楊修一，于起慶，耿計彪，楊玉坤，王 嘉，劉前進

（山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室，臨沂大學資源環(huán)境學院/農(nóng)林科學學院，山東臨沂 276000）

鉀是影響棉花纖維品質和產(chǎn)量的主要元素，合理施用鉀肥可增加葉片葉綠素，促進光合作用，提升棉花產(chǎn)量，改善纖維品質[1-2]。但是我國鉀資源貧乏，且鉀肥利用率僅為21.12%～35.19%[3-4]；隨著棉花品種改善和氮磷肥大量施用，棉株對土壤鉀素的吸收量逐漸增加，導致部分地區(qū)鉀素耗竭日趨嚴重，缺鉀土壤面積不斷增加[5]，因缺鉀導致的早衰已成為我國棉花高產(chǎn)的主要限制因子。研究[6]表明，棉花鉀素吸收高峰出現(xiàn)在初花期至吐絮期階段，而一次性施入鉀肥很難與其需鉀規(guī)律相吻合，造成鉀素損失。多次施用鉀肥可增加棉花產(chǎn)量，但追肥不僅對棉花造成機械損傷，又增加用工成本，降低植棉效益[7]。因此，具有簡化施肥、提高鉀素利用率的新型包膜鉀肥是解決上述問題的重要途徑[8-9]。

棉花具無限生長特性，平衡庫源關系是棉株正常生長的保證?？s節(jié)胺（Mepiquat chloride，MC）具有低毒、易溶水的特點，可塑造理想株型和群體結構，通過抑制營養(yǎng)生長，省去傳統(tǒng)整枝操作，節(jié)約大量勞力[10]，在世界植棉國中廣泛應用。MC可經(jīng)葉片或根部吸收，但根部施用的量和時間不易控制且施用工序較復雜，故多采用葉面噴施或浸種的形式調節(jié)棉花生長勢[11]。由于MC的有效期為15～20 d，傳統(tǒng)種植模式下，棉花生育期內需噴施3～5次，以優(yōu)化冠層結構[12]。關于縮節(jié)胺的噴施劑量已有較多研究[11，13]，但其適宜用量和施用時間的選擇常因人而異，不利于技術的標準化，也易因把握不當造成減產(chǎn)；并且多次噴施，會增加人工投入?，F(xiàn)階段中國農(nóng)村勞動力大量轉移、勞動力價格持續(xù)上漲，致使生產(chǎn)工序繁多、用工量大的棉花種植面積逐漸下降[14]。為此，本試驗以包膜氯化鉀為載體，利用其緩慢、長期釋放養(yǎng)分的特點，添加適當量的縮節(jié)胺，研究一次性施用包膜含縮節(jié)胺氯化鉀對棉花生長、產(chǎn)量及土壤鉀素的影響。研究結果為實現(xiàn)縮節(jié)胺和鉀素在同一時空條件下的一體化調控提供技術支撐，為棉花高產(chǎn)與輕簡化栽培以及新型多功能性包膜肥料的研發(fā)和推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年4月在山東省沂南縣牛家小河試驗基地（35°7′4″N，118°16′50″E）進行，該地屬溫帶季風氣候，降水集中在7—9月，當年降水量為968 mm，平均溫度14.3 ℃。耕層土壤（0～20 cm）中砂粒含量556.7 g·kg-1，粉粒239.4 g·kg-1，黏粒203.9 g·kg-1，為砂質壤土。供試土壤基本理化性質為：pH 6.35，全氮和有機質含量分別為0.87和6.4 g·kg-1，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效鉀、有效磷分別為54.56、22.59、167.7和36.02 mg·kg-1。

