摘要【目的】研究棉花苗期主要生长发育性状对土壤速效钾水平的响应，为制订棉田土壤速效钾评价指标提供依据。【方法】以中棉所100为供试品种，采用长0.8m、宽0.58m、深0.44m的塑料箱，每箱装土240kg，通过添加钾肥设置68.1、77.4、93.3、104.2、122.9、130.9、142.4、171.1mg·kg-1"8个速效钾水平土壤（分别以K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8表示）。在棉花1叶、3叶、5叶、7叶和蕾期5个时间进行取样，测定棉株农艺性状、干物重、全钾含量、光合指标等。【结果】1叶期，不同土壤速效钾水平间棉花株高、茎粗无显著差异；3叶期、5叶期、7叶期和现蕾期，棉花株高和茎粗均呈现随土壤速效钾水平提高而增加的趋势；土壤速效钾分别达到K4和K5水平时，棉花株高和茎粗基本趋于稳定。综合各时期来看，。K5及以上处理的叶面积、干物重显著高于其他处理，但这些处理之间无显著差异。蕾期时，各处理棉株功能叶片的E、Ci、Gs、SPAD等值对土壤钾水平无显著响应。Pn方面，K7显著优于K2与K3。【结论】当土壤速效钾水平高于123mg·kg-1时，能够促进棉株苗期养分吸收和干物质积累，促进棉株茎秆生长，叶面积增大，使棉花苗期的生长发育进程加快，有利于棉花从营养生长向生殖生长转化。
关键词棉花；苗期；土壤速效钾；生长发育
0引言
【研究意义】棉花是我国主要的经济作物，棉花产业也是我国重要的经济支柱[1， 2]。钾是植物生长必需的营养元素之一，植物所获取钾营养主要来自于天然的土壤矿物质，在土壤无法满足植物对钾的需求时，需要外补充钾[3]。基于土壤速效养分进行合理施肥，可以提升肥料利用率与经济效益[4]。研究棉花的生长发育及钾素吸收对土壤速效钾水平的响应，以此确定苗期棉花适宜的土壤速效钾指标及施钾效益，具有重要的理论及实践意义。【前人研究进展】张素菲等确立了河南省棉的田土壤速效钾分级评价指标，土壤速效钾含量＜80mg·kg-1时为严重缺钾、80-110mg·kg-1为缺钾、110-125mg·kg-1为潜在缺钾、125-140mg·kg-1为富钾、＞140mg·kg-1为极富钾。对应的施用钾肥措施为必需、注意、酌情以及无需施用[5]。钾营养对植物的光呼吸、光合作用、生长及产量都有着显著的影响。钾在植物的很多生理生化过程中发挥着关键作用，如气孔开闭、渗透势调节、蛋白质合成等代谢过程中的作用，同时也对植物酶的激活、光合作用、养分分配和渗透调节等产生重要影响[6-9]。子叶期后，缺钾诱导了microRNA（miRNA）及其蛋白质编码靶标的异常表达，棉花的miRNA介导机制抑制了棉花幼苗生长发育，从而使棉花的光合作用及呼吸作用受阻，影响苗期的根系与分枝发育[10]，影响棉苗正常形态的建成[11]。缺钾会限制叶柄韧皮部中蔗糖和氨基酸的运输，不利于叶片中蔗糖和氨基酸的输出，造成光合作用受阻[12]。缺钾还易导致油菜等作物苗期水分利用效率降低，抗旱能力降低[13]。【本研究切入点】土壤速效钾水平会使棉花表现出不同的农艺性状和生理差异，最终表现为产量及品质差异[14]。适宜的土壤钾水平可以促进棉花苗期的养分积累，从而避免棉花后期出现早衰、减产和品质变劣等[15]。【拟解决的关键问题】采用微区试验的方法，设置多个土壤速效钾水平来研究棉花在苗期生长发育与光合作用的变化情况，确定棉花苗期生长发育适宜的土壤速效钾水平，为建立棉田土壤速效钾评价指标提供依据。
1材料与方法
1.1试验概况
本试验于2022年在河南省安阳县白璧镇中国农业科学院棉花研究所试验农场进行。
