炭基肥配施化肥与化学调控对棉花生长、干物质积累和产量的影响

程凯乐，王悦，高山，王有武，罗新宁，苏青华，徐项宇

(塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300)

棉花是世界上主要农作物之一。我国作为发展中的农业大国，是世界上最大的棉花生产和加工国。新疆地处中国西北，土地贫瘠且土壤盐渍化严重[1]。干旱缺水致使产量降低，而农民为了增产普遍会盲目增施肥料，造成土地肥力不均、成本提高等一系列问题，严重阻碍棉花经济的发展。氟节胺作为生长调节剂，在协调棉花生长发育、养分运输及改善株型等方面具有显著作用[2]。肥料是棉花生长的主要养分来源之一，氟节胺是棉花生产的重要化学调控剂，两者配合对棉花生长起着重要作用[3]。

Rodgers[4]研究表明，肥料与化学调控配合能使棉铃发育诱导信号增强，促进棉花干物质积累。张特等[5]研究发现在一定化学调控基础上，肥效的提升可以显著增加棉花产量。

刘生荣等[6]认为肥料与化学调控技术存在一定的互增性促控关系，即肥料增加，化学调控愈显重要。目前有关炭基肥配施化肥并与氟节胺组合处理对棉花生长影响的研究报道较少。单一和过量施用无机速效肥会导致土壤板结以及肥料利用率低等问题[7]。常规施用无机肥的情况较为广泛，有机肥的投入普遍较低。化肥的不科学施用不仅使土壤容重增加、土壤板结酸化、土壤微生物多样性及生物活性降低，还会造成土壤肥力下降[8]。与长期生产中形成的农艺措施相比，化学调控技术出现的较晚，其特点是速度快，效果好，节省人力[9]。但使用不当后果严重，易造成脱花落果，降低产量[10]。为此，本试验以塔河2 号棉花品种为材料，研究3 个氟节胺调控浓度下不同比例炭基肥配施化肥对棉花生长、干物质积累和产量形成的影响，以确立合适的化学调控浓度和肥料配比，为南疆棉花合理高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况及试验材料

试验于2021年4—10月在新疆阿克苏地区第一师三团九连示范地中进行。该点位于塔里木盆地西北边缘(40°36′N，80°04′E)，海拔1 003.06 m，年均降水量57.7 mm，年均蒸发量2 088.4 mm，年均气温13.2℃，无霜期220 天，年日照时数2 900 h，4—10月平均日照9.5 h。地表蒸发强烈，空气极端干燥。试验地为沙壤土，耕层土壤基本理化性质为有机质含量8.07 g/kg、碱解氮29.17 mg/kg、速效磷34. 35 mg/kg、 速效钾151. 45 mg/kg，pH 值8.08。

供试棉花品种:中熟陆地棉塔河2 号。供试化肥:尿素(N 46%)、重过磷酸钙(P2O546%)、硫酸钾(K2O 50%)；供试炭基肥:有机质含量46.58%，总养分(N＋P2O5＋K2O)含量≥5%。

1.2 试验设计及方法

采用两因素裂区试验设计，主区为化学调控，副区为炭基肥配施化肥处理。化学调控设3 个氟节胺浓度，即750 mL/hm2(F1)、1 050 mL/hm2(F2)、1 350 mL/hm2(F3)；炭基肥配施化肥处理设6 个，具体见表1。随机区组排列，重复3 次。小区面积33.4 m2。株行距47.5 cm×10.5 cm，每穴下籽2～3 粒，播深3.5 cm，设2 条地膜覆盖保护行。炭基肥随基肥撒施，其他田间管理措施均按大田管理操作进行。

表1 炭基肥配施化肥处理

1.3 测定项目及方法

1.3.1 农艺性状 在棉花各生育期各小区连续选代表性植株5 株，定点定株标记，测定株高、茎粗、果枝长度。

1.3.2 干物质积累量 于棉花苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期各小区选取5 株具有代表性棉株，按茎、叶和生殖器官分开，然后105℃杀青30 min、85℃烘至恒重，冷却后测定其干物质重。

1.3.3 棉花产量 棉花收获时，每小区逐行逐株调查单株铃数、单铃重、收获株数，计算籽棉产量和衣分。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 对试验数据进行整理，采用Origin 2020 制图，采用DPS 9.5 对数据进行显著性分析及相关分析。

