氮肥和縮節胺對棉花纖維產量及品質時間分布的影響

李志坤 賈文華 朱 偉 劉 偉,* 馬宗斌,*

1 河南農業大學農學院, 河南鄭州 450046; 2 浙江省農業技術推廣中心, 浙江杭州 310020; 3 河南省種業發展中心, 河南鄭州 450046

中國棉花產業在世界上具有明顯的優勢, 表現為棉花單產較高, 總產占比較大, 紡織品和服裝出口量多, 但棉花生產也面臨產量和品質的雙重制約。一方面原棉供不應求, 需大量進口[1]。另一方面, 高品質原棉需求上升,優質棉花嚴重短缺, 不能滿足需求[2]。然而, 近些年, 黃河流域棉區的纖維長度和比強度有所下降, 馬克隆值偏高, 預測在未來5至10年, 黃河流域纖維品質仍呈明顯下降趨勢[3]。因此, 提高棉花產量、改善纖維品質是提升我國棉花產業競爭力的緊迫任務。

前人研究表明, 棉花的產量和纖維品質主要受品種[4-5]、生態條件[6]和栽培技術[7]的影響。其中, N肥是決定棉花產量和質量的關鍵因素之一[8], 適量施N或合理的氮磷鉀運籌有利于棉花生長發育和產量的提升, 過量施N會造成減產[9-11]。適量施N還能改善棉花纖維部分品質指標, 過量施N反而降低品質[12]。此外, 縮節胺(DPC)化控是棉花生產中普遍采用的管理措施[13-14]。合理使用DPC有利增加產量[15-16]并改善纖維品質, 但過量使用DPC會導致纖維品質下降[17-18]。也有研究認為, 使用DPC對棉花纖維品質的主要指標無顯著影響[19]。

棉花生產上, N肥與DPC往往是配合施用, 且高產棉田普遍存在施用N肥過量, 由此降低肥料利用率, 增加生產成本并污染環境[20], 又不得不大量使用DPC化控, 形成過量施N和過量噴施DPC的累加效應。有研究表明, 在長江流域棉區, 春棉增施N肥同時適當化控有利于產量、品質和效益的提高[21], 而麥后直播棉, 合理施N配合DPC能提高根系活性、棉株碳氮代謝強度和光合效率, 有利于產量提高并能實現集中成鈴[22]; 在南疆棉區, 適宜的施N量和DPC配合, 棉花干物質積累量和籽棉產量達到最大值[23]。但N肥和DPC配施對棉花纖維品質的影響研究較少。僅有報道, 滴施高劑量DPC與低N處理下, 棉花纖維品質較好[24]。

棉花屬無限生長作物, 結鈴持續時間較長。由于其不同時期成鈴的時間和空間差異, 生產上一般按棉花成鈴的時間將其分為伏前桃、伏桃和秋桃(簡稱“三桃”)或伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃(簡稱“四桃”)。研究發現, 各品種不同果枝部位及“四桃”間纖維比強度均存在差異[24],伏桃和早秋桃為優質鈴[25], 其纖維品質可能較優。但棉花“四桃”的產量及纖維品質的時間分布及其對施N量和DPC用量的響應鮮有報道。為此, 開展了N肥和DPC配施對棉花“四桃”纖維產量和品質影響的研究, 以期完善棉花“四桃”的產量和品質差異等相關理論, 并為棉花合理使用N肥和DPC以及“四桃”纖維的合理利用提供科學依據。

1 材料與方法

試驗于2015—2017 年在鄭州市惠濟區黃河灘區進行。試驗地前茬為棉花, 一年一熟, 肥力中等偏低(表1),沙壤土。3 年棉花生長期(4 月至10 月)基本氣象數據見表2。總體表現為3 年的日均氣溫相近, 但2015 年月均降水較少, 2015 年和2016 年月均日照時數較短。供試品種為百棉5 號, 由河南科技學院提供。試驗藥劑為98%的DPC 粉劑, 氮肥為尿素(N 46%), 當地市場購買。

表1 供試土壤養分狀況Table 1 Fertility status of test soil

表2 2015-2017 年河南省棉花生長期月均基本氣象數據Table 2 Monthly basic meteorological data of cotton growing stage in Henan Province from 2015 to 2017

