不同种植密度下棉花对钾素吸收、分配和利用研究

(1.国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091；2.精河县农业技术推广中心，新疆精河 833300)

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2017.11.006

不同种植密度下棉花对钾素吸收、分配和利用研究

娄善伟1，王大光2，马腾飞1，托合提·艾买提1，边 洋1，张鹏忠1

(1.国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091；2.精河县农业技术推广中心，新疆精河 833300)

目的研究不同种植密度下棉株对钾素吸收、分配和利用的差异，明确钾素与棉花产量的关系。方法设置5(A1-A5)种不同种植密度，研究植株钾素含量及器官中钾素的分配和变化规律。结果钾素的吸收、利用受密度影响较大，随着密度增加，单株钾素含量逐渐减少，但在群体积累上，吐絮前A3处理含量变为最高，达到483 kg/hm2。不同器官钾素分配比例中，初花期茎叶器官钾素比占70%以上，且以茎比例最高，蕾比例最低；到吐絮时，叶片钾素比例变为最高且有随密度增加而降低的趋势，而铃的钾素含量比例中A3处理比例最高，为29.36。密度是影响产量的主要因素，随着密度增加，产量呈先增后减趋势，A3处理皮棉产量最高，为3 112.11 kg/ hm2，二者相关系数为0.979 2，但这也与吐絮时群体的钾素积累量和快速积累期A3处理值较高的趋势相一致。结论密度与产量二次相关，并能影响棉花对钾素的吸收、利用，但钾素也与棉花产量有关，钾素积累速率、群体钾素含量、生殖器官钾素占比等与产量相一致。

棉花；密度；养分分配；钾素

0 引 言

【研究意义】作为重要的经济作物，棉花在国民经济中一直占有重要的地位，从生活中的衣食住行，到军事、医药等行业均与棉花相关[1]。2016年全国棉花总产达到534×104t，而高产的形成离不开化学肥料的施用，尤其是钾素的施用，对于提高品质、增加产量发挥了重要作用。新疆棉花生产中一直忽视钾素的施用，对于不同密度下钾肥的吸收、利用的研究更是很少。研究不同密度下钾素的吸收变化规律以及不同器官钾素分配情况，为钾肥的合理使用提供参考。【前人研究进展】钾素作为棉花生长发育所需要的大量元素之一，是生产中必不可少的营养元素，它在维持细胞内物质正常代谢、增加酶活性、促进光合作用，并在光合产物的运输及蛋白质合成等生理生化功能方面发挥着重要作用。生产中，钾素可以防止棉花早衰，增加铃重，提高产量，改善棉纤维品质[2-3]。关于钾素的研究，多数与氮、磷元素一起，并且主要关注在对产量的影响上，刘冬梅等[4]研究了北疆灌耕灰漠土施钾对棉花钾素营养生理和产量的影响，发现施钾显著提高了棉花的含钾量，叶和铃壳中钾含量明显增加，皮棉产量提高。徐娇等[5]针对杂交棉做了不同密度下的氮磷钾吸收及对产量品质的影响研究，发现种植密度对开花至盛花阶段棉株养分吸收比率的影响大于其他阶段。【本研究切入点】棉花需钾量较大，与氮素基本相当，所以钾素对棉花十分重要。目前，关于陆地棉在不同密度下钾素的吸收利用研究很少，新疆地区因为土壤中钾含量较高，一直忽视了施钾的作用。研究不同密度下各时期的钾素吸收分配规律。【拟解决的关键问题】在新疆棉区高密度种植模式下，通过对不同密度棉花钾素的吸收、利用研究，明确钾素的吸收、利用规律，可为钾素的合理施用以及促进棉花产量的增加提供依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验位于新疆阿克苏地区，该区属于温带大陆性气候，年平均气温9.9～11.5℃，年无霜期183～228 d。试验于2011年进行，试验地土壤为壤土，耕层土壤有机质含量为14.2 g/kg,碱解氮27.5 mg/kg,速效磷25.2 mg/kg ,速效钾192 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

供试棉花品种为中棉所49号，试验设5个密度处理，分别为：9.0(A1)、13.5(A2)、18.0(A3)、22.5(A4)、27.0(A5)×104株/hm2，采用单因子随机区组设计，重复3次。4月11日人工点播，其他处理与常规种植管理相同，基肥为尿素270 kg/hm2，磷酸二铵225 kg/hm2，硫酸钾75 kg/hm2，追施尿素330 kg/hm2，采用宽膜覆盖，一膜四行，小区面积8×5=40 m2，20个小区，试验地总长度为35 m，总宽度为25 m，其他管理不变。

