施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)棉花產(chǎn)量及不同部位棉鈴纖維品質(zhì)性狀的影響

李宗泰，陳二影，宋憲亮，張美玲，趙慶龍，許曉龍，姬紅，孫學(xué)振

(作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東泰安271018)

我國(guó)鉀資源貧乏，已探明的工業(yè)儲(chǔ)量?jī)H占世界的0.47%，目前我國(guó)本土鉀肥供給遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需求。近幾年我國(guó)鉀肥的市場(chǎng)價(jià)格連續(xù)大幅度飆升，每年的價(jià)格平均增長(zhǎng)30%左右，大大提高了施鉀成本。我國(guó)農(nóng)業(yè)的氮、磷、鉀施用比例為1∶0.4∶0.2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家1∶0.42∶0.42的平均水平，土地缺鉀現(xiàn)象嚴(yán)重，缺鉀面積已達(dá)153.3萬(wàn)hm2，并在逐年增大［1］。棉花(Gossypium hirsutumL．)是需鉀量較 多 的 作 物［2－3］。 近 年 來(lái)，隨 著 轉(zhuǎn) Bt(Bacillus thuringiensis)基因抗蟲(chóng)棉品種的大面積推廣，生產(chǎn)上棉花因缺鉀引起的早衰越來(lái)越嚴(yán)重，并已成為限制我國(guó)棉花產(chǎn)量的主要因素之一［4］，棉花早衰一般導(dǎo)致產(chǎn)量損失10%左右［5］，嚴(yán)重早衰的產(chǎn)量損失達(dá)20%以上［6］。加強(qiáng)棉花的鉀素營(yíng)養(yǎng)和鉀肥施用方式研究，以實(shí)現(xiàn)鉀肥的優(yōu)化管理，提高鉀肥利用率，防止棉花早衰，是棉花生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。

增施鉀肥能夠防止棉花早衰，降低蕾鈴脫落率［7］，增加成鈴數(shù)，提高棉花單鈴重、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量［8－12］。有關(guān)增施鉀肥對(duì)棉花纖維品質(zhì)指標(biāo)影響的報(bào)道并不一致［13－17］。研究表明，棉花植株鉀素積累量在開(kāi)花期至吐絮期最高［18］，鉀素的吸收高峰出現(xiàn)在盛花期到成熟期階段［19］，說(shuō)明棉花生育中后期需鉀量較多。但在黃河流域棉區(qū)，生產(chǎn)中均將鉀肥作為基肥一次性施入，與棉花需鉀規(guī)律不相吻合。與鉀肥一次性基施相比，1/2基施、1/2追施有利于提高棉花花后凈光合速率，提高產(chǎn)量，改善纖維品質(zhì)［20］。目前關(guān)于不同施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)棉花不同部位棉鈴纖維品質(zhì)影響報(bào)道尚少。為此，在前人研究的基礎(chǔ)上，在黃河流域棉區(qū)開(kāi)展不同施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)棉花產(chǎn)量及不同部位棉鈴纖維品質(zhì)影響的研究，旨在為棉花的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2009～2010年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)科技示范園(東經(jīng)117'15°，北緯36'17°)進(jìn)行。供試土壤為沙壤土。2009試驗(yàn)田0—20土層土壤有機(jī)質(zhì)含量11.59 g/kg、堿解氮66.22 mg/kg、速效鉀79.03 mg/kg、速效磷33.34 mg/kg，前茬作物為棉花;2010年試驗(yàn)田0—20土層土壤有機(jī)質(zhì)含量11.12 g/kg、堿解氮48.97 mg/kg、速效鉀76.02 mg/kg、速效磷35.25 mg/kg，前茬作物為花生。

