遮蔭條件下氮肥運籌對棉花生長和氮素積累的影響

鄭劍超， 閆曼曼， 張巨松*， 高麗麗， 石洪亮， 鄭 慧， 張玉玲

(1新疆農業大學農學院，教育部棉花工程研究中心，新疆烏魯木齊 830052;2新疆喀什岳普湖縣農技推廣中心，新疆喀什 844000)

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遮蔭條件下氮肥運籌對棉花生長和氮素積累的影響

鄭劍超1， 閆曼曼1， 張巨松1*， 高麗麗1， 石洪亮1， 鄭 慧1， 張玉玲2

(1新疆農業大學農學院，教育部棉花工程研究中心，新疆烏魯木齊 830052;2新疆喀什岳普湖縣農技推廣中心，新疆喀什 844000)

表1　各處理氮肥施用時期和用量Table 1　Nitrogen application periods and rates of different treatments

棉花; 遮蔭; 氮肥運籌; 生物量; 氮素積累

作物的高產、 優質是以較高的生物量為前提的[3-5]，而生物量的累積是以養分吸收為基礎[6]，且養分吸收與生物量的積累關系密切[7]。氮素營養是調控作物生長發育的重要手段，氮肥前移比例增加使棉花現蕾晚，初花和吐絮早，進而縮短生育期[8]。大量研究表明，環境條件如光照、 氮肥等對生長模型(Logistic模型)的影響較小，但對其生長特征值的影響較大[9-10]，因此合理的氮肥運籌可以改變作物生物量和氮素的積累過程，優化各器官氮素的積累和分配[2,11]，同時增加作物產量和氮肥利用率[12-13]。棉花生長前期氮肥比例的增加使其生物量和氮素積累快速生長期啟動的時間提前[14]，因此可以通過氮肥運籌來改善果棉間作下棉花快速生長期的生長特征值，以縮短生育期，增加霜前花率，從而達到增產的目的。關于棉花氮肥運籌方面，前人已從不同角度進行了大量研究[15-17]，但在遮蔭下不同氮肥運籌對棉花養分運移特征的研究鮮見報道。為此，本試驗在南疆地區普遍采用的果棉間作模式下，研究氮肥運籌對弱光脅迫下棉花生物量、 氮素累積的影響，以期為果棉間作下棉花合理施用氮肥提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗設計

以中棉所49為試材，采用裂區設計，主區為遮蔭50%(S50)和不遮蔭(CK)兩個處理; 副區為不同氮肥運籌，分別為N1(氮肥前移)、N2(正常追肥)、N3(氮肥前移比例大于N1)，總施氮量為N320kg/hm2[18]，其中，160kg/hm2基施，160kg/hm2按表1隨機追施。每個處理重復3次，小區面積為36m2(4.5m×8m)，4月8日播種，4月18日出苗，5月20日(出苗后33d)開始遮蔭(白色遮陽網，高2m)，至吐絮結束。2次DPC(縮節安)化控，7月1日(出苗后73d)打頂。每個小區三播幅。行株距配置: [(20+50+20)+60]cm×10cm，理論密度為26.67×104plant/hm2。全生育期灌溉定額4500m3/hm2，共滴水7次。基肥施N160kg/hm2、 三料磷肥(含P2O546%)347kg/hm2和硫酸鉀(含K2O51%)75kg/hm2，追肥全部為尿素(含N46%)，隨水滴施。其他田間管理同大田。

表1　各處理氮肥施用時期和用量Table 1　Nitrogen application periods and rates of different treatments

為驗證遮蔭處理的效果，從5月20日遮蔭后用EL-USB-1溫濕度記錄儀(Lascarelectronics，US)在遮蔭與不遮蔭處理中各選具有代表性的3個點，距地面高0.5m，進行監測，每小時記錄一次，重復3次(圖1)。并用CIRAS-2型便攜式光合儀(PPSystems，US)在出苗后64、 69、 76、 98、 109、 128d的每天中午13: 00測遮蔭與不遮蔭處理的光合有效輻射(PAR)，重復15次。從圖2可以看出，試驗處理的光照達到設計要求。

圖1　遮蔭與對照處理的溫、 濕度變化Fig.1　Temperature and humidity changes under the shading and CK

圖2　遮蔭與對照處理的光合有效輻射變化Fig.2　PAR changes under the shading and CK

1.2測定項目與方法

1.2.1 生物量積累及全氮含量的測定每次追施氮肥后的第5d，在各處理選代表性棉株4株，按葉、 莖、 蕾、 鈴殼和棉纖維等不同器官分開，于105℃殺青30min，80℃烘至恒重，測定其干物質重。烘干的棉株樣品經粉碎，過0.5mm篩，備用。同時用奈氏比色法測定棉株不同部位的全氮含量。

