不同施肥量對早熟陸地棉品種干物質累積及產量品質的影響

閆江偉，張國娟，田景山，楊文龍，向 導，勾 玲，張旺鋒

(1.石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003；2. 新疆烏蘭烏蘇農業氣象試驗站，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國最重要的優質棉產區，棉花產量的提高與同期肥料投入增加密切相關[1-2]。新疆化肥施用量(折純量)從2000年的79.16×104t增加到2017年的250.74×104t，增加了2.17倍，年均增加7.10%，占全國化肥總施用量的比重從1.91%增加到4.28%[3]。棉花生產中普遍存在化肥投入過量的現象，增加了種植成本，導致植棉效益下滑，比較優勢下降[4-5]。選育和篩選肥料高效利用的作物品種，是農業生產提高經濟效益和保護環境的重要手段[6]，也是緩解土壤氮、磷、鉀礦質元素缺乏和資源危機的有效途徑[7-9]。新疆植棉區棉花栽培品種種類繁多，在栽培的陸地棉中北疆主要以新路早系列棉花品種為主[10]。研究新陸早系列棉花品種肥料吸收利用的生物學特性，篩選氮磷鉀高效吸收利用的棉花品種，降低肥料用量，減少環境污染，提高植棉效益的重要途徑，對棉花可持續發展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】研究表明，氮有利于棉鈴發育和代謝產物積累，控制生長，減少蕾鈴脫落，從而增加鈴數和鈴重[11]；氮供應不足通常導致葉面積、光合作用和生物量降低[12]；增施氮肥對棉花的增產效果主要是通過增加單株結鈴數、單鈴重實現的[13]。施入適宜氮量，棉花干物質積累量較大，且分配到生殖器官的比例較高；施氮量過低時，干物質積累量較少；施氮量過高時，有利于營養器官生長，干物質積累量最大，但分配到生殖器官的比例較低[14]。增施磷肥，干物質積累高峰推遲，快速積累時期延長，地上部器官干物質積累量增加[15]；增施磷肥能增加單株鈴數，處理間最多相差0.5個/株，是皮棉產量差異的主要原因[16]；在吐絮期，棉鈴中的磷素隨施磷量的增加在一定范圍內有所增加，施磷對棉鈴的生長發育有一定影響[17]。鉀肥減少了棉鈴脫落，在棉纖維發育中起著特別重要的作用，缺鉀將導致纖維質量變差和產量降低[18]；施鉀則能防止棉花早衰、促進棉株葉片光合作用、提高棉株抗旱性和產量、促進棉纖維發育，改善纖維品質[19]?！颈狙芯壳腥朦c】選擇肥料高效利用的品種是降低肥料投入的重要手段，但目前針對早熟陸地棉品種特性，開展不同施肥量條件下棉花干物質累積及產量、品質變化的研究報道較少。選擇6個早熟陸地棉推廣品種，研究不同施肥量條件下新陸早系列棉花品種的農藝性狀、產量和品質的變化?！緮M解決的關鍵問題】探討不同施肥水平對6個新陸早系列棉花品種產量形成過程的影響，比較不同棉花品種肥料利用特性，以期為棉花節肥栽培及耐低肥棉花品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018～2019年在新疆沙灣烏蘭烏蘇農業氣象試驗站(44°17′N，85°49′E)進行，供試材料選擇新疆北疆棉區大面積種植和推廣的新陸早系列品種，包括新陸早45號、新陸早57號、新陸早61號(XLZ61)、新陸早64號(XLZ64)、新陸早72號(XLZ72)、新陸早74號(XLZ74)。試驗設置常規施肥量(CFA：純N 193.2 kg/hm2、P2O5138 kg/hm2、K2O 85.5 kg/hm2)、常規1/2施肥量(1/2CFA：純N 96.6 kg/hm2、P2O569 kg/hm2、K2O 42.75 kg/hm2)2個處理，以不施肥NF為對照(CK)，裂區設計，主區為施肥量、裂區為品種；使用的肥料種類選用棉花生產普遍使用的尿素(N含量46.4%)、滴灌磷酸二銨(P2O5含量46%、N含量18%)、滴灌鉀肥(K2O含量57%)，常規施肥量處理(CFA)的商品肥料用量為尿素300 kg/hm2、滴灌磷酸二銨300 kg/hm2、滴灌鉀肥150 kg/hm2；常規1/2“施肥量”處理(1/2CFA)的商品肥料用量為尿素150 kg/hm2、滴灌磷酸二銨150 kg/hm2、滴灌鉀肥75 kg/hm2；均采用生育期追肥的方式，隨水滴施，于2018年6月8日和2019年6月15日進行第1次灌水追肥。

