控释氮肥用量对环渤海潮土区棉花产量及氮肥利用率的影响

刘全凤，刘永震，曹金锋，杨振立，翟玉柱，赖德强，孙 一，刘贞贞，*

(1.沧州职业技术学院 沧州市农林科学院，河北 沧州 061001；2.沧州市农牧局，河北 沧州 061001；3.河北省农林科学院 农业资源环境研究所，河北 石家庄 050051)

环渤海潮土区夏季雨热同季，光热资源充沛，但土壤有机质含量低，养分缺乏且不平衡，并伴有不同程度的盐渍化。棉花抗逆性强、施肥量大、产量高，是环渤海地区重要的经济作物之一。科学施肥是调控棉花生长发育、产量和品质的有效措施[1]。但生产当中，由于过量施用氮肥，造成大量氮素损失(渗漏、反硝化和气态损失等)，氮肥的利用效率较低，极易引发环境问题[2-4]。控释氮肥具有缓释作用，能使肥料释放时间、强度与作物养分吸收规律基本吻合[5]，是提高氮肥利用率的主要措施之一[6]。目前，有关控释氮肥对棉花增产效应、光合特性的影响等已有报道[7-9]。本研究在环渤海潮土区棉花生产中施用控释氮肥，对比等氮量条件下尿素与控释氮肥，以及控释氮肥不同用量对棉花生长及产量的影响，旨在为建立适合于该地区的生态环境友好型棉花生产模式提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

试验于2016年在河北省沧州市农林科学院试验地展开。试验土壤属中壤质潮土，基肥施用前采集0～20 cm土层混合样品，测定土壤基础理化性状：pH值8.5，含盐量0.26%，有机质11.20 g·kg-1，全氮0.82 g·kg-1，碱解氮50.64 mg·kg-1，速效磷8.37 mg·kg-1，速效钾150.73 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试品种为转基因抗虫棉沧198抗病系，播期4月19日。控释氮肥为控释4个月树脂包膜尿素，山东金正大生态工程股份有限公司生产，含氮量42%。氮、磷、钾肥分别采用尿素(N 46%)、重过磷酸钙(P2O546%)、硫酸钾(K2O 50%)。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，共5个处理：C0，不施氮对照；CK，常规氮肥用量，基施尿素112.5 kg N·hm-2，初花期追施67.5 kg N·hm-2，盛花期追施45 kg N·hm-2；CF1，基施与CK等氮量的控释氮肥(225 kg N·hm-2)；CF2，基施80% CK氮量的控释氮肥(180 kg N·hm-2)；CF3，基施60% CK氮量的控释氮肥(135 kg N·hm-2)。每处理重复3次，共15个小区，小区面积66.7 m2。等行距种植，行距100 cm，株距22.2 cm，密度45 000株·hm-2。磷(P2O5)、钾(K2O)用量均为102 kg·hm-2，一次性基施。各处理均采用简化整枝的方式，其他管理同当地棉田。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 叶绿素含量

摘取代表性棉株主茎功能叶(打顶前取倒四叶，打顶后取倒三叶、倒二叶、倒一叶)，称量0.1 g叶片鲜样放入试管中，加入10 mL 95%乙醇，遮光放置48 h，期间不时振荡，使叶片完全失绿。在665、649、470 nm波长下比色测定，计算叶片中总叶绿素含量。

1.4.2 植株氮含量

在吐絮中期，于各小区中部选取长势均匀、有代表性的3棵棉株，按茎、叶、成铃分别装于纸袋中。105 ℃杀青30 min后，80 ℃烘至恒重，称量，粉碎。样品经H2SO4- H2O2消煮后定容、过滤，用凯氏定氮法测定全氮含量。