1.1 試驗設計

采用裂區設計, 以N 肥用量為主區, DPC 用量為副區,3 次重復。N 肥用量設不施N 肥(N0)、常量N 肥(N1)和過量N 肥(N2) 3 個水平, 對應純N 量分別為0、225 和450 kg hm–2。全生育期施3 次, 基肥和蕾肥各占1/4, 花鈴肥占1/2。DPC 用量設3 個水平, 分別為不噴DPC (D0)、常量DPC (D1)和過量 DPC (D2), 其用量分別為 0、75 和150 g hm-2。全生育期葉面噴施2 次, 即初花期占2/5, 花鈴期占3/5。

3 年棉花均在4 月22 日采用機播, 地膜覆蓋栽培。行距110 cm, 株距20 cm, 定苗密度為45,450 株hm–2。除N肥外, 播前耙地時施入過磷酸鈣600 kg hm–2和硫酸鉀180 kg hm–2作基肥。其他管理同一般大田。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 “四桃”纖維產量 分別在7 月15 日、8 月15 日、8 月25 日和9 月15 日調查每個小區的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃數量。在7 月2 日、7 月20 日、8 月10 日和8 月20 日選擇當天開放的花, 每個小區各100 朵, 用不同顏色的吊牌標記, 成鈴后分別代表伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃; 棉鈴吐絮后將每個小區不同顏色吊牌標記的棉鈴單收并記錄鈴數, 單獨曬干、稱重并軋花, 計算鈴重和衣分, 折算出“四桃”的纖維產量。

1.2.2 “四桃”纖維品質 將各小區采收的“四桃”分別軋花并進行皮棉取樣, 由農業農村部棉花品質檢驗測試中心測定其纖維品質。測定指標為上半部平均長度、長度整齊度、斷裂比強度、馬克隆值及伸長率。

1.3 數據統計和分析

用SPSS 19.0 (SPSS Institute, Inc., 美國)進行數據統計分析, Duncan’s 法比較各處理間差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 N 肥與DPC 配施對棉花“四桃”纖維產量的影響

由表3 可知, N 肥和DPC 用量對“四桃”纖維產量有一定影響。年份對伏前桃、伏桃和早秋桃的纖維產量有極顯著的影響; N 肥用量對“四桃”纖維產量和總產有極顯著的影響, 但與年份無顯著的互作。其中, N1 和N2 處理的“四桃”纖維產量及總產均顯著高于N0 處理, N1 處理的伏桃纖維產量顯著高于N2 處理, N2 處理的早秋桃和晚秋桃纖維產量顯著高于N1 處理。N2 處理明顯增加中后期棉鈴的纖維產量, 但N1 和N2 處理的總產差異不顯著。3 年平均, 與N1 相比, N0 處理的總產減少36.79%, 而N2 減產幅度較小, 僅為3.27%; DPC 用量對“四桃”纖維產量及總產的影響均達到極顯著水平, 但與年份互作不顯著。其中,D1 和D2 處理比D0 處理的早秋桃、伏桃和早秋桃的纖維產量和總產顯著增加。與D1 相比, D0 和D2 處理的“四桃”纖維總產分別減少17.53%和8.50%。由此看出, N 肥對“四桃”纖維總產量的效應大于DPC, 常量N 肥或常量DPC 有利于提高纖維產量, 不施N 肥比不噴施DPC 減產幅度更大, 但過量施N 比過量噴施DPC 減產幅度更小; N 肥與DPC 用量組合對早秋桃和晚秋桃的纖維產量有極顯著的影響, 對總產的效應也達到顯著水平, 但N 肥與DPC 用量組合與年份間無顯著互作。N1D1 組合的“四桃”的纖維總產最高, N0D0、N0D1、N0D2、N1D0、N1D2、N2D0、N2D1、N2D2 組合分別比N1D1 減產51.63%、37.82%、37.37%、18.15%、7.88%、15.85%、1.36%和16.91%。其中, 2015 年、2016 年和2017 年, 伏前桃的纖維產量分別以N1D2、N1D1 和N1D2 最高, 伏桃的產量分別以N1D1、N1D1 和N1D2 最高, 早秋桃的產量分別以N1D1、N1D1和N2D0 最高, 晚秋桃的產量均是N2D0 最高。說明常量N 肥配合常量DPC 或過量DPC 有利前中期棉鈴的產量形成, 而過量N 肥在不施DPC 的條件下, 后期棉鈴的產量較高。

表3 N 肥與DPC 配施對棉花“四桃”纖維產量的影響Table 3 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber yield of cotton “four peaches” (kg hm–2)

