追施氮肥對不同測定位置棉花冠層結構和產量的影響

收稿日期：2023-12-15" " "第一作者簡介：姚青青（1986―），女，503665311@qq.com。*通信作者：503665311@qq.com

基金項目：新疆維吾爾自治區自然科學（青年）基金項目：測定位置對棉花冠層結構特征值準確性影響（2021D01B24）；天山英才青年拔尖人才——基層科技骨干人才項目“優質豐產機采棉新品種巴43541試驗示范與推廣應用（2023TSYCJC0022）”；新疆巴音郭楞蒙古自治州成果轉化項目——優質機采棉新品種巴43541良種繁育與示范推廣（202301）

摘要：【目的】在（66＋10）cm行距下，研究不同追氮量對機采棉的影響，為完善棉花高產栽培技術提供科學依據。【方法】2021年和2022年在新疆庫爾勒市試驗地開展追施氮肥試驗，以巴43541為試驗材料，設置4個純氮追施水平：0、112.5、225.0和337.5 kg·hm－2，比較不同處理下棉花寬行中間、窄行中間、鄰近棉株和相鄰兩膜交接行中間位置的冠層結構特征、產量性狀及氮肥利用效率。【結果】總體來看，隨著生育進程推進，在4個處理下4個測定位置的棉花葉面積指數（leaf area index， LAI）均呈先增大后減小的變化趨勢，光合有效輻射（photosynthetically active radiation， PAR）均呈先降低后升高的變化趨勢，平均葉傾角（mean leaf angle， MLA）和空隙透射系數（gap fraction transmission coefficient， GFTC）在不同處理下的變化趨勢不一致。盛蕾期，相鄰兩膜交接行中間位置的棉花LAI較低，MLA、PAR和GFTC較高；花鈴期至吐絮期，4個測定位置的LAI、PAR和GFTC差異減小；盛鈴期至吐絮期窄行中間和鄰近棉株位置的MLA較高。與其他3個處理相比，追施純氮112.5 kg·hm－2可在盛鈴期獲得適宜的LAI、MLA、PAR和GFTC，增加單位面積鈴數，2年籽棉產量分別提高1.38%～16.50%和1.66%～11.57%、皮棉產量分別提高1.57%～16.37%和0.59%～12.40%，并且提高了氮肥偏生產力和氮肥農學利用率。關于棉花LAI和PAR，4個測定位置兩兩之間均呈極顯著正相關；整體來看，鄰近棉株與寬行中間、窄行中間位置測定的棉花冠層結構指標之間的正相關性最好。【結論】同一追氮量下，4個測定位置的棉花LAI和PAR的變化趨勢基本一致，MLA和GFTC的變化趨勢不一致。追施純氮112.5 kg·hm－2可促進巴43541高產，提高棉花氮肥利用率。

關鍵詞：棉花；追施氮肥；測定位置；冠層結構；產量

Effects of top-dressing nitrogen fertilizer on cotton canopy structure at different locations and yield

Yao Qingqing*， Sun Huijian， Luo Jing， Du Shanshan， He Zhongsheng

（Agricultural Research Institute of Xinjiang Bayingol Mongolian Autonomous Prefecture， Korla， Xinjiang 841000， China）

Abstract： [Objective] This research aims to investigate the impact of different nitrogen （N） fertilizer rates on cotton under the machine picked with（66 + 10） cm row spacing， so as to provide scientific basis for improving the high-yield cultivation technology of cotton. [Methods] N top-dressing experiments was carried out in Korla of Xinjiang during 2021 and 2022. A field experiment was conducted using Ba 43541 as the test material， and four pure N application levels were set： 0， 112.5， 225.0， and 337.5 kg·hm－2. Canopy structure characteristics， yield traits， and N use efficiency of cotton in middle position of the wide line （MW）， middle position of the narrow line （MN）， adjacent to plant （AP） and intermediate position of the adjacent two membranes （MC） were compared under different treatments. [Results] Under different treatments， with the advancement of growth process， leaf area index （LAI） of cotton at the four test sites increased first and then decreased， while photosynthetically active radiation （PAR） decreased first and then increased， but mean leaf angle （MLA） and gap fraction transmission coefficient （GFTC） showed different change trends. During the full budding stage， the LAI was lower， while MLA， PAR， and GFTC were higher in MC. The differences of LAI， PAR， and GFTC among the four test sites gradually decreased from the flowering and boll setting stage to the boll opening stage. During the full boll setting stage and boll opening stage， MLA were higher in MN and AP. Applying N 112.5 kg·hm－2（N1） obtained appropriate LAI， MLA， PAR， and GFTC during the full boll setting stage， the boll number of per unit area increased. In 2021 and 2022， compared with the other three treatments， seed cotton yield of N1 increased by 1.38%-

16.50% and 1.66%-11.57%， and lint yield increased by 1.57%-16.37% and 0.59%-12.40%， respectively; partial productivity and agronomic utilization of N were also increased. In terms of cotton LAI and PAR， there were extremely significant positive correlation among the four test sites. Overall， the best positive correlation of cotton canopy structure index was found among AP and MW， AP and MN. [Conclusion] Under the same N application rate， the change trends of LAI and PAR at four test sites were consistent， while the change trends of MLA and GFTC were inconsistent. The application of 112.5 kg·hm－2 N could promote the high yield of Ba 43541， and improve the N use efficiency of cotton.

