精细化水氮运筹对棉花适宜机采性状的调控效果

马兴旺，杨 涛，牛新湘，龚双凤，索俊宇，陈宝燕

（1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091；2.国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091；3.新疆乌鲁木齐市米东区农产品质量安全检测中心，乌鲁木齐 831400）

精细化水氮运筹对棉花适宜机采性状的调控效果

马兴旺1，2，杨 涛1，2，牛新湘1，2，龚双凤1，索俊宇1，陈宝燕3

（1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091；2.国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091；3.新疆乌鲁木齐市米东区农产品质量安全检测中心，乌鲁木齐 831400）

【目的】精细化水氮运筹对棉花适宜机采性状的调控效果，为水肥耦合调控棉花机采性状的技术研究提供参考途径。【方法】采用行距66cm＋10cm、株距 9.5cm机采棉种植模式，在施氮量和灌溉定额相同基础上，将生育期各次追氮量和灌水量分别设计为3个方案，完全组合成9个水氮运筹处理，研究机采棉机采性状差异。【结果】各处理间株高、株宽均有差别，株高差异不显著，有些处理间株宽差异达显著；棉花始果枝节位高都在18cm以上，其中仅3个高产处理在21.5～19.2cm；处理间棉花内外围铃比例差别大，内围铃比例远大于外围铃；处理间下中上部棉铃比例有明显差异，其中高产处理的下中上部棉铃分别为35%、40%和25%，是较理想高产和适宜机采的棉铃垂直分布。【结论】生育期不同的精细化水氮运筹方案，可以对机采棉收获时的株高、株宽、始果枝节位高、果枝台数、棉铃内外围铃分布、棉铃垂直分布等性状产生影响，对机采棉株宽、始果枝节位高、棉铃内外围铃分布和棉铃垂直分布等机采性状的调控效果最明显，在棉花生育期实行精细化水氮运筹，不仅能调控一些棉花性状达到采棉机收获要求，同时还能实现高产。

水肥耦合；水氮运筹；机采棉；膜下滴灌；精准施肥

0 引 言

【研究意义】近年来随着拾花费急剧增加，植棉成本上升，植棉效益下降，推广机采棉成为棉花提质增效的有效途径［1－3］。但相对于手摘棉，机采棉要求始果枝节位至少 18cm以上、株高 75～85cm、较紧凑型株型、吐絮期集中、含絮力强等机采性状［4－8］。这些性状有的是品种特性，有的则是生育期管理措施调控的结果，如在苗期、蕾期和花期，几次施用缩节胺调控棉花生长速度，有效控制株高、节间长度和始果枝节位；打顶控制了株高；从蕾期开始的水肥管理是棉花生长中后期调控棉花个体和群体特征的最主要措施。【前人研究进展】通过膜下滴灌可以实现在棉花生育期任意时间进行随水施肥［9］，为机采棉全生育期进行精细化水氮运筹提供了条件。研究表明，生育期的水氮运筹能充分发挥水肥耦合效应，调控棉花生长［10，11］，改善 棉 花 冠 层 结 构［12，13］，提高棉 花 光合效率［14］，增 加 产 量［15，16］。【本研究切入点】基于机采时对棉花性状的特殊要求，通过水肥运筹在棉花生长的中后期塑造适于机采的棉花群体十分必要［4，9］，在棉花蕾期和花铃期进行灌水、施肥组合试验，明确这种塑造效果。【拟解决的关键问题】通过田间试验，在机采棉种植模式下，研究棉花生育期精细化水氮运筹对棉花个体发育与产量的影响，为通过水肥管理塑造机采棉性状提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2014年在新疆农科院库尔勒基地进行。试验区属于典型干旱气候，年均降雨量56.2 mm，年均蒸发量2 497.4 mm，年均日照时数2878 h，≥10℃积温4 252.2℃，无霜期205d。中等肥力砂壤土，0～30cm土壤有机质7.50g／kg，全氮0.47g／kg，速效氮33.97 mg／kg，有效磷15.72 mg／kg，有效钾117.35 mg／kg，pH 7.97。前茬为棉花。

棉花品种为新陆中38号。膜宽2.05 m，66cm＋10cm的宽窄行，1膜6行，株距9.5cm。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

高产棉花推荐施氮量（N）317.1 kg／hm2，30%基施、70%追施，在追氮量相同的基础上，将6次追氮量（N）设计为3个不同方案 Na、Nb和Nc。在相同的灌溉定额4 800 m3／hm2基础上，将全生育期12次灌水量设计为 3个不同方案 Wd、We、Wf。3个追氮方案与 3个灌水方案完全组合成9个水氮运筹处理。重复 3次，27个小区随机区组排列，小区6 m×7 m。表1

