不同施肥處理對棉花生長及產(chǎn)量參數(shù)的影響

張學(xué)昕，劉淑英，王 平

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.臨夏州農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督管理站，甘肅 臨夏 731100）

棉花作為關(guān)系到國計(jì)民生的戰(zhàn)略物資，是我國的重要產(chǎn)業(yè)，目前已形成了長江流域、黃河流域平原和西北內(nèi)陸棉區(qū)三大主要產(chǎn)區(qū)［1］。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)紡織原料產(chǎn)業(yè)面臨一些共性問題：一是耕地資源不斷減少，使得糧食生產(chǎn)的空間越來越小，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)作物種植面積不斷減少，導(dǎo)致原材料供應(yīng)不足；二是耕地質(zhì)量退化，我國耕地普遍缺少有機(jī)質(zhì)和微量元素，產(chǎn)量較低；三是生產(chǎn)成本上升、收益較低，由于多種因素導(dǎo)致我國農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高，尤其是棉花、蠶繭、羊養(yǎng)殖等均需要耗費(fèi)大量的人工成本，導(dǎo)致收益持續(xù)下降，農(nóng)戶生產(chǎn)積極性不高。因此如何提高棉花的產(chǎn)量、品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，增加農(nóng)戶收益是當(dāng)前急需解決的問題。由于我國幅員遼闊，各地棉花產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)展水平各異，棉花產(chǎn)業(yè)運(yùn)行效率呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域間和棉花主產(chǎn)區(qū)區(qū)域內(nèi)省際間的不平衡［2］。棉花是西北地區(qū)主要作物之一，對西北農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。但土壤肥力低下，限制了產(chǎn)量的提高［3］。棉花生長的好壞及產(chǎn)量的高低，除與光、熱、水、土因子有關(guān)外，還與使用的肥料有密切關(guān)系［4］。有關(guān)棉花施肥方面國內(nèi)外學(xué)者已有較多研究，哈麗哈什·依巴提等［5］關(guān)于施肥對棉花養(yǎng)分吸收、分配、利用和產(chǎn)量的研究表明，優(yōu)化的推薦施肥處理的養(yǎng)分吸收、生殖器官中分配總量和肥料利用率有不同程度的提高；李青軍等［6］的棉花高產(chǎn)和磷高效的磷肥基施追施配合技術(shù)研究表明，與不施磷肥相比，磷肥全部基施與部分磷肥滴灌追施都能增加磷素吸收量，顯著提高棉花生物量和產(chǎn)量。王海東等［7］的滴灌施肥量對棉花生長、養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的研究表明，在新疆膜下滴灌條件下，從節(jié)肥和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展角度看，250-100-50 kg/hm2（N-P2O5-K2O）為最佳滴灌施肥量。石榮媛等［8］對棉花氮肥、磷肥和鉀肥利用率及產(chǎn)量研究表明，配方施肥方法棉花氮肥、磷肥和鉀肥利用率高于常規(guī)施肥，且可以提高棉花產(chǎn)量，表現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)效益。