1.2.2 棉花產量的測定收獲時調查每小區中間10行的株數及總成鈴數，每小區分上、 中、 下果枝分別取吐絮棉桃各30朵，依次測定其單鈴重和衣分，以各小區收獲實際株數(各處理間無顯著性差異)和單鈴重及衣分計算皮棉產量。

1.3數據處理

營養器官氮素轉移量=盛鈴期營養器官氮素積累量-吐絮期營養器官氮素積累量。

營養器官氮素轉移率(%)=營養器官氮素轉移量/營養器官氮素總積累量×100。

營養器官氮素貢獻率(%)=營養器官氮素轉移量/吐絮期纖維氮素積累量×100。

采用Microsoft2010和DPS7.05進行數據的整理和分析，用Duncan新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2　結果與分析

2.1氮肥運籌對遮蔭條件下棉花產量的影響

從表2可以看出，遮蔭50%(S50)與不遮蔭(CK)相比，棉花單株鈴數、 單鈴重和衣分顯著降低(P<0.05)，皮棉產量平均減少35.61%。遮蔭50%時，N1處理的單株鈴數比N2、N3分別增加13.64%和18.83%，單鈴重分別增加7.02%和13.12%，皮棉產量分別提高18.90%和29.07%，均達顯著水平。而在不遮蔭條件下，N2處理的單鈴重、 單株鈴數最大; 皮棉產量比N1、N3處理分別提高13.03%和23.67%，差異顯著。

2.2氮肥運籌對遮蔭條件下棉株地上部生物量積累與分配的影響

表2　遮蔭條件下不同氮肥運籌棉花產量及產量構成因素Table 2　Yield and yield components of cotton under the shading with different topdressing operations

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

圖3　不同處理棉花地上部生物量積累動態Fig.3　Dynamic of aboveground biomass of cotton under different treatments

2.2.2 棉株地上部營養器官生物量的積累由表3可以看出，用Logistic模型對棉花地上部營養器官生物量的動態分析表明，遮蔭50%與不遮蔭相比，營養器官生物量理論最大值和最大生長速率較大。遮蔭50%時，N1處理的地上部營養器官生物量進入快速增長期起始日和結束日、 最大生長速率出現日早，生長特征值較大，說明弱光脅迫下N1處理可增加棉花營養體生物量的積累，快速增長期結束日提前，可使棉花加快向生殖生長轉變，提前吐絮。而不遮蔭條件下，以N2處理的棉株地上部營養器官的最大生長速率和生長特征值較大。表明弱光脅迫下棉花的營養器官生長前期需較多的氮肥來適應弱光

環境，從而保證地上部營養器官生物量積累。

2.3氮肥運籌對遮蔭條件下棉株地上部氮素積累與分配的影響

表3　地上部營養器官生物量動態累積模型參數特征值Table 3　Eigenvalues of the dynamic models of aboveground biomass accumulation of vegetative organs

注(Note):t—棉花出苗后的天數Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花生物量積累量Thecottondrymatteraccumulation(g/plant).Vm—最大生長速率Themaximumgrowthrate;t0—最大生長速率出現時間Thetimeofthemaximumaccumulationrateoccurred;t1—進入快速增長期時間拐點Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidaccumulation;t2—結束快速增長期時間拐點Theendtimeofinflectionpointofrapidaccumulation;Δt—快速增長持續時間Thelastingtimeofrapidgrowth;GT—快速增長期生長特征值Theeigenvalueofrapidgrowth.**—P<0.01.

表4　生殖器官生物量動態累積模型參數特征值Table 4　Eigenvalues of the dynamic models of reproductive organ biomass accumulation

注(Note):t—棉花出苗后的天數Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花生物量積累量Thecottondrymatteraccumulation(g/plant).Vm—最大生長速率Themaximumgrowthrate;t0—最大生長速率出現時間Thetimeofthemaximumaccumulationrateoccurred;t1—進入快速增長期時間拐點Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidgrowth;t2—結束快速增長期時間拐點Theendtimeofinflectionpointofrapidgrowth;Δt—快速增長持續時間Thelastingtimeofrapidgrowth;GT—快速增長期生長特征值Theeigenvalueofrapidgrowth.**—P<0.01．

表5　地上部氮素動態累積模型參數特征值Table 5　Eigenvalues of the dynamic models of aboveground nitrogen accumulation

注(Note):t—棉花出苗后的天數Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花氮積累量Thecottonnitrogenaccumulation(g/plant).Vm—氮最大積累速率Themaximumaccumulationrateofnitrogen;t0—氮最大積累速率出現時間Thetimeofthemaximumnitrogenaccumulationrateoccurred;t1—進入快速積累期時間拐點Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidgrowth;t2—結束快速積累期時間拐點Theendtimeofinflectionpointofrapidgrowth;Δt—氮快速積累持續天數Thelastingdaysofrapidnitrogenaccumulation;GT—快速增長期生長特征值Therapidgrowtheigenvalue.*—P<0.05;**—P<0.01.

