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钾是棉花生长发育必需的大量元素之一，李书田等[1]报道，不同棉区每生产100kg皮棉地上部钾吸收量为7.82～12.25kg。施钾能提高棉花叶片含钾量、棉叶叶绿素含量以及二氧化碳的同化率，钾还能提高棉叶中细胞色素氧化酶和硝酸还原酶的活性、气孔导度，降低蒸腾速率[2]。提高供钾水平有利于增加棉花功能叶质体色素含量，促进碳氮代谢[3]。维持一定氮、钾营养可维持棉花生育中后期主茎功能叶生理活性，有效延缓衰老[4]，增施钾肥可提高棉花氮肥利用效率、产量和纤维品质[5-6]。棉花生育中后期，适量供钾还可以提高棉花耐盐性[7]。因此，研究棉花钾肥的施用具有很重要的理论和实践意义。
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不同棉区均有学者开展了基于土壤速效钾含量的推荐施钾研究，因土壤钾肥力和棉花产量水平不同，不同棉区棉花钾肥适宜施用量和土壤速效钾含量丰缺指标均有差异。20世纪80年代张素菲等[8]确定了河南棉区土壤速效钾严重缺钾、缺钾、潜在缺钾、富钾的指标分别为<80、80～110、 110～125、125～140mg·kg-1，对应的施钾措施分别为必须施用、注意施用、酌情施用、不需施用。范希峰等[9]报道黄淮海棉区土壤速效钾含量为100～130mg·kg-1 时，施用150kg·hm-2 氯化钾可增产。王盛桥[10]认为湖北棉区土壤速效钾含量低于50mg·kg-1 时，施钾增产显著，而土壤速效钾含量高于150mg·kg-1 时可以不施钾肥。王晓丽[11]以相对产量分别为<80%、80%～90%、90%～95%、>95%为标准，将湖北棉区土壤速效钾丰缺状况分为4级，从高到低对应的速效钾临界值分别为>150、 105～150、50～105、<50mg·kg-1，并根据施钾量与籽棉产量间的二次曲线关系提出了该区棉花推荐钾肥用量为232.5kg·hm-2。李俊杰等[12]提出新疆棉区灌耕灰漠土土壤速效钾含量为200mg·kg-1 的条件下补施钾肥有明显的增产效果，而帕提古丽·苏来曼[13]报道新疆沙性瘠薄土壤上施K2SO4 105～150kg·hm-2 时增产效果明显。李书田等[14] 提出棉花钾肥基施和开花期追施各半较好，其中山东（土壤速效钾含量82mg·kg-1）钾肥（K2O） 适宜用量为180～240kg·hm-2，河北（土壤速效钾含量89mg·kg-1）钾肥（K2O）适宜用量为150～180kg·hm-2，新疆（土壤速效钾含量117mg·kg-1） 钾肥（K2O）适宜用量为112.5～150kg·hm-2。杨云马等[15] 提出冀南棉区（土壤速效钾含量103.3mg·kg-1）、冀中棉区（土壤速效钾含量123.0mg·kg-1）及滨海盐渍土棉区（土壤速效钾含量170.0mg·kg-1）适宜的施钾量分别为150、120和90kg·hm-2。施钾可显著提高棉花单株成铃数和单铃重，对衣分无显著影响，田晓飞等[16]提出大蒜-棉花套作（土壤速效钾含量97.5mg·kg-1）推荐棉花施钾（K2O）量为180kg·hm-2。董合林等[17]提出商丘（土壤速效钾含量78mg·kg-1）和内黄试点（土壤速效钾含量109mg·kg-1）麦棉两熟棉花经济最佳施钾量分别为106.9和111.3kg·hm-2。
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不同形态氮肥在棉花上的施用研究报道较少，水培条件下，铵态氮和硝态氮混合施用有利于提高棉花苗期干物质质量[18-19]；盆栽条件下，追施硝态氮肥可提高棉花生物量和叶片全氮含量[20]。目前棉花氮肥管理多依据土壤硝态氮含量测定、棉花叶柄硝态氮的营养状况来推荐氮肥用量[21]，而不同土壤钾肥力水平下施用不同形态氮肥的效果尚不明确。本试验采用盆栽试验，设置6个不同土壤速效钾含量水平的土壤，在纯氮用量相等、基施硫酸铵条件下，比较硫酸铵、硝酸钙2种氮肥在初花期的追施效果，将为不同土壤速效钾含量棉田氮肥合理选择和高效施用提供理论依据。
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1 材料与方法
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盆栽试验于2017～2018年在河南省安阳市白壁镇中国农业科学院棉花研究所试验农场 （36°06′N，114°21′E）进行，2017年4至10月平均气温22.5℃，≥ 20℃积温3782.7℃，日照时数1406.4h，降水量325.7mm。2018年4至10月平均气温22.6℃，≥ 20℃积温3685.2℃，日照时数1519.8h，降水量569.3mm。试验为裂区设计，主区为6种不同速效钾含量的土壤，土壤为细沙和大田土壤等比例混合而成，连续几年施用不同用量的钾肥种植棉花，从而形成土壤速效钾含量梯度，便于开展棉花土壤速效钾含量相关试验研究。土壤速效钾含量分别为71.1、79.7、86.8、95.5、122.6、 154.1mg·kg-1，分别用K1、K2、K3、K4、K5、 K6表示，土壤肥力水平见表1。副区为初花期追施2种不同氮肥，分别为硫酸铵（N 21%）、硝酸钙（N 17%）。