基肥減施對不同棉花品種養(yǎng)分吸收差異及產(chǎn)量的影響

汪志強，張 勇，劉曉紅，胡守林，陳國棟，李亞兵，王 飛，陳 威，李 玲，萬素梅

(1.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300；2.喀什農(nóng)技推廣中心,新疆喀什 844000；3.新疆前海種業(yè)有限責任公司,新疆圖木舒克 843900；4.中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所,河南安陽 455000)

0 引 言

【研究意義】新疆地理優(yōu)勢及氣候條件得天獨厚，是全國重要的產(chǎn)棉基地，在新疆棉區(qū)種植的棉花品種繁多，而不同棉花品種對養(yǎng)分的吸收具有顯著性差異。有研究表明，作物無論是在不同種屬之間還是在同一種作物不同品種之間都存在氮磷鉀吸收利用效率的差異[1-2]?！厩叭搜芯窟M展】對不同棉花品種的氮、磷、鉀吸收效率做了研究，篩選了很多高效品種，對不同棉花品種的需肥規(guī)律也有了解[3-8]。鈴數(shù)、單鈴重和衣分是棉花產(chǎn)量構成的3個主要因素。在這個3個要素中，結鈴數(shù)和鈴重雖也與品種本身的遺傳特性有關，但它可以通過農(nóng)藝措施進行調(diào)節(jié)，尤其是結鈴性有較大的可塑性，而且在棉花生產(chǎn)中對產(chǎn)量貢獻最大的也是鈴數(shù)和鈴重，衣分是由棉花的遺傳特性決定的。【本研究切入點】目前新疆塔里木棉區(qū)近10 a來土壤養(yǎng)分含量呈現(xiàn)上升趨勢，土壤中有機質(zhì)，速效磷，速效鉀等養(yǎng)分含量達到豐富的水平，這與平時施肥習慣有很大關系，每年造成肥料的浪費。研究基肥減施對不同棉花品種養(yǎng)分吸收差異及產(chǎn)量的影響?！緮M解決的關鍵問題】研究以6個棉花品種為材料，分析6個棉花品種對基肥的響應差異，篩選出在減施基肥條件下對產(chǎn)量影響較小的優(yōu)良棉花品種，為養(yǎng)分管理和資源高效利用提供理論和技術依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地點位于塔里木河上游、塔克瑪干沙漠西北緣新疆阿拉爾市12團國家科技園區(qū)(N 40°32′34″，E 81°18′07″，海拔1 015 m)。該地光熱資源豐富，太陽輻射年均為 559.4～612.1 kJ/cm2，日照時數(shù)約2 996 h/年，日照率66%，≥10℃的年積溫4 000℃以上，無霜期180～224 d，年均氣溫10.8℃。降雨量稀少，年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 976.6～2 558.9 mm，地下水埋深在3 m以下。地表蒸發(fā)強烈，空氣十分干燥，主風向為東北風，屬典型的暖溫帶大陸干旱荒漠氣候，也是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。表1

棉花品種為新陸中22號(A1)、新陸中55號(A2)、新陸中82號(A3)、錦棉Z1112(A4)、新陸早74號(A5)、新陸早77號(A6)。

供試肥料為氮(尿素[ω(N)=46%]，磷酸二銨[ω(N)=18%])，磷(磷酸二銨[ω(P2O5)=46%]，富過磷酸鈣[ω(P2O5)=32%])，鉀(硫酸鉀[ω(K2O)=24%])。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用兩因素裂區(qū)試驗設計，主區(qū)為3個基肥處理，副區(qū)為6個棉花品種，3次重復，每個小區(qū)行長4 m，寬3 m，每個小區(qū)面積為12 m2，試驗地總面積為810 m2(走道+隔離帶)。