以上研究都是從施肥與產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行，而本研究從棉花生長的生理指標(biāo)入手，研究施肥對棉花的影響。研究表明，棉花各項(xiàng)生理指標(biāo)的定性提出是棉花研究中的一大進(jìn)步，掌握了棉花干物質(zhì)積累與分配、葉面積指數(shù)、凈同化率、相對生長率、蕾鈴脫落臨界光強(qiáng)等動態(tài)變化規(guī)律，對棉花高產(chǎn)有重要貢獻(xiàn)［9］。本研究對西北半干旱區(qū)灌耕砂壤土種植棉花，以各施肥處理氮、磷總量一定為前提，研究不同施肥處理下棉花株高、凈光合速率、蕾鈴脫落率、根冠比在作物不同生育期內(nèi)的動態(tài)變化特征，分析不同施肥處理對棉花產(chǎn)量參數(shù)的影響，間接地為該地區(qū)改善棉花栽培措施、推進(jìn)科學(xué)施肥以及提高產(chǎn)量提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2011年4月在甘肅省張掖市高臺縣羅城鄉(xiāng)花墻子村大田進(jìn)行。該區(qū)海撥1 260 m，干旱少雨、蒸發(fā)量大、日照長、熱量豐富，年均太陽輻射6 196 MJ/m2，全年日照時數(shù)3 088 h，年均氣溫7.6℃，≥10℃積溫3 039℃，無霜期為157 d，年均降雨量66.4～104 mm，蒸發(fā)量2 000 mm，屬于大陸沙漠干旱性氣候。該區(qū)土壤類型為灌耕土，在該地區(qū)選取一塊土壤肥力相對均一，質(zhì)地較好的地塊。試驗(yàn)地前茬作物為西瓜，土壤理化性質(zhì)見表1。供試棉花品種為石棉721號（Shimian721，新疆自育）。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，10個處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積54 m2。10個處理氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）水平分別為：（1）CK（不施肥）、（2）N0P2（N 0 kg/hm2，P2O5135kg/hm2）、（3）N1P1（N 240 kg/hm2，P2O590 kg/hm2）、（4）N1P2（N 240 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2）、（5）N2P0（N 300 kg/hm2，P2O50 kg/hm-2）、（6）N2P1（N 300 kg/hm2，P2O590 kg/hm2）、（7）N2P2（N 300 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2）、（8）N2P3（N 300 kg/hm2，P2O5180 kg/hm2）、（9）N3P2（N 360 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2）、（10）N2P2K2（300 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2）。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤的主要理化性質(zhì)

棉花于2011年4月21日播種，覆膜種植，人工點(diǎn)播，1膜4行，寬行40 cm，窄行30 cm，膜間距40 cm，株距20 cm，種植密度為28.5萬株/hm2，5月3日出苗，保苗數(shù)為24.5萬株/hm2。氮肥品種為46%普通尿素，30%作基肥，70%作追肥，追肥分別于6月19日（盛蕾期）施入氮肥總量的20%、7月16日（盛花期）施30%、8月7日（盛鈴期）施20%；磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O含量50%），磷肥和鉀肥全部作基肥施用。采用溝灌方式，全生育期灌水3次，每次追肥1 d后灌水。其他管理措施同一般大田。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，待棉花出苗長到3～4片葉時，選擇長勢均勻的棉株，每個小區(qū)在邊行和中行均勻選定10株，共30株作為觀測株，從苗期開始到吐絮期，觀測棉花株高、蕾鈴脫落及成鈴數(shù)，在觀察過程中不斷淘汰異常棉株，最后每小區(qū)保留10株。到吐絮期每小區(qū)取上、中、下各30朵棉鈴測定單鈴重和衣分，取平均值。各小區(qū)單打?qū)嵤沼?jì)產(chǎn)。

從棉花苗期至吐絮期，凈光合速率（Pn）采用英國產(chǎn)PP-Systems便攜式光合測定儀進(jìn)行測定，在晴天上午9:00～11:00取植株的功能葉片進(jìn)行測定，開放氣路系統(tǒng)，CO2濃度340～360 μL/ L，光通量密度為1 200 μE/ （m2·s）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行分析處理，采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對棉花株高的影響

研究表明，灌水量和施氮量的高低與棉花的株高和葉面積指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系［10］。李志軍等［11］研究表明，施肥對棉花株高和葉面積指數(shù)影響均在0.01水平下具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，增加施肥量，各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)為先增大后降低。從圖1可以看出，不同生長時期均以處理N3P2（N 360 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2）的棉株生長速度最快，在苗期和盛蕾期，各處理的生長速度與對照相比沒有明顯差異；從盛蕾到盛花期，棉花的生長速度明顯加快；盛鈴期棉花的生長速度仍在增加，但增幅有所下降。其中，在盛花期，處理N3P2的生長速度比處理N0P2、N1P2和N2P2分別快18.49%、12.61%和3.07%，處理N3P2與處理N0P2、N1P2差異均極顯著，與處理N2P2沒有明顯差異；處理N2P1生長速度比處理N1P1快10.36%，但沒有明顯差異。說明磷肥用量一定時，棉花生長速度在一定范圍內(nèi)隨氮肥用量的增加呈增加趨勢；氮肥用量一定時，隨著磷肥用量的增加，各處理棉花生長速度也有所加快，但差異不顯著。到了吐絮期，各施肥處理間棉株的高度都高于對照，且株高最大的處理為N2P2K2。

