土壤速效鉀含量和追施不同形態(tài)氮肥對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

李鵬程，鄭蒼松，孫 淼，馮衛(wèi)娜，邵晶晶，朱海勇，董合林*

（1．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽(yáng) 455000；2．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西部農(nóng)業(yè)研究中心，新疆 昌吉 831100）

鉀是棉花生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量元素之一，李書田等［1］報(bào)道，不同棉區(qū)每生產(chǎn)100 kg皮棉地上部鉀吸收量為7.82～12.25 kg。施鉀能提高棉花葉片含鉀量、棉葉葉綠素含量以及二氧化碳的同化率，鉀還能提高棉葉中細(xì)胞色素氧化酶和硝酸還原酶的活性、氣孔導(dǎo)度，降低蒸騰速率［2］。提高供鉀水平有利于增加棉花功能葉質(zhì)體色素含量，促進(jìn)碳氮代謝［3］。維持一定氮、鉀營(yíng)養(yǎng)可維持棉花生育中后期主莖功能葉生理活性，有效延緩衰老［4］，增施鉀肥可提高棉花氮肥利用效率、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)［5-6］。棉花生育中后期，適量供鉀還可以提高棉花耐鹽性［7］。因此，研究棉花鉀肥的施用具有很重要的理論和實(shí)踐意義。

不同棉區(qū)均有學(xué)者開展了基于土壤速效鉀含量的推薦施鉀研究，因土壤鉀肥力和棉花產(chǎn)量水平不同，不同棉區(qū)棉花鉀肥適宜施用量和土壤速效鉀含量豐缺指標(biāo)均有差異。20世紀(jì)80年代張素菲等［8］確定了河南棉區(qū)土壤速效鉀嚴(yán)重缺鉀、缺鉀、潛在缺鉀、富鉀的指標(biāo)分別為＜80、80～110、110～125、125～140 mg·kg-1，對(duì)應(yīng)的施鉀措施分別為必須施用、注意施用、酌情施用、不需施用。范希峰等［9］報(bào)道黃淮海棉區(qū)土壤速效鉀含量為100～130 mg·kg-1時(shí)，施用150 kg·hm-2氯化鉀可增產(chǎn)。王盛橋［10］認(rèn)為湖北棉區(qū)土壤速效鉀含量低于50 mg·kg-1時(shí)，施鉀增產(chǎn)顯著，而土壤速效鉀含量高于150 mg·kg-1時(shí)可以不施鉀肥。王曉麗［11］以相對(duì)產(chǎn)量分別為＜80%、80%～90%、90%～95%、＞95%為標(biāo)準(zhǔn)，將湖北棉區(qū)土壤速效鉀豐缺狀況分為4級(jí)，從高到低對(duì)應(yīng)的速效鉀臨界值分別為＞150、105～150、50～105、＜50 mg·kg-1，并根據(jù)施鉀量與籽棉產(chǎn)量間的二次曲線關(guān)系提出了該區(qū)棉花推薦鉀肥用量為232.5 kg·hm-2。李俊杰等［12］提出新疆棉區(qū)灌耕灰漠土土壤速效鉀含量為200 mg·kg-1的條件下補(bǔ)施鉀肥有明顯的增產(chǎn)效果，而帕提古麗·蘇來(lái)曼［13］報(bào)道新疆沙性瘠薄土壤上施K2SO4105～150 kg·hm-2時(shí)增產(chǎn)效果明顯。李書田等［14］提出棉花鉀肥基施和開花期追施各半較好，其中山東（土壤速效鉀含量82 mg·kg-1）鉀肥（K2O）適宜用量為180～240 kg·hm-2，河北（土壤速效鉀含量89 mg·kg-1）鉀肥（K2O）適宜用量為150～180 kg·hm-2，新疆（土壤速效鉀含量117 mg·kg-1）鉀肥（K2O）適宜用量為112.5～150 kg·hm-2。楊云馬等［15］提出冀南棉區(qū)（土壤速效鉀含量103.3 mg·kg-1）、冀中棉區(qū)（土壤速效鉀含量123.0 mg·kg-1）及濱海鹽漬土棉區(qū)（土壤速效鉀含量170.0 mg·kg-1）適宜的施鉀量分別為150、120和90 kg·hm-2。施鉀可顯著提高棉花單株成鈴數(shù)和單鈴重，對(duì)衣分無(wú)顯著影響，田曉飛等［16］提出大蒜-棉花套作（土壤速效鉀含量97.5 mg·kg-1）推薦棉花施鉀（K2O）量為180 kg·hm-2。董合林等［17］提出商丘（土壤速效鉀含量78 mg·kg-1）和內(nèi)黃試點(diǎn)（土壤速效鉀含量109 mg·kg-1）麥棉兩熟棉花經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量分別為106.9和111.3 kg·hm-2。

