不同施肥量对早熟陆地棉品种干物质累积及产量品质的影响

闫江伟，张国娟，田景山，杨文龙，向 导，勾 玲，张旺锋

(1.石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003；2. 新疆乌兰乌苏农业气象试验站，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】新疆是我国最重要的优质棉产区，棉花产量的提高与同期肥料投入增加密切相关[1-2]。新疆化肥施用量(折纯量)从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%，占全国化肥总施用量的比重从1.91%增加到4.28%[3]。棉花生产中普遍存在化肥投入过量的现象，增加了种植成本，导致植棉效益下滑，比较优势下降[4-5]。选育和筛选肥料高效利用的作物品种，是农业生产提高经济效益和保护环境的重要手段[6]，也是缓解土壤氮、磷、钾矿质元素缺乏和资源危机的有效途径[7-9]。新疆植棉区棉花栽培品种种类繁多，在栽培的陆地棉中北疆主要以新路早系列棉花品种为主[10]。研究新陆早系列棉花品种肥料吸收利用的生物学特性，筛选氮磷钾高效吸收利用的棉花品种，降低肥料用量，减少环境污染，提高植棉效益的重要途径，对棉花可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】研究表明，氮有利于棉铃发育和代谢产物积累，控制生长，减少蕾铃脱落，从而增加铃数和铃重[11]；氮供应不足通常导致叶面积、光合作用和生物量降低[12]；增施氮肥对棉花的增产效果主要是通过增加单株结铃数、单铃重实现的[13]。施入适宜氮量，棉花干物质积累量较大，且分配到生殖器官的比例较高；施氮量过低时，干物质积累量较少；施氮量过高时，有利于营养器官生长，干物质积累量最大，但分配到生殖器官的比例较低[14]。增施磷肥，干物质积累高峰推迟，快速积累时期延长，地上部器官干物质积累量增加[15]；增施磷肥能增加单株铃数，处理间最多相差0.5个/株，是皮棉产量差异的主要原因[16]；在吐絮期，棉铃中的磷素随施磷量的增加在一定范围内有所增加，施磷对棉铃的生长发育有一定影响[17]。钾肥减少了棉铃脱落，在棉纤维发育中起着特别重要的作用，缺钾将导致纤维质量变差和产量降低[18]；施钾则能防止棉花早衰、促进棉株叶片光合作用、提高棉株抗旱性和产量、促进棉纤维发育，改善纤维品质[19]。【本研究切入点】选择肥料高效利用的品种是降低肥料投入的重要手段，但目前针对早熟陆地棉品种特性，开展不同施肥量条件下棉花干物质累积及产量、品质变化的研究报道较少。选择6个早熟陆地棉推广品种，研究不同施肥量条件下新陆早系列棉花品种的农艺性状、产量和品质的变化。【拟解决的关键问题】探讨不同施肥水平对6个新陆早系列棉花品种产量形成过程的影响，比较不同棉花品种肥料利用特性，以期为棉花节肥栽培及耐低肥棉花品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018～2019年在新疆沙湾乌兰乌苏农业气象试验站(44°17′N，85°49′E)进行，供试材料选择新疆北疆棉区大面积种植和推广的新陆早系列品种，包括新陆早45号、新陆早57号、新陆早61号(XLZ61)、新陆早64号(XLZ64)、新陆早72号(XLZ72)、新陆早74号(XLZ74)。试验设置常规施肥量(CFA：纯N 193.2 kg/hm2、P2O5138 kg/hm2、K2O 85.5 kg/hm2)、常规1/2施肥量(1/2CFA：纯N 96.6 kg/hm2、P2O569 kg/hm2、K2O 42.75 kg/hm2)2个处理，以不施肥NF为对照(CK)，裂区设计，主区为施肥量、裂区为品种；使用的肥料种类选用棉花生产普遍使用的尿素(N含量46.4%)、滴灌磷酸二铵(P2O5含量46%、N含量18%)、滴灌钾肥(K2O含量57%)，常规施肥量处理(CFA)的商品肥料用量为尿素300 kg/hm2、滴灌磷酸二铵300 kg/hm2、滴灌钾肥150 kg/hm2；常规1/2“施肥量”处理(1/2CFA)的商品肥料用量为尿素150 kg/hm2、滴灌磷酸二铵150 kg/hm2、滴灌钾肥75 kg/hm2；均采用生育期追肥的方式，随水滴施，于2018年6月8日和2019年6月15日进行第1次灌水追肥。