2.4氮肥運籌對遮蔭條件下棉株不同生育階段氮凈吸收量和凈轉移量的影響

圖4　氮肥運籌對遮蔭條件下不同器官中氮素分配的影響Fig.4　Effects of the nitrogen application on distribution of nitrogen in each organ under the shading

器官Organ處理組合Treatment出苗期現蕾期Sd-Bd(kg/hm2)現蕾期初花期Bd-Fl(kg/hm2)初花期盛鈴期Fl-Fb(kg/hm2)盛鈴期吐絮期Fb-Bo(kg/hm2)總凈吸收量Totalnetabsorption(kg/hm2)總凈轉移量Totalnettransfer(kg/hm2)轉移率Transferrate(%)貢獻率Contr.rate(%)葉CKN162.59b23.12d54.54b-83.93b140.25b-83.93b59.85c54.75cLeafCKN266.32a9.03e70.36a-101.35a145.71a-101.35a69.55a60.57abCKN365.53ab12.05e46.29c-82.64bc123.87c-82.64bc66.72b46.79dS50N132.11c100.52a15.14d-88.02b147.77a-88.02b59.57c64.03aS50N232.16c73.26c11.76d-59.73c117.17d-59.73c50.97d57.28bcS50N330.62c89.60b3.79e-46.69d124.01c-46.69d37.65e54.93c莖CKN115.90ab23.04c12.78b-17.91b51.72b-17.91b34.63b11.68abStemCKN213.45bc24.93c16.43a-23.92a54.81b-23.92a43.65a14.30aCKN316.57a8.03d10.85b-10.64c35.45d-10.64c30.02c6.02cdS50N111.36cd57.14a5.45c-10.04c73.95a-10.04c13.58d7.30cdS50N29.71de33.34b11.94b-8.23c54.99b-8.23c14.97d7.89bcS50N37.84e30.46b2.02d-3.02d40.32c-3.02d7.50e3.56d鈴殼CKN184.95b-17.64a84.95b-17.64a20.77b11.51aShellCKN256.05c-15.98ab56.05c-15.98ab28.51a9.55abCKN393.49a-13.01b93.49a-13.01b13.92d7.37bS50N124.70de-4.20c24.70de-4.20c17.00c3.06cS50N227.57d-2.70cd27.57d-2.70cd9.79e2.59cS50N321.63e-0.89d21.63e-0.89d4.11f1.05c棉纖維CKN171.20b153.30c71.20bFiberCKN288.02a167.33b88.02aCKN350.33c176.64a50.33cS50N119.73d137.46d19.73dS50N215.77de104.27e15.77deS50N313.49e85.01f13.49e

注(Note):Sd—出苗期Seeding;Bd—現蕾期Budding;Fl—初花期Flowering;Fb—盛鈴期Fullboll;Bo—吐絮期Bollopening. 正值表示積累量Positivevaluesmeannetabsorption; 負值表示轉移量Negativevaluesmeannettransfer. 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

3　討論

產量與棉株營養體從快速增長起始日到最大生長速率出現日期間的生物量呈正相關，即提高此期間的營養體生物量是獲得高產的關鍵。將棉花最終產量與前期營養體生物量進行相關分析發現，遮蔭50%條件下，以7月3日相關性較好(R2=0.95); 正常光照下(不遮蔭)，以7月19日相關性較好(R2=0.85)，比遮蔭晚16d。從圖1也可以看出，由于遮蔭下通風透氣較差，使總體濕度和溫度增加，因而有利于營養器官的快速生長。產量表現為遮蔭50%下適度氮肥前移和正常光照下大田正常追施肥最高。所以根據本研究，在生產上針對新疆南疆地區的杏棉、 棗棉間作，棉花氮肥的追施應適度前移(N1)，以滿足棉株前期快速生長對養分的需求，后期提前結束，可避免棉花貪青晚熟。Logistic生長模型畢竟是一種經驗模型，它預測效果的準確性及生物學意義主要取決于參數擬合的精確度及數據的真實性。由于遮蔭模式不同和環境復雜多樣，所以不同的研究預測結果也存在一定的差異。因此，有關弱光下氮肥運籌對棉花生物量、 氮素積累與分配的影響還需進一步的研究。

