不同種植密度下棉花對鉀素吸收、分配和利用研究

(1.國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊 830091；2.精河縣農業技術推廣中心，新疆精河 833300)

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2017.11.006

不同種植密度下棉花對鉀素吸收、分配和利用研究

婁善偉1，王大光2，馬騰飛1，托合提·艾買提1，邊 洋1，張鵬忠1

(1.國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊 830091；2.精河縣農業技術推廣中心，新疆精河 833300)

目的研究不同種植密度下棉株對鉀素吸收、分配和利用的差異，明確鉀素與棉花產量的關系。方法設置5(A1-A5)種不同種植密度，研究植株鉀素含量及器官中鉀素的分配和變化規律。結果鉀素的吸收、利用受密度影響較大，隨著密度增加，單株鉀素含量逐漸減少，但在群體積累上，吐絮前A3處理含量變為最高，達到483 kg/hm2。不同器官鉀素分配比例中，初花期莖葉器官鉀素比占70%以上，且以莖比例最高，蕾比例最低；到吐絮時，葉片鉀素比例變為最高且有隨密度增加而降低的趨勢，而鈴的鉀素含量比例中A3處理比例最高，為29.36。密度是影響產量的主要因素，隨著密度增加，產量呈先增后減趨勢，A3處理皮棉產量最高，為3 112.11 kg/ hm2，二者相關系數為0.979 2，但這也與吐絮時群體的鉀素積累量和快速積累期A3處理值較高的趨勢相一致。結論密度與產量二次相關，并能影響棉花對鉀素的吸收、利用，但鉀素也與棉花產量有關，鉀素積累速率、群體鉀素含量、生殖器官鉀素占比等與產量相一致。

棉花；密度；養分分配；鉀素

0 引 言

【研究意義】作為重要的經濟作物，棉花在國民經濟中一直占有重要的地位，從生活中的衣食住行，到軍事、醫藥等行業均與棉花相關[1]。2016年全國棉花總產達到534×104t，而高產的形成離不開化學肥料的施用，尤其是鉀素的施用，對于提高品質、增加產量發揮了重要作用。新疆棉花生產中一直忽視鉀素的施用，對于不同密度下鉀肥的吸收、利用的研究更是很少。研究不同密度下鉀素的吸收變化規律以及不同器官鉀素分配情況，為鉀肥的合理使用提供參考。【前人研究進展】鉀素作為棉花生長發育所需要的大量元素之一，是生產中必不可少的營養元素，它在維持細胞內物質正常代謝、增加酶活性、促進光合作用，并在光合產物的運輸及蛋白質合成等生理生化功能方面發揮著重要作用。生產中，鉀素可以防止棉花早衰，增加鈴重，提高產量，改善棉纖維品質[2-3]。關于鉀素的研究，多數與氮、磷元素一起，并且主要關注在對產量的影響上，劉冬梅等[4]研究了北疆灌耕灰漠土施鉀對棉花鉀素營養生理和產量的影響，發現施鉀顯著提高了棉花的含鉀量，葉和鈴殼中鉀含量明顯增加，皮棉產量提高。徐嬌等[5]針對雜交棉做了不同密度下的氮磷鉀吸收及對產量品質的影響研究，發現種植密度對開花至盛花階段棉株養分吸收比率的影響大于其他階段。【本研究切入點】棉花需鉀量較大，與氮素基本相當，所以鉀素對棉花十分重要。目前，關于陸地棉在不同密度下鉀素的吸收利用研究很少，新疆地區因為土壤中鉀含量較高，一直忽視了施鉀的作用。研究不同密度下各時期的鉀素吸收分配規律。【擬解決的關鍵問題】在新疆棉區高密度種植模式下，通過對不同密度棉花鉀素的吸收、利用研究，明確鉀素的吸收、利用規律，可為鉀素的合理施用以及促進棉花產量的增加提供依據和參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗位于新疆阿克蘇地區，該區屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫9.9～11.5℃，年無霜期183～228 d。試驗于2011年進行，試驗地土壤為壤土，耕層土壤有機質含量為14.2 g/kg,堿解氮27.5 mg/kg,速效磷25.2 mg/kg ,速效鉀192 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