播種前對試驗地基肥設置3個處理：處理1(N1)施用尿素225 kg/hm2、磷酸二銨225 kg/hm2、富過磷酸鈣225 kg/hm2、硫酸鉀150 kg/hm2；處理2(N2)基肥用量是處理1的50%，即尿素112.5 kg/hm2、磷酸二銨112.5 kg/hm2、富過磷酸鈣112.5 kg/hm2、硫酸鉀75 kg/hm2；處理3(N3)設置為對照(CK)，不施用任何基肥。表2

表1 試驗地土壤主要養(yǎng)分Table 1 Main soil nutrients in the test site

表2 試驗小區(qū)基肥設置Table 2 Test unit base fertilizer setting(kg/hm2)

試驗小區(qū)于2018年4月24日播種，采用一膜雙壟4行的種植方式，試驗小區(qū)采用不同基肥用量，后期采用滴灌方式追肥，追肥總滴肥量為900 kg/hm2，所用滴灌肥為硝基復合肥(N∶P∶K=26∶6∶6)。試驗期間同大田管理，試驗地于7月15日打頂，全生育期灌水8次，適時人工除草。

1.2.2 測定指標1.2.2.1 植株養(yǎng)分

于苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期4個時期分別取樣，分葉片、莖、根、花蕾鈴4個部分進行全氮、全磷、全鉀的測定。植株烘干樣品用H2SO4-H2O2消煮后，全鉀用FP5410火焰光度計測定，全氮用蒸餾定氮法，全磷用鉬銻抗比色法測定。

1.2.2.2 產(chǎn) 量

在收獲期時按小區(qū)實收計產(chǎn)，各處理分別收取正常開裂的50個棉鈴，測定單鈴重、籽棉重、皮棉重、衣分等產(chǎn)量性狀，單株結鈴數(shù)由最后一次株式圖中計算出30株平均單株結鈴數(shù)。

養(yǎng)分積累量(kg/hm2)=地上部干重×養(yǎng)分含量；

氮肥利用率(%)=(施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量-不施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量)/施氮肥量×100；

磷肥利用率(%)=(施磷肥區(qū)植株地上部磷素積累量-不施磷肥區(qū)植株地上部磷素積累量)/施氮肥量×100；

鉀肥利用率(%)=(施鉀肥區(qū)植株地上部鉀素積累量-不施鉀肥區(qū)植株地上部鉀素積累量)/施鉀肥量×100；

氮肥農(nóng)學效率(kg/kg)=(施氮肥區(qū)產(chǎn)量-不施氮肥區(qū)產(chǎn)量)/施氮肥量；

磷肥農(nóng)學效率(kg/kg)=(施磷肥區(qū)產(chǎn)量-不施磷肥區(qū)產(chǎn)量)/施磷肥量；

鉀肥農(nóng)學效率(kg/kg)=(施鉀肥區(qū)產(chǎn)量-不施鉀肥區(qū)產(chǎn)量)/施鉀肥量。

2 結果與分析

2.1 不同棉花品種氮素積累量

研究表明，基肥全施處理下能提高棉花植株氮積累量，與不施基肥處理相比，基肥全施處理和基肥半施處理下棉花植株氮素積累量分別增加了62 %和28 %，不同棉花品種在不同基肥處理下的氮素積累量不同。品種間相比，不施基肥處理下，A1、A2、A3、A4、A5、A6品種的氮素積累量分別為190.95 、176.03、156.05、165.55、130.09和168.17 kg/hm2，基肥全施處理下6個品種的氮素積累量分別增加了36 %、59 %、59 %、113 %、89 %、29 %，A2、A4、A5品種對氮素的響應較大，A6品種對氮素的響應較小，施用基肥對A4品種的氮素積累量有重要作用，對A1、A3、A6品種的影響較??；與不施基肥處理相比，基肥半施處理下6個品種的氮素積累量分別增加了18 %、56 %、22 %、20 %、31 %、25 %，A2品種對氮素響應較大，基肥半施處理下對A2品種的氮素積累量更為有利?；适┯昧繉1、A3、A6品種的氮素積累量影響較小，沒有顯著性差異。除A4品種外，基肥半施處理下植株氮素積累量與基肥全施處理沒有顯著性差異。圖1

