陈 敏，郑曙峰，徐道青，刘小玲，王 维，李淑英，阚画春

（安徽省农业科学院棉花研究所，合肥230031）

0 引言

世界农业发展面临着既要增加作物产量，又要减小对环境影响的巨大挑战。化肥是作物生产的基础，对作物产量起到重要保障作用，研究表明，化肥对世界粮食增产的贡献率为40%～60%(FAO)。大量研究也表明，施用化肥可以提高粮食单产40%～50%以上[1]，粮食总产量中有1/3是施用化肥的贡献[2]。然而，近年来，由于不合理施用化肥导致肥料效率降低，进而引起了温室气体排放[3]、大气氮沉降增加[4]、土壤酸化[5]和水体富营养化[6]等一系列环境问题[7-8]。

棉花是国内主要的经济作物，也是重要的战略物资。据2019年国家统计局的数据，国内棉花种植面积达到335.2万hm2，产量达到了世界总量的25%。长江中下游棉区是国内重要的三大优质棉区之一。然而由于棉花生产费工费时，相较于其他经济作物生产成本较高，获得经济效益较低，近年来全国植棉面积大幅缩减[9-11]。为更好地获得植棉经济效益，需要通过合理的施肥措施获取最大的肥料效应，减少棉花种植成本。

农业农村部《测土配方施肥技术规范（试行）修订稿》中明确提出了“3414”肥效试验方案，“3414”方案能够快捷准确地给出作物所需的肥料最佳配比和用量，也能够给出最优产量[12-15]，因此被广泛应用于棉花肥效研究中。李飞等[16]在洞庭湖棉区开展了“3414”肥效试验，通过研究制定了当地棉区最适宜的氮磷钾配比和用量。同时也进一步将试验结果应用到新选育出的抗虫杂交棉品种上，获得了较好的试验结果。周少芳等[17]在贵池棉区通过“3414”肥效试验方案确定了适宜当地棉花生产的最佳氮磷钾施用比例。在植棉过程中，依然存在着盲目过量施用肥料的现象，养分元素间配比不合理，氮肥施用过多，磷、钾肥相对较少，会导致棉花产量以及棉纤维品质降低，甚至加重环境污染问题。需要根据棉花生长的需肥规律，探究科学精准施肥，推广应用合理的施肥方式。本研究应用“3414”试验方案，通过田间试验，研究适于当地机采棉的最佳肥料配比和施肥方式，旨在为当地棉花生产、养分高效利用和环境友好提供科学施肥依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018—2019年在安徽省安庆市望江县中国农业科学院棉花研究所长江生态试验站进行。试验地土壤有机质含量为24.6 g/kg，全氮含量为1.81 g/kg，有效磷含量为26.7 mg/kg，速效钾含量为83 mg/kg，有效硼含量为0.75 mg/kg，有效锌含量为1.5 mg/kg。

1.2 试验材料

试验棉花品种为‘中915’，由中国农业科学院棉花研究所提供。供试氮肥为合肥工业大学和安徽省农业科学院棉花研究所合作研制的缓控释包膜尿素(43% N)，磷、钾肥为市场购买的过磷酸钙(12% P2O5)、氯化钾(60% K2O)。

1.3 试验设计与管理

根据“3414”肥效试验方案，本试验处理设置为4个施氮水平、4个施磷水平、4个施钾水平，共计14个处理（表1）。种植密度为90000株/hm2，按机采棉模式种植。4个施肥水平分别为0水平（不施肥）、2水平（当地推荐施肥量）、1水平（2水平施肥量的1/2）、3水平（2水平施肥量的1.5倍）。试验以N0P0K0为对照，设3次重复，按随机区组排列。小区行长10 m，行距76 cm，8行区（一厢2行）。于5月中旬采用直播。试验2水平的氮、磷、钾推荐施肥量分别为N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 120 kg/hm2。氮肥、磷肥、钾肥一次性基施。

表1 不同处理肥料施用量 kg/hm2

1.4 调查指标及数据处理

于9月中旬棉花进行化学打顶后，取样调查叶片SPAD、株高、单株成铃数和果枝数。在棉花吐絮成熟期，正常棉花打顶后，9月15日调查单株成铃、株高和果枝数等，于10月20日前吐絮成熟期每小区收获正常吐絮铃30～50个，样品送至安徽省农业科学院棉花研究所，用于测定单铃重、衣分、棉纤维品质。同时取棉株样进行分解，测定氮磷钾养分含量。按每小区实收产量（去除边行）考察产量。试验数据使用Microsoft Excel 2016和SPSS数据处理系统分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对棉花功能叶叶片SAPD值的影响

