不同施肥模式對新疆棉花產量和品質的影響

李建剛+張衛國+李東方+李榮霞+董元華

摘要：針對新疆棉花施肥方式中存在的不足，對新疆建設兵團農場棉花施肥方式進行優化，檢驗優化施肥方式對土壤養分、棉花生長、病害發生率、產量和品質的影響。結果表明：2種優化施肥模式均能增加土壤中的速效氮、磷、鉀養分，促進棉花生育期提前；優化施肥2能夠使棉花的吐絮期提前5 d，還能促進單株結鈴數和伏前桃增加；經過優化施肥處理后，棉花黃萎病的發病率明顯降低，其中優化施肥1對棉花黃萎病的防效為39.57%，優化施肥2的防效高達60.96%；優化施肥方式能夠提高皮棉產量，其中優化施肥1增產5.0%，而優化施肥2增產率可達119%；同時纖維的品質也有了顯著的提高。這為克服棉花連作障礙提供了技術手段，同時對促進新疆棉花生產具有重要的指導意義。

關鍵詞：棉花；優化施肥；棉花黃萎病；棉花產量；纖維品質

中圖分類號：S562.06文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）02-0055-04

收稿日期：2013-07-10

基金項目：新疆生產建設兵團博士資金（編號：2010JC03）；中國科學院院地合作項目（編號：XBXJ-2011-045）。

作者簡介：李建剛（1979—），男，河北張北人，博士，助理研究員，主要從事礦質養分與植物土傳病害研究。E-mail：jgli@issas.ac.cn。

通信作者：董元華（1964—），男，湖北恩施人，博士，研究員，主要從事土壤生態與污染生態研究。E-mail：yhdong@issas.ac.cn。新疆是我國棉花的重要產區，憑借其優越的地域優勢和產業政策，經過20多年的發展已成為我國最主要的棉花生產和加工區域。新疆棉花產量多年來保持全國第一，占全國棉花產量的30% 以上，世界棉花產量的10% 左右。據新疆維吾爾自治區統計局統計，與2011年相比，2012年棉花播種面積 172.08萬hm2，增長5.1%；棉花產量3.54×109 kg，增長222%；在自治區重點監測的產業中，紡織工業總產值40.30億元，增長15.1%。棉花主產縣市財政收入中約60%來自棉花產業，目前棉花產業已成為新疆農民增收的主要途徑和農村經濟發展的支柱產業，棉花市場行情直接關系新疆經濟的發展[1]。

近年來，在新疆地區棉花種植面積不斷擴張的過程中，由于棉花種植比例大，換茬輪作困難，棉花連作已成為新疆綠洲棉區的主要耕作方式，連作問題也日益突出。棉花的產量、品質受到嚴重的影響，土壤生態環境遭到破壞，土壤退化嚴重，同時多年連作也致使棉花的病蟲害加劇，快速蔓延[2]。梁智等對新疆長絨棉產區（阿克蘇棉區）進行了調查，棉花連作面積占73.10%，連作棉田中，連作1～5年、6～8年、9～12年、13年以上的棉田分別占棉花連作總面積的11.70%、2015%、31.65%、9.60%；輪作棉田籽棉產量平均 4 150 kg/hm2，連作1～5年的籽棉產量平均 4 060 kg/hm2，基本不減產，連作6～8年的棉田籽棉減產4.7%～9.5%，連作9～12年的棉田籽棉減產13.4%～27.8%，連作13年以上的棉田籽棉減產331%～46.8%[3]。

連作障礙的機理是十分復雜的問題，是作物與土壤系統內部諸多因素綜合作用結果的外觀表現，主要包括生物和非生物因素[4-10]。新疆棉花連作栽培中，由于施肥、灌溉、耕作技術長期一致，并且隨著新疆棉花生產水平和棉農收入的提高，施肥量也在不斷增加，導致土壤板結、土壤次生鹽漬化、有機肥用量不夠、土壤緩沖性差，植株易發生死苗、缺株等現象，土壤團粒結構被破壞，施用化學肥料單一，肥料投入嚴重不平衡，很少施用鉀肥，肥效遞減的問題日益突出，并且肥料不合理施用帶來的后果愈發嚴重[1]。

針對新疆棉區存在的嚴重連作障礙問題，本研究擬通過合理的平衡施肥技術探索其對新疆棉花生產中產量、品質的提高以及對連作土壤的修復作用，以期為當地棉花生產從施肥方面提供理論及技術指導。

1材料與方法

1.1試驗設計

本試驗在新疆五家渠市農六師農業科學研究所的101團農場棉花種植基地進行。試驗地選擇連續多年種植棉花且黃萎病較重的地塊，試驗品種為新陸早42 號。試驗設計3個處理，分別是當地施肥、優化施肥1（即在當地施肥基礎上增加多元素礦質養分調理劑）、優化施肥2（在優化施肥1的基礎上通過葉面噴施補充中微量營養元素）。每個處理3次重復，每個小區面積為189 m2，隨機排列。