試驗地前茬作物為棉花，2018年播種前0～40 cm土層的土壤堿解氮43.7 mg/kg、速效磷7.8 mg/kg、速效鉀242.7 mg/kg；2019年播種前不施肥處理地堿解氮、速效磷和速效鉀的含量為51.8、7.4和303.0 mg/kg，低肥處理地堿解氮、速效磷和速效鉀的含量為55.6、10.6和348.7 mg/kg，高肥處理地堿解氮、速效磷和速效鉀的含量為57.2、10.7和344.6 mg/kg。試驗地棉花種植密度為1.94×105株/hm2，寬窄行配置；除肥料施用量外，其他田間管理按當地高產田進行。氣象資料由烏蘭烏蘇農業氣象試驗站提供。圖1

圖1 棉花生育期內最低和最高溫度及降雨量的變化

1.2 方 法

1.2.1 農藝性狀調查和干物質量

收獲前，每小區選取10株測定棉株的株高、莖粗、節間長度、果枝始節高度、果枝數。株高是指子葉節到頂部生長點的距離；莖粗是指子葉與第1片主莖葉之間莖稈的直徑，選取3個位置用游標卡尺測定，取平均值；節間長度是指相鄰果枝間的平均長度，即第1果枝至頂端果枝的高度除以果枝節間數；果枝始節高度是指第1果枝距第1片真葉的垂直距離。

施肥變化率：指某一指標在施肥(常規1/2施肥和常規施肥)處理時的測定值與不施肥處理間的差值占不施肥處理的比例，用以表示該指標受施肥處理影響的變化幅度，正值表示施肥處理較不施肥呈增加趨勢，負值則表示降低趨勢。

在蕾期(6月23日)、花鈴期(7月15日至8月25日)、吐絮后(9月15日)，每個小區選擇代表性棉株5株，按莖、葉、生殖器官(蕾、花、鈴)分解植株，105℃殺青、70℃烘干至恒重，稱重。

1.2.2 產量與產量構成因子的調查和纖維品質

收獲前，每小區隨機選取長×寬為1.0 m×1.6 m的區域，調查株數、單株鈴數和總鈴數，折算出單位面積株數和總鈴數，并選有代表性植株15株，收取全部棉鈴，風干、軋花、稱重，計算單鈴重和衣分。

1.2.3 肥料利用效率

肥料農學效率(Agronomic efficiency，AE)指單位施肥量(N，P2O5，K2O)所增加的籽棉產量。AE=(施肥區產量-無肥區產量)/(施N量+施P2O5量+施K2O量)[20]。

肥料偏生產力(Partial factor productivity，PFP)指施用某一特定肥料下的作物產量與施肥量的比值。PFP=籽棉產量/(施N量+施P2O5量+施K2O量)[21]。

肥料貢獻率(Fertilizer contribution rate，FCR)指某一單質化肥或復合肥料所增加的產量占總產量的百分比。

FCR=(施肥區產量-無肥區產量)/施肥區產量×100%[22]。

2 結果與分析

2.1 施肥量對不同棉花品種農藝性狀的影響

研究表明，年份對棉花果枝始節高度的影響達到了顯著水平，施肥量對棉花株高、節間長度有顯著的影響，對莖粗、果枝始節高度、果枝數有極顯著的影響，品種對棉花株高、莖粗、節間長度、果枝始節高度的影響達到了極顯著水平，新陸早系列棉花品種間果枝數無顯著的差異。施肥量和品種對節間長度有顯著的交互作用，對果枝數的交互作用達到了極顯著水平，對株高、莖粗、果枝始節高度無顯著的交互作用。表1

