施鉀量和施鉀時期對棉花產量及不同部位棉鈴纖維品質性狀的影響

李宗泰，陳二影，宋憲亮，張美玲，趙慶龍，許曉龍，姬紅，孫學振

(作物生物學國家重點實驗室，山東農業大學農學院，山東泰安271018)

我國鉀資源貧乏，已探明的工業儲量僅占世界的0.47%，目前我國本土鉀肥供給遠遠不能滿足需求。近幾年我國鉀肥的市場價格連續大幅度飆升，每年的價格平均增長30%左右，大大提高了施鉀成本。我國農業的氮、磷、鉀施用比例為1∶0.4∶0.2，遠遠低于發達國家1∶0.42∶0.42的平均水平，土地缺鉀現象嚴重，缺鉀面積已達153.3萬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，隨 著 轉 Bt(Bacillus thuringiensis)基因抗蟲棉品種的大面積推廣，生產上棉花因缺鉀引起的早衰越來越嚴重，并已成為限制我國棉花產量的主要因素之一［4］，棉花早衰一般導致產量損失10%左右［5］，嚴重早衰的產量損失達20%以上［6］。加強棉花的鉀素營養和鉀肥施用方式研究，以實現鉀肥的優化管理，提高鉀肥利用率，防止棉花早衰，是棉花生產中亟待解決的問題。

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，提高棉花單鈴重、籽棉產量和皮棉產量［8－12］。有關增施鉀肥對棉花纖維品質指標影響的報道并不一致［13－17］。研究表明，棉花植株鉀素積累量在開花期至吐絮期最高［18］，鉀素的吸收高峰出現在盛花期到成熟期階段［19］，說明棉花生育中后期需鉀量較多。但在黃河流域棉區，生產中均將鉀肥作為基肥一次性施入，與棉花需鉀規律不相吻合。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，提高產量，改善纖維品質［20］。目前關于不同施鉀量和施鉀時期對棉花不同部位棉鈴纖維品質影響報道尚少。為此，在前人研究的基礎上，在黃河流域棉區開展不同施鉀量和施鉀時期對棉花產量及不同部位棉鈴纖維品質影響的研究，旨在為棉花的高產優質栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2009～2010年在山東農業大學科技示范園(東經117'15°，北緯36'17°)進行。供試土壤為沙壤土。2009試驗田0—20土層土壤有機質含量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年試驗田0—20土層土壤有機質含量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。

試驗在施純氮150 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2的基礎上，設置2個鉀素(K2O)供應水平［21］，100和150 kg/hm2;2個施鉀時期，一次性基施和1/2基施、1/2花鈴期追施。共設5個處理：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%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O514%)。小區面積48 m2，株距0.27 m，行距0.80 m，6行區，重復3次，隨機區組排列。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。試驗期間月降水量和平均氣溫見表1，氣象數據由泰安氣象局提供。

1.2 試驗方法

在開始吐絮后，于每個小區中選擇中間4行，調查株數及總成鈴數，計算單株成鈴數。收獲時，分果枝、果節收取小區中間4行并記下相應節位鈴數，果枝分為1～4、5～8、9以上三個果枝部位，果節分1～2、3以外兩個節位，曬干后，經室內軋花考種，計算全株平均單鈴重和衣分。纖維品質按果枝、果節部位混合，將每個混合樣品分成3份，作為3次重復，用HVI900纖維測定儀測定纖維品質。按小區實收籽棉產量，軋花后計算皮棉產量。

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

1.3 數據分析

試驗數據采用DPS7.05統計軟件進行統計分析，采用LSD方法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 對棉花產量及產量構成因素的影響

從表2可以看出，各施鉀處理的籽棉產量和皮棉產量均顯著或極顯著高于不施鉀處理，增產幅度達7% ～35%。各施鉀處理間比較，兩年試驗T4處理籽棉產量和皮棉產量極顯著或顯著高于T1、T2、T3處理。2009年籽棉產量為T4＞T3＞T2＞T1，T4處理分別比 T1、T2、T3處理增產 27%、19%和13%，差異極顯著;T3與T2處理無顯著差異，與T1處理差異極顯著，T2與T1處理差異顯著;皮棉產量與籽棉產量趨勢相同，各施鉀處理間差異均達顯著或極顯著水平。2010年籽棉產量與皮棉產量變化趨勢一致，T4處理極顯著或顯著高于T1、T2、T3處理，T1、T2、T3處理間無顯著差異。