图1为棉花盛铃期不同施肥处理主茎倒四叶叶片SAPD值。13个施肥处理SAPD值均高于不施肥处理(CK)，差异达到显著水平。各施肥处理间SAPD值以处理N2P2K1最大，值为54.56，较对照增加了16.9%；N2P2K2次之，为54.18，较对照增加了16.0%。SPAD值同氮肥施用量有一定关系，总的来看，随着施氮量的增加，SPAD呈现先增加后下降的趋势，由此可见，并不是施氮量越高SPAD值越高。氮素施用量在中等水平(150 kg/hm2)较为适宜，可以获得较大的SPAD值，促进棉花的光合吸收。

图1 不同施肥处理对棉花叶片SPAD值的影响

2.2 不同施肥处理对棉花纤维品质的影响

比较不同肥料用量下的棉花各纤维品质指数（表2）可以看出，纤维长度表现为各施肥处理除N0P2K2处理均高于不施肥处理，以处理N2P1K2纤维长度最长，较对照增加了4.89%，差异显著，N2P0K2、N2P2K2次之。观察整齐度指数可知，施肥处理均高于不施肥处理，各处理间差异不显著。断裂比强度除N0P2K2，介于30.03～33.13 cN/tex，各施肥处理均高于对照，以N2P0K2处理最大，较对照提高了10.1%，差异显著；处理N2P2K2次之，较对照提高了5.2%。马克隆值各处理间差异均不显著。纤维伸长率集中在7.07%～7.30%，各施肥处理均高于对照，除处理N2P2K1、N1P2K1均达到显著水平，以处理N2P2K2、N2P1K2伸长率最大。

表2 不同施肥处理对棉花纤维品质的影响

2.3 不同施肥处理对棉花产量及其构成因素的影响

由表3可知，13个施肥处理单株结铃数、单铃重等值均高于不施肥CK。单铃重除处理N0P2K2，均达到显著水平；单铃重最大的是处理N3P2K2，较对照增加了22%；其次为N2P2K2，比对照增加了20%；单铃重施氮量3水平＞2水平＞1水平。单株结铃数以N2P2K2处理最大，N2P2K3次之，高施氮量大于低施氮量。棉花产量构成因素衣分受施肥的影响较小，各处理间差异不显著。不同施肥方案对棉花品种‘中915’皮棉产量影响较大，各施肥处理的皮棉产量为834.83～1443.35 kg/hm2，较对照均有增产，增加幅度为37.9%～138.4%，处理N2P2K2的皮棉产量最高，为1443.35 kg/hm2，比对照显著增加了138.4%。综上所述，N2P2K2处理的产量性状表现最好，分析得出合理的肥料用量有利于提高棉花产量。当氮磷钾均在2施肥水平条件下，‘中915’的皮棉产量最高；相同条件下，其中某一养分施用量降低或提高时，均不利于产量升高，可见施肥过量或不足均不利于‘中915’的增产。

表3 不同施肥处理对棉花产量及其构成因素的影响

2.4 不同施肥处理对单株棉花氮素累积量的影响

不同施肥处理对棉花植株氮累积量影响显著（图2），13个施肥处理棉花单株氮累积量除N0P2K2均显著高于对照，较对照增加37.2%～79.4%，N2P2K2处理氮累积量最高，为 3.30 g/株，显著高于除 N2P3K2、N3P2K2、N2P2K3外的其他各施肥处理。可以看出，适当的施氮量有利于棉株氮素的吸收累积，并随施氮量的增加先增后减。N2P2K2处理的施氮量是根据当地棉田氮素实测数值推荐的，更为合理。氮素过量施用并不能持续增加棉株体内氮素的吸收累积，相反可能会造成无效结铃增多，进而造成氮素损失。由此可见，合理的氮肥运筹有利用棉株对氮素吸收和累积。

图2 不同施肥处理对单株棉花氮累积量的影响

2.5 不同施肥处理对单株棉花磷素累积量的影响

不同施肥处理对棉花磷累积量影响如图3所示。单株棉花磷累积量集中在0.56～0.86 g/株，各施肥处理棉花单株磷累积量显著高于对照，较对照增加8.1%～53.5%，N1P1K2处理的单株棉花磷累积量最大，为0.86 g/株，显著高于其他施肥处理，N2P2K2处理次之。不同施肥处理间单株棉花磷累积量差异较大，无明显趋势规律，可能因为磷吸收受到其他养分协同吸收等因素影响较大。处理N1P1K2和N2P2K2肥料配比对于棉株体内磷素累积较为有利。

