钾肥用量和施用时期对棉花产量品质和棉田钾素平衡的影响

李书田, 邢素丽, 张 炎, 崔荣宗

(1国际植物营养研究所(IPNI)北京办事处/CAAS-IPNI 联合试验室, 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081; 2河北省农林科学院农业资源与环境研究所，河北石家庄 050051; 3新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，新疆乌鲁木齐 8300913; 4山东省农业科学院农业资源与环境研究所，山东济南 250100)



钾肥用量和施用时期对棉花产量品质和棉田钾素平衡的影响

李书田1, 邢素丽2, 张 炎3, 崔荣宗4

(1国际植物营养研究所(IPNI)北京办事处/CAAS-IPNI联合试验室, 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081; 2河北省农林科学院农业资源与环境研究所，河北石家庄 050051; 3新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，新疆乌鲁木齐 8300913; 4山东省农业科学院农业资源与环境研究所，山东济南 250100)

棉花; 钾肥用量; 施钾时期; 皮棉产量; 纤维品质

棉花需钾量高，是典型的喜钾作物，钾素营养对棉花产量和纤维品质的形成起着关键作用[1-2]。钾能提高棉花植株的光和速率、 改善碳水化合物和氮代谢，提高棉花抗黄萎病的能力[3-4]。施钾是高肥力棉田维持棉花高产的重要措施[5]。然而，近年来随着棉花产量提高、 高产品种应用以及氮、 磷化肥用量的增加，棉花对土壤钾素的移走量逐年加大，棉田土壤钾素损耗不能得到有效补充，有些地区陆续出现了土壤有效钾含量下降, 甚至出现缺钾现象[6]，许多地区施钾具有显著的增产作用，甚至有些高钾地区施用钾肥也具有一定的增产效应[7-11]。此外，棉花根系为直根系，根量相对较小，对土壤中钾的吸收能力偏低，较其它大田作物对缺钾更敏感[12-13]，因缺钾而导致早衰已成为限制我国棉花高产、 稳产的主要因素之一[14]。

然而近年来棉花不合理施肥依然突出，一方面，氮、 磷肥施用过量而钾肥用量普遍不足，缺乏合适的用量。另一方面，钾肥一次性作为基肥施用非常普遍，很少在需钾高峰期施用，施肥方法不合理。最佳的施肥措施是选择合适的钾肥品种，用最佳的用量，在最佳的时期施在正确地位置。因此，本研究通过连续2年的田间试验研究不同钾肥用量和施钾时期对棉花产量和纤维品质的影响，确定钾肥正确的用量和合适施用时期，为棉花主产区养分综合管理和科学施肥提供依据。

1　材料与方法

钾肥用量试验设6个处理，山东试验点设K2O0、 30、 60、 120、 180、 240kg/hm2; 河北试验点设0、 37.5、 75、 150、 225、 300kg/hm2; 新疆试验点设K2O0、 18.75、 37.5、 75、 112.5、 150kg/hm2。各处理N和P2O5用量相同，山东、 河北、 新疆N和P2O5用量分别为210和90, 225和45, 240和150kg/hm2，肥料品种分别为尿素和过磷酸钙、 尿素和二铵、 尿素和重过磷酸钙，钾肥均为氯化钾。

钾肥施用时期三地均设6个处理: 对照不施钾 (CK)、 钾肥100%基施(Ba)、 钾肥50%基施(Ba)+50%开花期追施(Fl)、 钾肥50%蕾期(Bu)+50%铃期追施(Bl)、 钾肥50%蕾期(Bu)+50%吐絮期追施(Bo)、 钾肥50%开花期(Fl)+50%吐絮期施(Bo)。各处理N-P2O5-K2O用量相同，山东、 河北、 新疆分别为210-90-120、 225-45-150、 240-150-75kg/hm2。以上各处理重复3次，随机排列，小区面积分别为30、 57.6、 50m2。

