基肥减施对不同棉花品种养分吸收差异及产量的影响

汪志强，张 勇，刘晓红，胡守林，陈国栋，李亚兵，王 飞，陈 威，李 玲，万素梅

(1.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2.喀什农技推广中心,新疆喀什 844000；3.新疆前海种业有限责任公司,新疆图木舒克 843900；4.中国农业科学院棉花研究所,河南安阳 455000)

0 引 言

【研究意义】新疆地理优势及气候条件得天独厚，是全国重要的产棉基地，在新疆棉区种植的棉花品种繁多，而不同棉花品种对养分的吸收具有显著性差异。有研究表明，作物无论是在不同种属之间还是在同一种作物不同品种之间都存在氮磷钾吸收利用效率的差异[1-2]。【前人研究进展】对不同棉花品种的氮、磷、钾吸收效率做了研究，筛选了很多高效品种，对不同棉花品种的需肥规律也有了解[3-8]。铃数、单铃重和衣分是棉花产量构成的3个主要因素。在这个3个要素中，结铃数和铃重虽也与品种本身的遗传特性有关，但它可以通过农艺措施进行调节，尤其是结铃性有较大的可塑性，而且在棉花生产中对产量贡献最大的也是铃数和铃重，衣分是由棉花的遗传特性决定的。【本研究切入点】目前新疆塔里木棉区近10 a来土壤养分含量呈现上升趋势，土壤中有机质，速效磷，速效钾等养分含量达到丰富的水平，这与平时施肥习惯有很大关系，每年造成肥料的浪费。研究基肥减施对不同棉花品种养分吸收差异及产量的影响。【拟解决的关键问题】研究以6个棉花品种为材料，分析6个棉花品种对基肥的响应差异，筛选出在减施基肥条件下对产量影响较小的优良棉花品种，为养分管理和资源高效利用提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验地点位于塔里木河上游、塔克玛干沙漠西北缘新疆阿拉尔市12团国家科技园区(N 40°32′34″，E 81°18′07″，海拔1 015 m)。该地光热资源丰富，太阳辐射年均为 559.4～612.1 kJ/cm2，日照时数约2 996 h/年，日照率66%，≥10℃的年积温4 000℃以上，无霜期180～224 d，年均气温10.8℃。降雨量稀少，年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸发量1 976.6～2 558.9 mm，地下水埋深在3 m以下。地表蒸发强烈，空气十分干燥，主风向为东北风，属典型的暖温带大陆干旱荒漠气候，也是典型的灌溉农业区。表1

棉花品种为新陆中22号(A1)、新陆中55号(A2)、新陆中82号(A3)、锦棉Z1112(A4)、新陆早74号(A5)、新陆早77号(A6)。

供试肥料为氮(尿素[ω(N)=46%]，磷酸二铵[ω(N)=18%])，磷(磷酸二铵[ω(P2O5)=46%]，富过磷酸钙[ω(P2O5)=32%])，钾(硫酸钾[ω(K2O)=24%])。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用两因素裂区试验设计，主区为3个基肥处理，副区为6个棉花品种，3次重复，每个小区行长4 m，宽3 m，每个小区面积为12 m2，试验地总面积为810 m2(走道+隔离带)。

播种前对试验地基肥设置3个处理：处理1(N1)施用尿素225 kg/hm2、磷酸二铵225 kg/hm2、富过磷酸钙225 kg/hm2、硫酸钾150 kg/hm2；处理2(N2)基肥用量是处理1的50%，即尿素112.5 kg/hm2、磷酸二铵112.5 kg/hm2、富过磷酸钙112.5 kg/hm2、硫酸钾75 kg/hm2；处理3(N3)设置为对照(CK)，不施用任何基肥。表2

表1 试验地土壤主要养分Table 1 Main soil nutrients in the test site

表2 试验小区基肥设置Table 2 Test unit base fertilizer setting(kg/hm2)

试验小区于2018年4月24日播种，采用一膜双垄4行的种植方式，试验小区采用不同基肥用量，后期采用滴灌方式追肥，追肥总滴肥量为900 kg/hm2，所用滴灌肥为硝基复合肥(N∶P∶K=26∶6∶6)。试验期间同大田管理，试验地于7月15日打顶，全生育期灌水8次，适时人工除草。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 植株养分

