喷施不同叶面肥对棉花前期生长发育和养分吸收的影响

刘爱忠，李鹏程，刘敬然，董合林，孙 淼，王晓茹

(中国农业科学院 棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳 455000)

喷施不同叶面肥对棉花前期生长发育和养分吸收的影响

刘爱忠，李鹏程，刘敬然，董合林*，孙 淼，王晓茹

(中国农业科学院 棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳 455000)

为探索棉生长前期合理施用叶面肥的方法，研究了喷施不同质量浓度及配比尿素、硝酸铵和磷酸二氢钾对棉花前期生长发育和养分吸收的影响。结果表明，相比于对照(喷施清水)，喷施叶面肥可加快植株生长速率，提高生物量积累量，增大叶面积。苗期喷施10 g/L尿素处理的棉株生长状况优于喷施等氮含量硝酸铵处理的棉株，但蕾期两处理差异不显著。根据喷施尿素质量浓度与棉株总干质量的函数关系，获得苗期最佳喷施尿素质量浓度为11.1 g/L，蕾期理论最佳喷施尿素质量浓度为49.1 g/L；虽然单一喷施5 g/L磷酸二氢钾效果逊于喷施10 g/L尿素，但是二者配合喷施效果最佳。综上，棉花前期配合喷施10 g/L尿素+ 5 g/L磷酸二氢钾的叶面肥能够为棉株生长提供更多的养分，增大光合面积，提高光能利用率，促进生长，为后期开花结铃奠定良好的物质基础。

叶面肥； 棉花； 前期； 生长发育； 养分吸收

我国主要棉区尤其是黄淮海棉区，棉花生长前期易遭受低温、干旱等自然灾害。苗期棉花根系不发达，植株小，养分吸收能力弱，遭遇自然灾害后易成僵苗、弱苗，导致生长发育延缓，严重时造成减产。而叶面施肥具有养分吸收快、转化快[1-6]，养分利用率高，避免养分被土壤固定，减少环境污染，在逆境条件下可减灾抗灾等诸多优点[7-8]。关于棉花叶面施肥的研究已有很多，秦亚平等[9]报道，在江汉平原棉花铃期叶面喷施8%尿素溶液可以促进秋桃增多，防止早衰，明显提高产量;赵元明等[10]研究认为，棉花叶面喷施高浓度尿素是可行的，可以代替土壤施用花铃肥，尤其是在干旱无水灌溉条件下或多雨肥料易流失的情况下；易福华等[11]也对棉花喷施高浓度氮肥做了相关研究，结果显示，喷施15%尿素溶液可增加果节数、加深叶色;棉花喷施硅钾肥可促进棉花生长发育，增加单株果枝数和成铃数，提高单铃质量，改善棉花经济性状和纤维品质[12]，在棉花生育中期喷施钾肥能在一定程度上增加衣分值，改善纤维品质[13]。以往研究多集中于棉花花铃期喷施叶面肥，而对棉花生长前期叶面施肥的报道较少，据Hanway[14]研究，在一些寒冷的地区或生长季节，低温限制作物根系对养分的吸收，叶面施用氮、磷、钾肥效果显著。鉴于此，研究了棉花生长前期喷施不同叶面肥对棉株质量、叶面积、叶绿素以及养分吸收的影响，以期为棉花前期合理施用叶面肥提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及供试材料

试验于2012年在河南省安阳县白璧镇中国农业科学院棉花研究所试验场进行，供试土壤为砂壤质潮土，土壤含有机质14.5 g/kg、全氮 0.80 g/kg、速效磷9 mg/kg、速效钾149 mg/kg。供试棉花品种为中棉所60。

