施磷对棉花磷素积累、分配、利用及产量的影响

张炎， 姚银坤，胡 伟， 高 媛， 汤明尧

(1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091；2. 农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】磷是植物生长发育必需的大量营养元素之一，以多种方式参与植物体内各种生物化学过程，对促进植物的生长发育和新陈代谢起着重要的作用[1]。依据棉花生长发育的需磷规律，合理施用磷肥，在提高棉花的产量和品质同时，提高磷肥利用率，对实现新疆棉花产业的可持续发展具有重要的意义。【前人研究进展】磷肥能够增加棉花产量，有利于提高棉纤维品质[2-9]。磷在土壤中的扩散系数小，移动慢，磷肥的当季利用率一般仅为10%～25%，施入土壤中磷肥大部分以不同形态的磷酸盐形式残留于土壤[10]，导致大量未被作物吸收的磷素被土壤固定而累积于土壤[11]。【本研究切入点】磷是新疆棉田土壤的养分限制因子[12]，为提高棉花产量，大量施用磷肥，未被吸收利用的磷素在土壤内积累，磷肥当季利用率不断下降[13,14]。研究施磷对棉花磷素积累、分配、利用及产量的影响。【拟解决的关键问题】研究不同施磷量对海岛棉和陆地棉2个栽培种各主要生育阶段磷养分吸收、积累和分配规律，分析海岛棉和陆地棉对磷素营养的利用特性和磷肥效应，为棉花生产中磷肥的合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

海岛棉试验安排在新疆阿瓦提县，该县位于天山南麓，塔克拉玛干沙漠北缘，气候干燥，降水量小，蒸发量大，霜期短，日照长，热量丰富，昼夜温差大，夏季炎热，冬季寒冷，属温带大陆性干旱气候。年平均降雨量为61.2 mm，年平均蒸发2 337.4 mm，年均日照时数2 778 h，≥10℃积温4 252℃，无霜期206 d。

陆地棉试验在新疆玛纳斯县，该县地处天山北麓中段、准噶尔盆地南缘，具有冬季严寒，夏季酷热，日照充足，干旱少雨等特点，属温带大陆性干旱、半干旱气候。年平均降水量173.3 mm，年均蒸发量为1 803.5 mm，年均日照时数2 886 h，≥10℃的积温为3 450°C，无霜期172 d。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

供试海岛棉品种为新海20号，覆膜种植，1膜4行，株距11 cm，播幅内宽、窄行距配置为50 cm+30 cm+55 cm+30 cm，理论株数为220 385株/hm2。试验于4月14日播种，灌溉方式为畦灌，小区面积33 m2,设4个施磷处理，重复3次，各处理的氮、钾肥用量和施用方法都相同。4个施磷处理P0、P1、P2、P3的磷肥用量分别为0、70、140、210 kg/hm2，均一次性基施；氮肥总用量225 kg/hm2，其中30%作为基肥，剩余的70%氮肥在棉花蕾期至吐絮期分4次随水施入，分别以6月24日15%、7月5日25%、7月25日20%，8月12日10%的比例追施；钾肥总用量70 kg/hm2作基肥一次性施入。试验前茬为棉花，供试土壤为沙壤质潮土，供试肥料：尿素(46% N)，三料磷肥(46% P2O5)，硫酸钾(33% K2O)。

供试陆地棉品种为297-5，覆膜种植，1膜4行，株距为9 cm，播幅内宽、窄行距配置为32.5 cm+50 cm+32.5 cm+50 cm，理论株数为269 360株/hm2。试验于4月14日播种，灌溉方式为膜下滴灌，小区面积33 m2，设4个施磷处理，重复4次，各处理的氮、钾肥用量和施用方法都相同。4个处理P0、P1、P2、P3的磷肥用量分别为0、52.5、105、157.5 kg/hm2，均一次性基施；氮肥总用量180 kg/hm2，在棉花蕾期至吐絮期分5次随水施入，分别于6月20日15%、7月18日35%、8月5日25%、8月22日20%，9月2日5%的比例随水滴灌追施；钾肥总用量60 kg/hm2作基肥一次性施入。试验前茬为小麦，供试土壤为灌耕灰漠土，供试肥料：尿素(46% N)，三料磷肥(46% P2O5)，氯化钾(60% K2O)。表1

