氮磷減施與鉀鋅互作對棉花生物量、產量與養分吸收的影響

李亞莉，哈麗哈什·依巴提，張 炎，李 源，李青軍

(1.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆塔城地區農業技術推廣中心，新疆塔城 834700)

0 引 言

【研究意義】棉花為新疆主要的經濟支柱產業之一，施肥是目前棉花增產的主要措施之一，但過量施肥會不利于棉花增產、破壞土壤中大量元素與微量元素的平衡，嚴重引起土壤質量下降危害環境[1-5]。單純減量化肥可能會出現減產等。在保障棉花增產或穩產的條件下，通過營養元素間的協調共效作用以增加養分的有效性，達到化肥減施增效的目的。【前人研究進展】施肥調查表明[6]，新疆棉花施肥中存在氮磷肥施用過量、鉀肥用量不足、忽視微肥的現象。鉀素是植物生長發育所必需的大量元素之一，棉花具有喜鉀肥的特性，對其的生長發育和產量都有重要的影響[7-9]。Pettigrew W T，劉榮根等[10-11]研究得出鉀素可以很好提高棉花產量、纖維品質同時提高棉花抗黃萎病的能力。劉冬梅等[12]研究得出施用鉀肥可以明顯增加棉花葉和鈴殼中的含鉀量，提高棉花產量。夏穎、姜益娟等[13-14]通過對棉花鉀素施用效果的研究表明，常規棉花品種施鉀在蕾期和花期可以明顯增加棉花產量，馬宗斌和李伶俐等[15-16]研究發現，雜交棉品種僅在盛鈴期施入鉀肥，也可提高棉花的產量。鋅肥具有改善棉花產量和品質的作用。王金鑫[17]研究得出在新疆棉花的生育期適量補充鋅肥可以提高作物的產量和品質，支金虎等[18]研究表明，鋅素可以顯著增加作物的葉綠素含量，并提高光合速率和光合因子的產生，有研究者表明，鋅可以促進棉花氮、磷、鉀素的吸收同時提高蛋白質含量[19-20]。【本研究切入點】新疆為供鋅能力較差的石灰性土壤，在棉花栽培方式上呈現重氮磷肥、輕鉀、鋅肥的特點。新疆化肥減施條件下，鉀素與鋅素互作是解決棉花減產的有效措施，研究鉀鋅互作與習慣施肥對棉花生物量、產量與養分吸收的差異。【擬解決的關鍵問題】在氮磷肥減少用量的基礎上，試驗設5個處理研究棉花產量、吸收對N、P與K、Zn互作的響應，為棉花減少化肥用量提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

2017～2018年在新疆昌吉市老龍河墾區(N44°13′37″，E87°17′36″)進行試驗，當地無霜期平均為170 d。所用棉花品種為新陸早48號，覆膜滴灌種植，1膜6行，行距10+66 (cm)，株距10 cm，試驗小區面積54 m2。播種日期4月16日，出苗4月27日，生育期間灌溉10次，每次滴水400～450 m3/hm2。試驗地土壤為潮土，有機質11.3 g/kg，堿解氮58.4 mg/kg，速效磷17.4 mg/kg，速效鉀176 mg/kg，有效鋅0.82 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗設如下5個處理，處理1：NP(習慣施肥)；處理2：80%NP(習慣施肥減量20%)；處理3：80%NP+K(習慣施肥減量20%加鉀肥)；處理4：80%NP+Zn(習慣施肥減量20%加鋅肥)；處理5：80%NP+K+Zn(習慣施肥減量20%加鉀肥加鋅肥)。各處理3次重復3次，隨機區組排列。

習慣施肥的N、P2O5用量分別為275、150 kg/hm2，其它處理的N、P2O5用量分別為220、120 kg/hm2；處理3和處理4的K2O用量為60 kg/hm2；處理4和處理5的鋅肥(ZnSO4)用量為30 kg/hm2。試驗所用肥料為尿素(N 46%)，三料磷肥(P2O546%)，氯化鉀(K2O 60%)，尿素分6次滴施，其中蕾期(2次)、花期(2次)、鈴期(2次)；磷、鉀、鋅肥全部基施。