不同形態(tài)氮肥在棉花上的施用研究報(bào)道較少，水培條件下，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮混合施用有利于提高棉花苗期干物質(zhì)質(zhì)量［18-19］；盆栽條件下，追施硝態(tài)氮肥可提高棉花生物量和葉片全氮含量［20］。目前棉花氮肥管理多依據(jù)土壤硝態(tài)氮含量測(cè)定、棉花葉柄硝態(tài)氮的營(yíng)養(yǎng)狀況來(lái)推薦氮肥用量［21］，而不同土壤鉀肥力水平下施用不同形態(tài)氮肥的效果尚不明確。本試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)，設(shè)置6個(gè)不同土壤速效鉀含量水平的土壤，在純氮用量相等、基施硫酸銨條件下，比較硫酸銨、硝酸鈣2種氮肥在初花期的追施效果，將為不同土壤速效鉀含量棉田氮肥合理選擇和高效施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

盆栽試驗(yàn)于2017～2018年在河南省安陽(yáng)市白壁鎮(zhèn)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)（36°06′N，114°21′E）進(jìn)行，2017年4至10月平均氣溫22.5℃，≥20℃積溫3782.7℃，日照時(shí)數(shù)1406.4 h，降水量325.7 mm。2018年4至10月平均氣溫22.6℃，≥20℃積溫3685.2℃，日照時(shí)數(shù)1519.8 h，降水量569.3 mm。試驗(yàn)為裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為6種不同速效鉀含量的土壤，土壤為細(xì)沙和大田土壤等比例混合而成，連續(xù)幾年施用不同用量的鉀肥種植棉花，從而形成土壤速效鉀含量梯度，便于開展棉花土壤速效鉀含量相關(guān)試驗(yàn)研究。土壤速效鉀含量分別為71.1、79.7、86.8、95.5、122.6、154.1 mg·kg-1，分 別 用K1、K2、K3、K4、K5、K6表示，土壤肥力水平見表1。副區(qū)為初花期追施2種不同氮肥，分別為硫酸銨（N 21%）、硝酸鈣（N 17%）。共12個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)重復(fù)5盆，每盆裝土30 kg，磷、鉀肥全部底施，磷（P2O5）、鉀（K2O）用量均為3 g，重過(guò)磷酸鈣（P2O542%）每盆用量為7.14 g，硫酸鉀（K2O 51%）每盆用量為5.88 g。所有處理每盆氮（N）肥總用量均為3 g，分底肥和初花期追肥等量施入，底肥均施用硫酸銨。供試棉花品種為‘中棉所100’，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。2016、2017年均為4月18日播種；2016年6月1日現(xiàn)蕾，2017年5月28日現(xiàn)蕾；2016年7月1日開花，2017年7月3日開花；2016年8月18日吐絮，2017年8月20日吐絮。整枝、病蟲害防治等常規(guī)管理參照當(dāng)?shù)孛藁ǜ弋a(chǎn)管理水平，棉花營(yíng)養(yǎng)枝、老葉均搜集后烘干稱重，計(jì)入棉花全株干物重。吐絮期調(diào)查單株成鈴數(shù)，每個(gè)處理挑選棉花健株3株，采集棉花全株樣品，單株分根（子葉節(jié)以下部分）、莖、葉、鈴殼、籽棉（包括未吐絮棉鈴）烘干稱重。單鈴重由單株籽棉產(chǎn)量除以成鈴數(shù)計(jì)算。

表1 不同速效鉀含量下的土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量

采用DPS 2020進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，采用Excel 2007進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

由表2可知，2個(gè)年度，土壤速效鉀含量均顯著影響了棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)和單株籽棉產(chǎn)量，但對(duì)單鈴重?zé)o顯著影響。2個(gè)年度，棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株籽棉產(chǎn)量、單株成鈴數(shù)均隨土壤速效鉀含量的增加呈開口向下的二次曲線增加（圖1、圖2、圖3）。2017年K5、K6處理棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量差異不顯著，分別顯著高于K1、K2和K3處理25.5%、33.3%、14.5%和21.6%、17.2%、24.6%，K4、K5、K6處理棉花單株籽棉產(chǎn)量差異不顯著，分別顯著高于K1和K2處理33.1%和10.8%、42.3%和18.4%、46.4%和21.8%，K3、K4、K5、K6處理棉花單株成鈴數(shù)差異不顯著，顯著高于K1和K2處理。2018年，K5、K6處理棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量與K2、K3、K4差異不顯著，但分別顯著高于K1處理22.4%、20.2%，K4、K5、K6處理棉花單株籽棉產(chǎn)量差異不顯著，但分別顯著高于K1處理29.7%、35.7%、54.9%，K6處理棉花單株成鈴數(shù)與K3、K4、K5處理差異不顯著，但顯著高于K1、K2處理。2017年K2處理棉花單鈴重最高，2018年K6處理棉花單鈴重最高。

