不同施氮量对棉花产量和氮肥利用率的影响

2014-12-14张允昔崔爱花夏绍南鲁速明董合林

江西农业大学学报 2014年6期

张允昔，陈宜，崔爱花，夏绍南*，杨磊，鲁速明，董合林

(1.江西省棉花研究所，江西九江 332105;2.中国农业科学院棉花研究所，河南安阳 455000)

棉花是江西省的三大农作物(水稻、油菜和棉花)之一，是江西农业的经济支柱。据江西农业统计报告，江西省常年植棉面积在8×104hm2左右，且70%集中在赣北地区，主要以棉花营养钵育苗移栽和杂交棉稀植种植形式为主。徐兆金等［1］和王志勇等［2］曾指出，我国棉花施肥存在有机肥投入不足，化肥用量不断增加，养分施用不平衡，且单一施用化学肥料和氮肥不合理施用现象突出，造成氮肥利用率、棉花产量和品质下降、生产成本增加和污染环境(氮肥已成为土壤乃至地下水潜在的硝酸盐或亚硝酸盐的污染源［3］)等一系列的问题。王平等［4］调查表明，南疆棉区农户对棉花实际施氮量在426～430 kg/hm2，显著高出试验研究经济最佳施用量数据许多;而据作者对赣北棉区的调查，棉农习惯氮肥施用量高的将近600 kg/hm2。因此，氮肥施用如何降本增效，成为当前棉花生产的重要问题。近年来国内许多研究者曾探讨过不同条件下氮肥不同施用量对棉花产量和氮肥利用率的影响关系，如闵伟等［5］研究表明，施氮可显著促进棉花生长，增加干物质质量及氮素吸收量和产量，合理配施氮肥有助于促进棉花生长，提高产量和水分利用率;王肖娟等［6］研究表明，随着施氮量的增加，氮肥利用率、农学利用率和偏生产力均显著降低，施氮量为360 kg/hm2时棉花产量最高;段云佳等［7］研究表明，过多过少施氮会推迟棉株干物质积累起始时间和最大积累速率出现时间，均不利于棉花光合产物特征参数的协调;董合林等［8］研究表明，棉田氮肥利用率会随施氮量的增加而减少，黄河流域麦棉两熟棉花氮肥经济最佳施用量为263.1 kg/hm2;候秀玲等［9］研究表明，随氮肥投入的增加氮肥利用率降低，土壤供氮能力变化不大，氮肥对棉花产量的贡献率在施氮量达到300 kg/hm2后随施氮量的增加而降低;田绍仁［10］研究表明，长江流域一熟高产棉田适宜施氮量为300 kg/hm2左右;但赣北棉区棉花高产及经济施氮量缺乏确切的依据。为了江西棉花生产的可持续发展和赣北棉区杂交棉高产栽培其氮肥的经济、高效、合理施用，作者根据国家棉花产业技术体系行业计划部署，在赣北棉区开展了棉田氮肥不同施用量5 年定位试验。旨在明确赣北棉区棉花高产与高效氮肥最佳施用量。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验设在江西省棉花研究所(北纬29°20'，东经115°50')科研基地4 号地，于2008—2012 年连续5年定位。试验田为棉花一熟田，冬季空闲，土壤为冲积沙壤土，土壤耕层(0～20 cm)初始肥力为有机质14.65 g/kg、全氮0.94 g/kg、有效磷16.08 mg/kg、有效钾229.22 mg/kg、pH 7.67。试验地所在区域属亚热带湿润季风气候带，气候温和，日照充足，雨量充沛，四季分明，无霜期长［11］;年平均气温17.0 ℃，年均无霜期276.0 d，年日照时数1 600～2 100 h，日照率43%，年降水量1 400～1 500 mm，降水时间主要集中在4—7 月。该地灌水和排水条件均较好。