图3 不同施肥处理对单株棉花磷累积量的影响

2.6 不同施肥处理对单株棉花钾素累积量的影响

比较不同施肥处理可知，13个施肥处理单株棉花钾累积量均显著高于对照（图4），为2.76～4.19 g/株，高出对照29.9%～97.0%。单株棉花钾累积量以处理N2P2K3最大，为 4.19 g/株，N2P3K2、N2P2K2钾累积量次之，均显著高于其他施肥处理。不同钾素施肥处理间单株棉花钾累积量大致表现为高施钾量大于低施钾量，从图可以看出，钾的吸收累积与氮素有一定关系，这是因为钾有利于氮素代谢和蛋白质的合成，因此在植株氮素吸收量大的情况下，钾的吸收也会随之增加[24]。综合来看，处理 N2P2K3、N2P3K2和 N2P2K2处理有利于棉花对钾的吸收累积，说明这些施肥处理平衡了氮、磷、钾养分，更好地促进了棉花对钾素的吸收利用。

图4 不同施肥处理对单株棉花钾累积量的影响

2.7 肥料效应与施肥量分析

在数据分析软件中，用一元二次方程对单因素氮、磷、钾不同施用量和产量进行方程拟合，进而分析肥料效应，拟合得到了下列肥料效应回归方程。氮肥施用量与产量之间拟合结果是y=-0.0339x2+14.552x+1906(R2=0.9247)，相关系数较高，差异显著，由图5可知，随着氮肥施用量的增加，产量会呈现先增加后减少的趋势，适合本田块最优的施氮量在2水平(150 kg/hm2)，过量的氮肥反而不利于产量的形成。磷肥施用量与产量之间的关系是y=-0.1403x2+18.38x+2850.9(R2=0.8654)（图6），随着磷肥用量的增加呈现先增后减小的趋势，施磷量过大时下降趋势较大，在磷中等水平(75 kg/hm2)得到最大产量，最适宜本棉田土壤养分条件。钾肥施用量与产量之间拟合的方程为y=-0.0399x2+10.109x+2757.3(R2=0.8012)（图7），变化趋势同氮肥、磷肥，当钾施用水平为120 kg/hm2达到最大产量。分析肥料效应可知，氮、磷、钾3种营养元素不同施肥量会对‘中915’籽棉产量产生显著影响，均在中等2水平条件下达到产量的峰值。

图5 氮肥施用量与产量之间的关系

图6 磷肥施用量与产量之间的关系

图7 钾肥施用量与产量之间的关系

3 结论与讨论

氮磷钾养分对于作物的生长发育和产量形成至关重要[18-20]，同时也会影响肥料利用率。通过以往的肥效试验相关研究可知，氮磷钾肥配合施用能够促进棉花植株生长发育，并获得较好的产量构成、与产量建立良好的群体结构[21-22]，本试验得到的数据可以进一步佐证合理的氮磷钾肥料用量配比能够促进棉花植株对相应氮、磷、钾3种营养元素的吸收累积。不同的施肥处理条件下，单株棉花对氮磷钾的吸收累积量13个施肥处理均高于不施肥处理。综合3种养分的累积吸收数据得出，单株棉花植株对氮磷钾养分的吸收表现为氮吸收最大，钾、磷次之，在氮磷钾中等用量水平下，养分吸收最优。说明合理的肥料配比和运筹利于养分吸收。过量的氮素施用会造成棉株的营养生长过剩，棉株徒长，群体过大不利于氮素的高效利用[23-24]。从产量构成因子单株结铃数、单铃重、衣分结果可以看出，与对照不施肥相比，13个施肥处理均有所提高，几乎均在中等施肥水平N2P2K2处理达到最大值。过低和过高的施肥量都不利于棉花的产量构成，无法获得较好的棉花株型生长；棉花品种‘中915’产量对照显著低于各施肥处理，并且在一定施肥水平下，随着肥料用量的增加而增加，超过一定养分用量水平即氮磷钾2水平，呈现下降趋势，由此可见，过量施肥不利于棉花产量提高，反而造成肥料损失浪费，污染环境。晁召飞等[25]也获得了相同的研究结论。在望江棉区种植‘中915’时，氮肥最佳用量150 kg/hm2，磷肥最佳用量75 kg/hm2，钾肥最佳用量120 kg/hm2。

作物的正常生长发育需要适宜的肥料配比与运筹，只有在合理的用量下，才能够使作物获得更好的农艺性状和产量。在棉花生产上，过量的投入肥料以获得高产，造成了肥料浪费，肥料利用率低下，所以现阶段，最紧急的是减肥增效，要根据田块具体的养分含量，给出合理的肥料配比用量和施肥方案，加强田间的各项管理措施。笔者结合当地棉田的养分含量、棉田土壤类型和适宜棉花品种‘中915’，制定的3414肥效试验方案有利于当地棉花的增产和品质提高。然而，作物的生长受到多种因素的综合影响，不同的植棉区域、气候土壤因素、棉花品种和施肥措施都会影响作物的养分吸收、产量形成和肥料利用率，所以在研究上还需要进一步加深，以实现棉花真正的减肥增效。