Keywords： cotton; top-dressing nitrogen fertilizer; position fixing; canopy structure; yield

冠層結構特征可以客觀反映作物群體地上部器官的空間分布。通過分析不同生育時期棉花冠層結構特征的動態變化，可為棉花栽培管理提供理論依據[1-2]。生育期追施氮肥是調控棉花冠層結構、促進棉花群體生長的主要栽培技術[3-8]。適宜的水肥條件能夠促進棉花群體器官協調生長，獲得利于高產的棉花群體冠層結構。在棉花生長發育中后期（花鈴期至盛鈴期），葉面積指數（leaf area index， LAI）較大，棉株上部葉片直立，可提高葉片光能截獲率，改善群體中下部透光環境，提高群體光合速率，最終實現棉花高產[6-9]。

關于高產棉區理想的棉花群體冠層結構特征已有大量的研究[7-11]，適宜的水肥調控措施可以塑造理想的棉花株型，進而獲得高產。但棉花群體的冠層結構特征適時采集和分析處理結果受到品種類型、行株距配置、種植密度、測定位點、測定時間等因素的影響。研究表明不同棉花品種的冠層結構特征指標存在顯著差異[12-13]。不同的田間配置方式和種植密度會導致同一棉花品種的群體冠層結構特征存在差異[14-20]，并且測定時間和天氣也會影響冠層結構指標[21-22]。現有的部分研究對棉花群體冠層結構特征指標的測定方式是把儀器放置在棉花行內，分別對寬行、窄行的棉花冠層結構特征值進行測定，取2個位置的平均值作為一個采樣區域的冠層結構指標[6-14]。目前關于棉田不同測定位置冠層結構特征值差異的研究還不夠全面[21]。本試驗選用新疆巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱為“巴州”）地區的主栽棉花品種巴43541[23]，研究氮肥不同追施量對棉花寬行中間、窄行中間、鄰近棉株和相鄰兩膜交接行中間位置的冠層結構特征及產量和氮肥利用率的影響，探明能夠形成穩產高產的棉花群體冠層結構特征，為進一步改進基于植物冠層數字圖像分析儀的棉花冠層結構特征測定方法做理論準備，為完善新疆巴州棉花高產栽培技術提供科學依據，同時為豐富氮肥追施技術和氮肥減施增效技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2021年和2022年的4－10月在新疆巴州農業科學研究院（庫爾勒市）試驗地進行。試驗區年均日照時間2 990 h，平均無霜期210 d，年平均氣溫11.4 ℃，年平均降水量58.6 mm，年最大蒸發量為2 788.2 mm。2021年和2022年的年均氣溫、降水量等氣候條件接近于多年平均值，氣候條件正常。試驗地前茬作物為棉花，供試土壤為壤土。2021年試驗開始時0～30 cm土層土壤全氮含量為1.32 g·kg－1，堿解氮含量為51.39 mg·kg－1，速效磷含量為56.46 mg·kg－1，速效鉀含量為304.41 mg·kg－1，pH為6.96，有機質含量為23.1 g·kg－1。

1.2 試驗設計

春季犁地時，各處理施用尿素（N質量分數為46%，下同）150 kg·hm－2、磷酸二銨（N和P2O5的質量分數分別為18%、48%）625 kg·hm－2、硫酸鉀（K2O質量分數為50%）225 kg·hm－2。追肥試驗設置4個施氮水平，純氮用量分別為0（N0）、112.5（N1）、225.0（大田常規追氮量，N2）、337.5 kg·hm－2（N3）。所用氮肥為尿素。生育期氮肥分8次隨水追施，追施比例分別為5%、10%、14%、20%、20%、13%、10%、8%，用施肥罐控制追施量，每次的氮肥用量見表1。2021年氮肥隨水滴施時間分別為6月25日、7月2日、7月9日、7月16日、7月23日、7月31日、8月7日和8月15日，2022年氮肥隨水滴施時間分別為6月22日、6月29日、7月6日、7月14日、7月22日、7月29日、8月5日和8月14日。2021年和2022年灌溉模式一致，生育期灌水總量為5 400 m3·hm－2，共進行9次灌溉，灌水比例分別為5%、10%、15%、20%、20%、10%、8%、7%和5%，其中最后1次灌溉不施肥。

供試棉花品種為新疆巴州地區的主栽品種巴43541。采用1膜4行機采棉種植模式，膜寬1.50 m，膜下鋪設2個滴灌毛管。行距配置為（66＋10）cm，株距為12 cm，理論種植密度為21.9萬株·hm－2。播種方式為機械打孔，人工點播，人工覆土。2021年4月20日播種，4月28日出苗，5月12日定苗，7月10日打頂，試驗小區面積為48 m2（8 m×6 m）；2022年4月18日播種，4月26日出苗，5月10日定苗，7月13日打頂，小區面積為 66 m2（11 m×6 m）；每年均重復3 次，共計12個小區。2 年縮節胺（甲哌有效成分含量98%）用量一致，均為苗期7.5 g·hm－2、盛蕾期15 g·hm－2、初花期30 g·hm－2、盛花期60 g·hm－2、打頂后90 g·hm－2。其他田間栽培管理措施同當地棉田一致。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 棉花冠層結構特征相關指標的測定。分別在棉花出苗后60 d（盛蕾期）、75 d（花期）、90 d（花鈴期）、105 d（盛鈴期）、130 d（吐絮期）使用CI-110植物冠層數字圖像分析儀（美國CID公司）測定棉花寬行中間（middle position of the wide line， MW）、窄行中間（middle position of the narrow line， MN）、鄰近棉株（緊靠內行棉株的位置，adjacent to plant， AP）和相鄰兩膜交接行中間位置（intermediate position of the adjacent two membranes， MC）的冠層結構特征值（圖1）。每個小區重復測定4～6次。將安裝有魚眼探測頭的觀測棒平穩放置在田間觀測位置，調好角度，從顯示屏上觀察無人影等其他外界影響時開始拍照，獲得冠層結構圖像，提取棉花冠層結構特征值，分別為LAI、平均葉傾角（mean leaf angle， MLA）、光合有效輻射（photosynthetically active radiation， PAR）和空隙透射系數（gap fraction transmission coefficient， GFTC）。

1.3.2 產量及其構成因素的測定。在棉花吐絮期（出苗后130 d）調查6.67 m2的結鈴數，計算單位面積結鈴數；棉花完全吐絮后，在各試驗小區測產區域連續選取棉株下部（第1～3果枝）、中部（第4～6果枝）和上部（第7～9果枝）完全吐絮棉鈴各100個，測定鈴重和衣分，根據單位面積結鈴數、鈴重計算籽棉產量，根據籽棉產量與衣分計算皮棉產量。