试验地前茬作物为棉花，2018年播种前0～40 cm土层的土壤碱解氮43.7 mg/kg、速效磷7.8 mg/kg、速效钾242.7 mg/kg；2019年播种前不施肥处理地碱解氮、速效磷和速效钾的含量为51.8、7.4和303.0 mg/kg，低肥处理地碱解氮、速效磷和速效钾的含量为55.6、10.6和348.7 mg/kg，高肥处理地碱解氮、速效磷和速效钾的含量为57.2、10.7和344.6 mg/kg。试验地棉花种植密度为1.94×105株/hm2，宽窄行配置；除肥料施用量外，其他田间管理按当地高产田进行。气象资料由乌兰乌苏农业气象试验站提供。图1

图1 棉花生育期内最低和最高温度及降雨量的变化

1.2 方 法

1.2.1 农艺性状调查和干物质量

收获前，每小区选取10株测定棉株的株高、茎粗、节间长度、果枝始节高度、果枝数。株高是指子叶节到顶部生长点的距离；茎粗是指子叶与第1片主茎叶之间茎秆的直径，选取3个位置用游标卡尺测定，取平均值；节间长度是指相邻果枝间的平均长度，即第1果枝至顶端果枝的高度除以果枝节间数；果枝始节高度是指第1果枝距第1片真叶的垂直距离。

施肥变化率：指某一指标在施肥(常规1/2施肥和常规施肥)处理时的测定值与不施肥处理间的差值占不施肥处理的比例，用以表示该指标受施肥处理影响的变化幅度，正值表示施肥处理较不施肥呈增加趋势，负值则表示降低趋势。

在蕾期(6月23日)、花铃期(7月15日至8月25日)、吐絮后(9月15日)，每个小区选择代表性棉株5株，按茎、叶、生殖器官(蕾、花、铃)分解植株，105℃杀青、70℃烘干至恒重，称重。

1.2.2 产量与产量构成因子的调查和纤维品质

收获前，每小区随机选取长×宽为1.0 m×1.6 m的区域，调查株数、单株铃数和总铃数，折算出单位面积株数和总铃数，并选有代表性植株15株，收取全部棉铃，风干、轧花、称重，计算单铃重和衣分。

1.2.3 肥料利用效率

肥料农学效率(Agronomic efficiency，AE)指单位施肥量(N，P2O5，K2O)所增加的籽棉产量。AE=(施肥区产量-无肥区产量)/(施N量+施P2O5量+施K2O量)[20]。

肥料偏生产力(Partial factor productivity，PFP)指施用某一特定肥料下的作物产量与施肥量的比值。PFP=籽棉产量/(施N量+施P2O5量+施K2O量)[21]。

肥料贡献率(Fertilizer contribution rate，FCR)指某一单质化肥或复合肥料所增加的产量占总产量的百分比。

FCR=(施肥区产量-无肥区产量)/施肥区产量×100%[22]。

2 结果与分析

2.1 施肥量对不同棉花品种农艺性状的影响

研究表明，年份对棉花果枝始节高度的影响达到了显著水平，施肥量对棉花株高、节间长度有显著的影响，对茎粗、果枝始节高度、果枝数有极显著的影响，品种对棉花株高、茎粗、节间长度、果枝始节高度的影响达到了极显著水平，新陆早系列棉花品种间果枝数无显著的差异。施肥量和品种对节间长度有显著的交互作用，对果枝数的交互作用达到了极显著水平，对株高、茎粗、果枝始节高度无显著的交互作用。表1

表1 施肥量和品种对棉花农艺性状影响的方差和P值

研究表明，与不施肥相比，生产常规1/2施肥条件下株高增加3.08 cm、果枝数增加0.55个、节间长度增加0.18 cm、果枝始节高度增加2.82 cm、茎粗增加0.78 cm，但均未达到显著性差异水平。除果枝始节高度外，常规生产1/2施肥处理的农艺性状较常规生产施肥处理的有所降低，其中株高降低了5.42 cm、果枝数减少了1.06个、节间长度降低了0.52 cm、果枝始节高度降低了2.93 cm、茎粗降低了0.83 cm，但均未达到显著性差异水平。

与生产常规1/2施肥条件相比，生产常规施肥条件下新陆早57号、新陆早64号株高的施肥变化率分别显著或极显著的增加了35.84%、9.13%，新陆早64号株高的施肥变化率也有在生产常规1/2施肥条件下极显著大于生产常规施肥条件17.53%的现象，株高受到了其他因素的影响；株高对施肥量敏感度最低的品种是新陆早45号，敏感度最高的品种是新陆早61号。新陆早57号、新陆早72号分别是果枝数对施肥量敏感度最高和最低的品种。与生产常规1/2施肥条件相比，新陆早61号、新陆早57号、新陆早45号节间长度的施肥变化率分别显著或极显著的增加了22.42%、18.75%、12.69%，其中节间长度对施肥量敏感度最低的品种是新陆早45号，敏感度最高的品种是新陆早57号，果枝始节高度对施肥量敏感度最低的品种是新陆早72号，敏感度最高的品种是新陆早61号，茎粗对施肥量敏感度最高的品种是新陆早61号，敏感度最低的品种是新陆早45号。图2