棉花品种山东为鲁棉研28，河北为冀优01，新疆为新陆早23。2012年和2013年的播种日期山东4月26和4月27日、 河北4月27和4月29日、 新疆4月26和4月30日。山东宽窄行(80cm×60cm)种植，株距32cm; 河北宽窄行(70cm×45cm)种植，株距30cm; 新疆膜下滴灌栽培，一膜4行种植，播幅内宽、 窄行距配置为50-25-50-25cm，株距为9cm。试验中各地秸秆均不还田。

在苗期、 蕾期、 开花期、 结铃期、 吐絮期、 收获期随机采取5株棉花样品，将采集的植株按不同器官(茎、 叶、 纤维、 种子、 铃壳)分开、 混合、 烘干、 称重、 粉碎，分析植株不同器官钾含量，根据各部位的钾含量和干物质质量计算地上部吸钾量。每小区选择3行手工收获，分两次采拾，第一次70%以上棉铃吐絮，第二次为第一次采收后30天。棉花纤维样品由植株上、 中、 下层棉纤维混合而成，产量以两次收获的子棉混合计产，轧花后测定皮棉产量和纤维品质土壤速效钾含量采用1mol/L中性醋酸铵浸提，火焰光度法测定，植株中的钾采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度法测定[15]。纤维品质测定: 河北试验样品送农业部棉花品质监督检验测试中心、 新疆试验送新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所、 山东试验送山东省农业科学院棉花研究中心检测，均采用大容量纤维检测仪(HVI)对棉花纤维样品检测分析。

表1　供试土壤理化性状Table 1　Properties of tested soils

2　结果与分析

2.1钾肥用量对棉花产量、 纤维品质和棉田钾素平衡的影响

不同钾肥用量对棉花产量的影响也因地点和年份有所不同(表2)。山东试验点2012年不同钾肥用量间对棉花产量的影响没有显著差异，而在2013年则用量间差异显著，随钾肥用量增加而产量增加。在河北试验点两年试验钾肥用量间没有显著差异。在新疆试验点两年试验钾肥用量间均差异显著，随钾肥用量增加而产量增加。

图1　不同钾肥用量下的干物质积累动态Fig.1　Dynamic accumulation of cotton dry matter in various rate of K application

图2　不同钾肥用量下棉花地上部钾的累积动态Fig.2　Dynamic accumulation of uptake K by aboveground plants in various rate of K application

根据两年不同处理的平均产量，通过钾肥用量与皮棉产量的相关关系(图3)估算出山东、 河北、 新疆试验点最高产量施钾量分别为K2O240、 174、 142kg/hm2，经济最佳施钾量分别为K2O212、 150、 136kg/hm2。

2013年的试验表明(表3)，在河北试验点，钾肥

表2不同钾肥用量棉花产量和经济效益

Table2CottonlintyieldandeconomicbenefitunderdifferentK2Orate

地点Location钾用量K2Orate(kg/hm2)皮棉产量Lintyield(kg/hm2)增产率Yieldincrease(%)农学效率AgronomyEfficiency(kg/kg,K2O)施钾纯收入IncomefromKapplication(yuan/hm2)20122013201220132012201320122013山东01563b1245cShandong301637ab1308b4.75.12.52.1019681746601684ab1338b7.77.52.01.55315625021201694ab1362ab8.49.41.10.98312029341801731a1417a10.713.80.90.96385842962401766a1418a13.013.90.80.7245364038河北01425b1481bHebei37.51513ab1524ab6.22.92.31.1523281110751530ab1531ab7.43.41.40.67261611401501534ab1619a7.69.30.70.92232234202251531ab1545ab7.44.30.50.2818248403001548a1497ab8.61.10.40.051902-960新疆01271c1526dXinjiang18.751285c1710c1.112.10.79.8300543037.51330b1655c4.68.51.63.414943690751430a1808b12.518.52.13.841708100112.51437a1871ab13.122.61.53.1416498101501393a1933a9.626.70.82.7269411490

注(Note): 肥料和皮棉价格Fertilizerandlintcottonprice:N4.5yuan/kg,P2O55.0yuan/kg,K2O4.8yuan/kg, 皮棉lintcotton30yuan/kg; 同一地点同一列数字后不同字母表示差异显著(P<0.05)Valueswithdifferentlettersinthesamecolumninthesamelocationindicatessignificantdifference(P<0.05).