1.2 试验设计

试验于4月18日播种，基施尿素228 kg/hm2(N 105 kg/hm2)、重过磷酸钙251 kg/hm2(P2O5105 kg/hm2)、硫酸钾240 kg/hm2(K2O 120 kg/hm2)。设8个叶面肥喷施处理：Y1为对照(喷施清水)，Y2为喷施5 g/L尿素溶液，Y3为喷施10 g/L尿素溶液，Y4为喷施15 g/L尿素溶液，Y5为喷施20 g/L尿素溶液，Y6为喷施13.4 g/L硝酸铵溶液，Y7为喷施5 g/L磷酸二氢钾溶液，Y8为喷施10 g/L尿素+5 g/L磷酸二氢钾溶液；其中Y6纯氮含量同Y3。供试尿素含N 46%，硝酸铵含N 34%，磷酸二氢钾含P 22%、K 28%。分别于 5月24日(三叶期)、5月31日(五叶期)、6月7日(蕾期)用小型喷雾器按试验设计的肥料质量浓度每小区喷施溶液225 L/hm2。试验采用随机区组排列，重复3次，小区面积6.4 m×10 m=64 m2，棉花行距为0.8 m，株距为0.27 m，密度为45 855株/hm2。6月5日喷施7.5 kg/hm2缩节胺，其他管理同大田。

1.3 测定项目与方法

5月23日取20株基础样，然后每小区选择长势均匀的棉花30株，做好标记，于下次叶面喷施肥料前1 d，在标记好的棉花中取样，5月30日取植株5株，6月6日取植株2株，6月13日取1株，用SPAD-502叶绿素仪在田间测定功能叶SPAD值；以子叶节为节点，子叶节以上为地上部分，子叶节以下为地下部分，分别称取地上与地下部分的鲜质量；用MICROTWK扫描仪扫描叶面积；105 ℃杀青30 min后，在65 ℃干燥箱中干燥24 h，之后称取地上部分和地下部分干质量；采用浓硫酸消煮—凯氏定氮法测定植株全氮含量，混合酸消煮—紫外分光光度计法测定植株全磷含量，火焰光度计法测定植株全钾含量。叶柄硝态氮含量测定单独取样，取样后用液氮进行冷处理，放入-40 ℃低温冰箱中保存，采用比色法测定硝态氮含量。

有关参数的计算方法如下：

根冠比=地下部干质量/地上部干质量×100%

单位面积棉株吸收养分量=棉株养分含量×棉株干物质量×单位面积株数

叶面肥肥料利用率=(喷施叶面肥区棉株吸收养分量-对照区棉株吸收养分量) /叶面喷施养分量×100%。

1.4 数据分析

采用Excel和DPS数据处理软件对数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 前期喷施不同叶面肥对棉株质量的影响

由图1和图2可知，棉花生长前期根系不发达，养分吸收能力弱，光合产物累积少，生长发育缓慢，喷施尿素、硝酸铵、磷酸二氢钾可为植株提供必需的养分，提高棉花生物量，促进植株生长发育。喷施不同质量浓度尿素处理相比，5月30日和6月6日的数据显示，苗期喷施10 g/L尿素(Y3)对提高棉株地上部和地下部鲜质量及干质量效果较好，5月30日Y3处理地上部、地下部鲜质量分别比对照提高24.3%、19.6%，干质量分别比对照提高24.7%、16.7%；6月6日Y3处理地上部、地下部鲜质量分别比对照提高28.1%、27.0%，干质量分别比对照提高30.5%、27.6%。三叶期提高喷施尿素质量浓度，棉株质量略有上升，但与Y3处理相比差异不显著(P>0.05)；五叶期以喷施10 g/L尿素较好，提高或降低喷施尿素质量浓度，地上部和地下部的鲜质量及干质量显著下降(P<0.05)，其中Y5处理地上部和地下部干质量比Y3处理分别降低14.3%和16.2%。由喷施尿素质量浓度(x)与6月6日棉花植株总干质量(y)建立的模拟方程y=-0.85x2+1.89x+3.74(R2=0.981 6，P=0.02)可推算出，五叶期喷施11.1 g/L尿素对提高植株干质量效果最佳。植株地上部和地下部生物量随蕾期喷施尿素质量浓度提高而显著增加(P<0.05)，喷施20 g/L尿素效果最佳，Y5处理地上部与地下部鲜质量分别比对照增加128.2%、128.0%，干质量分别比对照增加78.9%、75.8%。由喷施尿素质量浓度(x)与6月13日棉花植株总干质量(y)建立的模拟方程y=-0.53x2+5.20x+7.73(R2=0.973 3，P=0.03)可推算出，蕾期喷施49.1 g/L尿素对提高棉株干质量效果最佳。

