氮磷減施與鉀鋅互作對棉花生物量、產(chǎn)量與養(yǎng)分吸收的影響

李亞莉，哈麗哈什·依巴提，張 炎，李 源，李青軍

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆塔城地區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆塔城 834700)

0 引 言

【研究意義】棉花為新疆主要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，施肥是目前棉花增產(chǎn)的主要措施之一，但過量施肥會不利于棉花增產(chǎn)、破壞土壤中大量元素與微量元素的平衡，嚴(yán)重引起土壤質(zhì)量下降危害環(huán)境[1-5]。單純減量化肥可能會出現(xiàn)減產(chǎn)等。在保障棉花增產(chǎn)或穩(wěn)產(chǎn)的條件下，通過營養(yǎng)元素間的協(xié)調(diào)共效作用以增加養(yǎng)分的有效性，達(dá)到化肥減施增效的目的?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】施肥調(diào)查表明[6]，新疆棉花施肥中存在氮磷肥施用過量、鉀肥用量不足、忽視微肥的現(xiàn)象。鉀素是植物生長發(fā)育所必需的大量元素之一，棉花具有喜鉀肥的特性，對其的生長發(fā)育和產(chǎn)量都有重要的影響[7-9]。Pettigrew W T，劉榮根等[10-11]研究得出鉀素可以很好提高棉花產(chǎn)量、纖維品質(zhì)同時提高棉花抗黃萎病的能力。劉冬梅等[12]研究得出施用鉀肥可以明顯增加棉花葉和鈴殼中的含鉀量，提高棉花產(chǎn)量。夏穎、姜益娟等[13-14]通過對棉花鉀素施用效果的研究表明，常規(guī)棉花品種施鉀在蕾期和花期可以明顯增加棉花產(chǎn)量，馬宗斌和李伶俐等[15-16]研究發(fā)現(xiàn)，雜交棉品種僅在盛鈴期施入鉀肥，也可提高棉花的產(chǎn)量。鋅肥具有改善棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的作用。王金鑫[17]研究得出在新疆棉花的生育期適量補(bǔ)充鋅肥可以提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，支金虎等[18]研究表明，鋅素可以顯著增加作物的葉綠素含量，并提高光合速率和光合因子的產(chǎn)生，有研究者表明，鋅可以促進(jìn)棉花氮、磷、鉀素的吸收同時提高蛋白質(zhì)含量[19-20]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】新疆為供鋅能力較差的石灰性土壤，在棉花栽培方式上呈現(xiàn)重氮磷肥、輕鉀、鋅肥的特點(diǎn)。新疆化肥減施條件下，鉀素與鋅素互作是解決棉花減產(chǎn)的有效措施，研究鉀鋅互作與習(xí)慣施肥對棉花生物量、產(chǎn)量與養(yǎng)分吸收的差異。【擬解決的關(guān)鍵問題】在氮磷肥減少用量的基礎(chǔ)上，試驗設(shè)5個處理研究棉花產(chǎn)量、吸收對N、P與K、Zn互作的響應(yīng)，為棉花減少化肥用量提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

2017～2018年在新疆昌吉市老龍河墾區(qū)(N44°13′37″，E87°17′36″)進(jìn)行試驗，當(dāng)?shù)責(zé)o霜期平均為170 d。所用棉花品種為新陸早48號，覆膜滴灌種植，1膜6行，行距10+66 (cm)，株距10 cm，試驗小區(qū)面積54 m2。播種日期4月16日，出苗4月27日，生育期間灌溉10次，每次滴水400～450 m3/hm2。試驗地土壤為潮土，有機(jī)質(zhì)11.3 g/kg，堿解氮58.4 mg/kg，速效磷17.4 mg/kg，速效鉀176 mg/kg，有效鋅0.82 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)如下5個處理，處理1：NP(習(xí)慣施肥)；處理2：80%NP(習(xí)慣施肥減量20%)；處理3：80%NP+K(習(xí)慣施肥減量20%加鉀肥)；處理4：80%NP+Zn(習(xí)慣施肥減量20%加鋅肥)；處理5：80%NP+K+Zn(習(xí)慣施肥減量20%加鉀肥加鋅肥)。各處理3次重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

習(xí)慣施肥的N、P2O5用量分別為275、150 kg/hm2，其它處理的N、P2O5用量分別為220、120 kg/hm2；處理3和處理4的K2O用量為60 kg/hm2；處理4和處理5的鋅肥(ZnSO4)用量為30 kg/hm2。試驗所用肥料為尿素(N 46%)，三料磷肥(P2O546%)，氯化鉀(K2O 60%)，尿素分6次滴施，其中蕾期(2次)、花期(2次)、鈴期(2次)；磷、鉀、鋅肥全部基施。

1.2.2 測定指標(biāo)

干物質(zhì)和養(yǎng)分：在成熟期采集棉花植株樣品，按器官分為莖、葉、籽。在75℃條件下烘干36 h至恒重，記錄生物量，將樣品粉碎，測試棉花不同器官的養(yǎng)分含量。

