不同施肥处理对棉花生长及产量参数的影响

张学昕，刘淑英，王 平

（1.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；2.临夏州农产品质量安全监督管理站，甘肃 临夏 731100）

棉花作为关系到国计民生的战略物资，是我国的重要产业，目前已形成了长江流域、黄河流域平原和西北内陆棉区三大主要产区［1］。当前，我国农业纺织原料产业面临一些共性问题：一是耕地资源不断减少，使得粮食生产的空间越来越小，进而导致经济作物种植面积不断减少，导致原材料供应不足；二是耕地质量退化，我国耕地普遍缺少有机质和微量元素，产量较低；三是生产成本上升、收益较低，由于多种因素导致我国农产品生产成本较高，尤其是棉花、蚕茧、羊养殖等均需要耗费大量的人工成本，导致收益持续下降，农户生产积极性不高。因此如何提高棉花的产量、品质，降低生产成本，增加农户收益是当前急需解决的问题。由于我国幅员辽阔，各地棉花产业生产经营发展水平各异，棉花产业运行效率呈现出显著的区域间和棉花主产区区域内省际间的不平衡［2］。棉花是西北地区主要作物之一，对西北农业的发展起着至关重要的作用。但土壤肥力低下，限制了产量的提高［3］。棉花生长的好坏及产量的高低，除与光、热、水、土因子有关外，还与使用的肥料有密切关系［4］。有关棉花施肥方面国内外学者已有较多研究，哈丽哈什·依巴提等［5］关于施肥对棉花养分吸收、分配、利用和产量的研究表明，优化的推荐施肥处理的养分吸收、生殖器官中分配总量和肥料利用率有不同程度的提高；李青军等［6］的棉花高产和磷高效的磷肥基施追施配合技术研究表明，与不施磷肥相比，磷肥全部基施与部分磷肥滴灌追施都能增加磷素吸收量，显著提高棉花生物量和产量。王海东等［7］的滴灌施肥量对棉花生长、养分吸收及产量的研究表明，在新疆膜下滴灌条件下，从节肥和生态可持续发展角度看，250-100-50 kg/hm2（N-P2O5-K2O）为最佳滴灌施肥量。石荣媛等［8］对棉花氮肥、磷肥和钾肥利用率及产量研究表明，配方施肥方法棉花氮肥、磷肥和钾肥利用率高于常规施肥，且可以提高棉花产量，表现出较好的经济效益。

以上研究都是从施肥与产量的关系进行，而本研究从棉花生长的生理指标入手，研究施肥对棉花的影响。研究表明，棉花各项生理指标的定性提出是棉花研究中的一大进步，掌握了棉花干物质积累与分配、叶面积指数、净同化率、相对生长率、蕾铃脱落临界光强等动态变化规律，对棉花高产有重要贡献［9］。本研究对西北半干旱区灌耕砂壤土种植棉花，以各施肥处理氮、磷总量一定为前提，研究不同施肥处理下棉花株高、净光合速率、蕾铃脱落率、根冠比在作物不同生育期内的动态变化特征，分析不同施肥处理对棉花产量参数的影响，间接地为该地区改善棉花栽培措施、推进科学施肥以及提高产量提供一定依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2011年4月在甘肃省张掖市高台县罗城乡花墙子村大田进行。该区海拨1 260 m，干旱少雨、蒸发量大、日照长、热量丰富，年均太阳辐射6 196 MJ/m2，全年日照时数3 088 h，年均气温7.6℃，≥10℃积温3 039℃，无霜期为157 d，年均降雨量66.4～104 mm，蒸发量2 000 mm，属于大陆沙漠干旱性气候。该区土壤类型为灌耕土，在该地区选取一块土壤肥力相对均一，质地较好的地块。试验地前茬作物为西瓜，土壤理化性质见表1。供试棉花品种为石棉721号（Shimian721，新疆自育）。

1.2 试验方法

试验采用随机区组设计，10个处理，3次重复，小区面积54 m2。10个处理氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）水平分别为：（1）CK（不施肥）、（2）N0P2（N 0 kg/hm2，P2O5135kg/hm2）、（3）N1P1（N 240 kg/hm2，P2O590 kg/hm2）、（4）N1P2（N 240 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2）、（5）N2P0（N 300 kg/hm2，P2O50 kg/hm-2）、（6）N2P1（N 300 kg/hm2，P2O590 kg/hm2）、（7）N2P2（N 300 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2）、（8）N2P3（N 300 kg/hm2，P2O5180 kg/hm2）、（9）N3P2（N 360 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2）、（10）N2P2K2（300 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2）。

