不同施肥模式對新疆棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

李建剛+張衛(wèi)國+李東方+李榮霞+董元華

摘要：針對新疆棉花施肥方式中存在的不足，對新疆建設兵團農(nóng)場棉花施肥方式進行優(yōu)化，檢驗優(yōu)化施肥方式對土壤養(yǎng)分、棉花生長、病害發(fā)生率、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：2種優(yōu)化施肥模式均能增加土壤中的速效氮、磷、鉀養(yǎng)分，促進棉花生育期提前；優(yōu)化施肥2能夠使棉花的吐絮期提前5 d，還能促進單株結(jié)鈴數(shù)和伏前桃增加；經(jīng)過優(yōu)化施肥處理后，棉花黃萎病的發(fā)病率明顯降低，其中優(yōu)化施肥1對棉花黃萎病的防效為39.57%，優(yōu)化施肥2的防效高達60.96%；優(yōu)化施肥方式能夠提高皮棉產(chǎn)量，其中優(yōu)化施肥1增產(chǎn)5.0%，而優(yōu)化施肥2增產(chǎn)率可達119%；同時纖維的品質(zhì)也有了顯著的提高。這為克服棉花連作障礙提供了技術手段，同時對促進新疆棉花生產(chǎn)具有重要的指導意義。

關鍵詞：棉花；優(yōu)化施肥；棉花黃萎病；棉花產(chǎn)量；纖維品質(zhì)

中圖分類號：S562.06文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）02-0055-04

收稿日期：2013-07-10

基金項目：新疆生產(chǎn)建設兵團博士資金（編號：2010JC03）；中國科學院院地合作項目（編號：XBXJ-2011-045）。

作者簡介：李建剛（1979—），男，河北張北人，博士，助理研究員，主要從事礦質(zhì)養(yǎng)分與植物土傳病害研究。E-mail：jgli@issas.ac.cn。

通信作者：董元華（1964—），男，湖北恩施人，博士，研究員，主要從事土壤生態(tài)與污染生態(tài)研究。E-mail：yhdong@issas.ac.cn。新疆是我國棉花的重要產(chǎn)區(qū)，憑借其優(yōu)越的地域優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)政策，經(jīng)過20多年的發(fā)展已成為我國最主要的棉花生產(chǎn)和加工區(qū)域。新疆棉花產(chǎn)量多年來保持全國第一，占全國棉花產(chǎn)量的30% 以上，世界棉花產(chǎn)量的10% 左右。據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計局統(tǒng)計，與2011年相比，2012年棉花播種面積 172.08萬hm2，增長5.1%；棉花產(chǎn)量3.54×109 kg，增長222%；在自治區(qū)重點監(jiān)測的產(chǎn)業(yè)中，紡織工業(yè)總產(chǎn)值40.30億元，增長15.1%。棉花主產(chǎn)縣市財政收入中約60%來自棉花產(chǎn)業(yè)，目前棉花產(chǎn)業(yè)已成為新疆農(nóng)民增收的主要途徑和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，棉花市場行情直接關系新疆經(jīng)濟的發(fā)展[1]。

近年來，在新疆地區(qū)棉花種植面積不斷擴張的過程中，由于棉花種植比例大，換茬輪作困難，棉花連作已成為新疆綠洲棉區(qū)的主要耕作方式，連作問題也日益突出。棉花的產(chǎn)量、品質(zhì)受到嚴重的影響，土壤生態(tài)環(huán)境遭到破壞，土壤退化嚴重，同時多年連作也致使棉花的病蟲害加劇，快速蔓延[2]。梁智等對新疆長絨棉產(chǎn)區(qū)（阿克蘇棉區(qū)）進行了調(diào)查，棉花連作面積占73.10%，連作棉田中，連作1～5年、6～8年、9～12年、13年以上的棉田分別占棉花連作總面積的11.70%、2015%、31.65%、9.60%；輪作棉田籽棉產(chǎn)量平均 4 150 kg/hm2，連作1～5年的籽棉產(chǎn)量平均 4 060 kg/hm2，基本不減產(chǎn)，連作6～8年的棉田籽棉減產(chǎn)4.7%～9.5%，連作9～12年的棉田籽棉減產(chǎn)13.4%～27.8%，連作13年以上的棉田籽棉減產(chǎn)331%～46.8%[3]。