由表3 可知, 棉花“四桃”對纖維產量的貢獻率有較大差異。3 年平均, 在N0 處理下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產量占比分別為12.65%、47.83%、28.92%和10.60%, 在N1 處理下分別為9.19%、47.70%、31.00%和12.10%, 在N2 處理下分別為9.88%、38.91%、35.24%和15.96%。即隨著施N 量的增加, 早秋桃和晚秋桃的纖維產量占比增加; 而在D0 處理下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產量占比分別為 9.13%、43.72%、31.54%和15.62%, 在D1 處理下分別為9.96%、44.10%、32.76%和13.18%, D2 處理下分別為11.70%、45.53%、31.79%和10.98%。表現出隨著DPC 用量增加, 棉花早秋桃和晚秋桃的纖維產量占比下降; 至于N 肥和DPC 用量組合, N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纖維產量占比分別為11.11%、52.05%、23.43%和13.41%, N1D1的“四桃”纖維產量占比分別為8.85%、45.40%、33.34%和12.41%, N2D2“四桃”纖維產量占比分別為 11.45%、42.02%、34.97%和11.56%。由此看出, 伏桃和早秋桃是纖維產量的主體, 且早秋桃形成產量的強度明顯大于其他棉鈴。N1D1 組合比其他組合的伏前桃占比少, 但伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產量占比大, 達到91.15%。

2.2 N 肥與DPC 配施對棉花“四桃”纖維品質的影響

2.2.1 纖維上半部平均長度 由表4 可知, “四桃”的纖維上半部平均長度(簡稱纖維長度, 下同)對N 肥和DPC用量響應不同。試驗年份對“四桃”的纖維長度有極顯著的影響; N 肥用量對伏前桃的纖維長度影響顯著, N 肥用量與年份對早秋桃有顯著互作效應。其中, N0 處理比N1 和N2 處理的伏前桃纖維長度顯著增加, N1 處理比N2 處理的早秋桃纖維長度顯著增加; DPC 用量對伏桃的纖維長度有極顯著影響, 對晚秋桃纖維長度有顯著影響, 且DPC用量與年份對伏桃和晚秋桃的纖維長度有顯著的互作。其中, 伏桃的纖維長度表現為D0 顯著長于D1 和D2, D1 處理伏桃的纖維長度顯著長于D2, D0 的晚秋桃纖維長度顯著長于D2?？傮w表現出隨著施N 量或DPC 用量的增加,纖維長度呈縮短的趨勢, 尤其是過量使用DPC 對纖維長度影響較大; N 肥與DPC 用量組合對“四桃”纖維長度的影響不顯著, 與年份的互作也不顯著。

表4 N 肥與DPC 配施對棉花“四桃”纖維長度的影響Table 4 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber length of cotton “four peaches” (mm)

棉花“四桃”之間的纖維長度也存在差異, 且受到 N肥與DPC 用量處理的影響。3 年平均, 在N0 處理下的晚秋桃的纖維長度(28.94 mm)和N2 處理下伏前桃的纖維長度(28.93 mm)較短, 為國標28 mm 級; 在D2 處理下,伏前桃、伏桃和晚秋桃的纖維長度較短, 均為國標28 mm 級。N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纖維長度分別為29.38、30.10、29.53 和29.39 mm, 伏桃的纖維長度較長。生產上常規使用N1D1 組合的“四桃”纖維長度分別為29.21、29.66、29.55 和29.37 mm。N2D2組合的“四桃”纖維長度分別為 28.73、28.72、29.14 和28.78 mm。由此看出, 過量施氮配合過量噴施DPC 不利棉花“四桃”的纖維伸長。方差分析表明, 2015 年, N0D0組合的伏桃纖維長度比伏前桃和早秋桃顯著增加; 2016年, N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃的纖維長度較晚秋桃顯著增加, N0D1 組合的伏前桃和早秋桃纖維長度較晚秋桃顯著增加, N1D2 組合的早秋桃纖維長度較伏前桃、伏桃和晚秋桃顯著增加, N2D0 組合的伏桃纖維長度較晚秋桃顯著增加, N2D2 組合的早秋桃纖維長度較晚秋桃顯著增加; 2017 年, N1D0 和N1D1 組合的伏桃纖維長度較早秋桃顯著增加(表4)。

