水氮運籌對化學封頂棉花二次生長的影響

王蜜蜂，康正華，張 特，趙 強

(新疆農業大學農學院，烏魯木齊 830052 )

0 引 言

【研究意義】棉花在我國國民經濟中占有重要地位，是經濟發展支柱性產品[1]。而近年來我國棉花化學打頂已逐漸取代人工打頂，化學打頂可以控制棉花株高、增加鈴數及鈴重提高產量且有效避免物理傷害、病蟲害蔓延[2-5]。【前人研究進展】但化學打頂棉花易發生二次生長[6]，施氮與灌水可以調控對棉花生長發育，二者結合可使棉花栽培管理更加合理。研究表明，中亞等各植棉國大多是采用人工打頂的方法，而美國等勞動力昂貴的國家多通過化控或水肥調控的方法[7]，而中國有研究認為施氮過量使化學打頂棉花株高和果枝數緩慢增加致后期旺長；灌水可促進化學打頂棉花生殖生長，優化棉花冠層結構、且有增產潛力，但有二次生長現象[8-13]。【本研究切入點】棉花生長過程中，對化學打頂棉花水氮運籌作用研究較少。研究水氮運籌對化學封頂棉花二次生長形態及發生規律。【擬解決的關鍵問題】研究化學封頂條件下水氮運籌對棉花生長發育及產量品質的影響，找出二次生長形態及發生規律，為實際生產中有效避免棉花二次生長提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試品種為新陸早57號，生育期為125 d，由新疆農業科學院經濟作物研究所提供。試驗于2018年4～10月在新疆昌吉州瑪納斯縣六戶地鎮創田三隊進行，六戶地鎮位于古爾通古他特沙漠南緣， 44°39′1″N ，86°8′26″E。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用裂區試驗設計：主區為施氮(純 N)量，設低、中、高三水平即150、300、450 kg/hm2，分別用N1、N2、N3表示。副區為灌溉量，設低、中、高三水平分別為3 000 、4 500、6 000 m3/hm2，分別用W1、W2、W3表示試驗小區：小區面積69 m2，重復三次，共27個小區，試驗區總面積為1 863 m2。機采種植模式，一膜六行，行株距配置為: (66 +10)×10 cm，交接行是30 cm。均采用膜下滴灌技術，試驗區耕作層(0～40 cm)土層為壤土。表1

表1 試驗地土壤
Table 1 Soil background values of experimental base

土層深度Soil layer(cm)有機質Organic matter(g/kg)堿解氮Hydrolytic N(mg/kg)速效磷Available P(mg/kg)速效鉀Available K(mg/kg)0～1011.316.339.3889.7710～2012.154.196.9892.3620～4011.032.873.1977.65

1.2.2 灌水施肥方案

根據棉花生育期需水情況，試驗共8次滴灌，每次灌水量由水表控制，施用的基肥：尿素施用量為80 kg/hm2，三料磷肥300 kg/hm2，硫酸鉀70 kg/hm2。追肥：全部施用尿素(N 46%)。棉花是4月10日播種，4月13日滴出苗水，5月23日出苗。7月5日化學打頂。表2,表3

表2 施氮日期及施氮量
Table 2 Fertilization period and fertilizer rate

氮肥N fertilization施肥日期(月/日)和施肥量(kg/hm2)Date of fertilization (m/d) and amount of fertilizer6/287/87/187/288/78/178/27N1(150 kg/hm2)15153030301515N2(300 kg/hm2)30306060603030N3(450 kg/hm2)45459090904545

表3 滴灌日期及滴灌量
Table 3 The date of irrigation and the amount of irrigation

滴灌量Irrigation amount滴灌日期(月/日)和滴灌量(m3/hm2)Drip irrigation time(m/d) and Irrigation amount6/186/287/87/187/288/78/178/27W1(3 000 m3/hm2)300300400400500400400300W2(4 500 m3/hm2)500500600600600600600500W3(6 000 m3/hm2)650650800800800800800700

