氮、钾肥运筹对棉花熟性、产量和肥料利用率的影响

齐海坤，李芳军，孟 璐，杜 萌，杜明伟，徐东永，田晓莉，李召虎

（1. 中国农业大学 农学院/作物化控研究中心，北京 100193； 2. 河北省棉花种子工程技术研究中心，河北 河间 0624502）

施肥是棉花生产的重要栽培措施，对产量、品质和熟期均有重要影响。氮（N）和钾（K）是植物生长发育必需的大量元素，合理施用氮肥和钾肥可提高棉花产量，但在一些情况下也会延迟熟期[1-6]。

黄河流域是我国三大棉区之一，该区棉花生产目前正面临从人工采收向机械采收的过渡，急需探明适合机采棉的丰产优质早熟栽培措施。已有研究表明，黄河流域适合机械收获的棉花种植密度为7.5 ～9.0 万株/hm2，较人工采收棉花提高约2.3 ～ 3.8 万株/hm2[7-9]。提高种植密度可能需要其他栽培措施也进行相应调整，但关于高密种植下的棉花施肥措施仅有少量报道[9-10]，总体还比较缺乏。

本研究在隶属于黄河流域棉区的河北河间及北京上庄进行了田间试验，选用2 个生产主栽品种‘鲁棉研28’和‘欣抗4’，探讨了高密度下（9.0 万株/hm2）氮肥和钾肥运筹对棉花熟期、产量和肥料利用率的影响，以期在提高产量的同时促进早熟，为建立黄河流域棉区机采棉栽培措施提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本试验于2017 年分别在北京上庄（N40°08′，E116°10′；简称上庄）和河北河间（N38°41′， E116°09′；简称河间）进行，上庄试验地为沙土，河间试验地为黏土，两地土壤基础肥力见表1，生长季气象数据如图1 所示。

表 1 试验地土壤基础肥力（2017）Table 1 Soil fertility of experimental fields in 2017

图 1 试验点2017 年棉花生长季月累计降水量及平均温度Fig.1 Monthly cumulative rainfall and mean temperature during cotton growing season in 2017

1.2 试验设计

本研究由氮肥和钾肥2 个试验组成，均采用裂区设计，重复4 次。棉花品种为主区，包括‘鲁棉研28’（由山东省农业科学研究院山东棉花研究中心培育并提供）和‘欣抗4’（由河北省河间市国欣农村技术服务总会培育并提供）2 个品种，肥料运筹为裂区，包括不施肥对照（CK）和6 个处理，分别为基施：蕾期追施（P∶S）、基施∶初花期追施（P∶EB）、基施∶盛花期追施（P∶FB）、100%蕾期追施（S）、100%初花期追施（EB）和100%盛花期追施（FB），其中上庄点基追比为4：6，河间点基追比为6：4。根据课题组前期研究结果[10-12]， 氮肥试验的施N 量和钾肥试验的施K2O 量均为 150 kg/hm2，肥料种类分别为尿素（含N 46%）和硫酸钾（含K2O 48%）。

上庄点大小行种植，大、小行行距分别为100 cm 和52 cm，株距为14.6 cm，小区面积41 m2。河间点采用等行距种植，行距为90 cm，株距为12.4 cm， 小区面积50 m2。

1.3 田间管理

上庄于4 月27 日播种，实收密度8.8 万株/hm2； 河间于4 月20 日播种，实收密度8.9 万株/hm2。

除上述氮、钾肥处理外，试验地其他肥料管理如下：上庄氮肥试验基施120 kg P2O5/hm2、60 kg K2O/hm2， 蕾期追施90 kg K2O/hm2；钾肥试验基施120 kg P2O5/hm2、60 kg N/hm2，蕾期追施90 kg N/hm2。河间氮肥试验基施195 kg P2O5/hm2、90 kg K2O/hm2，蕾期追施60 kg K2O/hm2；钾肥试验基施195 kg P2O5/hm2、90 kg N/hm2，蕾期追施60 kg N/hm2。其他措施同当地常规管理。

两试验点分别于10 月4 日和9 月23 日喷施 2.25 L g/hm2欣噻利（50%噻苯·乙烯利悬浮剂，由河北国欣诺农生物技术有限公司生产并提供）进行脱叶催熟处理。

1.4 田间调查及测定方法

果枝始节和生长季后期吐絮率是衡量棉花早熟性的重要指标，果枝始节低、吐絮率高，早熟性较好[2,4,13]。成铃分布也与熟期存在密切关系，一般中下部果枝成铃多、内围铃比例高有利于早熟[3,14]。