表1 供试土壤基本农化性状Table 1 The basic nutrient condition of experimental soil

1.2.2 样品采集与测定

1.2.2.1 土壤样品

在2种棉花施肥播种前，多点采集试验地0～20 cm耕层土壤，测定土壤基本农化性状。有机质用重铬酸钾法，全氮用扩散吸收法，速效氮碱解扩散法，速效磷用钼锑抗比色法，速效钾用醋酸铵-火焰光度法。

1.2.2.2 棉株生物量

在海岛棉、陆地棉的主要生育期苗期、蕾期、花期、盛铃期、吐絮期，每小区随机选取有充分代表性的棉株3株(苗期5株)样品，在烘箱中以105℃杀青，在80℃下烘干，测定生物量。

1.2.2.3 植株养分

将采集的各生育期棉株样品按茎、叶、蕾(花、壳)、棉子、纤维等器官分别烘干、称重、粉碎制样，测定植株全磷含量，采用钼锑抗比色法测定。

1.2.2.4 棉花产量

棉花产量以测产方式获得。测产方法为试验小区内每隔2株测1株,调查结铃数，计算全区株数、铃数及单株结铃数。在棉花吐絮后每小区分3次采收下、中、上部30、50、20朵完全吐絮棉桃,测定平均单铃重和衣分,计算棉花产量。

1.2.2.5 磷素利用效率[15]

(1)磷素农学利用率(kg/kg)=(施磷区皮棉产量-不施磷区皮棉产量)/施磷区磷肥用量；

(2)磷肥表观利用率(%)=(施磷区作物吸磷量-不施磷区作物吸磷量)×100/施磷量；

(3)磷素偏生产力(kg/kg)=施磷区皮棉产量/施磷区磷肥用量。

1.3 数据处理

数据使用Excel和DPS统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 施磷对棉花各生育期地上部器官磷素的积累与分配的影响

研究表明，海岛棉从播种到播种后37 d处于苗期，磷积累量很少；播种后38～67 d的蕾期，营养生长加快，地上部磷积累量比苗期增多5.28～6.22 kg/hm2，且主要集中在叶片,此时叶片中积累的磷量为 3.47～4.28 kg/hm2占地上部磷素总积累量的56.15%～58.48%；播种后68～84 d是营养生长与生殖生长并进的花期，地上部磷积累量比蕾期增10.74～13.37 kg/hm2，尤其是花蕾的磷积累量比蕾期高3.85～5.27 kg/hm2，花蕾中积累的磷占到蕾期地上部磷素总积累量的25.95%～30.93%；播种后85～121 d棉花处于以生殖生长为中心的盛铃期，棉铃中的磷素占地上部磷素总积累量的68.51%～71.30%，特别是棉铃壳内磷素积累量为13.80～20.76 kg/hm2，占地上部磷素总积累量的42.64%～47.15%；播种后122～157 d吐絮成熟期，其生殖器官的磷积累量远大于营养器官，特别是棉籽内的磷积累量为25.52～33.91 kg/hm2，平均占地上部器官磷的总积累量56.37%。表2

表2 棉株各生育期地上部器官磷素积累量Table 2 The accumulation of phosphorus (P2O5) at different growth stages of cotton(kg/hm2)

研究表明，陆地棉从播种到播种后45 d的苗期，因棉株幼小对磷的积累量也很少；播种后45～75 d的蕾期，因生长发育所需其营养生长加快，此时磷的积累量比苗期迅速增加12.75～14.84 kg/hm2，且叶片积累了大部分磷，叶片中的磷量为7.24～8.62 kg/hm2占地上部磷素总积累量的52.90%～57.15%；播种后76～103 d是营养生长与生殖生长并进的花期，增施磷肥处理的棉花积累磷量持续增加，比蕾期增加3.98～15.37 kg/hm2，尤其是花蕾的磷积累量比蕾期高8.38～12.40 kg/hm2,花蕾的磷积累量占地上部磷素总积累量的48.86%～59.90%；播种后104～139 d棉花处于以生殖生长为中心的盛铃期，生殖器官中的磷占地上部磷素总积累量的78.82%～81.83%，特别是棉籽内的磷积累量为29.16～35.35 kg/hm2，占地上部磷素总积累量的48.84 %～54.24%；播种后139～150 d吐絮成熟期，其生殖器官的磷积累量远大于营养器官，特别是棉籽的磷积累量为40.76～63.24 kg/hm2，平均占地上部器官磷素总积累量的73.41%。

