致使盐渍土氮素利用率降低。定位试验表明，盐渍土长期施用磷肥，土壤含磷量可大幅度提高，但有效磷含量并不高，氮、磷肥合理配比施用是提高磷素利用率的重要措施之一［1］。钾能增强作物的耐盐性［25－26］，K＋通过维持酶构象的稳定性而活化丙酮酸激酶和ADP葡萄糖－淀粉合成酶等60多种酶［27－28］，从而在光合和呼吸代谢中有非常重要的作用。液胞中的K＋主要起渗透调节作用［29－30］，调节细胞水势和膨压，从而调节气孔开闭［27－28］。严重缺钾时会给植物生长发育带来严重不良影响［31］。随着洗盐改土进程，钾素会随水流失，土壤速效钾含量降低，故在钾含量不丰富的盐渍土中施用钾肥具有特殊意义［32］。氮、磷肥配合，尤其是氮、磷、钾肥配合施用，增加棉株氮、磷、钾养分吸收积累量而减少Na＋吸收积累量，维持较高的叶面积、叶绿素含量和净光合速率，延缓了棉花衰老［16］。说明，在盐渍土棉田合理施肥不仅改善了盐渍土棉花的营养状况，还在一定程度上减轻了盐害，这可能既是施肥增强棉花耐盐性的机制，也是盐渍土棉花合理施肥的增产机理。
3．4盐碱地棉花根际施肥效应
土壤含有过多盐分、养分缺乏且不平衡均可影响棉花的养分吸收和生长发育，不利于其产量和品质的形成［1，3－4］。棉花产量与吸收利用养分的多少和效率密切相关，总体上棉花的生物产量和皮棉产量随着养分吸收量的增多而增加［4，21－22］。研究表明，中、高盐田的土壤盐分含量显著高于低盐田，因而显著影响棉花对养分的吸收；而中、高盐田的土壤养分含量显著低于低盐田，不仅造成土壤养分供应不足，而且有效性也较低［16］。因此，应综合考虑多种因素确定不同类型棉田相应的施肥量和配比，提高养分利用效率。低盐、中盐、高盐棉田的棉株干物质质量均以氮、磷、钾肥配合的处理较高，而且中盐、高盐棉田施肥处理的干物质质量增加幅度明显高于低盐棉田［16］。这说明，无论含盐量高低，合理施肥皆可促进盐渍土棉花的生长发育，提高生物产量和经济产量，而且在产量较低的中、高盐棉田施肥的增产幅度更大，养分农学利用效率（施用单位肥料养分所增产的皮棉量）也较高。虽然施肥处理的棉花经济系数有所降低，但因营养生长较好，生物产量明显提高，经济产量也随之提高，尤其是中、高盐田施肥的增产效果更显著［16］。棉花在中、高盐棉田的养分吸收量显著低于低盐棉田［16］。说明随着棉田盐碱程度的加重，盐分对棉花养分吸收利用的影响也加大。这一结果暗示，在含盐量较高的棉田，棉花产量的主要限制因素是土壤含盐量，试图通过多施肥达到轻度盐碱地棉田的产量是不现实的。降低盐渍土棉田盐分含量并不断培肥地力，增强土壤养分的平衡供给能力，是提高重度盐渍土棉花产量的根本途径［1，4，20］。据研究，氮、磷肥配合，尤其是氮、磷、钾肥配合施用显著增加了低、中、高盐田棉花的氮、磷、钾养分吸收量，减少了Na＋吸收积累量［16］。低、中、高盐田棉花的氮、磷、钾养分农学利用效率均以氮、磷、钾配施的处理较高，氮养分农学利用效率（以N计算）分别为0．20kg•kg－1，1．95kg•kg－1和2．07kg•kg－1，磷养分农学利用效率（以P计算）分别为0．87kg•kg－1，8．35kg•kg－1和8．71kg•kg－1，钾养分农学利用效率（以K计算）分别为0．26kg•kg－1、2．89kg•kg－1和3．77kg•kg－1［16］。氮、磷、钾肥配合施用还维持了较高的棉株叶面积、叶绿素含量和净光合速率。低、中、高盐田棉花的生物产量和皮棉产量也均以氮、磷、钾肥配施的处理较高，皮棉产量比对照分别增产2．53％，28．67％和30．47％［16］。表明依据盐碱程度分类合理施肥是减轻盐渍土营养障碍、改善棉花营养、提高养分农学利用效率和棉花产量的有效途径。
4盐胁迫下棉花叶面施肥效应