供试棉花品种：中棉所100
供试土壤：河沙、壤土
供试肥料：尿素（N46%），磷酸一铵（N11%，P2O544%），硫酸钾（K2O51%）
1.2方法
1.2.1试验设计
试验采用微区试验，微区为长0.8m、宽0.58m、深0.44m的塑料箱，面积为0.8m×0.58m=0.464m2，每箱装土240kg；设置土壤钾分别为60、80、100、120、140、160、180、200mg·kg-1，各处理重复9次，共72个微区。塑料箱以长边南北向排列。棉花南北行向种植，每个箱子种植1行，每行3株。形成株距28cm，行距100cm的试验种植区。为达到试验设计的土壤速效钾水平，微区供试土壤采用大田壤土与河沙各50%混合配制而成，通过加入适量的钾肥达到相应土壤钾素水平。壤土速效钾含量为102mg·kg-1，河沙的速效钾含量为35mg·kg-1。各处理所补充的钾肥用量如表1所示。于2022年4月27日播种前测定土壤基础理化性质（表2）。各处理速效钾实际含量分别为68.1、77.4、93.3、104.2、122.9、130.9、142.4、171.1mg·kg-1，依次记为K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8。微区施肥量，按氮肥225 kg N/ ha，40%基施，60%开花期追施；磷肥6 kg P2O5"/ha，全部基施。各处理不施钾肥。施肥方案如表3所示。
1.2.2测定项目
1.2.2.1苗期农艺性状
株高：利用直尺量取子叶节至生长点的距离。
茎粗：利用游标卡尺于子叶节下部分别于宽向、窄向测量一次茎粗，求取平均值。
单株叶面积： 将所取植株样叶片均匀平铺于扫描仪上，扫描的叶片图片利用叶面积计算软件计算单株叶面积LAI的值。
1.2.2.2干物质
分别在棉花 1叶期（5月23日）、3叶期（5月30日）、5叶期（6月6日）、7叶期（6月15日）、现蕾期（ 6 月 21 日）时取各处理长势均匀一致的棉株，每处理取4个重复，每个重复3株。分离根、茎、叶、生殖器官等部位顺序后放入105℃烘箱杀青0.5h后，在70℃下烘干至恒重后称重。
1.2.2.3棉株全钾含量。
采集的棉株样品分部位进行烘干、磨碎、过筛后分别存于自封袋中。采用H2SO4－H2O2消化，原子吸收分光光度计法测定全钾含量。其计算公式为：整株钾含量（ % ） = ∑（ 各部位钾含量（%）÷100×各部位干物质质量（g））÷总干物质（g）×100。
1.2.2.4棉花生育进程
出苗期为50%棉株子叶完全舒展，现蕾期为50%棉株现蕾。
1.2.2.5棉花功能叶光合特征
采用光合作用分析仪LI－6400 （ LicorInc，USA） 测量棉花顶部第3片功能叶的净光合速率（ Pn），胞间二氧化碳浓度（ Ci） ，蒸腾速率（ E） 和气孔导度（ Gs）。每个处理选择12株具有代表性的棉株进行测量，得出的平均值为该叶片的净光合速率。测量时间段为09： 00～11： 00。在测量棉花净光合速率后，使用SPAD－502测量植株功能叶片SPAD值。
1.3数据处理
采用DPS 2021进行数据统计分析，采用Duncans新复极差法进行多重比较，差异显著水平为0.05（Plt;0.05）。采用Origin 2021进行作图。
2结果与分析
2.1棉花农艺性状对土壤钾素水平的响应
2.1.1株高对土壤钾水平的响应
