施氮量對不同品種滴灌棉花氮素利用率及產量的影響

楊 媚，呂 新，2，馬露露，2，葛元梅，洪 帥，2，陳翔宇，張 澤，2

( 1.石河子大學農學院，新疆石河子 832003；2.石河子大學農學院 /新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】棉花是新疆的優勢特色產業，2018年新疆棉花播種面積占全國比重為83.84%，產量達511.1×104t，是我國最大的優質商品棉生產基地。氮素是棉花必需的營養元素之一，直接影響棉花的產量和品質形成[1]。長期以來，氮肥的施用一直是提高新疆棉花產量的關鍵措施[2]，但過多或不合理施用氮肥，則會引發諸如降低氮肥利用率和增產效果 、增加生產成本、污染生態環境等一系列的問題[3]。另外，過量施氮將導致棉花因營養體生長過旺而貪青晚熟、品質下降[4]，因此，確定適宜的施氮量是非常重要。【前人研究進展】呂婷婷等[5]研究表明棉花全生育期的氮素積累總量總是隨生育期的推移而提高，氮素積累總量在棉花鈴期時達到最高；侯振安等[6]研究表明不同的施肥策略顯著影響棉花氮素的吸收量，氮肥在一次灌溉施肥過程的前期施用有利于提高氮肥的利用率，減少氮素的淋洗損失。張偉等[7]通過大田實驗，研究了沼肥與化肥配施對鹽漬土棉花產量、氮素利用率的影響，結果表明生產中投入氮素總量為138 kg/hm2的沼肥與尿素配合施用就能獲得高產；在不同品種比較方面孫永健等[8]研究施肥水平對不同氮效率水稻氮素利用特征及產量的影響，品種與施肥水平對雜交稻主要生育時期及各生育階段氮素的累積、轉運、分配,以及氮素利用特征和產量均存在顯著影響。【本研究切入點】由趙春波[9]研究的黃瓜不同品種氮效率類型，分析部分研究報道顯示茄子、番茄、黃瓜等[10-12]陸續結果的蔬菜類作物不同品種間同樣存在基因型差異，氮效率基因型差異是普遍存在的。研究施氮量對不同品種滴灌棉花氮素利用率及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】研究不同施氮量對不同品種棉花氮素累積規律、利用率和產量的影響。分析棉花氮素的累積規律，為種植棉花高效合理的施用氮肥和高產量提供理論參考價值。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017年在新疆昌吉州瑪納斯縣六戶地鎮進行。該地區日照時長達2 800～3 000 h，年平均氣溫5℃左右，≥10℃有效積溫為3 500～4 100℃，無霜期達到180 d左右。試驗地土壤質地為壤土，土壤基礎理化性狀為：砂粒40.12%，粉粒18.42%，有機質含量15.63 g/kg，堿解氮54.35 mg/kg。

供試棉花品種為新陸早50號、新陸早58號、魯棉研24號。施氮量設4個，分別為0、120、240、360 kg/hm2純氮，分別以N0、N1、N2、N3表示，其中No為對照。種植模式為“1膜3管6行”，采用膜下滴灌的方式，長33 m，寬2.5 m，面積82.5 m2，膜寬2.05 m，株距10 cm2，行距配置為10 cm+66 cm，種植密度1.2 ×104株/667m2。采用隨機區組設計，重復3次，共計36個試驗小區，小區面積50 m2，小區間設隔離帶，灌溉定額為當地滴灌棉田一般灌溉量，其他田間管理均按高產栽培要求進行。圖1

圖1 小區內部株、行間距種植模式(m)
Fig.1 Planting pattern of plant and row spacing in the experimental plot

1.2 方 法

1.2.1 植株含氮量測定

在棉花生育時期根據出苗天數24、32、45、58、70、80、91、102和111 d采集植株地上部樣品，每個小區取3 株，室內按莖、葉、蕾+殼、纖維+種子不同器官分開，105℃殺青，30 min后于烘箱中80℃條件下烘干至恒重，稱重，記錄干物質重。烘干的植株樣品經粉碎后，過0.5 mm篩，備用。植株樣品用H2O4-H2O2消煮，凱氏定氮儀測定植株各器官的含氮量。

1.2.2 棉花產量和氮素累積及利用率的測定

在最后一次采樣完成后，采取部分已吐絮的棉花測產獲取棉花的產量，在棉農機采實收前3 d，選取每個小區實測面積為6.67 m2，分別對測點的棉花株數、鈴數進行測定和記錄。稱量并記錄小區收獲的籽棉產量。計算公式如下：