2 结果与分析

2.1 炭基肥配施化肥与化学调控对棉花株高的影响

由图1 可以看出，棉花株高随生育期的推进呈上升趋势，出苗41～90 天增长迅速，出苗90～118 天增长趋于平缓。在同一化学调控条件下，株高随炭基肥配施量增加先升高后不断下降，表现为T3>T2>T1>T4>T5>T6。T3 处理下F1、F2 和F3 化学调控的最终株高分别为100.68、79.68、85.30 cm，比T2 高1.9%～10.6%，比T1 高7.3%～16.7%，比T4 高10.2%～18.0%，比T5 高11.7%～24.0%，比T6 高15.5%～25.3%。由此可以说明炭基肥配施化肥与化学调控能显著影响棉花株高。

图1 炭基肥配施化肥与化学调控下棉花株高动态变化

2.2 炭基肥配施化肥与化学调控对棉花农艺性状的影响

由表2 可以看出，棉花农艺性状受化学调控影响较大，随着氟节胺浓度的增加，株高逐渐降低，F3、F2 比F1 分别显著降低18.28%、15.83%；茎粗逐渐增大，F3、F2 较F1 分别显著增加26.06%、16.46%。F3、F2 处理下倒一果枝长度较F1 分别显著减少29.02%和18.15%；倒二果枝长度较F1 分别减少35.33%和13.47%；倒三果枝长度分别减少32.34%和10.27%；倒四果枝长度分别减少35.05%和11.47%。F3 处理的倒二、倒三、倒四果枝长度均显著高于F1，说明化学调控能显著影响棉花的生长发育。

由表2 看出，炭基肥配施化肥对棉花株型的影响较为显著，株高、茎粗、倒一果枝长度均随炭基肥配施量增加呈先升后降的趋势。当炭基肥配施量从零增加到2.7 t/hm2时，棉花株高最高，增幅达21.78%，差异达显著水平；茎粗增加1.71 mm，增幅达18.10%，差异达到显著水平。倒一果枝长度以T3 处理最大，显著高于T4、T5，而与其他处理无显著差异；倒二果枝长度以T6 最大；倒三、倒四果枝长度各处理间无显著差异。

表2 炭基肥配施化肥与化学调控下棉花农艺性状变化

化学调控对棉花农艺性状的影响效应(F 值)均达到极显著水平，肥料处理对株高、茎粗的影响效应达极显著水平，对倒一、倒二果枝长度影响达显著水平，肥料与化学调控互作效应对农艺性状的影响达到显著或极显著水平。

2.3 炭基肥配施化肥与化学调控对棉花干物质积累的影响

由表3 可知，随着生育期的推进，棉花干物质积累量逐渐增加。相同化学调控不同肥料处理条件下，各时期单株干物质积累量均随着炭基肥配施比例的升高而出现先上升后下降的趋势。整体干物质积累以F3 处理较高，在各化学调控条件下，炭基肥配施化肥处理单株干物质积累量均高于传统施肥处理(T6)，其中各时期均以F1T3、F2T3 和F3T3 处理单株干物质积累量最多，并与传统施肥处理间差异显著。

表3 炭基肥配施化肥与化学调控处理对棉花单株干物质积累的影响

2.4 炭基肥配施化肥与化学调控对棉花干物质积累分配的影响

由图2 看出，随生育期推进，棉花营养器官干物质分配率呈逐渐下降趋势，生殖器官干物质分配率均表现为单峰上升趋势。相同化学调控处理下，各肥料处理的营养器官干物质分配率均从花期到铃期迅速下降，说明该时期干物质积累正是从营养器官向生殖器官转变最快的时期，当生育期从铃期向絮期递进时，干物质积累逐渐平缓。

