新疆滴灌機采棉生長及產量的最佳水氮組合

潘 洋,付秋萍,海 英,祁 通,洪 明,馬英杰,潘俊杰

(1.新疆農業大學水利與土木工程學院/新疆水利工程安全與水災害防治重點實驗室,烏魯木齊 830052;2. 新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆棉花單產和總產位居全國首位[1]。新疆主要棉花產區地勢平坦,機械化程度高[2]。2021年全疆棉花播種面積250.62×104hm2(3 759.26萬畝)[3]。近年來新疆機采棉產業發展迅速,北疆棉花主產區機械采收率已經達到90%以上[4]。機采棉極大程度上節省了人工、提高了棉花生產效率,降低了生產成本[5]。因此,研究膜下滴灌機采棉最佳水氮組合對機采棉提質增效有現實意義?！厩叭搜芯窟M展】膜下滴灌棉花主要通過調控水分和氮素來提高產量[6-10]。通過水肥耦合可以在產量降低不多的條件下,顯著提高水肥的綜合效益,對于棉花水肥管理有重要意義[11-12]。張燕等[13]研究指出水肥對產量存在明顯的交互作用,在灌水量為370 mm、施氮量為250 kg/hm2時,在獲得最大產量94%的籽棉產量的同時可以節省15%的灌水量及16.7%的施肥量。羅新寧等[14]研究了棉花生物量積累與氮肥的使用量之間的關系,氮素的使用能夠增加生物積累量,但是過多施氮量使植株同化物向營養生長轉移過多,生殖生長受限以至于其快速生長推遲;過少的施氮量植株生長受限,難以達到高產[15]。水分嚴重虧缺情況下,作物的蒸騰作用降低,光合作用受限,葉片萎蔫,群體發育不良,產量降低;灌水量過多,根系呼吸作用受限,影響養分吸收,微生物滋生[16]。優化灌溉施肥制度,從而改善棉花植株生長,充分利用光熱資源,是棉花獲得高產和提高水氮利用效率最有效途徑[17-18]。【本研究切入點】滿足機械采收要求,棉花種植模式的改變、生育后期落葉與催熟,在棉花的種植管理尤其是水肥管理上與傳統種植模式存在較大的差異。因此,需研究與機采棉相適宜的水肥運籌,避免棉花生長過程中出現植株徒長、貪青、產量和品質下降,提高機采棉生產過程中的水肥利用效率?！緮M解決的關鍵問題】研究膜下滴灌不同水氮處理對機采棉生長及產量的影響,提出機采棉種植模式下機采棉最佳水肥管理策略,為新疆精準農業的發展提供一定的技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017年在新疆昌吉回族自治州呼圖壁縣大豐鎮現代化灌溉示范地進行,試驗地位于天山中段北麓(E 86.63°,N 44.18°),屬于中溫帶大陸半荒漠干旱性氣候,多年平均降雨量為167 mm,多年平均氣溫為5～6℃,日照實數為2 750～3 090 h。試驗地土壤類型為沙壤土,土壤容重1.54 g/cm3,地下水埋深15 m。土壤有機質9.56 g/kg,全氮3.10 g/kg,堿解氮35.42 mg/kg,速效磷14.54 mg/kg,速效鉀126.99 mg/kg,土壤體積田間持水率為35.64%。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用1膜3管6行的機采棉種植模式,作物行距(66+10) cm,1膜6行,寬窄行(66 cm+10 cm+66 cm)種植,株距10 cm,滴灌帶分別布置在距第1行棉花垂直距離20、96和142 cm的位置。滴灌帶管徑16 mm,滴頭流量1.8 L/h,滴頭間距30 cm。

試驗采用二因素完全隨機區組設計,設置3個灌水水平,分別為低W1(3 000 m3/hm2)、中W2(3 525 m3/hm2)和高W3(4 200 m3/hm2);4個施氮水平分別為:對照N0(0 kg/hm2)、低N1(168 kg/hm2)、中N2(240 kg/hm2)、高N3(312 kg/hm2)。共12個處理,每個處理3次重復,計36小區。每個小區3個膜寬,即包含18行棉花、9條滴灌帶,長度10 m。根據棉花生育期特點灌水8次,由水表控制灌水量,灌水及施肥日期為6月23日、7月1日、7月9日、7月22日、7月29日、8月7日、8月16日。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 株 高

