不同施肥模式对新疆棉花产量和品质的影响

李建刚+张卫国+李东方+李荣霞+董元华

摘要：针对新疆棉花施肥方式中存在的不足，对新疆建设兵团农场棉花施肥方式进行优化，检验优化施肥方式对土壤养分、棉花生长、病害发生率、产量和品质的影响。结果表明：2种优化施肥模式均能增加土壤中的速效氮、磷、钾养分，促进棉花生育期提前；优化施肥2能够使棉花的吐絮期提前5 d，还能促进单株结铃数和伏前桃增加；经过优化施肥处理后，棉花黄萎病的发病率明显降低，其中优化施肥1对棉花黄萎病的防效为39.57%，优化施肥2的防效高达60.96%；优化施肥方式能够提高皮棉产量，其中优化施肥1增产5.0%，而优化施肥2增产率可达119%；同时纤维的品质也有了显著的提高。这为克服棉花连作障碍提供了技术手段，同时对促进新疆棉花生产具有重要的指导意义。

关键词：棉花；优化施肥；棉花黄萎病；棉花产量；纤维品质

中图分类号：S562.06文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）02-0055-04

收稿日期：2013-07-10

基金项目：新疆生产建设兵团博士资金（编号：2010JC03）；中国科学院院地合作项目（编号：XBXJ-2011-045）。

作者简介：李建刚（1979—），男，河北张北人，博士，助理研究员，主要从事矿质养分与植物土传病害研究。E-mail：jgli@issas.ac.cn。

通信作者：董元华（1964—），男，湖北恩施人，博士，研究员，主要从事土壤生态与污染生态研究。E-mail：yhdong@issas.ac.cn。新疆是我国棉花的重要产区，凭借其优越的地域优势和产业政策，经过20多年的发展已成为我国最主要的棉花生产和加工区域。新疆棉花产量多年来保持全国第一，占全国棉花产量的30% 以上，世界棉花产量的10% 左右。据新疆维吾尔自治区统计局统计，与2011年相比，2012年棉花播种面积 172.08万hm2，增长5.1%；棉花产量3.54×109 kg，增长222%；在自治区重点监测的产业中，纺织工业总产值40.30亿元，增长15.1%。棉花主产县市财政收入中约60%来自棉花产业，目前棉花产业已成为新疆农民增收的主要途径和农村经济发展的支柱产业，棉花市场行情直接关系新疆经济的发展[1]。

近年来，在新疆地区棉花种植面积不断扩张的过程中，由于棉花种植比例大，换茬轮作困难，棉花连作已成为新疆绿洲棉区的主要耕作方式，连作问题也日益突出。棉花的产量、品质受到严重的影响，土壤生态环境遭到破坏，土壤退化严重，同时多年连作也致使棉花的病虫害加剧，快速蔓延[2]。梁智等对新疆长绒棉产区（阿克苏棉区）进行了调查，棉花连作面积占73.10%，连作棉田中，连作1～5年、6～8年、9～12年、13年以上的棉田分别占棉花连作总面积的11.70%、2015%、31.65%、9.60%；轮作棉田籽棉产量平均 4 150 kg/hm2，连作1～5年的籽棉产量平均 4 060 kg/hm2，基本不减产，连作6～8年的棉田籽棉减产4.7%～9.5%，连作9～12年的棉田籽棉减产13.4%～27.8%，连作13年以上的棉田籽棉减产331%～46.8%[3]。

连作障碍的机理是十分复杂的问题，是作物与土壤系统内部诸多因素综合作用结果的外观表现，主要包括生物和非生物因素[4-10]。新疆棉花连作栽培中，由于施肥、灌溉、耕作技术长期一致，并且随着新疆棉花生产水平和棉农收入的提高，施肥量也在不断增加，导致土壤板结、土壤次生盐渍化、有机肥用量不够、土壤缓冲性差，植株易发生死苗、缺株等现象，土壤团粒结构被破坏，施用化学肥料单一，肥料投入严重不平衡，很少施用钾肥，肥效递减的问题日益突出，并且肥料不合理施用带来的后果愈发严重[1]。

针对新疆棉区存在的严重连作障碍问题，本研究拟通过合理的平衡施肥技术探索其对新疆棉花生产中产量、品质的提高以及对连作土壤的修复作用，以期为当地棉花生产从施肥方面提供理论及技术指导。

1材料与方法

1.1试验设计

本试验在新疆五家渠市农六师农业科学研究所的101团农场棉花种植基地进行。试验地选择连续多年种植棉花且黄萎病较重的地块，试验品种为新陆早42 号。试验设计3个处理，分别是当地施肥、优化施肥1（即在当地施肥基础上增加多元素矿质养分调理剂）、优化施肥2（在优化施肥1的基础上通过叶面喷施补充中微量营养元素）。每个处理3次重复，每个小区面积为189 m2，随机排列。

