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棉花是世界范围内广泛种植的纤维作物。中国是棉花的主要生产和消费国,在过去30多年间棉花产量最高。长江流域是我国棉花主产区之一,普遍采用棉花-小麦和棉花-油菜两熟种植模式。目前过量施肥已导致棉花生产效益下降、环境负担加重,成为棉花生产面临的重要挑战。而采用晚播、高密、低氮和一次施肥的种植模式,是解决当前棉花生产成本高问题的一种有效措施。然而在这种模式下,K肥相对于N肥的适宜比例仍不明确。我们推测:在这种新的棉花种植模式下,采用相同或者略高于N肥的K肥用量(KRN)可以达到稳定棉花产量,从而提高植棉经济效益的效果。为此,我们于2016-2017年在武汉华中农业大学进行了大田试验。试验采用完全随机区组设计,设置3个K:N的比例(用量)处理[K1{K2O:N=0.8:1(168:210 kg ha-1)},K2{K2O:N=1:1(210:210 kg ha-1)}和K3{K2O:N=1.2:1(252:210 kg ha-1)}],所有肥料于棉田出现第一朵白花当天施用。结果表明,K2和K3的平均籽棉产量比K1提高了15%和16%。同时,棉花碳代谢、氮代谢、碳氮平衡和逆境代谢水平概述如下:相较于K1,较高的KRN(K2和K3)提高了棉花叶片钾含量,无论是不同生育阶段,还是不同年份趋势相同。相较于K1,K3和K2显著上调了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)、磷酸蔗糖合酶(SPS)和蔗糖合酶(SS)活性,但降低了蔗糖转化酶(SAI)、6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6PGDH)活性,因而有利于碳水化合物(蔗糖、淀粉、葡萄糖和果糖)的平衡。同样,相较于K1处理,K2和K3显著提高了硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(Ni R)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)的活性,因此更有效地平衡了叶片全氮、硝态氮、游离氨基酸和可溶性蛋白含量。相较于K1处理,K2和K3处理具有合适的C/N比,确保更有效的平衡植株中碳、氮代谢酶活性和相关同化物质。相较于K1,K2和K3可以使抗氧化酶(SOD、CAT和POD)活性和H2O2的产生稳定在合适水平,从而实现植物光合产物在生殖器官中的有效利用;同时降低丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)和脯氨酸(Pro)含量。终上所述,较高的钾氮比例提高了棉花产量,源于其提高了叶片含钾量,从而改善了棉花C-N代谢,促进了光合产物的合成,平衡了植株的C-N化合物组成;通过调节抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)的活性,减少脂质过氧化,从而减少氧化损伤。因此,从经济效益的角度考虑,长江流域棉花晚播、高密、一次施肥的种植模式,N和K同量更为有利。