不同施氮量對棉花產量、養分吸收分配及利用的影響

哈麗哈什· 依巴提，張炎，李青軍，胡偉，胡國智

(新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所/農業部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091)

不同施氮量對棉花產量、養分吸收分配及利用的影響

哈麗哈什· 依巴提，張炎，李青軍，胡偉，胡國智

(新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所/農業部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091)

【目的】在覆膜滴灌栽培條件下，研究不同施氮量對棉花產量、養分吸收分配及利用的影響，為新疆棉花合理施氮提供理論基礎。【方法】試驗設在新疆瑪納斯縣試驗站兵湖村五隊，選用當地主栽棉花品種中棉297-5為材料，設N 0、90、180、270 kg/hm24個氮水平，于棉花苗期、蕾期、花期、花鈴期及吐絮期采集植株樣本，分為莖、葉、蕾+ 花、殼、絮、籽不同器官， 測定氮、磷、鉀含量， 計算棉花主要生育期植株養分吸收、分配、氮素利用特性、產量及經濟效益。【結果】施氮量0～180 kg /hm2，棉花產量及經濟效益隨著施氮量的增加而增加，氮肥用量超過180 kg /hm2棉花產量下降。結合當年棉花和氮肥的價格，求得棉花最佳經濟氮肥用量和最高產量氮肥用量143和159 kg/hm2，對應的產量分別是1 634和1 637 kg/hm2，與最高產量施氮量相比，采用最佳經濟施氮量在保證棉花產量基本不降低的條件下(為最高產量的99%～100%) ，可節約氮肥10.1%。施用氮肥可提高棉花各主要生育期氮、磷、鉀吸收量，施氮水平在0～180 kg/hm2，棉花氮、磷、鉀素吸收量和后期在生殖器官中的分配隨著施氮量的增加而增加，而過量的施用氮肥使氮、磷、鉀素吸收量和后期在生殖器官中的分配下降。氮肥利用率與棉養分吸收、分配趨勢一致，以180 kg/hm2處理最高。【結論】綜合產量、經濟效益、養分吸收、分配及利用等，新疆瑪納斯縣中等肥力棉田推薦經濟施氮量為143 kg/hm2。

棉花；施氮水平；產量；養分吸收；氮肥利用率

0 引 言

【研究意義】棉花是新疆主要經濟作物，據統計2015年新疆棉花種植面積已達165.87×104hm2(2 488萬畝)，總產350.3×104t[1]，其種植面積、總產量、單產、調出量連續20余年保持全國第一，棉花生產已成為新疆國民經濟的主導產業和農民增收的主要途徑[2]。因此，提高肥料利用效率和施肥效益，建立棉花高效施肥推薦方法，確保棉花增產增收，對新疆農村經濟發展和社會穩定具有重要意義。【前人研究進展】氮素是影響棉花生長發育和產量的各種營養元素中最敏感的因素，它通過建立和維持作物光合作用與庫容量在作物產量形成中扮演最重要的角色，并與鉀、磷素的吸收存在著密切關系[3]。但在大多數的農田生產系統中，超過50%～75%的N不能被植物利用，而通過氨揮發、硝化-反硝化、地表徑流和下滲淋洗等途徑損失[4]。據統計全球每增加1%氮肥利用率可以節省11億美元[5]。在一定的施氮范圍內，隨著施氮量提高可以有效的促進作物產量和養分吸收量，但超過一定范圍，增施氮肥產量不再增加[6,9]。棉花生育期間，不間斷的吸收氮素，但各生育期對氮素吸收量和吸收速率不同，尤其是在鈴期充分的氮素供應延長棉花結鈴期和提高棉鈴數[10,11]。氮素在生殖器官和營養器官中的分配和累積也是決定作物產量的重要因素[ 12,13]，較高的產量來自于較高的氮素再分配效率和氮素利用率[14]。【本研究切入點】根據棉花不同時期對氮素需求量和時間來優化施肥是增加作物產量、提高肥料利用率和保護環境的有效途徑[15]。研究在覆膜滴灌栽培條件下，不同施氮量對棉花產量、養分吸收分配及利用的影響。【擬解決的關鍵問題】在覆膜滴灌栽培條件下，研究不同施氮量對棉花產量、經濟效益、養分吸收、分配及利用的影響，為新疆棉花的氮肥合理施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