圖1 不同棉花品種植株氮素積累量
Fig.1 Nitrogen accumulation in different cotton plantations

研究表明，單株棉花氮素吸收量中，葉的氮素吸收含量最高，根的氮素吸收量最低。從棉株不同器官氮素吸收分配來看，在基肥全施處理下(N1)，6個品種的蕾鈴器官氮素吸收量占總吸收量分別是20%、11%、31%、16%、17%和22%，A3品種蕾鈴器官氮素吸收量占比最高；在基肥半施處理下(N2)，6個品種的蕾鈴器官氮素吸收量占總吸收量分別是19%、20%、27%、20%、21%和16%，A3品種蕾鈴器官氮素吸收量占比最高；在不施基肥處理下，6個品種的蕾鈴器官氮素吸收量占總吸收量分別是12%、13%、16%、12%、28%和29%，A5、A6品種蕾鈴器官氮素吸收量占比最高。3種基肥處理下蕾鈴器官對氮素吸收量占比最大的是基肥半施處理(20%)，其次是基肥全施處理(19%)，最低的是不施基肥處理(18%)，氮素主要由棉花葉、莖吸收，而蕾鈴氮素吸收量占到11%～31%。圖2

2.2 不同棉花品種磷素積累量

研究表明，施入基肥可以提高棉花植株對磷素的吸收，3種基肥處理下磷素的積累量表現(xiàn)為基肥全施>基肥半施>不施基肥，與不施基肥相比，基肥全施處理和基肥半施處理植株磷素積累量分別增加了61%和19%，磷素的積累量得多少因品種而異。品種間相比，不施基肥處理下A1、A2、A3、A4、A5、A6的磷素積累量分別為56.89、67.10、47.65、62.01、49.75和37.42 kg/hm2，基肥全施處理下，6個品種的磷素積累量分別增加了60%、24%、78%、59%、19%和79%，施入基肥有利于A1、A3、A4、A6品種磷素顯著的積累；與不施基肥處理相比，基肥半施處理下6個品種的磷素積累量分別增加了25%、21%、10%、4%、20%和45%，A6品種基肥半施處理下磷素積累量要顯著高于不施基肥處理。A2、A5、A6品種在基肥半施處理下與基肥全施處理磷素的積累量沒有顯著性差異。圖3

圖2 不同棉花品種各器官氮素吸收量Fig.2 Nitrogen uptake in various organs of different cotton varieties

圖3 不同棉花品種植株磷素積累量Fig.3 Phosphorus accumulation in different cotton planting plants

研究表明，棉株不同器官磷素吸收分配來看，在基肥全施處理下(N1)，6個品種的蕾鈴器官磷素吸收量占總吸收量分別32%、27%、29%、19%、4%和34%，A6品種蕾鈴器官磷素吸收量占比最高；在基肥半施處理下(N2)，6個品種的蕾鈴器官磷素吸收量占總吸收量分別是29%、23%、25%、29%、16%和35%，A6品種蕾鈴器官磷素吸收量占比最高；在不施基肥處理下，6個品種的蕾鈴器官磷素吸收量占總吸收量分別是41%、38%、41%、28%、26%和32%，A1、A3品種蕾鈴器官磷素吸收量占比最高。在3種基肥處理下對棉花蕾鈴器官磷元素吸收量占比最大的是不施基肥處理(34%)，其次是基肥半施處理(26%)，占比最低的是基肥全施處理(24%)。圖4