表1 施肥量和品種對棉花農藝性狀影響的方差和P值

研究表明，與不施肥相比，生產常規1/2施肥條件下株高增加3.08 cm、果枝數增加0.55個、節間長度增加0.18 cm、果枝始節高度增加2.82 cm、莖粗增加0.78 cm，但均未達到顯著性差異水平。除果枝始節高度外，常規生產1/2施肥處理的農藝性狀較常規生產施肥處理的有所降低，其中株高降低了5.42 cm、果枝數減少了1.06個、節間長度降低了0.52 cm、果枝始節高度降低了2.93 cm、莖粗降低了0.83 cm，但均未達到顯著性差異水平。

與生產常規1/2施肥條件相比，生產常規施肥條件下新陸早57號、新陸早64號株高的施肥變化率分別顯著或極顯著的增加了35.84%、9.13%，新陸早64號株高的施肥變化率也有在生產常規1/2施肥條件下極顯著大于生產常規施肥條件17.53%的現象，株高受到了其他因素的影響；株高對施肥量敏感度最低的品種是新陸早45號，敏感度最高的品種是新陸早61號。新陸早57號、新陸早72號分別是果枝數對施肥量敏感度最高和最低的品種。與生產常規1/2施肥條件相比，新陸早61號、新陸早57號、新陸早45號節間長度的施肥變化率分別顯著或極顯著的增加了22.42%、18.75%、12.69%，其中節間長度對施肥量敏感度最低的品種是新陸早45號，敏感度最高的品種是新陸早57號，果枝始節高度對施肥量敏感度最低的品種是新陸早72號，敏感度最高的品種是新陸早61號，莖粗對施肥量敏感度最高的品種是新陸早61號，敏感度最低的品種是新陸早45號。圖2

注：*，P<0.05；**，P<0.01。下同

2.2 施肥量對不同棉花品種干物質累積的影響

研究表明，年份對棉花總生物量和分配率的影響不顯著(P>0.05)，施肥量和品種對植株總生物量的影響達到了極顯著差異水平(P<0.001)；施肥量顯著影響了干物質的分配率(P值為0.016 5)。施肥量和品種交互作用對植株總生物量和干物質分配率均未有顯著性影響(P>0.08)。表2

表2 施肥量和品種對棉花生物量影響的方差和P值

研究表明，與不施肥相比，總生物量在常規生產1/2施肥量條件下增加了15.73 g，未達到顯著性差異；常規生產施肥量條件下，總生物量較不施肥處理顯著增加了26.57 g。干物質分配率以不施肥的最高，達76.91%，較常規生產1/2施肥量顯著增加了3.2%，較常規施肥量處理的增加了2.04%、差異不顯著。

與生產常規1/2施肥條件相比，生產常規施肥條件下新陸早61號、新陸早57號、新陸早45號、新陸早64號、新陸早74號總生物量施肥變化率分別顯著或極顯著增加了9.8%、17.8%、25.3%、23.5%、28.8%，其中總生物量對施肥量敏感度最高的品種是新陸早64號，敏感度最低的品種是新陸早72號。與生產常規1/2施肥條件相比，生產常規施肥條件下新陸早61號、新陸早45號、新陸早64號、新陸早72號、新陸早74號分配率的施肥變化率分別顯著或極顯著增加了5.6%、0.4%、8.3%、10.5%、4.1%，其中分配率對施肥量敏感度最高的品種是新陸早72號，敏感度最低的品種是新陸早57號。圖3