棉花施肥分为基肥和追肥，各处理的具体施肥方式见表1。各小区施肥严格按要求实施，各处理间栽培管理措施一致，棉花各小区单收计产。表1不同处理的棉花施肥方式

滴灌专用肥600 kg/hm2，分别于现蕾期、开花期、结铃期和吐絮期追施，每次120 kg/hm2优化施肥1450 kg/hm2 多元素复合养分肥料，225 kg/hm2 二胺，150 kg/hm2 尿素追肥同上优化施肥2

450 kg/hm2 多元素复合养分肥料，225 kg/hm2二胺，150 kg/hm2尿素600 kg/hm2滴灌专用肥，施用方式同上，并在在苗期、现蕾、盛花和结铃期各喷施450 g/hm2植物营养素注：棉花滴灌专用肥总养分≥48%；N、P2O5、K2O含量分别为36%、4%、8%；植物营养素由中国科学院海洋研究所研制；多元素复合养分肥料组成为：有效硅42%、氧化钾8%、镁3%、钙8%、硫10%。

1.2土壤理化性质测定

在每个小区内沿S形路线随机选取 5 点，采表层土样（0～20 cm）后充分混匀，制成混合样品。样品经风干后，分别过 1 mm孔筛备用。土壤有机质、全氮、全磷、全钾、硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾的测定均采用常规农化分析方法[11]。

1.3棉花测定项目和方法

在棉花生长期间进行了生育期调查，并且每小区取10 株在田间进行了株高、始果枝节位、始果节高度、果枝台数、单株结铃数和伏前桃的调查统计，并在室内测定了单铃重和衣分等与产量相关的指标。采用HVI 900 测试系统测量纤维长度、纤维整齐度、比强度、麦克隆值、黄度等棉花品质指数。

1.4数据分析

不同处理间的平均值、标准差以及检验显著性差用Excel 2003 和SPSS 16.0 软件进行分析。

2结果与分析

2.1不同施肥方式对土壤理化性质的影响

分析不同处理条件下土壤的化学性质，施肥方式对土壤 pH值及养分含量有影响，但大部分无显著差异（表2）。优化施肥2处理能够降低土壤的pH值，从当地施肥的8.15 降低到7.76。在对土壤氮、磷、钾养分的作用方面，优化施肥模式对土壤中全量养分的影响不明显，主要体现在速效养分的改变方面。和当地施肥相比，优化施肥1能够提高土壤中硝态氮、速效磷、速效钾的含量，而优化施肥2能够同时增加土壤中硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾的含量，且增加幅度要大于优化施肥1（表2）。表2不同施肥方式对土壤养分的影响

2.2不同施肥方式对棉花生育期的影响

各处理中，棉花从播种到吐絮大约需要120 d，但是不同处理对棉花生育期的影响存在差异，并且该差异在棉花生长后期变得更加明显（图1）。这是因为在棉花生长前期，虽然2种优化施肥方式都对缩短棉花各个生育有一定的作用，但是处理之间并没有显示出显著差异；但是到了后期，在相同的显著性水平上，不同处理间的差异性得以显示。并且效果最好的是对土壤和植物双重施肥的优化施肥2，其吐絮期为播种后121 d，而优化施肥1中的吐絮期为123 d，与当地施肥相比，分别提前了5 d和2 d，这对棉花的提前采收有着重要的作用。因为新疆在棉花收获季节温度较低，容易遭受霜冻，如果能够提早采摘，对增产和提质具有重要的意义。

2.3不同施肥处理对棉花生长的影响

棉花生长性状调查结果表明，不同施肥处理中棉株生长的株高、始果枝节位及棉桃个数等参数具有不同的变化，与当地施肥相比，优化施肥的2个处理均能不同程度地促进棉花的生长和增加每株的结铃个数，但各处理间差异不显著。优化施肥1、优化施肥2能够分别增加单株结铃数0.2、0.6个（表3）。这对总体产量的增加具有举足轻重的作用。表3不同施肥处理对棉花生长的影响

2.4不同施肥处理对棉花黄萎病的防治效果

棉花黄萎病是威胁棉花生产的重要病害之一，可以极大地引起棉花减产甚至绝产。本研究结果表明：不同的优化施肥处理可以有效降低黄萎病的发病率，对黄萎病具有显著的防治效果，其中优化施肥1的防效为39.57%，而优化施肥2的防效高达60.96%（图2）。

