摘要【目的】研究棉花苗期主要生長發(fā)育性狀對土壤速效鉀水平的響應(yīng)，為制訂棉田土壤速效鉀評價指標(biāo)提供依據(jù)。【方法】以中棉所100為供試品種，采用長0.8m、寬0.58m、深0.44m的塑料箱，每箱裝土240kg，通過添加鉀肥設(shè)置68.1、77.4、93.3、104.2、122.9、130.9、142.4、171.1mg·kg^-1"8個速效鉀水平土壤（分別以K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8表示）。在棉花1葉、3葉、5葉、7葉和蕾期5個時間進行取樣，測定棉株農(nóng)藝性狀、干物重、全鉀含量、光合指標(biāo)等?！窘Y(jié)果】1葉期，不同土壤速效鉀水平間棉花株高、莖粗無顯著差異；3葉期、5葉期、7葉期和現(xiàn)蕾期，棉花株高和莖粗均呈現(xiàn)隨土壤速效鉀水平提高而增加的趨勢；土壤速效鉀分別達到K4和K5水平時，棉花株高和莖粗基本趨于穩(wěn)定。綜合各時期來看，。K5及以上處理的葉面積、干物重顯著高于其他處理，但這些處理之間無顯著差異。蕾期時，各處理棉株功能葉片的E、Ci、Gs、SPAD等值對土壤鉀水平無顯著響應(yīng)。Pn方面，K7顯著優(yōu)于K2與K3?！窘Y(jié)論】當(dāng)土壤速效鉀水平高于123mg·kg^-1時，能夠促進棉株苗期養(yǎng)分吸收和干物質(zhì)積累，促進棉株莖稈生長，葉面積增大，使棉花苗期的生長發(fā)育進程加快，有利于棉花從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞棉花；苗期；土壤速效鉀；生長發(fā)育

0引言

【研究意義】棉花是我國主要的經(jīng)濟作物，棉花產(chǎn)業(yè)也是我國重要的經(jīng)濟支柱^{[1， 2]}。鉀是植物生長必需的營養(yǎng)元素之一，植物所獲取鉀營養(yǎng)主要來自于天然的土壤礦物質(zhì)，在土壤無法滿足植物對鉀的需求時，需要外補充鉀^[3]。基于土壤速效養(yǎng)分進行合理施肥，可以提升肥料利用率與經(jīng)濟效益^[4]。研究棉花的生長發(fā)育及鉀素吸收對土壤速效鉀水平的響應(yīng)，以此確定苗期棉花適宜的土壤速效鉀指標(biāo)及施鉀效益，具有重要的理論及實踐意義?！厩叭搜芯窟M展】張素菲等確立了河南省棉的田土壤速效鉀分級評價指標(biāo)，土壤速效鉀含量＜80mg·kg^-1時為嚴(yán)重缺鉀、80-110mg·kg^-1為缺鉀、110-125mg·kg^-1為潛在缺鉀、125-140mg·kg^-1為富鉀、＞140mg·kg^-1為極富鉀。對應(yīng)的施用鉀肥措施為必需、注意、酌情以及無需施用^[5]。鉀營養(yǎng)對植物的光呼吸、光合作用、生長及產(chǎn)量都有著顯著的影響。鉀在植物的很多生理生化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如氣孔開閉、滲透勢調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)合成等代謝過程中的作用，同時也對植物酶的激活、光合作用、養(yǎng)分分配和滲透調(diào)節(jié)等產(chǎn)生重要影響^[6-9]。子葉期后，缺鉀誘導(dǎo)了microRNA（miRNA）及其蛋白質(zhì)編碼靶標(biāo)的異常表達，棉花的miRNA介導(dǎo)機制抑制了棉花幼苗生長發(fā)育，從而使棉花的光合作用及呼吸作用受阻，影響苗期的根系與分枝發(fā)育^[10]，影響棉苗正常形態(tài)的建成^[11]。缺鉀會限制葉柄韌皮部中蔗糖和氨基酸的運輸，不利于葉片中蔗糖和氨基酸的輸出，造成光合作用受阻^[12]。缺鉀還易導(dǎo)致油菜等作物苗期水分利用效率降低，抗旱能力降低^[13]?！颈狙芯壳腥朦c】土壤速效鉀水平會使棉花表現(xiàn)出不同的農(nóng)藝性狀和生理差異，最終表現(xiàn)為產(chǎn)量及品質(zhì)差異^[14]。適宜的土壤鉀水平可以促進棉花苗期的養(yǎng)分積累，從而避免棉花后期出現(xiàn)早衰、減產(chǎn)和品質(zhì)變劣等^[15]。【擬解決的關(guān)鍵問題】采用微區(qū)試驗的方法，設(shè)置多個土壤速效鉀水平來研究棉花在苗期生長發(fā)育與光合作用的變化情況，確定棉花苗期生長發(fā)育適宜的土壤速效鉀水平，為建立棉田土壤速效鉀評價指標(biāo)提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗概況