表1 试验区土壤的主要理化性质

棉花于2011年4月21日播种，覆膜种植，人工点播，1膜4行，宽行40 cm，窄行30 cm，膜间距40 cm，株距20 cm，种植密度为28.5万株/hm2，5月3日出苗，保苗数为24.5万株/hm2。氮肥品种为46%普通尿素，30%作基肥，70%作追肥，追肥分别于6月19日（盛蕾期）施入氮肥总量的20%、7月16日（盛花期）施30%、8月7日（盛铃期）施20%；磷肥为过磷酸钙（P2O5含量12%），钾肥为硫酸钾（K2O含量50%），磷肥和钾肥全部作基肥施用。采用沟灌方式，全生育期灌水3次，每次追肥1 d后灌水。其他管理措施同一般大田。

1.3 测定项目及方法

试验区内，待棉花出苗长到3～4片叶时，选择长势均匀的棉株，每个小区在边行和中行均匀选定10株，共30株作为观测株，从苗期开始到吐絮期，观测棉花株高、蕾铃脱落及成铃数，在观察过程中不断淘汰异常棉株，最后每小区保留10株。到吐絮期每小区取上、中、下各30朵棉铃测定单铃重和衣分，取平均值。各小区单打实收计产。

从棉花苗期至吐絮期，净光合速率（Pn）采用英国产PP-Systems便携式光合测定仪进行测定，在晴天上午9:00～11:00取植株的功能叶片进行测定，开放气路系统，CO2浓度340～360 μL/ L，光通量密度为1 200 μE/ （m2·s）。

试验数据采用Excel软件进行分析处理，采用SPSS 13.0统计软件进行方差分析，采用LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对棉花株高的影响

研究表明，灌水量和施氮量的高低与棉花的株高和叶面积指数呈正相关关系［10］。李志军等［11］研究表明，施肥对棉花株高和叶面积指数影响均在0.01水平下具有统计学意义，增加施肥量，各项指标均表现为先增大后降低。从图1可以看出，不同生长时期均以处理N3P2（N 360 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2）的棉株生长速度最快，在苗期和盛蕾期，各处理的生长速度与对照相比没有明显差异；从盛蕾到盛花期，棉花的生长速度明显加快；盛铃期棉花的生长速度仍在增加，但增幅有所下降。其中，在盛花期，处理N3P2的生长速度比处理N0P2、N1P2和N2P2分别快18.49%、12.61%和3.07%，处理N3P2与处理N0P2、N1P2差异均极显著，与处理N2P2没有明显差异；处理N2P1生长速度比处理N1P1快10.36%，但没有明显差异。说明磷肥用量一定时，棉花生长速度在一定范围内随氮肥用量的增加呈增加趋势；氮肥用量一定时，随着磷肥用量的增加，各处理棉花生长速度也有所加快，但差异不显著。到了吐絮期，各施肥处理间棉株的高度都高于对照，且株高最大的处理为N2P2K2。

图1 不同施肥处理对棉花生长速度的影响

2.2 不同施肥处理对棉花净光合速率的影响

从图2可以看出，在棉花生育期，净光合速率（Pn）是波动的，除处理N1P1外，不同施肥处理的棉花，从苗期开始净光合速率逐渐升高，盛花期达到最大值，之后又逐渐下降。苗期各处理棉株的净光合速率（Pn）没有明显差异。随着氮素水平增加，净光合速率（Pn）也在增加，其中盛蕾期处理N3P2的Pn比处理N0P2、N1P2和N2P2分别增加51.65%、40.74%和14.69%，差异达极显著水平；盛花期处理N3P2的Pn比处 理 N0P2、N1P2和 N2P2分 别 增 加 50.87%、44.93%和20.24%，差异达极显著水平；盛铃期处理N3P2的Pn比处理N0P2、N1P2和N2P2分别增加49.09%、47.46%和18.40%，差异达极显著水平；吐絮期处理N3P2的Pn比处理N0P2、N1P2和N3P2分别增加136.97%、97.39%和20.63%，处理N3P2与N0P2、N1P2差异达极显著水平，与N2P2差异不明显。从苗期到盛铃期，以处理N2P2K的Pn最大，吐絮期则以处理N3P2的Pn最大。在棉花整个生育期，磷肥的不同施用量对棉花Pn的影响不明显。