与对照相比，喷施等氮含量的尿素和硝酸铵均显著提高棉花的地上部和地下部鲜质量及干质量(P<0.05)。5月30日的数据显示，三叶期喷施硝酸铵有利于提高植株地上部和地下部的鲜质量及干质量，但喷施硝酸铵后棉花叶片叶缘有轻微灼烧现象，不影响棉花正常生长，之后2次喷施硝酸铵未出现叶缘灼烧现象，故在苗期使用硝酸铵作叶面肥时应注意施用浓度，避免烧苗。6月6日的数据显示，五叶期喷施硝酸铵对提高植株地上部和地下部生物量效果不如尿素，显著低于Y3处理(P<0.05)。蕾期喷施10 g/L尿素与硝酸铵均较对照显著提高棉花的地上部和地下部生物量(P<0.05)，两者无显著差异。

棉花生长前期喷施磷酸二氢钾可提高棉花地上部和地下部鲜质量和干质量。其中，蕾期喷施磷酸二氢钾，棉株地上部、地下部鲜质量比对照提高66.0%、67.2%，干质量比对照提高29.0%、28.1%。苗期只喷施10 g/L尿素对提高植株鲜、干质量的效果好于只喷施5 g/L磷酸二氢钾，差异达到显著水平(P<0.05)；蕾期Y3与Y7处理差异不显著。10 g/L尿素与5 g/L磷酸二氢钾叶面配施(Y8)提高植株鲜、干质量的效果好于单独喷施5 g/L磷酸二氢钾或10 g/L尿素，三叶期、五叶期和蕾期喷施效果与Y7处理差异显著，五叶期和蕾期与Y3处理存在显著差异(P<0.05)。

图1 不同处理对棉花地上和地下部鲜质量的影响

图2 不同处理对棉花地上和地下部干质量的影响

2.2 前期喷施不同叶面肥对棉花生长速率的影响

以棉花干物质积累量为y(g)，以棉花生长时间为t(d)，5月23日取基础样为0 d，5月30日、6月6日、6月13日分别为棉花生长7 d、14 d、21 d，建立棉花总干物质积累量与生长天数的模拟方程，模拟公式求导可得出棉花绝对生长速率，见表1。由表1可知，随着棉花喷施尿素质量浓度的提高，棉花的干物质积累速度加快。由6月13日的绝对生长速率可看出，Y2、Y3、Y4和Y5处理生长速率分别比对照快150.0%、135.7%、376.2%、628.6%；喷施硝酸铵比喷施等氮含量的尿素(Y3)生长速度略快；喷施磷酸二氢钾的生长速率比对照高140.5%，与Y3处理接近，10 g/L尿素和5 g/L磷酸二氢钾配合喷施的生长速率比对照高166.7%，比单喷施10 g/L尿素、单喷施5 g/L磷酸二氢钾分别高23.5%、19.1%。棉花前期喷施不同叶面肥均可提高植株生长速率，促进植株生长。

表1 不同处理对棉花干物质积累量及绝对生长速率的影响

注:*、**分别表示方程在0.05、 0.01水平显著、极显著。

2.3 前期喷施不同叶面肥对棉花叶面积的影响

由表2可知，前期喷施不同叶面肥均显著提高棉花叶面积。喷施不同质量浓度尿素处理相比，三叶期以喷施15、20 g/L尿素效果较好，两者无显著差异；五叶期以喷施10 g/L尿素提高棉株叶面积的效果最佳，比对照增加24.3%；蕾期随着喷施尿素质量浓度的增大，棉株叶面积逐渐增大，喷施20 g/L尿素比对照增加97.5%。喷施硝酸铵可有效提高棉花叶面积，与喷施等氮含量的尿素相比，三叶期喷施硝酸铵提高棉花叶面积的效果较好，五叶期喷施提高棉花叶面积效果较差，蕾期两者无显著差异。3次取样结果显示，喷施5 g/L磷酸二氢钾可显著增加棉花叶面积，10 g/L尿素与5 g/L磷酸二氢钾配合喷施增加棉株叶面积的效果优于单喷施尿素或磷酸二氢钾，单喷施10 g/L尿素、5 g/L磷酸二氢钾以及10 g/L尿素与5 g/L磷酸二氢钾配合喷施分别比对照增加34.50%、30.6%及75.4%；10 g/L尿素与5 g/L磷酸二氢钾配合喷施处理各时期棉花叶面积显著大于Y7处理，三叶期和蕾期显著大于Y3处理。由此可知，10 g/L尿素与5 g/L磷酸二氢钾配合喷施提高棉花叶面积效果最佳。