图3　钾肥用量与皮棉产量的关系Fig.3　Relationship between potash rate and cotton lint yield

在一定用量下增加纤维长度、 整齐度和比强度，降低马克隆值，但不影响伸长率，而在山东和新疆试验点，钾肥不影响纤维品质，不同钾肥用量间差异也不显著。

表3　钾肥用量对棉花纤维品质的影响Table 3　Effect of potash rate on cotton fibre quality indices

注(Note): 同一地点同一列数字后不同字母表示差异显著(P<0.05)Valueswithdifferentlettersinthesamecolumninthesamelocationindicatessignificantdifference(P<0.05).

表4　不同钾肥用量下棉田钾素平衡 (20122013) (K2O kg/hm2)Table 4　K balance in cotton field in potashrate experiment

注(Note): *—钾输入包括钾肥、 降雨、 灌溉水KinputincludesKfrompotash,rainfallandirrigation; **—钾输出指棉花地上部吸钾量，秸秆不还田KoutputreferstouptakeKbyabovegroundcottonplants,nostrawreturn.

2.2.2 对棉花纤维品质的影响在山东试验点，除2013年施钾肥提高纤维长度，并以钾肥全部基施处理纤维长度显著高于50%钾肥蕾期施+50%钾肥吐絮期施外，不同时期施钾肥对纤维品质的影响差异不显著(表6)。在河北试验点，2012年除50%钾肥蕾期施+50%钾肥吐絮期施的棉花纤维断裂比强度比其他施钾时期高外，其他品质指标没有受钾肥施用时期的影响; 2013年虽然与不施钾相比，不同施钾时期增加棉花纤维长度、 整齐度和比强度，但施肥时期间差异不显著(表6)。在新疆试验点，2012年50%钾肥蕾期施+50%钾肥铃期施的纤维比强度比其他施钾时期高，吐絮期施用50%钾肥比其他施钾时期的纤维伸长率高; 2013年后期施钾增加棉花纤维长度，对其他品质指标没有显著影响(表6)。因此，钾肥施用时期影响纤维长度、 断裂比强度或纤维伸长率，但不同地点和年份影响指标和显著性不一致。施钾时期对纤维整齐度和马克隆值没有影响。

3　讨论与结论

表5　钾肥施用时期对棉花产量和经济效益的影响Table 5　Effect of time of potash application on cotton lint yield and economic benefit

注(Note): 河北、 山东和新疆试验钾肥用量K2OrateinHebei,ShandongandXinjiang: 150, 120, 75kg/hm2;CK—不施钾noK;Ba—基施basal;Fl—开花期施Floweringstage;Bu—蕾期施Budstage;Bl—铃期施Bollstage;Bo—吐絮期施Bollopening. 肥料和皮棉价格Priceoffertilizerandlintcotton: 4.5yuan/kgN, 5.0yuan/kgP2O5, 4.8yuan/kgK2O, 30yuan/kgcottonlint; 同一地点同一列数字后不同字母表示差异显著(P<0.05)Valueswithdifferentlettersinthesamecolumninthesamelocationindicatessignificantdifference(P<0.05).

