磷钾肥配施对斯威士兰Lowveld碱性土壤棉花生长、产量及纤维性状的交互效应与季节性品种响应差异

《International Journal of Agronomy》：Effect of Phosphorus and Potassium Fertilizer Rates on Growth, Yield and Fiber Traits of Cotton (Gossypium hirsutum L.) on Alkaline Soils in the Lowveld of Eswatini

　　

棉花（Gossypium hirsutum L.）产量在斯威士兰Lowveld地区持续下降，部分归因于土壤肥力贫瘠，特别是高土壤pH导致的磷（P）有效性低和交换性钾（K）不足。为此，研究人员在斯威士兰Lowveld试验站开展了田间试验，于2021/2022种植季使用棉花品种Bt JKCH 1947，于2022/2023种植季使用品种Alba Plus QM301，评估磷钾肥施用量对棉花生长、产量和纤维品质的影响。处理为4个磷水平（0、20、40和60 kg ha^?1）和4个钾水平（0、20、40和60 kg ha^?1）的因子组合，采用随机完全区组设计（Randomized Complete Block Design, RCBD），3次重复。结果表明，磷、钾及其交互作用对铃数、铃重、衣分（Ginning Out Turn, GOT）、纤维长度和纤维强度均无显著影响。然而，磷钾交互作用在2021/2022季对开花期株高和果枝数，以及两个种植季的籽棉产量均有显著（p < 0.05）影响。在2021/2022种植季，棉花品种Bt JKCH 1947在40 kg P ha^?1和40 kg K ha^?1配施下获得最高单株果枝数（34.8个）。2021/2022季，品种Bt JKCH 1947在40 kg P和60 kg K ha^?1配施下获得最高籽棉产量（3744 kg ha^?1）；而2022/2023季，品种Alba Plus QM301在0 kg P和40 kg K ha^?1配施下获得最高籽棉产量（3287 kg ha^?1）。2022/2023种植季的纤维长度，以及两个种植季的纤维强度和马克隆值（Micronaire）均在市场可接受范围内。综上所述，棉花对磷钾肥的响应在不同种植季和品种间表现不一致，表明需开展进一步研究。

**论文解读：磷钾肥施用量对斯威士兰Lowveld碱性土壤棉花生长、产量及纤维性状的影响**

**一、研究背景与问题**

棉花（Gossypium hirsutum L.）是全球重要的纤维作物和粮食作物，支撑着人类基本需求和国际贸易。据美国农业部2025/2026年预测，全球棉花产量约2600–2700万吨皮棉，收获面积约2950万公顷，世界平均皮棉产量约899 kg ha^?1。在斯威士兰，棉花对国内生产总值（Gross Domestic Product, GDP）的贡献仅2.1%，籽棉产量从1975年的23000吨急剧下降至2025年的601吨，甚至导致国家轧花厂暂时关闭。

斯威士兰Lowveld地区是棉花主产区，但该区域碱性土壤（该研究试验点土壤pH高达8.8）加剧了养分固定问题：高pH条件下磷与钙（Calcium, Ca）反应形成不溶性磷酸钙化合物，导致磷有效性降低；同时过量的钙和镁（Magnesium, Mg）与钾离子（K⁺）竞争根系吸收位点，即使土壤钾水平看似充足，钾吸收仍可能受到抑制。撒哈拉以南非洲的土壤因固有低肥力、酸化、侵蚀和不良土地管理面临类似的养分限制。尽管这一问题至关重要，但此前尚无研究针对斯威士兰的棉花磷钾施肥挑战开展系统评估，这是开展本研究的直接动因。

**二、研究目的与意义**

本研究旨在明确不同磷钾肥施用量对斯威士兰Lowveld碱性土壤上棉花生长、产量及纤维品质性状的影响，为当地棉花养分管理提供科学依据。

**三、关键技术方法概述**

试验在斯威士兰Lowveld试验站（Big Bend, Matata，南纬26.864615°，东经31.933271°，海拔89 m）进行。土壤类型为变性土（Vertisol），播前土壤分析显示pH 8.8，属强碱性。试验采用因子排列的随机完全区组设计（RCBD），因子包括4个磷水平（0、20、40、60 kg P ha^?1）和4个钾水平（0、20、40、60 kg K ha^?1），共16个处理组合，3次重复。磷肥源为过磷酸钙（Single Super Phosphate, SSP，含P 10.5%），钾肥源为氯化钾（KCl，含K 50%），氮肥统一施用80 kg N ha^?1并以石灰石硝酸铵（Limestone Ammonium Nitrate, LAN）形式分三次施用。2021/2022种植季使用Bt棉品种Bt JKCH 1947（引自印度），2022/2023种植季使用杂交品种Alba Plus QM 301（引自津巴布韦）。生长参数包括株高和果枝数，产量构成及纤维品质通过标准方法测定，纤维样品送至南非棉花协会（Cotton South Africa）实验室分析。数据采用GenStat软件进行两因素方差分析（ANOVA），以最小显著差异（Least Significant Difference, LSD）在5%概率水平进行均值比较。

