減量追施氮肥運籌對棉花地上部干物質積累、分配及產量的影響

姚青青，孫繪健，馬興旺，羅 靜，牛新湘，楊 濤，何忠盛

(1.新疆巴音郭楞蒙古自治州農業科學研究院，新疆庫爾勒 841000； 2.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】隨著我國棉花種植戰略重心向新疆棉區轉移[1]，新疆巴音郭楞蒙古自治州(以下簡稱巴州)棉區是新疆高產優質棉花的主產區之一，施用氮肥是獲得棉花高產的主要栽培技術之一，但過量施用氮肥不僅增加了棉花生產成本，還導致氮肥利用率降低、農業面源污染狀況加劇及土壤生產力下降等問題[2-4]。【前人研究進展】合理施用氮肥可促進棉花生長發育及產量增長[5,6]，適宜的施氮策略可增加鈴期之前營養器官干物質積累和提高鈴期之后生殖器官的分配比例，但過量施用氮肥使棉花營養生長過旺，生殖生長效率降低[7-10]。減施氮肥措施對提高作物干物質累積量、產量及氮肥利用率產生積極作用[11-14]。適度的減少氮肥施用量可有效降低小麥-玉米輪作的籽粒氮素和秸稈磷、鉀周年總吸收量[15]，其對農作物的生長、品質及產量的負面影響也達不到顯著水平[16-20]。新疆北疆棉區施299～402.5 kg/hm2的純氮量，可促使各生育時期營養器官和生殖器官干物質積累進行合理分配，適量的減施氮肥可促進棉花結實器官的干物質積累與分配，不會造成棉花顯著減產[21]。【本研究切入點】目前國內有關新疆巴州棉區棉花生產中進行減施氮肥措施的研究較少，相關研究大多都集中在兩河流域及北疆等地區。研究減量追施氮肥對棉花干物質積累、分配及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】研究膜下滴灌棉花減量追施氮肥運籌管理下棉花地上部干物質積累和產量構成，分析減量追施氮肥對滴灌棉花地上部干物質積累、分配及產量的影響，為巴州棉田減氮增效、棉花高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

田間試驗于2020年4～10月在新疆巴州尉犁縣北部棉區進行(N 41°32＇，E 86°15＇)。該試驗區屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，全年平均日照2 975 h，年無霜期為210 d，年平均氣溫10.1℃，年平均降水量為43 mm，年平均蒸發量為2 700 mm。前茬作物均為棉花，試驗區土壤質地為壤土，耕層土壤0～30 cm 土壤有機質為10.06 g/kg，堿解氮28.0 mg/kg，速效磷33.5 mg/kg，速效鉀162 mg/kg。供試品種為新陸中71號，采用膜下滴灌(66+10)cm 1膜2管4行的種植模式，機械覆膜，機械精播穴距為12 cm，化學調控技術、植保技術及其他管理技術與當地相同。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

施氮運籌設5個施氮肥水平，即各處理基施氮肥用量相同，在追施氮肥用量上設計5個處理，N1為當地大田常規追施氮肥量，N2為減施10%常規追施氮肥量，N3為減施20%常規追施氮肥量，N4為減施30%常規追施氮肥量，N5為減施40%常規追施氮肥量。減量追施氮肥處理在追氮總量按比例減少情況下，生育期分次追施氮肥量也按相應比例減少，小區隨機區組排列，重復3次，共計15個小區。小區長15 m，寬6 m，面積為90 m2。表1

各處理基肥施用量相同，均為基施尿素為225 kg/hm2，磷酸二銨為375 kg/hm2，硫酸鉀為225 kg/hm2。氮磷鉀肥隨基施在犁地時施入，生育期氮肥隨水追施，用施肥罐控制追氮量。灌溉方式為膜下有壓滴灌，灌溉定額為 4 800 m3/hm2，從 6 月中旬開始灌溉，用水表控制灌溉量。

表1 氮肥追施設計Table 1 The design system of N fertilizer application

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 產量構成

在棉花吐絮期，調查試驗測產區域內一定面積株數和鈴數，計算小區株數和鈴數；各小區分3次取棉株上、中、下部位完全吐絮鈴各50個，測定鈴重和衣分。根據單位面積收獲鈴數與鈴重的乘積計算籽棉產量。