2.2.2 纖維長度整齊度 由表5 可知, N 肥和DPC 用量影響纖維長度整齊度(簡稱整齊度, 下同)。試驗年份對“四桃”的整齊度有極顯著的影響; N 肥用量對早秋桃和晚秋桃的整齊度影響顯著, 但N 肥用量對“四桃”整齊度影響與試驗年份互作不顯著。其中, N1 處理伏桃的整齊度顯著高于N2 處理, N1 處理比N0 處理的早秋桃和晚秋桃整齊度顯著提高; DPC 用量對伏桃的整齊度影響達到極顯著水平, 但DPC 用量與試驗年份對“四桃”整齊度無顯著互作。其中, D2 處理伏桃的整齊度顯著低于D0 和D1 處理; 不同N 肥與DPC 用量組合對“四桃”的整齊度影響均不顯著。

表5 N 肥與DPC 配施對棉花“四桃”纖維長度整齊度的影響Table 5 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber length uniformity of cotton “four peaches” (%)

此外, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維長度整齊度也有一定差異且受到N 肥和DPC 用量的影響。3 年平均, 不同N 肥或DPC 用量下, 整齊度均表現為伏桃和早秋桃較高, 晚秋桃居中, 伏前桃較低; 不同N 肥和DPC用量組合也表現出相同趨勢。其中, N0D0 組合伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的整齊度分別為81.08%、83.28%、82.48%和 82.12%, N1D1 組合 “四桃”的整齊度分別為81.43%、83.30%、83.18%和82.78%, N2D2 組合 “四桃”的整齊度分別為79.72%、82.06%、83.00%和81.72%。經方差分析, 2015 年, N 肥用量對伏桃和晚秋桃的整齊度影響分別達到顯著和極顯著水平; DPC 用量對伏桃的整齊度影響達到極顯著水平, 對早秋桃和晚秋桃整齊度的影響達到顯著水平; N 肥與DPC 用量對伏桃和晚秋桃整齊度的互作效應顯著。2016 年, N 肥用量、DPC 用量以及兩者的互作對“四桃“的整齊度影響均不顯著。2017 年, 僅DPC用量對伏桃、早秋桃和晚秋桃的整齊度影響達到顯著水平(表5)。

2.2.3 纖維斷裂比強度 由表6 可知, “四桃”的纖維斷裂比強度(簡稱比強度, 下同)不受年份的影響, 但N 肥與DPC 用量的對其有顯著的調控效應; N 肥用量對伏前桃、伏桃和晚秋桃的比強度影響達到極顯著水平, 對早秋桃的比強度影響達到顯著水平, 且對伏桃和早秋桃比強度的影響與年份有顯著互作。除N2 處理的早秋桃外, N1 的“四桃”比強度均顯著大于N0 和N2 處理; DPC 用量對“四桃”的比強度影響均達到極顯著水平, 且與年份的互作對伏桃和晚秋桃的比強度的效應達到極顯著。其中, D1 和D0 處理的“四桃”比強度均顯著高于D2 處理, D1 處理比D0 處理伏桃和早秋桃的比強度也顯著增加; N 肥與DPC用量的互作對伏桃比強度的影響顯著, 對晚秋桃的比強度影響達到極顯著水平, 且N 肥與DPC 用量與年份的互作對晚秋桃的比強度影響達到顯著水平。3 年平均, N1D1 處理的“四桃”比強度均為最高, 而N2D2 處理的“四桃”比強度均為最低。說明常量N 肥與常量DPC 噴施有利于形成高強度的纖維, 而過量N 肥與過量的DPC 噴施較為不利。

表6 N 肥與DPC 配施對棉花“四桃”纖維比強度的影響Table 6 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber strength of cotton “four peaches” (cN tex-1)

由表6 還可以看出, 棉花“四桃”的纖維比強度有明顯差異。3 年平均, 在不同N 肥用量或不同DPC 處理下, 均以早秋桃和晚秋桃的比強度最高, 伏桃居中, 伏前桃最低。不同N 肥與DPC 用量組合均表現出伏前桃的比強度較低, 而伏桃、早秋桃和晚秋桃的比強度較高。其中,N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃比強度分別為26.38、28.15、28.59 和28.70 cN tex-1, N1D1 組合的“四桃”比強度分別為29.41、30.57、29.30 和30.78 cN tex-1,N2D2 組合的“四桃”比強度分別為25.98、26.65、27.42 和26.68 cN tex-1。經方差分析, 2015 年, 晚秋桃的比強度總體表現最優, 其次是伏桃和早秋桃, 伏前桃最差。其中,N1D1 組合的晚秋桃和伏桃比強度顯著高于伏前桃和早秋桃; 2016 年, 早秋桃的比強度總體表現最優, 伏桃和晚秋桃居中, 伏前桃較差。其中, N1D1 組合的晚秋桃和伏桃比強度顯著高于伏前桃和早秋桃; 2017 年, 晚秋桃的比強度總體表現優于伏前桃、伏桃和早秋桃。其中, N1D1 組合的“四桃”比強度差異均不顯著。

