李書田, 邢素麗, 張 炎, 崔榮宗

(1國際植物營養(yǎng)研究所(IPNI)北京辦事處/CAAS-IPNI 聯(lián)合試驗室, 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081; 2河北省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，河北石家莊 050051; 3新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，新疆烏魯木齊 8300913; 4山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，山東濟南 250100)

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鉀肥用量和施用時期對棉花產(chǎn)量品質和棉田鉀素平衡的影響

李書田1, 邢素麗2, 張 炎3, 崔榮宗4

(1國際植物營養(yǎng)研究所(IPNI)北京辦事處/CAAS-IPNI聯(lián)合試驗室, 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081; 2河北省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，河北石家莊 050051; 3新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，新疆烏魯木齊 8300913; 4山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，山東濟南 250100)

棉花; 鉀肥用量; 施鉀時期; 皮棉產(chǎn)量; 纖維品質

棉花需鉀量高，是典型的喜鉀作物，鉀素營養(yǎng)對棉花產(chǎn)量和纖維品質的形成起著關鍵作用[1-2]。鉀能提高棉花植株的光和速率、 改善碳水化合物和氮代謝，提高棉花抗黃萎病的能力[3-4]。施鉀是高肥力棉田維持棉花高產(chǎn)的重要措施[5]。然而，近年來隨著棉花產(chǎn)量提高、 高產(chǎn)品種應用以及氮、 磷化肥用量的增加，棉花對土壤鉀素的移走量逐年加大，棉田土壤鉀素損耗不能得到有效補充，有些地區(qū)陸續(xù)出現(xiàn)了土壤有效鉀含量下降, 甚至出現(xiàn)缺鉀現(xiàn)象[6]，許多地區(qū)施鉀具有顯著的增產(chǎn)作用，甚至有些高鉀地區(qū)施用鉀肥也具有一定的增產(chǎn)效應[7-11]。此外，棉花根系為直根系，根量相對較小，對土壤中鉀的吸收能力偏低，較其它大田作物對缺鉀更敏感[12-13]，因缺鉀而導致早衰已成為限制我國棉花高產(chǎn)、 穩(wěn)產(chǎn)的主要因素之一[14]。

然而近年來棉花不合理施肥依然突出，一方面，氮、 磷肥施用過量而鉀肥用量普遍不足，缺乏合適的用量。另一方面，鉀肥一次性作為基肥施用非常普遍，很少在需鉀高峰期施用，施肥方法不合理。最佳的施肥措施是選擇合適的鉀肥品種，用最佳的用量，在最佳的時期施在正確地位置。因此，本研究通過連續(xù)2年的田間試驗研究不同鉀肥用量和施鉀時期對棉花產(chǎn)量和纖維品質的影響，確定鉀肥正確的用量和合適施用時期，為棉花主產(chǎn)區(qū)養(yǎng)分綜合管理和科學施肥提供依據(jù)。

1　材料與方法

鉀肥用量試驗設6個處理，山東試驗點設K2O0、 30、 60、 120、 180、 240kg/hm2; 河北試驗點設0、 37.5、 75、 150、 225、 300kg/hm2; 新疆試驗點設K2O0、 18.75、 37.5、 75、 112.5、 150kg/hm2。各處理N和P2O5用量相同，山東、 河北、 新疆N和P2O5用量分別為210和90, 225和45, 240和150kg/hm2，肥料品種分別為尿素和過磷酸鈣、 尿素和二銨、 尿素和重過磷酸鈣，鉀肥均為氯化鉀。

鉀肥施用時期三地均設6個處理: 對照不施鉀 (CK)、 鉀肥100%基施(Ba)、 鉀肥50%基施(Ba)+50%開花期追施(Fl)、 鉀肥50%蕾期(Bu)+50%鈴期追施(Bl)、 鉀肥50%蕾期(Bu)+50%吐絮期追施(Bo)、 鉀肥50%開花期(Fl)+50%吐絮期施(Bo)。各處理N-P2O5-K2O用量相同，山東、 河北、 新疆分別為210-90-120、 225-45-150、 240-150-75kg/hm2。以上各處理重復3次，隨機排列，小區(qū)面積分別為30、 57.6、 50m2。