1.3.3 氮肥偏生產力和氮肥農學利用率計算。氮肥偏生產力（kg·kg－1）＝施氮處理的籽棉產量/施氮量×100%；氮肥農學利用率（kg·kg－1）＝（施氮處理的籽棉產量－不施氮處理的籽棉產量）/施氮量[24]。

1.4 數據處理與分析

在Microsoft Excel 2007軟件中進行數據整理及圖表繪制。應用SPSS 18.0軟件進行單因素方差分析，采用最小顯著差數法（least significant difference， LSD）進行差異顯著性檢驗。采用皮爾遜（Pearson）積差相關系數法進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 追施氮肥對不同測定位置棉花冠層結構特征的影響

2.1.1 不同測定位置棉花LAI的動態變化。由圖2可知，2021年和2022年N0、N1、N2和N3處理下，MW、MN、AP和MC的棉花冠層 LAI大多呈現先增大后減小的變化趨勢。不同追氮量條件下，4個測定位置棉花冠層LAI到達峰值的時期不一致，N0、N1和N2處理下4個測定位置棉花冠層LAI均在盛鈴期（出苗后105 d）達到峰值，其中N2處理下MN的棉花LAI最大，2021年較MW、AP和MC分別提高0.72%、0.12%和0.15%，2022年分別提高5.20%、1.74%和11.93%；N3處理下，2021年MW、MN、AP和2022年MC的棉花LAI均在花鈴期（出苗后90 d）達到峰值，而2021年MC和2022年MW、MN、AP的棉花LAI均在盛鈴期（出苗后105 d）達到峰值。花期至吐絮期（出苗后75～130 d），2021年MW、MN、AP和MC的棉花LAI分別比2022年高3.27%～23.54%、5.35%～20.44%、0.58%～18.26%和0.05%～21.35%。

盛蕾期至花期（出苗后60～75 d），MC的棉花LAI處于較低水平，2021年分別比MW、MN和AP降低5.20%～14.20%、7.26%～18.58%和6.40%～19.95%，2022年分別降低2.48%～33.43%、7.98%～36.61%和2.44%～38.10%。盛蕾期（出苗后60 d），2021年N0處理下MC的棉花LAI顯著低于MW，2021年N1處理下和2022年N2、N3處理下MC的LAI顯著低于MN和AP。花期（出苗后75 d），2021年N1、N2、N3處理下MC的LAI顯著低于MN。隨著生育進程的推進，棉花生長速率加快，枝葉相互交錯覆蓋，棉花群體逐漸封行，不同測定位置間的棉花LAI差異逐漸減小，花鈴期至盛鈴期（出苗后90～105 d），除2021年N3處理和2022年N3處理外，其他處理下不同測定位置間的LAI均無顯著差異。吐絮期（出苗后130 d），2021年N3處理下MC的棉花LAI顯著高于其他測定位置，2022年N1處理下MN的棉花LAI顯著高于MW和MC，MW的棉花LAI顯著高于MC，其他處理下不同測定位置間的LAI無顯著差異（圖2）。

2.1.2 不同測定位置棉花冠層MLA的動態變化。不同追施氮肥條件下，2021年和2022年MW、MN、AP和MC的棉花MLA的變化趨勢不一致，最大值出現的時期也不一致（圖3）。

MW：不同追施氮肥條件下，隨生育進程的推進，2021年棉花MLA整體呈先增大后減小的變化趨勢，N0、N2、N3處理的峰值出現在花期（出苗后75 d），N1處理的峰值出現在盛鈴期（出苗后105 d）；2022年N0、N1、N3處理的棉花MLA呈現先減小后增大再減小的變化趨勢，N2處理的棉花MLA呈現先增大后減小的變化趨勢，N0、N1、N3處理的最大值出現在盛蕾期（出苗后60 d），N2處理的最大值出現在盛鈴期（出苗后105 d）。

MN：2021年和2022年不同處理下棉花的MLA大多呈現升-降-升-降的“M”形變化趨勢。2021年N1、N3處理的MLA呈先增大后減小的變化趨勢，各處理的最大值均出現在盛鈴期（出苗后105 d）；2022年，N2處理的MLA呈現先增大后減小再增大的變化趨勢，N0、N1處理的最大值出現在盛鈴期（出苗后105 d），N2、N3處理的最大值出現在花期（出苗后75 d）。

AP：2021年和2022年不同處理下棉花的MLA大多呈現先增大后減小再增大再減小的“M”形變化趨勢。2021年N1處理的MLA呈先增大后減小的變化趨勢，峰值出現在花鈴期（出苗后90 d），其他各處理的最大值均出現在盛鈴期（出苗后105 d）。

MC：棉花MLA總體呈現出逐漸減小的變化趨勢，除2021年N2處理外，MLA最大值均出現在盛蕾期（出苗后60 d）。2021年棉花MLA最大值（52.81°）出現在N1處理，2022年棉花MLA最大值（81.39°）出現在N2處理。

盛蕾期至花期（出苗后60～75 d），2021年和2022年MC的棉花冠層MLA均大于其他測定位置，與MW、MN和AP相比，2021年分別增大1.33%～59.41%、7.50%～151.50%和24.56%～102.15%，2022年分別增大49.74%～159.59%、19.00%～226.87%和38.34%～139.44%，并且在2年的盛蕾期（出苗后60 d）和2022年的花期（出苗后75 d）與其他部分測定位置存在顯著差異。盛鈴期至吐絮期（出苗后105～130 d），多數條件下MN和AP的MLA處于較高水平。2021年，盛鈴期（出苗后105 d）和吐絮期（出苗后130 d）N1處理下MN的MLA顯著高于MC，N3處理下吐絮期MN、AP和MW的MLA顯著高于MC； 2022年吐絮期N2處理下MN的棉花MLA顯著高于AP、MW和MC。