共12个处理，每个处理设重复5盆，每盆装土30kg，磷、钾肥全部底施，磷（P2O5）、钾 （K2O）用量均为3g，重过磷酸钙（P2O5 42%）每盆用量为7.14g，硫酸钾（K2O 51%）每盆用量为5.88g。所有处理每盆氮（N）肥总用量均为3g，分底肥和初花期追肥等量施入，底肥均施用硫酸铵。供试棉花品种为‘中棉所100’，由中国农业科学院棉花研究所提供。2016、2017年均为4月18日播种；2016年6月1日现蕾，2017年5月28日现蕾；2016年7月1日开花，2017年7月3日开花；2016年8月18日吐絮，2017年8月20日吐絮。整枝、病虫害防治等常规管理参照当地棉花高产管理水平，棉花营养枝、老叶均搜集后烘干称重，计入棉花全株干物重。吐絮期调查单株成铃数，每个处理挑选棉花健株3株，采集棉花全株样品，单株分根（子叶节以下部分）、茎、叶、铃壳、籽棉（包括未吐絮棉铃）烘干称重。单铃重由单株籽棉产量除以成铃数计算。
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采用DPS 2020进行数据统计分析，采用Duncan’s新复极差法进行多重比较，采用Excel 2007进行作图。
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2 结果与分析
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由表2可知，2个年度，土壤速效钾含量均显著影响了棉花单株干物质质量、单株成铃数和单株籽棉产量，但对单铃重无显著影响。2个年度，棉花单株干物质质量、单株籽棉产量、单株成铃数均随土壤速效钾含量的增加呈开口向下的二次曲线增加（图1、图2、图3）。2017年K5、K6处理棉花单株干物质质量差异不显著，分别显著高于K1、 K2和K3处理25.5%、33.3%、14.5%和21.6%、 17.2%、24.6%，K4、K5、K6处理棉花单株籽棉产量差异不显著，分别显著高于K1和K2处理33.1%和10.8%、42.3%和18.4%、46.4%和21.8%，K3、 K4、K5、K6处理棉花单株成铃数差异不显著，显著高于K1和K2处理。2018年，K5、K6处理棉花单株干物质质量与K2、K3、K4差异不显著，但分别显著高于K1处理22.4%、20.2%，K4、K5、K6处理棉花单株籽棉产量差异不显著，但分别显著高于K1处理29.7%、35.7%、54.9%，K6处理棉花单株成铃数与K3、K4、K5处理差异不显著，但显著高于K1、K2处理。2017年K2处理棉花单铃重最高，2018年K6处理棉花单铃重最高。
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注：同列数字后不同小写字母代表在5%水平上差异显著。下同。
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图1 土壤速效钾含量对棉花单株干物质质量的影响
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图2 土壤速效钾含量对棉花单株籽棉产量的影响
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图3 土壤速效钾含量对棉花单株成铃数的影响
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由表2可知，初花期追施不同形态氮肥对棉花单株干物质质量、单株成铃数、单铃重和单株籽棉产量均无显著影响。2017年初花期追施硝酸钙比追施硫酸铵单株干物质质量高3.9%，2018年二者基本持平，2017和2018年初花期追施硝酸钙比追施硫酸铵单株籽棉产量分别高5.6%和1.9%，单株成铃数分别高9.6%和4.4%，但单铃重分别低3.7%和3.8%。
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2 个年度，土壤速效钾含量和追施不同形态氮肥对棉花单株干物质质量、籽棉产量、单株成铃数、单铃重的交互作用均未达到显著水平。
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由表3可知，从所有处理平均数来看，2018年棉花长势优于2017年，其中，2018年棉花单株干物质质量比2017年高23.5%，棉花单株籽棉产量比2017年高20.0%，棉花单株成铃数比2017年高20.8%，棉花单铃重比2017年高1.9%。2018年棉花单株干物质质量、单株籽棉产量、单株成铃数和单铃重的变异系数均低于2017年。
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2017年K6处理初花期追施硫酸铵、2018年K6处理初花期追施硝酸钙获得最高单株干物质质量，分别比最低单株干物质质量（K1处理初花期追施硫酸铵）高41.9%、41.0%。2017年K6处理初花期追施硫酸铵获得最高单株籽棉产量，比最低单株籽棉产量（K1处理初花期追施硫酸铵）高85.3%。2018年K6处理初花期追施硝酸钙获得最高单株籽棉产量，比最低单株籽棉产量（K1处理初花期追施硫酸铵）高63.1%。2017年K5、K6处理初花期追施硝酸钙获得最高单株成铃数，比最低单株成铃数（K1处理初花期追施硫酸铵） 高45.0%，2018年K6处理初花期追施硝酸钙获得最高单株成铃数，比最低单株成铃数（K1处理初花期追施硫酸铵）高50.7%。2017年K3处理初花期追施硫酸铵获得最高单铃重，比最低单铃重（K1处理初花期追施硫酸铵）高36.4%， 2018年K4处理初花期追施硝酸钙获得最高单铃重，比最低单铃重（K1处理初花期追施硝酸钙） 高19.1%。