本試驗于2022年在河南省安陽縣白璧鎮(zhèn)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所試驗農(nóng)場進行。

供試棉花品種：中棉所100

供試土壤：河沙、壤土

供試肥料：尿素（N46%），磷酸一銨（N11%，P₂O₅44%），硫酸鉀（K₂O51%）

1.2方法

1.2.1試驗設(shè)計

試驗采用微區(qū)試驗，微區(qū)為長0.8m、寬0.58m、深0.44m的塑料箱，面積為0.8m×0.58m=0.464m²，每箱裝土240kg；設(shè)置土壤鉀分別為60、80、100、120、140、160、180、200mg·kg^-1，各處理重復(fù)9次，共72個微區(qū)。塑料箱以長邊南北向排列。棉花南北行向種植，每個箱子種植1行，每行3株。形成株距28cm，行距100cm的試驗種植區(qū)。為達到試驗設(shè)計的土壤速效鉀水平，微區(qū)供試土壤采用大田壤土與河沙各50%混合配制而成，通過加入適量的鉀肥達到相應(yīng)土壤鉀素水平。壤土速效鉀含量為102mg·kg^-1，河沙的速效鉀含量為35mg·kg^-1。各處理所補充的鉀肥用量如表1所示。于2022年4月27日播種前測定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)（表2）。各處理速效鉀實際含量分別為68.1、77.4、93.3、104.2、122.9、130.9、142.4、171.1mg·kg^-1，依次記為K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8。微區(qū)施肥量，按氮肥225 kg N/ ha，40%基施，60%開花期追施；磷肥6 kg P₂O₅"/ha，全部基施。各處理不施鉀肥。施肥方案如表3所示。

1.2.2測定項目

1.2.2.1苗期農(nóng)藝性狀

株高：利用直尺量取子葉節(jié)至生長點的距離。

莖粗：利用游標(biāo)卡尺于子葉節(jié)下部分別于寬向、窄向測量一次莖粗，求取平均值。

單株葉面積： 將所取植株樣葉片均勻平鋪于掃描儀上，掃描的葉片圖片利用葉面積計算軟件計算單株葉面積LAI的值。

1.2.2.2干物質(zhì)

分別在棉花 1葉期（5月23日）、3葉期（5月30日）、5葉期（6月6日）、7葉期（6月15日）、現(xiàn)蕾期（ 6 月 21 日）時取各處理長勢均勻一致的棉株，每處理取4個重復(fù)，每個重復(fù)3株。分離根、莖、葉、生殖器官等部位順序后放入105℃烘箱殺青0.5h后，在70℃下烘干至恒重后稱重。

1.2.2.3棉株全鉀含量。

采集的棉株樣品分部位進行烘干、磨碎、過篩后分別存于自封袋中。采用H₂SO₄－H₂O₂消化，原子吸收分光光度計法測定全鉀含量。其計算公式為：整株鉀含量（ % ） = ∑（ 各部位鉀含量（%）÷100×各部位干物質(zhì)質(zhì)量（g））÷總干物質(zhì)（g）×100。

1.2.2.4棉花生育進程

出苗期為50%棉株子葉完全舒展，現(xiàn)蕾期為50%棉株現(xiàn)蕾。

1.2.2.5棉花功能葉光合特征

采用光合作用分析儀LI－6400 （ LicorInc，USA） 測量棉花頂部第3片功能葉的凈光合速率（ Pn），胞間二氧化碳濃度（ Ci） ，蒸騰速率（ E） 和氣孔導(dǎo)度（ Gs）。每個處理選擇12株具有代表性的棉株進行測量，得出的平均值為該葉片的凈光合速率。測量時間段為09： 00～11： 00。在測量棉花凈光合速率后，使用SPAD－502測量植株功能葉片SPAD值。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用DPS 2021進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用Duncan's新復(fù)極差法進行多重比較，差異顯著水平為0.05（Plt;0.05）。采用Origin 2021進行作圖。