2.1.3 不同測定位置棉花冠層PAR的動態變化。不同追施氮肥條件下，4個測定位置的棉花冠層 PAR 隨生育進程推進整體呈現先降低后升高的變化趨勢（圖4）。2021年N0處理下，MW的棉花PAR谷值在花鈴期，MN的棉花PAR谷值在花鈴期和盛鈴期，AP和MC的棉花PAR谷值在盛鈴期。2021年N1和N2處理下4個測定位置以及2022年N0、N1、N2處理下4個測定位置和N3處理下MW、MN和AP的棉花PAR谷值均在盛鈴期（出苗后105 d）。盛鈴期（出苗后105 d），2021年和2022年N2處理下MN的棉花PAR最小，2021年較MW、AP和MC分別降低1.35%、5.19%和2.67%，2022年分別降低26.89%、7.56%和43.18%。N3處理下，2021年4個測定位置和2022年MC的棉花PAR谷值出現在花鈴期（出苗后90 d）。

盛蕾期至花期（出苗后60～75 d），MC的棉花PAR處于較高水平，與MW、MN和AP相比，2021年分別提高21.77%～111.11%、32.07%～160.40%和43.88%～195.91%，2022年分別提高21.31%～212.83%、75.49%～284.35%和20.80%～297.67%，并且盛蕾期（出苗后60 d），MC的PAR顯著高于AP和MN（2021年N0處理和N3處理除外）。隨著生育進程的推進，4個測定位置的PAR差異逐漸降低，盛鈴期至吐絮期（出苗后105～130 d），群體下部葉片衰老脫落，中下部透光環境改善，使得棉花PAR升高。2021年N3處理下吐絮期（出苗后130 d）MC的PAR顯著低于其他3個測定位置；2022年N1處理下吐絮期和N3處理下盛鈴期、吐絮期MC的棉花PAR顯著高于MW、MN和AP。

2.1.4 不同測定位置棉花冠層GFTC的動態變化。不同追施氮肥條件下，MW、MN和AP的棉花GFTC整體上呈現先增大后降低的變化趨勢，最大值出現的時期不一致，2021年棉花冠層GFTC峰值大多出現在花期至花鈴期（出苗后75～90 d），2022年則大多出現在盛鈴期（出苗后105 d）（圖5）。MC的棉花GFTC：在2021年N0處理下以及2022年N0、N1處理下呈波動下降趨勢，在2021年N1、N3處理下呈現降-升-降-升的“W”形變化趨勢，在2022年N2和N3處理下呈先減小后增大的變化趨勢；2021年N0、N1處理下以及2022年各處理下的最大值均在盛蕾期（出苗后60 d），2021年N2和N3處理下最大值出現在花鈴期（出苗后90 d）。

盛蕾期（出苗后60 d）MC的棉花冠層GFTC處于較高水平，2021年N0、N1和N2處理下MC的GFTC分別比其他3個測定位置提高4.30%～10.60%、1.00%～10.76%和2.28%～15.27%，2022年分別提高16.64%～36.45%、13.82%～36.98%和10.47%～35.21%。2021年N0處理下盛蕾期MC的棉花GFTC顯著高于AP，2022年N0和N1處理下MC的棉花GFTC顯著高于MW，2022年N2和N3處理下MC的棉花GFTC顯著高于其他3個測定位置。生育后期，2022年盛鈴期（出苗后105 d）N0處理下MN的棉花GFTC顯著高于其他3個測定位置，吐絮期（出苗后130 d）N3處理下MW的棉花GFTC顯著低于其他3個測定位置，盛鈴期和吐絮期其他處理下不同測定位置的棉花冠層GFTC差異不顯著。

2.2 盛鈴期施氮量對棉花冠層結構特征指標的影響

盛鈴期是棉花生殖生長最旺盛的時期，也是產量形成的關鍵時期，此時良好的群體冠層結構是棉花高產的重要保證。2021年和2022年的盛鈴期（出苗后105 d），棉花群體冠層LAI、MLA、PAR和GFTC（4個測定位置的平均值）受施氮量的影響，但各處理間無顯著差異（圖6）。2021年棉花冠層LAI和MLA均高于2022年，而PAR和GFTC均低于2022年。

隨施氮量的增加，棉花LAI呈現先增大后減小的變化趨勢，N2處理下棉花LAI最大，與N0、N1和N3處理相比，2021年分別增大5.11%、1.56%和6.98%，2022年分別增大1.77%、0.31%和0.15%。表明適量施氮可以增大棉花LAI，但多施或少施氮肥均不利于棉花LAI增大。

MLA：隨施氮量的增加，2021年呈先減小后增大的變化趨勢，N1處理較N2處理增大1.51%，N3處理的最大；2022年呈逐漸降低的變化趨勢，N1處理較N2、N3處理分別增大1.14%、13.60%。

PAR：隨施氮量的增加，2021年呈先降低后升高的變化趨勢，N1處理較N2處理高6.62%，N3處理的最大；2022年呈逐漸降低的變化趨勢，N1處理較N2、N3處理分別高1.15%、13.60%。

GFTC：隨施氮量的增加，2021年呈先增大后減小的變化趨勢，N1處理比N0、N2和N3處理分別高3.17%、8.12%和9.90%；2022年呈先增大后減小再增大的變化趨勢，N1處理比N0、N2處理分別升高2.14%、0.68%。

綜合2年試驗，N2處理下LAI最大，但MLA、PAR和GFTC均低于N1處理，N2處理的葉片較N1處理的大且平展，上部葉片獲得了較多光能，但是遮擋了光照向中下部透射，透光通風環境較N1處理郁蔽，不利于群體中下部棉鈴生長發育。

2.3 不同測定位置間棉花冠層結構指標的相關分析

不同測定位置間的冠層結構指標相關分析結果見表2。對于棉花冠層LAI和PAR，2021年和2022年4個測定位置兩兩之間均呈極顯著正相關，AP與MW、MN之間的相關系數較高，均大于0.94。對于棉花冠層MLA，2021年和2022年MN與AP均呈極顯著正相關，2021年MN與MC呈顯著負相關。對于棉花冠層GFTC，2021年AP與其他3個測定位置均呈極顯著正相關，AP與MW、MN的相關系數較高；2022年MW與MN呈顯著正相關。4個測定位置的棉花冠層結構指標之間存在相關關系，整體來看，AP與MW、MN的棉花冠層結構指標之間的正相關性最強。