供試肥料包括樹脂包膜含縮節(jié)胺氯化鉀（CRKMC，將氯化鉀粉末倒入圓盤造粒機，把縮節(jié)胺按照比例配成溶液，緩慢噴入氯化鉀粉末內進行造粒，篩選出3～5 mm的顆粒進行烘干，等表面均勻、光滑后進行包膜，包膜材料為環(huán)氧樹脂，包膜厚度4%；成品包膜含縮節(jié)胺氯化鉀中含縮節(jié)胺8 g·kg-1，K2O 531.8 g·kg-1，25 ℃靜水釋放期為四個月），包膜氯化鉀（CRK，含K2O 544.3 g·kg-1，25 ℃靜水釋放期為四個月），兩種包膜鉀肥的包膜工藝和材料一致，普通氯化鉀（KCl，含K2O 570.0 g·kg-1），樹脂包膜控釋尿素（含N 441.0 g·kg-1，25 ℃靜水釋放期四個月）和磷酸二銨（含氮180.0 g·kg-1，含P2O5460.0 g·kg-1）。

1.2 試驗設計

試驗共設五個處理，每個處理重復三次，采用單因素隨機區(qū)組設計，分別為（1）一次基施180 kg·hm-2包膜含縮節(jié)胺氯化鉀（CRKMC）；（2）減少30%鉀素用量的包膜含縮節(jié)胺氯化鉀（70% CRKMC），即一次基施126 kg·hm-2；（3）一次基施180 kg·hm-2普通包膜氯化鉀（CRK）；（4）施用180 kg·hm-2普通氯化鉀（KCl），其中基施60%，初花期追施40%；（5）不施鉀肥作為對照（CK）。小區(qū)面積為30 m2（寬5 m，長6 m），所有氮和磷養(yǎng)分由控釋尿素和磷酸二銨提供，施用量分別為180 kg·hm-2（以N計）和150 kg·hm-2（以P2O5計），先根據(jù)施磷量計算磷酸二銨的用量，然后根據(jù)總施氮量減去磷酸二銨所提供的氮量，確定控釋尿素的施用量，肥料均在播種前一次性基施。處理（3）、（4）和（5）葉面噴施三次縮節(jié)胺（依據(jù)當?shù)厥┯昧晳T），時間分別為蕾期（45 g·hm-2）、初花期（90 g·hm-2）和盛鈴期（120 g·hm-2），各處理均不打頂，其他農(nóng)藝管理措施按照農(nóng)民習慣，且各小區(qū)保持一致。

供試棉花品種為魯棉研 28 號，采用雙壟地膜覆蓋種植，大行距80 cm，小行距60 cm，株間距為35～40 cm，平均種植密度為每公頃48 000株。試驗前制作寬8 cm、長10 cm的尼龍網(wǎng)袋，稱取CRKMC顆粒10 g，裝入網(wǎng)袋中然后封口。在CRKMC處理小區(qū)內，相距播種行一側10 cm處，挖一條深8 cm、寬12 cm的溝，將35個肥料網(wǎng)袋平鋪于溝底，并使網(wǎng)袋中的肥料顆粒均勻散開，覆土至溝平，用以測定CRKMC在田間土壤中的釋放特征。

1.3 樣品采集與測定

2018年4月20日播種，于5月13日（苗期，播種后23 d）、6月8日（蕾期，播種后49 d）、7月7日（盛花期，播種后78 d）、8月4日（盛鈴期，播種后108 d，該期只測株高、莖粗、葉綠素相對含量（SPAD）值，未取土壤樣品）、8月30日（始絮期，播種后132 d）、11月2日（收獲結束，播種后196 d）分別進行樣品的采集和測定。其中，土壤樣品按照對角線法，用土鉆采集五點耕層土壤，混勻后帶回實驗室風干，并過10目篩。將過篩的樣品用醋酸銨浸提，火焰光度計法測定速效鉀含量[15]。用游標卡尺和直尺測量不同時期棉花的莖粗和株高，SPAD值采用手持葉綠素儀（SPAD-502型，日本美能達公司）進行測定。每次挖取4個肥料網(wǎng)袋，帶回實驗室，用清水沖洗掉泥土，剪開網(wǎng)袋將肥料轉移至鋁盒，烘干至恒重，采用“失重法”測定釋放量，即測定前后的重量差值視為氯化鉀和縮節(jié)胺的釋放量[9]，試驗中粗略認為縮節(jié)胺和氯化鉀同步釋放。