圖1 不同施肥處理對棉花生長速度的影響

2.2 不同施肥處理對棉花凈光合速率的影響

從圖2可以看出，在棉花生育期，凈光合速率（Pn）是波動的，除處理N1P1外，不同施肥處理的棉花，從苗期開始凈光合速率逐漸升高，盛花期達(dá)到最大值，之后又逐漸下降。苗期各處理棉株的凈光合速率（Pn）沒有明顯差異。隨著氮素水平增加，凈光合速率（Pn）也在增加，其中盛蕾期處理N3P2的Pn比處理N0P2、N1P2和N2P2分別增加51.65%、40.74%和14.69%，差異達(dá)極顯著水平；盛花期處理N3P2的Pn比處 理 N0P2、N1P2和 N2P2分 別 增 加 50.87%、44.93%和20.24%，差異達(dá)極顯著水平；盛鈴期處理N3P2的Pn比處理N0P2、N1P2和N2P2分別增加49.09%、47.46%和18.40%，差異達(dá)極顯著水平；吐絮期處理N3P2的Pn比處理N0P2、N1P2和N3P2分別增加136.97%、97.39%和20.63%，處理N3P2與N0P2、N1P2差異達(dá)極顯著水平，與N2P2差異不明顯。從苗期到盛鈴期，以處理N2P2K的Pn最大，吐絮期則以處理N3P2的Pn最大。在棉花整個生育期，磷肥的不同施用量對棉花Pn的影響不明顯。

圖2 不同施肥處理對棉花凈光合速率的影響

2.3 不同施肥處理對棉花蕾鈴脫落率的影響

張炎等［12］研究表明施鉀顯著增加了棉花現(xiàn)蕾數(shù)和有效結(jié)鈴數(shù)，降低棉花蕾鈴脫落率，現(xiàn)蕾數(shù)、有效鈴數(shù)與施鉀量呈顯著正相關(guān)，而蕾鈴脫落率與施鉀量呈顯著負(fù)相關(guān)，施鉀可顯著提高棉花皮棉產(chǎn)量；鄧忠等［13］研究指出，氮肥滴施磷鉀肥基施施氮策略較氮磷鉀肥全部滴施施氮策略具有較低的蕾鈴脫落率。從表2可以看出，不同施肥處理對棉花現(xiàn)蕾數(shù)、有效鈴數(shù)、蕾鈴脫落率都有顯著影響，與對照相比，施肥顯著降低了棉花的蕾鈴脫落率，使有效鈴數(shù)顯著提高。其中，不同施氮量比較，處理N3P2棉花蕾鈴脫落率比處理N0P2、N1P2和N2P2分別降低2.64%、1.81%和0.88%，有效鈴數(shù)分別提高3.0、2.5、1.34個/株；不同施磷量比較，處理N2P3棉花蕾鈴脫落率比處理N2P0、N2P1和N2P2分別降低2.53%、1.8%和0.71%，有效鈴數(shù)分別提高2.0、1.5、1.77個/株；所有施肥處理中，以處理N3P2有效鈴數(shù)最高，處理N2P2K2蕾鈴脫落率最低，由此可見，施鉀處理降低了棉花的蕾鈴脫落率。