2結(jié)果與分析

2.1棉花農(nóng)藝性狀對土壤鉀素水平的響應(yīng)

2.1.1株高對土壤鉀水平的響應(yīng)

由表4可知，在棉花1葉期至現(xiàn)蕾期，隨著生育階段的推移，各處理株高逐漸增加，各處理株高大致上隨著土壤速效鉀水平的提高而增加。1葉期時，各處理株高無顯著差異。3葉期時，土壤速效鉀水平從K1到K4，株高無顯著增加；K5、K6、K7、K8三個處理的株高均顯著高于K1，其中K8顯著高于K5、K6、K7外的其他處理，K8較K1多42.9%。5葉期時，土壤速效鉀水平從K1到K7，株高無顯著增加；但K8處理株高顯著高于K7以外的其余處理。7葉期時，土壤速效鉀水平從K1到K7，株高也無顯著增加；K8處理株高顯著高K1至K4，但與K5至K7處理無顯著差異。現(xiàn)蕾期，K2至K8處理株高均顯著高于K1，K8較K1多22.3%；土壤速效鉀達到K5后棉花株高不再顯著增加。土壤速效鉀水平提高到K5時，其株高與K8處理差異不顯著，表明影響苗期最終株高的土壤速效鉀臨界值為K5水平。

2.1.2莖粗對土壤鉀水平的響應(yīng)

由表5可知，1葉期，各處理棉株的莖粗無顯著差異，以后4個時期總體上呈現(xiàn)出莖粗隨土壤速效鉀水平的提升而增加的趨勢。在3葉期和現(xiàn)蕾期，土壤速效鉀水平均在達到K5后，莖粗不再出現(xiàn)顯著變化。各時期隨著濃度達到K5處理時增長緩慢，K5與K6、7、8處理差異不顯著。莖粗與株高的的變化規(guī)律較為接近。

2.1.3葉面積對土壤鉀水平的響應(yīng)

由表6可知，1葉期時，各處理單株葉面積無顯著差異。3葉至現(xiàn)蕾期，各處理的葉面積總體上是隨著土壤速效鉀水平增加而增加。棉花3葉期、5葉期、7葉期和現(xiàn)蕾期4個時期，單株葉面積分別在土壤速效鉀水平達到K5、K6、K5、K5后趨于穩(wěn)定，土壤速效鉀水平K5是影響棉花苗期結(jié)束時（現(xiàn)蕾期）單株葉面積大小的臨界值。

2.2棉花干物質(zhì)對土壤鉀水平的響應(yīng)

圖1表明，1葉期時，各處理單株干物重?zé)o顯著差異。3葉期后，隨著土壤速效鉀水平的提高棉株干物重也隨之增加。3葉期時K1、K2處理與其余處理差異顯著，K6、K7處理干物重最高，為0.44g/株，較K1處理多29.4%，但與除K1、K2外的其余處理差異不顯著。5葉期，K1、K2、K3、K4等4個處理干物重較低，差異不顯著；K5、K6、K7、K8處理干物重高，彼此之間差異也不顯著；后四個處理顯著高于前四處理。七葉期時，K8最高，達6.47g/株，較最低處理K1多出30%?，F(xiàn)蕾期，各處理與7葉期的干物質(zhì)積累相似，土壤鉀水平達K5后，無顯著變化。圖2表明，各處理棉株于1葉至5葉期，生長發(fā)育趨勢平緩，干物質(zhì)積累較為均衡。在5葉期后，棉株開始進行快速積累營養(yǎng)物質(zhì)的進程，以K5、K6兩個處理的積累過程最為迅速。

2.3棉株鉀吸收能力對土壤鉀水平的響應(yīng)

1葉期、3葉期、現(xiàn)蕾期棉花全株的全鉀含量分別為0.65%～1.90%、0.84%～1.99%、0.83%～1.9%。從1葉期到現(xiàn)蕾期，各處理間棉株全鉀含量均隨土壤速效鉀水平增加而顯著升高。隨著生育進程的推進，同一處理棉株全鉀含量呈現(xiàn)先增加后緩慢下降的趨勢。在同一時期，K1處理的棉株全鉀含量最低，K8處理的棉株全鉀含量最高，兩者存在顯著差異。其中K5、K6、K7、K8無顯著差異。