由于棉花生育期長，后期落葉、落花嚴重，為精確測定生物量，在盛花期以后每隔15 d采集5株代表性植株的落葉、落花和落桃，其中的花、籽棉和棉殼共同作為生殖器官的生物量。收獲結束期，齊根收取地上部分，取回的植株于105 ℃的烘箱內殺青40 min，然后70 ℃烘干至恒重，磨碎后采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，全鉀含量由火焰光度計（FP 6400數(shù)顯火焰光度計，上海隆拓儀器設備有限公司）測定，根據(jù)葉片、莖和生殖器官部分吸鉀量，計算棉株的總吸鉀量。

自始絮期開始，視棉鈴吐絮情況，共采收7次，所有產(chǎn)量之和即為小區(qū)籽棉產(chǎn)量，然后換算為每公頃的產(chǎn)量。在第三次采收時，連續(xù)收取100朵盛開的棉鈴，計算單鈴重；直徑大于2 cm的棉鈴記為每株的桃數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

經(jīng)濟效益核算：肥料成本按照市場價格尿素1 600 yuan·t-1，控釋尿素 2 400 yuan·t-1，磷酸二銨3 000 yuan·t-1，普通顆粒氯化鉀 2 500 yuan·t-1，包膜氯化鉀3 500 yuan·t-1，包膜含縮節(jié)胺氯化鉀4 000 yuan·t-1計算；籽棉收入根據(jù)平均市場價格計算，籽棉8 yuan·kg-1；每一次施肥勞動力按當?shù)仄骄鶆趧恿λ?50 yuan·hm-2，其中氯化鉀處理追肥一次，其余一次性基施，每一次葉面噴施縮節(jié)胺按300 yuan·hm-2計算，包膜含縮節(jié)胺氯化鉀不額外噴施，其余處理噴三次；其他消耗投入包括整地、播種、灌溉、多次收獲采摘用工以及種子、農(nóng)藥、地膜等農(nóng)用消耗，一共按照3 000 yuan·hm-2進行計算。

肥料利用率的計算方法，根據(jù)表觀利用率=（施鉀區(qū)棉株吸收總鉀量-空白區(qū)植株吸鉀量）/所施鉀量[4]計算。

采用Microsoft Excel 2012對數(shù)據(jù)進行預處理，經(jīng)SAS 8.0統(tǒng)計軟件用最小差異顯著法（LSD）進行多重比較，并進行差異性顯著分析（P＜0.05）及方差分析（Analysis of Variance—ANOVA）。文中所有數(shù)據(jù)均為三次重復的平均值，處理后的數(shù)據(jù)采用Sigmaplot 12.5作圖。

2 結 果

2.1 包膜含縮節(jié)胺氯化鉀對棉花產(chǎn)量及生物量的影響

不同施鉀處理對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構成要素產(chǎn)生顯著影響（表1），CRK與CRKMC處理單株結鈴數(shù)最多，分別達到21和21.08個，其余三個處理差異不顯著；施鉀處理間單鈴生物量未表現(xiàn)出顯著差異，保持在5.41～5.64 g，但較CK顯著增加；CK籽棉產(chǎn)量顯著低于其他處理，CRK、CRKMC和70%CRKMC間差異不顯著，較KCl增產(chǎn)6.53%～9.36%。

表1 不同施鉀處理棉花的產(chǎn)量及其構成要素Table 1 Yield and yield components of the cotton relative to treatment

施鉀處理間的葉片生物量無顯著差異（表2），在3 763～4 447 kg·hm-2，CRKMC與70%CRKMC顯著高于CK，分別增加23.89%和31.02%，然而CK與KCl、CRK間無顯著差異；CRKMC的莖生物量最大，為7 432 kg·hm-2，顯著高于CK和KCl處理，三個包膜鉀肥間差異不顯著；施鉀增加棉花生殖器官重量，其中CRK、CRKMC與70%CRKMC顯著高于KCl，但這三個處理間差異不顯著；因此，棉花總生物量表現(xiàn)出與各部分生物量相似的趨勢，CRK、CRKMC與70%CRKMC無顯著差異，其中CRKMC最大，顯著高于CK和KCl，且較KCl顯著增加 24.98%，70%CRKMC較KCl顯著增加18.56%。