2010年試驗安排在新疆瑪納斯縣試驗站上兵湖村五隊，前茬作物為冬小麥，供試品種為中棉297-5。供試土壤為沙壤質灰漠土，0～20 cm基本理化性狀為，pH 8.6，有機質14.8 g/kg，全氮0.7 g/kg，堿解氮74.7 mg/kg，速效磷9.0 mg/kg，速效鉀212.0 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗設4個施氮量: 0、90、180、270 kg/hm2，分別用N0、N1、N2、N3表示。株距為11 cm，播覆內寬、窄行距配置為50～32.5 cm～50～32.5 cm，一膜4行，采取膜下滴灌。全部的磷鉀肥和微肥于4月13日基施(其中P2O5為105 kg/hm2、K2O為60 kg/hm2、FeSO4為19.5 kg/hm2、MnSO4為10.5 kg/hm2、ZnSO4為10.5 kg/hm2)并深翻，次日播種，所用氮肥為尿素(46%N)，磷肥用三料磷肥(含P2O546%) ，鉀肥用硫酸鉀(含K2O 51%)。全部的氮肥都用做追肥按照棉花生長發育規律在棉花各生育期分5 次隨水滴施，追肥比例為蕾期15%、初花期35%、花鈴期25%、盛鈴期20%、吐絮期5%。列出各處理氮肥追施量。表1

表1 不同處理的追施氮肥用量

Table 1 Topdressing N amounts of different treatments(kg/hm2)

1.2.2 測定項目

在棉花主要生育期苗期(5月27日)、蕾期(6月27日)、花期(7月25日)、花鈴期(8月11日)、吐絮期(9月11日)每小區隨機選取有代表性的棉花地上部分的植株3株( 苗期取5株) ，按莖、葉、蕾+ 花、殼、絮、籽分離開，在105℃下殺青1 h，然后在75℃條件下烘干至恒重，稱重。植株樣本粉碎后，分析其氮、磷、鉀養分含量，采取H2SO4-H2O2法消煮，全氮采用奈氏比色法，全磷鉬銻抗比色法，全鉀采用火焰火光度法進行測定。

氮素利用效率=[施氮區地上部氮吸收量-無氮區地上部氮量吸收量]/施氮量×100%；

氮肥料農學利用效率=[施氮區產量-無氮區產量]/施氮量；

養分吸收量=植株干重×植株養分含量。

2 結果與分析

2.1不同施氮量對棉花產量及經濟效益的影響

研究表明，所有施氮處理棉花產量均顯著高于不施氮肥(N0) 處理，增產幅度為9.5%～19.9%；在不同施氮水平中，隨施氮水平的提高棉花產量呈先增后降的趨勢，在施氮量在0～180 kg/hm2范圍內，隨著施氮量增加棉花產量顯著提高，當施氮量超過180 kg/hm2后，棉花產量則下降。棉花經濟效益與產量結果趨勢一致，當施氮量180 kg/hm2時，收入最高，增收4 371元/hm2。依據棉花產量(y，kg/hm2) 與施氮量(x，kg/hm2) 的關系建立的一元二次回歸方程(y=Ax2+Bx+C) ，得到方程式為：Y=-0.008 7x2+ 2.765x+ 1 416.9(R2= 0.802 7**) 。并結合當年棉花和氮肥的價格，求得棉花最佳經濟氮肥用量和最高產量氮肥用量143和159 kg/hm2，對應的產量分別是1 634和1 637 kg/hm2，與最高產量氮肥用量相比，采用最佳經濟氮肥用量在保證棉花產量不降低的條件下(為最高產量的99%～100%)，可節約氮肥10.1%。表2

表2 不同處理產量及經濟效益

Table 2 Yield and economic efficiency of different treatments

處理Treatment產量Yield(kg/hm2)增產率Yieldincreasingrate(%)產值Productionvalue(元/hm2)肥料成本Fertilizercost(元/hm2)收益Income(元/hm2)增收Increaseincome(元/hm2)N01407c～20120168618434～N11541b9 522036952210842651N21687a19 9241241319228054371N31510b7 3215932054195401106

注：2010年瑪納斯縣皮棉的價格為14.3元/kg，N：4.08元/kg, P2O5：5.39元/kg, K2O：4.17元/kg, FeSO4：0.5元/kg, MnSO4：4.8元/kg ZnSO4：7.2元/kg, 不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下表、下圖同