產量(kg/hm2)=收獲密度(株/hm2)×單株鈴數(個/株)×單鈴籽棉重(kg/個)/1 000×0.9(校正系數)；

氮素累積量(kg/hm2)=氮素含量(g/kg)×干物質質量(kg/hm2)；

氮肥利用率(%)=(施氮處理植株吸氮量-不施氮處理植株吸氮量)/施氮量×100；

棉株地上部氮累積量(kg/hm2)=密度(104株/hm2)×單株地上干物重(g/株)×氮素含量(g/kg)/100 000。

1.3 數據處理

采用Excel 2013進行各施氮處理、各采樣日棉株地上部氮含量、生物量、產量數據的基礎整理，然后使用SPSS 19.0軟件中的LSD和Duncan進行棉花生物量、含氮量和產量數據的顯著性分析，圖形通過Excel 2013進行繪制。

2 結果與分析

2.1 施氮對不同品種滴灌棉花地上部氮素分配規律的影響

研究表明,在棉花吐絮期的各器官中均表現為纖維+種子的氮素累積量最高，其從大到小分別為:纖維+種子>葉片>鈴殼>莖稈，莖稈的氮素累積量最底；不同施氮處理之間各器官的氮素累積量均是隨著施氮量的增加呈逐漸上升趨勢，以處理N3施氮量360 kg/hm2的氮累積量最高，最為明顯的是葉片。

3個品種之間以魯棉研24號的葉片、鈴殼氮累積量最低，分別為75.33和52.68 kg/hm2，其中新陸早58號和新陸早50號的葉片、鈴殼氮累積量較魯棉研24號分別高34.36%、1.98%和46.44%、36.45%；新陸早50號葉片、鈴殼氮累積量分別為140.66、82.89 kg/hm2，較新陸早58號葉片和鈴殼分別高18.41%、35.17%。新陸早50號莖稈的氮累積量為70.24 kg/hm2，較新陸早58號和魯棉研24號莖稈的氮累積量分別高5.68%、46.11%；新陸早58號莖稈的氮累積量為66.26 kg/hm2，較魯棉研24號莖稈的氮累積量高42.86%。新陸早58號纖維+種子的氮累積量為150.23 kg/hm2，分別較新陸早50號和魯棉研24號纖維+種子的氮累積量高16.43%、37.53%；新陸早50號纖維+種子的氮累積量為125.55 kg/hm2，較魯棉研24號纖維+種子的氮累積量高25.25%。圖2

圖2 不同品種滴灌棉花地上部各器官吐絮期氮素分配規律
Fig.2 Distribution of nitrogen in the boll opening stage of different parts of cotton under drip irrigation

2.2 不同施氮量對不同品種滴灌棉花地上部生物量和氮累積量的影響

2.2.1 不同施氮量對不同品種滴灌棉花地上部生物量的影響

研究表明，在不同品種不同施氮處理下，可看出各棉花品種全生育期的生物量增長趨勢均呈現前期增長緩慢，自出苗后45 d左右進入快速增長期，后期增長速度又有所減緩，3個品種的生物量均是以處理N3施氮量360 kg/hm2最高的，其次是處理N2、N1、N0。

在不同品種不同施氮處理下，分析棉花生物量發現以新陸早58號較新陸早50號和魯棉研24號的生物量分別高2.66%、0.85%，魯棉研24號較新陸早50號的生物量高1.83%。新陸早58號在出苗后在58 到102 d為快速增長期，而新陸早50號和魯棉研24號則是在58 到91 d為快速增長期，新陸早58號的快速增長期比新陸早50號和魯棉研24號多出11 d，這也是新陸早58號的生物量較高的原因之一。圖 3

圖3 施氮量對不同品種生物量動態變化的影響
Fig.3 Effects of nitrogen application rate on dynamics of biomass of different cultivars

2.2.2 不同施氮量對不同品種滴灌棉花氮累積量影響

研究表明，在不同品種不同施氮處理下，就棉花整個生育期的氮素累積量而言，均呈現以處理N3施氮量360 kg/hm2的氮素累積量最高，處理N2施氮量240 kg/hm2為次，不施氮處理N0最低，棉花整個生育期的氮素累積量呈現慢-快-慢的形勢。3個品種的氮累積量快速增長期均是從出苗45 d開始，新陸早58號和新陸早50號到出苗91d開始變慢，魯棉研24號則是在出苗102 d才出現緩慢累積，所以魯棉研24號的氮累積量快速增長期比新陸早58號和新陸早50號多11 d。