许多研究指出，施钾可改善棉花纤维品质[27-31]。但也有研究指出，钾肥对纤维品质指标没有影响或对不同指标的影响有差异[1, 32-33]。研究人员在新疆的试验表明，施钾肥比不施钾棉花绒长平均增加 0.4mm[6]。中等施钾量(K2O180kg/hm2)可显著改善棉花品质，主要增加棉纤维长度、 整齐度、 强度和伸长率，但对马克隆值、 成熟度指数影响很小[19]。施钾量和施钾方式对上、 中、 下各层棉纤维品质指标的影响不明显[11]。与不施钾对照相比，一次性基施钾肥对鲁棉研21、 22、 28各部位棉铃的纤维长度、 比强度、 马克隆值、 成熟度及整齐度均无显著影响，分次施钾与一次性基施钾肥对三品种纤维品质各相关指标影响也无显著差异[26]。本研究表明，与不施钾相比，钾肥在一定用量下可改善某些品质指标，但因地点和年份而异，不同钾肥用量对品质的影响差异不显著。钾肥施用时期影响纤维长度、 断裂比强度或纤维伸长率，但不同地点和年份影响的指标和显著性不一致，对纤维整齐度和马克隆值没有影响。造成这种不同结果的原因可能与土壤钾素肥力、 棉花钾素营养的基因型差异、 栽培措施以及气候因素等有关。研究表明，低浓度钾(6mmol/L)有利于改善棉花的纤维品质如纤维长度、 比强度、 马克隆值，但高浓度钾(12 和 24mmol/L)反而降低棉纤维品质[34]。种植密度和种植日期对棉花品质指标没有显著影响[20]。气象因子影响棉花纤维品质，日平均温度越高，>12℃有效积温和降水日数越少，花纤维越长; 日均最低温度越高，纤维强度越大，日均最低温度和平均湿度越高、 降水日数越多，马克隆值越大[35]。另外，棉花对钾素吸收和利用效率存在基因型差异[13]，钾肥对棉花产量和纤维品质的影响也存在基因型差异[4]。因此，关于钾与棉花品质的关系及影响因素还有待进一步研究与明确。

表6　钾肥施用时期对棉花纤维品质的影响Table 6　Effect of application time of potash on cotton fibre quality indices

注(Note): 河北、 山东和新疆试验钾肥用量K2OrateinHebei,ShandongandXinjiang: 150, 120, 75kgK2O/hm2;CK—不施钾NoK;Ba—基施Basal;Fl—开花期施Floweringstage;Bu—蕾期施Budstage;Bl—铃期施Bollstage;Bo—吐絮期施Bollopening. 同一地点同一列数字后不同字母表示差异显著(P<0.05)Valueswithdifferentlettersinthesamecolumninthesamelocationindicatessignificantdifference(P<0.05).

表7　不同钾肥施用时期下的棉田钾素平衡 (20122013) (K2O kg/hm2)Table 7　K balance in cotton field under different time of K application

注(Note): 河北、 山东和新疆试验钾肥用量K2OrateinHebei,ShandongandXinjiang: 150, 120, 75kg/hm2;CK—不施钾NoK;Ba—基施Basal;Fl—开花期施Floweringstage;Bu—蕾期施Budstage;Bl—铃期施Bollstage;Bo—吐絮期施Bollopening; 钾素输入包括钾肥、 降雨、 灌溉水KinputincludesKfrompotash,rainfallandirrigation; 钾的输出指棉花地上部吸钾量，秸秆不还田KoutputreferstouptakeKbyabovegroundcottonplants,nostrawreturn.

棉田钾的输入/输出及平衡分析表明，在本试验棉花秸秆不还田情况下，河北和山东试验点上一定钾肥用量(K2O150和180kg/hm2)下可维持棉田钾素平衡，但在新疆试验点上最高钾肥用量(K2O150kg/hm2)下系统钾素为负平衡，造成土壤钾素亏损。欲使棉田钾素平衡，需通过施用钾肥或秸秆还田补充移走的钾素，否则长期亏损会造成土壤有效钾含量下降，引起缺钾。假设每年亏损K2O50kg/hm2，按照每公顷0—40cm土层450万公斤土估算，则每年亏损K2O9.3mg/kg。本研究还表明，棉花秸秆对钾素累积量远高于籽棉，在山东、 河北、 新疆棉花秸秆累积的钾量平均占地上部钾累积量的74.6%、 76.5%和77.1%，如果棉花秸秆能够全部还田，则施钾处理的能够维持钾素平衡甚至盈余。因此，在确定钾肥用量时，一定要考虑秸秆还田的数量和比例，在满足作物需求的同时，维持或提高土壤钾素肥力。

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Applicationrateandtimeofpotashforhighcottonyield,qualityandbalanceofsoilpotassium