2.4生育進程

表7表明，隨著土壤鉀素水平的提升，各處理棉花現(xiàn)蕾時間逐漸提前。最低土壤速效鉀水平K1與最高水平K8的現(xiàn)蕾時間間隔達4天。

2.5功能葉光合特性對土壤鉀水平的響應(yīng)

由表8可知，棉花在進入蕾期的生長階段時，棉株功能葉片的E、Ci、Gs、SPAD等對土壤鉀水平無顯著響應(yīng)。Pn方面，有隨著土壤速效鉀水平的提高而緩慢增加的趨勢。K4、K5、K6、K7、K8效果較好，各處理間無明顯差異。K7顯著優(yōu)于K2與K3，Pn分別多11.4%與12.2%。

3討論

3.1棉花生長發(fā)育對土壤鉀水平的響應(yīng)

土壤鉀素水平可以顯著提高棉花幼苗的株高、莖粗、葉面積等農(nóng)藝指標(biāo)。有研究表明，施鉀肥后，棉花的株高及主莖節(jié)數(shù)出現(xiàn)十分明顯的增加^[16]。隨著土壤速效鉀水平的提高，棉花的農(nóng)藝性狀得到改善。根據(jù)李小梅研究結(jié)果，不同的施鉀水平會對油茶的生長指標(biāo)和生理指標(biāo)產(chǎn)生一定的影響，并且這些指標(biāo)之間存在相關(guān)性^[17]。本研究中，棉苗的株高、莖粗在3葉至7葉期時，土壤速效鉀低水平處理與高水平處理間有著顯著差異，這點與付小勤等、方貴來等研究一致^{[18， 19]}。棉花的生育過程在轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L后，隨著土壤速效鉀水平的提高，苗期棉花的各項生理狀態(tài)雖然大體上呈現(xiàn)出增加的趨勢；但隨著苗期的逐漸結(jié)束發(fā)育到蕾期時，隨著棉株根系吸收鉀素能力增強，這種差異性逐漸減弱，這個時期棉花的株高、莖粗、光合特性等性狀對鉀素水平的響應(yīng)敏感性降低。在本試驗研究條件下，土壤速效鉀水平達到122.9 mg·kg^-1后棉花的單株葉面積增加趨于穩(wěn)定、土壤速效鉀水平達到130.9 mg·kg^-1后棉花的現(xiàn)蕾時間趨于穩(wěn)定。蕾期時，土壤速效鉀170mg·kg^-1處理的棉苗光合特性響應(yīng)較高，但各處理間無顯著差異。有研究顯示，植物對氮、磷和鉀三種營養(yǎng)元素的吸收轉(zhuǎn)運存在一定的互作效應(yīng)^{[20， 21]}。關(guān)于棉花進入蕾期或其他生育階段的生理差異是否與氮磷鉀素之間的互作效應(yīng)有關(guān)，還需開展相關(guān)試驗進行研究。

3.2棉花營養(yǎng)積累對土壤鉀水平的響應(yīng)

研究表明，棉花在苗期對鉀素營養(yǎng)的吸收與最終產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，前期棉花吸收元素營養(yǎng)的能力可以提高棉花的產(chǎn)量及品質(zhì)^[22]。本試驗表明，苗期棉花對鉀素營養(yǎng)的吸收隨著土壤速效鉀呈現(xiàn)顯著差異，這點與靳一南等研究一致^[23]。綜合各時期，K5（122.9mg·kg^-1）及以上的處理能顯著提升作物體內(nèi)的鉀含量與作物干物質(zhì)質(zhì)量，可提升棉花在進入蕾期后的花蕾分化能力^[24]。

4結(jié)論

在本試驗研究條件下，土壤速效鉀水平gt;104 mg·kg^-1，其對棉株苗期光合特性沒有顯著影響。蕾期時，170mg·kg^-1處理的棉苗光合特性響應(yīng)較高，但各處理間無顯著差異。說明棉花在正式開始生殖生長前，土壤鉀水平對棉花的光合特性影響較低，或無影響。

