氮磷减施与钾锌互作对棉花生物量、产量与养分吸收的影响

李亚莉，哈丽哈什·依巴提，张 炎，李 源，李青军

(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.新疆塔城地区农业技术推广中心，新疆塔城 834700)

0 引 言

【研究意义】棉花为新疆主要的经济支柱产业之一，施肥是目前棉花增产的主要措施之一，但过量施肥会不利于棉花增产、破坏土壤中大量元素与微量元素的平衡，严重引起土壤质量下降危害环境[1-5]。单纯减量化肥可能会出现减产等。在保障棉花增产或稳产的条件下，通过营养元素间的协调共效作用以增加养分的有效性，达到化肥减施增效的目的。【前人研究进展】施肥调查表明[6]，新疆棉花施肥中存在氮磷肥施用过量、钾肥用量不足、忽视微肥的现象。钾素是植物生长发育所必需的大量元素之一，棉花具有喜钾肥的特性，对其的生长发育和产量都有重要的影响[7-9]。Pettigrew W T，刘荣根等[10-11]研究得出钾素可以很好提高棉花产量、纤维品质同时提高棉花抗黄萎病的能力。刘冬梅等[12]研究得出施用钾肥可以明显增加棉花叶和铃壳中的含钾量，提高棉花产量。夏颖、姜益娟等[13-14]通过对棉花钾素施用效果的研究表明，常规棉花品种施钾在蕾期和花期可以明显增加棉花产量，马宗斌和李伶俐等[15-16]研究发现，杂交棉品种仅在盛铃期施入钾肥，也可提高棉花的产量。锌肥具有改善棉花产量和品质的作用。王金鑫[17]研究得出在新疆棉花的生育期适量补充锌肥可以提高作物的产量和品质，支金虎等[18]研究表明，锌素可以显著增加作物的叶绿素含量，并提高光合速率和光合因子的产生，有研究者表明，锌可以促进棉花氮、磷、钾素的吸收同时提高蛋白质含量[19-20]。【本研究切入点】新疆为供锌能力较差的石灰性土壤，在棉花栽培方式上呈现重氮磷肥、轻钾、锌肥的特点。新疆化肥减施条件下，钾素与锌素互作是解决棉花减产的有效措施，研究钾锌互作与习惯施肥对棉花生物量、产量与养分吸收的差异。【拟解决的关键问题】在氮磷肥减少用量的基础上，试验设5个处理研究棉花产量、吸收对N、P与K、Zn互作的响应，为棉花减少化肥用量提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

2017～2018年在新疆昌吉市老龙河垦区(N44°13′37″，E87°17′36″)进行试验，当地无霜期平均为170 d。所用棉花品种为新陆早48号，覆膜滴灌种植，1膜6行，行距10+66 (cm)，株距10 cm，试验小区面积54 m2。播种日期4月16日，出苗4月27日，生育期间灌溉10次，每次滴水400～450 m3/hm2。试验地土壤为潮土，有机质11.3 g/kg，碱解氮58.4 mg/kg，速效磷17.4 mg/kg，速效钾176 mg/kg，有效锌0.82 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验设如下5个处理，处理1：NP(习惯施肥)；处理2：80%NP(习惯施肥减量20%)；处理3：80%NP+K(习惯施肥减量20%加钾肥)；处理4：80%NP+Zn(习惯施肥减量20%加锌肥)；处理5：80%NP+K+Zn(习惯施肥减量20%加钾肥加锌肥)。各处理3次重复3次，随机区组排列。

习惯施肥的N、P2O5用量分别为275、150 kg/hm2，其它处理的N、P2O5用量分别为220、120 kg/hm2；处理3和处理4的K2O用量为60 kg/hm2；处理4和处理5的锌肥(ZnSO4)用量为30 kg/hm2。试验所用肥料为尿素(N 46%)，三料磷肥(P2O546%)，氯化钾(K2O 60%)，尿素分6次滴施，其中蕾期(2次)、花期(2次)、铃期(2次)；磷、钾、锌肥全部基施。

