張炎， 姚銀坤，胡 偉， 高 媛， 湯明堯

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091；2. 農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】磷是植物生長發(fā)育必需的大量營養(yǎng)元素之一，以多種方式參與植物體內(nèi)各種生物化學過程，對促進植物的生長發(fā)育和新陳代謝起著重要的作用[1]。依據(jù)棉花生長發(fā)育的需磷規(guī)律，合理施用磷肥，在提高棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)同時，提高磷肥利用率，對實現(xiàn)新疆棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】磷肥能夠增加棉花產(chǎn)量，有利于提高棉纖維品質(zhì)[2-9]。磷在土壤中的擴散系數(shù)小，移動慢，磷肥的當季利用率一般僅為10%～25%，施入土壤中磷肥大部分以不同形態(tài)的磷酸鹽形式殘留于土壤[10]，導致大量未被作物吸收的磷素被土壤固定而累積于土壤[11]。【本研究切入點】磷是新疆棉田土壤的養(yǎng)分限制因子[12]，為提高棉花產(chǎn)量，大量施用磷肥，未被吸收利用的磷素在土壤內(nèi)積累，磷肥當季利用率不斷下降[13,14]。研究施磷對棉花磷素積累、分配、利用及產(chǎn)量的影響。【擬解決的關鍵問題】研究不同施磷量對海島棉和陸地棉2個栽培種各主要生育階段磷養(yǎng)分吸收、積累和分配規(guī)律，分析海島棉和陸地棉對磷素營養(yǎng)的利用特性和磷肥效應，為棉花生產(chǎn)中磷肥的合理施用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

海島棉試驗安排在新疆阿瓦提縣，該縣位于天山南麓，塔克拉瑪干沙漠北緣，氣候干燥，降水量小，蒸發(fā)量大，霜期短，日照長，熱量豐富，晝夜溫差大，夏季炎熱，冬季寒冷，屬溫帶大陸性干旱氣候。年平均降雨量為61.2 mm，年平均蒸發(fā)2 337.4 mm，年均日照時數(shù)2 778 h，≥10℃積溫4 252℃，無霜期206 d。

陸地棉試驗在新疆瑪納斯縣，該縣地處天山北麓中段、準噶爾盆地南緣，具有冬季嚴寒，夏季酷熱，日照充足，干旱少雨等特點，屬溫帶大陸性干旱、半干旱氣候。年平均降水量173.3 mm，年均蒸發(fā)量為1 803.5 mm，年均日照時數(shù)2 886 h，≥10℃的積溫為3 450°C，無霜期172 d。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

供試海島棉品種為新海20號，覆膜種植，1膜4行，株距11 cm，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為50 cm+30 cm+55 cm+30 cm，理論株數(shù)為220 385株/hm2。試驗于4月14日播種，灌溉方式為畦灌，小區(qū)面積33 m2,設4個施磷處理，重復3次，各處理的氮、鉀肥用量和施用方法都相同。4個施磷處理P0、P1、P2、P3的磷肥用量分別為0、70、140、210 kg/hm2，均一次性基施；氮肥總用量225 kg/hm2，其中30%作為基肥，剩余的70%氮肥在棉花蕾期至吐絮期分4次隨水施入，分別以6月24日15%、7月5日25%、7月25日20%，8月12日10%的比例追施；鉀肥總用量70 kg/hm2作基肥一次性施入。試驗前茬為棉花，供試土壤為沙壤質(zhì)潮土，供試肥料：尿素(46% N)，三料磷肥(46% P2O5)，硫酸鉀(33% K2O)。

供試陸地棉品種為297-5，覆膜種植，1膜4行，株距為9 cm，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為32.5 cm+50 cm+32.5 cm+50 cm，理論株數(shù)為269 360株/hm2。試驗于4月14日播種，灌溉方式為膜下滴灌，小區(qū)面積33 m2，設4個施磷處理，重復4次，各處理的氮、鉀肥用量和施用方法都相同。4個處理P0、P1、P2、P3的磷肥用量分別為0、52.5、105、157.5 kg/hm2，均一次性基施；氮肥總用量180 kg/hm2，在棉花蕾期至吐絮期分5次隨水施入，分別于6月20日15%、7月18日35%、8月5日25%、8月22日20%，9月2日5%的比例隨水滴灌追施；鉀肥總用量60 kg/hm2作基肥一次性施入。試驗前茬為小麥，供試土壤為灌耕灰漠土，供試肥料：尿素(46% N)，三料磷肥(46% P2O5)，氯化鉀(60% K2O)。表1