試驗初期選擇各處理平均水平的代表性植株10株,用標簽牌做標記,測定棉株株高,每隔10 d觀測一次,一直到花鈴期機采棉株高不再生長為止。株高為第1片子葉到機采棉主莖頂部生長點的高度,用卷尺進行測量。

1.2.2.2 莖 粗

選擇機采棉主莖距地10 cm處的莖粗,用電子游標卡尺測量,觀測時間與株高觀測相同。

1.2.2.3SPAD值

用手持式SPAD-502型葉綠素儀對機采棉葉片葉綠素相對含量SPAD值進行測定(每個小區重復3次)。測量時間與株高、莖粗一致,測倒四葉,避開葉脈。

1.2.2.4 葉面積指數

在各實驗小區取代表性植株3棵,取其葉片,采用打孔法進行測定。

葉面積指數=單株葉面積×單位土地面積株數/單位土地面積。

1.2.2.5 產量和單株成鈴數

采用樣田法,在吐絮期選取長3 m寬2.4 m的小區進行測產(每個小區重復3次),取其均值,折算成產量,以代表該處理總產量。同時統計各小區株數和單株結鈴數。

1.2.2.6 耗水量及水分利用效率(Water use efficiency, WUE)

棉花耗水量:

ET=P+I-R-Dp-ΔW.

式中,ET為耗水量(mm);P為降雨量(mm);I為灌水量(mm);R為地表徑流(mm);DP為深層滲漏(mm);ΔW為全生育期始末土壤儲水量的變化值(mm)。因試驗地地下水位較深,且地勢平坦降雨量少,故R和DP忽略不計。

水分利用效率:

WUE=Y/ET.

式中,Y為籽棉產量(kg/hm2);ET為全生育期土壤耗水量(m3/hm2)。

1.2.2.7 氮肥偏生產力(Partial factor productivity of nitrogen fertilizer, PFPN)

氮肥偏生產力(kg/kg):

PFPN=Y/FT.

式中,FT為氮肥的施入總量(kg/hm2)。

1.3 數據處理

使用Microsoft Excel 2019對數據處理與計算;應用SPSS 26.0統計軟件進行雙因素方差分析和DUNCAN新復極差法進行不同處理差異顯著性分析;Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 不同水氮處理對機采棉生長特性的影響

研究表明,蕾期灌溉對機采棉株高影響極顯著(P<0.01),施氮對機采棉株高影響不顯著(P>0.05),水氮耦合也對機采棉株高影響不顯著(P>0.05);在初花期和初鈴期灌溉和施氮均對機采棉株高有極顯著影響,但水氮耦合對機采棉株高影響不顯著(P>0.05);在盛花期和盛鈴期,灌溉和施氮對機采棉株高均有極顯著影響(P<0.01),且水氮耦合對機采棉的株高影響均達到顯著水平(P<0.05)。表1

表1 不同水氮處理對機采棉株高的顯著性水平

蕾期,高、中、低灌水水平下,N0、N1、N2、N3施氮處理間株高差異不顯著。在初花期,低灌溉水平下(W1),N3施氮處理株高顯著高于N2處理,且顯著高于N0、N1處理;中灌水水平下(W2),N0、N1處理間株高差異不顯著,N2、N3處理間株高差異不顯著,但N2、N3處理與N0、N1處理間株高差異均顯著;高灌水水平下(W3),N0、N1、N2處理間差異不顯著,但N3處理株高顯著高于其它處理。在盛花期,在低、中、高灌水水平下N0、N1施氮處理株高差異不顯著;低灌水和高灌水水平下,N2、N3處理株高差異顯著,且均顯著高于N0、N1處理;中灌水水平下,N2N3處理株高差異不顯著,但顯著高于N0、N1處理。初鈴期和盛鈴期,低灌水水平下,N0、N1處理株高差異顯著,N3、N4處理株高差異不顯著,且都顯著高于N0、N1處理;中灌水水平下,N0、N1處理株高差異不顯著,N3、N4處理株高差異不顯著,且都顯著高于N0、N1處理;在高灌水水平下,N0、N1處理株高差異不顯著,N3、N4處理株高差異顯著,且都顯著高于N0、N1處理。圖1