于苗期、蕾期、花铃期、吐絮期4个时期分别取样，分叶片、茎、根、花蕾铃4个部分进行全氮、全磷、全钾的测定。植株烘干样品用H2SO4-H2O2消煮后，全钾用FP5410火焰光度计测定，全氮用蒸馏定氮法，全磷用钼锑抗比色法测定。

1.2.2.2 产 量

在收获期时按小区实收计产，各处理分别收取正常开裂的50个棉铃，测定单铃重、籽棉重、皮棉重、衣分等产量性状，单株结铃数由最后一次株式图中计算出30株平均单株结铃数。

养分积累量(kg/hm2)=地上部干重×养分含量；

氮肥利用率(%)=(施氮肥区植株地上部氮素积累量-不施氮肥区植株地上部氮素积累量)/施氮肥量×100；

磷肥利用率(%)=(施磷肥区植株地上部磷素积累量-不施磷肥区植株地上部磷素积累量)/施氮肥量×100；

钾肥利用率(%)=(施钾肥区植株地上部钾素积累量-不施钾肥区植株地上部钾素积累量)/施钾肥量×100；

氮肥农学效率(kg/kg)=(施氮肥区产量-不施氮肥区产量)/施氮肥量；

磷肥农学效率(kg/kg)=(施磷肥区产量-不施磷肥区产量)/施磷肥量；

钾肥农学效率(kg/kg)=(施钾肥区产量-不施钾肥区产量)/施钾肥量。

2 结果与分析

2.1 不同棉花品种氮素积累量

研究表明，基肥全施处理下能提高棉花植株氮积累量，与不施基肥处理相比，基肥全施处理和基肥半施处理下棉花植株氮素积累量分别增加了62 %和28 %，不同棉花品种在不同基肥处理下的氮素积累量不同。品种间相比，不施基肥处理下，A1、A2、A3、A4、A5、A6品种的氮素积累量分别为190.95 、176.03、156.05、165.55、130.09和168.17 kg/hm2，基肥全施处理下6个品种的氮素积累量分别增加了36 %、59 %、59 %、113 %、89 %、29 %，A2、A4、A5品种对氮素的响应较大，A6品种对氮素的响应较小，施用基肥对A4品种的氮素积累量有重要作用，对A1、A3、A6品种的影响较小；与不施基肥处理相比，基肥半施处理下6个品种的氮素积累量分别增加了18 %、56 %、22 %、20 %、31 %、25 %，A2品种对氮素响应较大，基肥半施处理下对A2品种的氮素积累量更为有利。基肥施用量对A1、A3、A6品种的氮素积累量影响较小，没有显著性差异。除A4品种外，基肥半施处理下植株氮素积累量与基肥全施处理没有显著性差异。图1

图1 不同棉花品种植株氮素积累量
Fig.1 Nitrogen accumulation in different cotton plantations

研究表明，单株棉花氮素吸收量中，叶的氮素吸收含量最高，根的氮素吸收量最低。从棉株不同器官氮素吸收分配来看，在基肥全施处理下(N1)，6个品种的蕾铃器官氮素吸收量占总吸收量分别是20%、11%、31%、16%、17%和22%，A3品种蕾铃器官氮素吸收量占比最高；在基肥半施处理下(N2)，6个品种的蕾铃器官氮素吸收量占总吸收量分别是19%、20%、27%、20%、21%和16%，A3品种蕾铃器官氮素吸收量占比最高；在不施基肥处理下，6个品种的蕾铃器官氮素吸收量占总吸收量分别是12%、13%、16%、12%、28%和29%，A5、A6品种蕾铃器官氮素吸收量占比最高。3种基肥处理下蕾铃器官对氮素吸收量占比最大的是基肥半施处理(20%)，其次是基肥全施处理(19%)，最低的是不施基肥处理(18%)，氮素主要由棉花叶、茎吸收，而蕾铃氮素吸收量占到11%～31%。图2