由表4可知，在棉花1叶期至现蕾期，随着生育阶段的推移，各处理株高逐渐增加，各处理株高大致上随着土壤速效钾水平的提高而增加。1叶期时，各处理株高无显著差异。3叶期时，土壤速效钾水平从K1到K4，株高无显著增加；K5、K6、K7、K8三个处理的株高均显著高于K1，其中K8显著高于K5、K6、K7外的其他处理，K8较K1多42.9%。5叶期时，土壤速效钾水平从K1到K7，株高无显著增加；但K8处理株高显著高于K7以外的其余处理。7叶期时，土壤速效钾水平从K1到K7，株高也无显著增加；K8处理株高显著高K1至K4，但与K5至K7处理无显著差异。现蕾期，K2至K8处理株高均显著高于K1，K8较K1多22.3%；土壤速效钾达到K5后棉花株高不再显著增加。土壤速效钾水平提高到K5时，其株高与K8处理差异不显著，表明影响苗期最终株高的土壤速效钾临界值为K5水平。
2.1.2茎粗对土壤钾水平的响应
由表5可知，1叶期，各处理棉株的茎粗无显著差异，以后4个时期总体上呈现出茎粗随土壤速效钾水平的提升而增加的趋势。在3叶期和现蕾期，土壤速效钾水平均在达到K5后，茎粗不再出现显著变化。各时期随着浓度达到K5处理时增长缓慢，K5与K6、7、8处理差异不显著。茎粗与株高的的变化规律较为接近。
2.1.3叶面积对土壤钾水平的响应
由表6可知，1叶期时，各处理单株叶面积无显著差异。3叶至现蕾期，各处理的叶面积总体上是随着土壤速效钾水平增加而增加。棉花3叶期、5叶期、7叶期和现蕾期4个时期，单株叶面积分别在土壤速效钾水平达到K5、K6、K5、K5后趋于稳定，土壤速效钾水平K5是影响棉花苗期结束时（现蕾期）单株叶面积大小的临界值。
2.2棉花干物质对土壤钾水平的响应
图1表明，1叶期时，各处理单株干物重无显著差异。3叶期后，随着土壤速效钾水平的提高棉株干物重也随之增加。3叶期时K1、K2处理与其余处理差异显著，K6、K7处理干物重最高，为0.44g/株，较K1处理多29.4%，但与除K1、K2外的其余处理差异不显著。5叶期，K1、K2、K3、K4等4个处理干物重较低，差异不显著；K5、K6、K7、K8处理干物重高，彼此之间差异也不显著；后四个处理显著高于前四处理。七叶期时，K8最高，达6.47g/株，较最低处理K1多出30%。现蕾期，各处理与7叶期的干物质积累相似，土壤钾水平达K5后，无显著变化。图2表明，各处理棉株于1叶至5叶期，生长发育趋势平缓，干物质积累较为均衡。在5叶期后，棉株开始进行快速积累营养物质的进程，以K5、K6两个处理的积累过程最为迅速。
2.3棉株钾吸收能力对土壤钾水平的响应
1叶期、3叶期、现蕾期棉花全株的全钾含量分别为0.65%～1.90%、0.84%～1.99%、0.83%～1.9%。从1叶期到现蕾期，各处理间棉株全钾含量均随土壤速效钾水平增加而显著升高。随着生育进程的推进，同一处理棉株全钾含量呈现先增加后缓慢下降的趋势。在同一时期，K1处理的棉株全钾含量最低，K8处理的棉株全钾含量最高，两者存在显著差异。其中K5、K6、K7、K8无显著差异。
2.4生育进程
表7表明，随着土壤钾素水平的提升，各处理棉花现蕾时间逐渐提前。最低土壤速效钾水平K1与最高水平K8的现蕾时间间隔达4天。
2.5功能叶光合特性对土壤钾水平的响应
由表8可知，棉花在进入蕾期的生长阶段时，棉株功能叶片的E、Ci、Gs、SPAD等对土壤钾水平无显著响应。Pn方面，有随着土壤速效钾水平的提高而缓慢增加的趋势。K4、K5、K6、K7、K8效果较好，各处理间无明显差异。K7显著优于K2与K3，Pn分别多11.4%与12.2%。
3讨论
3.1棉花生长发育对土壤钾水平的响应