2.4 前期喷施不同叶面肥对棉花根冠比的影响

以6月13日棉花地下部分和地上部分干物质量进行计算，得出根冠比。如图3所示，喷施不同叶面肥均能显著降低棉花根冠比(P<0.05)。6月13日数据显示，喷施不同叶面肥能提高地下部分干质量11.3%～75.8%，提高地上部分干质量达58.0%～128.0%。说明棉花前期喷施叶面肥对地下部干质量相对增加量小于地上部干质量相对增加量。

表2 不同处理对棉花叶面积的影响 cm2

注:同列不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著，下同。

图3 不同处理对棉花根冠比的影响

2.5 前期喷施不同叶面肥对棉花叶片SPAD值的影响

由表3可知，三叶期10 g/L尿素和5 g/L磷酸二氢钾配合喷施较对照可显著提高棉花叶片SPAD值，其他处理与对照差异不显著；五叶期喷施20 g/L尿素或13.4 g/L硝酸铵可显著提高叶片SPAD值，其他处理与对照差异不显著；蕾期喷施不同叶面肥对叶片SPAD值无显著性影响。由此可知，前期喷施不同叶面肥对棉花叶片SPAD值没有规律性显著影响。叶绿素含量与净光合速率成正相关[15]，说明前期喷施不同叶面肥提高植株质量，并非仅仅通过增加叶绿素含量、提高净光合速率的途径实现。

表3 不同处理对棉花SPAD值的影响

2.6 前期喷施不同叶面肥对棉花叶柄硝态氮的影响

叶柄硝态氮是研究棉花氮素丰缺十分重要的指标。由表4可知，喷施不同质量浓度尿素处理相比,五叶期叶面喷施10 g/L尿素可显著提高棉花叶柄硝态氮含量，其他处理与对照相比无显著性差异；三叶期和蕾期叶面喷施不同质量浓度尿素对棉花叶柄硝态氮含量无显著影响。说明在棉花营养生长为主的时期，叶面喷施的尿素能被植株有效吸收，转化为有机物质并转移到新生器官中，不会造成植株吸收氮素营养过多、生长过旺。除了6月6日取样结果显著高于对照，第1次和第3次叶面喷施硝酸铵对提高叶柄硝态氮含量无显著影响。Y7、Y8处理与对照相比均无显著差异，说明叶面喷施磷酸二氢钾以及尿素与磷酸二氢钾混合喷施对棉花叶柄硝态氮含量无显著影响。

表4 不同处理对叶柄硝态氮的影响 mg/kg

2.7 前期喷施不同叶面肥对棉花养分含量和养分吸收的影响

由表5可知，棉花生长前期喷施不同叶面肥对植株N、K含量基本上无显著影响,可见棉花营养生长期间能将叶面吸收的元素经转化合成大量营养生长物质,以满足新生器官需要，如叶面积增加(表2)。不同处理对苗期棉花磷含量没有显著影响；但6月13日的数据显示，蕾期喷施磷酸二氢钾对棉花磷含量影响显著，说明棉花蕾期对磷的需求增加，此时喷施磷酸二氢钾可提高植株磷含量。

表5 不同处理对植株N、P、K含量的影响 g/kg

由表6可见，随着喷施尿素质量浓度的增加，植株吸收的总氮量也逐渐增加。Y2～Y5处理植株总氮量分别比对照高56.2%、67.8%、98.0%、123.3%，差异均达到显著水平。喷施硝酸铵比喷施等氮含量尿素的植株总氮量略高，但差异不显著。由此可知，棉花前期喷施氮肥对植株养分吸收的影响主要在于叶面喷施浓度的高低，不在于喷施氮素形态。叶面喷施磷酸二氢钾可显著增加植株对磷和钾的吸收，10 g/L尿素与5 g/L磷酸二氢钾配合喷施可显著提高棉花生长前期对氮、磷和钾的吸收。

