供钾水平对棉花产量的影响

供钾水平对棉花产量的影响

现在，由于缺乏钾，过早老化是限制中国棉产量和产量的主要因素之一。土壤速效钾供应不足或根系的吸收功能衰退,均会使棉花的生长发育、光合能力和物质分配受到不利影响,从而导致铃数减少、铃重和衣分下降。应用相关分析和通径分析研究作物产量构成因素与产量之间的关系,明确各因素对产量的相对重要性,是作物高产育种和栽培的重要依据[9,10,11,12,13,14,15]。铃数、铃重和衣分是棉花产量的基本构成因素,对皮棉产量有直接决定作用。但这三个因素对棉花产量的决定程度,与品种类型、栽培措施和环境条件等有关。而缺钾是否影响棉花产量构成因素对产量的决定作用,至今鲜见报道。因此,本试验采用34个棉花品种/杂交组合,在不同供钾条件下研究棉花产量及其构成因素的变化及二者之间的相关关系,以期为耐低钾棉花品种的选育及棉花的耐低钾栽培提供依据。1材料和方法1.1主栽品种/品系的选育试验采用34个棉花品种/杂交组合,其中10个为2004年部分棉区的主栽品种/品系(表1),24个为它们的杂交组合(6个母本,4个父本)。1.2试验材料及排列试验于2007-2008年在中国农业大学上庄试验站进行,其中2007年的气候正常,2008年气候异常,表现为前期(5-6月)低温、全生育期(4-9月)降雨过多(表2)。试验田为沙壤土,肥力较低,有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为0.6mg·kg-1、18.57mg·kg-1、9.3mg·kg-1和56mg·kg-1。试验采用裂区设计,其中主区为钾肥处理,裂区为供试的34份材料。随机区组排列,重复2次。每小区2行,行距1.2m,行长5m,株距0.5m,种植密度16666株·hm-2。2007年4月15日育苗,5月10-11日移栽;2008年4月12日育苗,5月4-6日移栽。所有小区均基施尿素225kg·hm-2和二铵300kg·hm-2,此外2007年于7月5日追施尿素150kg·hm-2,2008年于7月14日追施尿素225kg·hm-2。施钾区在2007年分别基施和追施硫酸钾195和225kg·hm-2,2008年基施和追施硫酸钾各225kg·hm-2,追施时间与尿素相同。2年均于移栽后浇缓苗水,生育期间不再灌溉。除草和病虫害防治按照需要进行。1.3单株成铃数和衣分测定每小区收获前选代表性植株5株,调查单株成铃数,测定平均铃重,并取10个中部内围铃测定衣分。记录小区实收子棉产量,并据其与衣分计算皮棉产量。1.4棉田棉花产量的单因素实验试验数据在Excel中编辑,以小区平均数为计算单位,采用DPSV3.0软件进行棉花皮棉产量(kg·hm-2)y和衣分(%)x1、铃重(g)x2、单株铃数(个)x3的简单相关、偏相关分析和通径分析。2结果与分析2.1施钾区域和铃重、铃数、铃重和棉铃数、铃重和衣分是构成棉花产量的三要素。由表3可知,供钾水平对衣分的影响较小(施钾区较缺钾区的提高幅度在5%以下),对铃数的影响最大,对铃重的影响居中。2007年施钾区的铃数、铃重和皮棉产量较缺钾区分别提高21.7%,17.1%和25.4%,2008年分别提高97.7%,52.0%和229.7%。2008年的产量较2007年大幅度下降(表3),这主要由前期低温和生育期多雨所致。此外,施钾区的降幅(57.0%)低于缺钾区(83.6%),说明较好的养分供应有可能增强棉株抵御不良环境的能力。2.2产量与年龄的相关性表4的简单相关分析表明,衣分(x1)、铃重(x2)和单株铃数(x3)与产量(y)均存在正相关关系,而且除2008年的衣分外均达到显著水平。各因素与产量的相关系数随年份和供钾水平而变化,如:2008年铃重、铃数与产量的相关系数均高于2007年,2008年缺钾区的各相关系数高于施钾区。衣分、铃重和铃数几个产量构成因素间存在或负或正的相关关系,但除了2008年缺钾区铃重与铃数的正相关较高(0.6065)外,其它相关系数绝对值均低于0.4(表4)。2.3不同气候条件对铃重、铃数与产量偏相关的影响偏相关分析又称静相关分析,是排除其它自变量影响后某一自变量与因变量的相关。如表5结果所示,铃重、铃数与产量的偏相关系数在不同环境下均达到极显著水平,衣分与产量的偏相关则相对较低,仅在2007年缺钾区达到极显著水平。这提示棉花高产、稳产需要铃重和铃数的共同提高,这也是钾肥提高棉花产量(表3)的主要原因。供钾水平对铃重、铃数与产量偏相关的影响随年份而变化,如在2007年缺钾区高于施钾区,在2008年施钾区高于缺钾区。