棉花施肥分為基肥和追肥，各處理的具體施肥方式見表1。各小區施肥嚴格按要求實施，各處理間栽培管理措施一致，棉花各小區單收計產。表1不同處理的棉花施肥方式

滴灌專用肥600 kg/hm2，分別于現蕾期、開花期、結鈴期和吐絮期追施，每次120 kg/hm2優化施肥1450 kg/hm2 多元素復合養分肥料，225 kg/hm2 二胺，150 kg/hm2 尿素追肥同上優化施肥2

450 kg/hm2 多元素復合養分肥料，225 kg/hm2二胺，150 kg/hm2尿素600 kg/hm2滴灌專用肥，施用方式同上，并在在苗期、現蕾、盛花和結鈴期各噴施450 g/hm2植物營養素注：棉花滴灌專用肥總養分≥48%；N、P2O5、K2O含量分別為36%、4%、8%；植物營養素由中國科學院海洋研究所研制；多元素復合養分肥料組成為：有效硅42%、氧化鉀8%、鎂3%、鈣8%、硫10%。

1.2土壤理化性質測定

在每個小區內沿S形路線隨機選取 5 點，采表層土樣（0～20 cm）后充分混勻，制成混合樣品。樣品經風干后，分別過 1 mm孔篩備用。土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、硝態氮、銨態氮、速效磷、速效鉀的測定均采用常規農化分析方法[11]。

1.3棉花測定項目和方法

在棉花生長期間進行了生育期調查，并且每小區取10 株在田間進行了株高、始果枝節位、始果節高度、果枝臺數、單株結鈴數和伏前桃的調查統計，并在室內測定了單鈴重和衣分等與產量相關的指標。采用HVI 900 測試系統測量纖維長度、纖維整齊度、比強度、麥克隆值、黃度等棉花品質指數。

1.4數據分析

不同處理間的平均值、標準差以及檢驗顯著性差用Excel 2003 和SPSS 16.0 軟件進行分析。

2結果與分析

2.1不同施肥方式對土壤理化性質的影響

分析不同處理條件下土壤的化學性質，施肥方式對土壤 pH值及養分含量有影響，但大部分無顯著差異（表2）。優化施肥2處理能夠降低土壤的pH值，從當地施肥的8.15 降低到7.76。在對土壤氮、磷、鉀養分的作用方面，優化施肥模式對土壤中全量養分的影響不明顯，主要體現在速效養分的改變方面。和當地施肥相比，優化施肥1能夠提高土壤中硝態氮、速效磷、速效鉀的含量，而優化施肥2能夠同時增加土壤中硝態氮、銨態氮、速效磷、速效鉀的含量，且增加幅度要大于優化施肥1（表2）。表2不同施肥方式對土壤養分的影響

2.2不同施肥方式對棉花生育期的影響

各處理中，棉花從播種到吐絮大約需要120 d，但是不同處理對棉花生育期的影響存在差異，并且該差異在棉花生長后期變得更加明顯（圖1）。這是因為在棉花生長前期，雖然2種優化施肥方式都對縮短棉花各個生育有一定的作用，但是處理之間并沒有顯示出顯著差異；但是到了后期，在相同的顯著性水平上，不同處理間的差異性得以顯示。并且效果最好的是對土壤和植物雙重施肥的優化施肥2，其吐絮期為播種后121 d，而優化施肥1中的吐絮期為123 d，與當地施肥相比，分別提前了5 d和2 d，這對棉花的提前采收有著重要的作用。因為新疆在棉花收獲季節溫度較低，容易遭受霜凍，如果能夠提早采摘，對增產和提質具有重要的意義。

2.3不同施肥處理對棉花生長的影響

棉花生長性狀調查結果表明，不同施肥處理中棉株生長的株高、始果枝節位及棉桃個數等參數具有不同的變化，與當地施肥相比，優化施肥的2個處理均能不同程度地促進棉花的生長和增加每株的結鈴個數，但各處理間差異不顯著。優化施肥1、優化施肥2能夠分別增加單株結鈴數0.2、0.6個（表3）。這對總體產量的增加具有舉足輕重的作用。表3不同施肥處理對棉花生長的影響

2.4不同施肥處理對棉花黃萎病的防治效果

棉花黃萎病是威脅棉花生產的重要病害之一，可以極大地引起棉花減產甚至絕產。本研究結果表明：不同的優化施肥處理可以有效降低黃萎病的發病率，對黃萎病具有顯著的防治效果，其中優化施肥1的防效為39.57%，而優化施肥2的防效高達60.96%（圖2）。