2.2.4 纖維馬克隆值 由表7 可知, N 肥與DPC 用量對纖維馬克隆值(簡稱馬克隆值, 下同)有明顯影響。伏前桃的馬克隆值受年份顯著影響, 年份對伏桃和晚秋桃的馬克隆值也有極顯著的影響; N 肥用量對“四桃”的馬克隆值均有極顯著影響, 且與年份互作對伏前桃和伏桃的馬克隆值有極顯著效應?？傮w來看, N1 處理的“四桃”馬克隆值優于N0 和N2 處理, 表現為N1 處理比N0 處理的伏前桃馬克隆值顯著降低, 其伏桃和早秋桃的馬克隆值顯著低于N0 和N2 處理, 其晚秋桃的馬克隆值也顯著低于N2 處理; DPC 用量對“四桃”的馬克隆值均有極顯著影響, 其與年份互作對伏前桃的馬克隆值有顯著影響。不同DPC 用量下馬克隆值從優到劣的順序為D0、D1 和D2, 其中, D0和D1 處理的“四桃”馬克隆值均顯著低于D2 處理, D0 的伏前桃、早秋桃和晚秋桃的馬克隆值顯著低于D1 處理; N肥與DPC 用量互作對伏前桃和早秋桃的馬克隆值有極顯著影響, 并與年份互作對伏前桃和晚秋桃的馬克隆值有極顯著影響。

表7 N 肥與DPC 配施對棉花“四桃”纖維馬克隆值的影響Table 7 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber micronaire value of cotton “four peaches”

由表7 還可看出, 棉花“四桃”的馬克隆值也有差異。在不同N 肥或 DPC 用量下, 3 年平均, “四桃”的馬克隆值從優到劣的順序總體表現為伏前桃、晚秋桃、伏桃和早秋桃。從DPC 處理來看, D0 處理下伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的馬克隆值分別為4.40、4.73、4.65 和4.51, D1處理下分別為4.57、4.70、4.83 和4.63, D2 處理下分別為4.93、4.99、5.17 和4.87?？傮w來看, 不使用DPC 的處理,其“四桃”馬克隆值較優, 而過量使用DPC 導致馬克隆值明顯變差, 常量DPC 處理的馬克隆值居中; 不同N 肥與DPC 用量組合的馬克隆值表現與N 肥或 DPC 用量一致。其中, N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的馬克隆值分別為4.56、4.86、4.69 和4.40, N1D1 組合的“四桃”的馬克隆值分別為4.32、4.50、4.58 和4.46, N2D2 組合的“四桃”馬克隆值分別為4.95、5.03、5.22 和5.06。方差分析表明, 2015 年, N0D0 組合的伏前桃、早秋桃和晚秋桃的馬克隆值顯著低于伏桃; N0D1 組合的晚秋桃馬克隆值顯著低于伏前桃; N2D0 組合的伏前桃和伏桃的馬克隆值顯著低于晚秋桃; N2D1 組合伏前桃的馬克隆值顯著低于伏桃、早秋桃和晚秋桃; N2D2 組合伏前桃和伏桃的馬克隆值顯著低于早秋桃和晚秋桃; 而N1D1 組合“四桃”的馬克隆值差異不顯著。2016 年, 晚秋桃的馬克隆值總體較伏前桃、伏桃和早秋桃低。其中, N1D1 組合晚秋桃的馬克隆值顯著低于伏桃和早秋桃。2017 年, 伏前桃的馬克隆值總體表現較低。其中, N1D1 組合伏前桃的馬克隆值顯著低于伏桃、早秋桃和晚秋桃。