1.2 试验设计

试验设棉花施氮(N)量分别为0，150，300，450，600 kg/hm2，分别用N1、N2、N3、N4、N5表示，各个处理棉花氮肥按基肥、初花肥和花铃肥各占30%、40%和30%的比例分次施入，即在棉苗移栽后打洞施基肥、7 月上旬打洞撮施初花肥和7 月下旬畦沟边撒施花铃肥。各处理每年均在施基肥时施钙镁磷1 250 kg/hm2(即P2O5150 kg/hm2)、氯化钾375 kg/hm2(即K2O 225 kg/hm2)。试验采用随机区组排列，重复3 次，小区面积为60 m2。棉花采用营养钵育苗移栽方式种植，品种为赣棉杂1 号，栽培密度为2.55×104株/hm2。每年分别于棉花移栽前、6 月中旬和7 月中旬3 次喷除草剂杀灭杂草，遇天气干旱及时灌水抗旱，根据病虫发生情况及时喷药防病虫。其他管理措施按当地大田生产常规要求进行。

1.3 测定项目及其方法

分别于7 月15 日、8 月15 日和9 月15 日调查棉花的生长发育和农艺性状;10 月初收100 棉铃测定单铃质量和纤维品质;按小区分次收花记录产量，以11 月10 日前的收花量为霜前花;7 月中旬每小区选择代表该小区长势的棉株1 株，套尼龙袋收集掉落的叶片和棉絮，于10 月20 日左右取出全株棉花样，剪成段并用恒温箱烘干，送中国农业科学院棉花研究所采用硫酸-混合加速剂消煮，蒸馏滴定法测定全株全氮含量［8］。相关参数及计算方法［14］:

最高产量和经济最佳施氮量计算:以2008—2012 年试验各处理平均施氮量(x，kg/hm2)为自变量，5 年籽棉平均值(y，kg/hm2)为依变量，进行模拟可得出氮肥效应方程:y=b0+b1x+b2x2+b3x3。当边际产量(增加单位量氮肥所增加的产量，即dy/dx=b1+2b2x+3b3x2)等于零时产量达到最大值，此时的施氮量即为最高产量施氮量;当边际产量等于氮肥与籽棉的价格比值(即dy/dx=px/py)时，单位面积的施肥利润最大，此时的施肥量即为经济最佳施氮量;将最大产量和经济最佳施氮量分别带入氮肥效应方程可求出相应的最高产量和经济最佳产量。

1.4 数据处理与统计方法

采用Excel 软件和DPS 数据处理系统进行试验数据处理和统计分析，Duncan 新复极差法进行多重比较，显著水平为5%和1%。

2 结果与分析

2.1 施氮量对棉花产量及其构成因素的影响

表1 表明，单株成铃数是N3、N4、N5显著高于N2，极显著高于N1，而N3、N4、N5之间差异不显著;单铃质量是不施氮处理(N1)极显著低于各施氮处理，而各施氮处理间差异不显著;霜前花率是不施氮处理显著高于各施氮处理，而施氮处理间差异不显著。

从表1 还可以看出，5 年平均籽棉产量一是N1 极显著低于N2、N3、N4、N5;二是N2显著低于N3、N4、N5;三是N3、N4、N5之间差异不显著，说明棉田施氮量达到N3后产量出现稳定。

表1 施氮量对棉花籽棉产量及构成因素的影响Tab.1 Effect of N application rate on seed cotton yield and yield components

表2 施氮量对各年籽棉产量的影响Tab.2 Cotton nitrogen fertilizer long-term consistent application location test(2008—2012)seed cotton yield statistics

从表2 可以看出，5 个年份均以处理N1 籽棉产量最低，2008 年是定位试验的第一年，N1产量显著低于N3、N4，而与N2、N5产量差异不显著，4 个施氮处理间籽棉产量差异不显著，说明该年施氮的增产效应较小。2009—2012 年均是N1产量极显著低于N2、N3、N4、N5;处理N2产量除2010 年与N5无显著差异外，其他年均是极显著低于N3、N4、N5，而极显著高于N1;除2010 年的N5外，处理N3、N4、N5之间差异不显著。各处理的产量表现有几个特点:一是2008 年和2011 年受灾年(2008 年降水量少、雨日多、光照不足，并受台风“风神”、“凤凰”、“北冕”的影响;2011 年积温少、降水量少，并6 月份降雨多并集中出现旱涝急转现象影响)，各处理产量均较低，2009 年降雨和气温均有利棉花生长，为丰收年，各处理产量均较高，其他两年气候适中，产量表现也适中;二是N1的籽棉产量年际间比较是2009 年和2010年比上年迅速递减，2011 年和2012 年趋于稳定;三是N3和N4的籽棉产量在各年均表现较高。