在相同施氮水平下,隨著灌水量的增加株高呈逐漸增大的趨勢;在相同灌水量下,隨著施氮量的增加株高呈逐漸增大的趨勢,但是當施氮量增加到一定水平后,對株高的促進作用會減弱。

在整個生育期灌水對機采棉葉面積指數的影響均極顯著(P<0.01),蕾期-初鈴期和吐絮期施氮對機采棉葉面積指數影響極顯著(P<0.01),在盛鈴期施氮對機采棉葉面積指數影響顯著(P<0.05)。在整個生育期水氮耦合對機采棉葉面積指數影響不顯著(P>0.05)。表2

表 2 不同水氮處理對機采棉葉面積指數顯著性水平

蕾期和盛花期,低灌水水平下,N0、N1處理葉面積指數差異不顯著,N2、N3處理葉面積指數差異不顯著,但顯著大于N0處理;中、高灌水水平下,N1、N2、N3處理葉面積指數差異不顯著,但都顯著大于N0處理。初鈴期,低、中、高灌水水平下,N2處理葉面積指數顯著大于N0處理,其它施氮處理間差異不顯著。盛鈴期和吐絮期,低、中灌水水平下各施氮處理間葉面積指數差異不顯著;高灌水水平下N2處理葉面積指數顯著大于N0處理,其它施氮處理間葉面積指數均無顯著差異。

相同施氮處理下,隨著灌水量的增加葉面積指數呈逐漸增大的趨勢,且各個灌水處理間葉面積指數差異顯著,增加灌水量會使機采棉的葉面積指數增大。在相同灌水處理下,在低、中灌水水平下,隨著施氮量的增加葉面積指數呈逐漸增加的趨勢,但當施氮量增加到一定水平后葉面積指數反而呈減小的趨勢,施氮量達到一定水平后繼續增加施氮量會抑制機采棉葉面積指數的增大,且施氮對葉面積指數的促進作用小于灌水處理對葉面積指數的促進作用。圖2

圖 1 不同水氮處理下機采棉株高變化

圖 2 不同水氮處理下機采棉葉面積指數變化

蕾期灌水對機采棉莖粗的影響不顯著(P>0.05),在其它4個生育期灌水對機采棉莖粗的影響均達到極顯著水平(P<0.01);施氮對機采棉莖粗的影響在整個生育期均達到極顯著水平(P<0.01);水氮耦合在蕾期和盛花期對機采棉莖粗的影響顯著(P<0.05),在初花期灌水施氮的交互作用對機采棉莖粗的影響不顯著(P>0.05),在盛鈴期和花鈴后期水氮耦合作用對機采棉莖粗的影響顯著(P<0.05)。表3

表 3 不同水氮處理對機采棉莖粗的顯著性水平

低灌水水平下(W1),N1、N2、N3施氮處理間莖粗差異不顯著,但N2、N3施氮處理莖粗都顯著大于N0處理;中、高灌水水平下(W2、W3),N0、N1、N3施氮處理間莖粗差異不顯著,但N2施氮處理的莖粗顯著大于其它三個施氮處理。在低灌水水平下(W1),N1、N2、N3施氮處理間機采棉莖粗差異不顯著,但都顯著大于N0處理;中、高灌水水平下(W2、W3),N0、N1、N3施氮處理間莖粗差異不顯著,但N2施氮處理的莖粗顯著大于其它3個施氮處理。低灌水水平下,N0、N1施氮處理間莖粗差異不顯著,N1、N2、N3施氮處理間莖粗差異不顯著,但N2、N3施氮處理莖粗顯著大于N0處理;中、高灌水水平下(W2、W3),N0、N1、N3施氮處理間莖粗差異不顯著,但N2施氮處理莖粗顯著大于其它3個處理。圖3