2.2.5 纖維伸長率 由表8 可知, N 肥和DPC 用量對纖維伸長率(簡稱伸長率, 下同)影響較小, 但年份對“四桃”伸長率的影響達到極顯著水平。N 肥用量、DPC 用量、N肥與DPC 用量組合以及它們與年份的互作對“四桃”的伸長率影響均達不到顯著水平。不同N 肥用量或DPC 用量下, “四桃”的伸長率差異均不顯著。3 年平均, N0、N1 和N2 處理的平均伸長率(按產量加權, 下同)分別為5.44%、5.42%和5.43%, D0、D1 和D2 處理的伸長率均為5.43%,伸長率基本保持穩定。N 肥與DPC 組合N0D0、N0D1、N0D2、N1D0、N1D1、N1D2、N2D0、N2D1 和N2D2 的平均伸長率分別為5.44%、5.42%、5.46%、5.42%、5.43%、5.41%、5.42%、5.43%和5.43%, 組合間差異也較小。說明伸長率易受氣候等因素的影響, 但不易受到 N 肥與DPC 用量的影響。

表8 N 肥與DPC 配施對棉花“四桃”纖維伸長率的影響Table 8 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber elongation of cotton “four peaches” (%)

從表8 可以看出, “四桃”的伸長率仍有一定差異。不同N 肥用量或不同DPC 用量下, 伏前桃的伸長率明顯低于伏桃、早秋桃和晚秋桃。不同N 肥與DPC 用量組合對“四桃”伸長率的影響與不同N 肥用量表現一致。不同N肥與DPC 用量組合的伸長率表現與N 肥或 DPC 用量一致。其中, N0D0 組合伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的伸長率分別為5.17%、5.50%、5.43%和5.46%, N1D1 組合“四桃”的伸長率分別為5.31%、5.36%、5.49%和5.60%, N2D2組合“四桃”的伸長率分別為5.14%、5.36%、5.55%和5.61%。經方差分析, 2015 年, 同一N 與DPC 處理組合下, 伏桃、早秋桃和晚秋桃的伸長率均顯著優于伏前桃。2016 年“四桃”的伸長率與2015 年趨勢基本一致, 但2017 年, 全部N肥與DPC 用量組合“四桃”的伸長率均無顯著差異。

3 討論

3.1 N 肥及DPC 配施對棉花纖維產量時間分布的影響

施用N 肥和噴施DPC 是棉花生產上重要的管理措施。眾多研究表明, 適量施用 N 肥[9-10]或適量噴施DPC[15-16]有利于提高棉花產量, 過量使用N 肥或DPC 則起到相反的效果。本研究也表明, N 肥用量或DPC 用量對纖維總產有極顯著的影響。與常量施N 相比, 不施N 肥和過量施N 分別減產36.79%和3.27%; 與常量DPC 相比,不噴DPC 和過量噴施DPC 分別減產17.53%和8.50%。本研究還顯示, N 肥用量與DPC 用量對纖維總產量的效應不同, 表現為不施N 肥比不噴施DPC 減產幅度更大, 但過量施N 比過量噴施DPC 減產幅度更小。因此, 在生產上,應更加注重低肥力地塊的補施N 肥, 同時, 也要防止棉田過量噴施DPC 造成減產。不同N 肥與DPC 用量組合對纖維總產的影響也達到顯著水平, 其中, N1D1 組合纖維總產最高, 其余組合減產幅度為1.15%～51.53% (表3), 這與前人關于N 肥與DPC 配施對棉花產量影響[21-23]的研究結果基本一致。

