棉花是我国重要的经济作物和战略物资，合理施肥是棉花高产优质的前提^[1]。棉花养分需求量大，因氮肥和钾肥供应不足引起的早衰已成为限制棉花高产的重要因素^[2-3]。棉花生长期长，养分吸收高峰期出现在蕾期至始絮期^[4]，此时提高土壤养分供应能更好地满足棉花养分需求^[5]，实现棉花优质高产^[6-7]。但在土壤中，尿素等速效氮肥容易通过地表径流、氨挥发和硝态氮淋溶等途径损失^[8]，氯化钾等速效肥料容易转化为非交换性或固定态钾，导致土壤钾素有效性降低，且棉花植株高大、果枝数多的特点导致追肥用工成本高，植棉收益低。因此研究合理的施肥措施来提高棉花产量，对实现棉花轻简化生产具有重要意义。

控释肥料根据作物生长需要释放养分，一次施用就可以满足作物整个生育期对养分的需求^[5-6]。研究表明，控释氮肥养分释放速率与棉花养分吸收速率基本一致^[9]，施用控释氮肥可以增加棉铃数和单铃质量。在常规施氮的基础上，减氮1/3仍能保持棉花高产、稳产^[10]。也有研究表明，控释钾肥养分释放平稳，释放周期长，能够提高棉花单铃质量^[11]或成铃数^[12]，从而实现棉花高产。然而当前研究主要集中在单施控释氮肥或控释钾肥对棉花生长的影响^{[8, 12-13]}，田间条件下控释氮肥和控释钾肥配合施用对棉花生长、纤维品质和土壤养分状况的研究鲜见报道。本研究通过连续2年的田间试验，探究了控释氮肥和控释钾肥对棉花生长和土壤肥力的影响，可为控释氮钾肥高效应用和棉花提质增产提供技术支持，具有重要的现实意义。

1 材料与方法 1.1 试验材料

在山东省金乡县周莲池村（34°58′42″N，116°10′ 56″E）进行连续两年（2014年和2015年）的田间定位试验。试验区位于黄淮海平原，属暖温带季风气候区，年均气温13 ℃（图 1），年均降水量750 mm。土壤类型为潮土，在我国土壤系统分类中为普通淡色潮湿雏形土。基础土壤pH 7.67，有机质含量15.1 g·kg^-1，硝态氮、铵态氮含量分别为21.1、9.8 mg·kg^-1，全氮含量为0.78 g·kg^-1，有效磷和速效钾含量分别为24.6、117.6 mg·kg^-1。

供试棉花品种为“鲁研棉28”，供试速效肥料包括大颗粒尿素（含N 46%）、磷酸二铵（含P₂O₅ 46%、N 18%）、硫酸钾（含K₂O 50%）。供试控释氮肥为金正大集团生产的硫加树脂包膜尿素（PSCU，含N 36%，释放期3个月）和树脂包膜尿素（PCU，含N 42%，释放期2个月）；控释钾肥为土肥资源高效利用国家工程实验室研制的树脂包膜氯化钾（CRK，含K₂O 53%，释放期3个月）。

1.2 试验设计

试验共设4个处理：（1）当地习惯施肥，一次基施尿素（CK）；（2）普通尿素60%基施+40%盛花期追施（CU）；（3）一次基施控释氮肥（CRN）；（4）一次基施控释氮肥和控释钾肥（CRNK）。各处理磷、钾肥一次基施，施肥量一致，均为N 200 kg·hm^-2、P₂O₅ 90 kg·hm^-2、K₂O 180 kg·hm^-2。CRN和CRNK处理氮肥一致，由速效氮肥与控释氮肥掺混而成，含氮量分配为速效氮: PCU控释氮:PSCU控释氮=4:3:3。CRNK处理钾肥由硫酸钾和控释氯化钾（CRK）组成，钾肥用量为硫酸钾:CRK=1:1。