Note： year: cotton 14.3 yuan/kg, N：4.08 yuan/kg, P2O5：5.39 yuan/kg, K2O：4.17 yuan/kg, FeSO4：0.5 yuan/kg, MnSO4：4.8 yuan/kg, ZnSO4：7.2 yuan/kg ,Values followed by different letters in a column are significant between different treatment at the 5% level. The same as below

2.2不同施氮量對棉花氮素吸收和分配的影響

研究表明，苗期和蕾期是棉花營養生長階段，這時期各處理葉中的氮素累積量高于莖中的氮素累積量，其中N2處理的氮素累積量顯著高于其它處理，其它處理間的差異不顯著。花期棉花氮素開始向生殖器官花上分配，花中的氮素累積量明顯高于莖葉中氮素累積量，其各處理中的氮素累積量為N2>N3>N1>N0，且N2和N3氮素累積量顯著高于與N1、N0處理，花鈴期是棉花生長的旺盛時期，各處理這時期各器官中的氮素累積量明顯高于花期各器官中的氮素累積量，并生殖器官中的氮素累積比例達到42%～ 50%。吐絮期氮素分配到生殖器官的比例增加到81%～84%，各處理氮素累積量為N2>N3>N1>N0，且N2處理顯著高于其他處理，說明氮素供應過量或不足都不利于棉花后期氮素吸收。圖1

圖1 各器官氮素分配

Fig.1 The distribution N in every organ

2.3不同施氮量對棉花磷(P2O5)素吸收和分配的影響

研究表明，各處理在棉花苗期和蕾期分配到葉中的磷素累積量高于莖中的磷素累積量，花期磷素開始向生殖器官花中轉移，花中的磷素累積量明顯高于莖葉中磷素累積量，其各處理的磷素累積量為N2>N3>N1>N0，其中N2、N3、N1處理磷素累積量顯著高于N0處理。進入花鈴期各器官中磷素累積量顯著增加，其中生殖器官(花+蕾)中吸收的磷素為20.3～27.5 kg/hm2，各處理花+蕾中的磷素累積量為N2>N1>N0>N3。吐絮期，各處理棉花生殖器官磷素累積量高于營養器官，在生殖器官籽中的磷累積量最高，磷素累積量為N2、N3處理顯著高于N1、N0處理，施用氮肥有利于棉花生殖器官中磷素的累積和吸收。圖2

2.4不同施氮量對棉花鉀(K2O)素吸收和分配的影響

研究表明，在苗期和蕾期，鉀素吸收為莖中高于葉片，且N2處理的顯著高于其他處理。花期，鉀素開始向生殖器官花中分配，花中鉀素累積量占總量27%～33%，莖葉中鉀素累積量占總量67%～73%，并各處理鉀素累積量為N2>N3>N1>N0，施氮處理與N0處理差異達顯著水平。花鈴期，鉀素在生殖器官累積量占總量45%～48%；而營養器官累積量下降至52%～55%。吐絮期，各施氮處理鉀素累積量大于不施氮處理，但N0只與N2、N3處理之間差異達到顯著水平，在生殖器官籽中的鉀累積量最高，并N2、N3處理鉀素累積量顯著高于N1、N0處理，說明施用氮肥有利于生殖器官鉀素的吸收。 圖3

2.5不同施氮量對棉花養分利用效率的影響

施氮量在0～180 kg/hm2，棉花氮素吸收量隨著施氮水平的增加而增加，而氮肥過量會使氮素吸收量下降，N2處理氮素吸收量顯著高于N0、N1、N3處理。氮素利用率與氮素農學利用率和氮素吸收趨勢相同，在施氮量180 kg/hm2時最高，分別于38.2%和1.3 kg/kg，當施氮量提高到270 kg/hm2時，氮素利用率和氮肥農學利用率顯著下降，說明氮肥過量施用不能被作物吸收利用，反而使氮肥田間損失。同樣，磷、鉀的養分吸收量N1、N2、N3處理比N0處理的均有明顯增加。其中，N2處理的顯著高于其他處理，說明氮肥的合理施用有效促進棉花磷、鉀養分的吸收。表3