由表6可知，叶面喷施不同叶面肥的利用率均高于100%，棉花增加生物量所需的养分量远大于叶面肥供应的养分量，与植株吸收的养分相比，叶面施入的叶面肥更像是生长促进剂，极大地促进植株的生长发育。随着叶面喷施尿素质量浓度增加，叶面吸收的氮量也随之增加，植株的生长发育不仅受养分供应的影响，还受光照、水分、温度、土壤等自然环境的影响，所以喷施氮量的增加对棉花生长发育的促进作用有所减弱，这并不表示叶面喷施氮肥的实际利用率随着喷施浓度的增高而降低。喷施硝酸铵的N肥利用率与喷施等氮含量的尿素处理没有明显差异，说明棉花生长前期叶面喷施不同形态的氮肥对植株生长发育的促进作用差别不大。叶面喷施磷酸二氢钾的P肥利用率为125.40%，远低于N、K肥利用率，这与棉花对磷肥的需求量远低于氮肥有关，所以棉花生长前期叶面喷施磷酸二氢钾对棉花生长发育的促进作用不如氮肥。10 g/L尿素与5 g/L磷酸二氢钾配合喷施的N、P、K肥料利用率，远高于Y3处理的N肥利用率和Y7处理的P、K肥利用率，由此可知，棉花生长前期10 g/L尿素与5 g/L磷酸二氢钾配合喷施可更好地促进植株的生长发育。

表6 不同叶面肥的肥料利用率

3 结论与讨论

棉花生长过程中苗期受低温等恶劣环境影响长势弱，此时喷施叶面肥可增大叶面积，提高光能利用率，增加生物量，促进植株生长。棉花苗期根系少，吸收养分能力弱，主要为营养生长时期，营养特点以氮素代谢为中心，对氮肥非常敏感，但对氮需求总量不高。据李俊义等[16]研究，中棉所12苗期41 d吸收总氮量占整个生育期的4%左右，所以苗期喷施尿素质量浓度不易过高。本研究中，由6月6日棉株干质量与喷施尿素质量浓度建立的模拟方程可知，苗期最佳喷施尿素质量浓度为11.1 g/L，可有效提高植株生物量和叶面积。进入蕾期后棉花进入快速生长期，对氮需求增大，蕾期28 d吸收总氮量占整个生育期的27.8%～30.4%[16]，生物量和叶面积随着叶面喷施尿素质量浓度的增加而增加，根据干物质量推算的蕾期最佳喷施尿素质量浓度为49.1 g/L。由于本试验设计浓度较低，蕾期的最佳喷施浓度还需进一步试验验证。叶面喷施13.4 g/L硝酸铵可显著提高植株地上部与地下部鲜质量和干质量、叶面积。与Y3处理相比，三叶期喷施等氮含量的硝酸铵有利于提高地上部及地下部鲜、干质量和叶面积，但喷施硝酸铵棉花叶缘有灼烧现象，五叶期喷施尿素效果优于硝酸铵，故棉花苗期以喷施酰胺态氮为好。蕾期植株需要大量的氮，肥料利用率较高，此时喷施硝酸铵可显著提高植株生物量和叶面积，与喷施等氮含量尿素相比，两者无显著差异。所以蕾期棉花的生长发育受喷施氮肥的浓度影响较大，受喷施氮肥的形态影响较小。棉花苗期和蕾期喷施磷酸二氢钾可提高植株地上部分及地下部分鲜质量和干质量、叶面积，但苗期喷施效果逊于尿素，蕾期两者无差异。这可能与棉花吸收养分的特点有关，棉花苗期以根、茎、叶为生长中心，营养特点以氮素代谢为中心，对磷、钾需求低，植株进入蕾期，棉花营养生长与生殖生长同时进行，棉花营养生长逐步旺盛，对磷、钾的需求总量比苗期明显增加[16]。5 g/L磷酸二氢钾与10 g/L尿素配合喷施可显著提高植株地上部分及地下部分鲜质量和干质量、叶面积，这与前人研究结果[17-18]相似，5 g/L磷酸二氢钾与10 g/L尿素配合喷施效果优于只喷施磷酸二氢钾或尿素。棉花前期喷施叶面肥均可加快植株生长速率，促进生物量积累。

