精細化水氮運籌對棉花適宜機采性狀的調控效果

馬興旺，楊 濤，牛新湘，龔雙鳳，索俊宇，陳寶燕

（1.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091；2.國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊 830091；3.新疆烏魯木齊市米東區農產品質量安全檢測中心，烏魯木齊 831400）

精細化水氮運籌對棉花適宜機采性狀的調控效果

馬興旺1，2，楊 濤1，2，牛新湘1，2，龔雙鳳1，索俊宇1，陳寶燕3

（1.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091；2.國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊 830091；3.新疆烏魯木齊市米東區農產品質量安全檢測中心，烏魯木齊 831400）

【目的】精細化水氮運籌對棉花適宜機采性狀的調控效果，為水肥耦合調控棉花機采性狀的技術研究提供參考途徑。【方法】采用行距66cm＋10cm、株距 9.5cm機采棉種植模式，在施氮量和灌溉定額相同基礎上，將生育期各次追氮量和灌水量分別設計為3個方案，完全組合成9個水氮運籌處理，研究機采棉機采性狀差異。【結果】各處理間株高、株寬均有差別，株高差異不顯著，有些處理間株寬差異達顯著；棉花始果枝節位高都在18cm以上，其中僅3個高產處理在21.5～19.2cm；處理間棉花內外圍鈴比例差別大，內圍鈴比例遠大于外圍鈴；處理間下中上部棉鈴比例有明顯差異，其中高產處理的下中上部棉鈴分別為35%、40%和25%，是較理想高產和適宜機采的棉鈴垂直分布。【結論】生育期不同的精細化水氮運籌方案，可以對機采棉收獲時的株高、株寬、始果枝節位高、果枝臺數、棉鈴內外圍鈴分布、棉鈴垂直分布等性狀產生影響，對機采棉株寬、始果枝節位高、棉鈴內外圍鈴分布和棉鈴垂直分布等機采性狀的調控效果最明顯，在棉花生育期實行精細化水氮運籌，不僅能調控一些棉花性狀達到采棉機收獲要求，同時還能實現高產。

水肥耦合；水氮運籌；機采棉；膜下滴灌；精準施肥

0 引 言

【研究意義】近年來隨著拾花費急劇增加，植棉成本上升，植棉效益下降，推廣機采棉成為棉花提質增效的有效途徑［1－3］。但相對于手摘棉，機采棉要求始果枝節位至少 18cm以上、株高 75～85cm、較緊湊型株型、吐絮期集中、含絮力強等機采性狀［4－8］。這些性狀有的是品種特性，有的則是生育期管理措施調控的結果，如在苗期、蕾期和花期，幾次施用縮節胺調控棉花生長速度，有效控制株高、節間長度和始果枝節位；打頂控制了株高；從蕾期開始的水肥管理是棉花生長中后期調控棉花個體和群體特征的最主要措施。【前人研究進展】通過膜下滴灌可以實現在棉花生育期任意時間進行隨水施肥［9］，為機采棉全生育期進行精細化水氮運籌提供了條件。研究表明，生育期的水氮運籌能充分發揮水肥耦合效應，調控棉花生長［10，11］，改善 棉 花 冠 層 結 構［12，13］，提高棉 花 光合效率［14］，增 加 產 量［15，16］。【本研究切入點】基于機采時對棉花性狀的特殊要求，通過水肥運籌在棉花生長的中后期塑造適于機采的棉花群體十分必要［4，9］，在棉花蕾期和花鈴期進行灌水、施肥組合試驗，明確這種塑造效果。【擬解決的關鍵問題】通過田間試驗，在機采棉種植模式下，研究棉花生育期精細化水氮運籌對棉花個體發育與產量的影響，為通過水肥管理塑造機采棉性狀提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2014年在新疆農科院庫爾勒基地進行。試驗區屬于典型干旱氣候，年均降雨量56.2 mm，年均蒸發量2 497.4 mm，年均日照時數2878 h，≥10℃積溫4 252.2℃，無霜期205d。中等肥力砂壤土，0～30cm土壤有機質7.50g／kg，全氮0.47g／kg，速效氮33.97 mg／kg，有效磷15.72 mg／kg，有效鉀117.35 mg／kg，pH 7.97。前茬為棉花。

棉花品種為新陸中38號。膜寬2.05 m，66cm＋10cm的寬窄行，1膜6行，株距9.5cm。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

高產棉花推薦施氮量（N）317.1 kg／hm2，30%基施、70%追施，在追氮量相同的基礎上，將6次追氮量（N）設計為3個不同方案 Na、Nb和Nc。在相同的灌溉定額4 800 m3／hm2基礎上，將全生育期12次灌水量設計為 3個不同方案 Wd、We、Wf。3個追氮方案與 3個灌水方案完全組合成9個水氮運籌處理。重復 3次，27個小區隨機區組排列，小區6 m×7 m。表1