图2 不同施肥处理对棉花净光合速率的影响

2.3 不同施肥处理对棉花蕾铃脱落率的影响

张炎等［12］研究表明施钾显著增加了棉花现蕾数和有效结铃数，降低棉花蕾铃脱落率，现蕾数、有效铃数与施钾量呈显著正相关，而蕾铃脱落率与施钾量呈显著负相关，施钾可显著提高棉花皮棉产量；邓忠等［13］研究指出，氮肥滴施磷钾肥基施施氮策略较氮磷钾肥全部滴施施氮策略具有较低的蕾铃脱落率。从表2可以看出，不同施肥处理对棉花现蕾数、有效铃数、蕾铃脱落率都有显著影响，与对照相比，施肥显著降低了棉花的蕾铃脱落率，使有效铃数显著提高。其中，不同施氮量比较，处理N3P2棉花蕾铃脱落率比处理N0P2、N1P2和N2P2分别降低2.64%、1.81%和0.88%，有效铃数分别提高3.0、2.5、1.34个/株；不同施磷量比较，处理N2P3棉花蕾铃脱落率比处理N2P0、N2P1和N2P2分别降低2.53%、1.8%和0.71%，有效铃数分别提高2.0、1.5、1.77个/株；所有施肥处理中，以处理N3P2有效铃数最高，处理N2P2K2蕾铃脱落率最低，由此可见，施钾处理降低了棉花的蕾铃脱落率。

表2 不同施肥处理的蕾铃脱落率比较

2.4 不同施肥处理对棉花根冠比的影响

根据本试验的结果（图3），在棉花的生育期内，根冠比是波动的，不同施肥处理棉花盛蕾期的根冠比较低，以后逐渐上升，盛花期达最大值，盛花期后又下降，然后升高。盛花期不同施肥处理根冠比依次为CK＞N0P2＞N1P1＞N1P2＞N2P0＞N2P1＞N2P2＞N2P3＞N3P2＞N2P2K。盛花期随着氮肥用量的增加，棉株的根冠比减小，其中以处理N3P2的根冠比最小，比处理N0P2、N1P2和N2P2分别小17.13%、14.22%和7.92%，差异分别达极显著和显著；而在施氮量相同的情况下，随着磷肥施用量的增加，植株的根冠比也在不断减小，以处理N2P3的根冠比最小，比处理N2P0、N2P1和N2P2分别小7.08%、3.66%和2.09%，差异不显著。说明增施氮肥对植株根冠比影响明显，使根冠比减小；增施磷肥同样对植株根冠比有影响，但不明显。

图3 各处理不同时期植株根冠比

2.5 不同施肥处理对棉花产量参数的影响

植物N肥利用率受施N水平、施肥方法、土壤性状、逆境胁迫以及品种类型等多种因素的影响［14］。棉花对N肥的利用效率维持在30%～40%之间，在一定范围内，肥料氮素的吸收利用效率随施N量的增加而逐渐降低［15-16］，辛承松等［17］通过高产、中产和低产盐碱地棉田施用N、P和N、P、K肥研究，指出3类棉田棉花的N、P、K肥农学利用效率均以N、P、K三者配合施用的处理为最高。本试验结果（表3）表明，施氮可以增加棉花产量，增大棉花氮肥效益参数，其中处理N1P2、N2P2、N3P2的氮肥表观利用率、氮肥农学利用效率、氮肥偏生产力、氮肥料贡献率以及氮肥增产效益均比处理N0P2高，均表现为N3P2＞N2P2＞N1P2＞N0P2。由表4可知，施磷可以增加棉花产量，增大棉花磷肥效益参数，其中处理N2P1、N2P2、N2P3的磷肥表观利用率、磷肥农学利用效率、磷肥偏生产力、磷肥料贡献率以及磷肥增产效益均比处理N2P0高，磷肥表观利用率依次为N2P3＞N2P1＞N2P2＞N2P0，磷肥农学利用效率依次为N2P3＞N2P2＞N2P1＞N2P0，磷肥偏生产力依次为N2P1＞N2P2＞N2P3＞N2P0，磷肥贡献率依次为N2P3＞N2P2＞N2P1＞N2P0，磷肥增产效益依次为N2P3＞N2P2＞N2P1＞N2P0。