2.4 追施氮肥對棉花產量及產量構成因素的影響

2021年和2022年，隨著氮肥追施量的增加，單位面積結鈴數、籽棉產量以及皮棉產量均呈現先增加后減小的趨勢（表3）。各處理的單位面積結鈴數、鈴重、衣分、籽棉產量及皮棉產量均無顯著差異。N1處理的單位面積結鈴數、籽棉產量及皮棉產量均高于其他處理。其中，2021年N1處理的籽棉產量分別比N0、N2、N3處理增加5.87%、1.38%和16.50%，皮棉產量分別比N0、N2、N3處理增加6.58%、1.57%和16.37%；2022年N1處理的籽棉產量分別比N0、N2、N3處理增加11.57%、1.66%和2.71%，皮棉產量分別比N0、N2、N3處理增加12.40%、0.59%和3.80%。2年對比來看，2021年N0、N1、N2和N3處理下的籽棉產量比2022年分別高出21.09%、14.90%、15.22%和1.31%。

2.5 追施氮肥對棉花氮肥利用效率的影響

2021年和2022年，隨著追施氮肥量的增加，棉花氮肥偏生產力和氮肥農學利用率均呈逐漸降低的趨勢（表4）。在氮肥偏生產力方面，2021年和2022年N1處理顯著高于N2、N3處理，N2處理顯著高于N3處理，相比N1處理，2021年N2、N3處理分別降低50.68%、71.38%，2022年N2、N3處理分別降低50.82%、67.55%。在氮肥農學利用率方面，N1處理的氮肥農學效率最高，但N1、N2、N3處理間無顯著差異，相比N1處理，2021年N2、N3處理分別降低62.04%、151.85%，2022年N2、N3處理分別降低57.95%、75.19%。

3 討論

生育期追施氮肥對棉花群體生長調控具有重要影響，塑造理想的冠層結構是獲得棉花優質高產的關鍵[2-7]。在不同生育時期測定棉花冠層結構特征，了解施氮對棉花群體生長發育的調控作用是棉花高產栽培管理的主要依據。研究表明，棉花LAI和MLA在生育期呈先增大后減小的變化趨勢，峰值在盛鈴期[2-3， 6-8]。本試驗在前人研究的基礎上增加了棉花冠層結構測定位置，分別測定了MW、MN、AP和MC的棉花冠層結構特征，從試驗結果來看，不同追施氮肥量處理下，4個測定位置的棉花LAI總體呈現先增大后減小的變化趨勢，峰值出現在花鈴期至盛鈴期（90～105 d）；棉花PAR 總體呈現先降低后升高的變化趨勢，谷值出現在花鈴期至盛鈴期（90～105 d）；棉花MLA在MW主要呈現先增大后減小的變化趨勢、在MN和AP大多呈現先升高后降低再升高再降低的“M”形變化趨勢、在MC總體呈現出逐漸降低的變化趨勢；MW、MN和AP的棉花冠層GFTC總體上呈現先升高后降低的變化趨勢；MC的棉花GFTC的變化趨勢不一，最大值出現的生育時期也不一致。總體來看，MC的棉花MLA、GFTC的變化趨勢與其他3個測定位置差異較大，這可能是因為在MW、MN和AP獲取的冠層圖像有重合，并且MC處無覆膜，外行棉株的長勢與內行棉株存在差異，導致其棉花MLA、GFTC在生育期的變化趨勢與其他位置不一致。研究表明，行間距大有利于棉株生長，能夠減輕棉花群體葉片互嵌重疊程度，而行間距小會使棉株果枝夾角變小，加大群體葉片互嵌重疊程度，不利于棉花群體封行后的通風透光[25]。本研究中，在機采棉（66＋10）cm寬窄行種植模式下，棉花生長前期（出苗后60～75 d），MC的棉花LAI較低，2021年和2022年分別比其他測定位置降低了5.20%～19.95%和2.48%～38.10%；MLA較高，2021年和2022年分別比其他測定位置增大了1.33%～151.50%和19.00%～226.87%，群體漏光最多；PAR較高，2021年和2022年分別比其他測定位置提高了21.77%～195.91%和20.80%～297.67%；盛蕾期（出苗后60 d）MC的棉花GFTC普遍高于其他測定位置。花鈴期至吐絮期（出苗后90～130 d），4個測定位置的棉花LAI、PAR和GFTC差異逐漸減小，盛鈴期至吐絮期（出苗后105～130 d）MN和AP的MLA處于較高水平。這可能是因為MC無地膜覆蓋，土壤水分蒸發量大，土壤墑情也較地膜覆蓋處差，使外行棉花在生育前期生長較慢，棉株枝葉短小直立，互不遮蓋；隨著生育進程的推進，棉株枝葉互嵌覆蓋，群體逐漸封行，中下部透光性減弱，4個測定位置棉花冠層的LAI、PAR及GFTC差異逐漸減小；棉花群體封行后，窄行由于行間距較窄，棉花葉片互嵌重疊程度加大，棉株為了吸收更多光能，葉傾角增大，此時MN和AP的棉花MLA處于較高水平；進入棉花生育后期（出苗后105～130 d），群體下部葉片衰老脫落，透光環境改善，使得棉花PAR逐漸升高，由于MW和MC的行間距較寬，吐絮期MW和MC的棉花PAR處于較高水平。