表2 不同施鉀處理棉花的生物量Table 2 Biomass of the cotton relative to treatment /（kg·hm-2）

2.2 包膜含縮節(jié)胺氯化鉀對棉花鉀素吸收量及鉀素利用率的影響

不同施肥處理對棉花的生物量產(chǎn)生影響，因此植株的鉀素吸收量也表現(xiàn)出顯著差異（圖1a）），CK處理植株鉀素吸收最少，為287.5 kg·hm-2，CRKMC鉀素吸收量最大，達到406.2 kg·hm-2，顯著高于CRK和KCl，與70%CRKMC差異不顯著；同時70%CRKMC與CRK未表現(xiàn)出顯著差異，但較KCl增加7.67%。由于70%CRKMC減少30%鉀素用量，因此該處理的鉀素表觀利用率最高（圖1b）），達到79.61%，較CRK和KCl分別增加28.07和38.83個百分點；CRKMC與CRK間無顯著差異，但較KCl提高25.06個百分點。

2.3 不同施鉀處理棉花的經(jīng)濟效益

由于各處理籽棉產(chǎn)量不同，毛收入隨之發(fā)生變化（表3），CK毛收入最低，為26 809 yuan·hm-2，相同施鉀量下，CRK和CRKMC顯著高于KCl，減30%鉀量的70%CRKMC處理與KCl無顯著差異；因生產(chǎn)工藝技術不同，CRKMC的肥料成本最高，但是其較普通氯化鉀減少了一次追肥用工和三次葉面噴施縮節(jié)胺的用工，因此，CRKMC、70%CRKMC和CRK凈收入無顯著差異，但較KCl分別增加經(jīng)濟效益15.53%、13.64%和12.86%。

2.4 包膜含縮節(jié)胺氯化鉀對棉花生長及葉綠素的影響

圖1 不同施鉀處理棉花鉀素吸收量（a））和鉀素利用率（b））Fig. 1 Potassium uptake（a））and potassium use efficiency（b））of cotton plant relative to treatment

表3 不同施鉀處理棉花的經(jīng)濟效益分析Table 3 Economic benefit analysis of the cotton relative to treatment /（yuan·hm-2）

圖2 不同施鉀處理棉花的株高（a））和莖粗（b））Fig. 2 Plant height（a））and stem diameter（b））of the cotton relative to treatment

隨生育期進行，各處理棉花的株高（圖 2a））和莖粗（圖2b））呈逐漸上升趨勢，不同處理在各生育期表現(xiàn)出較大差異，CK各時期均處于最低值。具體表現(xiàn)為：蕾期之前，KCl棉花的株高顯著高于其他處理，其余四個處理間差異不顯著；盛花期屬于營養(yǎng)生長和生殖生長的旺盛期，各處理株高差異不顯著；但是自盛鈴期至始絮期，CRKMC和70%CRKMC處理的株高顯著高于其他處理，始絮期時分別達到167.3和166.2 cm，較KCl處理增加9.37%和8.64%，但是KCl與CRK未表現(xiàn)出顯著差異。蕾期時，CRKMC和70%CRKMC棉花的莖粗無顯著差異，但顯著大于其他處理；盛花期各處理差異不顯著，保持在15.96～17.27 mm；盛鈴期CRKMC、70%CRKMC和CRK無顯著差異，但顯著高于KCl；始絮期時，包膜含縮節(jié)胺氯化鉀處理的莖粗最大，各施鉀處理間差異不顯著。

施鉀可提高葉片葉綠素SPAD值，隨生育期進行，各處理SPAD值呈先升高后降低的趨勢，拐點出現(xiàn)在盛鈴期（圖3）。蕾期時，70%CRKMC和CK差異不顯著，低于其他三個施鉀處理；盛花期，KCl和CRKMC顯著高于CRK和70%CRKMC；盛鈴期包膜鉀肥處理高于普通氯化鉀，包膜含縮節(jié)胺氯化鉀高于普通包膜氯化鉀；始絮期時CRKMC分別較KCl和CRK顯著增加12.56%和7.87%，但是70%CRKMC和CRK之間未表現(xiàn)出顯著差異。

圖3 不同施鉀處理棉花葉片葉綠素相對含量（SPAD）值的變化特征Fig. 3 Variation of chlorophyll by soil and plant analyzer development（SPAD）in cotton leaf relative to treatment