从6月中旬蕾期开始灌水，每隔 7～10d滴灌1次，用水表控制灌水量。从第2次灌溉开始追肥，隔一水施肥 1次，随水滴肥，用施肥罐控制施肥量。

各处理其他肥料施用量和施用方法相同，P2O5量186.3 kg／hm2，K2O量67.5 kg／hm2，基肥在秋季翻地时施入。追肥用尿素N≥46.4%。

表1 机采棉水氮运筹处理Table 1 Treatments of Fine Management of Water and Nitrogen of machine－harvested cotton

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 生物学性状

于棉花蕾期、初花期、盛花期、盛铃期，每隔20d，对每小区选定的10株棉花测量株高、株宽、始果枝节位。

1.2.2.2 棉铃空间分布

棉花吐絮初期，调查小区内标记的10株棉花的果枝台数、棉铃横向和纵向分布。横向分为内围铃与外围铃，各果枝上第1果节结铃为内围铃，第2果节及以上结铃为外围铃；纵向分为下部铃、中部铃、上部铃3部分，其中，第1～3果枝为下部铃，第4～6果枝为中部铃，第7果枝及以上为上部铃［17］。

1.2.2.3 产量

棉花吐絮期调查小区总株数、总铃数，计算单株铃数；根据棉花吐絮情况各小区分3次取棉株上、中、下部位各50朵，测定单铃质量。籽棉产量计算公式：

籽棉产量（kg／hm2）＝每公顷棉株数×单铃质量（g）×平均单株成铃数／1 000×0.85。

1.3 数据统计

采用 WPS表格、DPS 7.05对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水氮运筹对机采棉产量及构成因子的影响

研究表明，所有的处理分为两组，WdNa、Wd-Nb、WdNc和WeNb是一组，处理之间产量没有显著差异，并且在7 000 kg／hm2以上，是高产组；其他处理的产量低于7 000 kg／hm2，处理之间产量也没有显著差异。

不同处理间单铃质量差异不显著，单株铃数有差异。因此，在机采棉种植模式下，相同的灌溉量、施氮量，但不同的水氮运筹方式能导致产量差异，产量差异来源于棉花单株铃数，即棉花个体生长差异。WdNb的籽棉产量最高，为7 845.88 kg／hm2，处理WfNa最低，为5 647.51 kg／hm2，最大产量与最低产量之间差2 198.37 kg／hm2。表2

2.2 水氮运筹对棉花株高和株宽的影响

研究表明，初花期前，各处理棉花株高增长迅速，初花期打顶后株高增加较缓。这种增长趋势是新疆棉花管理模式的的结果，因为初花前虽然有几次喷施缩节胺的化学调控生长势的措施，但整体上棉花在正常生长，初花期时实施打顶措施阻止了棉花主茎的无限生长，所以棉花的株高主要是初花期前的生长决定的。

从蕾期开始进行水肥调控，初花期后处理间株高增长差异不显著。仍可以看出，高产量组的WdNa、WdNc在初花期时的株高已经是各处理中最高的，WeNb的株高在初花期后也增加明显。采棉机对棉花株高有要求，但不苛刻，而整体看，水氮运筹对株高影响的差异不显著，各处理在 72～80cm。图1

表2 不同水氮运筹处理的机采棉产量及构成因子Table 2 Yield composition factors of machine－harvested cotton resulted from different treatments

图1 不同水氮运筹处理棉花株高变化Fig．1 Plant height of cotton in different stage

不同的水氮处理棉花株宽的变化速度和最终盛铃期时的株宽明显不同。从蕾期至盛铃期，各处理的棉花株宽都在增大，并没有因为初花期打顶而受到影响。高产组4个处理WdNa、WdNb、WdNc和WeNb的株宽在蕾期就大于其他处理2～6cm，在盛铃期都达到了41～42cm；其他处理的株宽在盛铃期达到了39～42cm。

株宽不只是影响棉花群体透光、透气，对机采棉而言，株宽，以至于密闭程度会影响脱叶、落叶效果，也会影响采棉机梳拢效果、采净率。在行距为（60＋10）cm的宽窄行、株距9.5cm的机采棉种植模式下，株宽发展的极限自然受到株行距限制。显示各处理的株宽变化有差异。