棉鈴是重要的產量器官, 根據成鈴的時間可將其分為“四桃”。目前關于棉花“四桃”產量的占比及其對N 肥及DPC 用量的響應鮮見報道。本研究表明, N 肥用量對“四桃”的纖維產量均有極顯著的影響(表3)。3 年平均, N0 條件下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產量占比分別為12.49%、48.30%、28.42%和10.79%; 常量施N 時, “四桃”的纖維產量分別為12.49%、48.30%、28.42%和10.79%;N2 處理時, “四桃”的纖維產量分別為9.87%、39.18%、35.11%和15.84%。表現出隨著施N 量的增加, 中后期成鈴的纖維產量占比增加。主要是因為隨著施N 量增加, 中后期葉片生理活性較高[9]以及更多的N 素向葉片分配積累[26], 棉花衰老較晚, 中后期成鈴量大。經方差分析, N1處理伏桃的纖維產量顯著高于N2 處理, N2 處理早秋桃和晚秋桃的纖維產量顯著高于N1 處理。此外, DPC 用量對“四桃”的纖維產量也有極顯著的影響(表3)。D0 條件下,伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產量占比分別為9.34%、45.33%、30.17%和15.15%; 噴施常量DPC 時, “四桃”的纖維產量分別為10.29%、44.54%、32.38%和12.79%;D2 處理時, “四桃”的纖維產量占比分別為 11.89%、45.45%、31.89 和10.77%。即隨著DPC 用量增加, 棉花中后期成鈴的纖維產量占比下降, 這說明噴施DPC 能促進棉花集中成鈴并實現早熟[26]。經方差分析, D1 和D2 處理比D0 處理的早秋桃、伏桃和早秋桃纖維產量顯著增加。本研究還表明, N 肥與DPC 用量組合對早秋桃和晚秋桃的纖維產量有極顯著的影響(表3)。全部N 肥與DPC 用量組合3 年平均, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產量占比分別為10.51%、45.11%、31.48%和12.90%。其中,N1D1 組合的“四桃”纖維產量占比分別為8.89%、45.35%、33.41%和12.36% (表3)?？傮w表現為常量N 肥配合常量DPC 或過量DPC 時, 伏前桃和伏桃的產量較高, 而過量N 肥在不施DPC 的條件下, 早秋桃和晚秋桃的纖維產量較高。此外, 伏桃和早秋桃是形成產量的主體[25,27], 但早秋桃的產量形成強度最大。這可能是隨著氣候的變化, 伏天的高溫、多雨和病蟲害等災害較多, 導致伏桃比例下降。而早秋時節, 早秋桃成產的光溫條件有所改善。

3.2 N 肥及DPC 配施對棉花“四桃”纖維品質的影響

前人研究表明, 施N 量或DPC 用量對棉花纖維品質有顯著影響, 總體表現為適量施N 時, 棉花主要纖維品質指標表現較佳, 過量施N 時纖維品質呈下降趨勢[12]。適量噴施DPC 能提高棉花纖維品質, 高劑量噴施則降低纖維品質[17,18,28]。但也有報道, 施用DPC 對棉花纖維品質的主要指標無顯著影響[19,24]。前人研究棉花纖維品質基本上均是棉株混合采樣, 本研究則是將“四桃”分別采樣。不同N 肥用量的研究結果表明, N1 處理的纖維長度、整齊度、比強度和馬克隆值表現最優, 這與前人的研究結果基本一致。但N 肥用量對“四桃”不同纖維品質指標的影響有較大差異。其中, N0 處理比N1 和N2 處理伏前桃的纖維長度顯著增加, N1 處理比N2 處理早秋桃的纖維長度顯著增加(表4); N1 處理的伏桃整齊度顯著高于N2 處理, N1 處理比N0 處理早秋桃和晚秋桃的整齊度顯著提高(表5); 除N2 處理的早秋桃外, N1 處理“四桃”的比強度均顯著大于N0 和N2 處理(表6); N1 處理比N0 處理伏前桃的馬克隆值顯著降低, 其伏桃和早秋桃的馬克隆值顯著低于N0 和N2 處理, 其晚秋桃的馬克隆值也顯著低于N2 處理(表7);N 肥用量對“四桃”的伸長率影響均達不到顯著水平(表8)。不同DPC 用量的研究顯示, 總體表現為常量噴施DPC 處理“四桃”的綜合品質表現最優(除馬克隆值外), 過量使用DPC 下, 纖維長度、整齊度、比強度和馬克隆值表現較差,這與前人的研究結果基本一致。但DPC 用量對“四桃”不同纖維品質指標的影響有較大差異。其中, D0 處理伏桃的纖維長度顯著長于D1 和D2 處理, D1 伏桃的纖維長度顯著長于D2, D0 晚秋桃的纖維長度顯著長于D2 (表4); D2處理伏桃的整齊度顯著低于D0 和D1 處理(表5); D1 和D0 處理“四桃”的比強度均顯著高于D2 處理, D1 處理比D0 處理伏桃和早秋桃的比強度也顯著增加(表6); 不同DPC 用量下馬克隆值從優到劣的順序為D0、D1 和D2(表7); DPC 用量對“四桃”的伸長率影響均達不到顯著水平(表8)。