2.2 不同棉花品种磷素积累量

研究表明，施入基肥可以提高棉花植株对磷素的吸收，3种基肥处理下磷素的积累量表现为基肥全施>基肥半施>不施基肥，与不施基肥相比，基肥全施处理和基肥半施处理植株磷素积累量分别增加了61%和19%，磷素的积累量得多少因品种而异。品种间相比，不施基肥处理下A1、A2、A3、A4、A5、A6的磷素积累量分别为56.89、67.10、47.65、62.01、49.75和37.42 kg/hm2，基肥全施处理下，6个品种的磷素积累量分别增加了60%、24%、78%、59%、19%和79%，施入基肥有利于A1、A3、A4、A6品种磷素显著的积累；与不施基肥处理相比，基肥半施处理下6个品种的磷素积累量分别增加了25%、21%、10%、4%、20%和45%，A6品种基肥半施处理下磷素积累量要显著高于不施基肥处理。A2、A5、A6品种在基肥半施处理下与基肥全施处理磷素的积累量没有显著性差异。图3

图2 不同棉花品种各器官氮素吸收量Fig.2 Nitrogen uptake in various organs of different cotton varieties

图3 不同棉花品种植株磷素积累量Fig.3 Phosphorus accumulation in different cotton planting plants

研究表明，棉株不同器官磷素吸收分配来看，在基肥全施处理下(N1)，6个品种的蕾铃器官磷素吸收量占总吸收量分别32%、27%、29%、19%、4%和34%，A6品种蕾铃器官磷素吸收量占比最高；在基肥半施处理下(N2)，6个品种的蕾铃器官磷素吸收量占总吸收量分别是29%、23%、25%、29%、16%和35%，A6品种蕾铃器官磷素吸收量占比最高；在不施基肥处理下，6个品种的蕾铃器官磷素吸收量占总吸收量分别是41%、38%、41%、28%、26%和32%，A1、A3品种蕾铃器官磷素吸收量占比最高。在3种基肥处理下对棉花蕾铃器官磷元素吸收量占比最大的是不施基肥处理(34%)，其次是基肥半施处理(26%)，占比最低的是基肥全施处理(24%)。图4

图4 不同棉花品种植株磷素吸收量Fig.4 Phosphorus absorption of different cotton planting plants

2.3 不同棉花品种钾素积累量

研究表明，施用基肥能提高棉花对钾素的吸收，三种基肥处理下钾素的积累量表现为基肥全施处理>基肥半施处理>不施基肥处理，与不施基肥相比，基肥全施处理和基肥半施处理下植株钾素积累量分别增加了44%和11%，基肥半施处理和不施基肥处理对6个品种钾素的积累量没有显著差异，基肥全施处理下钾素积累量显著的高于不施基肥处理。不施基肥处理下，6个品种钾素积累量分别为251.80、246.31、226.88、227.01、175.83和226.77 kg/hm2，基肥全施处理下6个品种钾素的积累量较不施基肥处理增加了16%、54%、53%、63%、27%和51%，基肥全施处理对A2和A4品种钾素积累量作用较大，其次是A3和A6品种，对A1和A5品种影响较小；与不施基肥相比，基肥半施处理下6个品种的钾素积累量分别增加了2%、13%、28%、4%、9%和10%，基肥半施处理相比于不施基肥处理对钾素的积累影响较小。图5

棉株不同器官钾素吸收分配来看，在基肥全施处理下(N1)，6个品种的蕾铃器官钾素吸收量占总吸收量分别11%、9%、19%、14%、10%和11%，A3品种蕾铃器官钾素吸收量占比最高；在基肥半施处理下(N2)，6个品种的蕾铃器官钾素吸收量占总吸收量分别是12%、11%、18%、7%、11%和10%，A3品种蕾铃器官钾素吸收量占比最高；在不施基肥处理下，6个品种的蕾铃器官钾素吸收量占总吸收量分别是8%、8%、7%、18%、19%和20%，A6品种蕾铃器官钾素吸收量占比最高。在3种基肥处理下对棉花蕾铃器官钾素吸收量占比最大的是不施基肥处理(13%)，其次是基肥全施处理(12%)，占比最低的是基肥半施处理(11%)。图6