4　結論

棉株生物量和氮素積累對光照和氮肥反應敏感，葉的氮凈吸收量、 凈轉移量和對棉纖維的貢獻最大。遮蔭50%條件下，氮肥追施適度前移(N1)，即提前至盛蕾期(6月中下旬)開始追肥，在盛鈴期(8月上旬)前結束，可有效地增加棉株單株鈴數、 單鈴重; 遮蔭50%時營養器官和生殖器官生物量進入快速增長期起始日和結束日、 最大生長速率出現日均提前，總氮積累量理論最大值、 生長特征值較大，氮快速積累持續天數較長，確保了營養器官中氮的凈吸收和凈轉移量，保證了棉花生長較高的代謝水平，營養器官對棉纖維的貢獻最大，為棉花在弱光脅迫下獲得高產奠定了基礎。

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Effectsofnitrogenapplicationongrowthandnitrogenaccumulationofcottonundershadingcondition

ZHENGJian-chao1,YANMan-man1,ZHANGJu-song1*,GAOLi-li1,SHIHong-liang1,ZHENGHui1,ZHANGYu-ling2

(1 College of Agronomy of Xinjiang Agricultural University/Research Center of Cotton Engineering, Urumqi, Xinjiang 830052,China;2 Extension Center of Agricultural Techniques of Yuepuhu County, Kashi, Xinjiang 84400,China)

【Objectives】Latematurationisoftenhappenedincottonintercroppedwithfruit,whichcauseslowerpre-frostlintpercentage,theyieldisdeclinedseriously.Reasonablenitrogenfertilizertopdressingcouldregulateandcontrolthegrowingprocessofcotton,optimizeaccumulationanddistributionofbiomassandnitrogeninorgans.Thestudywillprovidetheorybasisforreasonablenitrogenapplicationfortheintercroppingcotton. 【Methods】ThecottoncultivarwasZhangmain49,thefeildexperimentwasperformedwithsplitplotdesign.Themainareaswere50%shading(S50)andnotshading(CK).ThesplitareaswereN1 (earliertopdressing),N2 (normaltopdressing)andN3 (moreproportionofearliertopdressednitrogenthanN1).Totalnitrogenwas320kg/hm2,halfofthemwastopdressedwithirrigation.ThedetailsoftopdrossingdateandamontwaslistedinTable1.Effectsofthenitrogenapplicationondynamicaccumulationcharacteristicsofbiomassandnitrogenundertheshadingwerestudied.【Results】ComparedwithCK,thetheoreticalmaximumbiomassandgrowthratesofthevegetativeorganswerehigher,whilethetheoreticalmaximumbiomass,growthratesandgrowtheigenvaluesofreproductiveorgansbiomassweresmallerunderhalfshadding.Therapidaccumulationoftotalnitrogenarose5-8dinadvance,bollnumber,bollweightandlintpercentagewerereducedsignificantly,lintyieldwasreducedby35.61%inaverageundertheshadingof50%.Underthe50%shading,thestartandfinishoftherapidgrowthratesofthevegetativeandreproductiveorgansunderN1wereahead,andthetheoreticalmaximumbiomassofthereproductiveorganswereinorderofN1>N2>N3.Thetheoreticalmaximumnitrogenaccumulation,thelastingdaysofrapidnitrogenaccumulationandgrowtheigenvaluesarethelargestinN1,whichwasbonefitedtothenetabsorption,thenettransferofnitrogenandcontributiontothefibernitrogenforvegetativeorgans,andthelintyieldishigherthanthoseofN2andN3by18.90%and29.07%.UnderCK,themaximumgrowthratesandgrowtheigenvaluesofabovegroundvegetativeorgansbiomassofN2arethelargest,andthetheoreticalmaximumofnitrogenaccumulation,thelastingdaysoftherapidnitrogenaccumulationandgrowtheigenvalueswerethelargest,too.Bollnumberandbollweightwerethehighest,andthelintyieldis13.03%and23.67%higherthanthoseofN1andN3. 【Conclusions】Inconditionof50%shading,theealiernitrogentopdressing(N1),namely,beginningatthefullbuddingstage(inthemiddleandlasttendaysofJune),endingbeforethefullbollstage(inthefirsttendaysofAugust),couldimprovetheeigenvaluesoftherapidgrowthperiodundertheshading,increasecottonbiomassandnitrogenaccumulationsignificantly,behelpfultonetnitrogenabsorption,nettransferandcontributiontothecottonfiberinvegetativeorgans,andincreasebollnumberperplant,bollweightandyieldfinally.

cotton;shading;nitrogenapplication;biomass;nitrogenaccumulation

2014-10-14接受日期: 2014-11-26網絡出版日期: 2015-07-17

國家“十一五”科技支撐計劃—果棉立體高效種植模式與關鍵技術研究(2009BADA4B01-3); 新疆維吾爾自治區“十二五”科技支撐項目(201231102)資助。

鄭劍超(1989—)，男，四川成都人，碩士研究生，主要從事棉花高產栽培生理方面的研究。E-mail:zgxjzjc@126.com

E-mail:xjndzjs@163.com

S562

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1008-505X(2016)01-0094-10