2.5 包膜含縮節(jié)胺氯化鉀養(yǎng)分釋放特征及對土壤速效鉀含量的影響

包膜含縮節(jié)胺氯化鉀在田間土壤中的釋放呈現(xiàn)“先慢后快而后趨于平緩的”規(guī)律（圖4a）），第一天的初期溶出率僅為1.26%，一直到苗期（23 d）屬于養(yǎng)分釋放遲滯期，共釋放8.99%；隨后自苗期至始絮期（132 d）屬于養(yǎng)分釋放加速期，釋放高峰出現(xiàn)在盛花期（78 d）至始絮期，平均每天養(yǎng)分溶出率達到0.82%，至始絮期養(yǎng)分累積釋放率為83.51%，該加速期內共釋放74.52%；自始絮期至收獲結束期（196 d）養(yǎng)分釋放趨于平緩，收獲結束時共釋放養(yǎng)分94.71%。

圖4 包膜含縮節(jié)胺氯化鉀在土壤中的養(yǎng)分釋放特征（a））和不同生育期土壤速效鉀含量變化特征（b））Fig. 4 Nutrients release characteristics of coated KCl containing MC in soil（a））and change in available K content in soil relative to treatment（b））

土壤中的速效鉀呈蕾期下降、盛花期上升、然后逐漸下降的變化趨勢（圖4b）），其中CK在各時期均處于最低水平值。具體而言，苗期時，KCl速效鉀含量最高，自蕾期以后顯著低于CRK和CRKMC，但是蕾期和盛花期高于70%CRKMC；同等施鉀量下，CRKMC與CRK在各時期差異均不顯著，減量施鉀處理在苗期至盛花期顯著低于全量包膜鉀肥處理，始絮期和收獲結束期，三個處理間未表現(xiàn)出顯著差異。

3 討 論

3.1 包膜含縮節(jié)胺氯化鉀對棉花生長及經(jīng)濟效益的影響

縮節(jié)胺可控制棉花營養(yǎng)生長，降低植株高度，形成緊湊株型[16]。在棉花生育期內噴施3～5次，可抑制主莖和果枝生長，促進有限的同化物優(yōu)先向棉鈴運輸[17]。高密度種植時，在蕾期、花期、鈴期和吐絮期噴施四次可增加鈴重和纖維強度[18]；但在晚播、高密度和低施肥的新型種植模式下，縮節(jié)胺的施用會降低干物質的累積，減少籽棉產(chǎn)量[19]，并且其適宜用量與棉田施鉀量密切相關[20]。本試驗中，CRKMC養(yǎng)分釋放后，經(jīng)根部吸收后降低蕾期前棉花的株高和葉綠素，增加莖粗，對棉花的生長產(chǎn)生抑制作用，形成矮壯苗。這是因為MC可以提高根系氨基酸的合成能力，增加傷流液溢泌量，活性氧系統(tǒng)代謝得到改善[21]，而經(jīng)根轉移至地上部時，降低體內赤霉素的活性，抑制細胞伸長[22]，降低株高。棉花是雙子葉作物，播種保苗難度大，矮壯苗是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎環(huán)節(jié)[23]，為籽棉產(chǎn)量的提高奠定物質基礎。盛花期時CRKMC處于縮節(jié)胺釋放加速期，其與葉面噴施縮節(jié)胺處理的棉株生長勢差異不顯著，但是生長后期（盛花期以后）對棉株生長勢的調控作用減弱，株高（圖2a））、莖粗（圖2b））和葉綠素SPAD含量（圖3）顯著高于葉面噴施縮節(jié)胺的處理。這意味著根施CRKMC對植株的控制先弱后強，符合棉花“前輕后重”的生長控制要求；但縮節(jié)胺加速釋放后的平緩期，不能滿足植株生長后期的調控，控制效果劣于葉面噴施，這與田曉莉等[24]用淀粉基緩釋縮節(jié)胺對棉籽進行包衣得到的結論相似。