連作障礙的機理是十分復雜的問題，是作物與土壤系統(tǒng)內(nèi)部諸多因素綜合作用結(jié)果的外觀表現(xiàn)，主要包括生物和非生物因素[4-10]。新疆棉花連作栽培中，由于施肥、灌溉、耕作技術長期一致，并且隨著新疆棉花生產(chǎn)水平和棉農(nóng)收入的提高，施肥量也在不斷增加，導致土壤板結(jié)、土壤次生鹽漬化、有機肥用量不夠、土壤緩沖性差，植株易發(fā)生死苗、缺株等現(xiàn)象，土壤團粒結(jié)構被破壞，施用化學肥料單一，肥料投入嚴重不平衡，很少施用鉀肥，肥效遞減的問題日益突出，并且肥料不合理施用帶來的后果愈發(fā)嚴重[1]。

針對新疆棉區(qū)存在的嚴重連作障礙問題，本研究擬通過合理的平衡施肥技術探索其對新疆棉花生產(chǎn)中產(chǎn)量、品質(zhì)的提高以及對連作土壤的修復作用，以期為當?shù)孛藁ㄉa(chǎn)從施肥方面提供理論及技術指導。

1材料與方法

1.1試驗設計

本試驗在新疆五家渠市農(nóng)六師農(nóng)業(yè)科學研究所的101團農(nóng)場棉花種植基地進行。試驗地選擇連續(xù)多年種植棉花且黃萎病較重的地塊，試驗品種為新陸早42 號。試驗設計3個處理，分別是當?shù)厥┓?、?yōu)化施肥1（即在當?shù)厥┓驶A上增加多元素礦質(zhì)養(yǎng)分調(diào)理劑）、優(yōu)化施肥2（在優(yōu)化施肥1的基礎上通過葉面噴施補充中微量營養(yǎng)元素）。每個處理3次重復，每個小區(qū)面積為189 m2，隨機排列。

棉花施肥分為基肥和追肥，各處理的具體施肥方式見表1。各小區(qū)施肥嚴格按要求實施，各處理間栽培管理措施一致，棉花各小區(qū)單收計產(chǎn)。表1不同處理的棉花施肥方式

滴灌專用肥600 kg/hm2，分別于現(xiàn)蕾期、開花期、結(jié)鈴期和吐絮期追施，每次120 kg/hm2優(yōu)化施肥1450 kg/hm2 多元素復合養(yǎng)分肥料，225 kg/hm2 二胺，150 kg/hm2 尿素追肥同上優(yōu)化施肥2

450 kg/hm2 多元素復合養(yǎng)分肥料，225 kg/hm2二胺，150 kg/hm2尿素600 kg/hm2滴灌專用肥，施用方式同上，并在在苗期、現(xiàn)蕾、盛花和結(jié)鈴期各噴施450 g/hm2植物營養(yǎng)素注：棉花滴灌專用肥總養(yǎng)分≥48%；N、P2O5、K2O含量分別為36%、4%、8%；植物營養(yǎng)素由中國科學院海洋研究所研制；多元素復合養(yǎng)分肥料組成為：有效硅42%、氧化鉀8%、鎂3%、鈣8%、硫10%。

1.2土壤理化性質(zhì)測定

在每個小區(qū)內(nèi)沿S形路線隨機選取 5 點，采表層土樣（0～20 cm）后充分混勻，制成混合樣品。樣品經(jīng)風干后，分別過 1 mm孔篩備用。土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀的測定均采用常規(guī)農(nóng)化分析方法[11]。