海岛棉和陆地棉在生长发育全过程对磷素的积累趋势相似，磷积累量随增施磷肥用量而增加，吐絮期处理间的磷积累量为P2>P3>P1>P0处理。从各生育期磷的积累量看，陆地棉对磷的吸收量要明显大于海岛棉，这与2个栽培种之间植株个体差异大有关。表2

2.2 不同施磷量对棉花产量构成的影响

研究表明，海岛棉不同施磷处理间，棉花单铃重、衣分差异不显著，而单株铃数和皮棉的产量差异显著。P2处理的单株铃数比其他处理约多0.5个/株，施磷的P1、P2和P3处理的皮棉产量分别比P0处理增加3.50%、11.16%和4.19%。

陆地棉不同施磷处理间，棉花单铃重差异不显著、而其单株铃数、衣分和皮棉产量差异显著。P2处理的单株铃数比其他处理约多0.6个/株，而且P2处理的衣分也比其他处理增加显著。增施磷肥的处理P1、P2和P3处理的皮棉产量分别比P0处理增加5.76%、16.00%和2.15%。

海岛棉的结铃性要强于陆地棉，平均海岛棉比陆地棉单株结铃数多3.62个，但海岛棉的单铃重要平均小于陆地棉2.17 g，衣分小于陆地棉5.57个百分点，海岛棉的产量水平整体低于陆地棉。表3

表3 不同施磷量下棉花产量构成变化Table 3 Effects of yield components on different phosphorus rate in cotton

2.3 2种棉花的磷肥效应

不同施磷量和对应皮棉产量用一元二次方程拟合出磷肥的效应方程：

海岛棉y=-0.007 2x2+1.900 1x+1 335.5 (r=0.855*, n=12，式中y表示皮棉产量，x表示P2O5施用量)。最高产量施磷量为132 kg/hm2，最高产量为1 461 kg/hm2。根据棉花和磷肥价格，得出经济施P2O5量为118.6 kg/hm2，经济产量为1 460 kg/hm2。

陆地棉y=-0.025 9x2+4.534 2x+1 433.3 (r=0.729 5**，n=16，式中y表示皮棉产量，x表示P2O5施用量)。由磷肥的效应方程求得最高产量施P2O5量为88 kg/hm2，经济施P2O5量为80 kg/hm2，其相对应的最高产量为1 632 kg/hm2和经济产量为1 630 kg/hm2。

2.4 施磷对棉花磷肥利用效率的影响

研究表明，随着施磷量增加，棉花对磷的吸收增加，其中P2处理增加显著。海岛棉P2处理较P0处理磷吸收增加33.49%，P2处理的农学效率和表观利用率也高于其他施磷处理，分别为1.07 kg/kg和10.78%，偏生产力则随着施磷量增加而减少，P2处理10.7 kg/kg。陆地棉P2处理较P0处理磷吸收增加53.59%，P2处理的农学效率和表观利用率分别为2.21 kg/kg和28.43%， P2处理偏生产力16.06 kg/kg。陆地棉磷的农学利用率、表观利用率和偏生产力都高于海岛棉，这与2种棉花对磷的生理需求差异有关。

由海岛棉各试验处理的皮棉产量和磷吸收量，获得100 kg皮棉，海岛棉需要吸收P2O5约3.25～4.26 kg，平均为3.7 kg。由陆地棉各试验处理的皮棉产量和磷吸收量，获得100 kg皮棉需要吸收P2O5约3.44～5.83 kg，平均为4.21 kg。陆地棉较海岛棉对磷肥的吸收能力更强。表4

表4 不同施磷处理间的海岛棉和陆地棉磷肥利用效率Table 4 The phosphorus utilization efficiency of different phosphorus treatments between Gossypium barbadense L. and Gossypium hirsutum L.