在3個不同品種滴灌棉花之間新陸早58號的氮素累積量最高，新陸早58號和新陸早50號較魯棉研24號的氮素累積量分別高14.0%、11.5%，而新陸早58號較新陸早50號的氮素累積量高2.9%。處理之間新陸早58號和新陸早50號在出苗80 d后處理N3的氮素累積量較處理N0、N1、N2高；魯棉研24號出苗91 d處理N3的氮素累積量較處理N0、N1、N2高。不同品種棉花之間氮素累積量以新陸早58號為最高，以施氮量360 kg/hm2的處理最高，高的施肥量是滴灌棉花獲得高的氮素累積量的重要因素之一。圖4

2.3 施氮對不同品種滴灌棉花產量及氮素利用率的影響

2.3.1 施氮對不同品種滴灌棉花產量的影響

研究表明，不同施氮量不同品種滴灌棉花之間籽棉產量的高低為新陸早58號>新陸早50號>魯棉研24號；其中新陸早58號的籽棉產量為416.16 kg/667m2，較魯棉研24號和新陸早50號的籽棉產量分別高7.35%、2.80%，新陸早50號較魯棉研24號的籽棉產量高4.68%。在不同施氮處理下，3個品種棉花籽棉產量均表現為N3>N2>N1>N0的趨勢。

在品質方面在不同的施氮處理之間對品質也有所影響，新陸早50號處理N0為A級，屬于優質品質，而處理N1、N2、N3則為B級標準級；魯棉研24號處理N0為B級標準級，而處理N1、N2、N3則為C級, 品質比較差；不同品種間由馬克隆值結果表明，新陸早58號和新陸早50號為B級標準級，而魯棉研24號為C級，品質比較差。

圖4 施氮量對不同品種棉花氮素累積動態的影響
Fig. 4 Effects of nitrogen application rate on nitrogen accumulation dynamics of different cultivars

3個品種棉花籽棉產量均是以處理N3施氮量360 kg/hm2最高，較高的施氮量是影響棉花高產的重要因素之一。并不是施氮量越高品質越好，與大田綜合管理有很大關系，而魯棉研24號品質較差有部分原因是魯棉研24號種植在防護林旁邊，其光合作用受到一定程度上的影響。表1

2.3.2 不同施氮量對不同品種滴灌棉花氮素利用率的影響

研究表明，同一品種滴灌棉花內不同處理的氮素利用率變化趨勢大體上一致，均是以處理N1施氮量120 kg/hm2最高。新陸早50號和魯棉研24號處理之間的氮素利用率大小N1>N2>N3，其中處理N1的氮素利用率明顯比處理N2、N3高；新陸早58號處理之間的氮素利用率大小N1>N3>N2，其中處理N1明顯比處理N2、N3的氮素利用率高，分別高出13.69%、8.62%。不同品種的不同施肥量可以影響棉花的氮肥利用率，魯棉研24號的氮素利用率高于其它兩個品種。表2

表1 不同品種滴灌棉花產量
Table 1 Yield of Drip Irrigation Cotton of Different Varieties

品種Varieties處理Handle鈴數(個/株)Numberofbolls(number/plant)鈴重(g/株)Bollweight(g/plant)單鈴重Singlebollweight(g)馬克隆值Micronvalue籽棉產量Seedcottonyield(kg/667m2)新陸早50號XinluzaoNo.50N06.529.294.124.15321.42cN16.930.874.624.31382.44bN27.434.924.994.95443.04aN37.836.765.034.54471.13a新陸早58號XinluzaoNo.58N06.934.143.864.33319.68cN17.634.864.324.47394.29bN28.338.194.604.50458.28aN39.142.284.514.83492.39a魯棉研24號LumianyanNo.24N06.127.864.074.78297.92dN16.530.954.695.07365.82cN27.936.014.395.45416.64bN38.340.704.645.37461.88a

注：小寫字母代表同一列同一品種的顯著性分析(P<0.05)(下同)

Note: Significance analysis of lowercase letters representing the same variety in the same column (P< 0.05) ，the same as below

表2 不同品種滴灌棉花氮素利用率
Table 2 Nitrogen Utilization Efficiency of Drip Irrigation in Different Varieties

