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1、石河子大学硕士学位论文北疆棉田土壤的钾素肥力与棉花的钾素营养研究姓名：刘冬梅申请学位级别：硕士专业：作物栽培学与耕作学指导教师：褚贵新20080601摘要棉花是典型的喜钾作物，钾对棉花具有重要的营养作用。本文通过对农田钾素循环与平衡的分析，旨在揭示在当前生产力水平条件下，棉田土壤钾素肥力的盈缺状况，对土壤有效钾下降的最初预测。通过施钾对棉花钾素营养生理、产量品质及显微结构的影响，分析了新疆北疆棉区棉花持续高产对钾素营养的需求。同时通过连续生物耗竭对典型土壤不同土壤颗粒各种形态钾含量的动态分析不但可以了解土壤持续供钾能力，而且对今后我区棉田土壤钾的动态变化做出预测分析，这对了解新疆土壤大规模连作
2、耗竭有很深远的现实和长远意义。本研究选择新疆北疆棉区有代表性的灌耕灰漠土，通过田间定点试验、盆栽模拟试验以及盆栽耗竭试验，通过设置施钾和对照处理( 耗竭处理) ，采用透射电镜显微技术手段和常规分析方法，进行了连续3 年大田试验和盆栽试验研究。主要试验结果如下：1 ) 施钾处理土壤中速效钾和有效钾的含量明显高于不施钾处理。在公顷皮棉产量为2 2 5 0k g h m 2这样一个高产水平时，向土壤中施入1 8 0 k g h m 五的钾肥，同时施入1 0 0 0 0k g h m 五的棉花秸秆，可以使棉田钾素保持在一个稳定的水平。2 ) 施钾促进了棉花的生长发育，增加了棉花的叶数，株高和茎粗，降低
3、了第一果枝着生节位，使棉株干物质量增加1 9 ，同时降低了根冠比。施钾可显著提高棉花各器官的钾、氮含量和植株钾、氮素累积量以及K N 比值。施用钾素提高了棉花冠层功能叶的气孔导度和叶绿素荧光系数。显著增加棉花单株铃数和果枝数，施钾处理与对照的单株铃数分别为7 4 个株和6 6 个株，施钾处理果枝数比对照显著增加l1 8 。施用钾肥可通过改善棉花的产量构成要素显著提高棉花皮棉产量，施钾增产9 2 8 ，处理间差异显著。施钾对棉花纤维品质无显著的影响。3 ) 施钾处理叶片和主茎厚角组织都较发达，维管束体积大数量多，能增强棉花主茎和功能叶主脉强度和吸收水分、养分的能力。施钾叶片叶绿体排列致密，有发育
4、完整的基粒和基质片层结构，片层数量多且排列致密，嗜锇颗粒少而小，改善生长中后期功能叶的叶绿体体微结构，有效防止叶绿体过早解体和叶片早衰。4 ) 耗竭处理小黑麦经过连续十茬的种植后，其生物量和植株吸钾量显著降低。耗竭处理的矿物钾和非交换性钾与植株吸钾量之间有显著相关性。耗竭处理土壤中 叶 根 纤维+ 棉籽的趋势，而氮素前期的分配大致呈叶、蕾( 6 0 天时为蕾) 纤维+ 棉籽 茎 根，至吐絮期为纤维+ 棉籽 叶 茎 铃壳 根。棉株各器官( 铃壳除外) 钾、氮含量均以蕾期为最高，以后随棉花生长发育而呈逐渐降低的趋势，铃壳的钾素则以吐絮期含量为最高，并随棉花的发育进程而增加。钾在植物体内的移动性很强
5、，前期钾素主要存在于幼嫩的叶茎、杆等营养器官中，在营养吸收最大效率期可转移至生殖器官中。本实验表明前期施钾处理与不施钾处理相比棉花各器官钾含量稍有增加但不显著。至花铃期( 9 0 天1 ，施钾处理棉株根中钾素含量显著高于不施钾处理，叶中钾素含量极显著高于不施钾处理。盛铃期( 1 0 5 天) 施钾不同器官的钾素含量显著提高，根中钾素含量施钾处理比不施钾处理提高2 0 ，茎中钾素含量增i J l 2 3 2 ，达到极显著水平，叶中钾素含量叶极显著的增加1 9 7 。吐絮期( 1 2 0 天) ，叶中钾素含量显著增加1 3 9 ，铃壳钾素含量增) 9 1 1 6 3 ，均达到显著水平。同时，研究发