試驗(yàn)在施純氮150 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2的基礎(chǔ)上，設(shè)置2個(gè)鉀素(K2O)供應(yīng)水平［21］，100和150 kg/hm2;2個(gè)施鉀時(shí)期，一次性基施和1/2基施、1/2花鈴期追施。共設(shè)5個(gè)處理：CK(不施鉀肥)、T1(一次性基施 K2O 100 kg/hm2)、T2(基施K2O 50 kg/hm2，花鈴期追施 K2O 50 kg/hm2)、T3(一次性基施 K2O 150 kg/hm2)、T4(基施 K2O 75 kg/hm2，花鈴期追施K2O 75 kg/hm2)。50%的氮肥和全部的磷肥基施，50%的氮肥在花鈴期追施。鉀肥為硫酸鉀(含 K2O 50%)，氮肥為尿素(含 N 46%)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(含P2O514%)。小區(qū)面積48 m2，株距0.27 m，行距0.80 m，6行區(qū)，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。2009年和2010年，分別于4月28日和4月26日播種，7月15日追施花鈴肥。其他管理同一般大田。供試品種為魯棉研28號(hào)。試驗(yàn)期間月降水量和平均氣溫見(jiàn)表1，氣象數(shù)據(jù)由泰安氣象局提供。

1.2 試驗(yàn)方法

在開(kāi)始吐絮后，于每個(gè)小區(qū)中選擇中間4行，調(diào)查株數(shù)及總成鈴數(shù)，計(jì)算單株成鈴數(shù)。收獲時(shí)，分果枝、果節(jié)收取小區(qū)中間4行并記下相應(yīng)節(jié)位鈴數(shù)，果枝分為1～4、5～8、9以上三個(gè)果枝部位，果節(jié)分1～2、3以外兩個(gè)節(jié)位，曬干后，經(jīng)室內(nèi)軋花考種，計(jì)算全株平均單鈴重和衣分。纖維品質(zhì)按果枝、果節(jié)部位混合，將每個(gè)混合樣品分成3份，作為3次重復(fù)，用HVI900纖維測(cè)定儀測(cè)定纖維品質(zhì)。按小區(qū)實(shí)收籽棉產(chǎn)量，軋花后計(jì)算皮棉產(chǎn)量。

表1 試驗(yàn)期間月平均氣溫和降水量Table 1 Monthly mean temperature and rainfall during the experiment periods

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS7.05統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表2可以看出，各施鉀處理的籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量均顯著或極顯著高于不施鉀處理，增產(chǎn)幅度達(dá)7% ～35%。各施鉀處理間比較，兩年試驗(yàn)T4處理籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量極顯著或顯著高于T1、T2、T3處理。2009年籽棉產(chǎn)量為T(mén)4＞T3＞T2＞T1，T4處理分別比 T1、T2、T3處理增產(chǎn) 27%、19%和13%，差異極顯著;T3與T2處理無(wú)顯著差異，與T1處理差異極顯著，T2與T1處理差異顯著;皮棉產(chǎn)量與籽棉產(chǎn)量趨勢(shì)相同，各施鉀處理間差異均達(dá)顯著或極顯著水平。2010年籽棉產(chǎn)量與皮棉產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致，T4處理極顯著或顯著高于T1、T2、T3處理，T1、T2、T3處理間無(wú)顯著差異。

表2 施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of K application rate and time on yield and yield components of cotton

由表2還可看出，單鈴重在2009年各施鉀處理顯著或極顯著高于不施鉀處理，施鉀處理間表現(xiàn)為T(mén)4＞T3＞T2＞T1，差異達(dá)顯著或極顯著水平;2010年各處理間無(wú)顯著差異。單株成鈴數(shù)，2009年以T4處理最高，與其他施鉀處理和對(duì)照差異達(dá)極限著水平，T1處理與CK無(wú)顯著差異，T2、T3處理與CK差異達(dá)顯著水平，T1、T2、T3處理間未達(dá)顯著差異水平;2010年各施鉀處理均極顯著多于對(duì)照，T4處理極顯著多于其他施鉀處理，T2、T3處理顯著多于T1，T2與T3處理無(wú)顯著差異。衣分，2009年T4、T3處理顯著高于CK，T1、T2處理與CK無(wú)顯著差異，各施鉀處理間未達(dá)顯著差異水平;2010年各處理間未達(dá)顯著差異水平。產(chǎn)量構(gòu)成因素年際間存在差異的原因可能是兩年前茬作物不一致所引起的。