现蕾后在每小区选择长势均匀的3 个样段调查果枝始节，每样段连续调查10 株。9 月上旬至10月上旬调查吐絮率，上庄点分别于9 月15 日（播后138 d）和10 月3 日（播后156 d）进行，河间点分别于9 月3 日（播后140 d）和23 日（播后158 d）进行。每小区调查3 个样段，每样段连续调查10 株。

收获前在每小区选择2 个样段调查成铃数及成铃部位，每样段连续调查10 株。将果枝按数量均匀分为上、中、下3 组，将1 ～2 果节视为内围铃、3果节及以外果节视为外围铃，计算上、中、下果枝内围铃和外围铃占总铃数的百分比。此外，在每小区采收上、中、下部果枝正常吐絮的棉铃各30 个，用于测定铃重和衣分。每小区人工采收2 次，记录实际收获产量。

肥料农学利用率（Agronomic efficiency，AE）指作物施肥后增加的产量与施肥量的比值，反映单位施肥量增加作物产量的能力[15]。肥料偏生产力（Partial factor productivity , PFP）指作物施肥后的产量与施肥量的比值，反映当地土壤基础养分水平和化肥施用的综合效应[16]。AE 和PFP 的计算如下：

肥料农学利用率 =（施肥区产量-无肥区产量）/ （施肥量）。

肥料偏生产力 = 施肥区产量/施肥量。

1.5 数据统计与分析

用Excel 2010 对数据进行整理和作图，用SAS V8（SAS Institute 2000）一般线性模型进行方差分析，用Duncan’s 新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 基施氮、钾肥对棉花果枝始节的影响

试验地点、品种及基施氮、钾肥对果枝始节均有显著影响。上庄点果枝始节高于河间点，‘鲁棉研28’果枝始节低于‘欣抗4’，基施氮、钾肥的果枝始节较不施基肥均降低0.3 个节位（表2）。此外，果枝始节受地点和品种互作的影响，具体表现为‘鲁棉研28’的果枝始节在上庄点低于‘欣抗4’，而在河间点无差异（数据未列出）。钾肥试验的地点与处理也存在互作，基施钾肥与不施基肥果枝始节的差异在上庄点较大（0.3 个节位，P = 0.00），在河间点较小（0.2 个节位，P = 0.01）。

表 2 基施氮、钾肥对棉花果枝始节的影响Table 2 Effects of pre-plant application of nitrogen or potassium fertilizers (150 kg N or K2O /hm2) on first fruiting node of cotton

2.2 氮、钾肥运筹对棉花吐絮率的影响

如表3 所示，地点和品种均显著影响两个试验的后期（播后138 ～140 d、播后156 ～158 d）吐絮率。河间点吐絮率高于上庄点，‘欣抗4’吐絮率高于‘鲁棉研28’。施氮降低了吐絮率，其中播后156 ～158 d 的吐絮率较不施肥（CK）低7.7 ～11.7 个百分点，但不同氮肥处理间无显著差异。盛花期一次追施钾肥（100%FB）有增加吐絮率的趋势，但钾肥运筹总体上对吐絮率无显著影响。氮肥试验结果还表明，地点和处理的互作显著影响播后156 ～158 d 的吐絮率（表3），表现为施氮处理在上庄点的吐絮率低于CK，而在河间点与CK 无显著差异（数据未列出）。

表3 氮、钾肥（150 kg N or K2O /hm2）运筹对棉花吐絮率的影响Table 3 Effects of nitrogen and potassium application (150 kg N or K2O /hm2) on boll opening rate (BOR) of cotton

2.3 氮、钾肥运筹对棉花成铃分布的影响

无论是氮肥还是钾肥试验，地点和品种均对成铃分布影响较大。上庄点下部果枝内、外围铃、中部果枝的外围铃比例显著低于河间点，中、上部果枝内围铃相反（表4、表5）。‘欣抗4’中、上部果枝内围铃比例高于‘鲁棉研28’，外围铃相反（表4、表5）。

与CK 相比，施用氮肥使上部果枝内围铃的比例显著降低4.7 ～11.1 个百分点，且表现出增加下、中部果枝外围铃比例的趋势（表4）。此外，施氮对中部果枝外围铃和上部果枝内围铃比例的影响在地点间、品种间存在差异，如上庄点施氮处理的中部果枝外围铃比例与CK 无差异、但在河间点显著低于CK，上部果枝内围铃比例的结果相反；施氮增加了‘鲁棉研28’中部果枝外围铃的比例，但不影响‘欣抗4’该部位的成铃比例，降低了‘鲁棉研28’上部果枝内围铃的比例，但增加了‘欣抗4’该部位的成铃比例（数据未列出）。