圖3 不同施肥量下6個棉花品種生物量的變化

2.3 施肥量對不同棉花品種產量及產量構成因子的影響

研究表明，年份對棉花單株鈴數的影響達到了顯著水平(P值為0.025 2)，施肥量對棉花單株鈴數、衣分、籽棉產量有極顯著的影響(P<0.001)，對單鈴重的影響未達到顯著性水平(P值為0.229 1)。單鈴重、衣分和籽棉產量受品種的影響達到了極顯著和顯著性差異水平；單株鈴數則受品種的影響很小，未達到顯著性水平(P值為0.086 0)。施肥量和品種交互作用對單株鈴數和單鈴重有顯著性和極顯著性影響，對衣分和籽棉產量的影響不顯著。表3

表3 施肥量和品種棉花產量及產量構成因子影響的方差和P值

研究表明，單株結鈴數和籽棉產量隨施肥量的增大而增大，與不施肥相比，生產常規1/2施肥條件下和生產常規施肥條件下的單株結鈴數分別顯著增加了0.4和0.82個，籽棉產量分別顯著增加442.48、769.05 kg/hm2。與生產常規1/2施肥條件相比，生產常規施肥條件下，單株鈴數和籽棉產量分別顯著增加0.42 個、326.57 kg/hm2。與不施肥相比，生產常規1/2施肥條件下單鈴重顯著增加了0.13 g，生產常規施肥條件下單鈴重增加了0.10 g、未達到顯著水平。衣分在不施肥條件下最高，與不施肥相比，生產常規1/2施肥和生產常規施肥條件下的衣分顯著下降了1.51%和1.38%。

與生產常規1/2施肥條件相比，生產常規施肥條件下新陸早61號單株結鈴數的施肥變化率顯著增大，新陸早74號極顯著增大；單株結鈴數對施肥量敏感度最低的品種是新陸早72號，敏感度最高的品種是新陸早61號。新陸早61號籽棉產量的施肥變化率顯著增大了28.7%，其籽棉產量對施肥量的敏感度也最高，籽棉產量對施肥量敏感度最低的品種是新陸早74號。與生產常規施肥條件相比，生產常規1/2施肥條件下新陸早61號、新陸早45號單鈴重的施肥變化率顯著增大了10.14%、17.54%，新陸早64號衣分的施肥量變化率顯著增加了4.91%；單鈴重對施肥量敏感度最高的品種是新陸早45號，敏感度最低的品種是新陸早64號，衣分對施肥量敏感度最低的品種是新陸早61號，敏感度最高的品種是新陸早45號。圖4

圖4 不同施肥量下6個棉花品種產量及產量構成因子的變化

2.4 施肥量對不同棉花品種纖維品質的影響

研究表明，年份對纖維長度的影響達到了顯著水平，施肥量對馬克隆值有顯著影響(P值0.049 1)，對纖維長度、斷裂比強度的影響未達到顯著水平。棉花品種間纖維長度、馬克隆值有顯著差異(P值為0.046 6和0.022 9)，但斷裂比強度無顯著差異。施肥量和品種對纖維長度、斷裂比強度、馬克隆值均有極顯著的交互作用。表4

表4 施肥量和品種對棉花棉纖維品質影響的方差和P值

研究表明，與不施肥相比，生產常規1/2施肥條件和生產常規施肥條件下纖維長度分別顯著增加了0.55、0.45 mm，斷裂比強度僅增加了0.09、0.31 cN/tex、未達到顯著水平。生產常規施肥條件下的馬克隆值較不施肥下降了0.22，達到了顯著性差異水平。與生產常規1/2施肥條件相比，生產常規施肥條件下新陸早61號、新陸早45號纖維長度的施肥變化率分別極顯著增加了1.27%、3.81%，其中纖維長度對施肥量敏感度最低的品種是新陸早61號，敏感度最高的品種是新陸早45號；新陸早45號斷裂比強度的施肥變化率增加了7.9%，達到了顯著水平。生產常規1/2施肥條件下新陸早74號斷裂比強度的施肥變化率顯著大于生產常規施肥條件下2.65%，說明新陸早74號的斷裂比強度在生產常規1/2施肥條件下較高，繼續增加施肥量斷裂比強度反而減??；斷裂比強度對施肥量敏感度最低的品種是新陸早64號，敏感度最高的品種是新陸早61號。各品種馬克隆值的施肥變化率無顯著性差異，馬克隆值不易受施肥量的影響。圖5