盛鈴期是棉花產量形成的關鍵時期，此時棉花冠層結構指標對產量及其構成因素的影響最具有代表性[19]。本試驗條件下，盛鈴期（出苗后105 d），隨著施氮量的增大，棉花LAI呈現先增大后減小的變化趨勢；2021年MLA和PAR呈先降低后升高的變化趨勢，2022年二者呈逐漸降低的變化趨勢；2021年GFTC呈先升高后降低的變化趨勢，2022年呈先升高后降低再升高的變化趨勢。N2處理下（純N 225 kg·hm－2）獲得最大的LAI，但其MLA、PAR和GFTC均低于N1處理（純N 112.5 kg·hm－2），N2處理的葉片較N1處理大且平展，雖然群體中上部葉片獲得了較多光能，但同時也遮擋了光照向群體中下部透射，透光通風環境較N1處理更郁蔽，群體光合利用效率較低，影響中下部棉鈴生長發育，導致其單位面積結鈴數和2021年的鈴重降低，最終籽棉產量和皮棉產量均低于N1處理。同時N2處理的氮肥偏生產力和氮肥農學利用率也低于N1 處理。李志強等[3]和陳寶燕等[26]的研究也表明，盛鈴期隨著施肥量的增加，LAI呈先增加后減小的變化趨勢，MLA也隨之增大，過量施肥會導致棉花群體葉面積增大過快，散射輻射與直射輻射透過系數減小，導致冠層結構不合理，影響籽棉產量。本試驗條件下，花期至吐絮期（出苗后75～130 d），2021年棉花LAI比2022年高0.05%～23.54%，2021年籽棉產量比2022年高1.31%～21.09%，這可能是因為2022年4月28日大雨造成棉田土壤板結，影響了出苗率，并且低溫環境也影響了棉苗前期的生長，雖然后期進行了補種，保苗率與2021年基本一致，但棉株長勢整體不如2021年，最終籽棉產量也低于2021年。

根據本研究結果，2021年和2022年4個測定位置兩兩之間的棉花冠層LAI和PAR均呈極顯著正相關，MN與AP的MLA呈極顯著正相關，2021年AP與其他3個測定位置之間的GFTC均呈極顯著正相關，2022年MW與MN的GFTC呈顯著正相關。綜合來看，AP與MW、MN的棉花冠層結構指標之間的正相關性最強，可能是由于AP位于MW和MN之間，獲取的冠層圖像重合度較高。

本研究結果表明，在追施純氮112.5 kg·hm－2條件下，盛鈴期陸地棉巴43541的棉花群體冠層結構指標為：MW、MN、AP和MC的LAI分別為5.31～5.74、5.46～5.81、5.29～5.78和4.89～5.77，MLA分別為36.33～46.60°、38.74～44.58°、39.78～41.41°和31.73～32.13°，PAR分別為6.83～11.93 mol·m－2·s－1、6.33～10.64 mol·m－2·s－1、6.58～12.89 mol·m－2·s－1和6.83～17.39 mol·m－2·s－1，GFTC分別為0.30～0.30、0.28～0.30、0.28～0.32和0.28～0.28，這與已有的研究結果有較大差別[2-14]。張偉等[8]研究表明，花鈴期適宜的棉花群體冠層LAI為2.3～3.5，MLA為30～41°。筆者前期的研究也表明，盛花期至花鈴期適宜的棉花群體冠層LAI為2.39～2.90，MLA為18.41～39.68°[7]。這可能受棉花品種、行株距配置、栽培管理條件、采樣時的天氣情況以及采樣儀器不同等因素的影響。

4 結論

不同追施氮肥條件下，不同生育時期4個測定位置的棉花冠層葉面積指數和光合有效輻射的變化趨勢基本一致，但關于平均葉傾角和空隙透射系數，寬行中間、窄行中間和鄰近棉株位置的變化趨勢大致相同，而相鄰兩膜交接行中間位置的變化趨勢與其他測定位置不一致。整體來看，鄰近棉株位置與寬行中間和窄行中間位置測定的棉花冠層結構指標之間的正相關性最強。在新疆巴州地區機采棉（66＋10）cm寬窄行種植模式下，生育期追施純氮112.5 kg·hm－2，可在盛鈴期獲得較為適宜的葉面積指數、平均葉傾角、光合有效輻射及空隙透射系數，塑造高產的群體冠層結構，提高巴43541的單位面積結鈴數，最終獲得最高的籽棉產量和皮棉產量，并且能提高氮肥偏生產力和氮肥農學利用率。

參考文獻：

[1] 趙中華， 劉德章， 郭美麗. 棉花群體冠層結構與干物質生產及產量的關系[J]. 棉花學報， 1997， 9（2）： 90-94.

Zhao Zhonghua， Liu Dezhang， Guo Meili. The relationship of cotton canopy structure， photosynthetic characters， dry matter accumulation and distribution and yield[J]. Cotton Science， 1997， 9（2）： 90-94.

[2] 鄭重， 馬富裕， 白萍， 等. 膜下滴灌不同水肥條件下棉花群體冠層結構分析[J]. 西北農業學報， 2001， 10（1）： 84-87.

Zheng Zhong， Ma Fuyu， Bai Ping， et al. Analysis of cotton canopy structure with treatments of different water and fertilizers under mulch drip irrigation[J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica， 2001， 10（1）： 84-87.

[3] 李志強， 楊永林， 劉洪亮， 等. 不同施肥量對北疆高產棉花冠層結構、養分吸收和產量構成的影響[J]. 中國農學通報， 2014， 30（33）： 105-109.

Li Zhiqiang， Yang Yonglin， Liu Hongliang， et al. Effect of different fertilizer on canopy structure， nutrient absorption and yield formation of high-yield cotton in north Xinjiang， China[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2014， 30（33）： 105-109.

[4] 張旺鋒， 王振林， 余松烈， 等. 氮肥對新疆高產棉花群體光合性能和產量形成的影響[J]. 作物學報， 2002， 28（6）： 789-796．

Zhang Wangfeng， Wang Zhenlin， Yu Songlie， et al. Effect of nitrogen on canopy photosynthesis and yield formation in high-yielding cotton of Xinjiang[J]. Acta Agronomica Sinica， 2002， 28（6）： 789-796.