施钾对成铃分布无显著影响，各因素间的互作也仅影响个别部位的成铃比例（表5）。

表 4 氮肥（150 kg N/hm2）运筹对棉花成铃空间分布的影响Table 4 Effects of nitrogen application (150 kg N/hm2) on spatial distribution of cotton bolls

续表：

表 5 钾肥（150 kg K2O/hm2）运筹对棉花成铃空间分布的影响 (2017 年)Table 5 Effects of potassium application (150 kg K2O /hm2) on spatial distribution of cotton bolls

2.4 氮、钾肥运筹对棉花产量及其构成因素的影响

地点和品种对棉花产量及其构成因素的影响在氮肥和钾肥试验中表现一致。上庄点的成铃数和籽棉产量大幅低于河间点，但衣分略高于河间点；‘欣抗4’的铃数、铃重和籽棉产量高于‘鲁棉研28’，衣分与‘鲁棉研28’持平（氮肥试验）或略低（钾肥试验）（表6）。

氮肥运筹对籽棉产量及其构成因素无显著影响，但从多重比较可看出各处理的铃数多于CK、盛花期一次追施（100%FB）的产量高于CK 和其他处理，其中较CK 提高15.8%（表6）。钾肥运筹显著影响籽棉产量，同样以100%FB 的产量最高，较CK 增加17.0%。产量及其构成因素受因素间互作的影响也比较有限，仅氮肥试验的铃重和钾肥试验的铃数受地点和品种互作的影响（表6）。

表 6 氮、钾肥（150 kg N or K2O /hm2）运筹对棉花产量及其构成因素的影响Table 6 Effects of nitrogen and potassium application (150 kg N or K2O /hm2) on cotton yield and its components

2.5 氮、钾肥运筹对肥料利用率的影响

氮肥和钾肥的农学利用率AE、偏生产力PFP 均在地点间表现出很大差异（表7）。上庄点的氮肥AE 为负值，大幅低于河间点，钾肥AE 则高于河间点，说明上庄点的施氮效应很差、施钾效应相对较好。上庄点的氮、钾肥PFP 均不及河间点的1/4，表明该点的土壤基础养分水平低。‘欣抗4’对氮肥的响应较强，其AE 和PFP 均高于‘鲁棉研28’；两品种对钾肥的响应差别较小（表7）。

氮肥运筹对AE 和PFP 无显著影响，但可看出100%FB 处理的AE 和PFP 高于其他处理。钾肥运筹显著影响AE 和PFP，同样以100%FB 的AE和PFP 最高，其中AE 为2.2 kg/kg，较其他处理高1.5 ～3.0 kg/kg（超过了AE 自身的值2.2），PFP为15.5 kg/kg，较其他处理高1.6 ～3.1 kg/kg。钾肥AE 还在地点和品种间、地点与处理间表现出互作，如上庄点‘鲁棉研28’的AE（-0.1 kg/kg）低于‘欣抗4’（1.5 kg/kg），而河间点前者（1.1 kg/kg）高于后者（-1.0 kg/kg）；上庄点不同钾肥运筹的AE 差异不显著，但河间点盛花期一次追施钾肥（100%FB）的AE 较其他处理显著提高2.9 ～5.1 kg/kg。

表 7 氮、钾肥（150 kg N or K2O /hm2）运筹对棉花肥料农学利用率和偏生产力的影响Table 7 Effects of nitrogen and potassium application (150 kg N or K2O/hm2) on agronomic efficiency (AE) and partial factor productivity (PFP ) in cotton

3 讨论

本试验1 年2 地的研究结果表明，虽然高密种植条件下肥料运筹对棉花早熟性及产量的影响不及地点（环境条件）和品种的影响大，但作为一项关键的栽培措施仍然表现出重要的调控作用。此外，肥料运筹在果枝始节、吐絮率等与熟期相关的指标上与地点存在显著互作，提示肥料运筹需要做到因地制宜。

棉花果枝始节与现蕾、开花时间关系密切，果枝始节越低，现蕾和开花时间越早，越有利于早 熟[2,17]。早期研究表明，苗期温度对果枝始节的影响比较大[18]，之后发现矿质元素也有一定作用，其中关于N 素的报道比较多，但结果并不一致。部分结果表明施氮提高了果枝始节[2,19]，另一部分结果表明施氮降低果枝始节[1,20]，Malik 等[21]则报道氮肥对果枝始节的影响很小或不影响，但延长了从出苗到现蕾和开花的时间。本研究发现，基施氮肥可使果枝始节降低0.3 个节位，且在两个地点表现一致，说明基施氮肥可在一定程度上促进棉花花芽分化。基施钾肥也可降低果枝始节、促进花芽分化，其中在严重缺钾的上庄点效果更明显。课题组前期在上庄点的研究结果也表明，基施钾肥的果枝始节较对照降低0.5 个节位左右[11,22,23]。