1.2.3 測定項目

1.2.3.1 生育時期

記載出苗、現蕾、盛花、盛鈴、見絮時間。

1.2.3.2 農藝性狀

自3片真葉開始選取有代表性的連續5株棉花，調查測定各生育時期的株高、莖粗、果枝數等。

1.2.3.3 干物質

每10 d選取長勢均勻的棉花6株，從子葉節剪下，按照營養器官、生殖器官分開，放入電熱恒溫鼓風干燥箱105℃殺青30 min，然后80℃恒溫至恒重，記錄重量。

1.2.3.4 經濟產量

完全吐絮后在試驗田實數收獲株數(調查時剔除每小區的2個邊行，即只數計每小區中間7行的實際收獲株數)，調查小區產量，隨機數取棉花20株，調查其單株鈴數，并每小區數取100個吐絮鈴(上、下果枝鈴各30朵，中部鈴40朵)風干后測其單鈴重，軋花后測算衣分。

1.2.3.5 棉花品質

采用齒輪扎花機扎取棉纖維樣品，送往新疆農科院棉纖維檢測中心檢測。

2 結果與分析

2.1 化學封頂條件下水氮運籌對棉花生育進程的影響

施氮和灌水對化學打頂棉花的生育進程在盛花期前無顯著影響；盛花期后在相同施氮量下，隨種植灌水量的增加生育期有延長的趨勢。試驗田棉花在水氮處理下出苗日期一致，現蕾和盛花日期相差1～3 d。同一灌水量條件下，施氮量對化學打頂棉花盛鈴、吐絮日期無顯著影響；同一施氮量條件下，灌水量對盛鈴、吐絮日期的影響較為顯著，其中N1、N2、N3條件下，各灌量間盛鈴日期分別相差為3、1和7 d；吐絮日期分別相差5、7和9 d。其中N1、N2、N3處理棉花生育期約為117、126和122 d； W1、W2、W3處理生育期約為116、123 和124 d。而N2W2、N2W3、N3W3處理生育期為127、129和128 d，較125 d分別晚2～4 d，較為合理；N1W1、N2W1、N3W1處理較125 d分別早11、5和10 d。

表4 水氮運籌下化學打頂棉花生育進程(月/日)
Table 4 The growth progress of chemical topping cotton under water and nitrogen application rates

處理Treatment出苗Emergence現蕾Bud盛花Early flowering盛鈴 Full bolls 吐絮Opening bollsm/d育期Growth period(d)N1W14/246/107/57/168/16114N1W24/246/117/67/178/21121N1W34/246/107/67/198/18116N2W14/246/107/77/188/22120N2W24/246/117/77/198/29127N2W34/246/107/87/188/31129N3W14/246/107/67/168/17115N3W24/246/107/77/188/24122N3W34/246/117/97/218/30128

2.2 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花植株農藝性狀的影響

2.2.1 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花株高的影響

研究表明，各處理株高在7月16日前迅速增長，7月16日后棉花株高雖有增長，但增長幅度減小。在同一N處理條件下，化學打頂棉花株高隨著灌水量的增大而增加。W1處理條件下，隨著氮肥施用的增加，株高均增長，但增幅呈現降低趨勢；W2處理條件下，隨著施氮量的增加，棉花株高增高增勢先升后降。在W3條件下，棉花株高增幅隨著施氮量的增加。比W1、W2處理的同時期棉花高。在W1和W2條件下，N2、N3處理分別比N1處理棉花高6%～12.8%、1.33%～5.84%；W3條件下不同施氮量棉花株高均有增高，其他處理增長幅度較小。8月25日～9月4日，各處理棉花株高均有不同幅度的增加。在W3條件下，N3處理的棉花平均株高為85.28 cm增加1.97 cm ，比N1、N2處理棉花高出32.4%、19.1%，N2處理棉花株高于N1、N2。水氮交互作用下，前期差異并不顯著，在6月26日及以后差異顯著，W3N3處理二次生長現象較為明顯，株高增高幅度顯著大于其他處理。圖1