從6月中旬蕾期開始灌水，每隔 7～10d滴灌1次，用水表控制灌水量。從第2次灌溉開始追肥，隔一水施肥 1次，隨水滴肥，用施肥罐控制施肥量。

各處理其他肥料施用量和施用方法相同，P2O5量186.3 kg／hm2，K2O量67.5 kg／hm2，基肥在秋季翻地時施入。追肥用尿素N≥46.4%。

表1 機采棉水氮運籌處理Table 1 Treatments of Fine Management of Water and Nitrogen of machine－harvested cotton

1.2.2 測定項目

1.2.2.1 生物學性狀

于棉花蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期，每隔20d，對每小區選定的10株棉花測量株高、株寬、始果枝節位。

1.2.2.2 棉鈴空間分布

棉花吐絮初期，調查小區內標記的10株棉花的果枝臺數、棉鈴橫向和縱向分布。橫向分為內圍鈴與外圍鈴，各果枝上第1果節結鈴為內圍鈴，第2果節及以上結鈴為外圍鈴；縱向分為下部鈴、中部鈴、上部鈴3部分，其中，第1～3果枝為下部鈴，第4～6果枝為中部鈴，第7果枝及以上為上部鈴［17］。

1.2.2.3 產量

棉花吐絮期調查小區總株數、總鈴數，計算單株鈴數；根據棉花吐絮情況各小區分3次取棉株上、中、下部位各50朵，測定單鈴質量。籽棉產量計算公式：

籽棉產量（kg／hm2）＝每公頃棉株數×單鈴質量（g）×平均單株成鈴數／1 000×0.85。

1.3 數據統計

采用 WPS表格、DPS 7.05對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 水氮運籌對機采棉產量及構成因子的影響

研究表明，所有的處理分為兩組，WdNa、Wd-Nb、WdNc和WeNb是一組，處理之間產量沒有顯著差異，并且在7 000 kg／hm2以上，是高產組；其他處理的產量低于7 000 kg／hm2，處理之間產量也沒有顯著差異。

不同處理間單鈴質量差異不顯著，單株鈴數有差異。因此，在機采棉種植模式下，相同的灌溉量、施氮量，但不同的水氮運籌方式能導致產量差異，產量差異來源于棉花單株鈴數，即棉花個體生長差異。WdNb的籽棉產量最高，為7 845.88 kg／hm2，處理WfNa最低，為5 647.51 kg／hm2，最大產量與最低產量之間差2 198.37 kg／hm2。表2

2.2 水氮運籌對棉花株高和株寬的影響

研究表明，初花期前，各處理棉花株高增長迅速，初花期打頂后株高增加較緩。這種增長趨勢是新疆棉花管理模式的的結果，因為初花前雖然有幾次噴施縮節胺的化學調控生長勢的措施，但整體上棉花在正常生長，初花期時實施打頂措施阻止了棉花主莖的無限生長，所以棉花的株高主要是初花期前的生長決定的。

從蕾期開始進行水肥調控，初花期后處理間株高增長差異不顯著。仍可以看出，高產量組的WdNa、WdNc在初花期時的株高已經是各處理中最高的，WeNb的株高在初花期后也增加明顯。采棉機對棉花株高有要求，但不苛刻，而整體看，水氮運籌對株高影響的差異不顯著，各處理在 72～80cm。圖1

表2 不同水氮運籌處理的機采棉產量及構成因子Table 2 Yield composition factors of machine－harvested cotton resulted from different treatments

圖1 不同水氮運籌處理棉花株高變化Fig．1 Plant height of cotton in different stage

不同的水氮處理棉花株寬的變化速度和最終盛鈴期時的株寬明顯不同。從蕾期至盛鈴期，各處理的棉花株寬都在增大，并沒有因為初花期打頂而受到影響。高產組4個處理WdNa、WdNb、WdNc和WeNb的株寬在蕾期就大于其他處理2～6cm，在盛鈴期都達到了41～42cm；其他處理的株寬在盛鈴期達到了39～42cm。

株寬不只是影響棉花群體透光、透氣，對機采棉而言，株寬，以至于密閉程度會影響脫葉、落葉效果，也會影響采棉機梳攏效果、采凈率。在行距為（60＋10）cm的寬窄行、株距9.5cm的機采棉種植模式下，株寬發展的極限自然受到株行距限制。顯示各處理的株寬變化有差異。

