液体氮肥对棉花生长、产量及品质的影响

Effect of Liquid Nitrogen Fertilizer on Growth, Yield and Quality of Cotton

摘要: 试验研究了施用液体氮肥对棉花农艺性状、土壤养分、产量和品质的影响。结果表明：施用液体氮肥后，能提升棉花株高、果枝数和蕾数；土壤有效磷含量较习惯施肥增加60.8%~111.7%；铃期土壤含盐量比习惯施肥低34.0%，同时降低生育期内土壤pH值；籽棉和皮棉产量分别增加7.9%和3.3%，产值和收益增加8.9%和22.1%，在增加棉花产量的同时，也提升了棉花品质，符合纺织业对棉纤维品质提出的“双30”要求。本研究为南疆棉花高产和液体氮肥的大面积应用与推广提供了理论支撑。

Abstract: The effects of liquid nitrogen fertilizer application on cotton agronomic traits, soil nutrients, yield and quality were investigated in the experiment. The results showed that: the application of liquid nitrogen fertilizer can improve the height of cotton plants, the number of fruiting branches and the number of buds; the effective phosphorus content of the soil increased by 60.8%~111.7% compared with the customary application of fertilizer; the salt content of the soil in the boll stage was 34.0% lower than the customary application of fertilizer, and at the same time, it reduced the pH value of the soil in the reproductive period; the production of seed cotton and lint was increased by 7.9% and 3.3%, and the production value and income were increased by 8.9% and 22.1%, and the cotton quality was also improved at the same time, which is in line with the “cotton fiber quality” proposed by the textile industry. Cotton yield, but also improve the quality of cotton, in line with the textile industry on the quality of cotton fiber “double 30” requirements. This study provides theoretical support for the high yield of cotton and the large-scale application and promotion of liquid nitrogen fertilizer in southern Xinjiang.

1. 引言

棉花是新疆重要的经济作物，棉花产量的高低对提高棉农收入，促进区域经济发展起到了举足轻重的作用。施用化肥能够提高作物产量，但是持续增加化肥用量对棉花单产提高已呈现负效应，带来的经济效益也逐渐降低[1]。液体氮肥是中国未来肥料市场的主力军，主要是尿素硝酸铵溶液，简称UAN溶液，是一种新型高效环保的新型液体肥料，含有硝态氮、铵态氮和酰胺态氮三种形态氮，在欧美国家应用广泛[2]。UAN溶液能与水以任意比例互溶，同时配合智能化施肥系统，适合用于水肥一体化技术。尿素硝酸铵溶液是以合成氨与硝酸中和形成的硝酸铵溶液、尿素溶液为原料按比例加工而成的水溶肥料。在国际市场上一般有3个等级的尿素硝酸铵溶液销售，即含N 28%，30%和32%。在尿素硝铵溶液中，通常硝态氮含量在6.5%~7.5%，铵态氮含量在6.5-7.5%，酰胺态氮含量在14%~17%。新疆玉象胡杨的UAN的N含量为32%，其中硝态氮含量在7.5%，铵态氮含量在7.5%，酰胺态氮含量在17%。不同的氮素形态会对作物生长产生显著影响，且液体氮肥的施用会促进作物的生长发育[3] [4]。液体氮肥在小麦、玉米和水稻等作物上均开展过相关试验，效果良好[5]。有研究表明，施用液体氮肥可有效降低玉米生育期内土壤pH值，改善植株农艺性状，显著提高籽粒干物质量，从而促进玉米产量的增加[6] [7] [8]。施用液体氮肥呈现较低的土壤氮素盈余，可以提高氮的效率，促进作物对氮素的吸收，达到减肥增效的目的[9] [10]。通过在田间安装智能化施肥系统，同时配合智慧滴灌系统，研究液体氮肥对棉花农艺性状、土壤养分含量、产量及品质等的影响，以期为南疆棉田合理施用液体氮肥及化肥减量增效提供理论支撑。

2. 材料与方法

2.1. 试验地概况

试验地设在第一师13团，试验地平坦、整齐，土壤质地为砂壤土，于2023年4~10月开展本次试验。前茬作物为棉花，收获后机力粉碎棉秆，播种前放春灌水，不施用基肥。试验地土壤理化性状见表1。

Table 1. Basic physico-chemical properties of soil in the arable layer of the test site

表1. 试验地耕层土壤基本理化性状

处理	有机质(g/kg)	碱解氮(mg/kg)	有效磷(mg/kg)	速效钾(mg/kg)	全盐量(g/kg)	pH值
习惯施肥	10.1	29.2	40.3	112	1.9	8.35
液体氮肥	9.67	33.7	60.7	108	2.0	8.42