1.2.2.2 地上部干物質

田間試驗測定地上部植株干物質積累量時，分別在每個小區隨機選取有代表性的(長勢均勻)棉株3株，剪取植株子葉節部分，把植株按莖、葉、蕾+花/鈴不同器官分解成小塊，在105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，采用稱重法測定干物質積累量。

1.3 數據處理

用 Microsoft Excel 2007 軟件進行數據整理，采用 SPSS18.0軟件進行方差分析和顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 減量追施氮肥對棉花地上部干物質積累的影響

研究表明，整個生育期各處理棉花地上部干物質積累量呈“S”型增長趨勢，隨著氮肥追施量的遞減干物質積累量也呈現逐漸減少趨勢。在蕾期，由于施基肥量一致而未進行追施氮肥，各處理棉花地上部干物質積累未出現顯著差異。隨著追施氮肥的進行，初花期至吐絮期各生育階段，各處理地上部干物質積累量的差異達到顯著性水平，為N1>N2>N3>N4>N5， N1處理的棉花地上部干物質積累量與N2處理差異達不到顯著水平，N1、N2和N3處理的棉花地上部干物質積累量均顯著高于N4和N5處理。吐絮期N1處理的生殖器官(蕾花鈴)干物質積累量與N2處理之間也未達到顯著性差異，并且N1、N2和N3處理的生殖器官(蕾花鈴)干物質積累量均顯著高于N4和N5處理。在大田常規追施氮肥基礎上減施10%追施氮肥量不會顯著降低棉花地上部干物質積累量和生殖器官干物質積累量。表2

表2 減量追施氮肥下地上部干物質積累變化Table 2 The effects of reduced nitrogen fertilizer amount on cotton aboveground dry matter accumulation (g/株)

2.2 減量追施氮肥對棉株各器官干物質分配的影響

研究表明，隨生育進程的推進，莖枝干物質的分配比重由蕾期的38.15%～38.89%降至吐絮期的20.56%～22.20%，葉片干物質的分配比重由蕾期的42.30%～43.74%降至吐絮期的17.97%～19.81%，蕾花鈴干物質的分配比重由蕾期的17.97%～19.81%逐漸增加到吐絮期的58.12%～61.36%。蕾期至初花期棉株的營養生長占主導地位，作為營養器官的葉片和莖枝干物質分配比重在79.87%以上，盛花期至花鈴期棉花營養生長和生殖生長齊頭并進，但該階段仍以營養生長為主，棉株生殖器官(蕾花鈴)干物質分配比重逐漸增加，盛鈴期至吐絮期生殖生長速率加快，營養生長速率降低，棉株生殖器官干物質分配比重超過營養器官。吐絮期各處理生殖器官(蕾花鈴)干物質分配比重表現為N2>N1>N3>N4>N5，N2處理分別比N1、N3、N4和N5高出0.01%、1.12%、3.32%和5.28%，N5處理分別比N1、N2、N3和N4處理降低5.26%、5.27%、4.21%和2.02%，在大田常規追施氮肥基礎上減施10%追施氮肥量并不影響棉株生殖器官分配比重的增加，而過度的減量追施氮肥會降低生殖器官的分配比重。表3

表3 減量追施氮肥下地上部干物質分配比重變化Table 3 The effects of reduced nitrogen fertilizer amount on cotton above ground dry matter distribution(%)

2.3 減量追施氮肥對棉花產量構成及產量的影響

研究表明，在保苗株數差異不明顯的情況下， N1、N2和N3處理在結鈴數、鈴重、衣分及籽棉產量上存在一定的差異，均未達到顯著水平；但N1、N2和N3處理的結鈴數、鈴重和籽棉產量均極顯著高于N5處理， N1、N2和N3處理的結鈴數和籽棉產量均極顯著高于N4和N5處理；在籽棉產量方面， N2、N3、N4、N5處理分別比N1處理減產0.47%、2.15%、20.81%、27.61%。在膜下滴灌條件下，大田常規追施氮肥基礎上減施10%～20%追施氮肥量均為未顯著降低棉花的結鈴數、鈴重、衣分及籽棉產量，而過度的減量追施氮肥措施會使結鈴數和鈴重銳減、衣分下降導致棉花大幅減產。表4