机采棉种植模式下，精细化水氮运筹对蕾期至盛铃期棉花的株高、株宽均产生了不同程度的影响。尤其是获得高产的4个处理，其株高、株宽均较其他处理大。图2

图2 不同水氮运筹处理棉花株宽变化Fig．2 Plant width of cotton in different stage

2.3 水氮运筹对机采棉始果枝节位高和果枝数的影响

机采棉始果枝节位高对机械采净率有很大影响，所以总结提出始果枝节位高应该在地面 18cm以上［16，17］。研究表明，各处理棉花的始果枝节位高都在18cm以上，达到了采棉机工作的最低要求。但是各处理的始果枝节位高相差不大，大部分在18.9cm，少数大于19cm，最高是21.5cm。从差异显著性上所有处理可以分为两组，高产组中的WdNb、WdNa和 WeNb的高在21.5～19.2cm，互相之间差异不显著，其他处理高不大于19cm。研究的水肥用量是基于多年试验得到的推荐用量，这就说明在合理水肥用量配合正确的栽培管理能使棉花的始果枝节位高达到机采要求，而进一步进行水肥运筹，细化每次施肥、灌水量，发挥水肥耦合效益，能使始果枝节位高变化，更符合机采的要求。

新陆中38号是较紧凑型果枝型，在控制株高情况下，果枝数不仅影响产量，对棉花群体大小也有影响，也会影响到机采的效果。果枝数在6.3～9.1，其中高产组几个处理的果枝数多，在8.1～9.1个，且与其他处理的有显著差异。表3

表3 不同水氮运筹处理下棉花始果枝节位高与果枝数Table 3 Fruit branches and first fruit branch height of cotton

2.4 水氮运筹对机采棉棉铃分布影响

棉铃在棉株下中上部纵向和内外围横向的分布，将影响到采棉机采摘头卷入棉株时各部分受力情况，从而影响采净率，影响杂质残留程度。不同的水氮处理会使棉花内外围铃的比例有大的差别，但总体看内围铃的比例远大于外围铃，这是比较好的棉铃横向分布状态，有利于高产，同时便于机采。从高产组的 4个处理看，比较一致的内外围铃比例是80%、20%。这个比例构成显然有利于机采，也是实现高产的一种理想比例。图4

图4 不同水氮运筹处理棉铃的横向分布Fig．4 The percentage of inside and exterior bolls of machine－harvested cotton

下中上部纵向上的棉铃大致对应的是伏前桃、伏桃和秋桃。生产中历来强调多保住伏前桃和伏桃以保证产量，近年来发现要实现高产必须再有几个秋桃。在机采棉生产中，不但要高产，同时还要使棉铃在垂直方向上均匀分布，从而采棉机作业时采摘头梳拢的棉株能均匀分布于采摘头各个部分，使采摘效率提高。结果显示，各处理间下中上部棉铃比例有明显的差异，尽管没有达到显著的差别。说明了水氮运筹可以调控棉花的下中上部棉铃比例。高产组 4个处理 WdNa、Wd-Nb、WdNc和WeNb的下中上部棉铃比例并不一致，从棉花高产的角度看，WdNa和 WeNb的下中上部棉铃分别为35%、40%和25%的比例比较理想；从机采的角度看，这种近乎于下中上部比例接近的棉铃垂直分布也比较理想。也进一步说明机采棉种植模式进行精细化水肥调控，可以出现适于机采的棉铃垂直分布状态。图5

图5 不同水氮运筹处理棉铃的纵向分布Fig．5 The percentage of vertical bolls of machine－harvested cotton

3 讨 论

研究中的水氮运筹是在推荐的高产棉花水肥用量下，对生育时期的灌水量、追氮量进行调节，以更好发挥水肥耦合效应，所以处理之间每次水肥用量相差不大。但仍然显示出不同的水氮处理使棉花株高、株宽、始果枝节位高、果枝台数、棉铃横向和纵向分布等性状产生差异，表明水氮运筹能调控机采棉需要的一些性状，即水氮运筹能起到塑造机采棉株形和群体的作用。研究也表明灌溉量［19］、灌水频率［20］对棉花生 物学 性状 形成 有影响。

研究中水氮运筹导致的棉花一些性状的差异有限，或者大部分处理的差异没有达到显著水平，也许这是由于水氮用量变化幅度不大的原因，提示研究者在进一步研究调控技术时有必要增大水肥用量差距。

目前提出的棉花机采性状大都是通过对生产经验的总结得出，对其确切指标或参数还有争议。有人提出新疆适合机械采收的棉花始果枝节位高应有适宜范围，提出为 20～22cm［3，9］。人工采摘时棉花种植密度很大，致使田间密闭程度很高，如果没有适度大的行距，脱叶落叶效果就不好。从棉花高产角度出发，普遍认为棉铃横向应以内围铃为主，纵向以中下部铃为主［21，22］，对机采棉要以棉铃分布均匀为宜，也有研究提出机采棉下部铃占总铃比例分别略高于中部铃和上部铃［5，7］。因此，有必要从加强机采棉农机农艺技术融合角度出发，深入研究确定棉花机采性状的参数，以及调控这些参数的水氮运筹技术。