2.2. 供试品种

供试棉花品种为塔河2号，生育期在136天左右。

2.3. 供试肥料

液体氮肥：N含量为32%，其中硝态氮含量7.5%，铵态氮含量7.5%，酰胺态氮含量17%。由新疆玉象胡杨化工有限公司提供。

习惯施肥：尿素：N含量为46%；磷酸一铵含：N含量为11.5%，P₂O₅含量为60.5%；硫酸钾：K₂O含量为51%；复合肥：N-P₂O₅-K₂O比例为15-15-15。

2.4. 试验设计

试验共设2个处理。

处理1：习惯施肥，面积2 hm²，整个生育期养分总量：N 327.75 kg/hm²，P₂O₅ 272.25 kg/hm²，K₂O 153 kg/hm²。

处理2：施用液体氮肥，面积10 hm²，整个生育期养分总量：N 1012.5 kg/hm²，P₂O₅ 90 kg/hm²，K₂O 90 kg/hm²。

田间管理除施肥不同外，其它管理措施均一致。土壤样品采集和棉花农艺性状调查分别在苗期、蕾期、花期和铃期进行。株高用卷尺测定，子叶节至生长点间的距离即为棉花株高；果枝数、蕾数及铃数均采用人工数测。每个处理各选择3个棉花长势均匀的点进行取样与田间调查。棉花产量以理论值计。

2.5. 检测方法

在不同生育期采集0~30 cm土层土壤，土壤样品检测方法按农业及林业行业相关标准执行，其中碱解氮的执行标准为LY/T 1228-2015，采用碱解扩散法测定；有效磷的执行标准为LY/T 1232-2015，采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提——钼锑抗比色法测定；速效钾的执行标准为LY/T 1234-2015，采用1 mol/L乙酸铵浸提——火焰光度计测定；pH值的执行标准为NY/T 1121.2-2006，采用酸度计法测定，水土比2.5:1；全盐量的执行标准为LY/T 1251-1999，采用电导法测定，水土比5:1。

棉花纤维品质采用大容量快速棉纤维检测仪HVI1000进行测定。

2.6. 数据处理

采用Excel 2010对试验数据进行处理。

3. 结果与分析

3.1. 施用液体氮肥对棉花农艺性状的影响

由表2可知，从苗期到花期，施用液体氮肥后棉花株高均高于习惯施肥，比习惯施肥分别增加3.8%、14.3%和9.2%，蕾期表现最显著；果枝数从蕾期到铃数，施用液体氮肥比习惯施肥分别增加了0.4台、1.4台和1.4台；施用液体氮肥处理在蕾期和花期的蕾数分别比习惯施肥多1.1个和3个；施用液体氮肥后在花期和铃期的铃数与习惯施肥相比差别不明显。表明施用液体氮肥能够提升棉花株高、果枝数和蕾数。

Table 2. Effect of different treatments on agronomic traits in cotton

表2. 不同处理对棉花农艺性状的影响

农艺性状	苗期		蕾期		花期		铃期
	习惯 施肥	液体 氮肥	习惯 施肥	液体 氮肥	习惯 施肥	液体 氮肥	习惯 施肥	液体 氮肥
株高(cm)	7.8	8.1	51.1	58.4	65.3	71.3	-	-
果枝数(台)	-	-	7.7	8.1	10.6	12.0	10.7	12.1
蕾数(个)	-	-	8.3	9.4	14.7	17.4	-	-
铃数(个)	-	-	-	-	1.1	1.8	7.4	6.5

3.2. 施用液体氮肥对土壤养分及盐分含量的影响

由表3可知，土壤碱解氮含量，施用液体氮肥处理在苗期和铃期高于习惯施肥，在其他生育期低于习惯施肥，其中蕾期碱解氮含量差异最大，施用液体氮肥处理为37.3 mg/kg，相比习惯施肥低了45.6%；全生育期内有效磷含量，施用液体氮肥的处理均高于习惯施肥，在苗期、花期和铃期差异明显，较习惯施肥增加比例达到60.8%~111.7%；施用液体氮肥处理土壤速效钾含量在苗期、花期和铃期均低于习惯施肥，分别比习惯施肥低3.0%、8.7%和5.6%，在蕾期高于习惯施肥，达到17.5%；土壤全盐量表现出在苗期、蕾期和花期处于较低水平，含盐量在2.0~3.0 g/kg，铃期习惯施肥土壤含盐量达到5.0 g/kg，施用液体氮肥处理含盐量较其他生育期虽略有增加，但比习惯施肥低34.0%；习惯施肥土壤pH值在整个生育期均处于较高水平，施用液体氮肥处理土壤pH值均低于习惯施肥，铃期不同处理土壤pH值较其他生育期均有下降趋势，尤其是施用液体氮肥土壤pH降低为7.74。整体来看，铃期土壤含盐量较其他生育期有增加趋势，而土壤pH值则呈下降趋势，土壤含盐量和土壤pH值之间的关系还有待近一步深入研究。