1.2.2 测定指标

干物质和养分：在成熟期采集棉花植株样品，按器官分为茎、叶、籽。在75℃条件下烘干36 h至恒重，记录生物量，将样品粉碎，测试棉花不同器官的养分含量。

棉花产量：成熟期在试验小区内调查9.6 m2的棉花密度、有效铃数，同时采收100朵棉花测定单铃重。

1.3 数据处理

试验数据采用WPS 2018和SPSS21.0统计软件进行单因素方差分析，多重比较(LSD法)。

2 结果与分析

2.1 氮磷减施与钾锌互作对棉花生物量累积与分配的影响

研究表明，等氮(N)、磷(P)用量条件下，80%NP处理的棉花茎、叶、籽和总生物量都显著小于NP处理。而80%NP+Zn处理的棉花茎、叶、籽和总生物量都显著小于NP处理，但与80%NP处理没有显著差异。80%NP+K处理的棉花茎、叶、籽和总生物量都显著大于80%NP处理，但其茎、籽和总生物量都显著小于NP处理。80%NP+K+Zn处理的棉花茎、叶、籽和总生物量与NP处理几乎相同，没有显著差异。

习惯施肥减少20%肥料用量而不采取其它措施，棉花生物量显著降低。80%习惯施肥只配施锌肥不能显著增加棉花生物量。80%习惯施肥只配施钾肥能显著增加棉花生物量，但显著小于习惯施肥生物量。80%习惯施肥配施钾肥和锌肥显著增加棉花生物量，与习惯施肥没有显著差异。图1

2.2 氮磷减施与钾锌互作对棉花产量的影响

研究表明，等氮(N)、磷(P)用量条件下，80%NP处理的棉花产量都显著小于NP处理。而80%NP+Zn处理的棉花产量都显著小于NP处理，大于80%NP处理。80%NP+K处理的棉花产量都显著大于80%NP处理，但棉花产量都小于NP处理。80%NP+K+Zn处理的棉花产量在2017、2018年略高于NP处理，没有显著差异。

不同年份处理的棉花产量中习惯施肥减少20%肥料用量而不采取其它措施，显著降低了棉花产量。80%习惯施肥只配施锌肥能显著增加棉花产量，但显著小于习惯施肥产量。80%习惯施肥配施钾肥和锌肥与80%习惯施肥相比显著增加棉花产量，并与习惯施肥没有显著差异。图2

注：不同小写字母表示处理间差异达到显著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
图1 不同处理的棉花生物量分配与累积
Fig.1 Cotton biomass distribution and accumulation of different treatments

注：不同小写字母表示处理间差异达到显著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
图2 不同年份各处理的棉花产量
Fig. 2 Cotton yield of each treatment in different years

2.3 氮磷减施与钾锌互作对棉花N吸收量的影响

研究表明，80%NP处理的棉花茎、叶、棉籽和总N素吸收量都显著小于NP处理。80%NP+Zn、80%NP+K处理的棉花茎、叶、棉籽和总N素吸收量均小于NP处理大于80%NP处理，并与80%NP处理没有显著差异。80%NP+K+Zn处理的棉花茎、叶、棉籽和总N素均大于80%NP处理，与NP处理没有显著差异。习惯施肥减少20%肥料用量而不采取其它措施，导致显著降低了棉花N素吸收量。其中配施锌钾肥的棉花N素吸收量显著大于配施钾肥的棉花N素吸收量以及配施锌肥的棉花N素吸收量，配施锌肥和钾肥处理间的棉花N素吸收量最优并与习惯施肥处理没有显著差异。图3

注：不同小写字母表示处理间差异达到显著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
图3 不同处理棉花N素吸收量
Fig. 3 Cotton N uptake of different treatments

2.4 氮磷减施与钾锌互作对棉花P吸收量的影响

研究表明，80%NP处理的棉花茎、叶、棉籽和总P素吸收量都显著小于NP处理。80%NP+Zn、80%NP+K处理的棉花茎、叶、棉籽和总P素吸收量均小于NP处理大于80%NP处理，并与80%NP处理没有显著差异。80%NP+K+Zn处理的棉花茎、叶、棉籽和总P素均大于80%NP处理，与NP处理没有显著差异。习惯施肥减少20%肥料用量而不采取其它措施，导致显著降低了棉花P素吸收量。其中配施锌钾肥的棉花P素吸收量显著大于配施钾肥的棉花N素吸收量以及配施锌肥的棉花P素吸收量，配施锌肥和钾肥处理间的棉花P素吸收量最优并与习惯施肥处理没有显著差异。图4

注：不同小写字母表示处理间差异达到显著性水平 (P< 0.05)，ns表示没有显著差异(P>0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
图4 不同处理的棉花P素吸收量
Fig. 4 Cotton P uptake of different treatments