土壤速效鉀水平高于123 mg·kg^-1，能夠促進棉株前期營養(yǎng)吸收和干物質(zhì)積累，莖稈伸長，葉面積增大、促進葉片的形態(tài)特征變化，使棉花苗期的生長發(fā)育進程加快，更快地進入蕾期，有利于棉花從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化。苗期時，雖然棉花對鉀素營養(yǎng)的吸收力強，但高土壤水平間的各項生理指標(biāo)較為接近，說明苗期不應(yīng)過多施用鉀肥，以免造成浪費。

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Response of cotton seedling growth and development to soil available potassium levels

WANG"Chao¹， XU Wenxiu¹， LI Pengcheng²， ZHENG"Cangsong²， SUN"Miao²， FENG"Weina²， SHAO"Jingjing²， DONG"Helin^{2， 3}.

（1.College of Agronomy， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China; 2. National Key Laboratory of Cotton Biological Breeding and Comprehensive Utilization / Institute of Cotton Research， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Anyang，"Henan 455000， China）; 3."Western Agricultural Research Center of the Chinese Academy of Agricultural Sciences， Changji， Xinjiang 831100，"China）

Abstract：【Objective】This study aims"to"investigate response of the main growth and development traits of cotton seedlings to soil available potassium levels in order to provide a basis for formulating evaluation indicators of soil available potassium in cotton fields. 【Method】The variety 100 of the Institute of Cotton Research"was used as the experimental material， plastic boxes with a length of 0.8m， a width of 0.58m， and a depth of 0.44m were used， each box containing 240kg of soil. Eight available potassium levels of soil were set by adding potassium fertilizer， including 68.1， 77. 4， 93.3， 104.2， 122.9， 130.9， 142.4， and 171.1mg · kg^-1"（represented by K1， K2， K3， K4， K5， K6， K7， and K8， respectively）. Sampling was conducted at 5 times during the cotton 1 leaf"stage， 3 leaf"stage， 5 leaf"stage， 7 leaf"stage， and bud stage to determine the agronomic traits， dry matter weight， total potassium content， and photosynthetic indicators of the cotton plant.【Result】During the first leaf stage， there was no significant difference in cotton plant height and stem diameter among different soil available potassium levels; During the 3-leaf"stage， 5-leaf"stage， 7-leaf"stage， and budding stages， the plant height and stem diameter of cotton showed an increasing trend with the increase of soil available potassium levels; When the soil available potassium reached"the levels of K4 and K5， the cotton plant height and stem diameter tended"to stabilize. From a comprehensive perspective of various periods，. The leaf area and dry matter weight of treatments with K5 and above were significantly higher than those of other treatments， but there was no significant difference between these treatments. At the bud stage， the E， Ci， Gs， SPAD values of functional leaves of cotton plants in each treatment showed no significant response to soil potassium levels. In terms of Pn， K7 was significantly superior to K2 and K3.【Conclusion】When the soil available potassium level is higher than 123mg · kg^-1， it can promote the nutrient absorption and dry matter accumulation of cotton seedlings， promote the growth of cotton stems， increase leaf area， accelerate the growth and development process of cotton seedlings， and facilitate the transformation of cotton from nutritional growth to reproductive growth.

Key"words：cotton; seedling stage; soil available potassium; growth and development

基金項目：棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家（CARS-15-11），中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程項目。

Fund Projects： China Agriculture Research System （CARS-15-11）"and the"Innovation Project of Chinese Academy of Agricultural Sciences.

作者簡介：王超（1996-），男，云南人。在讀研究生，研究方向為棉花高產(chǎn)栽培。E-mail：1078697960@qq.com

通訊作者：董合林（1964-），研究員。研究方向為棉花營養(yǎng)生理與高效施肥技術(shù)，E-mail：donghl668@sina.com

邵晶晶（1995-），助理研究員。研究方向為棉花營養(yǎng)生理與高效施肥技術(shù)，E-mail：shaojing0125@163.com

Author Introduction： WANG"Chao （1996-）， male， from Yunnan"Province."Master candidate who is a"currently pursuing a graduate degree in high-yield cultivation of cotton. Email： 1078697960@qq.com

Correspondence"author： DONG"Helin （1964-）， researcher. research direction： cotton nutritional physiology and efficient fertilization technology， email： donghl668@sina.com

SHAO"Jingjing （1995-）， assistant researcher. research direction： cotton nutritional physiology and efficient fertilization technology， email： shaojing0125@163.com