機采棉種植模式下，精細化水氮運籌對蕾期至盛鈴期棉花的株高、株寬均產生了不同程度的影響。尤其是獲得高產的4個處理，其株高、株寬均較其他處理大。圖2

圖2 不同水氮運籌處理棉花株寬變化Fig．2 Plant width of cotton in different stage

2.3 水氮運籌對機采棉始果枝節位高和果枝數的影響

機采棉始果枝節位高對機械采凈率有很大影響，所以總結提出始果枝節位高應該在地面 18cm以上［16，17］。研究表明，各處理棉花的始果枝節位高都在18cm以上，達到了采棉機工作的最低要求。但是各處理的始果枝節位高相差不大，大部分在18.9cm，少數大于19cm，最高是21.5cm。從差異顯著性上所有處理可以分為兩組，高產組中的WdNb、WdNa和 WeNb的高在21.5～19.2cm，互相之間差異不顯著，其他處理高不大于19cm。研究的水肥用量是基于多年試驗得到的推薦用量，這就說明在合理水肥用量配合正確的栽培管理能使棉花的始果枝節位高達到機采要求，而進一步進行水肥運籌，細化每次施肥、灌水量，發揮水肥耦合效益，能使始果枝節位高變化，更符合機采的要求。

新陸中38號是較緊湊型果枝型，在控制株高情況下，果枝數不僅影響產量，對棉花群體大小也有影響，也會影響到機采的效果。果枝數在6.3～9.1，其中高產組幾個處理的果枝數多，在8.1～9.1個，且與其他處理的有顯著差異。表3

表3 不同水氮運籌處理下棉花始果枝節位高與果枝數Table 3 Fruit branches and first fruit branch height of cotton

2.4 水氮運籌對機采棉棉鈴分布影響

棉鈴在棉株下中上部縱向和內外圍橫向的分布，將影響到采棉機采摘頭卷入棉株時各部分受力情況，從而影響采凈率，影響雜質殘留程度。不同的水氮處理會使棉花內外圍鈴的比例有大的差別，但總體看內圍鈴的比例遠大于外圍鈴，這是比較好的棉鈴橫向分布狀態，有利于高產，同時便于機采。從高產組的 4個處理看，比較一致的內外圍鈴比例是80%、20%。這個比例構成顯然有利于機采，也是實現高產的一種理想比例。圖4

圖4 不同水氮運籌處理棉鈴的橫向分布Fig．4 The percentage of inside and exterior bolls of machine－harvested cotton

下中上部縱向上的棉鈴大致對應的是伏前桃、伏桃和秋桃。生產中歷來強調多保住伏前桃和伏桃以保證產量，近年來發現要實現高產必須再有幾個秋桃。在機采棉生產中，不但要高產，同時還要使棉鈴在垂直方向上均勻分布，從而采棉機作業時采摘頭梳攏的棉株能均勻分布于采摘頭各個部分，使采摘效率提高。結果顯示，各處理間下中上部棉鈴比例有明顯的差異，盡管沒有達到顯著的差別。說明了水氮運籌可以調控棉花的下中上部棉鈴比例。高產組 4個處理 WdNa、Wd-Nb、WdNc和WeNb的下中上部棉鈴比例并不一致，從棉花高產的角度看，WdNa和 WeNb的下中上部棉鈴分別為35%、40%和25%的比例比較理想；從機采的角度看，這種近乎于下中上部比例接近的棉鈴垂直分布也比較理想。也進一步說明機采棉種植模式進行精細化水肥調控，可以出現適于機采的棉鈴垂直分布狀態。圖5

圖5 不同水氮運籌處理棉鈴的縱向分布Fig．5 The percentage of vertical bolls of machine－harvested cotton

3 討 論

研究中的水氮運籌是在推薦的高產棉花水肥用量下，對生育時期的灌水量、追氮量進行調節，以更好發揮水肥耦合效應，所以處理之間每次水肥用量相差不大。但仍然顯示出不同的水氮處理使棉花株高、株寬、始果枝節位高、果枝臺數、棉鈴橫向和縱向分布等性狀產生差異，表明水氮運籌能調控機采棉需要的一些性狀，即水氮運籌能起到塑造機采棉株形和群體的作用。研究也表明灌溉量［19］、灌水頻率［20］對棉花生 物學 性狀 形成 有影響。

研究中水氮運籌導致的棉花一些性狀的差異有限，或者大部分處理的差異沒有達到顯著水平，也許這是由于水氮用量變化幅度不大的原因，提示研究者在進一步研究調控技術時有必要增大水肥用量差距。

目前提出的棉花機采性狀大都是通過對生產經驗的總結得出，對其確切指標或參數還有爭議。有人提出新疆適合機械采收的棉花始果枝節位高應有適宜范圍，提出為 20～22cm［3，9］。人工采摘時棉花種植密度很大，致使田間密閉程度很高，如果沒有適度大的行距，脫葉落葉效果就不好。從棉花高產角度出發，普遍認為棉鈴橫向應以內圍鈴為主，縱向以中下部鈴為主［21，22］，對機采棉要以棉鈴分布均勻為宜，也有研究提出機采棉下部鈴占總鈴比例分別略高于中部鈴和上部鈴［5，7］。因此，有必要從加強機采棉農機農藝技術融合角度出發，深入研究確定棉花機采性狀的參數，以及調控這些參數的水氮運籌技術。