2.5 氮磷减施与钾锌互作对棉花K吸收量的影响

研究表明，80%NP处理的棉花茎、叶、棉籽和总K素吸收量都显著小于NP处理。80%NP+Zn、80%NP+K处理的棉花茎、叶、棉籽和总K素吸收量均小于NP处理大于80%NP处理，并与80%NP处理没有显著差异。80%NP+K+Zn处理的棉花茎、叶、棉籽和总K素均大于80%NP处理和NP处理，与NP处理具有显著差异。习惯施肥减少20%肥料用量而不采取其它措施，导致显著降低了棉花K素吸收量。其中配施锌钾肥的棉花K素吸收量显著大于配施钾肥的棉花N素吸收量以及配施锌肥的棉花P素吸收量，并大于习惯施肥棉花K素的吸收量。在不同处理条件下配施锌肥和钾肥处理的棉花P素吸收量最优并与习惯施肥处理具有显著差异。图5

注：不同小写字母表示处理间差异达到显著性水平 (P< 0.05)
Note: Different small letters in the same column mean insignificant among treatments (P< 0.05)
图5 不同处理的棉花P素吸收量
Fig. 5 Cotton K uptake of different treatments

2.6 氮磷减施与钾锌互作对棉花Zn含量的影响

研究表明，2017年棉花茎叶部分含量差异不大，在籽含量中80%NP+Zn和80%NP+K+Zn处理与NP处理具有显著差异。2018年80%NP+Zn和80%NP+K+Zn处理中棉花茎、叶、籽中锌含量均显著大于80%NP处理大于NP处理。且80%NP+K+Zn处理中棉花茎、叶、籽中锌含量均大于80%NP+Zn处理。在不同处理条件下,配施锌肥和钾肥处理的棉花K素吸收量最优并与习惯施肥处理具有显著差异。表1

表1 不同处理的棉花各部位Zn含量 (mg/kg)

注：不同字母表示同一年份不同处理间差异达到显著性水平(P< 0.05)。***表示各处理在0.001水平差异显著。ns表示没有显著差异(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 讨 论

试验条件下，相对于习惯施肥(NP)，80%习惯施肥(80%NP)显著降低棉花的生物量、产量以及对养分吸收的影响。80%习惯施肥+钾肥(80%NP+K)处理及80%习惯施肥+锌肥(80%NP+Zn)处理相比80%习惯施肥(80%NP)来说均增加棉花的生物量、产量以及养分吸收，但总体仍然小于习惯施肥。单纯降低N、P的施用量以及在降低N、P的施用量基础上添加K肥、Zn肥都会产生减产的危险。而80%习惯施肥+钾肥+锌肥(80%NP+K+Zn)处理下的棉花的生物量、产量以及对养分吸收显著大于80%习惯施肥(80%NP)，并与习惯施肥(NP)没有显著差异。大多数研究集中于在习惯施肥的条件下探讨施用不同比例、不同时期钾锌肥对作物生产方式及产量的影响[13,18]。研究得出在氮磷肥减量的条件下只添加钾肥或者锌肥都降低了棉花的生物量、产量以及对养分吸收的能力，而在氮磷肥减量条件下钾锌互作可以显著增加棉花的产量并与习惯施肥没有差异。

张迎春等[19]研究表明，生物有机肥替代化肥可以提高莴笋的养分积累和肥料利用率，改善莴笋根基土壤理化性质实现肥料资源合理利用。李琛悦等[20]设计3种不同减肥模式研究对富士苹果的生长、结果的影响，得出最佳化肥年施用量为N 0.95 kg/株、P2O50.77 kg/株、K2O 1.3 kg/株，有机肥3.0 kg/株。赵军、陶磊[21,22]等研究认为，在滴灌棉田中，施用20%的有机肥替代常规化肥与单施化肥相比，并没有明显差异。研究表明，在棉田中，减少20%氮磷肥用量的条件下，增加锌、钾肥可以有效减少棉花减产幅度，这可能是因为锌肥的施用可以影响作物体内生长素的合成，钾肥是60多种酶的活化剂，2种肥料共同施用可以显著促进光合作用、呼吸作用和光合产物的运输。在氮磷肥减施条件下，选择80%习惯施肥+钾肥+锌肥(80%NP+K+Zn)对提高新疆棉花产量和经济效益的效果最佳。

4 结 论

4.1 80%习惯施肥会显著降低棉花养分吸收和产量。

4.2 80%习惯施肥配施钾肥或者锌肥棉花养分吸收和产量均高于80%习惯施肥，但仍然低于习惯施肥处理。

4.3 80%习惯施肥配施锌肥与钾肥相比 80%习惯施肥均显著提高棉花的产量和养分吸收，并与习惯施肥没有显著差异。

4.4 习惯施肥减少20%化肥用量中，80%习惯施肥配施锌肥与钾肥处理下棉花的养分吸收与产量最优。