本试验结果表明，与植株生物量和叶面积不同，棉花生长前期喷施不同质量浓度尿素对叶片SPAD值、叶柄硝态氮以及植株养分含量没有显著规律性影响，这与他人报道不同，易福华等[11]研究发现，棉花叶面喷施尿素后，由于氮素营养的改善，第5天叶色明显改善；伍贻美等[19]报道，在油菜花期向叶面喷施尿素能提高中上部叶片的叶绿素含量，喷施浓度越高，叶绿素含量增加越多；王西娜等[20]进行盆栽菠菜发现，叶柄硝态氮含量与地上部鲜质量、干质量及水分均表现出正相关关系。这可能是因为本试验中取样日期与喷施叶面肥日期间隔较长，而棉花生长前期正是营养生长的重要阶段，叶面吸收的营养很快转化为有机物质，进而表征为叶面积增大，生物量增加。棉花生长前期喷施不同叶面肥可显著提高叶面积，这与徐国华等[21]报道不同。这可能是因为棉花生长前期正处于棉花营养生长阶段，叶面吸收的养分首选向新的生长点转移，以满足新生叶片的需要，使叶面积增大。由6月13日取样的植物总干质量(G)与植物叶面积(S)进行模拟，可得出两者关系曲线为G=-1.537 1+0.010 5S，R2=0.964 1，叶面积与棉花干物质量有极显著相关性。通过对棉花根冠比和肥料利用率分析，棉花前期喷施叶面肥对提高叶面积和地上部分生物量影响较大，对根系影响相对较小，而植株增加生物量所需的养分远大于叶面肥供应的养分。喷施叶面肥为植株提供必需的营养元素，转化为新生器官，增大光合面积，提高光能利用率，光合产物增加反过来又促进根系对土壤养分的吸收，使植株的生长发育进入良性循环，进而促进了植株的生长发育。

总之，棉花生长前期喷施适宜浓度的氮肥并配合喷施磷酸二氢钾可显著提高植株地下部分和地上部分鲜干质量，增大叶面积，增强光能利用率，促进植株生长发育。

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Effect of Spraying Different Foliar Fertilizers on Cotton Plant Growth and Nutrient Absorption at Early Stage

LIU Aizhong,LI Pengcheng,LIU Jingran,DONG Helin*,SUN Miao,WANG Xiaoru

(Institute of Cotton Research of CAAS/State Key Laboratory of Cotton Biology,Anyang 455000,China)

The cotton plant growth and nutrient absorption after spraying different concentrations of urea,ammonium nitrate or potassium dihydrogen phosphate at early stage were studied,to explore the rational application method of foliar fertilizers at early stage of cotton.The results indicated that the cotton plant growth rate,biomass and leaf area were significantly higher in the spraying foliar fertilizer treatments than the control treatment(spraying water).In seedling stage,compared with the spraying ammonium nitrate treatment,the growth status of the cotton plant was better in spraying 10 g/L urea treatment,but there were no significant differences in budding stage between these two treatments.The correlation function indicated that the optimal spraying concentration of urea was 11.1 g/L at seeding stage,and 49.1 g/L at budding stage.In addition,there was better effect with the combining application of 10 g/L urea and 5 g/L potassium dihydrogen phosphate on the cotton plant.In conclusion,it could provide adequate nutrients,increase leaf area and light utility efficiency by combining application of 10 g/L urea and 5 g/L potassium dihydrogen phosphate on the cotton plant at early stage.

foliar fertilizer; cotton; early stage; growth and development; nutrient absorption

2015-06-15

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(1610162014005)；国家棉花产业技术体系项目(CARS-18-17)

刘爱忠(1985-)，男，河南范县人，研究实习员，本科，主要从事棉花植物营养与肥料研究。 E-mail:zhongzhong1028@126.com

*通讯作者：董合林(1964-)，男，河南内黄人，副研究员，本科，主要从事棉花植物营养与肥料研究。 E-mail:donghl@cricaas.com.cn

S562

A

1004-3268(2016)01-0029-07