试验为田间小区试验，小区面积220 m²（长22 m，宽10 m），每个处理3次重复，各小区田间随机排列。2014年和2015年两年田间管理时期一致，每年4月15日棉花土钵育苗；5月10日将棉花幼苗移植到田间，行距为1.1 m，株距为30 cm；棉花施肥沟距离棉花根系5~10 cm，6月8日施肥后起拢埋深10~15 cm。7月20日CU处理追肥，8月4日打顶。10月10日棉花拔秆收获。灌溉时各小区用小型喷灌带单独浇水，保证浇水量一致，减少因灌、排水造成养分移动所引起的差异。棉花生长过程中其他田间管理措施和当地农民习惯相同，各处理管理措施一致。

1.3 样品采集与分析

棉花收获时各小区选取相邻两行统计连续20株成铃数；采集成熟棉絮100朵，风干后测定并计算单铃质量；用皮辊机轧花后测定棉花衣分；根据成铃数、单铃质量和衣分含量，计算棉花产量^{[2, 13]}；皮棉品质由农业部棉花品质监督检验测试中心（河南安阳）测定。

2015年棉花收获时各小区采用5点采样法（肥料行2个采样点，棉花行间2个采样点，株间1个采样点）采集0~100 cm土壤样品，每20 cm为一层，共采集5层样品。部分鲜土即刻测定土壤硝态氮、铵态氮含量（0.01 mol·L ^-1 CaCl₂浸提，AA3连续流动分析仪测定），剩余土壤自然风干，研磨过2 mm和0.25 mm筛，测定有机质（重铬酸钾外加热法）、土壤全氮（半微量开氏法）、有效磷（pH 8.5，0.5 mol·L ^-1 NaHCO₃浸提，钼蓝比色法）和速效钾含量（1 mol·L ^-1 NH₄OAc浸提，火焰光度计法）。硫加树脂包膜尿素、树脂包膜控释尿素和树脂包膜氯化钾25 ℃静水释放曲线，根据中华人民共和国化工行业标准《控释肥料》（HG/T 4215—2011）中有关控释肥的测定方法测定。田间养分释放特征采用土壤埋袋法测定^[14]。

1.4 数据处理

通过Excel 2003和SAS 8.0完成相关数据的处理及统计分析，通过方差分析（ANOVA）比较不同处理间的差异显著性（α=0.05），并用Excel 2003软件完成作图。

2 结果与分析 2.1 控释氮肥和控释钾肥养分释放特征 2.1.1 静水养分释放特征

在25 ℃静水中，PSCU养分呈“倒L”型释放，PCU呈直线型释放（图 2a）。PSCU显示出前期释放速率快后期下降的趋势，而PCU则呈现出前期释放慢后期增加的趋势。PSCU和PCU分别在60、80 d养分释放量大于80%（图 2），可见两种控释氮肥的释放周期分别为两个月和三个月。PSCU前期（前30 d）释放氮素多（图 2a），PCU中期释放氮素多，二者结合能够保证棉花生长过程中一直有充足的氮素供应。两种肥料的剩余养分暂存于土壤中，可为后季作物持续提供氮素。在25 ℃静水中，CRK为直线型释放（图 2b），10~ 90 d养分释放速率保持平稳，90 d之后养分释放进入减衰期。CRK在80 d养分释放量达86.23%，其养分释放期为三个月。

2.1.2 田间养分释放特征

在土壤中，PSCU养分呈“倒L”型释放，PCU呈“S”型释放（图 3a），田间养分释放期分别为65、86 d。PSCU显示出前期释放速率快后期下降的趋势，而PCU则呈现出前期释放慢后期增加再降低的趋势。CRK田间养分释放特征为直线型释放（图 3b），释放期为82 d，10~60 d内释放速率较缓慢，60~100 d内呈上升趋势，100~120 d为养分的减衰期。

2.1.3 静水及田间养分释放特征相关性

通过25 ℃恒温静水浸提与田间土壤实测法进行比较，可为控释肥养分释放特性科学评价提供依据，对于指导控释肥合理施用具有重要意义。在土壤中，PSCU、PCU和CRK养分释放特征总体规律与在25 ℃静水中基本一致（图 4），PSCU、PCU和CRK三种养分在土壤中的释放时间均有所延长，分别是25℃静水中的1.15、1.27倍和1.18倍。控释肥料养分释放率主要受土壤温度的影响，而棉花平均生长温度约为23.5 ℃（图 1），土温略低于静水浸提的温度，所以田间实测养分释放速率较25 ℃静水中慢。