圖4 不同棉花品種植株磷素吸收量Fig.4 Phosphorus absorption of different cotton planting plants

2.3 不同棉花品種鉀素積累量

研究表明，施用基肥能提高棉花對鉀素的吸收，三種基肥處理下鉀素的積累量表現(xiàn)為基肥全施處理>基肥半施處理>不施基肥處理，與不施基肥相比，基肥全施處理和基肥半施處理下植株鉀素積累量分別增加了44%和11%，基肥半施處理和不施基肥處理對6個品種鉀素的積累量沒有顯著差異，基肥全施處理下鉀素積累量顯著的高于不施基肥處理。不施基肥處理下，6個品種鉀素積累量分別為251.80、246.31、226.88、227.01、175.83和226.77 kg/hm2，基肥全施處理下6個品種鉀素的積累量較不施基肥處理增加了16%、54%、53%、63%、27%和51%，基肥全施處理對A2和A4品種鉀素積累量作用較大，其次是A3和A6品種，對A1和A5品種影響較小；與不施基肥相比，基肥半施處理下6個品種的鉀素積累量分別增加了2%、13%、28%、4%、9%和10%，基肥半施處理相比于不施基肥處理對鉀素的積累影響較小。圖5

棉株不同器官鉀素吸收分配來看，在基肥全施處理下(N1)，6個品種的蕾鈴器官鉀素吸收量占總吸收量分別11%、9%、19%、14%、10%和11%，A3品種蕾鈴器官鉀素吸收量占比最高；在基肥半施處理下(N2)，6個品種的蕾鈴器官鉀素吸收量占總吸收量分別是12%、11%、18%、7%、11%和10%，A3品種蕾鈴器官鉀素吸收量占比最高；在不施基肥處理下，6個品種的蕾鈴器官鉀素吸收量占總吸收量分別是8%、8%、7%、18%、19%和20%，A6品種蕾鈴器官鉀素吸收量占比最高。在3種基肥處理下對棉花蕾鈴器官鉀素吸收量占比最大的是不施基肥處理(13%)，其次是基肥全施處理(12%)，占比最低的是基肥半施處理(11%)。圖6

2.4 不同棉花品種氮磷鉀利用率的差異

研究表明，A2品種的氮肥利用效率為36.11%，顯著高于A6品種，而A1、A2、A4品種的氮肥利用率較小，A2品種具有較高的氮素吸收能力；磷肥利用效率表現(xiàn)為A6>A1>A3>A2>A4>A5，其中A6品種與A5品種差異達到了顯著水平，A6品種具有較高的磷素吸收能力；鉀肥利用效率表現(xiàn)為A2和A3品種較高，A1品種最低，A2和A3品種具有較高的鉀素吸收能力。圖7

圖5 不同棉花品種植株鉀素積累量Fig.5 Potassium accumulation in different cotton plantations

圖6 不同棉花品種各器官鉀素吸收量Fig.6 Potassium uptake in various organs of different cotton varieties

圖7 不同棉花品種肥料利用率Fig.7 Fertilizer utilization rate of different cotton varieties

2.5 不同棉花品種氮磷鉀農(nóng)學效率的差異

研究表明，A1和A3 2個品種的氮肥農(nóng)學效率顯著高于其他4個品種，施氮肥能有效增加A1和A3的產(chǎn)量；A1和A3的磷肥農(nóng)學效率顯著高于其他4個品種，施用磷肥對A1和A3品種的產(chǎn)量提高貢獻較大；A1和A3品種的鉀肥農(nóng)學效率顯著地高于其他4個品種，施用鉀肥對于提高A1和A3的產(chǎn)量作用較大。圖8

圖8 不同棉花品種肥料農(nóng)學效率Fig.8 Fertilizer agronomic efficiency of different cotton varieties

2.6 不同棉花品種產(chǎn)量構成因素及產(chǎn)量

研究表明，施用基肥處理下與不施基肥處理在籽棉產(chǎn)量上沒有顯著性差異，在皮棉產(chǎn)量上有顯著差異，6個棉花品種之間在產(chǎn)量上存在不同的差異。與不施基肥相比，施用基肥減低了棉花衣分，增加了棉花的單株鈴數(shù)、單鈴重、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量，其中基肥全施處理下棉花的單株鈴數(shù)和皮棉產(chǎn)量顯著地高于不施基肥的處理，說明施用基肥能有效增加棉花單株鈴數(shù)，施入基肥對棉花單鈴重，衣分指標影響較小。