供試棉花品種為中棉所49號，試驗設5個密度處理，分別為：9.0(A1)、13.5(A2)、18.0(A3)、22.5(A4)、27.0(A5)×104株/hm2，采用單因子隨機區組設計，重復3次。4月11日人工點播，其他處理與常規種植管理相同，基肥為尿素270 kg/hm2，磷酸二銨225 kg/hm2，硫酸鉀75 kg/hm2，追施尿素330 kg/hm2，采用寬膜覆蓋，一膜四行，小區面積8×5=40 m2，20個小區，試驗地總長度為35 m，總寬度為25 m，其他管理不變。

1.2.2 測定項目

1.2.2.1 生育進程與農藝性狀

調查各處理的生育期，自3葉期開始調查測定各處理在不同生育時期的株高、主莖葉片數、果枝數、葉枝數、現蕾數、成鈴數。

1.2.2.2 干物質積累

從3葉期開始，選6株棉花分根、莖、葉、蕾、花鈴等器官放入烘箱內于105℃下殺青0.5 h后調溫至75～80℃下烘干48 h，待冷卻稱重。

1.2.2.3 植株養分吸收

結合干物質的測定，將棉株各器官分根、莖、葉、蕾、鈴等分開，樣品進行室內鉀測定。植株全鉀的測定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計法[8]。

1.2.2.4 經濟產量

吐絮后實收小區產量，選取代表性20株調查單株果枝數和吐絮鈴的空間分布(1～3果枝、4～6果枝、7以上果枝)，并選取50吐絮鈴(分上、中、下果枝部位)測其鈴重和衣分。

1.3 數據處理

采用Excel與DPS軟件進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同生育時期各處理棉花單株鉀素積累變化

研究表明，整個生育過程中棉花單株的鉀素含量隨密度的增大而減小，現蕾前(5月30日)各處理的鉀濃度較低，小于0.20 g/株，處理間差距很小且無差異。但6月后，各處理的差距逐漸增大且差異增強，到見絮(8月20日)前，各處理鉀含量差距最大達到0.63 g/株，比現蕾前平均高出1.40 g/株。期間，盛鈴(7月28日)至見絮階段單株鉀素積累量增加最快， A1處理值最高，為2.12 g/株， A5處理最低，僅為1.27 g/株。現蕾至初花(6月23日)階段，單株鉀素積累量的增長相對穩定，是鉀素穩定增加時期。圖1

圖1 不同密度處理單株鉀素積累量(g/plant)
Fig.1 The K accumulation per plant under different density

2.2 不同生育時期各處理群體的鉀素含量變化

研究表明，隨著生育進程各處理棉花群體的鉀素含量呈不斷增加趨勢，但在見絮左右開始轉為下降。現蕾前群體鉀素含量隨密度的增大而增大，現蕾后，鉀素含量增長速度加快，但程度不大，到盛鈴期階段仍然是按密度的增大而增大。盛鈴期過后各處理群體鉀素含量迅速增加且大小發生變化，在見絮前(8月15)達到最大值，A3處理變為最高，為483 kg/hm2，比最低的A2處理高186 kg/hm2，此階段是鉀素快速積累的重要時期。見絮后各處理的鉀含量開始降低，A3處理總量仍然很高，為后期棉鈴生長提供了充足的鉀。圖2

圖2 不同密度處理棉花群體鉀素含量變化
Fig.2 K content change of the cotton planting group at different density

2.3 不同生育時期各處理的不同器官鉀素分配比例

研究表明，在不同生育階段，鉀素在各器官中的分配比例也發生變化。初花期莖中的鉀素比例最高，各處理均在40%以上，但處理間規律不明顯，其次為葉，處理間鉀素比例有隨著密度增加而增加趨勢，蕾的鉀素占比最低。到了盛鈴期，生殖器官鉀素占比明顯增加，但單個器官中仍以莖的鉀素比例最高，處理間規律不明顯。吐絮期，葉片的鉀素占比變為最高，所占比例在35%～45%，且有隨著密度增加比例減小的趨勢，莖和鈴中鉀素所占比例變化不大，分別在30%～40%和20%～30%。整個生育進程中，盛鈴期植株鉀素濃度最高，利用成鈴，而吐絮期葉片鉀素比例提高，能夠預防早衰。表1