土壤施肥后，棉株对土壤养分的吸收利用受土壤温度、湿度、盐碱和微生物等多种因素影响，尤其是在盐分含量较高的土壤中仅仅依靠根际施肥的效果并不好。而采用叶面施肥，养分不经过土壤作用，避免了土壤固定和淋溶等损失，养分利用率有较大幅度的提高。一般土壤施肥当季氮利用率只有25％～35％，而叶面施肥在24h内即可吸收70％以上［33］，而肥料用量仅为土壤施肥量的1／10～1／5［34］。由此可见，叶面施肥对改善盐碱地棉花的营养具有重要作用。盆栽试验条件下15N示踪结果［35］表明，在同等施肥量的情况下，盐胁迫的棉花以根际施肥与叶面喷肥相结合的效果最好，单株干物质量比单一根际施肥和叶面施肥分别提高6．9％和27．3％；根际施肥结合叶面喷施，棉株对氮肥吸收快、利用率高，施肥7d后，根际结合叶面喷施处理的总15N量比根施增加16．8％，比叶面喷施增加20．5％；22d后则比根施、叶面喷施分别增加了17．8％和73．5％。根区盐胁迫显著降低棉花根系对养分的吸收，但基本不影响棉花叶面对肥料养分的吸收利用。根际施肥与叶面喷肥相结合有效提高了盐碱地棉花的肥料利用率［35－36］。植物叶片与外界进行物质交换主要有三条途径：一是分布在叶面的气孔，二是叶表面角质层的亲水小孔，三是通过叶片细胞的质外连丝进行主动吸收。营养物质主要通过这三条途径由叶表面进入叶肉细胞［37－38］。受盐碱地盐分过多和土壤结构差的影响，单纯依靠根际施肥的重度盐碱地棉花，营养往往供应不足，根系衰老较快，后期脱肥现象较为普遍。在这种情况下，可以通过叶面喷肥有效缓解［36］。由于温度、湿度、光照等环境因素随喷施时间的不同而有较大差异，对叶面养分吸收将产生不同程度的影响［39］。因此，选择合适的喷施时间非常重要。溶液在叶片上保持润湿30min到1h左右吸收效果较好［40］，因此选在无风或风速较小的晴天7：00－9：00和17：00－19：00喷施，有利于提高叶面肥喷施效果［41］。
5滨海盐碱地棉花施肥原则和技术
科学施肥是棉花增产的重要途径，根据滨海盐碱地的地力特征和棉花营养特性，施肥应掌握以下原则：充分考虑盐碱地土壤中过多盐离子的不利影响，各类盐碱地应强调足量施用磷肥、适量施用氮肥；重度盐渍棉田有效钾含量较高，一般不施钾肥，适当增施氮肥；而中度和轻度盐碱棉田应适当增施钾肥。重度盐碱地施肥的增产效果明显，但土壤中的盐分显著抑制棉花生长和养分的吸收，增加施肥量的增产效果受到较大制约，不宜多施肥，更不宜过多施钾肥［9，42］。还必须注意的是，盐碱地氮肥的氨挥发较为严重，进一步降低了肥料的利用率［9］。要从根本上减少肥料损失、提高肥效，一方面要合理施肥，另一方面要不断改良盐碱地，降低土壤含盐量，改善土壤理化性状［20，43］。依据多年试验结果并结合盐碱地棉花生产实践，建立了依据土壤盐分含量、地力水平和产量目标分类施肥［8－9，12，16］，及普通肥料与缓／控释肥相结合［10］、根际肥和叶面肥相结合［12］的滨海盐碱地棉花施肥技术。在每公顷施用优质有机肥22．5～30．0t或棉花秸秆全部粉碎还田的基础上，各类盐碱地棉田氮、磷、钾化肥的合理用量是：含盐量0．25％以下的轻度盐碱地，子棉目标产量为每公顷3750～4500kg，每公顷化肥用量分别为N195～225kg，P2O590～105kg，K2O105～120kg。其中，磷肥全部作基肥施用，氮肥和钾肥用作基肥各占40％，花铃期追肥各占60％。提倡采用控释氮肥，推荐每公顷90kg控释氮肥＋90kg普通氮肥，作基肥一次施用，磷、钾肥用量不变。含盐量0．25％～0．45％的中度盐碱地，子棉目标产量为每公顷3000～3375kg，每公顷化肥用量分别为N150～180kg，P2O575～80kg，K2O75～90kg。其中，磷、钾肥全部作基肥施用，氮肥用作基肥占50％，花铃期追肥占50％。提倡采用控释氮肥，推荐每公顷75kg控释氮肥＋75kg普通氮肥，作基肥一次施用。磷、钾肥用量不变。含盐量0．45％以上的重度盐碱地，子棉目标产量为每公顷2025～2625kg，每公顷化肥用量分别为N120～150kg，P2O550～60kg，K2O30～35kg。其中，磷、钾肥全部作基肥施用，氮肥用作基肥占50％，初花期追肥占50％。提倡采用控释氮肥，推荐每公顷60kg控释氮肥＋60kg普通氮肥，作基肥一次施用。磷、钾肥用量不变。刚开垦或种植年限较短的重度盐碱地（土壤含钾量一般较高）可不施钾肥。在此基础上，自8月初开始叶面喷肥，用浓度为尿素2％和磷酸二氢钾0．5％的混合溶液叶面喷施2～3次。
6结语
不同类型盐碱棉田的供肥能力不同，不同盐分含量和不同肥力盐碱地的棉花产量目标不同。因此，滨海盐碱地棉花应依据土壤盐分含量、地力水平和产量目标分类施肥。