2.2 對(duì)不同部位棉鈴纖維品質(zhì)性狀的影響

2.2.1 纖維長(zhǎng)度 由表3可以看出，2009年結(jié)果顯示，5～8果枝1～2果節(jié)除T4處理顯著長(zhǎng)于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;5～8果枝3以外果節(jié)各施鉀處理均顯著長(zhǎng)于CK，各施鉀處理間無(wú)顯著差異;其他部位各處理間均無(wú)顯著差異。2010年結(jié)果顯示，1～4果枝1～2果節(jié)除T1、T3處理顯著長(zhǎng)于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;1～4果枝3以外果節(jié)各施鉀處理與對(duì)照差異未達(dá)顯著水平，T2、T4處理顯著長(zhǎng)于T1處理，T1、T3處理間及T2、T3、T4處理間均無(wú)顯著差異;5～8果枝3以外果節(jié)、9以上果枝1～2果節(jié)除T4處理顯著長(zhǎng)于CK外，兩部位其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;其他部位各處理間均無(wú)顯著差異。

表3 施鉀量與施鉀時(shí)期對(duì)不同部位棉鈴纖維長(zhǎng)度的影響Table 3 Effects of K application rate and time on fiber length at different fruit positions(mm)

2.2.2 纖維比強(qiáng)度 由表4可以看出，2009年結(jié)果顯示，5～8果枝所有果節(jié)、9以上果枝1～2果節(jié)除T4處理顯著大于CK外，三部位其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;其他部位各處理間均未達(dá)顯著差異水平。2010年結(jié)果顯示，1～4果枝3以外果節(jié)、5～8果枝3以外果節(jié)除T4處理顯著大于CK外，兩部位其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;9以上果枝1～2果節(jié)各施鉀處理與對(duì)照差異達(dá)極顯著水平，各施鉀處理間無(wú)顯著差異;其他部位各處理間均無(wú)顯著差異。

2.2.3 纖維馬克隆值 由表5可以看出，2009年結(jié)果顯示，1～4果枝1～2果節(jié)除T4處理顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;1～4果枝3以外果節(jié)除T2、T4處理顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;5～8果枝1～2果節(jié)各施鉀處理顯著或極顯著高于CK，T4處理顯著高于 T1，T1、T2、T3處理間及T2、T3、T4處理間均未達(dá)顯著差異水平;5～8果枝3以外果節(jié)除T4處理顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;9以上果枝1～2果節(jié)各施鉀處理顯著或極顯著高于CK，T4處理極顯著高于 T1、T2、T3處理，T3處理顯著高于T2處理，極顯著高于T1處理，T1與T2處理間無(wú)顯著差異;9以上果枝3以外果節(jié)各處理間無(wú)

顯著差異。2010年結(jié)果顯示，1～4果枝3以外果節(jié)各施鉀處理顯著或極顯著高于CK，T2、T3、T4處理極顯著高于T1處理，T2、T3、T4處理間未達(dá)顯著差異水平;5～8果枝1～2果節(jié)各施鉀處理顯著或極顯著高于CK，T4處理顯著高于 T1，T1、T2、T3處理間及T2、T3、T4處理間均未達(dá)顯著差異水平;9以上果枝1～2果節(jié)各施鉀處理顯著或極顯著高于CK，T4 處理顯著高于 T1，T1、T2、T3 處理間及 T2、T3、T4處理間均未達(dá)顯著差異水平;其他部位各處理間均無(wú)顯著差異。此外，各部位所有處理2010年纖維馬克隆值均高于2009年，其原因可能是2010年8、9月份的降水量顯著大于2009年所致。

表4 施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)不同部位棉鈴纖維比強(qiáng)度的影響(cN/tex)Table 4 Effects of K application rate and time on fiber strength at different fruit positions

表5 施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)不同部位棉鈴纖維馬克隆值的影響Table 5 Effects of K application rate and time on fiber micronaire at different fruit positions

2.2.4 纖維整齊度 由表6可以看出，2009年結(jié)果顯示，1～4果枝1～2果節(jié)各施鉀處理顯著大于CK，各施鉀處理間無(wú)顯著差異;5～8果枝3以外果節(jié)除T2處理與CK差異未達(dá)顯著水平外，其他施鉀處理與CK差異達(dá)極顯著水平，各施鉀處理間無(wú)顯著差異;9以上果枝3以外果節(jié)除T2極顯著大于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;其他部位各處理間均無(wú)顯著差異。2010年結(jié)果顯示，5～8果枝1～2果節(jié)除T4處理顯著大于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;5～8果枝3以外果節(jié)各施鉀處理與對(duì)照差異未達(dá)顯著水平，T4處理顯著大于T1處理，T1、T2、T3處理間及T2、T3、T4處理間均無(wú)顯著差異;9以上果枝1～2果節(jié)各施鉀處理顯著或極顯著大于CK，T1處理顯著大于T2、T4處理，與T3處理無(wú)顯著差異，T2與T3、T4處理無(wú)顯著差異，T3處理顯著大于T4處理;其他部位各處理間均無(wú)顯著差異。