4 结 论

4.1 棉花生育期采用不同的精细化水氮运筹方案，可以对机采棉收获时的株高、株宽、始果枝节位高、果枝台数、棉铃内外围铃分布、棉铃垂直分布等性状产生不同程度影响，有些方案导致的性状差异可以达到显著水平。

4.2 膜下滴灌精细化水氮运筹对机采棉株宽、始果枝节位高、棉铃内外围铃分布和棉铃垂直分布等机采性状的调控效果最明显，通过调控可以使这些性状达到采棉机收获要求，说明欲通过水肥调控塑造机采棉群体时可以首先着眼于调控这几个性状。

4.3 在棉花生育期实行精细化水氮运筹，不仅能调控一些棉花性状达到采棉机收获要求，同时还能实现高产。

4.4 揭示了通过精细化水氮运筹调控棉花机采性状的可能性，从机艺融合的需求看，将来需要明确棉花机采性状的参数，以及调控这些参数的水氮运筹技术。

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Regulating Effects of Fine Management of Irrigation and Nitrogen Split Application on Characters of Machine－harvested Cotton

Ma Xing－wang1，2，Yang Tao1，2，Niu Xin－xiang1，2，Gong shuang－feng1，Suo Jun－yu1，Chen Bao－yan3
（1．Institute of Soil Fertilizer and Water－saving，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi 830091，China；2．National Engineering and Technology Center for Cotton，Urumqi 830091，China；3．Agricultural Products Quality and Safety Testing Center of Midong District，Xinjiang，Urumqi 831400，China）

【Objective】Cotton picker has particular requirements on individual and collective characteristics of cotton.This project aims to provide reference wyas for the regulation of water and fertilizer coupling technology of cotton machine production traits.【Method】In the same total nitrogen application rate and topdressing nitrogen amount，the cotton planting mode of spacing（66cm＋10cm）and row spacing of 9.5cm was conducted.3 nitrogen solutions and 3 irrigation schemes were completely assembled into nine water－nitrogen management treatment on the basis of the amount of nitrogen topdressing designed for three schemes and 12 times irrigation water of complete irrigation quota designed for three schemes in the whole growth periods.【Result】The plant height and plant width of all the treatments had differences，but plant height difference was not significant while plant width reached significant difference between some treatments；The height of the first fruit branch of all the treatments was over 18cm，the height of three high－yielding treatments was 21.5－19.2cm，while the height of other treatments was not more than 19cm；The fruit branch number was 6.3－9.1，the fruit branch number of the high－yielding treatments was higher within the rage of 8.1－9.1cm and there were significant differences between other treatments；The proportion of inner and outside bolls had much difference and the proportion of inner bolls was greater than outside bells；The proportion of lower，middle and upper part of cotton bolls had obvious difference among different treatments and the proportion of lower，middle and upper part of high－yielding cotton bolls was 35%，40%and 25%respectively，and it was the much ideal boll vertical distribution situation of high－yielding and suitable machine－harvested cotton.【Conclusion】The different schemes of fine management of water and nitrogen in cotton growth periods had different degree of influences on the traits of plant height，plant width，the first branch height from the ground，branch sets，the distribution of inner and outside bolls and vertical distribution of bolls when cotton was machine－harvested. The regulating effects were distinct mostly on the several machine－harvested properties such as plant width，the first branch height from the ground，the distribution of inner and outside bolls and vertical distribution of bolls.Fine management of water and nitrogen which was carried out in cotton growth periods which not only could regulate some cotton traits to meet the cotton picker harvest requirements，but it also could achieve high yield.

coupling of water and fertilizer；fine management of irrigation and nitrogen split application；machine－harvested cotton；drip irrigation under mulched－film；precision fertilization

S143；S562

A

1001－4330（2016）09－1587－08

10.6048／j.issn.1001－4330.2016.09.003

2016－03－03

国家科技支撑计划项目（2014BAD09B04，2014BAD11B02）；国家自然科学基金项目（41361067）；新疆科技支撑项目（201231102）；公益性科研院所基本科研业务费专项项目）（KY2013069）

马兴旺（1970－），男，宁夏人，研究员，博士，研究方向为棉花水肥耦合调控技术，（E－mail）maxw＠xaas.ac.cn

Fund project：Supported by the National Science and Technology Support Program（2014BAD09B04，2014BAD11B02）；NFSC（41361067）；The Science and Technology Support Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region（201231102）；Special items of basic scientific research business expenses of public welfare research institutes（KY2013069）.