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 生育进程与农艺性状

调查各处理的生育期，自3叶期开始调查测定各处理在不同生育时期的株高、主茎叶片数、果枝数、叶枝数、现蕾数、成铃数。

1.2.2.2 干物质积累

从3叶期开始，选6株棉花分根、茎、叶、蕾、花铃等器官放入烘箱内于105℃下杀青0.5 h后调温至75～80℃下烘干48 h，待冷却称重。

1.2.2.3 植株养分吸收

结合干物质的测定，将棉株各器官分根、茎、叶、蕾、铃等分开，样品进行室内钾测定。植株全钾的测定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度计法[8]。

1.2.2.4 经济产量

吐絮后实收小区产量，选取代表性20株调查单株果枝数和吐絮铃的空间分布(1～3果枝、4～6果枝、7以上果枝)，并选取50吐絮铃(分上、中、下果枝部位)测其铃重和衣分。

1.3 数据处理

采用Excel与DPS软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同生育时期各处理棉花单株钾素积累变化

研究表明，整个生育过程中棉花单株的钾素含量随密度的增大而减小，现蕾前(5月30日)各处理的钾浓度较低，小于0.20 g/株，处理间差距很小且无差异。但6月后，各处理的差距逐渐增大且差异增强，到见絮(8月20日)前，各处理钾含量差距最大达到0.63 g/株，比现蕾前平均高出1.40 g/株。期间，盛铃(7月28日)至见絮阶段单株钾素积累量增加最快， A1处理值最高，为2.12 g/株， A5处理最低，仅为1.27 g/株。现蕾至初花(6月23日)阶段，单株钾素积累量的增长相对稳定，是钾素稳定增加时期。图1

图1 不同密度处理单株钾素积累量(g/plant)
Fig.1 The K accumulation per plant under different density

2.2 不同生育时期各处理群体的钾素含量变化

研究表明，随着生育进程各处理棉花群体的钾素含量呈不断增加趋势，但在见絮左右开始转为下降。现蕾前群体钾素含量随密度的增大而增大，现蕾后，钾素含量增长速度加快，但程度不大，到盛铃期阶段仍然是按密度的增大而增大。盛铃期过后各处理群体钾素含量迅速增加且大小发生变化，在见絮前(8月15)达到最大值，A3处理变为最高，为483 kg/hm2，比最低的A2处理高186 kg/hm2，此阶段是钾素快速积累的重要时期。见絮后各处理的钾含量开始降低，A3处理总量仍然很高，为后期棉铃生长提供了充足的钾。图2

图2 不同密度处理棉花群体钾素含量变化
Fig.2 K content change of the cotton planting group at different density

2.3 不同生育时期各处理的不同器官钾素分配比例

研究表明，在不同生育阶段，钾素在各器官中的分配比例也发生变化。初花期茎中的钾素比例最高，各处理均在40%以上，但处理间规律不明显，其次为叶，处理间钾素比例有随着密度增加而增加趋势，蕾的钾素占比最低。到了盛铃期，生殖器官钾素占比明显增加，但单个器官中仍以茎的钾素比例最高，处理间规律不明显。吐絮期，叶片的钾素占比变为最高，所占比例在35%～45%，且有随着密度增加比例减小的趋势，茎和铃中钾素所占比例变化不大，分别在30%～40%和20%～30%。整个生育进程中，盛铃期植株钾素浓度最高，利用成铃，而吐絮期叶片钾素比例提高，能够预防早衰。表1

表1 地上部不同器官氮钾分配比例
Table 1 Distribution proportion of K assimilates in different organs of overground part

处理Treatment营养器官 Vegetativeorgan生殖器官 Reproductiveorgan茎Stem(%)叶Leaf(%)蕾Bud(%)铃Boll(%)植株钾浓度(%)Kconcentration初花期FloweringperiodA143.1836.7320.09-6.99A243.1637.9818.86-6.65A343.6640.7515.59-6.77A443.0740.0216.91-6.19A540.3941.0218.59-6.05盛铃期PeakbollingstageA129.2527.3520.4822.928.23A231.3623.8120.2424.597.28A334.7223.1119.4422.737.36A434.4423.1219.2323.207.39A536.9423.5018.2221.347.59吐絮期BollopeningstageA132.3644.74-22.905.14A237.6440.51-21.864.48A330.9939.65-29.365.29A434.5838.38-27.034.96A539.8235.30-24.884.66