圖2 各器官磷素分配

Fig.2ThedistributionP2O5ineveryorgan

圖3 各器官鉀素分配

Fig.3ThedistributionK2Oineveryorgan

表3 不同處理養分吸收利用狀況

Table 3 Nutrient uptake and use efficiency of different treatments

處理Treatment磷吸收量P2O5uptake(kg/hm2)鉀吸收量K2Ouptake(kg/hm2)氮吸收量Nuptake(kg/hm2)氮素利用率Nuseefficiency(%)氮肥農學效率Nagronomyefficiency(kg/kg)N065 3±2 3c82 6±2 1c147 8±6 0d～～N161 7±1 0c83 9±1 0c161 6±7 2c11 8±1 6c1 2±0 1aN286 2±4 0a100 3±2 0a218 8±10 4a38 2±1 2a1 3±0 1aN374 1±1 8b95 1±0 3b200 5±7 3b20 5±2 3b0 3±0 01b

3 討 論

適量施氮能夠促進作物植株増長，進而提高其產量。研究為確定最佳施氮量及施氮范圍，利用肥料效應函數法對當地棉花產量和施氮水平進行擬合。回歸分析表明，棉花最佳經濟氮肥用量和最高產量氮肥用量143和159 kg/hm2，對應的產量分別是1 634和1 637 kg/hm2，與最高產量氮肥用量相比，采用最佳經濟氮肥用量在保證棉花產量不減產的條件下( 為最高產量的99%～100%) ，可節約氮肥10.1%。當氮肥用量高于推薦量用量時，棉花開始減產。過量施氮可能導致棉花營養生長過旺，從而造成產量下降，這與阿麗艷[16]和林濤[17]等研究結果基本一致。

李伶俐等[18]研究表明，增施氮肥顯著提高了雜交棉氮、磷、鉀的積累量和后期氮、磷、鉀的積累量和積累比例，但當施氮量高于推薦量時促進效果不再顯著。孫永健等[19]研究表明，在一定施氮范圍內，隨施氮量的增加氮、磷、鉀養分在作物生殖器官中分配也提高，但過量氮肥會使氮、磷、鉀養分在生殖器官中分配下降。研究結果表明，施氮水平在0～180 kg/hm2，棉花氮、磷、鉀素吸收量和后期在生殖器官中的分配隨著氮肥施用量的增加而增加，而過量的氮肥施用則會使氮、磷、鉀素吸收量和后期在生殖器官中的分配下降。但不施氮和施氮量90 kg/hm2之間沒有顯著差異，這一趨勢可能與作物所處環境中氮的可利用性有關，即當環境中可利用氮源缺乏時，少量施氮就可以促進養分吸收，而當環境中的可利用氮源充足時，施氮引起的養分吸收效應并不顯著[20]。

研究表明，隨著氮肥用量的增加作物氮吸收量也增加，而氮肥利用效率降低[18,19,21,22]。研究結果表明，在施氮量90～180 kg/hm2時 ，隨著施氮量的增加氮素利用率與氮肥農學利用率提高，當施氮量超過180 kg/hm2后，氮素利用率和氮肥農學利用率顯著下降，說明過量的施用氮肥不但不能被作物吸收，反而造成了氮肥的損失。

4 結 論

4.1 在4個氮水平下，棉花產量和經濟效益隨著氮肥施用量的增加先增后降，當施氮量為180 kg/hm2棉花產量和經濟效益最高，增產19.9%，增收4 371元/hm2。

4.2 依據棉花產量與施氮量的關系建立的一元二次回歸方程為：Y=-0.008 7x2+ 2.765x+ 1 416.9(R2= 0.802 7**) 。結合當年棉花和氮肥的價格，求得最佳經濟氮肥用量和棉花最高產量氮肥用量143和159 kg/hm2，對應的產量分別是1 634和1 637 kg/hm2，與最高產量氮肥用量相比，采用最佳經濟氮肥用量在保證棉花不減產的條件下(為最高產量的99%～100%) ，可節約氮肥10.1%。

4.3 在4個氮水平下，施氮量0～180 kg /hm2，棉花氮、磷、鉀素吸收量和后期在生殖器官中的分配隨著氮肥施用量的增加而增加，而過量的氮肥施用則會使氮、磷、鉀素吸收量、后期在生殖器官中的分配下降。棉花氮肥利用率、養分吸收和分配趨勢一致，以180 kg/hm2處理最高，氮素利用率為38.2%。