棉花品種山東為魯棉研28，河北為冀優(yōu)01，新疆為新陸早23。2012年和2013年的播種日期山東4月26和4月27日、 河北4月27和4月29日、 新疆4月26和4月30日。山東寬窄行(80cm×60cm)種植，株距32cm; 河北寬窄行(70cm×45cm)種植，株距30cm; 新疆膜下滴灌栽培，一膜4行種植，播幅內(nèi)寬、 窄行距配置為50-25-50-25cm，株距為9cm。試驗中各地秸稈均不還田。

在苗期、 蕾期、 開花期、 結鈴期、 吐絮期、 收獲期隨機采取5株棉花樣品，將采集的植株按不同器官(莖、 葉、 纖維、 種子、 鈴殼)分開、 混合、 烘干、 稱重、 粉碎，分析植株不同器官鉀含量，根據(jù)各部位的鉀含量和干物質質量計算地上部吸鉀量。每小區(qū)選擇3行手工收獲，分兩次采拾，第一次70%以上棉鈴吐絮，第二次為第一次采收后30天。棉花纖維樣品由植株上、 中、 下層棉纖維混合而成，產(chǎn)量以兩次收獲的子棉混合計產(chǎn)，軋花后測定皮棉產(chǎn)量和纖維品質土壤速效鉀含量采用1mol/L中性醋酸銨浸提，火焰光度法測定，植株中的鉀采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度法測定[15]。纖維品質測定: 河北試驗樣品送農(nóng)業(yè)部棉花品質監(jiān)督檢驗測試中心、 新疆試驗送新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質量標準與檢測技術研究所、 山東試驗送山東省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究中心檢測，均采用大容量纖維檢測儀(HVI)對棉花纖維樣品檢測分析。

表1　供試土壤理化性狀Table 1　Properties of tested soils

2　結果與分析

2.1鉀肥用量對棉花產(chǎn)量、 纖維品質和棉田鉀素平衡的影響

不同鉀肥用量對棉花產(chǎn)量的影響也因地點和年份有所不同(表2)。山東試驗點2012年不同鉀肥用量間對棉花產(chǎn)量的影響沒有顯著差異，而在2013年則用量間差異顯著，隨鉀肥用量增加而產(chǎn)量增加。在河北試驗點兩年試驗鉀肥用量間沒有顯著差異。在新疆試驗點兩年試驗鉀肥用量間均差異顯著，隨鉀肥用量增加而產(chǎn)量增加。

圖1　不同鉀肥用量下的干物質積累動態(tài)Fig.1　Dynamic accumulation of cotton dry matter in various rate of K application

圖2　不同鉀肥用量下棉花地上部鉀的累積動態(tài)Fig.2　Dynamic accumulation of uptake K by aboveground plants in various rate of K application

根據(jù)兩年不同處理的平均產(chǎn)量，通過鉀肥用量與皮棉產(chǎn)量的相關關系(圖3)估算出山東、 河北、 新疆試驗點最高產(chǎn)量施鉀量分別為K2O240、 174、 142kg/hm2，經(jīng)濟最佳施鉀量分別為K2O212、 150、 136kg/hm2。

2013年的試驗表明(表3)，在河北試驗點，鉀肥

表2不同鉀肥用量棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟效益

Table2CottonlintyieldandeconomicbenefitunderdifferentK2Orate

地點Location鉀用量K2Orate(kg/hm2)皮棉產(chǎn)量Lintyield(kg/hm2)增產(chǎn)率Yieldincrease(%)農(nóng)學效率AgronomyEfficiency(kg/kg,K2O)施鉀純收入IncomefromKapplication(yuan/hm2)20122013201220132012201320122013山東01563b1245cShandong301637ab1308b4.75.12.52.1019681746601684ab1338b7.77.52.01.55315625021201694ab1362ab8.49.41.10.98312029341801731a1417a10.713.80.90.96385842962401766a1418a13.013.90.80.7245364038河北01425b1481bHebei37.51513ab1524ab6.22.92.31.1523281110751530ab1531ab7.43.41.40.67261611401501534ab1619a7.69.30.70.92232234202251531ab1545ab7.44.30.50.2818248403001548a1497ab8.61.10.40.051902-960新疆01271c1526dXinjiang18.751285c1710c1.112.10.79.8300543037.51330b1655c4.68.51.63.414943690751430a1808b12.518.52.13.841708100112.51437a1871ab13.122.61.53.1416498101501393a1933a9.626.70.82.7269411490

注(Note): 肥料和皮棉價格Fertilizerandlintcottonprice:N4.5yuan/kg,P2O55.0yuan/kg,K2O4.8yuan/kg, 皮棉lintcotton30yuan/kg; 同一地點同一列數(shù)字后不同字母表示差異顯著(P<0.05)Valueswithdifferentlettersinthesamecolumninthesamelocationindicatessignificantdifference(P<0.05).