1.3棉花測定項目和方法

在棉花生長期間進行了生育期調(diào)查，并且每小區(qū)取10 株在田間進行了株高、始果枝節(jié)位、始果節(jié)高度、果枝臺數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)和伏前桃的調(diào)查統(tǒng)計，并在室內(nèi)測定了單鈴重和衣分等與產(chǎn)量相關的指標。采用HVI 900 測試系統(tǒng)測量纖維長度、纖維整齊度、比強度、麥克隆值、黃度等棉花品質(zhì)指數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)分析

不同處理間的平均值、標準差以及檢驗顯著性差用Excel 2003 和SPSS 16.0 軟件進行分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同施肥方式對土壤理化性質(zhì)的影響

分析不同處理條件下土壤的化學性質(zhì)，施肥方式對土壤 pH值及養(yǎng)分含量有影響，但大部分無顯著差異（表2）。優(yōu)化施肥2處理能夠降低土壤的pH值，從當?shù)厥┓实?.15 降低到7.76。在對土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的作用方面，優(yōu)化施肥模式對土壤中全量養(yǎng)分的影響不明顯，主要體現(xiàn)在速效養(yǎng)分的改變方面。和當?shù)厥┓氏啾?，?yōu)化施肥1能夠提高土壤中硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀的含量，而優(yōu)化施肥2能夠同時增加土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀的含量，且增加幅度要大于優(yōu)化施肥1（表2）。表2不同施肥方式對土壤養(yǎng)分的影響

2.2不同施肥方式對棉花生育期的影響

各處理中，棉花從播種到吐絮大約需要120 d，但是不同處理對棉花生育期的影響存在差異，并且該差異在棉花生長后期變得更加明顯（圖1）。這是因為在棉花生長前期，雖然2種優(yōu)化施肥方式都對縮短棉花各個生育有一定的作用，但是處理之間并沒有顯示出顯著差異；但是到了后期，在相同的顯著性水平上，不同處理間的差異性得以顯示。并且效果最好的是對土壤和植物雙重施肥的優(yōu)化施肥2，其吐絮期為播種后121 d，而優(yōu)化施肥1中的吐絮期為123 d，與當?shù)厥┓氏啾?，分別提前了5 d和2 d，這對棉花的提前采收有著重要的作用。因為新疆在棉花收獲季節(jié)溫度較低，容易遭受霜凍，如果能夠提早采摘，對增產(chǎn)和提質(zhì)具有重要的意義。

2.3不同施肥處理對棉花生長的影響

棉花生長性狀調(diào)查結(jié)果表明，不同施肥處理中棉株生長的株高、始果枝節(jié)位及棉桃個數(shù)等參數(shù)具有不同的變化，與當?shù)厥┓氏啾?，?yōu)化施肥的2個處理均能不同程度地促進棉花的生長和增加每株的結(jié)鈴個數(shù)，但各處理間差異不顯著。優(yōu)化施肥1、優(yōu)化施肥2能夠分別增加單株結(jié)鈴數(shù)0.2、0.6個（表3）。這對總體產(chǎn)量的增加具有舉足輕重的作用。表3不同施肥處理對棉花生長的影響

2.4不同施肥處理對棉花黃萎病的防治效果

棉花黃萎病是威脅棉花生產(chǎn)的重要病害之一，可以極大地引起棉花減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。本研究結(jié)果表明：不同的優(yōu)化施肥處理可以有效降低黃萎病的發(fā)病率，對黃萎病具有顯著的防治效果，其中優(yōu)化施肥1的防效為39.57%，而優(yōu)化施肥2的防效高達60.96%（圖2）。

2.5不同施肥處理對棉花產(chǎn)量的影響

對不同施肥處理中產(chǎn)量性狀及具體產(chǎn)量的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，2種優(yōu)化施肥均可以提高產(chǎn)量相關性狀的表現(xiàn)。優(yōu)化施肥2能夠顯著地增加棉株單鈴重量，從4.8 g增加到 6.3 g；皮棉和籽棉產(chǎn)量也有所增加，優(yōu)化施肥1和優(yōu)化施肥2皮棉產(chǎn)量分別增加5.0%、11.9%，增產(chǎn)幅度顯著（表4）。