[5] 鄭曙峰， 徐道青， 陳敏， 等. 一次性減量施用控釋肥對棉花群體冠層結構及產量構成的影響[J/OL]. 新疆農業科學， 2020， 57（11）： 2012-2019[2023-12-09]. https：//doi.org/10.6048/j.issn.1001-

4330.2020.11.007.

Zheng Shufeng， Xu Daoqing， Chen Min， et al. Effects of one-off decreasing controlled-release fertilizer applicationon on cotton canopy structure and yield components[J/OL]. Xinjiang Agricultural Sciences， 2020， 57（11）： 2012-2019[2023-12-09]. https：//

doi.org/10.6048/j.issn.1001-4330.2020.11.007.

[6] 楊濤， 陳寶燕， 姚青青， 等. 精細化水氮調控對膜下滴灌棉花冠層特性動態變化影響[J]. 新疆農業科學， 2011， 48（5）： 909-917. Yang Tao， Chen Baoyan， Yao Qingqing， et al. Change of cotton canopy characteristics resulted from intensive water and nitrogen regulation under film drip irrigation[J]. Xinjiang Agricultural Sciences， 2011， 48（5）： 909-917.

[7] 姚青青， 楊濤， 馬興旺， 等. 水肥調控策略對膜下滴灌棉花冠層結構和產量的影響[J]. 棉花學報， 2013， 25（1）： 73-80.

Yao Qingqing， Yang Tao， Ma Xingwang， et al. Effects of water and fertilizer regulation strategies on cotton canopy structure and yield under mulch drip irrigation[J]. Cotton Science， 2013， 25（1）： 73-80.

[8] 張偉， 呂新. 機器識別對不同氮肥施用量條件下新疆高產棉花冠層結構的研究[J]. 新疆農業科學， 2010， 47（3）： 425-430.

Zhang Wei， Lü Xin. Study on machine identification of cotton canopy structure in high-yield cotton of Xinjiang at the condition of different nitrogen fertilizer application amount[J]. Xinjiang Agricultural Sciences， 2010， 47（3）： 425-430.

[9] 呂新， 張偉， 王登偉， 等. 棉花冠層對不同灌水量的反應[J]. 棉花學報， 2004， 16（1）： 21-25.

Lü Xin， Zhang Wei， Wang Dengwei， et al. The response of cotton canopy to different irrigation[J]. Cotton Science， 2004， 16（1）： 21-25.

[10] 張旺峰， 王振林， 余松烈， 等. 膜下滴灌對新疆高產棉花群體光合作用冠層結構和產量形成的影響[J]. 中國農業科學， 2002， 35（6）： 632-637.

Zhang Wangfeng， Wang Zhenlin， Yu Songlie， et al. Effect of under-mulch-drip irrigation on canopy apparent photosynthesis， canopy structure and yield formation in high-yield cotton of Xinjiang[J]. Scientia Agricultura Sinica， 2002， 35（6）： 632-637.

[11] 顏為， 李芳軍， 徐東永， 等. 行距與氮肥或甲哌化控對棉花冠層結構、溫度和相對濕度的影響[J/OL]. 作物學報， 2021， 47（9）： 1654-1665[2023-12-09]. https：//doi.org/10.3724/SP.J.1006.2021.04167.

Yan Wei， Li Fangjun， Xu Dongyong， et al. Effects of row spacings and nitrogen or mepiquat chloride application on canopy architecture， temperature and relative humity in cotton[J/OL]. Acta Agronomica Sinica， 2021， 47（9）： 1654-1665[2023-12-09]. https：//doi.org/10.3724/SP.J.1006.2021.04167.

[12] 張虎梅， 田雨， 石峰， 等. 機采模式下耐旱性不同棉花品種冠層特性對滴水量的響應[J/OL]. 新疆農業科學， 2022， 59（12）： 2888-2898[2023-12-09]. https：//doi.org/10.6048/j.issn.1001-

4330.2022.12.004.

Zhang Humei， Tian Yu， Shi Feng， et al. Response of canopy characteristics of different cotton varieties with drought tolerance to drip irrigation amount in machine-picked model[J/OL]. Xinjiang Agricultural Sciences， 2022， 59（12）： 2888-2898[2023-

12-09]. https：//doi.org/10.6048/j.issn.1001-4330.2022.12.004.

[13] 郝先哲， 馮楊， 夏軍， 等. 直播稀植高產雜交棉農藝及冠層結構特征研究[J/OL]. 西北農業學報， 2019， 28（11）： 1801-1811[2023-12-09]. https：//doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.2019.

11.008.

Hao Xianzhe， Feng Yang， Xia Jun， et al. Study on characteristics of agronomic and canopy structure of high yield hybrid cotton with direct sowing and sparse planting[J/OL]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica， 2019， 28（11）： 1801-1811[2023-12-09]. https：//doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.2019.11.

008.

[14] 呂新， 張偉， 曹連莆. 不同密度對新疆高產棉花冠層結構光合特性和產量形成的影響[J]. 西北農業學報， 2005， 14（1）： 142-

148.

Lü Xin， Zhang Wei， Cao Lianpu. Effect of different density on cotton canopy structure， photosynthesis and yield formation in high-yield cotton of Xinjiang[J]. Acta Agriculturae Boreali-

Occidentalis Sinica， 2005， 14（1）： 142-148.

[15] 李建峰， 王聰， 梁福斌， 等. 新疆機采模式下棉花株行距配置對冠層結構指標及產量的影響[J/OL]. 棉花學報， 2017， 29（2）： 157-165[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/issn.1002-7807.

201702005.

Li Jianfeng， Wang Cong， Liang Fubin， et al. Row spacing and planting density affect canopy structure and yield in machine-

picked cotton in Xinjiang[J/OL]. Cotton Science， 2017， 29（2）： 157-165[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/issn.1002-7807.

201702005.

[16] 李健偉， 吳鵬昊， 石洪亮， 等. 不同機采棉種植模式對棉花主要植株形態影響效應分析[J/OL]. 干旱地區農業研究， 2018， 36（5）： 82-87， 93[2023-12-09]. https：//doi.org/10.7606/j.issn.1000-7601.2018.05.13.