2.2 不同施肥处理对棉花产量的影响

CRN和CRNK处理单铃质量显著高于当地习惯施肥（CK）处理（表 1）。两年试验结果均表明，CRNK处理成铃数最高，2014年CRNK处理显著高于CK和CU处理，2015年CRNK成铃数仅显著高于CK。2014年和2015年CRNK处理衣分含量最高，2014年CRNK处理显著高于CK和CU处理。施用控释肥显著提高了皮棉产量，降低了施肥次数，2014年CU处理与CK差异不显著，2015年地力逐渐被消耗，不追肥明显影响棉花产量，控释肥提高棉花产量优势凸显，且CRNK较CRN处理增产2.5%~7.2%。对产量构成要素进行相关性分析（表 2），2014年和2015年皮棉产量与棉花单铃质量、成铃数及衣分含量呈显著正相关。控释氮肥和控释钾肥主要通过提高棉花成铃数来提高棉花产量。

2.3 不同施肥处理对棉花纤维品质的影响

2014年和2015年CRNK处理纤维长度与CK处理差异不显著（表 3）。不同施肥处理对整齐度指数、断裂比强度和马克隆值无显著影响，各处理整齐度指数为84.5%~85.7%，断裂比强度和马克隆值分别介于29.1~30.8 cN·tex^-1和4.7~4.9。CRNK处理与CRN处理相比，纤维伸长率差异不显著，但显著高于CK处理；CU与CRN处理纤维伸长率均显著高于CK处理，但两处理间无显著差异。

2.4 不同施肥处理对土壤养分含量的影响

与基础土壤相比，经过两年施肥后各处理0~20 cm土壤NO₃^--N含量有所提高，且0~20 cm土层NO₃^- -N含量远高于20~100 cm土壤（表 4）。与CK相比，CU、CRN和CRNK处理提高了0~20 cm土壤NO₃^--N含量，但0~20 cm土壤CU和CRN处理差异不显著，说明控释氮肥不追肥条件下仍能使土壤后期维持较高的NO₃^--N含量。20~100 cm土层各处理间NO₃^--N含量无显著差异。因旱田土壤中速效氮多以NO₃^--N的形式存在，因此施肥对NO₃^--N含量的影响高于NH₄⁺-N。各处理NH₄⁺-N含量随土层深度的增加而逐渐降低，CRN和CRNK处理显著提高了0~20 cm土壤NH₄⁺ -N含量。由于棉花根系主要分布在土壤上部土体层（0~40 cm），0~20 cm土壤中较高的NO₃^--N和NH₄⁺-N含量有利于棉花根系的吸收，说明控释氮肥有利于提高棉花后期氮素吸收。土壤深处尤其在60 cm以下土层各处理NO₃^--N和NH₄⁺-N含量差异不显著。

各施肥处理0~20 cm土壤有机质和全氮含量较基础土壤均有所增加，增幅分别为2.65%~3.97%和2.56%~5.13%（表 5）。这主要是由于施肥方式为条施，样品采集时在肥料行上设有采样点。各处理0~ 20 cm土壤有机质含量最高，在20~40 cm处含量锐减，60~100 cm土层含量较为稳定，并且各处理之间有机质含量无显著差异。与CK处理相比，CRN和CRNK处理均提高了0~20 cm土壤有机质和全氮含量，是因为控释肥处理在提高棉花产量和干物质积累的同时，也增加了植株残留量，从而增加了有机质含量。20~100 cm各处理间有机质和全氮含量差异不显著，因作物植株残留主要集中在表层土壤，很难进入20 cm以下土壤。

土壤有效磷含量在0~100 cm土层间，随深度增加而逐渐降低（表 6）。CK处理0~20 cm土壤有效磷含量显著高于CU处理，其余处理间无显著差异。20~100 cm土层中，各处理有效磷含量差异不显著。各处理0~20 cm表层土壤速效钾的含量最高，20 cm土层下随深度增加而减少。CRNK处理0~20 cm土壤速效钾含量最高，较其他处理显著增加1.4%~8.9%，CRNK与CRN处理差异不显著，但是CRNK处理20~ 40 cm土壤速效钾含量显著高于CRN，说明控释氯化钾养分的缓慢释放能够有效提高土壤速效钾含量。