2.6不同施肥處理對棉花品質(zhì)的影響

麥克隆值、整齊度和絨長等指標是衡量棉花纖維品質(zhì)的重要參數(shù)。棉花纖維品質(zhì)分析結(jié)果表明，2種優(yōu)化施肥均能不同程度地提升纖維品質(zhì)，并且優(yōu)化施肥2的效果更好（表5）。麥克隆值是衡量棉花透氣性的參數(shù)，當?shù)厥┓侍幚睇溈寺≈禐?.6，按照國家棉花分級標準為3級，優(yōu)化施肥1為2級，而優(yōu)化施肥2為1級。另外，經(jīng)過優(yōu)化施肥處理以后絨長和比強度增加明顯，黃度降低，有利于工業(yè)紡紗使用。表5各處理對棉花纖維品質(zhì)的影響

3討論

近年來，隨著政府對發(fā)展棉花產(chǎn)業(yè)的重視和棉花種植經(jīng)濟收益的增加，棉農(nóng)在生產(chǎn)中加大了科技和物質(zhì)投入，棉花單產(chǎn)、總產(chǎn)水平顯著提高[12]。其中，為了追求棉花產(chǎn)量的增加，棉農(nóng)不惜大量使用化肥，有的已經(jīng)超過棉花生長所需，因此出現(xiàn)了諸多養(yǎng)分運籌不合理帶來的問題，如土壤養(yǎng)分失調(diào)、植株生長不旺、產(chǎn)量和品質(zhì)下降、植物病蟲害加重等問題[13]。眾多研究結(jié)果表明，肥料運籌能夠有效提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[14-15]。但是如何對棉花合理施肥，最終達到高產(chǎn)、高效和優(yōu)質(zhì)，是目前新疆棉花生產(chǎn)需要解決的技術難點[12，16]。

本研究在總結(jié)目前新疆棉花生產(chǎn)中施肥方法不合理的基礎上，對施肥方式進行優(yōu)化，以檢驗不同的優(yōu)化施肥模式對棉花生長、產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在目前棉花生產(chǎn)的過程中施入了大量的氮、磷、鉀養(yǎng)分，而缺少中微量元素的投入，加上同一地塊多年連作，必然會造成養(yǎng)分元素之間的不平衡，從而導致一系列問題?；诖?，我們設計了2種優(yōu)化施肥模式，分別在基肥和追肥的過程中通過添加多元素復合養(yǎng)分肥料和葉面肥追肥對土壤和植物進行中微量元素的補充，結(jié)果表明對當?shù)孛藁ǖ纳a(chǎn)具有很大益處。