表2 土壤速效鉀含量和追施不同形態(tài)氮肥對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量和籽棉產(chǎn)量的影響

圖1 土壤速效鉀含量對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量的影響

圖2 土壤速效鉀含量對(duì)棉花單株籽棉產(chǎn)量的影響

圖3 土壤速效鉀含量對(duì)棉花單株成鈴數(shù)的影響

由表2可知，初花期追施不同形態(tài)氮肥對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、單鈴重和單株籽棉產(chǎn)量均無(wú)顯著影響。2017年初花期追施硝酸鈣比追施硫酸銨單株干物質(zhì)質(zhì)量高3.9%，2018年二者基本持平，2017和2018年初花期追施硝酸鈣比追施硫酸銨單株籽棉產(chǎn)量分別高5.6%和1.9%，單株成鈴數(shù)分別高9.6%和4.4%，但單鈴重分別低3.7%和3.8%。

2個(gè)年度，土壤速效鉀含量和追施不同形態(tài)氮肥對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量、單株成鈴數(shù)、單鈴重的交互作用均未達(dá)到顯著水平。

由表3可知，從所有處理平均數(shù)來(lái)看，2018年棉花長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于2017年，其中，2018年棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量比2017年高23.5%，棉花單株籽棉產(chǎn)量比2017年高20.0%，棉花單株成鈴數(shù)比2017年高20.8%，棉花單鈴重比2017年高1.9%。2018年棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株籽棉產(chǎn)量、單株成鈴數(shù)和單鈴重的變異系數(shù)均低于2017年。

表3 不同處理棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)量構(gòu)成

2017年K6處理初花期追施硫酸銨、2018年K6處理初花期追施硝酸鈣獲得最高單株干物質(zhì)質(zhì)量，分別比最低單株干物質(zhì)質(zhì)量（K1處理初花期追施硫酸銨）高41.9%、41.0%。2017年K6處理初花期追施硫酸銨獲得最高單株籽棉產(chǎn)量，比最低單株籽棉產(chǎn)量（K1處理初花期追施硫酸銨）高85.3%。2018年K6處理初花期追施硝酸鈣獲得最高單株籽棉產(chǎn)量，比最低單株籽棉產(chǎn)量（K1處理初花期追施硫酸銨）高63.1%。2017年K5、K6處理初花期追施硝酸鈣獲得最高單株成鈴數(shù)，比最低單株成鈴數(shù)（K1處理初花期追施硫酸銨）高45.0%，2018年K6處理初花期追施硝酸鈣獲得最高單株成鈴數(shù)，比最低單株成鈴數(shù)（K1處理初花期追施硫酸銨）高50.7%。2017年K3處理初花期追施硫酸銨獲得最高單鈴重，比最低單鈴重（K1處理初花期追施硫酸銨）高36.4%，2018年K4處理初花期追施硝酸鈣獲得最高單鈴重，比最低單鈴重（K1處理初花期追施硝酸鈣）高19.1%。

3 討論

不同作物開展了土壤速效鉀含量豐缺指標(biāo)的推薦施鉀研究，宋秋來(lái)等［22］報(bào)道，隨著土壤速效鉀含量的提高（135.1、160.8、215.8、269.1、312.0、389.3 mg·kg-1），大豆植株及各器官的鉀素積累量逐漸增加，當(dāng)土壤速效鉀含量達(dá)到312.0 mg·kg-1時(shí)，增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩，大豆產(chǎn)量達(dá)到最高值。本試驗(yàn)中棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、單株籽棉產(chǎn)量均隨土壤速效鉀含量的增加均呈二次曲線增加，其中2018年土壤速效鉀含量為154.1 mg·kg-1時(shí)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量比土壤速效鉀含量為122.6 mg·kg-1時(shí)略有下降，但單株籽棉產(chǎn)量略高，說(shuō)明較高的土壤速效鉀含量利于棉花干物質(zhì)的積累和籽棉產(chǎn)量的提高，土壤速效鉀含量為154.1 mg·kg-1時(shí)單株籽棉產(chǎn)量達(dá)到最高值，但與土壤速效鉀含量為95.5、122.6 mg·kg-1時(shí)并無(wú)顯著差異，其與王盛橋［10］、王曉麗［11］提出的高土壤速效鉀臨界值150 mg·kg-1較接近，但這個(gè)含量是否為鉀肥用量失去增產(chǎn)作用的臨界值，有待開展鉀肥用量試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