Li Jianwei， Wu Penghao， Shi Hongliang， et al. Characteristics of plant morphological parameters and correlation analysis for machine picking cotton in the different planting models[J/OL]. Agricultural Research in the Arid Areas， 2018， 36（5）： 82-87， 93[2023-12-09]. https：//doi.org/10.7606/j.issn.1000-7601.2018.

05.13.

[17] 牛玉萍， 陳宗奎， 陳厚川， 等. 不同滴灌模式下種植密度對棉花冠層結構特性的調節[J/OL]. 新疆農業科學， 2016， 53（10）： 1765-1777[2023-12-09]. https：//doi.org/10.6048/j.issn.1001-

4330.2016.10.001.

Niu Yuping， Chen Zongkui， Chen Houchuan， et al. Effect of planting density on canopy structure characteristics of cotton under different drip irrigation patterns[J/OL]. Xinjiang Agricultural Sciences， 2016， 53（10）： 1765-1777[2023-12-09]. https：//

doi.org/10.6048/j.issn.1001-4330.2016.10.001.

[18] 張瑋濤， 楊培， 段松江， 等. 不同毛管間距與株距配置對棉花冠層結構及產量的影響[J/OL]. 新疆農業科學， 2020， 57（8）： 1385-1392[2023-12-09]. https：//doi.org/10.6048/j.issn.1001-

4330.2020.08.002.

Zhang Weitao， Yang Pei， Duan Songjiang， et al. Effects of plant spacing on canopy structure and yield of cotton under different capillary spacing[J/OL]. Xinjiang Agricultural Sciences， 2020， 57（8）： 1385-1392[2023-12-09]. https：//doi.org/10.6048/j.issn.1001-4330.2020.08.002.

[19] 姚青青， 孫繪健， 羅靜， 等. 追施氮肥對陸地棉巴43541群體冠層結構特征的影響[J/OL]. 中國棉花， 2023， 50（5）： 12-16[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/cc20220159.

Yao Qingqing， Sun Huijian， Luo Jing， et al. Effects of nitrogen fertilizer on the canopy structure characteristics of upland cotton Ba 43541[J/OL]. China Cotton， 2023， 50（5）： 12-16[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/cc20220159.

[20] 平文超， 蔣建勛， 劉貞貞， 等. 旱堿地增施葉面肥對減氮棉田冠層光分布及產量的影響[J/OL]. 中國棉花， 2020， 47（8）： 20-24[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/1000-632X.pwczzb.

20200720.

Ping Wenchao， Jiang Jianxun， Liu Zhenzhen， et al. Effects of increasing foliar fertilizer on light distribution and yield of nitrogen-reduced cotton in dry-alkali land[J/OL]. China Co-

tton， 2020， 47（8）： 20-24[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/

1000-632X.pwczzb.20200720.

[21] 姚青青， 王斌， 楊濤， 等. 棉花冠層結構測定方法探討[J]. 中國棉花， 2011， 38（7）： 18-21.

Yao Qingqing， Wang Bin， Yang Tao， et al. Discussion of cotton canopy measurement methods[J]. China Cotton， 2011， 38（7）： 18-21.

[22] 張偉， 李魯華， 呂新， 等. 新疆棉花冠層圖像診斷專家系統研究[J]. 新疆農業科學， 2008， 45（3）： 375-380.

Zhang Wei， Li Luhua， Lü Xin， et al. A study on image of

Xinjiang cotton canopy diagnosed by expert system[J]. Xinjiang Agricultural Sciences， 2008， 45（3）： 375-380.

[23] 孫繪健， 李衛平， 羅靜， 等. 國審棉新品種巴43541的選育及其主要栽培技術[J/OL]. 中國棉花， 2021， 48（1）： 26-27[2023-

12-09]. https：//doi.org/10.11963/1000-632X.shjshj.20210107.

Sun Huijian， Li Weiping， Luo Jing， et al. Breeding and cultivation techniques of a new national registered cotton variety， Ba 43541[J/OL]. China Cotton， 2021， 48（1）： 26-27[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/1000-632X.shjshj.20210107.

[24] 李飛， 郭莉莉， 趙瑞元， 等. 氮肥減量深施對油后直播棉花干物質與氮素積累、分配及產量的影響[J/OL]. 棉花學報， 2022， 34（3）： 198-214[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/

cs20210072.

Li Fei， Guo Lili， Zhao Ruiyuan， et al. Effects of increasing application depth and decreasing nitrogen rate on dry matter， nitrogen accumulation and distribution， and yield of direct seeding cotton after rape harvest[J/OL]. Cotton Science， 2022， 34（3）： 198-214[2023-12-09]. https：//doi.org/10.11963/

cs20210072.

[25] 徐新霞， 雷建峰， 高麗麗， 等. 行距配置對機采棉花冠層結構及光合特性的影響[J/OL]. 西北農業學報， 2016， 25（10）： 1479-

1485[2023-12-09]. https：//doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.

2016.10.009.

Xu Xinxia， Lei Jianfeng， Gao Lili， et al. Effect of different row spacing patterns on machine-harvested cotton canopy structure and photosynthetic characteristics[J/OL]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica， 2016， 25（10）： 1479-1485[2023-

12-09]. https：//doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.2016.10.009.

[26] 陳寶燕， 馬紅紅， 牛新湘， 等. 不同生育時期施氮量調控對機采棉花冠層特性影響[J/OL]. 新疆農業科學， 2017， 54（11）： 1990-

1998[2023-12-09]. https：//doi.org/10.6048/j.issn.1001-4330.

2017.11.004.

Chen Baoyan， Ma Honghong， Niu Xinxiang， et al. Effects of nitrogen application rate on canopy characteristics of machine harvesting cotton under drip irrigation during different growth stages[J/OL]. Xinjiang Agricultural Sciences， 2017， 54（11）： 1990-

1998[2023-12-09]. https：//doi.org/10.6048/j.issn.1001-4330.

2017.11.004.

（責任編輯：王小璐" " 責任校對：王國鑫）

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