1.4.3 测产

每小区选中间3行实收计产。选有代表性的棉株15棵，记录其吐絮铃，测定单铃重和衣分。

1.4.4 棉纤维品质

收获期取植株中部和下部各10朵，依ASTM5867—95所述方法测定。

1.5 数据分析

氮肥农学效率=(施肥区籽棉产量-无肥区籽棉产量)/施肥量；

氮肥利用率=(施肥区植株养分吸收量-无肥区植株养分吸收量)/施肥量×100%；

氮肥利用产投比=单位面积植株养分吸收量/施肥量×100%；

氮肥贡献率=(施氮区产量-不施氮区产量)/施氮区产量×100%；

土壤养分贡献率=未施肥区棉株养分吸收量/施肥区棉株养分吸收量×100%。

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 17. 0软件进行数据整理和方差分析。

2 结果与分析

2.1 对棉株主茎功能叶叶绿素含量的影响

由表1可见，棉株主茎功能叶叶绿素含量从盛蕾期开始到盛铃期逐渐升高，吐絮中期最低。除盛花期各处理主茎功能叶叶绿素含量无显著差异外，盛蕾期、盛铃期CF1处理主茎功能叶的叶绿素含量均显著(P<0.05)高于C0，且施肥各处理间无显著差异。吐絮中期，CF3与C0处理主茎功能叶叶绿素含量无显著差异，且均显著(P<0.05)低于CF1与CK处理。总体来看，施肥能提高棉花主茎功能叶叶绿素含量。

2.2 对棉株地上部氮素累积及分配的影响

如表2所示，棉株成铃的氮素分配比例最高，达60%以上，茎次之，叶最低。各处理对氮在茎、叶、成铃中的分配比例无显著影响。从积累量来看：在茎中，C0最低，显著(P<0.05)低于CK、CF1、CF2，但与CF3无显著差异；在叶中，同样以C0最低，但仅显著(P<0.05)低于CF1，CF1与CK无显著差异；在成铃中，同样以C0最低，且显著(P<0.05)低于所有施肥处理，CF3显著(P<0.05)低于CF1，但与CK无显著差异，CF1与CK无显著差异；总积累量，C0最低，显著(P<0.05)低于所有施肥处理，随着控释氮肥施用量增加，棉株地上部氮总量积累显著(P<0.05)增加，CF1的总积累量显著(P<0.05)高于CK。说明施肥能促进棉花地上部的氮素累积。随着控释氮肥施用量的增加，棉株地上部氮累积量不断提高。当控释氮肥用量为尿素氮用量的80%时，氮素在棉株地上部的积累分配情况即已相近。

表1不同处理棉花主茎功能叶叶绿素含量

Table1Chlorophyll content of function leaf under different treatments mg·g-1

处理Treatment盛蕾期Budstage盛花期Full-bloomstage盛铃期Full-bollstage吐絮中期MidofbollopeningstageC01.59b1.85a1.94b1.06bCK1.83a2.11a2.16ab1.35aCF11.75a2.06a2.43a1.56aCF21.67ab2.03a2.21ab1.28abCF31.63ab1.98a2.10ab1.20b

同列数据后无相同小写字母的表示差异显著(P<0.05)。下同。

Data within the same column followed by no same letters indicated significant difference atP<0.05. The same as below.

2.3 对棉花产量及构成因素的影响

如表3所示，各处理的衣分无显著差异。单株成铃数C0最低，显著(P<0.05)低于施肥的各个处理，施肥处理间无显著差异。单铃重以C0最低、CF1最高，显著(P<0.05)区别于其他处理。CF1处理的籽棉、皮棉产量最高，显著(P<0.05)高于其他处理。随着控释氮肥用量减少，籽棉产量与皮棉产量显著(P<0.05)降低。CK与CF2的籽棉产量与皮棉产量无显著差异，说明要达到同样产量，控释氮肥可较普通尿素节省20%的肥料用量，而且只需一次性基施，减少了施肥次数和用工量，有利于生产上推广。

表2不同施肥处理棉株地上部的氮素积累分配

Table2Nitrogen accumulation and distribution of cotton in above ground parts under different treatments

处理Treatment茎Stem积累量Accumulation/(kg·hm-2)分配比例Distributionratio/%叶Leaf积累量Accumulation/(kg·hm-2)分配比例Distributionratio/%成铃Boll积累量Accumulation/(kg·hm-2)分配比例Distributionratio/%总累积量Totalaccumulation/(kg·hm-2)C023.32b19.10a16.12b13.20a82.64c67.69a122.08dCK48.24a24.66a26.93ab13.77a120.46ab61.58a195.63bcCF153.41a22.30a42.26a17.64a143.86a60.06a239.53aCF252.16a25.50a28.24ab13.81a124.12ab60.69a204.52bCF343.06ab23.26a23.46b12.67a118.64b64.07a185.16c