表1 地上部不同器官氮鉀分配比例
Table 1 Distribution proportion of K assimilates in different organs of overground part

處理Treatment營養器官 Vegetativeorgan生殖器官 Reproductiveorgan莖Stem(%)葉Leaf(%)蕾Bud(%)鈴Boll(%)植株鉀濃度(%)Kconcentration初花期FloweringperiodA143.1836.7320.09-6.99A243.1637.9818.86-6.65A343.6640.7515.59-6.77A443.0740.0216.91-6.19A540.3941.0218.59-6.05盛鈴期PeakbollingstageA129.2527.3520.4822.928.23A231.3623.8120.2424.597.28A334.7223.1119.4422.737.36A434.4423.1219.2323.207.39A536.9423.5018.2221.347.59吐絮期BollopeningstageA132.3644.74-22.905.14A237.6440.51-21.864.48A330.9939.65-29.365.29A434.5838.38-27.034.96A539.8235.30-24.884.66

2.4 各處理群體鉀素積累速率變化

在不同處理群體鉀素的積累過程中，各處理在現蕾15 d后積累速率快速增加，但基本在現蕾后60～75 d達到單日積累最高值，此時段鉀素積累量最大，但不同處理又略有不同，A5處理最高值有所提前，在現蕾后45～60 d左右達到最大值，A1、A2處理前期積累較快，在現蕾30 d后速率有所下降，但現蕾后60 d左右又迅速升高，A3、A4處理相對穩定，積累速率變化不大，但值相對較高，現蕾后60～75 d達到最高值，為89.7和82.89 g/(hm2·d)。現蕾75 d后各處理K素積累速率變為負值，說明K素積累減少，逐漸開始消耗。表2

表2 現蕾后不同時間內鉀的積累速率
Table 2 K accumulation rate at different period after squaring

處理Treatment現蕾后天數(d) Thedayaftersquaring0～1515～3030～4545～6060～7575～90K積累速率(g/hm2·d)AccumulationrateofKA14.2538.6127.9428.8170.58-20.10A28.2134.7029.0231.4544.52-18.67A36.8238.6842.9765.0189.70-20.83A49.6640.7731.8242.7582.89-25.04A57.8829.3041.2469.4942.67-29.46

2.5 棉花產量與密度處理和鉀素積累變化關系

通過對各處理的棉花產量構成因素分析知，隨著密度增加，產量呈現先增后減的趨勢，A3處理產量最高，為3 112.11 kg/hm2，說明密度能夠影響產量，且二者相關系數R2=0.979 2，相關性很好，二者相關方程為Y= -6.624 5X2+ 234.79X+ 989.49。另外，這一趨勢也與棉花吐絮時群體的鉀素積累量和快速積累期A3處理值較高相一致，說明鉀素含量高低與棉花產量有一定的關系，但并不顯著。表3

表3 不同密度處理的棉花產量和產量構成因素
Table 3 Lint yield and yield component Under different planting densities

處理Treatment實際株數TheNOofplant(104株/hm2)單株鈴數ThebollNOofplant(個)單鈴重Bollweight(g)衣分LintPercentage(%)皮棉產量Yield(kg/hm2)A18.7211.92a6.00a40.70ab2538.27dA212.989.11b5.98ab41.01a2899.91cA318.207.10c5.90b40.82ab3112.11aA422.105.65d5.74c40.49ab2902.02bA525.704.58e5.62c40.23b2661.25d