棉花產(chǎn)量：成熟期在試驗小區(qū)內(nèi)調(diào)查9.6 m2的棉花密度、有效鈴數(shù)，同時采收100朵棉花測定單鈴重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用WPS 2018和SPSS21.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析，多重比較(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花生物量累積與分配的影響

研究表明，等氮(N)、磷(P)用量條件下，80%NP處理的棉花莖、葉、籽和總生物量都顯著小于NP處理。而80%NP+Zn處理的棉花莖、葉、籽和總生物量都顯著小于NP處理，但與80%NP處理沒有顯著差異。80%NP+K處理的棉花莖、葉、籽和總生物量都顯著大于80%NP處理，但其莖、籽和總生物量都顯著小于NP處理。80%NP+K+Zn處理的棉花莖、葉、籽和總生物量與NP處理幾乎相同，沒有顯著差異。

習(xí)慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，棉花生物量顯著降低。80%習(xí)慣施肥只配施鋅肥不能顯著增加棉花生物量。80%習(xí)慣施肥只配施鉀肥能顯著增加棉花生物量，但顯著小于習(xí)慣施肥生物量。80%習(xí)慣施肥配施鉀肥和鋅肥顯著增加棉花生物量，與習(xí)慣施肥沒有顯著差異。圖1

2.2 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花產(chǎn)量的影響

研究表明，等氮(N)、磷(P)用量條件下，80%NP處理的棉花產(chǎn)量都顯著小于NP處理。而80%NP+Zn處理的棉花產(chǎn)量都顯著小于NP處理，大于80%NP處理。80%NP+K處理的棉花產(chǎn)量都顯著大于80%NP處理，但棉花產(chǎn)量都小于NP處理。80%NP+K+Zn處理的棉花產(chǎn)量在2017、2018年略高于NP處理，沒有顯著差異。

不同年份處理的棉花產(chǎn)量中習(xí)慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，顯著降低了棉花產(chǎn)量。80%習(xí)慣施肥只配施鋅肥能顯著增加棉花產(chǎn)量，但顯著小于習(xí)慣施肥產(chǎn)量。80%習(xí)慣施肥配施鉀肥和鋅肥與80%習(xí)慣施肥相比顯著增加棉花產(chǎn)量，并與習(xí)慣施肥沒有顯著差異。圖2

注：不同小寫字母表示處理間差異達(dá)到顯著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖1 不同處理的棉花生物量分配與累積
Fig.1 Cotton biomass distribution and accumulation of different treatments

注：不同小寫字母表示處理間差異達(dá)到顯著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖2 不同年份各處理的棉花產(chǎn)量
Fig. 2 Cotton yield of each treatment in different years

2.3 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花N吸收量的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、棉籽和總N素吸收量都顯著小于NP處理。80%NP+Zn、80%NP+K處理的棉花莖、葉、棉籽和總N素吸收量均小于NP處理大于80%NP處理，并與80%NP處理沒有顯著差異。80%NP+K+Zn處理的棉花莖、葉、棉籽和總N素均大于80%NP處理，與NP處理沒有顯著差異。習(xí)慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導(dǎo)致顯著降低了棉花N素吸收量。其中配施鋅鉀肥的棉花N素吸收量顯著大于配施鉀肥的棉花N素吸收量以及配施鋅肥的棉花N素吸收量，配施鋅肥和鉀肥處理間的棉花N素吸收量最優(yōu)并與習(xí)慣施肥處理沒有顯著差異。圖3

注：不同小寫字母表示處理間差異達(dá)到顯著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖3 不同處理棉花N素吸收量
Fig. 3 Cotton N uptake of different treatments

2.4 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花P吸收量的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、棉籽和總P素吸收量都顯著小于NP處理。80%NP+Zn、80%NP+K處理的棉花莖、葉、棉籽和總P素吸收量均小于NP處理大于80%NP處理，并與80%NP處理沒有顯著差異。80%NP+K+Zn處理的棉花莖、葉、棉籽和總P素均大于80%NP處理，與NP處理沒有顯著差異。習(xí)慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導(dǎo)致顯著降低了棉花P素吸收量。其中配施鋅鉀肥的棉花P素吸收量顯著大于配施鉀肥的棉花N素吸收量以及配施鋅肥的棉花P素吸收量，配施鋅肥和鉀肥處理間的棉花P素吸收量最優(yōu)并與習(xí)慣施肥處理沒有顯著差異。圖4

注：不同小寫字母表示處理間差異達(dá)到顯著性水平 (P< 0.05)，ns表示沒有顯著差異(P>0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖4 不同處理的棉花P素吸收量
Fig. 4 Cotton P uptake of different treatments

2.5 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花K吸收量的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、棉籽和總K素吸收量都顯著小于NP處理。80%NP+Zn、80%NP+K處理的棉花莖、葉、棉籽和總K素吸收量均小于NP處理大于80%NP處理，并與80%NP處理沒有顯著差異。80%NP+K+Zn處理的棉花莖、葉、棉籽和總K素均大于80%NP處理和NP處理，與NP處理具有顯著差異。習(xí)慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導(dǎo)致顯著降低了棉花K素吸收量。其中配施鋅鉀肥的棉花K素吸收量顯著大于配施鉀肥的棉花N素吸收量以及配施鋅肥的棉花P素吸收量，并大于習(xí)慣施肥棉花K素的吸收量。在不同處理條件下配施鋅肥和鉀肥處理的棉花P素吸收量最優(yōu)并與習(xí)慣施肥處理具有顯著差異。圖5