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3 讨论
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不同作物开展了土壤速效钾含量丰缺指标的推荐施钾研究，宋秋来等[22]报道，随着土壤速效钾含量的提高（135.1、160.8、215.8、269.1、312.0、389.3mg·kg-1），大豆植株及各器官的钾素积累量逐渐增加，当土壤速效钾含量达到312.0mg·kg-1 时，增长趋势变缓，大豆产量达到最高值。本试验中棉花单株干物质质量、单株成铃数、单株籽棉产量均随土壤速效钾含量的增加均呈二次曲线增加，其中2018年土壤速效钾含量为154.1mg·kg-1 时棉花单株干物质质量比土壤速效钾含量为122.6mg·kg-1 时略有下降，但单株籽棉产量略高，说明较高的土壤速效钾含量利于棉花干物质的积累和籽棉产量的提高，土壤速效钾含量为154.1mg·kg-1 时单株籽棉产量达到最高值，但与土壤速效钾含量为95.5、122.6mg·kg-1 时并无显著差异，其与王盛桥[10]、王晓丽[11]提出的高土壤速效钾临界值150mg·kg-1 较接近，但这个含量是否为钾肥用量失去增产作用的临界值，有待开展钾肥用量试验进一步验证。
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不同作物对氮肥形态的反应不一致，油菜单施铵态氮与单施硝态氮相比，更能促进地上部生物量和籽粒产量提高[23]，硝、铵态氮1∶1配施与单施硝态氮籽粒产量差异不显著。铵态氮比硝态氮能更好促进毛竹的幼苗生长[24]。铵态氮比硝态氮、铵和硝混合氮更能促进淹水状态下水稻的根系生长，适度干旱、铵硝比1∶1比干湿交替灌溉、湿润灌溉条件下单施一种形态氮肥更能促进根长、根直径、根体积、根碳氮代谢[25]。水培条件下，相比铵态氮，硝态氮有利于苗期棉花生长发育和对钾素的吸收[26-27]。在土壤全氮含量相同条件下，尿素、硫酸铵、硝酸钙处理棉花单株干物质质量和籽棉产量均无显著差异，但随土壤全氮含量增加（0.67、 0.71、0.86、0.93、1.30g·kg-1），棉花干物质质量和单株籽棉产量呈上升趋势[28]。Babaria等[29]报道大田条件下，尿素、硫酸铵、硝酸铵钙等量施用 （纯氮用量160kg·hm-2）对棉花的生长、产量和品质无显著影响。本试验为盆栽试验，2017年初花期追施硫酸铵棉花单株干物质质量显著高于追施硝酸钙处理，但单株成铃数、单铃重、单株籽棉产量无显著差异，2018年初花期追施铵、硝氮肥对棉花单株干物质质量、单株成铃数、单铃重、单株籽棉产量均未产生显著影响，与Babaria等[29]研究结果较一致，初花期追施铵、硝氮肥对棉花生长发育的影响有待大田试验进一步验证。
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利用氮肥和钾肥的互作效应可提高小麦的氮肥农学效率和氮肥表观回收率[30]。合适的氮钾施用比例可以提高棉花产量，Abdul等[31] 报道长江流域棉区晚播短季棉固定施氮210kg·hm-2 时，施用K2O 210kg·hm-2 较施用K2O 168kg·hm-2 籽棉产量和皮棉产量分别提高10%～20%和10%～24%。Dong等[32] 报道2个种植年度里有1个年度施氮（N 0、240kg·hm-2） 和施钾（K2O 0、150kg·hm-2）对皮棉产量产生了互作效应，2个种植年度施钾皮棉产量均显著高于不施钾。本试验是在施氮量相同的条件下，2个年度土壤速效钾含量95.5、122.6、154.1mg·kg-1 籽棉产量均显著高于土壤速效钾含量71.1mg·kg-1，显示了土壤速效钾的增产作用，但土壤速效钾含量与氮肥形态之间未产生显著的互作效应，可能与氮肥用量较大有关。
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4 结论
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在施氮总量一致、氮肥基肥和初花期追肥各半条件下，土壤速效钾含量显著影响了棉花单株干物质质量、单株成铃数和单株籽棉产量，但对单铃重无显著影响，棉花单株干物质质量、单株成铃数和单株籽棉产量均随土壤速效钾含量的增加呈开口向下的二次曲线增加，初花期追施硫酸铵和硝酸钙对棉花单株干物质质量、单株成铃数、单铃重和单株籽棉产量均无显著影响。土壤速效钾含量、初花期追施硫酸铵和硝酸钙对棉花干物质质量、单株成铃数、单铃重和单株籽棉产量的交互作用不显著。
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摘要