3 討 論

鉀能夠活化植物內控制生理生化反應的酶類，增強光合作用，調節植物水分平衡，促進蛋白代謝，是植物不可缺少的三大元素之一[6]。鉀在作物體內以離子態、水溶性鹽等方式存在，具有較大的流動性，可隨作物生長不斷由老組織向新生部位轉移，再次利用率較高[7-8]，但作物從土壤吸收的鉀，主要為速效鉀，土壤中的鉀主要存在于20 cm內的耕層土，90%～98%的鉀都不是速效鉀，不能被植物直接利用[9]。棉花是需鉀量較高且較容易出現缺鉀癥狀的作物，因此關于棉花對鉀素需求的研究一直很受關注，而新疆受土壤鉀素比較充裕的觀念影響，一直忽視棉田施鉀問題[10]。研究顯示[11-12]，近幾年新疆土壤鉀素含量普遍減少，有些地塊已經出現了缺鉀現象，合理補施鉀肥，已經開始受到新疆棉農的認可和研究機構的重視。

種植密度影響著棉花的生育期、群體光合、葉面積指數、產量和品質等多個方面，新疆棉花種植密度高，合理密植是新疆棉花高產的關鍵因素之一[13]。關于密度的研究也相對較多，普遍認為當前生產情況下，新疆棉花種植密度不宜過高，應保持在18×104～21×104株/hm2，這也與研究的18×104株/hm2條件下產量最高相吻合。另外，新疆棉田施鉀方式以底肥形式進行，追肥中不再單獨使用，所以棉花密度的高低會對鉀素的吸收、分配和利用產生很大影響。徐嬌等[5]研究得出，在不同密度條件下植株總氮、磷、鉀含量變化表現為隨密度加大，含量降低，而研究中，各生育階段，棉花單株鉀素含量均隨著密度的增加而減少，也驗證了這一特點，但群體的鉀素含量規律性不明顯。根據棉花不同生育階段的鉀肥需求規律，棉花在花后50 d開始需要大量鉀肥，張旺鋒等[14]對北疆棉花的養分吸收動態進行了研究，研究結果發現，棉株對氮、磷和鉀的吸收高峰期分別出現在播種后的75～76 d、75～76 d和80～81 d。王克如等[15]在2003年對超高產田進行了測定，試驗結果表明，養分吸收速率最快的時間是氮約在播種后90 d，磷在92 d，鉀則偏早，約在播種后85 d。研究也表明，鉀在現蕾后15 d左右，積累速率最快，群體積累量快速增加，而現蕾后60～75 d這段時間，棉花群體鉀素則一直保持較高的日積累量增加。同時，密度還會對鉀素在器官中的分配及運轉產生影響，研究表明，吐絮時鉀素分配由莖占比最高變為葉片比例最高，且有隨著密度增加比例減小的趨勢，生殖器官比例增加。關于鉀素的吸收、運移及利用等方面的研究相比還較少，還需要進一步對鉀素展開細致研究。

4 結 論

4.1 產量與密度存在二次函數關系，不同密度處理中，A3處理棉花產量最高，說明新疆棉田適宜收獲密度在18.0×104株/hm2左右。

4.2 鉀素的吸收、利用受密度影響較大，隨著密度增加，單株鉀素含量逐漸減少，到見絮時不同密度處理間差異達到最大，差值為186 kg/hm2，但群體分析發現，群體密度大處理的總的鉀素含量反而較高。

4.3 在不同器官分配比例中，初花時莖的鉀素占比較高，在40%以上，葉片其次，蕾的最低，僅占18%左右，處理間沒有規律。到吐絮時，葉片的鉀素占比變為最高，各處理平均高出莖4.6個百分點，并且有隨密度增加而降低的趨勢，而鈴的占比也相對提高，同時表現出中間處理占比最高。與產量相一致。

4.4 A3處理皮棉產量最高，為3 112.11 kg/hm2，棉花產量與鉀素有關，鉀素積累速率、群體鉀素含量、生殖器官鉀素占比等與產量相一致。

參考文獻(References)

[1] 孔慶平.制約新疆棉花生產發展的關鍵因素分析與應對策略探討[C]//.中國棉花學會論文,2010:61-63.

KONG Qing-ping. (2010). Analysis of the Key Constraints to the Development and the Countermeasure Studies[C]//.Prodeedingsof2010ChinaCottonAssociationConference: 61-63. (in Chinese)

[2] 譚德水,金絕運,黃紹文.長期施鐘與稻桿還田對西北地區不同種植制度下作物產量及土壤神素的影響[J].植物營養與肥料學報,2008,14(5): 886-893.