2.5不同施肥处理对棉花产量的影响

对不同施肥处理中产量性状及具体产量的统计发现，2种优化施肥均可以提高产量相关性状的表现。优化施肥2能够显著地增加棉株单铃重量，从4.8 g增加到 6.3 g；皮棉和籽棉产量也有所增加，优化施肥1和优化施肥2皮棉产量分别增加5.0%、11.9%，增产幅度显著（表4）。

2.6不同施肥处理对棉花品质的影响

麦克隆值、整齐度和绒长等指标是衡量棉花纤维品质的重要参数。棉花纤维品质分析结果表明，2种优化施肥均能不同程度地提升纤维品质，并且优化施肥2的效果更好（表5）。麦克隆值是衡量棉花透气性的参数，当地施肥处理麦克隆值为4.6，按照国家棉花分级标准为3级，优化施肥1为2级，而优化施肥2为1级。另外，经过优化施肥处理以后绒长和比强度增加明显，黄度降低，有利于工业纺纱使用。表5各处理对棉花纤维品质的影响

3讨论

近年来，随着政府对发展棉花产业的重视和棉花种植经济收益的增加，棉农在生产中加大了科技和物质投入，棉花单产、总产水平显著提高[12]。其中，为了追求棉花产量的增加，棉农不惜大量使用化肥，有的已经超过棉花生长所需，因此出现了诸多养分运筹不合理带来的问题，如土壤养分失调、植株生长不旺、产量和品质下降、植物病虫害加重等问题[13]。众多研究结果表明，肥料运筹能够有效提高作物产量和品质[14-15]。但是如何对棉花合理施肥，最终达到高产、高效和优质，是目前新疆棉花生产需要解决的技术难点[12，16]。

本研究在总结目前新疆棉花生产中施肥方法不合理的基础上，对施肥方式进行优化，以检验不同的优化施肥模式对棉花生长、产量以及品质的影响。研究发现，在目前棉花生产的过程中施入了大量的氮、磷、钾养分，而缺少中微量元素的投入，加上同一地块多年连作，必然会造成养分元素之间的不平衡，从而导致一系列问题。基于此，我们设计了2种优化施肥模式，分别在基肥和追肥的过程中通过添加多元素复合养分肥料和叶面肥追肥对土壤和植物进行中微量元素的补充，结果表明对当地棉花的生产具有很大益处。

通过对棉花生育期的统计发现，优化施肥处理对生育期的影响主要体现在棉花生长的中后期，与对照相比，优化施肥1、优化施肥2的吐絮期分别提前了2、5 d，这对棉花的提前采收、防止棉花遭受冻害有着重大的作用。这可能和优化施肥模式促进土壤速效养分的增加有着直接的联系，因为土壤中速效养分含量的提高有助于植物对营养的吸收利用，同时优化施肥2土壤的pH值从对照的8.15下降到7.76，这也有利于棉花的健康生长，因为棉花虽然耐碱，但其最适的pH值是7.0～8.0。本研究结果还表明不同的施肥方式能够影响棉花黄萎病的发生率，其原因可能是不同施肥方式下植物生长的健康状态具有区别，而添加了中微量养分的处理能够促进植物的健康生长，从而提高了对病原菌的防御能力。另外，土壤中的养分构成也会影响土壤的微生态环境，改变病原菌与有益微生物的结构组成，而抑制棉花黄萎病菌对寄主植物的危害[17-18]。产量是棉花栽培最重要也是棉农最关心的结果，本研究结果表明优化施肥1能使皮棉增加了50%，优化施肥2中皮棉增加了119%，增产效果显著。新疆的棉花种植面积占世界的10%，按照本研究的增产幅度，优化施肥方式将对新疆以及我国其他棉花产区的生产具有很大的指导作用及实际应用价值。除了产量，品质性状也是棉花生产中很重要的参数，纤维的麦克隆值、整齐度、绒长和比强度等指标与棉花的商品价值具有直接关系。本研究所设计的优化施肥模式能够显著提高棉花的品质，为棉农经济效益的增加带来了益处。