圖3　鉀肥用量與皮棉產(chǎn)量的關系Fig.3　Relationship between potash rate and cotton lint yield

在一定用量下增加纖維長度、 整齊度和比強度，降低馬克隆值，但不影響伸長率，而在山東和新疆試驗點，鉀肥不影響纖維品質，不同鉀肥用量間差異也不顯著。

表3　鉀肥用量對棉花纖維品質的影響Table 3　Effect of potash rate on cotton fibre quality indices

注(Note): 同一地點同一列數(shù)字后不同字母表示差異顯著(P<0.05)Valueswithdifferentlettersinthesamecolumninthesamelocationindicatessignificantdifference(P<0.05).

表4　不同鉀肥用量下棉田鉀素平衡 (20122013) (K2O kg/hm2)Table 4　K balance in cotton field in potashrate experiment

注(Note): *—鉀輸入包括鉀肥、 降雨、 灌溉水KinputincludesKfrompotash,rainfallandirrigation; **—鉀輸出指棉花地上部吸鉀量，秸稈不還田KoutputreferstouptakeKbyabovegroundcottonplants,nostrawreturn.

2.2.2 對棉花纖維品質的影響在山東試驗點，除2013年施鉀肥提高纖維長度，并以鉀肥全部基施處理纖維長度顯著高于50%鉀肥蕾期施+50%鉀肥吐絮期施外，不同時期施鉀肥對纖維品質的影響差異不顯著(表6)。在河北試驗點，2012年除50%鉀肥蕾期施+50%鉀肥吐絮期施的棉花纖維斷裂比強度比其他施鉀時期高外，其他品質指標沒有受鉀肥施用時期的影響; 2013年雖然與不施鉀相比，不同施鉀時期增加棉花纖維長度、 整齊度和比強度，但施肥時期間差異不顯著(表6)。在新疆試驗點，2012年50%鉀肥蕾期施+50%鉀肥鈴期施的纖維比強度比其他施鉀時期高，吐絮期施用50%鉀肥比其他施鉀時期的纖維伸長率高; 2013年后期施鉀增加棉花纖維長度，對其他品質指標沒有顯著影響(表6)。因此，鉀肥施用時期影響纖維長度、 斷裂比強度或纖維伸長率，但不同地點和年份影響指標和顯著性不一致。施鉀時期對纖維整齊度和馬克隆值沒有影響。

3　討論與結論

表5　鉀肥施用時期對棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響Table 5　Effect of time of potash application on cotton lint yield and economic benefit

注(Note): 河北、 山東和新疆試驗鉀肥用量K2OrateinHebei,ShandongandXinjiang: 150, 120, 75kg/hm2;CK—不施鉀noK;Ba—基施basal;Fl—開花期施Floweringstage;Bu—蕾期施Budstage;Bl—鈴期施Bollstage;Bo—吐絮期施Bollopening. 肥料和皮棉價格Priceoffertilizerandlintcotton: 4.5yuan/kgN, 5.0yuan/kgP2O5, 4.8yuan/kgK2O, 30yuan/kgcottonlint; 同一地點同一列數(shù)字后不同字母表示差異顯著(P<0.05)Valueswithdifferentlettersinthesamecolumninthesamelocationindicatessignificantdifference(P<0.05).