2.4 追施氮肥量、地上部干物質積累及籽棉產量的相關性

研究表明，追施氮肥量與地上部干物質積累的相關性達到極顯著水平(P<0.01)、線性關系：y= 1.283 1x+ 69.752，R2=0.954；追施氮肥量與籽棉產量的相關性達到顯著水平(P<0.05)、線性關系：y= 148.6x+ 2 019.1，R2=0.840 6；地上部干物質積累與籽棉產量的相關性達到極顯著水平(P<0.01)、線性關系：y= 0.007 9x+ 57.123，R2=0.939 7。表5

表5 追施氮肥量、地上部干物質積累及籽棉產量的相關性Table 5 Correlation of nitrogen fertilizer application, aboveground dry matter accumulation and seed cotton yield

3 討 論

不同的追施氮肥量直接顯著影響棉花部干物質積累和籽棉產量，并且棉花地上部干物質積累對追施氮肥量變化的敏感性較籽棉產量高；生育期棉花地上部干物質積累量變化直接顯著影響籽棉產量的高低，地上部干物質積累量越高其棉花籽棉產量也相應越高。

氮肥運籌對棉花干物質積累具有重要影響，棉花干物質的積累和分配則是棉花產量形成的基礎。前人研究表明[22-24]，施氮量的變化會引起棉花干物質積累量和棉株各器官的分配比例的變化，適宜的施氮量可獲得較高的棉花干物質積累量，并且生殖器官的分配比重處于較高水平，施氮量過高或過低，均會降低棉花干物質累積量，導致減產。研究表明，在大田常規追施氮肥基礎上減施10%追施氮肥量并不會顯著降低棉花地上部干物質積累量，也不會影響棉株生殖器官分配比重的增加，而過度的減量追施氮肥不僅會顯著降低棉花地上部干物質積累量，同時也會降低生殖器官的分配比重。這與上述研究結果不盡相同[23]，與文明等[21]研究一致。棉花地上部干物質積累均呈“S”型增長趨勢，棉花花鈴期之前主要以營養生長為主，葉片和莖枝干物質分配比重高達79.87%以上，花鈴期之后干物質積累逐漸向生殖器官轉移，直至吐絮期生殖器官干物質分配比重增至61.36%，這與已有研究結果類似[9,21,25,26]。

有研究表明，不同施肥量對棉花群體的生長狀況產生重要影響[3,4]，不同氮肥運籌條件下代表產量構成的單株鈴數、籽棉產量存在顯著差異, 而單鈴重株數、衣分差異不顯著[10]。適量的減施氮肥可促進干物質向生殖器官分配，同時不會造成棉花顯著減產[21,27]。研究表明，適度的減量追施氮肥處理(N2和N3處理)產量低于常規追施氮肥處理(N1)，但是差異并不顯著，而過量的減施氮肥(N4和N5處理)會使結鈴數和鈴重銳減、衣分下降，導致棉花大幅減產，這與上述研究結果類似。

已有研究表明，棉花干物質積累與含氮量、產量之間存在線性正相關性[10,28]，而研究進一步顯示追施氮肥量、地上部干物質積累及籽棉產量兩兩之間的線性正相關性均達到顯著水平，并且棉花地上部干物質積累對追施氮肥量變化的敏感性較籽棉產量高。

在試驗條件下適度的減量追施氮肥不會顯著降低籽棉產量，但由于棉花產量會受到品種、棉田地力及天氣環境等因素的影響，增加了減施氮肥條件下棉花穩產的不確定性，還需要進一步開展相關研究。

4 結 論

4.1在本試驗條件下，較常規追施氮肥，減施10%追施氮肥量的棉株地上部干物質積累量降低了1.81%，但生殖器官分配比重增加了0.02%，棉花結鈴數、鈴重、衣分均未顯著降低，且籽棉產量達到6 850.47 kg/hm2。

4.2隨著減施氮肥量的增加，減施30%～40%追施氮肥導致籽棉產量減產達20.81%～27.61%，同時棉株干物質積累量也降低10.07%～15.76%。