圖1 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花株高變化
Fig.1 Variation of plant height of secondary growth cotton under water-nitrogen operation under chemical topping conditions

2.2.2 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花莖粗的影響

研究表明，各處理在化學打頂前，莖粗日增長量較為明顯；化學打頂后棉花莖粗雖有增加但不顯著。同等氮肥條件下，在化學打頂前，棉花莖粗隨著灌水量的增大而增加；化學打頂后，N1、N2處理棉花莖增長量隨著灌水量增加逐漸降低。在同一灌水條件下，植株莖粗規律均為N3>N1>N2；同等施氮量條件下各處理莖粗無顯著差異；在N1、N3處理下，棉花莖粗隨著灌水量增加逐漸增加；N2處理棉花莖粗增長量隨著灌水量增加逐漸降低。在W1、W2、W3條件下，棉花莖粗隨著施氮量的增加而增加，最高達12 cm；且W3條件下棉花莖粗增加幅度顯著高于W2、W3條件；W1、W2處理莖粗增長量則隨著施氮量增加基本呈現減少。圖2

圖2 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花莖粗變化
Fig.2 Changes of stem diameter of secondary growth cotton under water-nitrogen operation under chemical topping conditions

2.2.3 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花果枝生長的影響

研究表明，各處理棉花果枝數在不斷增加，增幅在7月6日前達到最大為51.2%，化學打頂后果枝數量緩慢增加，增加幅度每10 d 0.2～0.8臺。在N1條件下，果枝臺數隨著灌水量的增加而增加，增長量則為W2>W3>W1，但在二次生長后期每10 d果枝增加幅度W3>W2>W1，最終果枝臺數最高處理為N3W3，果枝12.88臺；N2、N3條件下，果枝臺數隨著灌水量的增加而增加，增長量則為W3>W2>W1。在W1條件下，果枝臺數隨著施氮量的增加而降低，W2、W3條件下，果枝臺數隨著施氮量的增加而增加。N1條件抑制植株果枝數增加。圖3

圖3 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花果枝數變化
Fig.3 Changes in the number of branches of cotton grown by water and nitrogen under chemical topping conditions

2.3 化學封頂條件下水氮運籌棉花農藝性狀與二次生長相關性

研究表明，隨著灌水量的增加，化學封頂棉花二次生長率、株高、新增株高和新增果枝數顯著增加，化學封頂棉花二次生長主要受灌水量影響。在不同施氮量處理下均無顯著性差異(P<0.05)。化學封頂棉花二次生長率最高的是N1W3處理，為65.45 %，其次是N2W3處理，為43.53 %。N3W3處理株高顯著高于其他處理，為85.28 cm，比N1W1處理高16.95 cm，增加24.8 %。N1W3、N2W3、N3W3處理莖粗高于其他處理。N3W3處理新生高和新生果枝臺數顯著大于其他處理。表5

2.4 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花干物質積累的影響

干物質積累是作物產量高低的前提。在相同施氮量條件下，棉花出現最大積累速率的時間和快速積累持續時間均隨著灌水量的增加呈現先增后降趨勢，最大積累速率隨著灌水量的增加而增加。在W1條件下，隨著施氮量的增加，棉花出現最大積累速率的時間先提前5 d再推后3 d；出現和快速積累持續時間先減少7 d后增加10 d；最大生長速率先增加0.59 g/d后降0.56 g/d。在W2、W3條件下，隨著施氮量的增加，棉花出現最大積累速率的時間先推后4、9 d再提前10、8 d；出現和快速積累持續時間先增加后減少；最大生長速率先增加0.53、0.61 g/d后降0.21、0.42 g/d。表6