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EffectsofDifferentNitrogenRatesonCottonYield,NutrientUptake,DistributionandUtilization

Halihashi Yibati, ZHANG Yan, LI Qing-jun, HU Wei, HU Guo-zhi

(ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSysteminDesertOasisRegion,MinistryofAgriculture,Urumqi830091,China)

【Objective】 Under mulch drip irrigation, the effects of different amounts of nitrogen fertilizer on cotton yield, nutrient absorption, distribution and utilization were studied in order to provide the theoretical basis for reasonable nitrogen application of cotton in Xinjiang.【Method】The field experiment was carried out by using local major cotton varieties (Zhong mian 297-5) at the experiment station at production brigade 5 of Binghu village, Manasi County of Xinjiang. The experiment included four treatments with four different nitrogen levels ( 0，90，180，270 kg/hm2). Plant samples at seedling stage, bud stage, flowering stage, boll bearing stage and they were divided into different organs such as stem, leaf, flower bud, shell, floc and seeds to measure the contents of nitrogen, phosphorus and potassium, respectively. Based on these data, the nutrient uptake, distribution, characteristics of nitrogen utilization, yield and economic benefit were calculated.【Result】Data showed that when the amounts of applied N were ranged from 0 kg/hm2to 180 kg/hm2, the cotton yield and economic benefit increased with increasing amounts of nitrogen fertilizer, and decreased when the amount of applied N was over N 180 kg/hm2. According to the price of cotton and nitrogen fertilizer in the year, the optimum economic nitrogen fertilizer amount and maximum yield nitrogen fertilizer amount 143 kg/hm2and 159 kg/hm2were obtained and the corresponding yields were 1,634 kg/hm2and 1,637 kg/hm2. Compared with the highest yield of nitrogen fertilizer, the best economical nitrogen to ensure cotton yield without decreasing conditions (the highest yield 99%-100%), nitrogen fertilizer can be saved by 10.1%. Applying nitrogen fertilizer could increase the uptake of nitrogen, phosphorus and potassium in the main growth stages of cotton. Nitrogen levels in the 0-180 kg/hm2range, cotton, nitrogen, phosphorus, potassium uptake and later allocation in the reproductive organs increased with increasing nitrogen application rates. The excessive application of nitrogen fertilizer decreased the uptake of nitrogen, phosphorus, potassium and the distribution of later organs in reproductive organs. Utilization rate of nitrogen fertilizer is consistent with the cotton nutrient absorption and distribution trend, and , 180 kg/hm2treatment produced the highest result.【Conclusion】Considering the comprehensive yield, economic benefit, nutrient uptake, distribution and utilization, the recommended amount of nitrogen fertilizer for middle fertility cotton fields in Manasi County of Xinjiang is 143 kg/hm2.

cotton; nitrogen level; yield; nutrient uptake; nitrogen utilization

Zhang Yan(1965-),female, native place : Tianjin, Professor, Reserach filed : Soil and crop nutrient management and fertilization techniques,(E-mail) yanzhangxj@163.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.08.006

2017-05-17

新疆科技支撐計劃項目“棉花氮營養信息采集、診斷與調控技術研究與應用”(201531117)；國家重點研發項目(2016YFD0200102)；農業部948項目“棉花氮營養時空診斷與調控技術引進應用”(2014-Z59)；農業部植物營養與肥料學科群開放基金(APF2015035)

哈麗哈什·依巴提(1987-)，女，新疆阿勒泰人，助理研究員，碩士，研究方向為植物營養與施肥，(E-mail)harlhax10@163.com

張炎(1965-)，女，天津人，研究員，研究方向為土壤、作物養分管理與施肥技術，(E-mail)yanzhangxj@163.com

S562

：A

：1001-4330(2017)08-1422-07

Supported by: Key Technology R&D Program of Xinjiang "Research and application of nitrogen nutrition information collection, diagnosis and regulation technology of cotton"(201531117); National Key R&D Program(2016YFD0200102); Ministry of Agriculture "948" Project "Introduction and Application of Spatio Temporal Diagnosis and Regulation Techniques of Nitrogen Nutrition in Cotton"(2014-Z59); Opening Fund of Plant nutrition and Fertilizer of Ministry of Agriculture(APF2015035)