圖 3 不同水氮處理下機采棉莖粗變化

在相同施氮處理下,機采棉的莖粗隨著灌水量的增加而增加,但當施氮量達到一定水平后隨著灌水量的增加機采棉莖粗呈逐漸減小的趨勢,在高氮水平下會抑制機采棉莖粗的增加。相同灌水水平下,在低灌水處理(W1)下,莖粗隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢;但在中、高灌水處理下(W2、W3),機采棉莖粗隨著施氮量的增加先增加后減小,且N3處理莖粗顯著小于N2處理。在低灌水水平下,增加施氮量對莖粗增加有促進作用;在中、高灌水水平下,當施氮量增加到一定程度后反而會對莖粗的增加出現抑制作用。

2.2 不同水氮處理對機采棉葉片SPAD值影響

研究表明,3個灌水水平下除了不施氮處理以外其它處理的SPAD值均呈先下降后上升的趨勢,7月4日之后,各處理機采棉葉片的SPAD值隨著生育期的推進而增加。在低灌水水平下,相比W1N0處理,棉花葉片的SPAD值隨著施氮量的增加而增加,且N3施氮處理的SPAD值最大值顯著大于其它施氮處理。在中灌水水平下,施氮量對各處理機采棉葉片的SPAD值的影響不大,但不施氮處理在8月4日以后呈逐漸下降的趨勢,且N3施氮處理的SPAD值最大值顯著大于其它施氮處理。在高灌水水平下,在8月4日以后不施氮處理和高施氮處理(N0、N3)的SPAD值逐漸下降,W3N2處理的SPAD值最大值明顯高于其他處理。圖4

圖4 不同水氮處理下機采棉葉片SPAD值變化

低、中灌水水平下高施氮量可以促進葉片葉綠素含量的增加,從而增強光能轉化作用。但在高灌水水平下,中施氮(N2)處理SPAD值最大值達到最大,機采棉葉片轉化光能能力最強。

2.3 不同水氮水平對機采棉產量的影響

研究表明,影響機采棉產量的主要因素有單鈴重和單株有效成鈴數,其中單株有效成鈴數對產量影響最大,單鈴重次之。灌水和施氮對機采棉籽棉產量的影響均顯著(P<0.05),灌水和施氮的交互作用對籽棉產量的影響不顯著(P>0.05)。施氮對機采棉單株有效成鈴數的影響極顯著,灌水及水氮交互作用對機采棉的單株有效成鈴數和衣分的影響均不顯著(P>0.05);灌水對機采棉單鈴重影響不顯著(P>0.05),施氮對單鈴重的影響顯著(P<0.05),灌水和施氮的交互作用對單鈴重的影響不顯著(P>0.05)。表4

表 4 不同水氮水平處理下機采棉產量變化

低灌水水平下,機采棉的籽棉產量施氮量的先增加后減小,不施氮處理的籽棉產量明顯低于施氮處理,低施氮和高施氮處理間籽棉產量差異不顯著,但中施氮處理的籽棉產量顯著大于高施氮處理,相比于不施氮處理處理籽棉產量增加了211.2、365.4、90.45 kg/hm2;中灌水水平下,不施氮處理與高施氮處理間的籽棉產量差異不顯著,中施氮處理的籽棉產量顯著大于不施氮、高施氮處理,與低施氮處理間的差異不顯著,相比于不施氮處理處理籽棉產量增加了283.95、442.8和214.65 kg/hm2;高灌水水平下,中施氮處理的籽棉產量顯著大于其它3個處理,但其它3個處理間差異不顯著,相比于不施氮處理籽棉產量增加了3.3、374.1和-57 kg/hm2。

