北疆棉田土壤的钾素肥力与棉花的钾素营养研究
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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2250 kg·hm-2这样一个高产水平时,向土壤中施入180kg·hm-2的钾肥,同时施入10000 kg·hm-2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11.8%。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9.28%,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<2μm和2-5μm两个粒级非特殊性吸附钾、非交换性钾以及四个粒级含量之和均随着收获茬数的增加明显降低。
Gossypium hirsutum L. is typical K-preferring crop, potassium nutrition plays an important role on cotton nutritional function. By analyze the potassium cycle and balance of farmland, reveal K fertility sufficient or not on the present productivity level of cotton field, to forecast the decrease of soil effective K content. By show the effects of potassium fertilizer application on cotton plant potassium nutritional physiology, cotton lint yield and fiber quality, as well as microstructure, construe the potassium fertilizer application of cotton high yield in northern Xinjiang. By analyze various form of K content in different soil grains after continuous bio-exhausting, realize the sustained capability of soil K supply and forecast the dynamic Change of the K in cotton farmland, that has a practical and long-term significance to realize cosmically continuous cropping exhaustion of Xinjiang soils. Using transmission electron micrographs technique and conventional analysis method, a three-year field experiment and pot experiment were carried out on the typical Calcaric Fluvisals soil in northern Xinjiang, through designed with K application and zero K application treatment. The main findings were as following:
1)The available K and effective K content of K fertilizer application was higher than zero K treatment. When the lint yield reach 2250 kg·hm-2 such a high level, the soil need 180 kg·hm-2 K fertilizer, and 10000 kg·hm-2 cotton straw, to make the K of soil in a stable level.
2) K application advances the cotton development, increases the leaves number, plant height, diameter of stem and reduces the first sympodia branch nodes, enhances the weight of dry matter by 1.9%, debases root shoot ratio of plant. Higher K, N concentration and accumulation, K/N of cotton tissues was obtained under the treatment of K fertilizer application. Cotton functional leaf stomatal movement and chlorophyll fluorescence parameters improved obviously due to K fertilization. Application of K fertilizer was an effective way to optimize cotton yield component factor, i.e. the boll number were 7.4 per plant with the treatment of N300P150K150 and 6.6 per plant with the treatment of control, Fruiting branch number was increased 11.8%. The potassium fertilizer application was 9.28% higher lint yield than control. However, Potassium fertilizer application produced a little effect on cotton fiber qualities.
3) The leaves and stem diameter of K application have developed collenchyma, more and larger vascular bundle to enhance absorbing water and nutrient of cotton stems and leaves. K fertilization promote the chloroplast ultra-structure of cotton function leaf. The chloroplasts have regular stroma and grana lamellae, less and smaller osmiophilic granule, to prevent chloroplasts disorganized and runtish after flowering and fruiting stages compare with control.
4) Through 10 crop cultivations, the biomass of plants and K absorption were significant reduced of exhaust treatments. They are significant correlation between mineral K, non-exchangeable K and plant K absorption of N300P150K0 treatment. Non-specifically adsorbed and non-exchangeable K of <2μm and 2-5μm particle size fractions were significant reduced of exhaust treatments with harvest number.
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2250 kg·hm-2这样一个高产水平时,向土壤中施入180kg·hm-2的钾肥,同时施入10000 kg·hm-2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11.8%。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9.28%,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<2μm和2-5μm两个粒级非特殊性吸附钾、非交换性钾以及四个粒级含量之和均随着收获茬数的增加明显降低。
Gossypium hirsutum L. is typical K-preferring crop, potassium nutrition plays an important role on cotton nutritional function. By analyze the potassium cycle and balance of farmland, reveal K fertility sufficient or not on the present productivity level of cotton field, to forecast the decrease of soil effective K content. By show the effects of potassium fertilizer application on cotton plant potassium nutritional physiology, cotton lint yield and fiber quality, as well as microstructure, construe the potassium fertilizer application of cotton high yield in northern Xinjiang. By analyze various form of K content in different soil grains after continuous bio-exhausting, realize the sustained capability of soil K supply and forecast the dynamic Change of the K in cotton farmland, that has a practical and long-term significance to realize cosmically continuous cropping exhaustion of Xinjiang soils. Using transmission electron micrographs technique and conventional analysis method, a three-year field experiment and pot experiment were carried out on the typical Calcaric Fluvisals soil in northern Xinjiang, through designed with K application and zero K application treatment. The main findings were as following:
1)The available K and effective K content of K fertilizer application was higher than zero K treatment. When the lint yield reach 2250 kg·hm-2 such a high level, the soil need 180 kg·hm-2 K fertilizer, and 10000 kg·hm-2 cotton straw, to make the K of soil in a stable level.
2) K application advances the cotton development, increases the leaves number, plant height, diameter of stem and reduces the first sympodia branch nodes, enhances the weight of dry matter by 1.9%, debases root shoot ratio of plant. Higher K, N concentration and accumulation, K/N of cotton tissues was obtained under the treatment of K fertilizer application. Cotton functional leaf stomatal movement and chlorophyll fluorescence parameters improved obviously due to K fertilization. Application of K fertilizer was an effective way to optimize cotton yield component factor, i.e. the boll number were 7.4 per plant with the treatment of N300P150K150 and 6.6 per plant with the treatment of control, Fruiting branch number was increased 11.8%. The potassium fertilizer application was 9.28% higher lint yield than control. However, Potassium fertilizer application produced a little effect on cotton fiber qualities.
3) The leaves and stem diameter of K application have developed collenchyma, more and larger vascular bundle to enhance absorbing water and nutrient of cotton stems and leaves. K fertilization promote the chloroplast ultra-structure of cotton function leaf. The chloroplasts have regular stroma and grana lamellae, less and smaller osmiophilic granule, to prevent chloroplasts disorganized and runtish after flowering and fruiting stages compare with control.
4) Through 10 crop cultivations, the biomass of plants and K absorption were significant reduced of exhaust treatments. They are significant correlation between mineral K, non-exchangeable K and plant K absorption of N300P150K0 treatment. Non-specifically adsorbed and non-exchangeable K of <2μm and 2-5μm particle size fractions were significant reduced of exhaust treatments with harvest number.
引文
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