表6 施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)不同部位棉鈴纖維整齊度的影響(%)Table 6 Effects of K application rate and time on fiber uniformity at different fruit positions

2.2.5 纖維成熟度 由表7可以看出，2009年結(jié)果顯示，1～4果枝1～2果節(jié)除T4處理顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;1～4果枝3以外果節(jié)和5～8果枝1～2果節(jié)除T3、T4處理顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;9以上果枝1～2果節(jié)除T4、T3處理顯著或極顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK無(wú)顯著差異，T4處理極顯著高于T1、T2、T3 處理，T1、T2、T3 處理間無(wú)顯著差異;其他部位各處理間均無(wú)顯著差異。2010年結(jié)果顯示，1～4果枝3以外果節(jié)各施鉀處理與對(duì)照差異均未達(dá)顯著水平，T2處理顯著高于T1處理，T1、T3、T4處理間及T2、T3、T4處理間均無(wú)顯著差異;5～8果枝1～2果節(jié)除T4處理顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK未達(dá)顯著差異水平，T4處理顯著高于T1 處理，T1、T2、T3 處理間及 T2、T3、T4 處理間均無(wú)顯著差異;9以上果枝1～2果節(jié)除T2處理顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無(wú)顯著差異;9以上果枝3以外果節(jié)各施鉀處理顯著或極顯著高于對(duì)照，各施鉀處理間未達(dá)顯著差異水平;其他部位各處理間均無(wú)顯著差異。

表7 施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)不同部位棉鈴纖維成熟度的影響Table 7 Effects of K application rate and time on fiber maturity at different fruit positions

3 討論

在黃淮海棉區(qū)，當(dāng)施K2O小于120 kg/hm2作基肥一次性施用棉花產(chǎn)量最高;施K2O大于180 kg/hm2時(shí)，采用基肥∶蕾肥為1∶1增產(chǎn)效果最好，花期以后施用效果較差［22］。不同省份研究表明，在安徽，施氯化鉀375 kg/hm2，以基施∶追施為6∶4的單鈴成鈴數(shù)最多，棉花產(chǎn)量最高［23］;在河北，施K2O 75 kg/hm2，以鉀肥全部底施的增產(chǎn)效果最好［21］;在河南，施氯化鉀 225 kg/hm2，以基施 ∶追施為1∶1的單株成鈴數(shù)和棉花產(chǎn)量最高［20］。本研究結(jié)果表明，與不施鉀處理相比，施鉀顯著提高了籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度可達(dá)7%～35%;在施鉀量為K2O 100 kg/hm2的條件下，不同施鉀時(shí)期的產(chǎn)量在年際間存在差異，2009年籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量分期施鉀均顯著高于一次性施鉀，2010年均未達(dá)顯著差異水平;在施鉀量為K2O 150 kg/hm2的條件下，分期施鉀籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量極顯著高于一次性施鉀。采用分期施鉀時(shí)(1/2基施、1/2花鈴期追施)，隨施鉀量增加，籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量均顯著增加，單株成鈴數(shù)的增加是產(chǎn)量提高的主要原因。產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素在年際間存在差異，其原因可能是兩年試驗(yàn)前茬作物不同造成土壤理化性質(zhì)差異、棉花生長(zhǎng)期降水量分布不同(2009年降水集中在7、8月份，2010年降水集中在8、9月份)所致。施鉀增產(chǎn)的原因在于，施鉀協(xié)調(diào)了氮、磷、鉀的供需比例，提高了光合能力，降低了蕾鈴脫落，增加了單株成鈴數(shù)［11，23－24］;分期施鉀進(jìn)一步提高產(chǎn)量的原因在于，分期施鉀可提高后期葉片葉綠素含量、促進(jìn)氣孔開(kāi)放、改善葉肉細(xì)胞CO2的供應(yīng)能力，使得棉花后期葉片光合速率保持較高水平［10］。本試驗(yàn)研究了兩個(gè)施鉀水平(K2O 100和150 kg/hm2)的增產(chǎn)效應(yīng)，關(guān)于更低或更高施鉀水平下的增產(chǎn)效應(yīng)還需進(jìn)一步研究。綜合分析表明，將目前黃河流域棉區(qū)生產(chǎn)中的一次基施鉀肥改為基施與追施相結(jié)合，使土壤中速效鉀供應(yīng)與棉花的鉀素需求同步，以滿(mǎn)足抗蟲(chóng)棉中后期對(duì)鉀素的需要，防止棉花早衰，提高棉花產(chǎn)量，提高鉀肥的生產(chǎn)效率。