通過對棉花生育期的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化施肥處理對生育期的影響主要體現(xiàn)在棉花生長的中后期，與對照相比，優(yōu)化施肥1、優(yōu)化施肥2的吐絮期分別提前了2、5 d，這對棉花的提前采收、防止棉花遭受凍害有著重大的作用。這可能和優(yōu)化施肥模式促進土壤速效養(yǎng)分的增加有著直接的聯(lián)系，因為土壤中速效養(yǎng)分含量的提高有助于植物對營養(yǎng)的吸收利用，同時優(yōu)化施肥2土壤的pH值從對照的8.15下降到7.76，這也有利于棉花的健康生長，因為棉花雖然耐堿，但其最適的pH值是7.0～8.0。本研究結(jié)果還表明不同的施肥方式能夠影響棉花黃萎病的發(fā)生率，其原因可能是不同施肥方式下植物生長的健康狀態(tài)具有區(qū)別，而添加了中微量養(yǎng)分的處理能夠促進植物的健康生長，從而提高了對病原菌的防御能力。另外，土壤中的養(yǎng)分構成也會影響土壤的微生態(tài)環(huán)境，改變病原菌與有益微生物的結(jié)構組成，而抑制棉花黃萎病菌對寄主植物的危害[17-18]。產(chǎn)量是棉花栽培最重要也是棉農(nóng)最關心的結(jié)果，本研究結(jié)果表明優(yōu)化施肥1能使皮棉增加了50%，優(yōu)化施肥2中皮棉增加了119%，增產(chǎn)效果顯著。新疆的棉花種植面積占世界的10%，按照本研究的增產(chǎn)幅度，優(yōu)化施肥方式將對新疆以及我國其他棉花產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)具有很大的指導作用及實際應用價值。除了產(chǎn)量，品質(zhì)性狀也是棉花生產(chǎn)中很重要的參數(shù)，纖維的麥克隆值、整齊度、絨長和比強度等指標與棉花的商品價值具有直接關系。本研究所設計的優(yōu)化施肥模式能夠顯著提高棉花的品質(zhì)，為棉農(nóng)經(jīng)濟效益的增加帶來了益處。

在本研究所設計的3個處理中，根據(jù)最終的統(tǒng)計結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)對棉花生產(chǎn)有益效果從高到低依次是：優(yōu)化施肥2>優(yōu)化施肥1>當?shù)厥┓?，這主要是因為3種施肥方法所用的肥料組合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，優(yōu)化施肥1比當?shù)厥┓识嗔斯腆w的礦質(zhì)養(yǎng)分元素（多元素復合養(yǎng)分肥料），而優(yōu)化施肥2又比優(yōu)化施肥1多了1種葉面肥，并且葉面肥更利于植物的吸收。這和新疆本地土壤養(yǎng)分特性是有關系的。因為土壤氮素是新疆棉花高產(chǎn)的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤鉀素是新疆特別是南疆地區(qū)棉花高產(chǎn)的限制因子或潛在限制因子，而通過優(yōu)化施肥可以有效增加土壤中的速效養(yǎng)分，有助于棉花對營養(yǎng)的吸收，從而促進其生長。在微量元素方面，土壤鋅作為棉花高產(chǎn)的限制因子具有一定的普遍性，土壤錳、硼作為棉花高產(chǎn)的潛在限制因子各地表現(xiàn)不一，主要受土壤有效錳、硼含量影響[16]，這些元素是在當?shù)厥┓侍幚淼呐浞街袥]有添加的，在優(yōu)化施肥中所用的針對土壤及植物的肥料中均有添加，所以我們所設計的施肥方式能夠活化土壤中的大量元素、彌補土壤中被植物帶走而沒有及時補充的微量元素，進而維護土壤養(yǎng)分的平衡；而在施肥方式上，是通過易于植物吸收葉面施肥的方法，能夠及時提供植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)，并且比較節(jié)省勞動力。

綜上所述，我們建議棉花施肥時要在基肥中添加中微量元素礦物肥，并在后期的追肥過程中通過葉面施肥的方式及時補充有效養(yǎng)分。這樣有助于棉花產(chǎn)量的增加和品質(zhì)的提升，并能提早采收，避免凍害，同時能夠降低土壤pH值，防止土壤進一步鹽堿化，對促進土地資源的持續(xù)利用和保護生態(tài) 具有重要的意義。