棉花生產上, N 肥與DPC 配施對纖維品質有互作效應。但目前N 肥和DPC 配施對棉花“四桃”纖維品質的影響鮮見報道。本研究表明, N 肥與DPC 用量互作對“四桃”的纖維長度、整齊度和伸長率的影響均不顯著, 但對伏桃比強度的影響達到顯著水平, 對晚秋桃的比強度以及伏前桃和早秋桃的馬克隆值有極顯著影響, 對“四桃”伸長率的影響均達不到顯著水平(表4～表8)。但不同年份間“四桃”伸長率差異極顯著, 說明伸長率易受氣候等因素的影響, 但不易受到N 肥與DPC 用量的影響, 同一年份相對穩定。3 年平均, N1D1 處理“四桃”的比強度最高, 且馬克隆值最優, 而N2D2 處理“四桃”的比強度均為最低, 馬克隆值表現最差。

目前, 我國廣大棉區均存在纖維馬克隆值升高的趨勢[3,29]。一般認為, 氣候變暖和品種差異是主要原因[29]。本研究還表明, N 肥用量或DPC 用量對“四桃”的馬克隆值均有極顯著影響, N 肥用量與年份互作對伏前桃和伏桃的馬克隆值有極顯著影響, DPC 用量與年份互作對伏前桃的馬克隆值有顯著影響。表現為常量施N 或不噴DPC 處理“四桃”的馬克隆值最優, 過量施N 或過量噴施DPC 的馬克隆值最差。N 肥與DPC 用量互作對伏前桃和早秋桃的馬克隆值也有極顯著效應, 且其與年份互作對伏前桃和晚秋桃馬克隆值的影響也達到極顯著水平。常量施N 配合常量噴施DPC 的馬克隆值最優, 過量施N 配合過量使用DPC 的處理馬克隆值最差(表7)。由此看出, 近些年來,由于棉花增加密度、簡化栽培以及提高產量等需要, 棉田管理時過量施N 和過量噴施DPC[26], 也是造成纖維馬克隆值升高的原因之一。

3.3 棉花“四桃”纖維品質的差異

前人研究棉花纖維品質時, 通常是“四桃”混合采收。棉花“四桃”由于時空分布的差異, 纖維發育過程中的生態條件不同[6], 進而可能導致纖維品質差異, 但尚無相關研究報道。本研究表明, 棉花“四桃”的纖維長度、整齊度、比強度、馬克隆值和伸長率均存在差異, 且受到N 肥與DPC 用量的影響。全部N 肥與DPC 用量組合3 年平均, 總體表現為伏桃和早秋桃的纖維長度較長、整齊度較優、比強度較大, 但其馬克隆值比晚秋桃和伏前桃較差; “四桃”的伸長率數值差異較小, 表現為早秋桃和晚秋桃略高于伏前桃和伏桃。其中, 生產上常量施N 配合常量噴施DPC處理(N1D1)的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維長度分別為29.21、29.66、29.55 和29.37 mm (表4), 整齊度分別為81.43%、83.30%、83.18%和82.78% (表5), 比強度分別為29.41、30.57、29.30 和30.78 cN tex-1(表6), 馬克隆值分別為4.32、4.50、4.58 和4.46 (表7), 伸長率分別為5.31%、5.36%、5.49%和5.60% (表8)。綜合評價, 伏前桃的纖維品質除馬克隆值表現最優外, 其余品質指標最差; 伏桃和早秋桃的纖維長度、整齊度和比強度最優,但馬克隆值表現較差, 伸長率居中; 晚秋桃則是伸長率最優, 其余品質指標均居中。一般認為, 晚秋桃由于成熟時間晚, 并非優質鈴[25], 纖維品質較差。但本研究表明, 晚秋桃的綜合品質與伏前桃和早秋桃較為接近。原因是晚秋桃在成鈴的空間上有優勢, 通風透光好。雖然在成鈴時間上處于劣勢, 但近幾十年來, 全球氣候變暖趨勢明顯, 加速了棉花生育進程, 緩解了晚秋桃成熟時間較晚、成熟時溫度較低這一劣勢[27,30]。因此, 在棉花產品的采摘和收購環節, 應根據“四桃”纖維品質的特色, 堅持“分收分曬,優質優價, 優棉優用”。

附表1 123份玉米自交系和8份測驗種的基因型Table S1 The genotype of 123 maize inbred lines and eight testers

附圖1 26 個候選基因在不同組織的表達量Fig.S1 Relative expression level of 26 candidate genes in different tissues