2.5不同施肥處理對棉花產量的影響

對不同施肥處理中產量性狀及具體產量的統計發現，2種優化施肥均可以提高產量相關性狀的表現。優化施肥2能夠顯著地增加棉株單鈴重量，從4.8 g增加到 6.3 g；皮棉和籽棉產量也有所增加，優化施肥1和優化施肥2皮棉產量分別增加5.0%、11.9%，增產幅度顯著（表4）。

2.6不同施肥處理對棉花品質的影響

麥克隆值、整齊度和絨長等指標是衡量棉花纖維品質的重要參數。棉花纖維品質分析結果表明，2種優化施肥均能不同程度地提升纖維品質，并且優化施肥2的效果更好（表5）。麥克隆值是衡量棉花透氣性的參數，當地施肥處理麥克隆值為4.6，按照國家棉花分級標準為3級，優化施肥1為2級，而優化施肥2為1級。另外，經過優化施肥處理以后絨長和比強度增加明顯，黃度降低，有利于工業紡紗使用。表5各處理對棉花纖維品質的影響

3討論

近年來，隨著政府對發展棉花產業的重視和棉花種植經濟收益的增加，棉農在生產中加大了科技和物質投入，棉花單產、總產水平顯著提高[12]。其中，為了追求棉花產量的增加，棉農不惜大量使用化肥，有的已經超過棉花生長所需，因此出現了諸多養分運籌不合理帶來的問題，如土壤養分失調、植株生長不旺、產量和品質下降、植物病蟲害加重等問題[13]。眾多研究結果表明，肥料運籌能夠有效提高作物產量和品質[14-15]。但是如何對棉花合理施肥，最終達到高產、高效和優質，是目前新疆棉花生產需要解決的技術難點[12，16]。

本研究在總結目前新疆棉花生產中施肥方法不合理的基礎上，對施肥方式進行優化，以檢驗不同的優化施肥模式對棉花生長、產量以及品質的影響。研究發現，在目前棉花生產的過程中施入了大量的氮、磷、鉀養分，而缺少中微量元素的投入，加上同一地塊多年連作，必然會造成養分元素之間的不平衡，從而導致一系列問題。基于此，我們設計了2種優化施肥模式，分別在基肥和追肥的過程中通過添加多元素復合養分肥料和葉面肥追肥對土壤和植物進行中微量元素的補充，結果表明對當地棉花的生產具有很大益處。

通過對棉花生育期的統計發現，優化施肥處理對生育期的影響主要體現在棉花生長的中后期，與對照相比，優化施肥1、優化施肥2的吐絮期分別提前了2、5 d，這對棉花的提前采收、防止棉花遭受凍害有著重大的作用。這可能和優化施肥模式促進土壤速效養分的增加有著直接的聯系，因為土壤中速效養分含量的提高有助于植物對營養的吸收利用，同時優化施肥2土壤的pH值從對照的8.15下降到7.76，這也有利于棉花的健康生長，因為棉花雖然耐堿，但其最適的pH值是7.0～8.0。本研究結果還表明不同的施肥方式能夠影響棉花黃萎病的發生率，其原因可能是不同施肥方式下植物生長的健康狀態具有區別，而添加了中微量養分的處理能夠促進植物的健康生長，從而提高了對病原菌的防御能力。另外，土壤中的養分構成也會影響土壤的微生態環境，改變病原菌與有益微生物的結構組成，而抑制棉花黃萎病菌對寄主植物的危害[17-18]。產量是棉花栽培最重要也是棉農最關心的結果，本研究結果表明優化施肥1能使皮棉增加了50%，優化施肥2中皮棉增加了119%，增產效果顯著。新疆的棉花種植面積占世界的10%，按照本研究的增產幅度，優化施肥方式將對新疆以及我國其他棉花產區的生產具有很大的指導作用及實際應用價值。除了產量，品質性狀也是棉花生產中很重要的參數，纖維的麥克隆值、整齊度、絨長和比強度等指標與棉花的商品價值具有直接關系。本研究所設計的優化施肥模式能夠顯著提高棉花的品質，為棉農經濟效益的增加帶來了益處。