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在本研究所設計的3個處理中，根據(jù)最終的統(tǒng)計結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)對棉花生產(chǎn)有益效果從高到低依次是：優(yōu)化施肥2>優(yōu)化施肥1>當?shù)厥┓?，這主要是因為3種施肥方法所用的肥料組合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，優(yōu)化施肥1比當?shù)厥┓识嗔斯腆w的礦質(zhì)養(yǎng)分元素（多元素復合養(yǎng)分肥料），而優(yōu)化施肥2又比優(yōu)化施肥1多了1種葉面肥，并且葉面肥更利于植物的吸收。這和新疆本地土壤養(yǎng)分特性是有關系的。因為土壤氮素是新疆棉花高產(chǎn)的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤鉀素是新疆特別是南疆地區(qū)棉花高產(chǎn)的限制因子或潛在限制因子，而通過優(yōu)化施肥可以有效增加土壤中的速效養(yǎng)分，有助于棉花對營養(yǎng)的吸收，從而促進其生長。在微量元素方面，土壤鋅作為棉花高產(chǎn)的限制因子具有一定的普遍性，土壤錳、硼作為棉花高產(chǎn)的潛在限制因子各地表現(xiàn)不一，主要受土壤有效錳、硼含量影響[16]，這些元素是在當?shù)厥┓侍幚淼呐浞街袥]有添加的，在優(yōu)化施肥中所用的針對土壤及植物的肥料中均有添加，所以我們所設計的施肥方式能夠活化土壤中的大量元素、彌補土壤中被植物帶走而沒有及時補充的微量元素，進而維護土壤養(yǎng)分的平衡；而在施肥方式上，是通過易于植物吸收葉面施肥的方法，能夠及時提供植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)，并且比較節(jié)省勞動力。

綜上所述，我們建議棉花施肥時要在基肥中添加中微量元素礦物肥，并在后期的追肥過程中通過葉面施肥的方式及時補充有效養(yǎng)分。這樣有助于棉花產(chǎn)量的增加和品質(zhì)的提升，并能提早采收，避免凍害，同時能夠降低土壤pH值，防止土壤進一步鹽堿化，對促進土地資源的持續(xù)利用和保護生態(tài) 具有重要的意義。

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在本研究所設計的3個處理中，根據(jù)最終的統(tǒng)計結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)對棉花生產(chǎn)有益效果從高到低依次是：優(yōu)化施肥2>優(yōu)化施肥1>當?shù)厥┓?，這主要是因為3種施肥方法所用的肥料組合配方和施肥的方式不同所致。在配方上，優(yōu)化施肥1比當?shù)厥┓识嗔斯腆w的礦質(zhì)養(yǎng)分元素（多元素復合養(yǎng)分肥料），而優(yōu)化施肥2又比優(yōu)化施肥1多了1種葉面肥，并且葉面肥更利于植物的吸收。這和新疆本地土壤養(yǎng)分特性是有關系的。因為土壤氮素是新疆棉花高產(chǎn)的第一限制因子，土壤磷素是第二限制因子，土壤鉀素是新疆特別是南疆地區(qū)棉花高產(chǎn)的限制因子或潛在限制因子，而通過優(yōu)化施肥可以有效增加土壤中的速效養(yǎng)分，有助于棉花對營養(yǎng)的吸收，從而促進其生長。在微量元素方面，土壤鋅作為棉花高產(chǎn)的限制因子具有一定的普遍性，土壤錳、硼作為棉花高產(chǎn)的潛在限制因子各地表現(xiàn)不一，主要受土壤有效錳、硼含量影響[16]，這些元素是在當?shù)厥┓侍幚淼呐浞街袥]有添加的，在優(yōu)化施肥中所用的針對土壤及植物的肥料中均有添加，所以我們所設計的施肥方式能夠活化土壤中的大量元素、彌補土壤中被植物帶走而沒有及時補充的微量元素，進而維護土壤養(yǎng)分的平衡；而在施肥方式上，是通過易于植物吸收葉面施肥的方法，能夠及時提供植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)，并且比較節(jié)省勞動力。

綜上所述，我們建議棉花施肥時要在基肥中添加中微量元素礦物肥，并在后期的追肥過程中通過葉面施肥的方式及時補充有效養(yǎng)分。這樣有助于棉花產(chǎn)量的增加和品質(zhì)的提升，并能提早采收，避免凍害，同時能夠降低土壤pH值，防止土壤進一步鹽堿化，對促進土地資源的持續(xù)利用和保護生態(tài) 具有重要的意義。

參考文獻：

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