表2 不同施肥處理的蕾鈴脫落率比較

2.4 不同施肥處理對棉花根冠比的影響

根據(jù)本試驗(yàn)的結(jié)果（圖3），在棉花的生育期內(nèi)，根冠比是波動的，不同施肥處理棉花盛蕾期的根冠比較低，以后逐漸上升，盛花期達(dá)最大值，盛花期后又下降，然后升高。盛花期不同施肥處理根冠比依次為CK＞N0P2＞N1P1＞N1P2＞N2P0＞N2P1＞N2P2＞N2P3＞N3P2＞N2P2K。盛花期隨著氮肥用量的增加，棉株的根冠比減小，其中以處理N3P2的根冠比最小，比處理N0P2、N1P2和N2P2分別小17.13%、14.22%和7.92%，差異分別達(dá)極顯著和顯著；而在施氮量相同的情況下，隨著磷肥施用量的增加，植株的根冠比也在不斷減小，以處理N2P3的根冠比最小，比處理N2P0、N2P1和N2P2分別小7.08%、3.66%和2.09%，差異不顯著。說明增施氮肥對植株根冠比影響明顯，使根冠比減??；增施磷肥同樣對植株根冠比有影響，但不明顯。

圖3 各處理不同時期植株根冠比

2.5 不同施肥處理對棉花產(chǎn)量參數(shù)的影響

植物N肥利用率受施N水平、施肥方法、土壤性狀、逆境脅迫以及品種類型等多種因素的影響［14］。棉花對N肥的利用效率維持在30%～40%之間，在一定范圍內(nèi)，肥料氮素的吸收利用效率隨施N量的增加而逐漸降低［15-16］，辛承松等［17］通過高產(chǎn)、中產(chǎn)和低產(chǎn)鹽堿地棉田施用N、P和N、P、K肥研究，指出3類棉田棉花的N、P、K肥農(nóng)學(xué)利用效率均以N、P、K三者配合施用的處理為最高。本試驗(yàn)結(jié)果（表3）表明，施氮可以增加棉花產(chǎn)量，增大棉花氮肥效益參數(shù)，其中處理N1P2、N2P2、N3P2的氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥料貢獻(xiàn)率以及氮肥增產(chǎn)效益均比處理N0P2高，均表現(xiàn)為N3P2＞N2P2＞N1P2＞N0P2。由表4可知，施磷可以增加棉花產(chǎn)量，增大棉花磷肥效益參數(shù)，其中處理N2P1、N2P2、N2P3的磷肥表觀利用率、磷肥農(nóng)學(xué)利用效率、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥料貢獻(xiàn)率以及磷肥增產(chǎn)效益均比處理N2P0高，磷肥表觀利用率依次為N2P3＞N2P1＞N2P2＞N2P0，磷肥農(nóng)學(xué)利用效率依次為N2P3＞N2P2＞N2P1＞N2P0，磷肥偏生產(chǎn)力依次為N2P1＞N2P2＞N2P3＞N2P0，磷肥貢獻(xiàn)率依次為N2P3＞N2P2＞N2P1＞N2P0，磷肥增產(chǎn)效益依次為N2P3＞N2P2＞N2P1＞N2P0。

表3 棉花氮肥效益參數(shù)

表4 棉花磷肥（P2O5）效益參數(shù)

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，從苗期到盛鈴期，棉株生長速度均以處理N3P2最快，到了吐絮期，各施肥處理的株高均高于對照，株高最大的處理為N2P2K；在一定范圍內(nèi)（本試驗(yàn)中 N≤360 kg/hm2，P≤180 kg/hm2）增施氮磷鉀肥均能促進(jìn)棉花生長速度的加快，增施鉀肥可以促進(jìn)棉花在生育后期的生長。這與朱振亞等［18］、吳梅菊等［19］的研究結(jié)果一致。

在棉花生育期，凈光合速率（Pn）是波動的。本試驗(yàn)中，除處理N1P1外，不同施肥量的棉花，從苗期開始凈光合速率逐漸升高，盛花期達(dá)到最大值，以后又逐漸下降。在棉花整個生育期，隨著氮素水平從N1增加到N3，凈光合速率增加，而磷肥不同施用量對棉花凈光合速率（Pn）的影響不明顯。從苗期到盛鈴期，處理N2P2K的凈光合速率（Pn）最大，吐絮期以處理N2P2的凈光合速率（Pn）最大。辛承松等［17］、郭英等［20］對鹽堿地棉花的研究表明，N、P、K肥配合施用能提高棉花單株葉面積、葉綠素含量和凈光合速率，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明，各施肥處理都可以提高棉花的凈光合速率，尤其是增施鉀肥后效果更明顯。