低灌水水平下單株有效成鈴數隨著施氮量的增加而增加,與W1N0相比W1N1、W1N2和W1N3處理的單株有效成鈴數分別增加了0.18、0.5和0.5個,不施氮處理的單株有效成鈴數顯著低于施氮處理,且各施氮處理間單株有效成鈴數差異;中灌水水平下,機采棉的單株有效成鈴數隨著施氮量的增加呈先增加后減小的趨勢,中施氮處理的單株有效成鈴數顯著大于其它3個處理,但其它3個處理間差異不顯著;高灌水水平下,單株有效成鈴數隨著施氮量的增加呈先增加后減小的趨勢,不施氮及低中施氮處理間的差異不顯著,但是高施氮處理下的單株有效成鈴數顯著小于其它3個處理,每株分別減少了0.7、1.26、1.39個。

低灌水水平下,機采棉的單鈴重隨著施氮量的先增加后減小,與不施氮處理相比單鈴重分別增加了0.12、0.51和0.34 g,且中施氮處理的單鈴重顯著大于不施氮及低氮處理,但與高施氮處理間差異不顯著;中灌水水平下,不施氮處理的單鈴重明顯小于其它3個施氮處理,與不施氮處理相比單鈴重分別增加了0.06、0.52和0.27 g,中施氮(N2)處理的單鈴重顯著大于不施氮及低施氮處理,與高施氮處理相比差異不顯著;高灌水水平下,機采棉的單鈴重隨著施氮量的先增加后減小,中施氮(N2)處理的單鈴重顯著大于不施氮及低施氮處理,分別增加了0.48、0.4g。表4

2.4 不同水氮水平對機采棉水氮利用效率影響

研究表明,灌水對水分利用效率影響極顯著(P<0.01),施氮對耗水量的影響不顯著(P>0.05),灌水及施氮的交互作用對耗水量的影響不顯著(P>0.05);灌水及施氮對水分利用效率的影響均極顯著(P<0.01),但水氮耦合對水分利用效率的影響不顯著(P>0.05);灌水對耗水量影響極顯著(P<0.01),但施氮及水肥交互作用對耗水量的影響不顯著(P>0.05)。

機采棉的耗水量隨著灌水量的增加而明顯增加;在灌水量相同時,不施氮處理的耗水量明顯低于施氮處理的耗水量,但不同施氮處理間的差異不顯著;施氮量相同時,不同灌水處理的耗水量間的耗水量差異顯著,且隨著灌水量的增加耗水量也顯著增加。與低灌水處理相比,中、高灌水處理的耗水量分別增加了56.62、56.97 mm,分別增加了12.26%、12.34%。

在3種灌水水平下,水分利用效率均隨著施氮量的增加先增加后減小,在N2施氮處理下達到最大值。在低灌水水平下,N2、N3施氮處理的水分利用效率顯著大于N0、N3處理但N2、N3處理間差異不顯著,與W1N0處理相比,W1N1、W1N2和W1N3處理的水分利用效率提高了0.04、0.07和0.01,說明在低灌水水平下,適當的增加氮肥促進機采棉的水分利用效率提升;在中灌水水平下,與W2N0處理相比,W2N1、W2N2和W2N3處理的水分利用效率提高了0.05、0.08和0.04,N2施氮處理的水分利用效率顯著大于其它處理,在中灌水水平下,水分利用效率隨著施氮量的增加,但當施氮量達到一定水平后水分利用效率反而會減小。在高灌水水平下,N2施氮處理的水分利用效率顯著大于其它處理。與N0處理相比N3處理的水分利用效率出現負增長,在高灌水水平下,過量的適用氮肥會降低機采棉的水分利用效率。

不同灌水水平下,隨著施氮量的增加氮肥偏生產力逐漸減小。相同施氮水平下,隨著灌水量的增加氮肥偏生產力呈先增加后減小的趨勢。與W1處理相比,W2、W3處理的氮肥偏生產力分別增加了1.24、0.09,分別增長了4.7%、0.34%。在中灌水水平下平均氮肥偏生產力最高,低施氮下的氮肥偏生產力最大。