2.5 不同施肥处理对棉花经济效益的影响

控释氮肥和控释钾肥对棉花经济效益存在不同程度的影响（表 7）。CU处理总收入较CK处理显著增加，但CU处理需要追肥，增加人力投入，经济效益无显著差异。CRN处理氮肥一次基施与CU处理相比，虽提高了肥料投入，但可减少人力投入，经济效益提高36.3%。CRNK处理控释氮肥和控释钾肥一次基施，经济收益最高，较CU处理提高49.9%。

3 讨论

氮素是影响棉花产量和品质的关键因素之一。棉花对氮素的利用率会随着棉花生育期的进程，呈现不规则的“S”型曲线的变化趋势^[15]。因此，通过合理施肥实现土壤养分供应与养分需求相同步是棉花高产优质的重要保证^[16]。本研究所用控释氮肥能够平稳而持续地供给棉花氮素，且控释氮肥一次基施（CRN）和控释氮、钾肥一次基施（CRNK）的速效氮含量均高于尿素追施（CU）处理，说明控释氮肥可以做到持续为棉花生长提供氮素，满足了棉花养分吸收高峰期（开花期至吐絮期^{[9, 17]}）养分需求，从而提高了产量。另外，棉花植株追肥时期多为开花期至吐絮期，棉花植株高大、果枝数多，追肥不仅增加人力投入，还会损伤棉铃，而控释氮肥一次基施，可节省人力，减少对棉花生长过程的干扰。

棉花需钾量高，是典型的喜钾作物，钾素对棉花产量和纤维品质的形成起着关键作用。我国棉花生产过程中钾肥以硫酸钾和氯化钾为主，其中硫酸钾（含K₂O 50%）价格较高、钾素含量相对较低，但效果优于氯化钾^[18]。而硫酸钾和氯化钾等速效肥料容易转化为非交换性或固定态钾，导致土壤钾素有效性降低。本研究结果表明，采用硫酸钾与控释氯化钾1:1掺混一次基施的施用方式，CRNK处理较CU处理提高了0~20 cm和20~40 cm土壤速效钾含量，这是由于控释氯化钾具有缓慢释放钾素的特点，两者掺混能够较好地与棉花各生长阶段对钾素养分的需求速度相吻合，保证后期耕层土壤对棉花生长所需钾素的供应，同时降低成本，提高经济效益。

控释氮肥和控释钾肥一次基施，氮钾之间相互促进^[19]，有利于提高棉花产量。同时，CRNK处理0~20 cm土壤有效磷含量较CK显著降低，这可能是控释肥料提高了棉花生物量并增加了土壤有效磷的吸收，从而降低土壤有效磷含量^[20]。另外，耿计彪等^[11]研究表明控释氮肥提高棉花产量的主要原因是提高了单铃质量；Tian等^[13]的研究结果则表明控释钾肥能够有效提高成铃数。本研究结果表明棉花产量与单铃质量、成铃数及衣分含量呈显著正相关，控释氮肥和控释钾肥主要通过提高成铃数来提高棉花产量。因此，控释氮肥和控释钾肥配合基施，可满足棉花不同生长时期对氮素和钾素的需求，既减少用工，又增加经济效益，具有广阔的应用前景。但关于控释氮肥和控释钾肥配合施用对棉花生长的作用机制和控释氮肥与钾肥的交互效应还有待进一步研究。

4 结论

（1）本试验条件下，控释氮、钾肥在棉花生育期田间养分释放较25℃静水浸提检测的养分释放期相对延长，可满足棉花整个生育期对氮、钾素的需求，省工增效。

（2）控释氮肥和控释钾肥一次基施较基施尿素处理显著提高了棉花收获期0~20 cm土壤全氮、硝态氮和速效钾含量，从而显著提高棉花成铃数和单铃质量及伸长率。

（3）与尿素基施加追施处理相比，控释氮肥一次性基施显著提高棉花产量9.3%~13.7%，两年平均提高经济效益36.3%；控释氮肥和控释钾肥一次性基施，棉花显著增产12.1%~21.9%，两年平均提高经济效益达49.9%。