注：*，P<0.05；**，P<0.01。下同

2.2 施肥量对不同棉花品种干物质累积的影响

研究表明，年份对棉花总生物量和分配率的影响不显著(P>0.05)，施肥量和品种对植株总生物量的影响达到了极显著差异水平(P<0.001)；施肥量显著影响了干物质的分配率(P值为0.016 5)。施肥量和品种交互作用对植株总生物量和干物质分配率均未有显著性影响(P>0.08)。表2

表2 施肥量和品种对棉花生物量影响的方差和P值

研究表明，与不施肥相比，总生物量在常规生产1/2施肥量条件下增加了15.73 g，未达到显著性差异；常规生产施肥量条件下，总生物量较不施肥处理显著增加了26.57 g。干物质分配率以不施肥的最高，达76.91%，较常规生产1/2施肥量显著增加了3.2%，较常规施肥量处理的增加了2.04%、差异不显著。

与生产常规1/2施肥条件相比，生产常规施肥条件下新陆早61号、新陆早57号、新陆早45号、新陆早64号、新陆早74号总生物量施肥变化率分别显著或极显著增加了9.8%、17.8%、25.3%、23.5%、28.8%，其中总生物量对施肥量敏感度最高的品种是新陆早64号，敏感度最低的品种是新陆早72号。与生产常规1/2施肥条件相比，生产常规施肥条件下新陆早61号、新陆早45号、新陆早64号、新陆早72号、新陆早74号分配率的施肥变化率分别显著或极显著增加了5.6%、0.4%、8.3%、10.5%、4.1%，其中分配率对施肥量敏感度最高的品种是新陆早72号，敏感度最低的品种是新陆早57号。图3

图3 不同施肥量下6个棉花品种生物量的变化

2.3 施肥量对不同棉花品种产量及产量构成因子的影响

研究表明，年份对棉花单株铃数的影响达到了显著水平(P值为0.025 2)，施肥量对棉花单株铃数、衣分、籽棉产量有极显著的影响(P<0.001)，对单铃重的影响未达到显著性水平(P值为0.229 1)。单铃重、衣分和籽棉产量受品种的影响达到了极显著和显著性差异水平；单株铃数则受品种的影响很小，未达到显著性水平(P值为0.086 0)。施肥量和品种交互作用对单株铃数和单铃重有显著性和极显著性影响，对衣分和籽棉产量的影响不显著。表3

表3 施肥量和品种棉花产量及产量构成因子影响的方差和P值

研究表明，单株结铃数和籽棉产量随施肥量的增大而增大，与不施肥相比，生产常规1/2施肥条件下和生产常规施肥条件下的单株结铃数分别显著增加了0.4和0.82个，籽棉产量分别显著增加442.48、769.05 kg/hm2。与生产常规1/2施肥条件相比，生产常规施肥条件下，单株铃数和籽棉产量分别显著增加0.42 个、326.57 kg/hm2。与不施肥相比，生产常规1/2施肥条件下单铃重显著增加了0.13 g，生产常规施肥条件下单铃重增加了0.10 g、未达到显著水平。衣分在不施肥条件下最高，与不施肥相比，生产常规1/2施肥和生产常规施肥条件下的衣分显著下降了1.51%和1.38%。

与生产常规1/2施肥条件相比，生产常规施肥条件下新陆早61号单株结铃数的施肥变化率显著增大，新陆早74号极显著增大；单株结铃数对施肥量敏感度最低的品种是新陆早72号，敏感度最高的品种是新陆早61号。新陆早61号籽棉产量的施肥变化率显著增大了28.7%，其籽棉产量对施肥量的敏感度也最高，籽棉产量对施肥量敏感度最低的品种是新陆早74号。与生产常规施肥条件相比，生产常规1/2施肥条件下新陆早61号、新陆早45号单铃重的施肥变化率显著增大了10.14%、17.54%，新陆早64号衣分的施肥量变化率显著增加了4.91%；单铃重对施肥量敏感度最高的品种是新陆早45号，敏感度最低的品种是新陆早64号，衣分对施肥量敏感度最低的品种是新陆早61号，敏感度最高的品种是新陆早45号。图4

图4 不同施肥量下6个棉花品种产量及产量构成因子的变化

2.4 施肥量对不同棉花品种纤维品质的影响

研究表明，年份对纤维长度的影响达到了显著水平，施肥量对马克隆值有显著影响(P值0.049 1)，对纤维长度、断裂比强度的影响未达到显著水平。棉花品种间纤维长度、马克隆值有显著差异(P值为0.046 6和0.022 9)，但断裂比强度无显著差异。施肥量和品种对纤维长度、断裂比强度、马克隆值均有极显著的交互作用。表4