6、现通过施钾可以促进棉花对氮素的吸收，如蕾期( 6 0 天) 时施钾处理的棉花叶片含钾量显著提高，比不施钾处理提高6 1 ，花铃期( 9 0 天) 时显著提高8 7 。1 7北疆棉的土壤钾素肥力与棉花的钾素营养研究表2 5 施钾对不同生育时期棉花不同器官K 、N 含量的影响T a b 2 5E f f e c t so fKf e r t i l i z e ra p p l i c a t i o nO nK ，Nc o n t e n t s o fd i f f e r e n tc o f f o no r g a n si nd i f f e r e n td e v e l o p
7、 m e n ts t a g e s2 3 2 施钾对叶中K N 比值的影响植株缺钾明显受叶片含氮率的影响，同时植物体内磷含量变化不大，因此，不少研究者认为以K N 值作为反映植物养分丰缺的一项指标比单纯钾指标有更好的诊断性( 宋美珍，1 9 9 8 ) 。据程素贞( 1 9 9 3 ) 报道小麦抽穗期叶片K N 中部果枝铃上部果枝铃，且施钾处理对这三项指标比不施钾处理有不同程度的增加，特别是上部棉铃的长度和比强度分别比不施钾处理增加O 4 6 m m 和O 7 6C N t e x 。但是棉纤维伸长率刚好相反，施钾处理的伸长率小于不施钾处理，并且上部果枝铃 中部果枝铃 下部果枝铃。从表2
8、8 还可看出，施钾处理马克隆值稍有增加，提高了成熟度和细度，但是并无太大影响。从表2 9 可以看出施钾改善了棉花的纤维性状，促进了棉花不同部位果枝的单铃重、衣指、籽指和衣分，特别是了上部果枝的单铃重、衣指和衣分，以及中部果枝的衣指。施钾处理籽指高于不施钾处理说明施钾能促进光合产物向棉籽运输，增加棉籽的籽指，从而提高棉花种子的活力和发芽率。表2 8 施钾对棉花纤维品质的影响T a b 2 8T h eE f f e c t so fKf e r t i l i z e ra p p l i c a t i o no nf i b e rq u a l i t yo fc o t t o n北强棉
9、n I 的土壤钾素肥力与棉花的钾素营养研究表2 ，9 施钾对棉花纤维性状的影响T a b 2 9E f f e c t so fKf e r t i l i z e ra p p l i c a t i o no nf i b e rc h a r a c t e r so fc o t t o n3 讨论3 1 施钾对棉生长发育的影响前人关于钾素营养对棉花生长发育性状影响研究已有较多报道，B e r m e t t ( 19 6 5 ) 研究指出，随着施钾量的增加，棉花株高能够明显增加；但也有人指出，施钾对棉花株高无明显影响( 宋美珍，1 9 9 3 ；方贵来，1 9 9 8 ) 。郭英(
10、2 0 0 6 ) 研究表明施钾增加了棉花最终株高，同时增加了果枝数，降低了第一果枝着生节位。本研究结果表明，施钾增加了棉花主茎叶的叶数，株高，降低了第一果枝着生节位。施钾显著增加了棉株最终茎粗。增加了棉株干物质量，并且随着生育期的进展增加幅度也逐渐变大。3 2 施钾对棉花钾素营养生理的影响钾能通过调节气孔开闭来调节C 0 2 透入叶片的速率，进而影响光合速率( D o n ge ta l ，2 0 0 5 ；E g i l l ae ta l ，2 0 0 5 ) ，W i s e ( 2 0 0 0 ) 等指出改善棉花钾营养可显著增加冠层叶片对C 0 2的固定，对促进光合和作物产量形成发挥
11、重要作用。施钾能促进棉株对氮素的吸收，加速棉株的氮素代谢过程，同时也可提高F v F o 和F v F m ，提高棉花功能叶片中P S1 I 光化学最大效率( 郭英等，2 0 0 6 ) 。本研究表明施钾提高了棉花功能叶的叶绿素含量，促进光合作用的发生。施钾也增加了棉花功能叶中的气孔导度，可促进C 0 2 和叶组织的氧的交换，从而促进光合产物的运输，而不施钾处理下位叶的气孔导度值高于施钾处理，可能由于下位叶钾的缺失导致气孔控制失调，增加了水分的散失。同时施钾增加了棉花功能叶的F v F o 和F v F r f l ，提高了棉花功能叶片中P SI I 光化学最大效率。说明在新疆棉田施钾可明显改