表2 施鉀量和施鉀時期對棉花產量及產量構成因素的影響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，施鉀處理間表現為T4＞T3＞T2＞T1，差異達顯著或極顯著水平;2010年各處理間無顯著差異。單株成鈴數，2009年以T4處理最高，與其他施鉀處理和對照差異達極限著水平，T1處理與CK無顯著差異，T2、T3處理與CK差異達顯著水平，T1、T2、T3處理間未達顯著差異水平;2010年各施鉀處理均極顯著多于對照，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處理無顯著差異。衣分，2009年T4、T3處理顯著高于CK，T1、T2處理與CK無顯著差異，各施鉀處理間未達顯著差異水平;2010年各處理間未達顯著差異水平。產量構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 對不同部位棉鈴纖維品質性狀的影響

2.2.1 纖維長度 由表3可以看出，2009年結果顯示，5～8果枝1～2果節除T4處理顯著長于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無顯著差異;5～8果枝3以外果節各施鉀處理均顯著長于CK，各施鉀處理間無顯著差異;其他部位各處理間均無顯著差異。2010年結果顯示，1～4果枝1～2果節除T1、T3處理顯著長于CK外，其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無顯著差異;1～4果枝3以外果節各施鉀處理與對照差異未達顯著水平，T2、T4處理顯著長于T1處理，T1、T3處理間及T2、T3、T4處理間均無顯著差異;5～8果枝3以外果節、9以上果枝1～2果節除T4處理顯著長于CK外，兩部位其他施鉀處理與CK及各施鉀處理間均無顯著差異;其他部位各處理間均無顯著差異。

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

2.2.2 纖維比強度 由表4可以看出，2009年結果顯示，5～8果枝所有果節、9以上果枝1～2果節除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顯著差異;其他部位各處理間均未達顯著差異水平。2010年結果顯示，1～4果枝3以外果節、5～8果枝3以外果節除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顯著差異;9以上果枝1～2果節各施鉀處理與對照差異達極顯著水平，各施鉀處理間無顯著差異;其他部位各處理間均無顯著差異。

2.2.3 纖維馬克隆值 由表5可以看出，2009年結果顯示，1～4果枝1～2果節除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顯著差異;1～4果枝3以外果節除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顯著差異;5～8果枝1～2果節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處理間均未達顯著差異水平;5～8果枝3以外果節除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顯著差異;9以上果枝1～2果節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處理間無顯著差異;9以上果枝3以外果節各處理間無

顯著差異。2010年結果顯示，1～4果枝3以外果節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處理間未達顯著差異水平;5～8果枝1～2果節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處理間均未達顯著差異水平;9以上果枝1～2果節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處理間均未達顯著差異水平;其他部位各處理間均無顯著差異。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 施鉀量和施鉀時期對不同部位棉鈴纖維比強度的影響(cN/tex)Table 4 Effects of K application rate and time on fiber strength at different fruit positions

表5 施鉀量和施鉀時期對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年結果顯示，1～4果枝1～2果節各施鉀處理顯著大于CK，各施鉀處理間無顯著差異;5～8果枝3以外果節除T2處理與CK差異未達顯著水平外，其他施鉀處理與CK差異達極顯著水平，各施鉀處理間無顯著差異;9以上果枝3以外果節除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顯著差異;其他部位各處理間均無顯著差異。2010年結果顯示，5～8果枝1～2果節除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顯著差異;5～8果枝3以外果節各施鉀處理與對照差異未達顯著水平，T4處理顯著大于T1處理，T1、T2、T3處理間及T2、T3、T4處理間均無顯著差異;9以上果枝1～2果節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處理無顯著差異，T2與T3、T4處理無顯著差異，T3處理顯著大于T4處理;其他部位各處理間均無顯著差異。

表6 施鉀量和施鉀時期對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年結果顯示，1～4果枝1～2果節除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顯著差異;1～4果枝3以外果節和5～8果枝1～2果節除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顯著差異;9以上果枝1～2果節除T4、T3處理顯著或極顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK無顯著差異，T4處理極顯著高于T1、T2、T3 處理，T1、T2、T3 處理間無顯著差異;其他部位各處理間均無顯著差異。2010年結果顯示，1～4果枝3以外果節各施鉀處理與對照差異均未達顯著水平，T2處理顯著高于T1處理，T1、T3、T4處理間及T2、T3、T4處理間均無顯著差異;5～8果枝1～2果節除T4處理顯著高于CK外，其他施鉀處理與CK未達顯著差異水平，T4處理顯著高于T1 處理，T1、T2、T3 處理間及 T2、T3、T4 處理間均無顯著差異;9以上果枝1～2果節除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顯著差異;9以上果枝3以外果節各施鉀處理顯著或極顯著高于對照，各施鉀處理間未達顯著差異水平;其他部位各處理間均無顯著差異。