盆栽试验于 2017 ～ 2018 年进行，研究不同土壤速效钾含量条件下，初花期追施铵态氮肥和硝态氮肥对棉花生长发育和产量的影响。试验采用裂区设计，主区为 6 种不同速效钾含量土壤（71.1、79.7、86.8、95.5、 122.6、154.1 mg·kg-1），副区为初花期追施 2 种相同有效含量的不同形态氮肥（硫酸铵和硝酸钙）。结果表明，2 个年度，土壤速效钾含量均显著影响了棉花单株干物质质量、成铃数和籽棉产量，但对单铃重无显著影响，棉花单株干物质质量、成铃数和籽棉产量均随土壤速效钾含量的增加呈开口向下的二次曲线增加；初花期追施硫酸铵和硝酸钙对棉花单株干物质质量、成铃数、单铃重和单株籽棉产量均影响不显著，2017 和 2018 年初花期追施硝酸钙比追施硫酸铵单株籽棉产量分别高 5.6% 和 1.9%。土壤速效钾含量和初花期追施硫酸铵和硝酸钙对棉花单株干物质质量、成铃数、单铃重和单株籽棉产量的交互作用均未达到显著水平。本研究结果为不同土壤钾肥力条件下氮肥的合理施用提供了理论依据。
Abstract
Pot experiment was carried out in 2017 ～ 2018 to study the effects of topdressing ammonium nitrogen fertilizer and nitrate nitrogen fertilizer at initial flowering stage on growth and yield of cotton under six soils with different available potassium content（71.1，79.7，86.8，95.5，122.6，154.1 mg·kg-1）．A split-plot design was used in the experiment with the main plots assigned to soil available potassium contents，and the subplots to topdressing nitrogen（N）fertilizer （ammonium sulfate and calcium nitrate）under the equal N conditions at initial flowering stage．The results showed that soil available potassium content significantly affected dry matter weight，the number of bolls and seed cotton yield of single cotton plant in two years，but had no significant effects on single boll weight．Dry matter weight，the number of bolls and seed cotton yield of single cotton plant increased in opening downward quadratic curve with the increase of soil available potassium content．The effects of topdressing ammonium sulfate and calcium nitrate at initial flowering stage on dry matter weight，the number of bolls，boll weight and seed cotton yield of single cotton plant were not significant．The seed cotton yield of single cotton plant for topdressing calcium nitrate at initial flowering stage in 2017 and 2018 was 5.6 % and 1.9 % higher than that of topdressing ammonium sulfate，respectively．There were no significant interactions between soil available potassium content and topdressing calcium nitrate and ammonium sulfate at initial flowering stage on dry matter weight，the number of boll，boll weight and seed cotton yield of single cotton plant in two years．The results provided a theoretical basis for rational application of N fertilizer of cotton under different soil potassium fertility conditions.