耗水量隨灌水量的增加顯著增加,不同施氮處理間耗水量差異不顯著;在3種灌水水平下,水分利用效率都在N2處理下的達到最大且在低水水平下平均水分利用效率最大,在低灌水水平下施氮作用對水分利用效率的促進作用較大;在3種灌水水平下,隨著施氮量的增加氮肥偏生產力逐漸減小,3種灌水處理下的平均氮肥偏生產力在W2灌水水平下達到最大,中灌水水平時對氮肥吸收的促進作用較強。表5

表 5 不同水氮處理下機采棉水、氮利用效率變化

2.5 水氮耦合效應對籽棉產量、水分利用效率和氮肥偏生產力的影響

以灌水量和施氮量為自變量,籽棉產量、水分利用效率、氮肥偏生產力為因變量,分別建立二元二次回歸方程。籽棉產量、水分利用效率、氮肥偏生產力難以同時達到最大值,當灌水量為3 604.86 m3/hm2,施氮量為234.84 kg/hm2,籽棉產量可達到最大6 310.24 kg/hm2;當灌水量為3 500 m3/hm2,施氮量為233.60 kg/hm2,水分利用效率可達到最大為1.22;當灌水量為3 594 m3/hm2,施氮量為240 kg/hm2,氮肥偏生產力可達到最大為26.28。設定80%ηmax與90%ηmax兩個優化梯度,尋找3項指標的重疊區域?？傻玫礁鲀灮繕诉_到最大值的80%、90%以上時所對應的灌水與施氮區間。表6,圖5

圖 5 水氮互作與各優化指標間的關系

表 6 籽棉產量、水分利用效率、氮肥偏生產力與水氮處理的非線性回歸方程及其達到最高值對應的水氮組合

當灌水量為3 050～4 050 m3/hm2時,施氮量為225～312 kg/hm2時,此時可使籽棉產量、水分利用效率、氮肥偏生產力同時達到最大值的80%以上;當灌水量為3 600～4 200m3/hm2時,施氮量為160～312 kg/hm2時,此時可使籽棉產量、水分利用效率、氮肥偏生產力同時達到最大值的90%以上,此時為試驗研究區的最佳灌水量及施氮量區間。表6,表7

表 7 水氮投入區間尋優方案

3 討 論

3.1株高是衡量作物生長發育情況的重要指標之一[19],干旱地區灌溉農業的最終目的是滿足作物的生長需水和所需養分,實現作物的高產[20]。水分和養分因子是影響作物形態發育及產量的重要環境因素[21-23]。株高、莖粗、葉面積指數是反映田間作物長勢的重要指標,膜下滴灌技術作為局部灌水技術,灌水量和施氮量會影響作物生長,從而影響作物產量[24-25]。研究表明合理的水肥調控措施可以調節植株株高、減輕并延緩葉片衰老獲得適宜的葉面積指數,從而增加作物產量[26]。株高是機采棉的先決條件之一,機采棉模式下棉花的適宜株高為75～80 cm[11]。試驗中灌水量為3 525 m3/hm2,施氮量為240 kg/hm2時,機采棉獲得的株高為71 cm左右、莖粗為10.94 cm左右和葉面積指數為5.72左右。在人工打頂之前,水和氮肥對株高的增長有較大的影響,可以通過適當的調整水和氮肥的使用量來配合縮節胺等對棉花株高生長進行控制[27-28]。張寄陽等[29]對筒栽棉花莖粗進行研究發現莖粗的日增長量隨著水分虧缺程度的增加而減少。但試驗結果表明,灌水量的增加會促進棉花莖粗的增加,但是過量的水會導致棉株旺長,從而導致棉花莖粗減少。王娟等[30]研究發現棉花葉片的葉綠素含量與SPAD值呈線性相關,且通過SPAD值能夠較好的預測棉花的氮素營養狀況。汪鈴等[31]研究發現棉花葉片SPAD值在蕾期較小并逐漸增長,在花鈴期升至最大值,在盛鈴期開始下降;且在低灌水水平下,棉花的SPAD值隨著施氮量的增加而增加,在中灌水水平和高灌水平下,氮素對SPAD值的影響不大;與試驗結果一致[32]。馮國藝等[33]研究發現棉花的葉面積指數生長呈現先增大后減小的趨勢。王嬌等[34]對不同施氮水平的棉花葉面積指數研究發現,棉花的施氮量的增加能夠促進棉花的葉面積指數的增加。而試驗結果表明,在低灌水水平和高灌水水平時,棉花的葉面積指數隨著施氮量的增加而增加;而在中灌水水平時,施氮量對棉花葉面積指數的不明顯,由于中等水平下棉花的株高的變化量不大造成的。