注：不同小寫字母表示處理間差異達(dá)到顯著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖5 不同處理的棉花P素吸收量
Fig. 5 Cotton K uptake of different treatments

2.6 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花Zn含量的影響

研究表明，2017年棉花莖葉部分含量差異不大，在籽含量中80%NP+Zn和80%NP+K+Zn處理與NP處理具有顯著差異。2018年80%NP+Zn和80%NP+K+Zn處理中棉花莖、葉、籽中鋅含量均顯著大于80%NP處理大于NP處理。且80%NP+K+Zn處理中棉花莖、葉、籽中鋅含量均大于80%NP+Zn處理。在不同處理條件下,配施鋅肥和鉀肥處理的棉花K素吸收量最優(yōu)并與習(xí)慣施肥處理具有顯著差異。表1

表1 不同處理的棉花各部位Zn含量 (mg/kg)

注：不同字母表示同一年份不同處理間差異達(dá)到顯著性水平(P< 0.05)。***表示各處理在0.001水平差異顯著。ns表示沒有顯著差異(P>0.05)
Note: Different small letters mean insignificant different among treatments in the same year (P< 0.05), *** mean significant different at 0.001 probability level. ns mean not significant (P>0.05)

3 討 論

試驗條件下，相對于習(xí)慣施肥(NP)，80%習(xí)慣施肥(80%NP)顯著降低棉花的生物量、產(chǎn)量以及對養(yǎng)分吸收的影響。80%習(xí)慣施肥+鉀肥(80%NP+K)處理及80%習(xí)慣施肥+鋅肥(80%NP+Zn)處理相比80%習(xí)慣施肥(80%NP)來說均增加棉花的生物量、產(chǎn)量以及養(yǎng)分吸收，但總體仍然小于習(xí)慣施肥。單純降低N、P的施用量以及在降低N、P的施用量基礎(chǔ)上添加K肥、Zn肥都會產(chǎn)生減產(chǎn)的危險。而80%習(xí)慣施肥+鉀肥+鋅肥(80%NP+K+Zn)處理下的棉花的生物量、產(chǎn)量以及對養(yǎng)分吸收顯著大于80%習(xí)慣施肥(80%NP)，并與習(xí)慣施肥(NP)沒有顯著差異。大多數(shù)研究集中于在習(xí)慣施肥的條件下探討施用不同比例、不同時期鉀鋅肥對作物生產(chǎn)方式及產(chǎn)量的影響[13,18]。研究得出在氮磷肥減量的條件下只添加鉀肥或者鋅肥都降低了棉花的生物量、產(chǎn)量以及對養(yǎng)分吸收的能力，而在氮磷肥減量條件下鉀鋅互作可以顯著增加棉花的產(chǎn)量并與習(xí)慣施肥沒有差異。

張迎春等[19]研究表明，生物有機(jī)肥替代化肥可以提高萵筍的養(yǎng)分積累和肥料利用率，改善萵筍根基土壤理化性質(zhì)實現(xiàn)肥料資源合理利用。李琛悅等[20]設(shè)計3種不同減肥模式研究對富士蘋果的生長、結(jié)果的影響，得出最佳化肥年施用量為N 0.95 kg/株、P2O50.77 kg/株、K2O 1.3 kg/株，有機(jī)肥3.0 kg/株。趙軍、陶磊[21,22]等研究認(rèn)為，在滴灌棉田中，施用20%的有機(jī)肥替代常規(guī)化肥與單施化肥相比，并沒有明顯差異。研究表明，在棉田中，減少20%氮磷肥用量的條件下，增加鋅、鉀肥可以有效減少棉花減產(chǎn)幅度，這可能是因為鋅肥的施用可以影響作物體內(nèi)生長素的合成，鉀肥是60多種酶的活化劑，2種肥料共同施用可以顯著促進(jìn)光合作用、呼吸作用和光合產(chǎn)物的運(yùn)輸。在氮磷肥減施條件下，選擇80%習(xí)慣施肥+鉀肥+鋅肥(80%NP+K+Zn)對提高新疆棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的效果最佳。

4 結(jié) 論

4.1 80%習(xí)慣施肥會顯著降低棉花養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量。

4.2 80%習(xí)慣施肥配施鉀肥或者鋅肥棉花養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量均高于80%習(xí)慣施肥，但仍然低于習(xí)慣施肥處理。

4.3 80%習(xí)慣施肥配施鋅肥與鉀肥相比 80%習(xí)慣施肥均顯著提高棉花的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收，并與習(xí)慣施肥沒有顯著差異。

4.4 習(xí)慣施肥減少20%化肥用量中，80%習(xí)慣施肥配施鋅肥與鉀肥處理下棉花的養(yǎng)分吸收與產(chǎn)量最優(yōu)。