許多研究指出，施鉀可改善棉花纖維品質[27-31]。但也有研究指出，鉀肥對纖維品質指標沒有影響或對不同指標的影響有差異[1, 32-33]。研究人員在新疆的試驗表明，施鉀肥比不施鉀棉花絨長平均增加 0.4mm[6]。中等施鉀量(K2O180kg/hm2)可顯著改善棉花品質，主要增加棉纖維長度、 整齊度、 強度和伸長率，但對馬克隆值、 成熟度指數(shù)影響很小[19]。施鉀量和施鉀方式對上、 中、 下各層棉纖維品質指標的影響不明顯[11]。與不施鉀對照相比，一次性基施鉀肥對魯棉研21、 22、 28各部位棉鈴的纖維長度、 比強度、 馬克隆值、 成熟度及整齊度均無顯著影響，分次施鉀與一次性基施鉀肥對三品種纖維品質各相關指標影響也無顯著差異[26]。本研究表明，與不施鉀相比，鉀肥在一定用量下可改善某些品質指標，但因地點和年份而異，不同鉀肥用量對品質的影響差異不顯著。鉀肥施用時期影響纖維長度、 斷裂比強度或纖維伸長率，但不同地點和年份影響的指標和顯著性不一致，對纖維整齊度和馬克隆值沒有影響。造成這種不同結果的原因可能與土壤鉀素肥力、 棉花鉀素營養(yǎng)的基因型差異、 栽培措施以及氣候因素等有關。研究表明，低濃度鉀(6mmol/L)有利于改善棉花的纖維品質如纖維長度、 比強度、 馬克隆值，但高濃度鉀(12 和 24mmol/L)反而降低棉纖維品質[34]。種植密度和種植日期對棉花品質指標沒有顯著影響[20]。氣象因子影響棉花纖維品質，日平均溫度越高，>12℃有效積溫和降水日數(shù)越少，花纖維越長; 日均最低溫度越高，纖維強度越大，日均最低溫度和平均濕度越高、 降水日數(shù)越多，馬克隆值越大[35]。另外，棉花對鉀素吸收和利用效率存在基因型差異[13]，鉀肥對棉花產(chǎn)量和纖維品質的影響也存在基因型差異[4]。因此，關于鉀與棉花品質的關系及影響因素還有待進一步研究與明確。

表6　鉀肥施用時期對棉花纖維品質的影響Table 6　Effect of application time of potash on cotton fibre quality indices

注(Note): 河北、 山東和新疆試驗鉀肥用量K2OrateinHebei,ShandongandXinjiang: 150, 120, 75kgK2O/hm2;CK—不施鉀NoK;Ba—基施Basal;Fl—開花期施Floweringstage;Bu—蕾期施Budstage;Bl—鈴期施Bollstage;Bo—吐絮期施Bollopening. 同一地點同一列數(shù)字后不同字母表示差異顯著(P<0.05)Valueswithdifferentlettersinthesamecolumninthesamelocationindicatessignificantdifference(P<0.05).

表7　不同鉀肥施用時期下的棉田鉀素平衡 (20122013) (K2O kg/hm2)Table 7　K balance in cotton field under different time of K application

注(Note): 河北、 山東和新疆試驗鉀肥用量K2OrateinHebei,ShandongandXinjiang: 150, 120, 75kg/hm2;CK—不施鉀NoK;Ba—基施Basal;Fl—開花期施Floweringstage;Bu—蕾期施Budstage;Bl—鈴期施Bollstage;Bo—吐絮期施Bollopening; 鉀素輸入包括鉀肥、 降雨、 灌溉水KinputincludesKfrompotash,rainfallandirrigation; 鉀的輸出指棉花地上部吸鉀量，秸稈不還田KoutputreferstouptakeKbyabovegroundcottonplants,nostrawreturn.

棉田鉀的輸入/輸出及平衡分析表明，在本試驗棉花秸稈不還田情況下，河北和山東試驗點上一定鉀肥用量(K2O150和180kg/hm2)下可維持棉田鉀素平衡，但在新疆試驗點上最高鉀肥用量(K2O150kg/hm2)下系統(tǒng)鉀素為負平衡，造成土壤鉀素虧損。欲使棉田鉀素平衡，需通過施用鉀肥或秸稈還田補充移走的鉀素，否則長期虧損會造成土壤有效鉀含量下降，引起缺鉀。假設每年虧損K2O50kg/hm2，按照每公頃0—40cm土層450萬公斤土估算，則每年虧損K2O9.3mg/kg。本研究還表明，棉花秸稈對鉀素累積量遠高于籽棉，在山東、 河北、 新疆棉花秸稈累積的鉀量平均占地上部鉀累積量的74.6%、 76.5%和77.1%，如果棉花秸稈能夠全部還田，則施鉀處理的能夠維持鉀素平衡甚至盈余。因此，在確定鉀肥用量時，一定要考慮秸稈還田的數(shù)量和比例，在滿足作物需求的同時，維持或提高土壤鉀素肥力。