2.2 棉花最高产量和经济最佳施氮量

根据5 年试验各处理的平均施氮量和平均籽棉产量进行模拟。得出籽棉产量与氮肥施用量间的拟合方程为y=2 043.835 7+10.581 7x-0.024 040x2+0.000 017x3，决定系数(R2)=0.999 5＊＊，计算出棉花最高产量施氮量和相应的产量分别为350.1 kg/hm2和3 531.4 kg/hm2，经济最佳施氮量和相应的产量为308.7 kg/hm2和3 519.6 kg/hm2。其中纯氮价格(Px)按2 013年赣北市场平均售价5.0 元/kg，籽棉价格(Py)按2 013年赣北平均收购8.34 元/kg。

2.3 施氮量对棉花产值和效益增加量的影响

从表3 可以看出，5 年平均的棉花产值以N4最高，但与N3和N5之间差异不明显，该3 处理极显著高于N2和N1，而N2又极显著高于N1;相对不施氮处理(N1)，氮肥效益增加量以N3最高，N3和N4之间差异不显著，它们均极显著高于N2和N5，施氮增值效应则以低量施氮(N2)处理最高，并随着施氮量的增加而降低，除N4和N5之间为显著差异外，其他之间均存在极显著差异。

表3 施氮量对棉花产值和效益增加量的影响Tab.3 Effect of N application rate on output value and increasing benefit of cotton

表4 施氮量对棉花氮肥利用率的影响Tab.4 Effect of N application rate on nitrogen fertilization efficiency of cotton

2.4 施氮量对棉花氮肥利用率的影响

表4 表明，棉株氮吸收量和单位面积的氮积累量均是以N4最高，但与N3和N5之间差异不明显，3处理极显著高于N2和N1，而N2又极显著高于N1，这与产量和产值结果较一致。相对不施氮处理，氮肥表观利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均以低量施氮处理(N2)最高，并随着施氮量的增加而降低;氮肥表观利用率是N2与N4和N5、N3与N5有极显著差异，N3与N4、N4与N5有显著差异;氮肥偏生产力是施氮处理相互之间均有极显著差异;氮肥农学利用率是N4与N5为显著差异外，其他施氮处理之间均有极显著差异。

3 结论与讨论

前人研究表明，棉田氮肥利用率会随施氮量的增加而减少［6，13］，施氮能显著增加棉花产值，显著提高棉花产量和单株成铃数，氮肥利用率随施氮量的增加而降低［12，14-16］，棉花氮肥偏生产力和农学利用率也随施氮量的增加而降低［6，12，14-16］。本研究表明，施氮能显著增加棉花单株成铃数、产量和产值，氮肥表观利用率、偏生产力和农学利用率均随施氮量的增加而显著降低，这同前人研究结果较一致。同时还表明，随着施氮量的增大会降低棉花的霜前花率;施氮增值效应随着施氮量的增加而显著降低。

本研究模拟寻优得出，赣北棉区棉花高产施纯氮量为350.1 kg/hm2，经济最佳施纯氮量为308.7 kg/hm2;该两个施氮量高于董合林等［8］研究的黄河流域麦棉两熟棉花氮肥经济最佳施用量为263.1 kg/hm2，略高于田绍仁［10］研究的长江流域棉花高产适宜施氮量为300 kg/hm2的结果，但低于王肖娟等［6］研究的新疆滴灌棉田高产适宜施氮量360 kg/hm2。这是由于不同棉区的生态条件、种植方式、密度及产量水平差异所致。纵观前人［13，17］研究的结果，棉花高产的科学施氮量受土壤肥力、品种、密度、气候、氮磷钾配比和前茬作物施肥情况等多种因素影响，因此，在实际应用中，要根据上述情况参照高产施氮量和经济最佳施氮量灵活应用。

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