3.2提高農作物的水氮利用效率和產量,有利于農業、園藝、林業等領域的資源利用[35]。相關研究表明水氮存在明顯的互作效應,水氮互作不僅可以促進棉花的生殖生長,調節棉花的營養生長、合理分配到棉株的各個器官,還可以發揮個體優勢,增加單株成鈴數與單鈴重,實現增產[36]。試驗結果表明低灌水水平下,氮肥可通過增加單株有效鈴數和單鈴重提高籽棉產量;中灌水水平下,氮肥主要通過增加機采棉的有效鈴數來增加產量;在高灌水水平下,過量施肥將導致棉花減產,當灌水量為3 525 m3/hm2、施氮量為240 kg/hm2時,單株成鈴數及單鈴重均達到最大,不同水氮處理會影響機采棉的產量構成因素,從而決定機采棉的最終產量。

3.3灌溉量和施氮量在一定范圍內時,增加灌溉量可以促進氮肥利用率,但是過量的灌溉會將植物根部的養分淋洗,進而降低氮肥利用率,水分利用效率也比較低,與此同時還會造成作物的減產[37-38]。在試驗中,灌水及施肥及二者的交互作用對機采棉籽棉產量及水氮利用效率的影響顯著,耗水量隨著灌水量的增加逐漸增加,水分利用效率隨著灌水量的增加逐漸減小。隨著灌水量的逐漸增大,氮肥偏生產力先增大后減小,過量灌溉會降低氮素的利用效率。與楊黎等[39]和Wang H等[40]的研究結果相一致,水分利用率與灌水量呈現出明顯的負相關關系,且隨著施氮量的提高,作物的產量和氮素利用率變化趨勢為先增加后降低。但上述許多研究所得最佳水氮組合無法滿足各優化目標同時達到最大值,研究采用籽棉產量、水分利用效率、氮肥偏生產力3個評價指標,當灌水量為3 600～4 200 m3/hm2時,施氮量為160～312 kg/hm2時,此時可使籽棉產量、水分利用效率、氮肥偏生產力同時達到最大值的90%以上,此時為試驗研究區的最佳灌水量及施氮量區間。但研究只為一年試驗結果,還需在后續研究進一步驗證,進而獲得最佳的灌水與施氮策略。

4 結 論

4.1隨著灌水量和施氮量的增加,機采棉株高呈逐漸增長的趨勢;機采棉葉面積指數隨著灌水量和施氮量的增加逐漸增加,但增加到一定水平后再繼續增加施氮量會顯著減小機采棉的葉面積指數;機采棉莖粗隨灌水量的增加逐漸增加,隨著施氮量的增加先增加后減小。

4.2適當的灌水量及施氮量有利于機采棉單株鈴數、單鈴重的增加。適宜的灌水量或者施氮量可以促進機采棉衣分的增加。低灌水水平下,增加施氮量可以顯著增加籽棉產量;但較高灌水水平下,增加施氮量會降低籽棉產量。當灌水量為3 525 m3/hm2、施氮量為240 kg/hm2時,單株鈴數、單鈴重達到最大。

4.3灌水量及施氮量對機采棉的生長、水分利用效率、氮肥偏生產力及產量具有顯著的交互作用。當灌水量為3 525 m3/hm2時可滿足機采棉整個生育期的水分需求,施氮240 kg/hm2時單株結鈴數及單鈴重也優于其他施氮處理,綜合考慮產量和水、氮利用率3個評價指標及機采棉的適應性狀,灌水量為3 600～4 200 m3/hm2、施氮量為160～312 kg/hm2處理為試驗研究區機采棉最適宜的水氮組合區間。