4 結 論

4.1 棉花生育期采用不同的精細化水氮運籌方案，可以對機采棉收獲時的株高、株寬、始果枝節位高、果枝臺數、棉鈴內外圍鈴分布、棉鈴垂直分布等性狀產生不同程度影響，有些方案導致的性狀差異可以達到顯著水平。

4.2 膜下滴灌精細化水氮運籌對機采棉株寬、始果枝節位高、棉鈴內外圍鈴分布和棉鈴垂直分布等機采性狀的調控效果最明顯，通過調控可以使這些性狀達到采棉機收獲要求，說明欲通過水肥調控塑造機采棉群體時可以首先著眼于調控這幾個性狀。

4.3 在棉花生育期實行精細化水氮運籌，不僅能調控一些棉花性狀達到采棉機收獲要求，同時還能實現高產。

4.4 揭示了通過精細化水氮運籌調控棉花機采性狀的可能性，從機藝融合的需求看，將來需要明確棉花機采性狀的參數，以及調控這些參數的水氮運籌技術。

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Regulating Effects of Fine Management of Irrigation and Nitrogen Split Application on Characters of Machine－harvested Cotton

Ma Xing－wang1，2，Yang Tao1，2，Niu Xin－xiang1，2，Gong shuang－feng1，Suo Jun－yu1，Chen Bao－yan3
（1．Institute of Soil Fertilizer and Water－saving，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi 830091，China；2．National Engineering and Technology Center for Cotton，Urumqi 830091，China；3．Agricultural Products Quality and Safety Testing Center of Midong District，Xinjiang，Urumqi 831400，China）

【Objective】Cotton picker has particular requirements on individual and collective characteristics of cotton.This project aims to provide reference wyas for the regulation of water and fertilizer coupling technology of cotton machine production traits.【Method】In the same total nitrogen application rate and topdressing nitrogen amount，the cotton planting mode of spacing（66cm＋10cm）and row spacing of 9.5cm was conducted.3 nitrogen solutions and 3 irrigation schemes were completely assembled into nine water－nitrogen management treatment on the basis of the amount of nitrogen topdressing designed for three schemes and 12 times irrigation water of complete irrigation quota designed for three schemes in the whole growth periods.【Result】The plant height and plant width of all the treatments had differences，but plant height difference was not significant while plant width reached significant difference between some treatments；The height of the first fruit branch of all the treatments was over 18cm，the height of three high－yielding treatments was 21.5－19.2cm，while the height of other treatments was not more than 19cm；The fruit branch number was 6.3－9.1，the fruit branch number of the high－yielding treatments was higher within the rage of 8.1－9.1cm and there were significant differences between other treatments；The proportion of inner and outside bolls had much difference and the proportion of inner bolls was greater than outside bells；The proportion of lower，middle and upper part of cotton bolls had obvious difference among different treatments and the proportion of lower，middle and upper part of high－yielding cotton bolls was 35%，40%and 25%respectively，and it was the much ideal boll vertical distribution situation of high－yielding and suitable machine－harvested cotton.【Conclusion】The different schemes of fine management of water and nitrogen in cotton growth periods had different degree of influences on the traits of plant height，plant width，the first branch height from the ground，branch sets，the distribution of inner and outside bolls and vertical distribution of bolls when cotton was machine－harvested. The regulating effects were distinct mostly on the several machine－harvested properties such as plant width，the first branch height from the ground，the distribution of inner and outside bolls and vertical distribution of bolls.Fine management of water and nitrogen which was carried out in cotton growth periods which not only could regulate some cotton traits to meet the cotton picker harvest requirements，but it also could achieve high yield.

coupling of water and fertilizer；fine management of irrigation and nitrogen split application；machine－harvested cotton；drip irrigation under mulched－film；precision fertilization

S143；S562

A

1001－4330（2016）09－1587－08

10.6048／j.issn.1001－4330.2016.09.003

2016－03－03

國家科技支撐計劃項目（2014BAD09B04，2014BAD11B02）；國家自然科學基金項目（41361067）；新疆科技支撐項目（201231102）；公益性科研院所基本科研業務費專項項目）（KY2013069）

馬興旺（1970－），男，寧夏人，研究員，博士，研究方向為棉花水肥耦合調控技術，（E－mail）maxw＠xaas.ac.cn

Fund project：Supported by the National Science and Technology Support Program（2014BAD09B04，2014BAD11B02）；NFSC（41361067）；The Science and Technology Support Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region（201231102）；Special items of basic scientific research business expenses of public welfare research institutes（KY2013069）.