2.4 各处理群体钾素积累速率变化

在不同处理群体钾素的积累过程中，各处理在现蕾15 d后积累速率快速增加，但基本在现蕾后60～75 d达到单日积累最高值，此时段钾素积累量最大，但不同处理又略有不同，A5处理最高值有所提前，在现蕾后45～60 d左右达到最大值，A1、A2处理前期积累较快，在现蕾30 d后速率有所下降，但现蕾后60 d左右又迅速升高，A3、A4处理相对稳定，积累速率变化不大，但值相对较高，现蕾后60～75 d达到最高值，为89.7和82.89 g/(hm2·d)。现蕾75 d后各处理K素积累速率变为负值，说明K素积累减少，逐渐开始消耗。表2

表2 现蕾后不同时间内钾的积累速率
Table 2 K accumulation rate at different period after squaring

处理Treatment现蕾后天数(d) Thedayaftersquaring0～1515～3030～4545～6060～7575～90K积累速率(g/hm2·d)AccumulationrateofKA14.2538.6127.9428.8170.58-20.10A28.2134.7029.0231.4544.52-18.67A36.8238.6842.9765.0189.70-20.83A49.6640.7731.8242.7582.89-25.04A57.8829.3041.2469.4942.67-29.46

2.5 棉花产量与密度处理和钾素积累变化关系

通过对各处理的棉花产量构成因素分析知，随着密度增加，产量呈现先增后减的趋势，A3处理产量最高，为3 112.11 kg/hm2，说明密度能够影响产量，且二者相关系数R2=0.979 2，相关性很好，二者相关方程为Y= -6.624 5X2+ 234.79X+ 989.49。另外，这一趋势也与棉花吐絮时群体的钾素积累量和快速积累期A3处理值较高相一致，说明钾素含量高低与棉花产量有一定的关系，但并不显著。表3

表3 不同密度处理的棉花产量和产量构成因素
Table 3 Lint yield and yield component Under different planting densities

处理Treatment实际株数TheNOofplant(104株/hm2)单株铃数ThebollNOofplant(个)单铃重Bollweight(g)衣分LintPercentage(%)皮棉产量Yield(kg/hm2)A18.7211.92a6.00a40.70ab2538.27dA212.989.11b5.98ab41.01a2899.91cA318.207.10c5.90b40.82ab3112.11aA422.105.65d5.74c40.49ab2902.02bA525.704.58e5.62c40.23b2661.25d

3 讨 论

钾能够活化植物内控制生理生化反应的酶类，增强光合作用，调节植物水分平衡，促进蛋白代谢，是植物不可缺少的三大元素之一[6]。钾在作物体内以离子态、水溶性盐等方式存在，具有较大的流动性，可随作物生长不断由老组织向新生部位转移，再次利用率较高[7-8]，但作物从土壤吸收的钾，主要为速效钾，土壤中的钾主要存在于20 cm内的耕层土，90%～98%的钾都不是速效钾，不能被植物直接利用[9]。棉花是需钾量较高且较容易出现缺钾症状的作物，因此关于棉花对钾素需求的研究一直很受关注，而新疆受土壤钾素比较充裕的观念影响，一直忽视棉田施钾问题[10]。研究显示[11-12]，近几年新疆土壤钾素含量普遍减少，有些地块已经出现了缺钾现象，合理补施钾肥，已经开始受到新疆棉农的认可和研究机构的重视。

种植密度影响着棉花的生育期、群体光合、叶面积指数、产量和品质等多个方面，新疆棉花种植密度高，合理密植是新疆棉花高产的关键因素之一[13]。关于密度的研究也相对较多，普遍认为当前生产情况下，新疆棉花种植密度不宜过高，应保持在18×104～21×104株/hm2，这也与研究的18×104株/hm2条件下产量最高相吻合。另外，新疆棉田施钾方式以底肥形式进行，追肥中不再单独使用，所以棉花密度的高低会对钾素的吸收、分配和利用产生很大影响。徐娇等[5]研究得出，在不同密度条件下植株总氮、磷、钾含量变化表现为随密度加大，含量降低，而研究中，各生育阶段，棉花单株钾素含量均随着密度的增加而减少，也验证了这一特点，但群体的钾素含量规律性不明显。根据棉花不同生育阶段的钾肥需求规律，棉花在花后50 d开始需要大量钾肥，张旺锋等[14]对北疆棉花的养分吸收动态进行了研究，研究结果发现，棉株对氮、磷和钾的吸收高峰期分别出现在播种后的75～76 d、75～76 d和80～81 d。王克如等[15]在2003年对超高产田进行了测定，试验结果表明，养分吸收速率最快的时间是氮约在播种后90 d，磷在92 d，钾则偏早，约在播种后85 d。研究也表明，钾在现蕾后15 d左右，积累速率最快，群体积累量快速增加，而现蕾后60～75 d这段时间，棉花群体钾素则一直保持较高的日积累量增加。同时，密度还会对钾素在器官中的分配及运转产生影响，研究表明，吐絮时钾素分配由茎占比最高变为叶片比例最高，且有随着密度增加比例减小的趋势，生殖器官比例增加。关于钾素的吸收、运移及利用等方面的研究相比还较少，还需要进一步对钾素展开细致研究。