表1 供試土壤基本農(nóng)化性狀Table 1 The basic nutrient condition of experimental soil

1.2.2 樣品采集與測定

1.2.2.1 土壤樣品

在2種棉花施肥播種前，多點采集試驗地0～20 cm耕層土壤，測定土壤基本農(nóng)化性狀。有機質(zhì)用重鉻酸鉀法，全氮用擴散吸收法，速效氮堿解擴散法，速效磷用鉬銻抗比色法，速效鉀用醋酸銨-火焰光度法。

1.2.2.2 棉株生物量

在海島棉、陸地棉的主要生育期苗期、蕾期、花期、盛鈴期、吐絮期，每小區(qū)隨機選取有充分代表性的棉株3株(苗期5株)樣品，在烘箱中以105℃殺青，在80℃下烘干，測定生物量。

1.2.2.3 植株養(yǎng)分

將采集的各生育期棉株樣品按莖、葉、蕾(花、殼)、棉子、纖維等器官分別烘干、稱重、粉碎制樣，測定植株全磷含量，采用鉬銻抗比色法測定。

1.2.2.4 棉花產(chǎn)量

棉花產(chǎn)量以測產(chǎn)方式獲得。測產(chǎn)方法為試驗小區(qū)內(nèi)每隔2株測1株,調(diào)查結(jié)鈴數(shù)，計算全區(qū)株數(shù)、鈴數(shù)及單株結(jié)鈴數(shù)。在棉花吐絮后每小區(qū)分3次采收下、中、上部30、50、20朵完全吐絮棉桃,測定平均單鈴重和衣分,計算棉花產(chǎn)量。

1.2.2.5 磷素利用效率[15]

(1)磷素農(nóng)學利用率(kg/kg)=(施磷區(qū)皮棉產(chǎn)量-不施磷區(qū)皮棉產(chǎn)量)/施磷區(qū)磷肥用量；

(2)磷肥表觀利用率(%)=(施磷區(qū)作物吸磷量-不施磷區(qū)作物吸磷量)×100/施磷量；

(3)磷素偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施磷區(qū)皮棉產(chǎn)量/施磷區(qū)磷肥用量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)使用Excel和DPS統(tǒng)計軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷對棉花各生育期地上部器官磷素的積累與分配的影響

研究表明，海島棉從播種到播種后37 d處于苗期，磷積累量很少；播種后38～67 d的蕾期，營養(yǎng)生長加快，地上部磷積累量比苗期增多5.28～6.22 kg/hm2，且主要集中在葉片,此時葉片中積累的磷量為 3.47～4.28 kg/hm2占地上部磷素總積累量的56.15%～58.48%；播種后68～84 d是營養(yǎng)生長與生殖生長并進的花期，地上部磷積累量比蕾期增10.74～13.37 kg/hm2，尤其是花蕾的磷積累量比蕾期高3.85～5.27 kg/hm2，花蕾中積累的磷占到蕾期地上部磷素總積累量的25.95%～30.93%；播種后85～121 d棉花處于以生殖生長為中心的盛鈴期，棉鈴中的磷素占地上部磷素總積累量的68.51%～71.30%，特別是棉鈴殼內(nèi)磷素積累量為13.80～20.76 kg/hm2，占地上部磷素總積累量的42.64%～47.15%；播種后122～157 d吐絮成熟期，其生殖器官的磷積累量遠大于營養(yǎng)器官，特別是棉籽內(nèi)的磷積累量為25.52～33.91 kg/hm2，平均占地上部器官磷的總積累量56.37%。表2

表2 棉株各生育期地上部器官磷素積累量Table 2 The accumulation of phosphorus (P2O5) at different growth stages of cotton(kg/hm2)

研究表明，陸地棉從播種到播種后45 d的苗期，因棉株幼小對磷的積累量也很少；播種后45～75 d的蕾期，因生長發(fā)育所需其營養(yǎng)生長加快，此時磷的積累量比苗期迅速增加12.75～14.84 kg/hm2，且葉片積累了大部分磷，葉片中的磷量為7.24～8.62 kg/hm2占地上部磷素總積累量的52.90%～57.15%；播種后76～103 d是營養(yǎng)生長與生殖生長并進的花期，增施磷肥處理的棉花積累磷量持續(xù)增加，比蕾期增加3.98～15.37 kg/hm2，尤其是花蕾的磷積累量比蕾期高8.38～12.40 kg/hm2,花蕾的磷積累量占地上部磷素總積累量的48.86%～59.90%；播種后104～139 d棉花處于以生殖生長為中心的盛鈴期，生殖器官中的磷占地上部磷素總積累量的78.82%～81.83%，特別是棉籽內(nèi)的磷積累量為29.16～35.35 kg/hm2，占地上部磷素總積累量的48.84 %～54.24%；播種后139～150 d吐絮成熟期，其生殖器官的磷積累量遠大于營養(yǎng)器官，特別是棉籽的磷積累量為40.76～63.24 kg/hm2，平均占地上部器官磷素總積累量的73.41%。