土壤钾素水平可以显著提高棉花幼苗的株高、茎粗、叶面积等农艺指标。有研究表明，施钾肥后，棉花的株高及主茎节数出现十分明显的增加[16]。随着土壤速效钾水平的提高，棉花的农艺性状得到改善。根据李小梅研究结果，不同的施钾水平会对油茶的生长指标和生理指标产生一定的影响，并且这些指标之间存在相关性[17]。本研究中，棉苗的株高、茎粗在3叶至7叶期时，土壤速效钾低水平处理与高水平处理间有着显著差异，这点与付小勤等、方贵来等研究一致[18， 19]。棉花的生育过程在转变为生殖生长后，随着土壤速效钾水平的提高，苗期棉花的各项生理状态虽然大体上呈现出增加的趋势；但随着苗期的逐渐结束发育到蕾期时，随着棉株根系吸收钾素能力增强，这种差异性逐渐减弱，这个时期棉花的株高、茎粗、光合特性等性状对钾素水平的响应敏感性降低。在本试验研究条件下，土壤速效钾水平达到122.9 mg·kg-1后棉花的单株叶面积增加趋于稳定、土壤速效钾水平达到130.9 mg·kg-1后棉花的现蕾时间趋于稳定。蕾期时，土壤速效钾170mg·kg-1处理的棉苗光合特性响应较高，但各处理间无显著差异。有研究显示，植物对氮、磷和钾三种营养元素的吸收转运存在一定的互作效应[20， 21]。关于棉花进入蕾期或其他生育阶段的生理差异是否与氮磷钾素之间的互作效应有关，还需开展相关试验进行研究。
3.2棉花营养积累对土壤钾水平的响应
研究表明，棉花在苗期对钾素营养的吸收与最终产量呈极显著正相关，前期棉花吸收元素营养的能力可以提高棉花的产量及品质[22]。本试验表明，苗期棉花对钾素营养的吸收随着土壤速效钾呈现显著差异，这点与靳一南等研究一致[23]。综合各时期，K5（122.9mg·kg-1）及以上的处理能显著提升作物体内的钾含量与作物干物质质量，可提升棉花在进入蕾期后的花蕾分化能力[24]。
4结论
在本试验研究条件下，土壤速效钾水平gt;104 mg·kg-1，其对棉株苗期光合特性没有显著影响。蕾期时，170mg·kg-1处理的棉苗光合特性响应较高，但各处理间无显著差异。说明棉花在正式开始生殖生长前，土壤钾水平对棉花的光合特性影响较低，或无影响。
土壤速效钾水平高于123 mg·kg-1，能够促进棉株前期营养吸收和干物质积累，茎秆伸长，叶面积增大、促进叶片的形态特征变化，使棉花苗期的生长发育进程加快，更快地进入蕾期，有利于棉花从营养生长向生殖生长转化。苗期时，虽然棉花对钾素营养的吸收力强，但高土壤水平间的各项生理指标较为接近，说明苗期不应过多施用钾肥，以免造成浪费。
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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"Helin2， 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
基金项目：棉花产业技术体系岗位科学家（CARS-15-11），中国农业科学院创新工程项目。
Fund Projects： China Agriculture Research System （CARS-15-11）"and the"Innovation Project of Chinese Academy of Agricultural Sciences.
作者简介：王超（1996-），男，云南人。在读研究生，研究方向为棉花高产栽培。E-mail：1078697960@qq.com
通讯作者：董合林（1964-），研究员。研究方向为棉花营养生理与高效施肥技术，E-mail：donghl668@sina.com
邵晶晶（1995-），助理研究员。研究方向为棉花营养生理与高效施肥技术，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