在本研究所設計的3個處理中，根據最終的統計結果，我們發現對棉花生產有益效果從高到低依次是：優化施肥2>優化施肥1>當地施肥，這主要是因為3種施肥方法所用的肥料組合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，優化施肥1比當地施肥多了固體的礦質養分元素（多元素復合養分肥料），而優化施肥2又比優化施肥1多了1種葉面肥，并且葉面肥更利于植物的吸收。這和新疆本地土壤養分特性是有關系的。因為土壤氮素是新疆棉花高產的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤鉀素是新疆特別是南疆地區棉花高產的限制因子或潛在限制因子，而通過優化施肥可以有效增加土壤中的速效養分，有助于棉花對營養的吸收，從而促進其生長。在微量元素方面，土壤鋅作為棉花高產的限制因子具有一定的普遍性，土壤錳、硼作為棉花高產的潛在限制因子各地表現不一，主要受土壤有效錳、硼含量影響[16]，這些元素是在當地施肥處理的配方中沒有添加的，在優化施肥中所用的針對土壤及植物的肥料中均有添加，所以我們所設計的施肥方式能夠活化土壤中的大量元素、彌補土壤中被植物帶走而沒有及時補充的微量元素，進而維護土壤養分的平衡；而在施肥方式上，是通過易于植物吸收葉面施肥的方法，能夠及時提供植物生長發育所需的營養，并且比較節省勞動力。

綜上所述，我們建議棉花施肥時要在基肥中添加中微量元素礦物肥，并在后期的追肥過程中通過葉面施肥的方式及時補充有效養分。這樣有助于棉花產量的增加和品質的提升，并能提早采收，避免凍害，同時能夠降低土壤pH值，防止土壤進一步鹽堿化，對促進土地資源的持續利用和保護生態 具有重要的意義。

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在本研究所設計的3個處理中，根據最終的統計結果，我們發現對棉花生產有益效果從高到低依次是：優化施肥2>優化施肥1>當地施肥，這主要是因為3種施肥方法所用的肥料組合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，優化施肥1比當地施肥多了固體的礦質養分元素（多元素復合養分肥料），而優化施肥2又比優化施肥1多了1種葉面肥，并且葉面肥更利于植物的吸收。這和新疆本地土壤養分特性是有關系的。因為土壤氮素是新疆棉花高產的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤鉀素是新疆特別是南疆地區棉花高產的限制因子或潛在限制因子，而通過優化施肥可以有效增加土壤中的速效養分，有助于棉花對營養的吸收，從而促進其生長。在微量元素方面，土壤鋅作為棉花高產的限制因子具有一定的普遍性，土壤錳、硼作為棉花高產的潛在限制因子各地表現不一，主要受土壤有效錳、硼含量影響[16]，這些元素是在當地施肥處理的配方中沒有添加的，在優化施肥中所用的針對土壤及植物的肥料中均有添加，所以我們所設計的施肥方式能夠活化土壤中的大量元素、彌補土壤中被植物帶走而沒有及時補充的微量元素，進而維護土壤養分的平衡；而在施肥方式上，是通過易于植物吸收葉面施肥的方法，能夠及時提供植物生長發育所需的營養，并且比較節省勞動力。

綜上所述，我們建議棉花施肥時要在基肥中添加中微量元素礦物肥，并在后期的追肥過程中通過葉面施肥的方式及時補充有效養分。這樣有助于棉花產量的增加和品質的提升，并能提早采收，避免凍害，同時能夠降低土壤pH值，防止土壤進一步鹽堿化，對促進土地資源的持續利用和保護生態 具有重要的意義。

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在本研究所設計的3個處理中，根據最終的統計結果，我們發現對棉花生產有益效果從高到低依次是：優化施肥2>優化施肥1>當地施肥，這主要是因為3種施肥方法所用的肥料組合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，優化施肥1比當地施肥多了固體的礦質養分元素（多元素復合養分肥料），而優化施肥2又比優化施肥1多了1種葉面肥，并且葉面肥更利于植物的吸收。這和新疆本地土壤養分特性是有關系的。因為土壤氮素是新疆棉花高產的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤鉀素是新疆特別是南疆地區棉花高產的限制因子或潛在限制因子，而通過優化施肥可以有效增加土壤中的速效養分，有助于棉花對營養的吸收，從而促進其生長。在微量元素方面，土壤鋅作為棉花高產的限制因子具有一定的普遍性，土壤錳、硼作為棉花高產的潛在限制因子各地表現不一，主要受土壤有效錳、硼含量影響[16]，這些元素是在當地施肥處理的配方中沒有添加的，在優化施肥中所用的針對土壤及植物的肥料中均有添加，所以我們所設計的施肥方式能夠活化土壤中的大量元素、彌補土壤中被植物帶走而沒有及時補充的微量元素，進而維護土壤養分的平衡；而在施肥方式上，是通過易于植物吸收葉面施肥的方法，能夠及時提供植物生長發育所需的營養，并且比較節省勞動力。

綜上所述，我們建議棉花施肥時要在基肥中添加中微量元素礦物肥，并在后期的追肥過程中通過葉面施肥的方式及時補充有效養分。這樣有助于棉花產量的增加和品質的提升，并能提早采收，避免凍害，同時能夠降低土壤pH值，防止土壤進一步鹽堿化，對促進土地資源的持續利用和保護生態 具有重要的意義。

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