图2 炭基肥配施化肥与化学调控对棉花干物质积累分配的影响

2.5 炭基肥配施化肥与化学调控下棉花干物质积累方程模型及其特征分析

进一步利用Logistic 方程对不同处理组合进行干物质拟合后发现，方程的R2均大于0.94(P<0.01)，说明方程成立且拟合程度高，该方程可以很好解释作物的生长状况。从表4 中可以看出，3个化学调控处理下最大干物质积累量均出现在T3 处理，F1T3 单株干物质积累量为78.35 g，较F1T6 处理高27.43 g；F2T3 单株干物质积累量为53.12 g，较F2T6 高17.18 g；F3T3 单株干物质积累量为92.75 g，较F3T6 高39.56 g，F3 处理干物质积累的变化幅度较大。3 个化学调控处理下单株干物质积累量整体表现为随着炭基肥配施量的升高呈现先升高后下降趋势，与实际结果相同。3个化学调控处理下干物质最大增长速率随炭基肥配施量的升高呈现先升高后下降趋势，最大值为2.09 g/(株·d)。F3 处理下干物质快速积累的起始时间较常规施肥处理有所延后。F1 处理的干物质快速积累时间持续32.97～60.69 天，F2 处理持续34.84～46.62 天，F3 处理持续52.16～60.97 天。

表4 炭基肥配施化肥与化学调控下棉花干物质积累方程模拟及其特征

2.6 炭基肥配施化肥与化学调控对棉花产量构成的影响

由表5 可以看出，炭基肥配施化肥与化学调控可以显著增加籽棉产量。随着炭基肥配施量的增加，棉花单铃重、单株铃数、籽棉产量和衣分均呈现先升后降的趋势，单铃重、单株铃数、籽棉产量和衣分的均值都高于传统施肥处理T6，整体最高值出现在3 个氟节胺浓度处理下的T3 处理。根据差异显著性检测(F 值)可知，籽棉产量和衣分是差异的主要因素。籽棉产量受氟节胺处理和炭基肥配施处理的影响极显著(P<0.01)，但不受二者交互作用的影响。衣分受炭基肥配施量的影响极显著(P<0.01)。各氟节胺浓度处理下衣分最大值较T6 提高5.61%～6.82%，氟节胺处理对衣分无显著影响。

表5 炭基肥配施化肥与化学调控对棉花产量构成的影响

3 讨论与结论

农艺性状可以在一定程度上反映作物的生长状况是否良好[11]。施用氟节胺和炭基肥可以显著改善作物生长，并在农艺性状和产量方面显著优于传统施肥处理，这与王智慧等[12]的研究结果一致。作物生长过程中炭基肥能持续释放养分，保证整个生育期所需[13]。而化学调控处理能有效控制棉花株高，同时使株型更为紧凑[14]。在1 050 mL/hm2和1 350 mL/hm2氟节胺处理下棉花顶端果枝长度明显低于750 mL/hm2处理。

干物质积累能直接影响作物成熟期的产量占比，干物质积累量大是产量提升的关键[15]。王淑君等[16]发现施用炭基肥可以提高作物地上部干物质积累。吴玥等[17]也同样发现化学调控在促进作物从生殖生长向营养生长转变中有着重要作用。本研究发现，炭基肥配施化肥与化学调控组合处理能够促进棉花干物质积累，干物质积累量以及最大积累速率均出现在F3T3 处理。喷施氟节胺后，作物由营养生长向生殖生长转变迅速，F3 处理下的干物质快速积累持续时间较F1、F2处理平均提高8.91 天和15.26 天。在同一化学调控处理下，炭基肥配施化肥处理干物质快速积累持续时间均以T3 处理最长，并且全生育期的单株干物质积累均以T3 处理最优，显著高于常规施肥处理。

炭基肥配施化肥可以明显提高作物产量[18]。但关于炭基肥配施化肥与化学调控结合对棉花产量的影响研究较少。棉花产量直接影响其本身的经济价值[19]。化学调控和适量施肥可以促进产量提高，为作物生长发育提供原料[20]。本试验结果为:F1T3、F2T3、F3T3 处理下棉花产量最高，分别为6 250.03、6 446.54、6 845.44 kg/hm2，一定范围内棉花产量随氟节胺浓度的增加而提升。这与王玉娇等[21]的结果一致。本研究表明，炭基肥配施化肥与化学调控对棉花生长指标、干物质积累和产量有显著影响，F3T3 处理增产达到最优。主要是由于该组合(F3T3)条件能够限制棉花顶端优势，同时也为植株生长提供充足养分，增加了物质积累，为棉花的生长和产量形成奠定充足基础。