不同作物對(duì)氮肥形態(tài)的反應(yīng)不一致，油菜單施銨態(tài)氮與單施硝態(tài)氮相比，更能促進(jìn)地上部生物量和籽粒產(chǎn)量提高［23］，硝、銨態(tài)氮1∶1配施與單施硝態(tài)氮籽粒產(chǎn)量差異不顯著。銨態(tài)氮比硝態(tài)氮能更好促進(jìn)毛竹的幼苗生長(zhǎng)［24］。銨態(tài)氮比硝態(tài)氮、銨和硝混合氮更能促進(jìn)淹水狀態(tài)下水稻的根系生長(zhǎng)，適度干旱、銨硝比1∶1比干濕交替灌溉、濕潤(rùn)灌溉條件下單施一種形態(tài)氮肥更能促進(jìn)根長(zhǎng)、根直徑、根體積、根碳氮代謝［25］。水培條件下，相比銨態(tài)氮，硝態(tài)氮有利于苗期棉花生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)鉀素的吸收［26-27］。在土壤全氮含量相同條件下，尿素、硫酸銨、硝酸鈣處理棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量和籽棉產(chǎn)量均無(wú)顯著差異，但隨土壤全氮含量增加（0.67、0.71、0.86、0.93、1.30 g·kg-1），棉花干物質(zhì)質(zhì)量和單株籽棉產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)［28］。Babaria等［29］報(bào)道大田條件下，尿素、硫酸銨、硝酸銨鈣等量施用（純氮用量160 kg·hm-2）對(duì)棉花的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)無(wú)顯著影響。本試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn)，2017年初花期追施硫酸銨棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于追施硝酸鈣處理，但單株成鈴數(shù)、單鈴重、單株籽棉產(chǎn)量無(wú)顯著差異，2018年初花期追施銨、硝氮肥對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、單鈴重、單株籽棉產(chǎn)量均未產(chǎn)生顯著影響，與Babaria等［29］研究結(jié)果較一致，初花期追施銨、硝氮肥對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響有待大田試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

利用氮肥和鉀肥的互作效應(yīng)可提高小麥的氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀回收率［30］。合適的氮鉀施用比例可以提高棉花產(chǎn)量，Abdul等［31］報(bào)道長(zhǎng)江流域棉區(qū)晚播短季棉固定施氮210kg·hm-2時(shí)，施 用K2O 210 kg·hm-2較 施 用K2O 168 kg·hm-2籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量分別提高10%～20%和10%～24%。Dong等［32］報(bào)道2個(gè)種植年度里有1個(gè)年度施氮（N 0、240 kg·hm-2）和施鉀（K2O 0、150 kg·hm-2）對(duì)皮棉產(chǎn)量產(chǎn)生了互作效應(yīng)，2個(gè)種植年度施鉀皮棉產(chǎn)量均顯著高于不施鉀。本試驗(yàn)是在施氮量相同的條件下，2個(gè)年度土壤速效鉀含量95.5、122.6、154.1 mg·kg-1籽棉產(chǎn)量均顯著高于土壤速效鉀含量71.1 mg·kg-1，顯示了土壤速效鉀的增產(chǎn)作用，但土壤速效鉀含量與氮肥形態(tài)之間未產(chǎn)生顯著的互作效應(yīng)，可能與氮肥用量較大有關(guān)。

4 結(jié)論

在施氮總量一致、氮肥基肥和初花期追肥各半條件下，土壤速效鉀含量顯著影響了棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)和單株籽棉產(chǎn)量，但對(duì)單鈴重?zé)o顯著影響，棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)和單株籽棉產(chǎn)量均隨土壤速效鉀含量的增加呈開口向下的二次曲線增加，初花期追施硫酸銨和硝酸鈣對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、單鈴重和單株籽棉產(chǎn)量均無(wú)顯著影響。土壤速效鉀含量、初花期追施硫酸銨和硝酸鈣對(duì)棉花干物質(zhì)質(zhì)量、單株成鈴數(shù)、單鈴重和單株籽棉產(chǎn)量的交互作用不顯著。