2.5 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花產量及其構成因素的影響

研究表明，各處理株數無顯著差異，N3W3處理單株結鈴數和籽棉產量最高，分別為7.66，7 024.1 kg/hm2；N2W2處理單鈴重最高為5.43個/株；處理N2W3衣分最高為42.17%。在N1條件下，單株結鈴數W3>W1>W2，單鈴重、籽棉產量隨著灌水量的增加而增大，衣分則相反。在N2條件下，單鈴重隨著灌水量的增加而增大，單株結鈴數、籽棉產量和衣分處理W2最大。在N3條件下，單株結鈴數、單鈴重、籽棉產量和衣分均是W3最高。在同一灌水條件下，單株結鈴數、單鈴重、籽棉產量隨著施氮量的增加而增大。在W2條件下，衣分N2>N3>N1。水氮運籌處理間二次生長棉花產量及產量構成因子均無顯著差異，施氮量與棉花單株鈴數、單鈴重、衣分及籽棉產量均呈顯著相關，而灌水處理與施氮量處理交互作用下，對二次生長棉花產量及產量構成因子無顯著差異。表7

表5 化學封頂條件下水氮運籌棉花農藝性狀與二次生長相關性
Table 5 Correlation between agronomic traits and secondary growth of water and nitrogen in cotton under chemical topping conditions

處理Treatment二次生長概率Secondary growth probability(%)株高Plant height(cm)莖粗Stem diameter(mm)新生高New height(cm)新增果枝數New fruit count(臺)N1W14.71c68.33c 12.4bc2.03c0.84cN1W227.2bc72.11bc12.55bc3.94bc1.01bcN1W365.45a74.85b13.31a6.72b1.56bN2W116.67c70.61c 11.73c3.04b0.94bcN2W230.63b74.89b 11.74c4.79bc1.29bN2W343.53b78.94b12.84ab6.02b1.42bN3W116.15c68.50c12.49b2.78c0.88cN3W240b72.03bc 11.92c6.11b1.54bN3W332.94b85.28a12.74ab9.98a2.35aNnsnsnsnsnsW???ns????N?Wnsnsnsns?

F Value

N?WNW二次生長率Secondary growthprobability株高Plant height(cm)莖粗Stem diameter(mm)新生高New height(cm)新增果枝數臺New fruitcountN?W1N/1W/01二次生長率Secondary growthprobability(%)0.017-0.0670.842??1株高Plant height(cm)0.5290.4920.658?0.0381莖粗Stem diameter(mm)-0.234-0.2970.613?0.5380.271新生高New height(cm)-0.141-0.2220.805??0.951??0.0770.5471新增果枝數 臺New fruit count0.475-0.3360.874??0.868??0.5540.3870.723?1

注：*表示在(P<0.05)水平上差異顯著；**表示在(P<0.01)水平上差異極顯著。 a、b、c表示P<0.05水平下顯著性差異

Note:*means significant difference (P<0.05);**means much significant difference (P<0.01). a, b and c means significant difference inP<0.05

2.6 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花品質的影響

研究表明，棉花的纖維品質測定顯示，上半部平均長度、長度整齊度指數、斷裂比強度、斷裂伸長率各處理間均無顯著差異。上半部平均長度較長的處理是N3W3，為30.67 mm；長度整齊度較高的處理是N2W3，為86.37%；紡織一致性較高的處理是N1W3，為150.33；成熟度最高的處理是N2W2，為0.87；短纖維指數與長度整齊度在一定范圍內具有呈反比。處理N2W3和N3W3的短纖維指數最低均是4.47，其次N1W3為4.57，且三個處理馬克隆值為4.97、4.63和4.73，均屬于B2級。同一施氮量處理下，棉花纖維長度、整齊度指數隨著灌水量的增加呈現先降后升趨勢；斷裂比強度隨著灌水量的增加呈現降低趨勢；斷裂伸長率呈現先降后升趨勢。在N1和N3條件下，短纖維指數隨著灌水量增加而降低，在N2條件下，短纖維指數隨著灌水量的增加呈現降低趨勢；在N1、N3條件下則隨著灌量增加先降低后增加；紡織一致性指數則隨著灌量增加而增加。同一灌量條件下，棉纖維上半部纖維長度、長度整齊度指數、斷裂比強度、斷裂伸長率無顯著差異；短纖維指數在各施氮間無明顯規律；隨著施氮量的增加，棉纖維馬克隆值降低；紡織一致性指數隨著施氮量的增加呈現先降后升趨勢。表8