棉纖維品質(zhì)主要受遺傳、環(huán)境兩因素的制約，環(huán)境因素對(duì)品質(zhì)的貢獻(xiàn)為1/3，品種為2/3。有關(guān)施鉀對(duì)棉花纖維品質(zhì)性狀影響的研究結(jié)論不盡一致。Minton和 Ebelhar［13］報(bào)道，一次性基施 K2O 112 kg/hm2對(duì)纖維長(zhǎng)度和馬克隆值無(wú)影響，對(duì)纖維強(qiáng)度影響顯著;Pettigrew 等［14－15］研究指出，一次性基施K2O 112 kg/hm2能提高纖維整齊度、馬克隆值和伸長(zhǎng)率，對(duì)纖維長(zhǎng)度和強(qiáng)度無(wú)影響;Gormus和Yucel［16］研究表明，分期施用 K2O 150 kg/hm2使纖維長(zhǎng)度和強(qiáng)度增加，纖維整齊度和馬克隆值降低;郭英等［17］研究認(rèn)為，在基施條件下，施鉀提高了上、下部棉鈴的纖維長(zhǎng)度、馬克隆值、比強(qiáng)度，基施K2O 300 kg/hm2，可顯著增加上、下部位棉鈴纖維的最終成熟度。本研究結(jié)果表明，與不施鉀相比，施鉀顯著提高了中部及上部果枝內(nèi)圍果節(jié)的馬克隆值，分期施用K2O 150 kg/hm2顯著提高了中部果枝外圍果節(jié)的纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度以及中部果枝內(nèi)圍果節(jié)的纖維成熟度;在施鉀時(shí)期相同的條件下，增加施鉀量對(duì)纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度無(wú)顯著影響;在施鉀量相同的條件下，與一次性基施相比，分期施鉀對(duì)纖維比強(qiáng)度無(wú)顯著影響。施鉀對(duì)纖維品質(zhì)有一定的改善作用，其原因可能是施鉀有助于纖維的伸長(zhǎng)，增加纖維的長(zhǎng)度［25－26］，增加棉纖維次生壁厚度［27］，提高纖維強(qiáng)度有關(guān)。此外，纖維的長(zhǎng)度、馬克隆值、纖維強(qiáng)度以及整齊度與纖維中鉀的濃度呈直線(xiàn)回歸關(guān)系，而與葉片中、土壤中鉀的濃度呈二次拋物線(xiàn)關(guān)系［28］。本研究中各處理在2009年的馬克隆值均低于2010年，這可能與兩年降水分布不同造成棉鈴發(fā)育期間光、溫不同有關(guān)?；阝浰貙?duì)纖維品質(zhì)影響的研究，在現(xiàn)有棉花品種自身特性的基礎(chǔ)上，建立合理的鉀肥管理措施，可改善棉鈴纖維品質(zhì)。

本試驗(yàn)是在0—20 cm土層土壤速效鉀含量為76.02 mg/kg和79.03 mg/kg的條件下，以魯棉研28品種為材料進(jìn)行的研究，我國(guó)黃河流域棉區(qū)不同地區(qū)間的土壤理化性質(zhì)及速效鉀含量存在差異，且不同基因型品種對(duì)施鉀的反映也不一致。因此，施鉀量和施鉀時(shí)期對(duì)不同土壤肥力條件下不同基因型棉花品種產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，有待進(jìn)一步研究。

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