不施基肥處理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品種單株鈴數(shù)分別是4.12、3.98、5.48、6.00、5.88和5.17個，基肥全施處理下單株鈴數(shù)較不施基肥處理下6個品種增加了78%、73%、42%、39%、36%和84%，A1、A2、A6品種在基肥全施處理下能顯著提高棉花單株結鈴數(shù)；與不施基肥處理相比，基肥半施處理下6個品種單株鈴數(shù)分別增加了31%、48%、25%、12%、1%和36%，A2品種在基肥半施下也能提高其單株鈴數(shù)，基肥半施處理對A3、A4、A5品種影響較小。

不施基肥處理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品種單鈴重分別是5.63、5.64、4.31、5.26、4.91和4.69g， 基肥全施處理較不施基肥處理下單鈴重分別增加8%、3%、4%、9%、0%和3%，A1和A4品種基肥全施處理下單鈴重增加較多，A5品種沒有增加；與不施基肥處理相比，基肥半施處理6個品種單鈴重分別增加了4%、-7%、7%、4%、-1%和-6%， A1、A3、A4單鈴重有所提高但不顯著，A2、A5、A6品種單鈴重出現(xiàn)降低，但降低不明顯?；嗜┨幚砗突拾胧┨幚韺γ藁▎吴徶赜绊戄^小，這主要還是由棉花本身遺傳特性決定。

不施基肥處理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品種衣分分別是46.9%、46.27%、44.15%、47.6%、46.85%和45.14%，基肥全施處理下較不施基肥處理6個品種衣分分別增加了1%、0%、-2%、-2%、-2%和0%；與基肥不施相比，基肥半施處理下6個品種衣分分別增加了 0%、-2%、1%、-1%、-1%和0%，基肥全施處理和基肥半施處理對棉花品種衣分沒有顯著影響。

不施基肥處理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品種籽棉產(chǎn)量分別是4 896.60、4 857.69 、4 857.69 、4 924.39、4 140.71和5 394.04 kg/hm2，基肥全施處理下6個品種棉花籽棉產(chǎn)量較不施基肥處理下分別增加了16%、4%、17%、3%、8%和7%，A1和A3品種在基肥全施處理下增產(chǎn)要高于其他品種；與不施基肥相比，基肥半施處理下 6個品種籽棉產(chǎn)量分別增加了11%、5%、2%、-4%、-4%和-9% ，A1品種在基肥半施處理下增產(chǎn)最高，其次是A2品種，A4、A5、A6品種的產(chǎn)量有所降低。較基肥全施處理，在基肥半施處理下A1品種籽棉產(chǎn)量減少5%，A2品種產(chǎn)量增加1%，A3品種產(chǎn)量減少15%，A4品種減少7%，A5品種減少12%，A6品種減少16%，A1品種在基肥減量施用一半的情況下減產(chǎn)最少，且籽棉產(chǎn)量在同處理下最高，為5 441.28 kg/hm2。

不施基肥處理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品種皮棉產(chǎn)量分別是2 299.79、2 245.62、2 143.64、2 337.41、1 942.11 、2 429.67 kg/hm2，基肥全施處理下較不施基肥處理皮棉產(chǎn)量分別增加了17%、4%、15%、2%、6%和7%，A1、A3品種在基肥全施處理下皮棉產(chǎn)量要高于其他4個品種；與不施基肥相比，基肥半施處理下6個品種皮棉產(chǎn)量分別增加了11%、3%、3%、-5%、-5%和-9%，A1品種在基肥半施處理下增加皮棉產(chǎn)量最大。表3

表3 不同棉花品種產(chǎn)量及其產(chǎn)量構成因素Table 3 Effects of yield and yield components of different cotton varieties