TAN De-shui, JIN Jue-yun, HUANG Shao-wen. (2008). Effect of long-term K fertilizer application and returning wheat straw to soil on crop yield and soil K under different planting systems in northwestern China[J].PlantNutritionandFertilizerScience, 14(5): 886-893. (in Chinese)

[3] 蔡立旺,陳源,王永慧, 等.棉花鉀素吸收利用效率與產量的關系[J].江蘇農業學報, 2014,30(5): 972-979.

CAI Li-wang, CHEN Yuan, WAN Yong-hui, et al. (2014). Relationship between potassium uptake and utilization efficiency and yield in cotton [J] .JiangsuJournalofAgriculturalSciences, 30(5): 972-979. (in Chinese)

[4] 劉冬梅,褚貴新,李俊華,等. 北疆灌耕灰漠土施鉀對棉花鉀素營養生理和產量的影響[J].棉花學報, 2008, 20(6):436-441.

LIU Dong-mei, CHU Gui-xin, LI Jun-hua, et al. (2008). Effects of K Application on Cotton Nutritional Physiology and Yield on Calcaric Fluvisals Soil [J].CottonScience, 20(6):436-441. (in Chinese)

[5] 徐嬌. 種植密度對雜交棉干物質積累和氮磷鉀吸收及產量品質的影響[D].南京: 南京農業大學碩士學位論文，2013.

XU Jiao. (2013).Effectsofplantdensityondrymatteraccumulation,nutritionuptake,yieldandfiberqualityofhybridcotton[D]. Master Thesis. Nanjing Agricultural University, Nanjing. (in Chinese)

[6] 劉榮樂, 金繼運, 吳榮貴, 等.我國北方土壤-作物系統內鉀素循環特征及秸稈還田與施鉀肥的影響[J] .植物營養與肥料學報, 2000, 6(2):123-132.

LIU Rong-le, JIN Ji- yun, WU Rong-gui, et al. (2000). Study on the characteristics of potassium cycling in different soil-crop systems in northern China [J] .PlantNutritionandFertilizerScience, 6(2):123-132. (in Chinese)

[7] 金繼運, 白由路.精準農業與土壤養分管理[M] .北京:中國大地出版社, 2001:152-159.

JIN Ji- yun, BAI You-lu.(2001).Precisionagricultureandmanagementofsoilnutrients[M] .Beijing: China Land Press: 152-159. (in Chinese)

[8] 陳防, 魯劍巍, 萬運帆, 等.長期施鉀對作物增產及土壤鉀素含量及形態的影響[J].土壤學報, 2000, 37(2):233-241.

CHEN Fang, LU Jian-wei, WAN Yun-fan, et al. (2000). Effect of long term potassium application on soil potassium content and forms [J].ActaPedol.Sin,37(2):233-241. (in Chinese)

[9] Z?rb, C., Senbayram, M., & Peiter, E. (2014). Potassium in agriculture--status and perspectives.JournalofPlantPhysiology, 171(9): 656-669.

[10] 王嬌,佀傳亞,張成,等. 不同施鉀量對陸地棉干物質積累、養分吸收和產量的影響[J].新疆農業科學,2012,49(12):2 163-2 169.

WANG Jiao, SHI Chuan-ya, ZHANG Cheng, et al. (2012). Effect of different amounts of potassium on dry matter accumulation, nutrient absorption and yield of land cotton [J].XinjiangAgriculturalSciences, 49(12):2,163-2,169. (in Chinese)

[11] 危常州,張福鎖,朱和明,等.新疆棉花氮營養診斷及追肥推薦研究[J].中國農業科學, 2002,35(12):1 500-1 505.

WEI Chang-zhou, ZHANG Fu-suo, ZHU He-ming, et al. Study on cotton nitrogen diagnosis and topdressing recommendation in North Xinjiang [J].ScientiaAgriculturaSinica, 35(12):1,500-1,505. (in Chinese)

[12] 伍維模,鄭德明,董合林,等.南疆棉花干物質和氮磷鉀養分積累的模擬分析[J].西北農業學報,2002,26(1):17-18.