1.2.2 測定指標

干物質和養分：在成熟期采集棉花植株樣品，按器官分為莖、葉、籽。在75℃條件下烘干36 h至恒重，記錄生物量，將樣品粉碎，測試棉花不同器官的養分含量。

棉花產量：成熟期在試驗小區內調查9.6 m2的棉花密度、有效鈴數，同時采收100朵棉花測定單鈴重。

1.3 數據處理

試驗數據采用WPS 2018和SPSS21.0統計軟件進行單因素方差分析，多重比較(LSD法)。

2 結果與分析

2.1 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花生物量累積與分配的影響

研究表明，等氮(N)、磷(P)用量條件下，80%NP處理的棉花莖、葉、籽和總生物量都顯著小于NP處理。而80%NP+Zn處理的棉花莖、葉、籽和總生物量都顯著小于NP處理，但與80%NP處理沒有顯著差異。80%NP+K處理的棉花莖、葉、籽和總生物量都顯著大于80%NP處理，但其莖、籽和總生物量都顯著小于NP處理。80%NP+K+Zn處理的棉花莖、葉、籽和總生物量與NP處理幾乎相同，沒有顯著差異。

習慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，棉花生物量顯著降低。80%習慣施肥只配施鋅肥不能顯著增加棉花生物量。80%習慣施肥只配施鉀肥能顯著增加棉花生物量，但顯著小于習慣施肥生物量。80%習慣施肥配施鉀肥和鋅肥顯著增加棉花生物量，與習慣施肥沒有顯著差異。圖1

2.2 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花產量的影響

研究表明，等氮(N)、磷(P)用量條件下，80%NP處理的棉花產量都顯著小于NP處理。而80%NP+Zn處理的棉花產量都顯著小于NP處理，大于80%NP處理。80%NP+K處理的棉花產量都顯著大于80%NP處理，但棉花產量都小于NP處理。80%NP+K+Zn處理的棉花產量在2017、2018年略高于NP處理，沒有顯著差異。

不同年份處理的棉花產量中習慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，顯著降低了棉花產量。80%習慣施肥只配施鋅肥能顯著增加棉花產量，但顯著小于習慣施肥產量。80%習慣施肥配施鉀肥和鋅肥與80%習慣施肥相比顯著增加棉花產量，并與習慣施肥沒有顯著差異。圖2

注：不同小寫字母表示處理間差異達到顯著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖1 不同處理的棉花生物量分配與累積
Fig.1 Cotton biomass distribution and accumulation of different treatments

注：不同小寫字母表示處理間差異達到顯著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖2 不同年份各處理的棉花產量
Fig. 2 Cotton yield of each treatment in different years

2.3 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花N吸收量的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、棉籽和總N素吸收量都顯著小于NP處理。80%NP+Zn、80%NP+K處理的棉花莖、葉、棉籽和總N素吸收量均小于NP處理大于80%NP處理，并與80%NP處理沒有顯著差異。80%NP+K+Zn處理的棉花莖、葉、棉籽和總N素均大于80%NP處理，與NP處理沒有顯著差異。習慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導致顯著降低了棉花N素吸收量。其中配施鋅鉀肥的棉花N素吸收量顯著大于配施鉀肥的棉花N素吸收量以及配施鋅肥的棉花N素吸收量，配施鋅肥和鉀肥處理間的棉花N素吸收量最優并與習慣施肥處理沒有顯著差異。圖3

注：不同小寫字母表示處理間差異達到顯著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖3 不同處理棉花N素吸收量
Fig. 3 Cotton N uptake of different treatments

2.4 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花P吸收量的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、棉籽和總P素吸收量都顯著小于NP處理。80%NP+Zn、80%NP+K處理的棉花莖、葉、棉籽和總P素吸收量均小于NP處理大于80%NP處理，并與80%NP處理沒有顯著差異。80%NP+K+Zn處理的棉花莖、葉、棉籽和總P素均大于80%NP處理，與NP處理沒有顯著差異。習慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導致顯著降低了棉花P素吸收量。其中配施鋅鉀肥的棉花P素吸收量顯著大于配施鉀肥的棉花N素吸收量以及配施鋅肥的棉花P素吸收量，配施鋅肥和鉀肥處理間的棉花P素吸收量最優并與習慣施肥處理沒有顯著差異。圖4

注：不同小寫字母表示處理間差異達到顯著性水平 (P< 0.05)，ns表示沒有顯著差異(P>0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖4 不同處理的棉花P素吸收量
Fig. 4 Cotton P uptake of different treatments

2.5 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花K吸收量的影響

研究表明，80%NP處理的棉花莖、葉、棉籽和總K素吸收量都顯著小于NP處理。80%NP+Zn、80%NP+K處理的棉花莖、葉、棉籽和總K素吸收量均小于NP處理大于80%NP處理，并與80%NP處理沒有顯著差異。80%NP+K+Zn處理的棉花莖、葉、棉籽和總K素均大于80%NP處理和NP處理，與NP處理具有顯著差異。習慣施肥減少20%肥料用量而不采取其它措施，導致顯著降低了棉花K素吸收量。其中配施鋅鉀肥的棉花K素吸收量顯著大于配施鉀肥的棉花N素吸收量以及配施鋅肥的棉花P素吸收量，并大于習慣施肥棉花K素的吸收量。在不同處理條件下配施鋅肥和鉀肥處理的棉花P素吸收量最優并與習慣施肥處理具有顯著差異。圖5