由于后期調控作用減弱，CRKMC和70%CRKMC處理生物量較KCl分別增加24.98%和18.56%，相應的鉀素吸收量提高，鉀素利用率增加25.06%和38.83%，但籽棉產(chǎn)量僅分別增加8.87%和6.53%（表1），說明并非鉀素利用率越高產(chǎn)量就越高，也可能是由于營養(yǎng)生長過旺造成的，試驗中葉生物量和莖生物量（表2）的顯著增加很好地證明這一觀點。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因，可能是縮節(jié)胺在土壤和棉籽中的半衰期較短，分別為9.58和3.17 d[13]，其在土壤中釋放后，不能及時被根系吸收，而降解后不再起調控生長的作用；也可能是包膜含縮節(jié)胺氯化鉀中的縮節(jié)胺含量較低（0.8%），總量不能滿足棉株調控需求[25]。

CRKMC由于減少鉀素追施和縮節(jié)胺葉面噴施的用工，經(jīng)濟效益與CRK無顯著差異，但顯著高于KCl（表3），表明在棉田中施用CRKMC在經(jīng)濟上可行，可解決葉面噴施浪費嚴重、污染環(huán)境和調節(jié)滯后的缺點[26]，利于實現(xiàn)棉花輕簡化種植。本試驗中認為縮節(jié)胺和鉀素同步釋放，但由于分子半徑和化學性質的不同，其釋放順序及釋放量可能存在差異，關于CRKMC中縮節(jié)胺的釋放特征以及適宜添加上限量，需在以后的試驗中進一步探索。

3.2 包膜含縮節(jié)胺氯化鉀對棉田土壤速效鉀含量的影響

土壤鉀素的含量、分布及其植物有效性是影響土壤供鉀能力的主要因素[27-29]，合理供鉀可顯著提高棉花鈴重和產(chǎn)量[30]。本試驗中，在苗期和盛花期各處理土壤鉀素含量較高（圖4b）），一方面由于所施鉀肥溶解或釋放，另一方面可能是所施氮肥水解后的銨離子被吸附，交換了鉀離子，使其進入土壤溶液所致[2]。包膜鉀肥蕾期前釋放緩慢（圖4a）），土壤中速效鉀含量低于易溶解的普通氯化鉀處理，但該時期棉花植株矮小，鉀素需求低，較少的鉀素供應可減少淋溶風險；自蕾期以后，由于包膜鉀肥的緩慢累積釋放，增加土壤中速效鉀含量，這在本試驗所用砂土（保肥保水性能差）中表現(xiàn)的更為明顯。盛花期以后，CRKMC速效鉀顯著高于KCl，為后期棉花鉀素吸收和產(chǎn)量形成奠定了物質基礎，這與Harmon等[7]在盛鈴期補鉀提高生育后期主莖葉片葉綠素含量和光合效率、延緩葉片衰老的結果基本一致。因此，包膜含縮節(jié)胺氯化鉀在棉田土壤中的鉀素釋放可與棉花鉀素吸收規(guī)律相吻合，顯著提高鉀素利用率和籽棉產(chǎn)量。

4 結 論

包膜含縮節(jié)胺氯化鉀在土壤中的鉀素和縮節(jié)胺釋放表現(xiàn)出“遲滯期-加速期-平緩期”的規(guī)律，釋放高峰出現(xiàn)在盛花期至始絮期，顯著提高蕾期以后土壤中的速效鉀含量。CRKMC可顯著控制盛花期前的棉花株高，但后期對株高、莖粗和葉綠素等生長勢指標的調控劣于葉面噴施縮節(jié)胺，使生物量較KCl增加18.56%～24.98%，表觀利用率增加25.06～38.83個百分點。等量施鉀條件下，CRKMC和CRK分別較KCl籽棉產(chǎn)量增加8.81%和9.36%，經(jīng)濟效益增加15.53%和12.86%，70%CRKMC較KCl增產(chǎn)6.53%，增加凈收入13.64%。綜上，土壤基施包膜含縮節(jié)胺氯化鉀，可基本滿足棉花生長勢指標調控需求，保證生育期內鉀素供應，且減少30%用量仍有較高的經(jīng)濟效益和鉀素利用率，在經(jīng)濟和技術上可行，有助于棉花減肥、高產(chǎn)和輕簡化種植。