表6 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花干物質積累變化
Table 6 Effects of water and nitrogen management on dry matter accumulation of secondary growth cotton under chemical topping conditions

處理 Treatments方程Equationt0t1t2△tdmg/plant/dGTg/plantR2N1W1y=73.134 6/(1+e(5.917 7-0.084 4t))70 55 86 31 1.54 48.16 0.967 0 N1W2y=92.995 4/(1+e(5.358 6-0.071 1t))75 57 94 37 1.65 61.24 0.962 8 N1W3y=78.862 3/(1+e(5.661 5-0.085 7t))66 51 81 30 1.69 51.93 0.977 2 N2W1y=78.014 1/(1+e(7.138 3-0.109 4t))65 53 77 24 2.13 51.37 0.942 7 N2W2y=116.013 6/(1+e(5.909 2-0.075 1t))79 61 96 35 2.18 76.39 0.948 2 N2W3y=111.105 1/(1+e(6.179 0-0.082 9t))75 59 90 31 2.30 73.16 0.943 0 N3W1y=82.195 5/(1+e(5.223 9-0.076 5t))68 51 86 34 1.57 54.13 0.920 5 N3W2y=80.263 5/(1+e(6.738 8-0.098 1t))69 55 82 26 1.97 52.85 0.983 0 N3W3y=85.513 2/(1+e(5.885 3-0.087 8t))67 52 82 30 1.88 56.31 0.982 1

注：t—棉花出苗后的天數(d)；y—棉花干物質積累量(g/plant)；Vm——最大積累速率；t0——最大積累速率出現時間；t1—進入快速積累期時間拐點；t2——結束快速積累期時間拐點；Δt-快速積累持續時間；GT——快速積累期生長特征值

Note:t-days after emergence of cotton (d)；y-dry matter accumulation (g/plant)；Vm-maximum accumulation rate；t0-maximum accumulation rate occurrence time；t1-inflection point of entering rapid accumulation period；t2-inflection point of ending rapid accumulation period； duration of t-rapid accumulation；GT-growth characteristic value of rapid accumulation period

表7 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花產量及構成因子變化
Table 7 Effect of water and nitrogen management on yield and composition factors of secondary growth cotton under chemical topping conditions

處理Treatment株數(株/hm2)Number of cotton總鈴數 (個/hm2)Number of bells單株結鈴數(個/株)Bolls per plant單鈴重Boll weight(g)衣分Lint percentage(%)籽棉產量Seed cotton yield(kg/hm2)N1W1194 296.65a996 616.15b5.44bc5.15ab40.7cd4 354.21bN1W2206 863.1a1 033 348.85b5.08c5.19ab40.62cd4 554.99bN1W3184 630.15a1 324 310.5a7.35a5.28ab40.15bc5 965.57aN2W1195 263.3a1 308 409.05a7.23a5.3ab40.42d5 881.35aN2W2191 396.7a1 372 643a7.49a5.43a40.91cd6 349.21aN2W3190 430.05a1 366 843.1a7.56a5.34ab42.17a6 203.54aN3W1185 596.8a1 434 508.6a7.61a5.29ab41.64ab6 451.18aN3W2225 229.45a1 463 508.1a6.51ab5.07b41.73ab6 303.87aN3W3202 029.85a1 547 606.65a7.66a5.34ab41.93a6 324.10aNns?????Wnsnsns?nsnsN?Wnsns?nsns?