在本研究所设计的3个处理中，根据最终的统计结果，我们发现对棉花生产有益效果从高到低依次是：优化施肥2>优化施肥1>当地施肥，这主要是因为3种施肥方法所用的肥料组合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，优化施肥1比当地施肥多了固体的矿质养分元素（多元素复合养分肥料），而优化施肥2又比优化施肥1多了1种叶面肥，并且叶面肥更利于植物的吸收。这和新疆本地土壤养分特性是有关系的。因为土壤氮素是新疆棉花高产的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤钾素是新疆特别是南疆地区棉花高产的限制因子或潜在限制因子，而通过优化施肥可以有效增加土壤中的速效养分，有助于棉花对营养的吸收，从而促进其生长。在微量元素方面，土壤锌作为棉花高产的限制因子具有一定的普遍性，土壤锰、硼作为棉花高产的潜在限制因子各地表现不一，主要受土壤有效锰、硼含量影响[16]，这些元素是在当地施肥处理的配方中没有添加的，在优化施肥中所用的针对土壤及植物的肥料中均有添加，所以我们所设计的施肥方式能够活化土壤中的大量元素、弥补土壤中被植物带走而没有及时补充的微量元素，进而维护土壤养分的平衡；而在施肥方式上，是通过易于植物吸收叶面施肥的方法，能够及时提供植物生长发育所需的营养，并且比较节省劳动力。

综上所述，我们建议棉花施肥时要在基肥中添加中微量元素矿物肥，并在后期的追肥过程中通过叶面施肥的方式及时补充有效养分。这样有助于棉花产量的增加和品质的提升，并能提早采收，避免冻害，同时能够降低土壤pH值，防止土壤进一步盐碱化，对促进土地资源的持续利用和保护生态 具有重要的意义。

参考文献：

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在本研究所设计的3个处理中，根据最终的统计结果，我们发现对棉花生产有益效果从高到低依次是：优化施肥2>优化施肥1>当地施肥，这主要是因为3种施肥方法所用的肥料组合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，优化施肥1比当地施肥多了固体的矿质养分元素（多元素复合养分肥料），而优化施肥2又比优化施肥1多了1种叶面肥，并且叶面肥更利于植物的吸收。这和新疆本地土壤养分特性是有关系的。因为土壤氮素是新疆棉花高产的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤钾素是新疆特别是南疆地区棉花高产的限制因子或潜在限制因子，而通过优化施肥可以有效增加土壤中的速效养分，有助于棉花对营养的吸收，从而促进其生长。在微量元素方面，土壤锌作为棉花高产的限制因子具有一定的普遍性，土壤锰、硼作为棉花高产的潜在限制因子各地表现不一，主要受土壤有效锰、硼含量影响[16]，这些元素是在当地施肥处理的配方中没有添加的，在优化施肥中所用的针对土壤及植物的肥料中均有添加，所以我们所设计的施肥方式能够活化土壤中的大量元素、弥补土壤中被植物带走而没有及时补充的微量元素，进而维护土壤养分的平衡；而在施肥方式上，是通过易于植物吸收叶面施肥的方法，能够及时提供植物生长发育所需的营养，并且比较节省劳动力。

综上所述，我们建议棉花施肥时要在基肥中添加中微量元素矿物肥，并在后期的追肥过程中通过叶面施肥的方式及时补充有效养分。这样有助于棉花产量的增加和品质的提升，并能提早采收，避免冻害，同时能够降低土壤pH值，防止土壤进一步盐碱化，对促进土地资源的持续利用和保护生态 具有重要的意义。

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在本研究所设计的3个处理中，根据最终的统计结果，我们发现对棉花生产有益效果从高到低依次是：优化施肥2>优化施肥1>当地施肥，这主要是因为3种施肥方法所用的肥料组合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，优化施肥1比当地施肥多了固体的矿质养分元素（多元素复合养分肥料），而优化施肥2又比优化施肥1多了1种叶面肥，并且叶面肥更利于植物的吸收。这和新疆本地土壤养分特性是有关系的。因为土壤氮素是新疆棉花高产的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤钾素是新疆特别是南疆地区棉花高产的限制因子或潜在限制因子，而通过优化施肥可以有效增加土壤中的速效养分，有助于棉花对营养的吸收，从而促进其生长。在微量元素方面，土壤锌作为棉花高产的限制因子具有一定的普遍性，土壤锰、硼作为棉花高产的潜在限制因子各地表现不一，主要受土壤有效锰、硼含量影响[16]，这些元素是在当地施肥处理的配方中没有添加的，在优化施肥中所用的针对土壤及植物的肥料中均有添加，所以我们所设计的施肥方式能够活化土壤中的大量元素、弥补土壤中被植物带走而没有及时补充的微量元素，进而维护土壤养分的平衡；而在施肥方式上，是通过易于植物吸收叶面施肥的方法，能够及时提供植物生长发育所需的营养，并且比较节省劳动力。

综上所述，我们建议棉花施肥时要在基肥中添加中微量元素矿物肥，并在后期的追肥过程中通过叶面施肥的方式及时补充有效养分。这样有助于棉花产量的增加和品质的提升，并能提早采收，避免冻害，同时能够降低土壤pH值，防止土壤进一步盐碱化，对促进土地资源的持续利用和保护生态 具有重要的意义。

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