Table 3. Effect of different treatments on soil nutrient and salt content

表3. 不同处理对土壤养分及盐分含量的影响

生育期	处理	碱解氮(mg/kg)	有效磷(mg/kg)	速效钾(mg/kg)	全盐量(g/kg)	pH值
苗期	习惯施肥	35.6	48.0	134	2.0	8.50
	液体氮肥	41.4	77.2	130	2.1	8.36
蕾期	习惯施肥	68.6	77.6	137	2.3	8.57
	液体氮肥	37.3	83.0	161	3.0	8.49
花期	习惯施肥	63.4	40.9	161	2.7	8.78
	液体氮肥	59.9	86.6	147	2.4	8.56
铃期	习惯施肥	69.2	40.6	144	5.0	8.14
	液体氮肥	74.6	85.6	136	3.3	7.74

3.3. 施用液体氮肥对棉花产量的影响

由表4可知，施用液体氮肥处理收获株数为177,000株/hm²，比习惯施肥高9.3%；单株结铃数和单铃重基本施用液体氮肥后基本没有差别；习惯施肥衣分为46.4%，比液体氮肥处理高4.5%。整体来看，施用液体氮肥籽棉和皮棉产量分别为6816.0 kg/hm²和3160.5 kg/hm²，比习惯施肥增加7.9%和3.3%。

Table 4. Effect of different treatments on cotton yield

表4. 不同处理对棉花产量的影响

处理	收获株数 (株/hm^2)	单株结铃数 (个)	单铃重 (g)	衣分 (%)	籽棉重 (kg/hm^2)	皮棉重 (kg/hm^2)
习惯施肥	162,000	6.9	6.08	46.4	6816.0	3160.5
液体氮肥	177,000	6.8	6.10	44.4	7356.0	3265.5

3.4. 施用液体氮肥对棉花产值的影响

由表5可知，施用液体氮肥处理投入肥料及其他成本分别为4471.5元/hm²、21120.0元/hm²，均低于当地习惯施肥，分别比习惯施肥低9.7%和3.3%，施用液体氮肥同时配合智能化施肥系统，在一定程度上节约人工成本，故其他成本投入低于习惯施肥；施用液体氮肥处理的产值和收益分别为51495.0元/hm²、25903.5元/hm²，比习惯施肥增加8.9%和22.1%；投入产出比施用液体氮肥高于习惯施肥。

Table 5. Effect of different treatments on cotton output value

表5. 不同处理对棉花产值的影响

处理	籽棉重(kg/hm^2)	肥料成本 (元/hm^2)	其他成本 (元/hm^2)	产值 (元/hm^2)	收益 (元/hm^2)	投入产 出比
习惯施肥	6816.0	4954.5	21720.0	47712.0	21037.5	1:1.8
液体氮肥	7356.0	4471.5	21120.0	51495.0	25903.5	1:2.0

注：表5中肥料成本为2023年平均价格：尿素2.16元/kg，磷酸一铵5.69元/kg，硫酸钾3.67元/kg，复合肥(15-15-15) 4.6元/kg，液体氮肥尿素硝酸铵溶1.86元/kg。籽棉平均收购单价7元/kg。其他成本是指扣除肥料成本外的生产成本、田间管理及机耕费。

3.5. 施用液体氮肥对棉花纤维品质的影响

由表6可知，施用液体氮肥处理的纤维长度、长度整齐度、断裂伸长率分别为30.48 mm、87.25%和11.45%，均高于习惯施肥。马克隆值分为A、B、C三级，B级为标准级，A级范围为3.7~4.2，品质最好，B级范围为3.5~3.6和4.3~4.9；C级取值范围为3.4及以下和5.0及以上，品质最差；施用液体氮肥处理马克隆值为4.30，为B级，习惯施肥为5.16，为C级；表明施用液体氮肥有利于提升棉花品质。马克隆值是反映棉花纤维细度和成熟度的综合指标，是棉纤维重要的内在质量指标之一[11]。根据纺织业对棉纤维品质提出的“双30”要求[12]，纤维长度≥30 mm，断裂比强度≥30 cN/tex。本研究中施用液体氮肥处理纤维长度是30.48 mm，断裂比强度为30.50 cN/tex，满足“双30”要求。整体来看，施用液体氮肥在获得较高籽棉产量的同时，也提高了棉纤维品质。