然而，果枝始节不是决定棉花熟期的唯一因素。棉花具有无限生长习性，产量器官的时空分布很广；形成时间早、着生在中、下部果枝和内围果节的棉铃成熟较早，而形成时间晚、着生在上部果枝和外围果节的棉铃成熟较晚。据文献报道，施用氮肥[1-3]和钾肥[4-6]往往因为营养生长旺盛、后期成铃多而晚熟。本研究表明，高密种植下施用氮肥与不施肥CK 相比降低了后期吐絮率、延迟了成熟，这可能与施氮处理的中、下部果枝外围果节（≥ 3）成铃较多、上部果枝的内围铃（1 ～2 果节）比例较低有关，也提示成铃分布较果枝始节对棉花熟期的影响更大。此外，本研究发现氮肥对吐絮期的影响在地点间存在差异，如在上庄点降低吐絮率，但在河间点与CK差异不大。究其原因，可能是因为上庄点在花铃期前中期发生了严重的盲蝽蟓和蓟马为害，而施氮处理因植株嫩绿虫害更重，导致前期产量器官大量脱落，后又通过补偿生长增加了外围果节成铃造成晚熟。本研究施用钾肥未导致晚熟，盛花期一次追施（100%FB）反而表现出提高吐絮率、促进早熟的作用。Gormus 和Yucel[24]也发现，施用钾肥可减少棉花从播种到吐絮的天数，可能与钾肥能提高早期成铃率有关[14]。

大部分研究肯定氮肥[25-29]和钾肥[5,11,14,24,30]的增产效果，但不同报道的最佳施肥期有异。本研究在种植密度较高（9.0 万株/hm2）的情况下，无论是氮肥还是钾肥运筹，均以盛花期一次追施的产量最高，且未表现出与地点或品种存在互作，其他处理（基肥与不同时期追肥配合、蕾期一次追施、初花期一次追施等）则与CK 无显著差异。王娇等[28]在新疆棉区种植密度为12.0 万株/hm2的条件下发现花铃期追施氮肥的增产效果优于蕾期追施，Yang 等[11]也报道黄河流域棉区种植密度为5.2 万株/hm2左右时盛花期追施钾肥的效果好于蕾期追施。因此，推测种植密度在一定范围内对肥料运筹的影响可能不大。关于棉花群体质量的研究表明，盛花期后的生物量与产量呈显著正相关[31]，这可能是盛花期追肥的增产效应比较明显的原因。也有一些研究表明蕾期和初花期的施肥效果较好[29,32]，可能与各研究的环境条件和采用品种不同有关[21]。

本研究上庄点的氮肥和钾肥农学利用率及偏生产力均大幅低于河间点，也低于大部分文献报道的结果[15,16,33]，反映了上庄点不仅土壤基础养分比较差，而且对肥料的响应能力比较低。虫害严重（如上文所述）可能是影响上庄点肥料效益的原因之一。此外，8 月份上庄点降雨311.9 mm，且8 月3 日降雨132 mm，属强降雨灾害天气，棉株倾倒严重，造成中、上部蕾花大量脱落，铃数减少，产量降低，上述气候条可能是影响上庄点产量和肥料效益低的另一原因。另外，也不能排除土壤质地（砂性土壤保肥能力差）、养分不平衡等其他障碍因素。本研究条件下盛花期一次追肥的农学利用率和偏生产力高于其他运筹方式，待进一步在不同地点验证后可予以推广。

4 结论

黄河流域棉区种植密度较高时（9.0 万株/hm2）， 基施氮、钾肥（60 ～90 kg N 或K2O/hm2）可促进花芽分化、使棉花果枝始节降低0.3 个节位，但施用氮肥（150 kg/hm2）因增加中、下部果枝外围铃比例而延迟了成熟，提示成铃分布较果枝始节对棉花熟期的影响更大。当N 或K2O 的总用量为150 kg/hm2时，均以盛花期一次性追施的铃数多、产量高，农学利用率和偏生产力也最高。生产中需注意采取有效措施优化成铃结构、避免因施肥（尤其是氮肥）导致晚熟。

致谢

感谢河北省河间市国欣农村技术服务总会和山东省农业科学研究院山东棉花研究中心提供试验用种，感谢中国农业大学农学院作物化控研究中心颜为博士生、韩志山、薛国娟、罗碧雪硕士和河间市国欣农村技术服务总会左彦利、张伯谦在试验过程中给予的帮助！