海島棉和陸地棉在生長發(fā)育全過程對磷素的積累趨勢相似，磷積累量隨增施磷肥用量而增加，吐絮期處理間的磷積累量為P2>P3>P1>P0處理。從各生育期磷的積累量看，陸地棉對磷的吸收量要明顯大于海島棉，這與2個栽培種之間植株個體差異大有關。表2

2.2 不同施磷量對棉花產(chǎn)量構成的影響

研究表明，海島棉不同施磷處理間，棉花單鈴重、衣分差異不顯著，而單株鈴數(shù)和皮棉的產(chǎn)量差異顯著。P2處理的單株鈴數(shù)比其他處理約多0.5個/株，施磷的P1、P2和P3處理的皮棉產(chǎn)量分別比P0處理增加3.50%、11.16%和4.19%。

陸地棉不同施磷處理間，棉花單鈴重差異不顯著、而其單株鈴數(shù)、衣分和皮棉產(chǎn)量差異顯著。P2處理的單株鈴數(shù)比其他處理約多0.6個/株，而且P2處理的衣分也比其他處理增加顯著。增施磷肥的處理P1、P2和P3處理的皮棉產(chǎn)量分別比P0處理增加5.76%、16.00%和2.15%。

海島棉的結(jié)鈴性要強于陸地棉，平均海島棉比陸地棉單株結(jié)鈴數(shù)多3.62個，但海島棉的單鈴重要平均小于陸地棉2.17 g，衣分小于陸地棉5.57個百分點，海島棉的產(chǎn)量水平整體低于陸地棉。表3

表3 不同施磷量下棉花產(chǎn)量構成變化Table 3 Effects of yield components on different phosphorus rate in cotton

2.3 2種棉花的磷肥效應

不同施磷量和對應皮棉產(chǎn)量用一元二次方程擬合出磷肥的效應方程：

海島棉y=-0.007 2x2+1.900 1x+1 335.5 (r=0.855*, n=12，式中y表示皮棉產(chǎn)量，x表示P2O5施用量)。最高產(chǎn)量施磷量為132 kg/hm2，最高產(chǎn)量為1 461 kg/hm2。根據(jù)棉花和磷肥價格，得出經(jīng)濟施P2O5量為118.6 kg/hm2，經(jīng)濟產(chǎn)量為1 460 kg/hm2。

陸地棉y=-0.025 9x2+4.534 2x+1 433.3 (r=0.729 5**，n=16，式中y表示皮棉產(chǎn)量，x表示P2O5施用量)。由磷肥的效應方程求得最高產(chǎn)量施P2O5量為88 kg/hm2，經(jīng)濟施P2O5量為80 kg/hm2，其相對應的最高產(chǎn)量為1 632 kg/hm2和經(jīng)濟產(chǎn)量為1 630 kg/hm2。

2.4 施磷對棉花磷肥利用效率的影響

研究表明，隨著施磷量增加，棉花對磷的吸收增加，其中P2處理增加顯著。海島棉P2處理較P0處理磷吸收增加33.49%，P2處理的農(nóng)學效率和表觀利用率也高于其他施磷處理，分別為1.07 kg/kg和10.78%，偏生產(chǎn)力則隨著施磷量增加而減少，P2處理10.7 kg/kg。陸地棉P2處理較P0處理磷吸收增加53.59%，P2處理的農(nóng)學效率和表觀利用率分別為2.21 kg/kg和28.43%， P2處理偏生產(chǎn)力16.06 kg/kg。陸地棉磷的農(nóng)學利用率、表觀利用率和偏生產(chǎn)力都高于海島棉，這與2種棉花對磷的生理需求差異有關。

由海島棉各試驗處理的皮棉產(chǎn)量和磷吸收量，獲得100 kg皮棉，海島棉需要吸收P2O5約3.25～4.26 kg，平均為3.7 kg。由陸地棉各試驗處理的皮棉產(chǎn)量和磷吸收量，獲得100 kg皮棉需要吸收P2O5約3.44～5.83 kg，平均為4.21 kg。陸地棉較海島棉對磷肥的吸收能力更強。表4

表4 不同施磷處理間的海島棉和陸地棉磷肥利用效率Table 4 The phosphorus utilization efficiency of different phosphorus treatments between Gossypium barbadense L. and Gossypium hirsutum L.