2.4 不同棉花品种氮磷钾利用率的差异

研究表明，A2品种的氮肥利用效率为36.11%，显著高于A6品种，而A1、A2、A4品种的氮肥利用率较小，A2品种具有较高的氮素吸收能力；磷肥利用效率表现为A6>A1>A3>A2>A4>A5，其中A6品种与A5品种差异达到了显著水平，A6品种具有较高的磷素吸收能力；钾肥利用效率表现为A2和A3品种较高，A1品种最低，A2和A3品种具有较高的钾素吸收能力。图7

图5 不同棉花品种植株钾素积累量Fig.5 Potassium accumulation in different cotton plantations

图6 不同棉花品种各器官钾素吸收量Fig.6 Potassium uptake in various organs of different cotton varieties

图7 不同棉花品种肥料利用率Fig.7 Fertilizer utilization rate of different cotton varieties

2.5 不同棉花品种氮磷钾农学效率的差异

研究表明，A1和A3 2个品种的氮肥农学效率显著高于其他4个品种，施氮肥能有效增加A1和A3的产量；A1和A3的磷肥农学效率显著高于其他4个品种，施用磷肥对A1和A3品种的产量提高贡献较大；A1和A3品种的钾肥农学效率显著地高于其他4个品种，施用钾肥对于提高A1和A3的产量作用较大。图8

图8 不同棉花品种肥料农学效率Fig.8 Fertilizer agronomic efficiency of different cotton varieties

2.6 不同棉花品种产量构成因素及产量

研究表明，施用基肥处理下与不施基肥处理在籽棉产量上没有显著性差异，在皮棉产量上有显著差异，6个棉花品种之间在产量上存在不同的差异。与不施基肥相比，施用基肥减低了棉花衣分，增加了棉花的单株铃数、单铃重、籽棉产量、皮棉产量，其中基肥全施处理下棉花的单株铃数和皮棉产量显著地高于不施基肥的处理，说明施用基肥能有效增加棉花单株铃数，施入基肥对棉花单铃重，衣分指标影响较小。

不施基肥处理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品种单株铃数分别是4.12、3.98、5.48、6.00、5.88和5.17个，基肥全施处理下单株铃数较不施基肥处理下6个品种增加了78%、73%、42%、39%、36%和84%，A1、A2、A6品种在基肥全施处理下能显著提高棉花单株结铃数；与不施基肥处理相比，基肥半施处理下6个品种单株铃数分别增加了31%、48%、25%、12%、1%和36%，A2品种在基肥半施下也能提高其单株铃数，基肥半施处理对A3、A4、A5品种影响较小。

不施基肥处理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品种单铃重分别是5.63、5.64、4.31、5.26、4.91和4.69g， 基肥全施处理较不施基肥处理下单铃重分别增加8%、3%、4%、9%、0%和3%，A1和A4品种基肥全施处理下单铃重增加较多，A5品种没有增加；与不施基肥处理相比，基肥半施处理6个品种单铃重分别增加了4%、-7%、7%、4%、-1%和-6%， A1、A3、A4单铃重有所提高但不显著，A2、A5、A6品种单铃重出现降低，但降低不明显。基肥全施处理和基肥半施处理对棉花单铃重影响较小，这主要还是由棉花本身遗传特性决定。

不施基肥处理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品种衣分分别是46.9%、46.27%、44.15%、47.6%、46.85%和45.14%，基肥全施处理下较不施基肥处理6个品种衣分分别增加了1%、0%、-2%、-2%、-2%和0%；与基肥不施相比，基肥半施处理下6个品种衣分分别增加了 0%、-2%、1%、-1%、-1%和0%，基肥全施处理和基肥半施处理对棉花品种衣分没有显著影响。

不施基肥处理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品种籽棉产量分别是4 896.60、4 857.69 、4 857.69 、4 924.39、4 140.71和5 394.04 kg/hm2，基肥全施处理下6个品种棉花籽棉产量较不施基肥处理下分别增加了16%、4%、17%、3%、8%和7%，A1和A3品种在基肥全施处理下增产要高于其他品种；与不施基肥相比，基肥半施处理下 6个品种籽棉产量分别增加了11%、5%、2%、-4%、-4%和-9% ，A1品种在基肥半施处理下增产最高，其次是A2品种，A4、A5、A6品种的产量有所降低。较基肥全施处理，在基肥半施处理下A1品种籽棉产量减少5%，A2品种产量增加1%，A3品种产量减少15%，A4品种减少7%，A5品种减少12%，A6品种减少16%，A1品种在基肥减量施用一半的情况下减产最少，且籽棉产量在同处理下最高，为5 441.28 kg/hm2。