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

Note:Different lowercase letters indicate significant differences atP=0.05

表8 化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花品質變化
Table 8 Effect of water and nitrogen management on the quality of secondary growth cotton under chemical capping conditions

處理Treatment上半部平均長度 LEN(mm)長度整齊度指數UNI(%)斷裂比強度STR (cN/tex)斷裂伸長率ELG(%)短纖維指數SFI(%)成熟度指數MAT馬克隆值MIC紡織一致性指數SCIN1W130.03a85.73a32.27a9.47a4.57b0.86abc5.10ab144.67bN1W229.40a84.50a32.23a9.20a6.13a0.86ab5.20ab137.67cN1W330.23a86.33a31.80a9.63a4.57b0.85bc4.73cd150.33aN2W130.00a85.03a33.60a9.00a5.50ab0.86ab5.03abc146.67bN2W229.73a85.50a33.37a8.43a5.07ab0.87a5.30a145.00bN2W330.33a86.37a32.10a9.30a4.47b0.86abc4.97bc148.67abN3W130.07a86.10a31.67a9.77a4.53a0.85bc5.00bc145.67bN3W229.70a85.07a31.07a9.67a5.17ab0.86abc5.20ab137.33cN3W330.67a86.27a30.97a10.00a4.47b0.84c4.63d148.67ab分級分檔范圍AA3.7～4.2BB13.5～3.6B24.3～4.9CC13.4及以下C25.0及以上

3 討 論

研究表明，在施氮量相同時，隨著灌水量的增加，但棉花的生育期相對延長，而施氮量對生育期影響較輕，與王海東和馮克云等[14-15]研究基本一致。灌水促進化學封頂棉花株高、莖粗、果枝臺數顯著增加；對干物質的積累有促進作用，但不顯著；與化學封頂棉花二次生長相關性極大,這與余宏章[16]研究基本一致，但更傾向于灌水量對化學打頂棉花二次生長的影響比重較大。即灌水的增加會使化學封頂棉花二次生長概率顯著增加，且隨著灌量的增加，化學封頂棉花新生主莖增加。施氮在一定范圍內顯著促進生殖器官干物質積累，但N3處理的干物質向產量器官分配少于N2處理，N1處理棉花提前進入生殖生長階段，干物質積累持續期短，棉花產量極低。這與張旺鋒、徐海江和代英男等[17-19]研究相符。施氮量的增加呈現拋物線變化趨勢，先上升后下降。隨著灌水量增加，化學打頂棉花的單株結鈴數、籽棉產量增加[20-21]。施氮量和灌水量均會影響化學打頂棉花的單株結鈴數、單鈴重和衣分，最終影響棉花的產量與品質。

4 結 論

施氮量輕微調控二次生長率、株高、新生高和新生果枝臺數的變化，灌水量調控棉花二次生長率、株高、莖粗、新生果枝數的變化，施氮和灌水對二次生長率、株高、莖粗、新生高和新生果枝存在顯著的交互作用。在相同灌水條件下，隨施氮量的增加棉花的株高、新生高和新生果枝臺數呈先增加后降低的趨勢，各氮肥處理間存在顯著性差異，表現為N2>N3>N1。在相同施氮量條件下，隨著種灌水量的增加，二次生長率、株高、莖粗、新生高和新生果枝臺數呈增加趨勢，表現為W3>W2>W1。施氮量和灌水量均會影響棉花的單株結鈴數、單鈴重和衣分，最終影響棉花的產量。其中灌水量主要影響棉花的單株結鈴數和產量，隨著灌水量的增加，棉花的單株結鈴數相應增多，但棉花的生育期相對延長，因而降低棉花的霜前花率；氮肥對棉花的單株結鈴數、單鈴重、衣分和產量影響都很大，二者有交互作用。化學封頂條件下水氮運籌對二次生長棉花品質的影響不顯著。

施肥量極顯著影響棉花單株結鈴數、單鈴重、籽棉產量和衣分。但與化學封頂棉花二次生長相關性不顯著。水氮交互作用對化學封頂棉花二次生長無明顯影響。施氮量為1 500或300 kg/hm2、灌水量為3 000、4 500 kg/hm2時棉花的農藝性狀表現較好，生殖器官占干物質總量比例較多，且棉花收獲品質較好。灌水量為4 500和6 000 kg/hm2時，化學封頂棉花易發生二次生長現象，且二次生長率約為50%。因此，對化學封頂棉花，推薦使用施氮量為150、300 kg/hm2，灌水量為3 000、4 500 kg/hm2，有效減弱二次生長的作用。