3 討 論

隨棉花的生長發(fā)育，所需養(yǎng)分積累量逐漸增加，且呈現(xiàn)出前期少，中期增多，后期又開始減少的趨勢[16,17]。前期棉株個體小，以營養(yǎng)生長為主，養(yǎng)分積累也較少；中期棉花營養(yǎng)生長與生殖生長并進，養(yǎng)分積累迅速增加；而后期因棉花營養(yǎng)器官的功能逐漸衰弱，導致對養(yǎng)分的吸收量減少，養(yǎng)分累積量也少于生長旺盛時期。這與伍維模等對南疆棉花養(yǎng)分積累的研究結(jié)果相一致[18，19]。

施磷引起處理間棉花單株鈴數(shù)差異是導致產(chǎn)量差異的主要原因[4,6]。胡競良等[20]應用放射性磷的示蹤技術，研究得出棉花脫落蕾鈴比不脫落蕾鈴含32P低得多，說明磷素營養(yǎng)不足時，棉花蕾鈴正常代謝受阻，運往蕾鈴的磷素減少，這是也導致棉花蕾鈴脫落的原因之一。通過增施磷肥，增加了棉花單株鈴數(shù)，也驗證了這一研究結(jié)果。

肥料的表觀利用率、偏生產(chǎn)力都是直接反映施肥與棉花產(chǎn)量關系的重要參數(shù)，但是它們受土壤條件、肥料用量、施肥方法和水肥運籌等諸多因素影響，尤其是肥料的表觀利用率還受營養(yǎng)元素間的交互作用的干擾，而肥料的農(nóng)學利用效率相對來說減少了土壤條件的影響，考慮到作物對養(yǎng)分吸收的生理特性。運用肥料的農(nóng)學利用效率能更準確的推薦施肥與評價肥料效率。2個棉花栽培品種對磷肥利用效率存在顯著差異，由于陸地棉比海島棉對磷肥的吸收特性強，導致比海島棉磷肥農(nóng)學利用率高。

結(jié)合不同棉花栽培種的磷吸收特性、各生育時期對磷積累量的變化規(guī)律，合理調(diào)控水肥方式及用量[21]，以達到即能滿足高產(chǎn)條件下棉花正常生長發(fā)育，又能起到提高磷肥利用效率的效果。

4 結(jié) 論

4.1 海島棉和陸地棉在全生育期的磷積累趨勢相似，呈現(xiàn)出前期積累少且慢，中期快速增加，后期又減少且變緩的“S”型趨勢，磷的積累量隨增施磷肥用量而增加，從各生育期磷的積累量看，陸地棉對磷的吸收量要明顯大于海島棉。吐絮成熟期，生殖器官的磷積累量遠大于營養(yǎng)器官，尤其是棉籽，海島棉平均棉籽內(nèi)的磷積累量占地上部器官磷的總積累量56.37%，陸地棉平均棉籽的磷積累量占地上部器官磷素總積累量的73.41%。

4.2 施磷對棉花增產(chǎn)，主要是由于增加了棉花單株鈴數(shù)。海島棉施磷的P1、P2和P3處理的皮棉產(chǎn)量分別比不施磷的P0處理增加3.50%、11.16%和4.19%；陸地棉增施磷肥的處理P1、P2和P3處理的皮棉產(chǎn)量分別比不施磷的P0處理增加5.76%、16.00%和2.15%。

4.3 海島棉的結(jié)鈴性要強于陸地棉，平均海島棉比陸地棉單株結(jié)鈴數(shù)多3.62個，但海島棉的單鈴重要平均小于陸地棉2.17 g，衣分小于陸地棉5.57個百分點，因此，海島棉的產(chǎn)量水平整體低于陸地棉。

4.4 由一元二次磷肥效應方程：海島棉最高產(chǎn)量施磷量為132 kg/hm2，最高產(chǎn)量為1 461 kg/hm2，經(jīng)濟施P2O5量為118.6 kg/hm2，經(jīng)濟產(chǎn)量為1 460 kg/hm2；陸地棉最高產(chǎn)量施P2O5量為88 kg/hm2，經(jīng)濟施P2O5量為80 kg/hm2，其相對應的最高產(chǎn)量為1 632 kg/hm2，經(jīng)濟產(chǎn)量為1 630 kg/hm2。

4.5 陸地棉磷的農(nóng)學利用率、表觀利用率和偏生產(chǎn)力都高于海島棉。海島棉100 kg皮棉需要吸收P2O5平均為3.7 kg，陸地棉100 kg皮棉需要吸收P2O5平均為4.21 kg，陸地棉較海島棉對磷肥的吸收能力更強。