**四、主要研究结果**

**4.1 生长参数**

**株高**：在2021/2022种植季，磷钾交互作用对品种Bt JKCH 1947开花期株高有显著影响（p < 0.05），0 kg P与40 kg K ha^?1组合获得最高株高（68.89 cm），而60 kg P与40 kg K ha^?1组合株高最低（50.3 cm）。在2022/2023种植季，品种Alba Plus QM 301的株高不受磷钾主效应及交互作用显著影响，但不施磷处理在各生长阶段均一致表现最高株高，20 kg K ha^?1处理的株高相对较高。

**果枝数（Sympodial Branches）**：2021/2022季，磷钾交互作用对品种Bt JKCH 1947果枝数有显著影响（p < 0.05），40 kg P与40 kg K ha^?1组合获得最高单株果枝数（34.8个），而0 kg P与40 kg K ha^?1组合果枝数最低（20.2个）。2022/2023季，品种Alba Plus QM 301果枝数不受磷钾主效应及交互作用显著影响，但40 kg P ha^?1处理果枝数最高（24.29个）。

**4.2 产量构成与产量**

**铃数和铃重及衣分**：两个种植季中，磷钾主效应及交互作用对单株铃数、50铃重和衣分均无显著影响。2021/2022季，60 kg P ha^?1处理单株铃数最高（17.2个）；2022/2023季，40 kg P ha^?1处理单株铃数最高（22.4个）。两季中40 kg P ha^?1处理均获得最高的50铃重（分别为276.6 g和280.5 g），衣分分别在40.13%–40.87%和38.9%–39.7%间保持稳定。

**籽棉产量**：这是磷钾交互作用最显著响应的指标。在2021/2022季，品种Bt JKCH 1947在40 kg P与60 kg K ha^?1配施下获得最高籽棉产量（3744 kg ha^?1），与60 kg P配施0 kg K组合（3597 kg ha^?1）统计上相当，而40 kg P与40 kg K组合产量最低（2107 kg ha^?1）。在2022/2023季，品种Alba Plus QM 301在0 kg P与40 kg K ha^?1组合下获得最高产量（3287 kg ha^?1），20 kg P与0 kg K组合产量最低（1452 kg ha^?1）。两季产量响应方向截然不同，显示出季节和品种因素的强烈影响。

**4.3 纤维品质性状**

两个种植季中，磷钾主效应及交互作用对纤维长度和纤维强度均无显著影响。2021/2022季马克隆值（Micronaire）范围为4.4–4.6，纤维长度26.5–27.2 mm，纤维强度31.1–32.2 g/tex。2022/2023季纤维长度28.0–28.6 mm，纤维强度31.3–33.4 g/tex。但在2022/2023季，磷钾交互作用对品种Alba Plus QM 301的马克隆值有显著影响（p = 0.01），最高值（4.95）出现在20 kg P与40 kg K ha^?1组合，最低值（4.3）出现在0 kg P与40 kg K ha^?1组合。所有纤维品质指标均在南非棉花协会市场可接受范围内（马克隆值3.5–4.9，纤维强度≥26 g/tex，纤维长度≥27 mm）。

**五、讨论与结论**

土壤分析表明，尽管试验点土壤全磷和交换性钾水平按标准评级属高至极高范围，但高pH（8.8）条件下磷与钙形成不溶性磷酸钙导致植物有效性降低，过量Ca²⁺和Mg²⁺与K⁺的竞争亦可能抑制钾吸收。然而由于本研究未测定植株磷浓度和总吸磷量，磷有效性降低的推论尚无法确认。

株高和果枝数方面，磷肥并未促进反而在部分情况下抑制了营养生长，这可能与磷促进植物转向生殖生长阶段、刺激早期开花有关；而钾肥通过支持茎秆伸长和活力促进了株高增加。籽棉产量在两季间响应不一致：2021/2022季磷钾协同效应显著，与已有研究指出平衡磷钾供应能提升产量的结论一致；但2022/2023季不施磷仅施钾即获最高产量，提示土壤残效磷或本底磷已能满足当季需求，钾则成为更主要的限制因子。纤维品质性状对磷钾施肥响应不显著，表明纤维品质主要由遗传因素和环境条件决定，对磷钾适度变化的敏感性较低。

**研究结论**：磷钾交互作用在2021/2022种植季显著影响品种Bt JKCH 1947的开花期株高和果枝数，并在两个种植季均显著影响籽棉产量。2021/2022季Bt JKCH 1947在0 kg P和40 kg K ha^?1下株高最高，2022/2023季Alba Plus QM 301在不施磷条件下生长更高且对中等钾水平有积极响应。40 kg P与40 kg K ha^?1配施在2021/2022季使Bt JKCH 1947果枝数最高，而40 kg P ha^?1在2022/2023季使Alba Plus QM 301果枝数最高。2021/2022季Bt JKCH 1947在40 kg P与60 kg K ha^?1配施下籽棉产量最高，2022/2023季Alba Plus QM 301在不施磷仅施40 kg K ha^?1下产量最高。2022/2023季纤维长度及两季纤维强度和马克隆值均在市场可接受范围内。总体而言，在斯威士兰Lowveld条件下，棉花对磷钾肥的响应在不同种植季和品种间表现不一致。由于两季使用了不同品种，未来需开展同品种多季试验，以更好地理解环境因子、养分交互作用、养分吸收利用效率及品种差异对棉花生产力和纤维品质的影响。