3 讨 论

随棉花的生长发育，所需养分积累量逐渐增加，且呈现出前期少，中期增多，后期又开始减少的趋势[16,17]。前期棉株个体小，以营养生长为主，养分积累也较少；中期棉花营养生长与生殖生长并进，养分积累迅速增加；而后期因棉花营养器官的功能逐渐衰弱，导致对养分的吸收量减少，养分累积量也少于生长旺盛时期。这与伍维模等对南疆棉花养分积累的研究结果相一致[18，19]。

施磷引起处理间棉花单株铃数差异是导致产量差异的主要原因[4,6]。胡竞良等[20]应用放射性磷的示踪技术，研究得出棉花脱落蕾铃比不脱落蕾铃含32P低得多，说明磷素营养不足时，棉花蕾铃正常代谢受阻，运往蕾铃的磷素减少，这是也导致棉花蕾铃脱落的原因之一。通过增施磷肥，增加了棉花单株铃数，也验证了这一研究结果。

肥料的表观利用率、偏生产力都是直接反映施肥与棉花产量关系的重要参数，但是它们受土壤条件、肥料用量、施肥方法和水肥运筹等诸多因素影响，尤其是肥料的表观利用率还受营养元素间的交互作用的干扰，而肥料的农学利用效率相对来说减少了土壤条件的影响，考虑到作物对养分吸收的生理特性。运用肥料的农学利用效率能更准确的推荐施肥与评价肥料效率。2个棉花栽培品种对磷肥利用效率存在显著差异，由于陆地棉比海岛棉对磷肥的吸收特性强，导致比海岛棉磷肥农学利用率高。

结合不同棉花栽培种的磷吸收特性、各生育时期对磷积累量的变化规律，合理调控水肥方式及用量[21]，以达到即能满足高产条件下棉花正常生长发育，又能起到提高磷肥利用效率的效果。

4 结 论

4.1 海岛棉和陆地棉在全生育期的磷积累趋势相似，呈现出前期积累少且慢，中期快速增加，后期又减少且变缓的“S”型趋势，磷的积累量随增施磷肥用量而增加，从各生育期磷的积累量看，陆地棉对磷的吸收量要明显大于海岛棉。吐絮成熟期，生殖器官的磷积累量远大于营养器官，尤其是棉籽，海岛棉平均棉籽内的磷积累量占地上部器官磷的总积累量56.37%，陆地棉平均棉籽的磷积累量占地上部器官磷素总积累量的73.41%。

4.2 施磷对棉花增产，主要是由于增加了棉花单株铃数。海岛棉施磷的P1、P2和P3处理的皮棉产量分别比不施磷的P0处理增加3.50%、11.16%和4.19%；陆地棉增施磷肥的处理P1、P2和P3处理的皮棉产量分别比不施磷的P0处理增加5.76%、16.00%和2.15%。

4.3 海岛棉的结铃性要强于陆地棉，平均海岛棉比陆地棉单株结铃数多3.62个，但海岛棉的单铃重要平均小于陆地棉2.17 g，衣分小于陆地棉5.57个百分点，因此，海岛棉的产量水平整体低于陆地棉。

4.4 由一元二次磷肥效应方程：海岛棉最高产量施磷量为132 kg/hm2，最高产量为1 461 kg/hm2，经济施P2O5量为118.6 kg/hm2，经济产量为1 460 kg/hm2；陆地棉最高产量施P2O5量为88 kg/hm2，经济施P2O5量为80 kg/hm2，其相对应的最高产量为1 632 kg/hm2，经济产量为1 630 kg/hm2。

4.5 陆地棉磷的农学利用率、表观利用率和偏生产力都高于海岛棉。海岛棉100 kg皮棉需要吸收P2O5平均为3.7 kg，陆地棉100 kg皮棉需要吸收P2O5平均为4.21 kg，陆地棉较海岛棉对磷肥的吸收能力更强。