圖5 不同施肥量下6個棉花品種纖維品質的變化

2.5 施肥量對不同棉花品種肥料利用率的影響

研究表明，年份對棉花肥料農學利用率、肥料貢獻率的影響不顯著，但年份間肥料偏生產力差異顯著(P<0.05)施肥量對棉花肥料農學利用率、肥料貢獻率、肥料偏生產力有顯著的影響，品種對棉花肥料農學利用率、肥料貢獻率、肥料偏生產力的影響達到了極顯著水平。施肥量和品種對棉花肥料農學利用率、肥料貢獻率、肥料偏生產力無顯著的交互作用。表5

表5 施肥量和品種對棉花肥料利用率影響的方差和P值

研究表明，隨著施肥量的增大，肥料農學利用率、肥料貢獻率顯著增大，肥料偏生產力顯著減小。與生產常規1/2施肥條件相比，生產常規施肥條件下肥料農學利用率顯著增加了8.3 kg/kg，肥料貢獻率顯著增加了0.05 kg/kg ，肥料偏生產力顯著下降了10.4%。圖6

圖6 不同施肥量下6個棉花品種肥料利用率的變化

3 討 論

資料表明，施肥量對棉花品種的株高、莖粗、真葉數、果枝數影響顯著，對果枝始節的影響不顯著，對棉花品種花鈴期長短的影響是其生育期變化的主要原因[23]；供鉀量對不同品種果枝數的影響較小[24]。試驗中，棉花品種對株高、莖粗、節間長度、果枝始節高度均有顯著影響，對果枝數無顯著影響，表明這些參試早熟陸地棉推廣品種的果枝數是其品種自身特性，不易受施肥量的影響。前人研究表明，不同棉花品種因長勢的不同，對肥料的吸收利用也存在較大差異，根據棉花品種的需肥特性，可以選擇適合低肥栽培的棉花品種[25]。在試驗中，新陸早72號的肥料利用率、肥料貢獻率和肥料偏生產力在不同施肥量下均表現最好，說明肥料利用是其品種的特性。影響棉花產量的因素有很多，生育期長短、鈴重大小和衣分高低是主要因素，提高衣分是新疆推廣早熟陸地棉品種皮棉產量總結的重要途徑[26]，盡管株高可以反映棉花的生長勢，果枝數能一定程度上能估測產量，但并不能準確反映棉花的產量，提高棉花產量的有效途徑應該是在提高有效鈴數的同時保證有較大的單鈴重[27]。在試驗中，品種對肥料農學利用率、肥料貢獻率、肥料偏生產力的影響達到了極顯著水平，施肥量對肥料農學利用率、肥料貢獻率、肥料偏生產力的影響達到了顯著水平，因此品種對棉花肥料利用特性的影響大于施肥量對其影響。氮、磷、鉀肥料施用對棉纖維品質的影響較為復雜，有研究認為施肥可以改善棉纖維品質[28-30]，也有研究則認為施肥對棉纖維品質無顯著影響[31-32]；試驗中，斷裂比強度、整齊度指數、纖維伸長率受施肥量的影響差異不顯著；纖維長度隨施肥量的增加而增大，馬克隆值隨施肥量的增加而減小，在不施肥和常規施肥量下達到顯著性水平。

4 結 論

在減肥處理條件下，新陸早64號、新陸早72號、新陸早74號3個品種分別在單株結鈴數、單鈴重、肥料利用率、產量等方面有良好表現。上述品種可以作為北疆棉區減施肥料栽培的首選品種，通過減少化肥投入，有利于實現棉花優質高效和綠色發展的目標。