12、善棉花钾素营养生理，增加叶片对C 0 2 的固定，提高光合效率，为棉花生长后期的棉铃形成提供了重要的物质基础。3 3 施钾对植株钾、氮营养元素的吸收的影响植物在生长过程中各器官中养分含量是不断变化的，在植物生长初期同化作用大于北疆棉日l 的土壤钾素肥力与棉花的钾素营养研究异化作用，生长器官中各元素需求量大，元素含量相对也较高，随着植物的生长，钾素和氮素含量逐渐降低。A d e l i 和V a r c o ( 2 0 0 2 ) 指出在花铃期棉花叶片钾含量的临界浓度在2 1 以上可才能显著减少棉花铃期以后的叶片脱落，保持高的光合速率和获得高产。M a k h d u m ( 2 0 0 7 )
13、 等的研究表明钾可显著促进同化产物从营养器官向生殖器官的转移与分配，生育期内钾素持续的供应与棉花的光合产物从源到库转运关系非常密切。本研究结果表明，施钾可以促进棉株各器官对钾、氮的吸收，特别是增加了叶中钾、氮的含量，有利于叶片的良好发育，促进光合作用和光合产物的运输，使棉花更能有效地利用太阳能进行同化作用( 谢建昌，2 0 0 0 ；孙济中，1 9 9 8 ) 。并且施钾显著增加了铃壳中钾素含量，铃壳是营养器官的同化产物进入生殖器官的“关口”，铃壳上保持高钾浓度，有助于茎叶中同化产物向生殖器官运输，对促进棉铃发育十分有利( 孙济中，1 9 9 8 ) 。 不少研究认为，K ，N 可以作为养分丰
14、缺的一项指标，棉花叶片的K N 比值在棉株不同生育时期，其比值不同，施钾可以增加棉花叶片的K N 比值。本研究认为，施钾处理K N 比值明显高于不施钾处理，并且棉株需要养分较少时，K N 比值较低，在棉株生长旺盛时期K N 比值较高，后期回落。这是因为前期棉株需要养分少，因此氮转化成蛋白质等有机物的量就少，因此K N 比值较低；营养生长和生殖生长旺盛时期，棉株中的氮大量转化成氨基酸和蛋白质供棉株发育之需，而钾并不合成任何有机物，不会成为植物的化学结构的成分，因此K N 比值升高。3 4 施钾对棉花产量及纤维品质的影响近2 0 年以来，随着新品种的更替和栽培水平的提高，新疆棉花的单产得到大幅度的
15、提高( 刁明等，2 0 0 2 ；张旺锋等，2 0 0 2 ) 。但棉花生长后期早衰、成铃脱落和后期脱肥等是制约棉花产量进一步提高的重要因素( 朱振亚等，2 0 0 0 ；P e t t i g r e w , 2 0 0 3 ；姜存仓等，2 0 0 4 ) ，因此加强棉花中后期的施肥和营养供给十分重要( 王克如等，2 0 0 3 ) 。已有的研究表明，铃期后缺钾是限制棉花产量的重要因子( M u l l i n s ，1 9 9 7 ；A d e l i ，2 0 0 2 ；范希峰等，2 0 0 6 ；刘燕等，2 0 0 6 ) ，M u l l i n s ( 19 9 7 ) 等连续3
16、年的钾肥试验表明每年施钾8 4 k g h m ，第3 年施钾可使单产子棉提高2 2 。刘燕( 2 0 0 6 ) 等研究认为施钾能促进棉株上部棉铃发育，使上部铃体积、铃重、纤维长度等与下部铃差距缩小。本研究结果表明施钾对果枝数、单株铃数的增加效果显著，单铃重和衣分虽有增加但不显著。棉花产量在2 0 0 4 年和2 0 0 5年施钾和不施钾处理分别为2 6 8 9 k g k m 以，2 5 7 1 k g k m 2 和2 1 4 6 k g k m 2 ，2 0 9 4 k g k m ，处理间无显著差异，但2 0 0 6 年施钾明显提高了棉花产量，施钾处理比对照处理增加了9 2的棉花产量。房英( 1 9 9 8 ) 研究表明，施钾能促进光合产物向棉籽运输，增加棉籽的籽指，促进了棉花的单铃重、衣指和衣分，特别是促进了上部果枝的单铃重、衣指和衣分。侯宗贤等( 1 9 9 8 ) 在北疆的试验表明施钾肥比不施