Table 6. Effect of different treatments on fiber quality of cotton

表6. 不同处理对棉花纤维品质的影响

处理	马克隆值	纤维长度 (mm)	长度整齐度(%)	短纤维率 (%)	断裂比强度 (cN/tex)	断裂伸长率 (%)	棉纤维 成熟度
习惯施肥	5.16	29.55	85.85	8.70	33.90	10.90	0.85
液体氮肥	4.30	30.48	87.25	4.65	30.50	11.45	0.83

4. 讨论

施用液体氮肥能够提升棉花株高、果枝数和蕾数，为棉花丰产奠定基础。整个生育期内，施用液体氮肥处理土壤有效磷含量均高于习惯施肥，较习惯施肥增加比例为60.8%~111.7%，一方面可能是由于土壤基础理化性状中有效磷含量本来就高，另一方面液体氮肥为偏酸性肥料，pH值为6~6.5，施用后可能会减少土壤对磷的固定，提高土壤有效磷含量，但活化效果和机制尚不清楚。牛长英[13]等研究认为施用液体氮肥能提高土壤碱解氮和速效钾含量，本试验中对土壤碱解氮和速效钾含量的影响还有待进一步研究。铃期施用液体氮肥处理土壤含盐量比习惯施肥低34.0%，其他生育期差别不明显；整个生育期内，施用液体氮肥处理土壤pH值均低于习惯施肥。

施用液体氮肥提高了收获株数，比习惯施肥增加9.3%；施用液体氮肥籽棉和皮棉产量分别比习惯施肥增加7.9%和3.3%，产值和收益增加8.9%和22.1%，投入产出比高于习惯施肥。本研究中，液体氮肥通过智能化施肥系统及智慧滴灌系统接入棉田原有滴灌系统以实现自动化、智能化、精量化施肥，不仅减少了劳动力支出，还能够降低肥料用量。总体来看，施用液体氮肥有利于提高棉花产值和收益。

许乃银[14]等认为纤维长度、长度整齐度及断裂比强度能够提升棉花质量，而马克隆值则降低棉花质量。本研究中，施用液体氮肥处理的纤维长度、长度整齐度、断裂伸长率分别为30.48 mm、87.25%和11.45%，均高于习惯施肥，其中纤维长度和长度整齐度分别比习惯施肥高3.15%和1.63%，达到二级和很高级档次；施用液体氮肥处理的断裂比强度为30.50 cN/tex，虽然低于习惯施肥，但在断裂比强度分档中达到强的档次；施用液体氮肥处理的马克隆值为4.30，达到标准级，符合纺织业对棉纤维品质提出的“双30”要求。棉花纤维短纤维率是锯齿细绒棉中纤维长度短于一定界限的纤维质量占总质量的百分数[15]，本研究中，施用液体氮肥处理短纤维率为4.65%，显著低于习惯施肥的8.70%。整体来看，施用液体氮肥有利于棉花品质的提升。

有研究表明[16]，液体氮肥减量20%并保持常规条件下基肥与追肥比例，不影响作物产量，同时能显著提高氮素农学效率、氮素利用率和氮素偏生产力。液体氮肥中含有的硝态氮、铵态氮和酰胺态氮三种形态的氮，这可能就是液体氮肥能够提高作物产量和氮肥利用率的主要原因[17]。通过本研究可以看出，在南疆棉田上科学施用液体氮肥，达到了水肥均衡，能够促进棉花生长发育，增加棉花产量，提升棉花纤维品质，提高产值和收益，为化肥减量增效技术提供了新的实现途径。

5. 结论

1) 与习惯施肥相比，施用液体氮肥提高了棉花株高、果枝数、蕾数和收获株数，为棉花丰产奠定了基础。

2) 整个生育期土壤pH值有下降趋势，铃期施用液体氮肥土壤pH降低为7.74，且铃期土壤含盐量比习惯施肥低34.0%；针对南疆土壤盐碱较重的问题，提供了可以通过施用液体氮肥改良盐碱问题这一新的途径。

3) 施用液体氮肥后，籽棉和皮棉产量分别增加7.9%和3.3%；液体氮肥通过智能化施肥系统及智慧滴灌系统接入棉田原有滴灌系统以实现自动化、智能化、精量化施肥，不仅减少了劳动力支出，还能够降低肥料用量，产值和收益增加8.9%和22.1%；施用液体氮肥处理短纤维率为4.65%，显著低于习惯施肥的8.70%，改善了棉花纤维品质，为南疆棉花高产提供了技术支撑。

基金项目

合作课题《液体肥水肥一体化及智能施肥应用技术》。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。