4 结 论

4.1 产量与密度存在二次函数关系，不同密度处理中，A3处理棉花产量最高，说明新疆棉田适宜收获密度在18.0×104株/hm2左右。

4.2 钾素的吸收、利用受密度影响较大，随着密度增加，单株钾素含量逐渐减少，到见絮时不同密度处理间差异达到最大，差值为186 kg/hm2，但群体分析发现，群体密度大处理的总的钾素含量反而较高。

4.3 在不同器官分配比例中，初花时茎的钾素占比较高，在40%以上，叶片其次，蕾的最低，仅占18%左右，处理间没有规律。到吐絮时，叶片的钾素占比变为最高，各处理平均高出茎4.6个百分点，并且有随密度增加而降低的趋势，而铃的占比也相对提高，同时表现出中间处理占比最高。与产量相一致。

4.4 A3处理皮棉产量最高，为3 112.11 kg/hm2，棉花产量与钾素有关，钾素积累速率、群体钾素含量、生殖器官钾素占比等与产量相一致。

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StudyonKAbsorption,DistributionandUtilizationofCottonunderDifferentPlantingDensities

LOU Shan-wei1, WANG Da-guang2, MA Teng-fei1, Tuoheti Aimait1,BIAN Yang1, ZHANG Peng-zhong1

(1.TheNationalCottonEngineering&TechnologyResearchCenter,Urumqi830091,China;2.JingheCountyAgriculturalTechnologyExtensionCenter,JingheXinjiang833300,China)

ObjectiveTo explore the difference between cotton plant potassium absorption, distribution and utilization under different cotton planting densities and clarify the relationship between potassium and cotton yield.MethodThe experiment was conducted to study the distribution and variation of potassium content and organ potassium content in plants by setting 5 (A1-A5) different planting densities.ResultThe potassium absorption and utilization was influenced by density, with the increase of density, plant K content decreased gradually, but in group accumulation, A3 treatment's content was the highest before boll opening, reaching 483 kg/hm2. Potassium distribution ratio in different organs, early flowering stem and leaf potassium K ratio accounted for more than 70%, and the highest proportion of stem, bud to boll opening, the lowest proportion; leaf potassium ratio became lower and the highest with the density increasing trend, while the bell potassium content in A3 treatment was the highest, up to 29.36. Density was the main factor affecting the yield. With the increase of density, the yield was first increased and then decreased, In A3 treatment, the highest lint yield was 3,112.11 kg/hm2and the correlation coefficient was 0.979,2, but it was also consistent with the higher trend of the group potassium accumulation at the stage of boll opening and rapid accumulation of A3 value.ConclusionThe correlation between density and yield is two times, and it can affect the absorption and utilization of potassium, but also it is also related to cotton yield, K accumulation rate, K content in the population, potassium content in reproductive organs.

cotton; density; nutrient allocation; potassium

Supported by: The Key Technology R &D Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region "The technical efficiency of cotton cost system integration and demonstration application "(2016B01001-5)

ZHANG Peng-zhong, male, native place: gansu, associate research fellow ,Mainly engaged in cotton cultivation and other research. (E-mail) zhangpz@163.com

S562

A

1001-4330(2017)11-2006-07

2017-08-09

自治区重点研发计划项目“棉花节本增效技术体系集成与示范应用”(2016B01001-5)

娄善伟(1982-)，男，山东日照人，副研究员，研究方向为棉花栽培生理，(E-mail)wei.lou@163.com

张鹏忠(1974-)，男，甘肃人，副研究员，研究方向为棉花种植，(E-mail)zhangpz@163.com