棉花有效結(jié)鈴數(shù)由現(xiàn)蕾數(shù)和蕾鈴脫落率兩個因素決定，如何提高現(xiàn)蕾數(shù)、降低蕾鈴脫落率是棉花栽培的中心任務(wù)。棉花的營養(yǎng)生長是基礎(chǔ)，生殖生長是目的，通過合理施肥促進(jìn)營養(yǎng)生長與生殖生長協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)既不過分抑制棉花營養(yǎng)生長，使其有足夠的營養(yǎng)體和光合面積，多合成營養(yǎng)物質(zhì)，多現(xiàn)蕾，又不使棉花營養(yǎng)生長過分旺盛造成徒長，導(dǎo)致蕾鈴脫落。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同施肥處理對棉花現(xiàn)蕾數(shù)、有效鈴數(shù)、蕾鈴脫落率都有顯著影響。與對照相比，施肥顯著降低了棉花的蕾鈴脫落率，使有效鈴數(shù)顯著提高。其中，處理N3P2的有效鈴數(shù)最高，處理N2P2K2的蕾鈴脫落率最低，這與張炎等［12］、鄧忠等［13］、Cassman等［21］、房英［22］的研究結(jié)果一致。

在棉花的生育期內(nèi)，根冠比是波動的，其變化呈“W”型，不同處理棉花盛蕾期根冠比較低，以后逐漸上升，盛花期達(dá)最大值，盛花期后又下降，然后升高。增施氮肥對植株根冠比影響明顯，使根冠比減小，這與鄧忠等［23］認(rèn)為隨著施氮量的增大棉花根冠比均呈逐漸下降趨勢的研究結(jié)果一致；增施磷肥同樣對植株根冠比有影響，但不明顯。

表觀利用率、農(nóng)學(xué)利用效率、偏生產(chǎn)力、肥料貢獻(xiàn)率、肥料增產(chǎn)效益都是直接反映施肥量與棉花產(chǎn)量關(guān)系的重要參數(shù)。研究表明，配方施肥方法棉花氮肥、磷肥和鉀肥利用率高于常規(guī)施肥，且可以提高棉花產(chǎn)量，表現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)效益［8］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，處理N1P2、N2P2、N3P2的氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥料貢獻(xiàn)率以及氮肥增產(chǎn)效益均比處理N0P2高，依次為N3P2＞N2P2＞ N1P2＞ N0P2；處理 N2P1、N2P2、N2P3的磷肥表觀利用率、磷肥農(nóng)學(xué)利用效率、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥料貢獻(xiàn)率以及磷肥增產(chǎn)效益均比處理N2P0高，其中磷肥表觀利用率依次為N2P3＞N2P1＞N2P2＞N2P0，磷肥偏生產(chǎn)力依次為N2P1＞N2P2＞N2P3＞N2P0，磷肥農(nóng)學(xué)利用效率、磷肥貢獻(xiàn)率、磷肥增產(chǎn)效益均表現(xiàn)為N2P3＞N2P2＞N2P1＞ N2P0。這與石榮媛等［8］、辛承松等［17］、董合林等［16］的研究結(jié)果一致。

綜上所述，合理配施氮磷鉀肥可以有效促進(jìn)棉花生長，提高肥料利用率，且可以提高棉花產(chǎn)量，表現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)效益，本研究結(jié)果可以間接為甘肅河西走廊地區(qū)改善棉花栽培措施、推進(jìn)科學(xué)施肥以及提高產(chǎn)量提供一定依據(jù)。本研究只對氮磷肥不同用量做了研究，對鉀肥不同用量沒有做深入研究。此外，棉花生長的好壞，產(chǎn)量的高低，除與施肥有關(guān)外，還與光、熱、水、土等因子有關(guān)，不同地區(qū)、不同品種之間肥料用量也有一定差異，尚需進(jìn)一步研究。