3個基肥處理，基肥全施處理下的A6品種的籽棉產(chǎn)量最高，達到了5 777.54 kg/hm2，但其單鈴重、衣分都顯著低于其他5個品種，其次是A1品種(5 680.28 kg/hm2)，在基肥半施處理下，產(chǎn)量最高的是A1品種(5 441.28 kg/hm2)，其單株鈴數(shù)、單鈴重、衣分等指標均優(yōu)于其他品種。

3 討 論

3.1 不同棉花養(yǎng)分積累與分配

養(yǎng)分的吸收和分配直接影響著作物的生長和發(fā)育，從而影響作物的產(chǎn)量[9]。養(yǎng)分累積量的高低直接影響肥料利用率，養(yǎng)分在生殖器官中的占比對產(chǎn)量影響較大[10]。減量平衡施肥有利于養(yǎng)分向生殖器官積累[11-15]，研究表明，棉花植株養(yǎng)分吸收量順序為氮>鉀>磷，與不施基肥相比，基肥全施處理和基肥半施處理下棉花植株氮素積累量分別增加了62%和28%，除A4品種外，基肥減施對其他品種氮素的積累量沒有影響，植株磷素積累量增加了61%和19%，基肥減施對A2、A5、A6品種磷素積累量沒有影響，植株鉀素積累量增加了44%和11%，基肥減施對A1、A3、A5、A6品種鉀素的積累量沒有影響，這是由于不同基因型棉花品種對氮磷鉀養(yǎng)分積累量不同，不施基肥處理下氮磷鉀積累量最小?；蕼p施有利于A5、A6棉花品種養(yǎng)分吸收累積、生殖器官中的分配和提高肥料利用率，并且在棉花花鈴期生殖器官中氮磷鉀營養(yǎng)元素表現(xiàn)為不施基肥處理>基肥半施>基肥全施，在蕾鈴器官磷吸收量為24%～34%，氮吸收量11%～31%，鉀吸收量為11%～13%。

3.2 不同棉花品種產(chǎn)量及其產(chǎn)量構成因素

棉花產(chǎn)量性狀是由多因素控制的復雜數(shù)量性狀，不但受品種遺傳特性的控制，而且受栽培技術和環(huán)境條件等因素的影響。單株鈴數(shù)、單鈴重、衣分等指標決定了棉花產(chǎn)量[16-17]，有研究表明，增施肥料肥有利于單株鈴數(shù)、單鈴重的增加，能顯著提高棉花產(chǎn)量[18-20]，還有學者認為在一定范圍內(nèi)減量施肥10%～30%對棉花產(chǎn)量沒有顯著性影響[21-23]，研究中，基肥減施會對鈴數(shù)、單鈴重不同程度的降低，不施基肥處理單鈴重顯著地小于常規(guī)基肥用量，單鈴重雖然降低，但沒有達到顯著差異?；蕼p施處理對產(chǎn)量也沒有顯著影響，基肥減施處理下棉花籽棉產(chǎn)量降低了9%，但品種不一樣，所表現(xiàn)出來的產(chǎn)量性狀也不同，基肥半施處理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品種籽棉產(chǎn)量分別減少5%、1%、15%、7%、12%、16%，A1、A2品種在基肥減量一半的情況下減產(chǎn)最少，且籽棉產(chǎn)量在同處理下最高，為5 441.28 kg/hm2。

4 結 論

在目前種植條件下，不施基肥處理棉花株養(yǎng)分吸收積累量少、產(chǎn)量偏低?；嗜┨幚硐庐a(chǎn)量最高，基肥半施處理下，基肥施用量減少50%，棉花平均產(chǎn)量減少9%，其中新陸中22號品種和新陸中55號品種的減產(chǎn)最少，為5%和1%，但是新陸中55號品種的產(chǎn)量較低。塔里木棉區(qū)基肥減施條件下新陸中22號品種能獲得最高經(jīng)濟效益。