注：不同小寫字母表示處理間差異達到顯著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
圖5 不同處理的棉花P素吸收量
Fig. 5 Cotton K uptake of different treatments

2.6 氮磷減施與鉀鋅互作對棉花Zn含量的影響

研究表明，2017年棉花莖葉部分含量差異不大，在籽含量中80%NP+Zn和80%NP+K+Zn處理與NP處理具有顯著差異。2018年80%NP+Zn和80%NP+K+Zn處理中棉花莖、葉、籽中鋅含量均顯著大于80%NP處理大于NP處理。且80%NP+K+Zn處理中棉花莖、葉、籽中鋅含量均大于80%NP+Zn處理。在不同處理條件下,配施鋅肥和鉀肥處理的棉花K素吸收量最優并與習慣施肥處理具有顯著差異。表1

表1 不同處理的棉花各部位Zn含量 (mg/kg)

注：不同字母表示同一年份不同處理間差異達到顯著性水平(P< 0.05)。***表示各處理在0.001水平差異顯著。ns表示沒有顯著差異(P>0.05)
Note: Different small letters mean insignificant different among treatments in the same year (P< 0.05), *** mean significant different at 0.001 probability level. ns mean not significant (P>0.05)

3 討 論

試驗條件下，相對于習慣施肥(NP)，80%習慣施肥(80%NP)顯著降低棉花的生物量、產量以及對養分吸收的影響。80%習慣施肥+鉀肥(80%NP+K)處理及80%習慣施肥+鋅肥(80%NP+Zn)處理相比80%習慣施肥(80%NP)來說均增加棉花的生物量、產量以及養分吸收，但總體仍然小于習慣施肥。單純降低N、P的施用量以及在降低N、P的施用量基礎上添加K肥、Zn肥都會產生減產的危險。而80%習慣施肥+鉀肥+鋅肥(80%NP+K+Zn)處理下的棉花的生物量、產量以及對養分吸收顯著大于80%習慣施肥(80%NP)，并與習慣施肥(NP)沒有顯著差異。大多數研究集中于在習慣施肥的條件下探討施用不同比例、不同時期鉀鋅肥對作物生產方式及產量的影響[13,18]。研究得出在氮磷肥減量的條件下只添加鉀肥或者鋅肥都降低了棉花的生物量、產量以及對養分吸收的能力，而在氮磷肥減量條件下鉀鋅互作可以顯著增加棉花的產量并與習慣施肥沒有差異。

張迎春等[19]研究表明，生物有機肥替代化肥可以提高萵筍的養分積累和肥料利用率，改善萵筍根基土壤理化性質實現肥料資源合理利用。李琛悅等[20]設計3種不同減肥模式研究對富士蘋果的生長、結果的影響，得出最佳化肥年施用量為N 0.95 kg/株、P2O50.77 kg/株、K2O 1.3 kg/株，有機肥3.0 kg/株。趙軍、陶磊[21,22]等研究認為，在滴灌棉田中，施用20%的有機肥替代常規化肥與單施化肥相比，并沒有明顯差異。研究表明，在棉田中，減少20%氮磷肥用量的條件下，增加鋅、鉀肥可以有效減少棉花減產幅度，這可能是因為鋅肥的施用可以影響作物體內生長素的合成，鉀肥是60多種酶的活化劑，2種肥料共同施用可以顯著促進光合作用、呼吸作用和光合產物的運輸。在氮磷肥減施條件下，選擇80%習慣施肥+鉀肥+鋅肥(80%NP+K+Zn)對提高新疆棉花產量和經濟效益的效果最佳。

4 結 論

4.1 80%習慣施肥會顯著降低棉花養分吸收和產量。

4.2 80%習慣施肥配施鉀肥或者鋅肥棉花養分吸收和產量均高于80%習慣施肥，但仍然低于習慣施肥處理。

4.3 80%習慣施肥配施鋅肥與鉀肥相比 80%習慣施肥均顯著提高棉花的產量和養分吸收，并與習慣施肥沒有顯著差異。

4.4 習慣施肥減少20%化肥用量中，80%習慣施肥配施鋅肥與鉀肥處理下棉花的養分吸收與產量最優。