此外,气候条件对铃重、铃数与产量偏相关的影响也与供钾水平有关,如施钾区2008年高于2007年,缺钾区2007年高于2008年,这与简单相关的结果(表4)不同。根据偏相关分析的结果可得到不同环境下的回归方程:在其它因素相对固定的前提下,衣分每增加一个单位(%),上述4个环境的产量分别增加74.59,55.95,11.86和3.35kg·hm-2;铃重每增加一个单位(g),产量分别增加328.91,392.12,133.14和234.43kg·hm-2;单株铃数每增加一个单位(个),产量分别增加32.19,30.56,13.12和23.26kg·hm-2。2.4产量对分配的间接通径系数通径分析可以将简单相关系数分解为直接通径系数(即标准化回归系数)和间接通径系数,从而进一步理清各个性状对产量的直接和间接影响。本试验以皮棉产量为依变量,以衣分、铃重和单株铃数为自变量,进行逐步回归,并在此基础上对不同年份和供钾水平下的结果进行通径分析。表6结果表明,各产量构成因素对产量的直接通径系数小于偏相关系数(表5),但在年份间和供钾水平间的差异与偏相关系数一致,如2007年铃重、铃数对产量的直接通径系数在缺钾区高于施钾区,2008年则是施钾区高于缺钾区;缺钾条件下2007年高于2008年,施钾条件下2008年高于2007年。衣分对产量的直接通径系数小于铃重和铃数,在2008年尤其如此(表6)。各产量构成因素通过其它因素对产量的间接通径系数也随年份和供钾水平而变化,其中在2007年缺钾条件下间接通径系数均为负值,且铃重通过铃数和铃数通过铃重的负向系数较大;2007年施钾区衣分通过铃重和铃数对产量的间接通径系数为正值,反之铃重和铃数通过衣分对产量的间接通径系数也为正值;2008年缺钾区除了衣分通过铃数以及铃数通过衣分对产量的间接通径系数为负值外,其它均为正值,且铃重通过铃数以及铃数通过铃重的正向间接通径系数较大;2008年施钾区各因素通过其它因素对产量的间接通径系数无论正负均不大(表6)。3需更注意的因素钾肥对棉花产量及其构成因素的影响在国内外已得到较多研究,不少研究发现钾肥可提高衣分,有报道指出钾肥提高棉花产量主要与铃重增加有关,还有研究表明钾肥可增加铃数。本课题组在河北省吴桥县和山东省夏津县的研究曾经发现,施用钾肥对单株铃数(密度为6.0万株·hm-2)的提高幅度达25%以上,对铃重的提高幅度不到5%,对衣分的作用最小(提高幅度不到2%),本试验在北京地区低肥力、低密度(1.67万株·hm-2)条件下得到了类似结果(表3)。本试验还发现,钾肥对棉花产量及其构成因素的影响程度与环境条件有关,如在生育期多雨的2008年,钾肥的增产作用远高于气候条件相对正常的2007年,这可能由降雨过多导致土壤中K+大量淋失所致。此外,与缺钾相比,在施钾条件下因前期低温、生育期多雨等不良气候(2008年)引起的减产幅度相对较小。已有研究表明,改善植株的钾营养可通过降低活性氧的产生而提高对干旱、冷害等逆境的抗性。本试验结果提示,钾营养的改善可能还会提高棉花耐低温和耐渍涝的能力。在多变量资料中,偏相关系数才能真实反映两变量间的相关程度与性质。利用通径分析则可将简单相关系数分解为直接作用系数和间接作用系数,以揭示各个产量构成因素对产量的相对重要性。本试验结果表明,各产量构成因素与产量的偏相关系数和直接通径系数在处理间和年份间的差异基本一致,可靠性相对较高,可作为确定育种目标和制定栽培措施的参考。已有研究表明,环境条件会影响产量构成因素与产量之间的关系。袁钧等报道,干旱条件下皮棉产量与单位面积总铃数的关系密切,而在雨涝条件下与衣分的相关关系密切。土壤环境可以大幅改变野生大豆性状间的相关关系,如正常大田土壤环境下,百粒重对单株产量的直接效应较高盐碱土壤环境下提高9倍。本研究则发现,衣分、铃重和铃数与棉花产量的相关关系受到年度间气候条件和供钾水平的影响。如衣分与产量的偏相关和直接通径系数在缺钾区高于施钾区,且在年份间表现一致,说明耐低钾品种的培育和低钾条件下棉花的栽培可能更需要注重衣分的提高。2008年衣分与产量的相关低于2007年(表5、表6),也低于同年度铃重和铃数与产量的相关,似乎提示在多雨环境下不宜通过衣分来选择高产材料,这与袁钧等的结果不同。2007年缺钾区内铃重和铃数与产量的偏相关及直接通径系数高于施钾区,2008年则低于施钾区。因此,若根据铃重和铃数筛选高产品种、耐低钾品种,可能需要选择或创造合适的育种环境以提高筛选效率;而在环境条件无法控制时,品种选择则需要经过多年多点的检验。各产量构成因素通过其它因素对产量的间接通径系数随年份和供钾水平而变化,表明衣分、铃重和铃数之间存在比较复杂的相互制约或促进关系。通过多年多点的大量研究有可能明确这种关系,从而为棉花高产抗