表3 棉花氮肥效益参数

表4 棉花磷肥（P2O5）效益参数

3 结论与讨论

本试验结果表明，从苗期到盛铃期，棉株生长速度均以处理N3P2最快，到了吐絮期，各施肥处理的株高均高于对照，株高最大的处理为N2P2K；在一定范围内（本试验中 N≤360 kg/hm2，P≤180 kg/hm2）增施氮磷钾肥均能促进棉花生长速度的加快，增施钾肥可以促进棉花在生育后期的生长。这与朱振亚等［18］、吴梅菊等［19］的研究结果一致。

在棉花生育期，净光合速率（Pn）是波动的。本试验中，除处理N1P1外，不同施肥量的棉花，从苗期开始净光合速率逐渐升高，盛花期达到最大值，以后又逐渐下降。在棉花整个生育期，随着氮素水平从N1增加到N3，净光合速率增加，而磷肥不同施用量对棉花净光合速率（Pn）的影响不明显。从苗期到盛铃期，处理N2P2K的净光合速率（Pn）最大，吐絮期以处理N2P2的净光合速率（Pn）最大。辛承松等［17］、郭英等［20］对盐碱地棉花的研究表明，N、P、K肥配合施用能提高棉花单株叶面积、叶绿素含量和净光合速率，这与本试验结果一致。本试验结果表明，各施肥处理都可以提高棉花的净光合速率，尤其是增施钾肥后效果更明显。

棉花有效结铃数由现蕾数和蕾铃脱落率两个因素决定，如何提高现蕾数、降低蕾铃脱落率是棉花栽培的中心任务。棉花的营养生长是基础，生殖生长是目的，通过合理施肥促进营养生长与生殖生长协调发展，实现既不过分抑制棉花营养生长，使其有足够的营养体和光合面积，多合成营养物质，多现蕾，又不使棉花营养生长过分旺盛造成徒长，导致蕾铃脱落。本试验结果表明，不同施肥处理对棉花现蕾数、有效铃数、蕾铃脱落率都有显著影响。与对照相比，施肥显著降低了棉花的蕾铃脱落率，使有效铃数显著提高。其中，处理N3P2的有效铃数最高，处理N2P2K2的蕾铃脱落率最低，这与张炎等［12］、邓忠等［13］、Cassman等［21］、房英［22］的研究结果一致。

在棉花的生育期内，根冠比是波动的，其变化呈“W”型，不同处理棉花盛蕾期根冠比较低，以后逐渐上升，盛花期达最大值，盛花期后又下降，然后升高。增施氮肥对植株根冠比影响明显，使根冠比减小，这与邓忠等［23］认为随着施氮量的增大棉花根冠比均呈逐渐下降趋势的研究结果一致；增施磷肥同样对植株根冠比有影响，但不明显。

表观利用率、农学利用效率、偏生产力、肥料贡献率、肥料增产效益都是直接反映施肥量与棉花产量关系的重要参数。研究表明，配方施肥方法棉花氮肥、磷肥和钾肥利用率高于常规施肥，且可以提高棉花产量，表现出较好的经济效益［8］。本试验结果表明，处理N1P2、N2P2、N3P2的氮肥表观利用率、氮肥农学利用效率、氮肥偏生产力、氮肥料贡献率以及氮肥增产效益均比处理N0P2高，依次为N3P2＞N2P2＞ N1P2＞ N0P2；处理 N2P1、N2P2、N2P3的磷肥表观利用率、磷肥农学利用效率、磷肥偏生产力、磷肥料贡献率以及磷肥增产效益均比处理N2P0高，其中磷肥表观利用率依次为N2P3＞N2P1＞N2P2＞N2P0，磷肥偏生产力依次为N2P1＞N2P2＞N2P3＞N2P0，磷肥农学利用效率、磷肥贡献率、磷肥增产效益均表现为N2P3＞N2P2＞N2P1＞ N2P0。这与石荣媛等［8］、辛承松等［17］、董合林等［16］的研究结果一致。

综上所述，合理配施氮磷钾肥可以有效促进棉花生长，提高肥料利用率，且可以提高棉花产量，表现出较好的经济效益，本研究结果可以间接为甘肃河西走廊地区改善棉花栽培措施、推进科学施肥以及提高产量提供一定依据。本研究只对氮磷肥不同用量做了研究，对钾肥不同用量没有做深入研究。此外，棉花生长的好坏，产量的高低，除与施肥有关外，还与光、热、水、土等因子有关，不同地区、不同品种之间肥料用量也有一定差异，尚需进一步研究。