LIShu-tian1,XINGSu-li2,ZHANGYan3,CUIRong-zong4

(1 International Plant Nutrition Institute Beijing Office/Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081,China; 2 Institute of Agricultural Resources and Environment, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, China; 3 Plant Nutrition and Water Saving Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091,Chian; 4 Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Science, Ji’nan 250100,China)

【Objectives】Thestudyontherightrateandrighttimeofpotash(K)applicationisthebaseforscientificuseoffertilizersinmaincottonareas.【Methods】FieldexperimentswereconductedsuccessivelytwoyearsinShandong,HebeiandXinjiangprovinces.ThetreatmentsofK2Orateexperimentswere: 0, 30, 60, 120, 180, 240kg/hm2inShandongProvince, 0, 37.5, 75, 150, 225, 300kg/hm2inHebeiProvince,and0, 18.75, 37.5, 75, 112.5, 150kg/hm2inXinjiangAutonomousRegion.ThetreatmentsofKapplicationtimeexperimentsinthreelocationsallincluded:Control(noK),allKappliedbasally, 50%basallyand50%topdressingatfloweringstage,topdressing50%atbudstageand50%atbollstage,topdressing50%atbudstageand50%atbollopenstage,topdressing50%atfloweringstageand50%atbollopenstage.【Results】TheKapplicationrateshadnosignificanteffectonthefiberquality,butontheyieldandeconomicprofitofcottonproduction.Potassiumwasmainlyaccumulatedbyabovegroundcottonplantsafterfloweringstagewiththepercentagesof54%-62%, 70%-73%and49%-67%oftotalKaccumulationduringthewholegrowthperiodinthetrialsofShandong,HebeiandXinjiang,respectively.PotashapplicationproducedmorelintcottonyieldandeconomicbenefitthanKomissionplots.Theeffectofpotashratesonlintyieldwasmoreobviousin2013thanin2012andtheeffectofpotashratesonlintyieldindifferentlocationswasXinjiang>Shandong>Hebei.TheK2Orateformaximumyieldwas142, 240, 174kg/hm2andforoptimumeconomicyieldwas136, 212, 150kg/hm2,respectively.ComparedwithcontrolwithoutK,somefiberqualityindiceswereaffectedbyKapplication,buttherewerenosignificantdifferencebetweenpotashrates.Whennostrawreturning,inShandongandHebei,annualapplicationofK2O180and150kg/hm2couldsustainapparentsoilKbalance,butinXinjiang,alltheexperimentedK2Oratesresultedinnegativebalance.Therighttimeofpotashapplicationwastopdressing50%atbudstageand50%atbollstageinHebeiandXinjiang,andtopdressing50%atbasaland50%atflowerstageinShandong,whichproducedmorelintyield,agronomicefficiencyandeconomicbenefitthanotherapplicationtimetreatments.Thelength,strengthandelongationoffiberwereaffectedbythetimeofKapplication,althoughtheeffectvariedinexperimentalyearsandlocations,thelengthuniformityandmacronairevalueoffibrewerenotaffectedbyapplicationtime.【Conclusions】Potashapplicationratehasnotaffectedthefibrequality,buttheyieldandprofitsofcottonproduction.TherightrateandtimeofpotashapplicationinShandongshouldbeK2O180-240kg/hm2,with50%basalland50%topdressingatfloweringstage;thoseinHebeishouldbeK2O150-180kg/hm2，topdressed50%atbudstageand50%atbollstage;thoseinXinjiangshouldbeK2O112.5-150kg/hm2,topdressed50%atbudstageand50%atbollstage.

cotton;potashrate;timeofKapplication;cottonyield;fiberquality

2014-12-17接受日期: 2015-01-12网络出版日期: 2015-07-06

国际植物营养研究所(IPNI)资助。

李书田(1966—)，男，河北固安人，博士，研究员，主要从事植物营养与施肥研究。Tel: 010-82106209，E-mail:lishutian@caas.cn

S147.2;S562

A

1008-505X(2016)01-0111-11