表4 施肥量和品种对棉花棉纤维品质影响的方差和P值

研究表明，与不施肥相比，生产常规1/2施肥条件和生产常规施肥条件下纤维长度分别显著增加了0.55、0.45 mm，断裂比强度仅增加了0.09、0.31 cN/tex、未达到显著水平。生产常规施肥条件下的马克隆值较不施肥下降了0.22，达到了显著性差异水平。与生产常规1/2施肥条件相比，生产常规施肥条件下新陆早61号、新陆早45号纤维长度的施肥变化率分别极显著增加了1.27%、3.81%，其中纤维长度对施肥量敏感度最低的品种是新陆早61号，敏感度最高的品种是新陆早45号；新陆早45号断裂比强度的施肥变化率增加了7.9%，达到了显著水平。生产常规1/2施肥条件下新陆早74号断裂比强度的施肥变化率显著大于生产常规施肥条件下2.65%，说明新陆早74号的断裂比强度在生产常规1/2施肥条件下较高，继续增加施肥量断裂比强度反而减小；断裂比强度对施肥量敏感度最低的品种是新陆早64号，敏感度最高的品种是新陆早61号。各品种马克隆值的施肥变化率无显著性差异，马克隆值不易受施肥量的影响。图5

图5 不同施肥量下6个棉花品种纤维品质的变化

2.5 施肥量对不同棉花品种肥料利用率的影响

研究表明，年份对棉花肥料农学利用率、肥料贡献率的影响不显著，但年份间肥料偏生产力差异显著(P<0.05)施肥量对棉花肥料农学利用率、肥料贡献率、肥料偏生产力有显著的影响，品种对棉花肥料农学利用率、肥料贡献率、肥料偏生产力的影响达到了极显著水平。施肥量和品种对棉花肥料农学利用率、肥料贡献率、肥料偏生产力无显著的交互作用。表5

表5 施肥量和品种对棉花肥料利用率影响的方差和P值

研究表明，随着施肥量的增大，肥料农学利用率、肥料贡献率显著增大，肥料偏生产力显著减小。与生产常规1/2施肥条件相比，生产常规施肥条件下肥料农学利用率显著增加了8.3 kg/kg，肥料贡献率显著增加了0.05 kg/kg ，肥料偏生产力显著下降了10.4%。图6

图6 不同施肥量下6个棉花品种肥料利用率的变化

3 讨 论

资料表明，施肥量对棉花品种的株高、茎粗、真叶数、果枝数影响显著，对果枝始节的影响不显著，对棉花品种花铃期长短的影响是其生育期变化的主要原因[23]；供钾量对不同品种果枝数的影响较小[24]。试验中，棉花品种对株高、茎粗、节间长度、果枝始节高度均有显著影响，对果枝数无显著影响，表明这些参试早熟陆地棉推广品种的果枝数是其品种自身特性，不易受施肥量的影响。前人研究表明，不同棉花品种因长势的不同，对肥料的吸收利用也存在较大差异，根据棉花品种的需肥特性，可以选择适合低肥栽培的棉花品种[25]。在试验中，新陆早72号的肥料利用率、肥料贡献率和肥料偏生产力在不同施肥量下均表现最好，说明肥料利用是其品种的特性。影响棉花产量的因素有很多，生育期长短、铃重大小和衣分高低是主要因素，提高衣分是新疆推广早熟陆地棉品种皮棉产量总结的重要途径[26]，尽管株高可以反映棉花的生长势，果枝数能一定程度上能估测产量，但并不能准确反映棉花的产量，提高棉花产量的有效途径应该是在提高有效铃数的同时保证有较大的单铃重[27]。在试验中，品种对肥料农学利用率、肥料贡献率、肥料偏生产力的影响达到了极显著水平，施肥量对肥料农学利用率、肥料贡献率、肥料偏生产力的影响达到了显著水平，因此品种对棉花肥料利用特性的影响大于施肥量对其影响。氮、磷、钾肥料施用对棉纤维品质的影响较为复杂，有研究认为施肥可以改善棉纤维品质[28-30]，也有研究则认为施肥对棉纤维品质无显著影响[31-32]；试验中，断裂比强度、整齐度指数、纤维伸长率受施肥量的影响差异不显著；纤维长度随施肥量的增加而增大，马克隆值随施肥量的增加而减小，在不施肥和常规施肥量下达到显著性水平。

4 结 论

在减肥处理条件下，新陆早64号、新陆早72号、新陆早74号3个品种分别在单株结铃数、单铃重、肥料利用率、产量等方面有良好表现。上述品种可以作为北疆棉区减施肥料栽培的首选品种，通过减少化肥投入，有利于实现棉花优质高效和绿色发展的目标。