品種Varieties氮素累積量Nitrogenaccumulation(kg/hm2)氮素利用率Nitrogenuseefficiency(%)新陸早50號XinluzaoNo.50N0263.77cN1319.00b46.03N2319.87b23.38N3343.74a22.21新陸早58號XinluzaoNo.58N0269.13cN1309.31b33.48N2316.63b19.79N3358.61a24.86魯棉研24號LumianyanNo.24N0208.38cN1261.43b44.21N2311.66b43.03N3320.96a31.27

3 討 論

3.1 施氮對不同品種滴灌棉花地上部氮素分配規律的影響

棉花全生育期氮素積累總量隨著生育期的推移而增加，在棉花鈴期達到最高，不同生育階段，棉花各器官內的氮素水平不同[5]；胡國智等[13]研究表明在吐絮期纖維+種子中的氮素累積量分別與其它器官的氮素累積量有顯著差異。這和試驗研究結果相一致，在滴灌棉花吐絮期不同器官氮素分配中氮含量均表現為：纖維+種子>葉片>鈴殼>莖稈，其中纖維+種子的氮素累積量最高，為150.23 kg/hm2；而葉片是隨著施氮量的增加而增加，說明在吐絮期營養生長還是較為旺盛。不同品種之間以新陸早58號在不同施氮處理之間的氮素累積量均以處理N3施氮量360 kg/hm2的最高。

3.2 施氮對不同品種棉花生物量和氮累積量的影響

前人研究表明，施氮量對棉花生物量過程有重要影響[14-16]；薛曉萍等[17]研究表明，較高的生物量是棉花獲得高產的前提，而生物量累積又以養分吸收為基礎。施氮可通過影響作物生物量和氮素累積動態進而影響其最終累積量。王子勝等[1]研究表明棉花光合產物的累積與氮素的累積并非同步，二者的累積高峰相對獨立，棉花氮素累積峰值出現時間早于生物量11 d左右；薛曉萍等[18]研究表明棉花蕾花鈴的生物量增長和氮吸收累積均受氮素水平的影響, 其動態變化符合S型曲線, 氮累積的快速起始時間較生物量早1～5 d。試驗研究與其相似，棉花的生物量和氮素的累積量也并非同步進行，二者快速累積高峰出現的時間不一致，氮累積的快速起始時間較生物量早12 d左右；棉花全生育期生物量和氮累積量的增長趨勢均以“慢-快-慢”的累積形式自呈現，出苗45 d左右進入快速增長期, 其動態變化也符合S型曲線。

3.3 施氮對不同品種滴灌棉花氮素利用率和產量的影響

正確理解氮素利用效率隨施氮量變化的規律將有助于生產者做出兼顧效益與環境的施氮決策[19]，氮肥農學利用率考慮的是氮肥投入與產量輸出的性價比[20]，內在氮利用率表示棉花如何有效地將吸收的氮轉化為皮棉產量[19]，而且累積利用率并非與施肥量呈正比[21]。有關施氮量對棉花產量的研究表明，不同棉區因栽培品種、氣候條件及土壤肥力不一致棉花的適宜施氮量差異較大[4,17,22-24]；。薛曉萍等[4,18,25]研究表明在我國長江流域和黃河流域棉區，設置相同的氮肥用量處理，結果皮棉產量最高的施氮量不同,安陽試點以360 kg/hm2的施氮量為最優, 南京以240 kg/hm2最高。研究表明，在不同施氮對不同品種棉花中，籽棉產量以產量隨著施氮量的增加而呈上升趨勢，新陸早58號以360 kg/hm2的處理籽棉產量最高、施氮量為最優，新陸早50號和魯棉研24號以360 kg/hm2的處理籽棉產量最高、以240 kg/hm2的施氮量為最優。氮素對棉花產量形成有一定的調控作用, 氮素水平過低或過高均導致產量降低。

4 結 論

4.1 滴灌棉花在吐絮期的各器官的氮素分配比從大到小分別為:纖維+種子>葉片>鈴殼>莖稈，各器官在施氮量為360 kg/hm2時的氮素分配比達最高。

4.2 不同的施氮處理對不同品種棉花的平均氮累積量為N3>N2>N1>N0，不同品種氮累積量為新陸早58號>新陸早50號>魯棉研24號。

4.3 在不同的施氮量下對不同品種棉花的氮素利用率和產量是有影響，新陸早50號和魯棉研24號在施氮量240 kg/hm2、新陸早58號在施氮量360 kg/hm2時的氮素利用率和產量達到最優，在獲得高產的同時氮素達到有效的利用。