WU Wei-mo, ZHENG De-ming, DONG He-lin,et al. (2002). Simulating the dynamics of dry matter and N,P2O5,K2O accumulation of cotton in South Xinjiang [J].ActaAgricultureBorealioccidentalisSinica, 26(1):17-18. (in Chinese)

[13] 婁善偉,帕爾哈提.買買提,王新江,等.種植密度對棉株氮素庫源分配的影響[J].新疆農業科學,2014, 51(5):785-791.

LOU Shan-wei,Paerhati Maimaiti, WANG Xin-jiang, et al. (2014). The effect of sink-source ratio on Nitrogen distribution in different cotton densities [J].XinjiangAgriculturalsciences, 51(5):785-791. (in Chinese)

[14] 張旺鋒,李蒙春,勾玲,等. 北疆高產棉花養分吸收特性的研究[J].棉花學報, 1998, 10(2): 88-95.

ZHANG Wang-feng, LI Meng-chun, GOU Ling, et al. (1998). Study on the Nutrient Absorbtion Characters of Cotton with Higher Productivity in North Xinjiang [J].ActaGossypiiSinica, 10(2): 88-95. (in Chinese)

[15] 王克如,李少昆,曹連莆,等. 新疆高產棉田氮、磷、鉀吸收動態及模式初步研究[J].中國農業科學,2003, 36(7):775-780.

WANG Ke-ru, LI Shao-kun, CAO Lian-pu, et al. (2003). A Preliminary Study on Dynamics and Models of N, P, K Absorption in High Yield Cotton in Xinjiang [J].ScientiaAgriculturaSinica, 36(7):775-780. (in Chinese)

StudyonKAbsorption,DistributionandUtilizationofCottonunderDifferentPlantingDensities

LOU Shan-wei1, WANG Da-guang2, MA Teng-fei1, Tuoheti Aimait1,BIAN Yang1, ZHANG Peng-zhong1

(1.TheNationalCottonEngineering&TechnologyResearchCenter,Urumqi830091,China;2.JingheCountyAgriculturalTechnologyExtensionCenter,JingheXinjiang833300,China)

ObjectiveTo explore the difference between cotton plant potassium absorption, distribution and utilization under different cotton planting densities and clarify the relationship between potassium and cotton yield.MethodThe experiment was conducted to study the distribution and variation of potassium content and organ potassium content in plants by setting 5 (A1-A5) different planting densities.ResultThe potassium absorption and utilization was influenced by density, with the increase of density, plant K content decreased gradually, but in group accumulation, A3 treatment's content was the highest before boll opening, reaching 483 kg/hm2. Potassium distribution ratio in different organs, early flowering stem and leaf potassium K ratio accounted for more than 70%, and the highest proportion of stem, bud to boll opening, the lowest proportion; leaf potassium ratio became lower and the highest with the density increasing trend, while the bell potassium content in A3 treatment was the highest, up to 29.36. Density was the main factor affecting the yield. With the increase of density, the yield was first increased and then decreased, In A3 treatment, the highest lint yield was 3,112.11 kg/hm2and the correlation coefficient was 0.979,2, but it was also consistent with the higher trend of the group potassium accumulation at the stage of boll opening and rapid accumulation of A3 value.ConclusionThe correlation between density and yield is two times, and it can affect the absorption and utilization of potassium, but also it is also related to cotton yield, K accumulation rate, K content in the population, potassium content in reproductive organs.

cotton; density; nutrient allocation; potassium

Supported by: The Key Technology R &D Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region "The technical efficiency of cotton cost system integration and demonstration application "(2016B01001-5)

ZHANG Peng-zhong, male, native place: gansu, associate research fellow ,Mainly engaged in cotton cultivation and other research. (E-mail) zhangpz@163.com

S562

A

1001-4330(2017)11-2006-07

2017-08-09

自治區重點研發計劃項目“棉花節本增效技術體系集成與示范應用”(2016B01001-5)

婁善偉(1982-)，男，山東日照人，副研究員，研究方向為棉花栽培生理，(E-mail)wei.lou@163.com

張鵬忠(1974-)，男，甘肅人，副研究員，研究方向為棉花種植，(E-mail)zhangpz@163.com