表3不同施肥处理对棉花产量及其构成因素的影响

Table3Effects of different treatments on cotton yield and yield components

处理Treatment单株成铃数Bollsperplant单铃重Bollweight/g衣分Lintpercentage/%籽棉产量Seedcottonyield/(kg·hm-2)皮棉产量Lintcottonyield/(kg·hm-2)C018.69b4.25c42.88a2998.2d1285.6dCK19.85a4.32b42.80a3940.8b1686.7bCF120.01a4.53a42.55a4151.6a1766.5aCF219.93a4.36b42.39a3948.9b1673.9bCF319.75a4.41ab43.06a3527.6c1519.0c

2.4 对棉铃纤维品质的影响

如表4所示，不同施肥处理对棉花纤维品质无显著影响。总体来看，棉花纤维整齐度指数一般(80%～82%)，根据国家棉花标准，反映棉花纤维粗度和成熟度指标的马克隆值属C2级(≥5.0)，棉花纤维的断裂比强度属于中等水平(28.14～31.40)。

2.5 对氮肥利用的影响

如表5所示，除土壤养分贡献率外，CF1处理的其他几项指标值均显著(P<0.05)高于CK，说明相较于尿素，采用控释氮肥会显著提高氮肥的利用率。这是由于控释氮肥肥效较长，能满足生育后期棉株对养分的需求，从而提高当季肥料的利用率。相应地，由于肥效增加，CF1处理也就自然减少了土壤养分的贡献。随着控释氮肥用量增加，氮肥利用率和氮肥贡献率增加，而氮肥利用产投比和土壤养分贡献率则降低。

表4不同处理对棉铃(10月)纤维品质的影响

Table4Effect of different treatments on cotton fiber quality (October)

处理Treatment纤维长度Fiberlength/mm整齐度指数Uniformityindex/%马克隆值Micronvalue伸长率Elongationrate/%断裂比强度SpecificbreakingstrengthC027.98a80.20a5.14a6.55a29.56aCK28.93a81.62a5.82a6.55a30.65aCF128.98a81.46a5.02a6.65a30.36aCF228.16a81.59a5.12a6.70a30.55aCF328.22a80.98a5.58a6.55a30.58a

表5不同处理的氮素利用情况

Table5Nitrogen use under different treatments

处理Treatments氮肥利用率Nutilizationrate/%氮肥贡献率Ncontributionrate/%氮肥农学效率Nagronomicefficiency/%氮肥利用产投比RatioofNinputtooutput/%土壤养分贡献率Soilcontributionrate/%C0—————CK32.69cd23.92b4.19b86.95d62.40bCF152.20a27.78a5.13a106.46c50.97dCF245.80c24.08b5.28a113.62b59.69cCF346.73b15.01c3.92c137.16a65.93a

3 讨论

在环渤海潮土区，棉花生长往往出现供N不足、早衰的状况。本试验结果表明，施用控释氮肥能使棉株中后期主茎功能叶叶绿素含量仍保持相对较高的水平。宋世佳等[10]的试验也得到了相同的结果。虽然不同肥料处理下氮素在棉株地上部分各器官的分配比率无显著差异，但控释肥能够显著提高棉花地上部总的氮积累量，且随着控释氮肥用量的增加，地上部总的氮积累量也随之显著增加。相同施氮量下，基施控释氮肥的产量显著高于常规施肥处理，这与孙强生等[11]、李伶俐等[12]研究结果一致。缓控释肥能够增加作物的物质积累，有利于在营养生长和生殖生长之间达到平衡，从而实现棉花的高产、稳产[13-14]。同等施氮量下，控释氮肥处理的氮肥利用率、氮肥贡献率、氮肥农学效率、氮肥利用产投比等指标均显著高于常规施肥处理，说明控释氮肥能显著提高氮肥的利用效率。

本试验中各处理对棉花纤维品质影响不大，而刘兵[15]和王浩等[16]的研究表明，控释肥能增加棉株铃重，提高单株结铃数，增加伏桃百分率，提高棉花品质。因此，今后应就控释氮肥对棉花品质的影响作进一步研究。

本研究表明，在环渤海潮土区棉花生产中施用控释氮肥，既能获得更高的生物产量，又能降低因盲目施肥而导致的环境风险，同时，一次性基施即可满足棉株全生育期养分需求，更符合农民精简化栽培的需求，经济生态效益明显。本试验条件下，施用常规施肥氮素投入水平80%的控释氮肥即可获得与常规生产同样的产量，可作为该地区棉花施用控释氮肥的参考用量。

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