不施基肥处理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品种皮棉产量分别是2 299.79、2 245.62、2 143.64、2 337.41、1 942.11 、2 429.67 kg/hm2，基肥全施处理下较不施基肥处理皮棉产量分别增加了17%、4%、15%、2%、6%和7%，A1、A3品种在基肥全施处理下皮棉产量要高于其他4个品种；与不施基肥相比，基肥半施处理下6个品种皮棉产量分别增加了11%、3%、3%、-5%、-5%和-9%，A1品种在基肥半施处理下增加皮棉产量最大。表3

表3 不同棉花品种产量及其产量构成因素Table 3 Effects of yield and yield components of different cotton varieties

3个基肥处理，基肥全施处理下的A6品种的籽棉产量最高，达到了5 777.54 kg/hm2，但其单铃重、衣分都显著低于其他5个品种，其次是A1品种(5 680.28 kg/hm2)，在基肥半施处理下，产量最高的是A1品种(5 441.28 kg/hm2)，其单株铃数、单铃重、衣分等指标均优于其他品种。

3 讨 论

3.1 不同棉花养分积累与分配

养分的吸收和分配直接影响着作物的生长和发育，从而影响作物的产量[9]。养分累积量的高低直接影响肥料利用率，养分在生殖器官中的占比对产量影响较大[10]。减量平衡施肥有利于养分向生殖器官积累[11-15]，研究表明，棉花植株养分吸收量顺序为氮>钾>磷，与不施基肥相比，基肥全施处理和基肥半施处理下棉花植株氮素积累量分别增加了62%和28%，除A4品种外，基肥减施对其他品种氮素的积累量没有影响，植株磷素积累量增加了61%和19%，基肥减施对A2、A5、A6品种磷素积累量没有影响，植株钾素积累量增加了44%和11%，基肥减施对A1、A3、A5、A6品种钾素的积累量没有影响，这是由于不同基因型棉花品种对氮磷钾养分积累量不同，不施基肥处理下氮磷钾积累量最小。基肥减施有利于A5、A6棉花品种养分吸收累积、生殖器官中的分配和提高肥料利用率，并且在棉花花铃期生殖器官中氮磷钾营养元素表现为不施基肥处理>基肥半施>基肥全施，在蕾铃器官磷吸收量为24%～34%，氮吸收量11%～31%，钾吸收量为11%～13%。

3.2 不同棉花品种产量及其产量构成因素

棉花产量性状是由多因素控制的复杂数量性状，不但受品种遗传特性的控制，而且受栽培技术和环境条件等因素的影响。单株铃数、单铃重、衣分等指标决定了棉花产量[16-17]，有研究表明，增施肥料肥有利于单株铃数、单铃重的增加，能显著提高棉花产量[18-20]，还有学者认为在一定范围内减量施肥10%～30%对棉花产量没有显著性影响[21-23]，研究中，基肥减施会对铃数、单铃重不同程度的降低，不施基肥处理单铃重显著地小于常规基肥用量，单铃重虽然降低，但没有达到显著差异。基肥减施处理对产量也没有显著影响，基肥减施处理下棉花籽棉产量降低了9%，但品种不一样，所表现出来的产量性状也不同，基肥半施处理下A1、A2、A3、A4、A5、A6品种籽棉产量分别减少5%、1%、15%、7%、12%、16%，A1、A2品种在基肥减量一半的情况下减产最少，且籽棉产量在同处理下最高，为5 441.28 kg/hm2。

4 结 论

在目前种植条件下，不施基肥处理棉花株养分吸收积累量少、产量偏低。基肥全施处理下产量最高，基肥半施处理下，基肥施用量减少50%，棉花平均产量减少9%，其中新陆中22号品种和新陆中55号品种的减产最少，为5%和1%，但是新陆中55号品种的产量较低。塔里木棉区基肥减施条件下新陆中22号品种能获得最高经济效益。