表7 施鉀量和施鉀時期對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，當施K2O小于120 kg/hm2作基肥一次性施用棉花產量最高;施K2O大于180 kg/hm2時，采用基肥∶蕾肥為1∶1增產效果最好，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的單鈴成鈴數最多，棉花產量最高［23］;在河北，施K2O 75 kg/hm2，以鉀肥全部底施的增產效果最好［21］;在河南，施氯化鉀 225 kg/hm2，以基施 ∶追施為1∶1的單株成鈴數和棉花產量最高［20］。本研究結果表明，與不施鉀處理相比，施鉀顯著提高了籽棉產量和皮棉產量，增產幅度可達7%～35%;在施鉀量為K2O 100 kg/hm2的條件下，不同施鉀時期的產量在年際間存在差異，2009年籽棉產量和皮棉產量分期施鉀均顯著高于一次性施鉀，2010年均未達顯著差異水平;在施鉀量為K2O 150 kg/hm2的條件下，分期施鉀籽棉產量和皮棉產量極顯著高于一次性施鉀。采用分期施鉀時(1/2基施、1/2花鈴期追施)，隨施鉀量增加，籽棉產量和皮棉產量均顯著增加，單株成鈴數的增加是產量提高的主要原因。產量及產量構成因素在年際間存在差異，其原因可能是兩年試驗前茬作物不同造成土壤理化性質差異、棉花生長期降水量分布不同(2009年降水集中在7、8月份，2010年降水集中在8、9月份)所致。施鉀增產的原因在于，施鉀協調了氮、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［11，23－24］;分期施鉀進一步提高產量的原因在于，分期施鉀可提高后期葉片葉綠素含量、促進氣孔開放、改善葉肉細胞CO2的供應能力，使得棉花后期葉片光合速率保持較高水平［10］。本試驗研究了兩個施鉀水平(K2O 100和150 kg/hm2)的增產效應，關于更低或更高施鉀水平下的增產效應還需進一步研究。綜合分析表明，將目前黃河流域棉區生產中的一次基施鉀肥改為基施與追施相結合，使土壤中速效鉀供應與棉花的鉀素需求同步，以滿足抗蟲棉中后期對鉀素的需要，防止棉花早衰，提高棉花產量，提高鉀肥的生產效率。

棉纖維品質主要受遺傳、環境兩因素的制約，環境因素對品質的貢獻為1/3，品種為2/3。有關施鉀對棉花纖維品質性狀影響的研究結論不盡一致。Minton和 Ebelhar［13］報道，一次性基施 K2O 112 kg/hm2對纖維長度和馬克隆值無影響，對纖維強度影響顯著;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、馬克隆值和伸長率，對纖維長度和強度無影響;Gormus和Yucel［16］研究表明，分期施用 K2O 150 kg/hm2使纖維長度和強度增加，纖維整齊度和馬克隆值降低;郭英等［17］研究認為，在基施條件下，施鉀提高了上、下部棉鈴的纖維長度、馬克隆值、比強度，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。本研究結果表明，與不施鉀相比，施鉀顯著提高了中部及上部果枝內圍果節的馬克隆值，分期施用K2O 150 kg/hm2顯著提高了中部果枝外圍果節的纖維長度、比強度以及中部果枝內圍果節的纖維成熟度;在施鉀時期相同的條件下，增加施鉀量對纖維長度、比強度無顯著影響;在施鉀量相同的條件下，與一次性基施相比，分期施鉀對纖維比強度無顯著影響。施鉀對纖維品質有一定的改善作用，其原因可能是施鉀有助于纖維的伸長，增加纖維的長度［25－26］，增加棉纖維次生壁厚度［27］，提高纖維強度有關。此外，纖維的長度、馬克隆值、纖維強度以及整齊度與纖維中鉀的濃度呈直線回歸關系，而與葉片中、土壤中鉀的濃度呈二次拋物線關系［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育期間光、溫不同有關。基于鉀素對纖維品質影響的研究，在現有棉花品種自身特性的基礎上，建立合理的鉀肥管理措施，可改善棉鈴纖維品質。

本試驗是在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品種為材料進行的研究，我國黃河流域棉區不同地區間的土壤理化性質及速效鉀含量存在差異，且不同基因型品種對施鉀的反映也不一致。因此，施鉀量和施鉀時期對不同土壤肥力條件下不同基因型棉花品種產量和品質的影響，有待進一步研究。

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