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Applicationrateandtimeofpotashforhighcottonyield,qualityandbalanceofsoilpotassium

LIShu-tian1,XINGSu-li2,ZHANGYan3,CUIRong-zong4

(1 International Plant Nutrition Institute Beijing Office/Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081,China; 2 Institute of Agricultural Resources and Environment, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, China; 3 Plant Nutrition and Water Saving Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091,Chian; 4 Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Science, Ji’nan 250100,China)

【Objectives】Thestudyontherightrateandrighttimeofpotash(K)applicationisthebaseforscientificuseoffertilizersinmaincottonareas.【Methods】FieldexperimentswereconductedsuccessivelytwoyearsinShandong,HebeiandXinjiangprovinces.ThetreatmentsofK2Orateexperimentswere: 0, 30, 60, 120, 180, 240kg/hm2inShandongProvince, 0, 37.5, 75, 150, 225, 300kg/hm2inHebeiProvince,and0, 18.75, 37.5, 75, 112.5, 150kg/hm2inXinjiangAutonomousRegion.ThetreatmentsofKapplicationtimeexperimentsinthreelocationsallincluded:Control(noK),allKappliedbasally, 50%basallyand50%topdressingatfloweringstage,topdressing50%atbudstageand50%atbollstage,topdressing50%atbudstageand50%atbollopenstage,topdressing50%atfloweringstageand50%atbollopenstage.【Results】TheKapplicationrateshadnosignificanteffectonthefiberquality,butontheyieldandeconomicprofitofcottonproduction.Potassiumwasmainlyaccumulatedbyabovegroundcottonplantsafterfloweringstagewiththepercentagesof54%-62%, 70%-73%and49%-67%oftotalKaccumulationduringthewholegrowthperiodinthetrialsofShandong,HebeiandXinjiang,respectively.PotashapplicationproducedmorelintcottonyieldandeconomicbenefitthanKomissionplots.Theeffectofpotashratesonlintyieldwasmoreobviousin2013thanin2012andtheeffectofpotashratesonlintyieldindifferentlocationswasXinjiang>Shandong>Hebei.TheK2Orateformaximumyieldwas142, 240, 174kg/hm2andforoptimumeconomicyieldwas136, 212, 150kg/hm2,respectively.ComparedwithcontrolwithoutK,somefiberqualityindiceswereaffectedbyKapplication,buttherewerenosignificantdifferencebetweenpotashrates.Whennostrawreturning,inShandongandHebei,annualapplicationofK2O180and150kg/hm2couldsustainapparentsoilKbalance,butinXinjiang,alltheexperimentedK2Oratesresultedinnegativebalance.Therighttimeofpotashapplicationwastopdressing50%atbudstageand50%atbollstageinHebeiandXinjiang,andtopdressing50%atbasaland50%atflowerstageinShandong,whichproducedmorelintyield,agronomicefficiencyandeconomicbenefitthanotherapplicationtimetreatments.Thelength,strengthandelongationoffiberwereaffectedbythetimeofKapplication,althoughtheeffectvariedinexperimentalyearsandlocations,thelengthuniformityandmacronairevalueoffibrewerenotaffectedbyapplicationtime.【Conclusions】Potashapplicationratehasnotaffectedthefibrequality,buttheyieldandprofitsofcottonproduction.TherightrateandtimeofpotashapplicationinShandongshouldbeK2O180-240kg/hm2,with50%basalland50%topdressingatfloweringstage;thoseinHebeishouldbeK2O150-180kg/hm2，topdressed50%atbudstageand50%atbollstage;thoseinXinjiangshouldbeK2O112.5-150kg/hm2,topdressed50%atbudstageand50%atbollstage.

cotton;potashrate;timeofKapplication;cottonyield;fiberquality

2014-12-17接受日期: 2015-01-12網(wǎng)絡出版日期: 2015-07-06

國際植物營養(yǎng)研究所(IPNI)資助。

李書田(1966—)，男，河北固安人，博士，研究員，主要從事植物營養(yǎng)與施肥研究。Tel: 010-82106209，E-mail:lishutian@caas.cn

S147.2;S562

A

1008-505X(2016)01-0111-11