施氮量对不同品种滴灌棉花氮素利用率及产量的影响

2019-10-31马露露葛元梅陈翔宇

新疆农业科学 2019年7期

杨媚，吕新，2，马露露，2，葛元梅，洪帅，2，陈翔宇，张泽，2

( 1.石河子大学农学院，新疆石河子 832003；2.石河子大学农学院 /新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)

0 引言

【研究意义】棉花是新疆的优势特色产业，2018年新疆棉花播种面积占全国比重为83.84%，产量达511.1×104t，是我国最大的优质商品棉生产基地。氮素是棉花必需的营养元素之一，直接影响棉花的产量和品质形成[1]。长期以来，氮肥的施用一直是提高新疆棉花产量的关键措施[2]，但过多或不合理施用氮肥，则会引发诸如降低氮肥利用率和增产效果、增加生产成本、污染生态环境等一系列的问题[3]。另外，过量施氮将导致棉花因营养体生长过旺而贪青晚熟、品质下降[4]，因此，确定适宜的施氮量是非常重要。【前人研究进展】吕婷婷等[5]研究表明棉花全生育期的氮素积累总量总是随生育期的推移而提高，氮素积累总量在棉花铃期时达到最高；侯振安等[6]研究表明不同的施肥策略显著影响棉花氮素的吸收量，氮肥在一次灌溉施肥过程的前期施用有利于提高氮肥的利用率，减少氮素的淋洗损失。张伟等[7]通过大田实验，研究了沼肥与化肥配施对盐渍土棉花产量、氮素利用率的影响，结果表明生产中投入氮素总量为138 kg/hm2的沼肥与尿素配合施用就能获得高产；在不同品种比较方面孙永健等[8]研究施肥水平对不同氮效率水稻氮素利用特征及产量的影响，品种与施肥水平对杂交稻主要生育时期及各生育阶段氮素的累积、转运、分配,以及氮素利用特征和产量均存在显著影响。【本研究切入点】由赵春波[9]研究的黄瓜不同品种氮效率类型，分析部分研究报道显示茄子、番茄、黄瓜等[10-12]陆续结果的蔬菜类作物不同品种间同样存在基因型差异，氮效率基因型差异是普遍存在的。研究施氮量对不同品种滴灌棉花氮素利用率及产量的影响。【拟解决的关键问题】研究不同施氮量对不同品种棉花氮素累积规律、利用率和产量的影响。分析棉花氮素的累积规律，为种植棉花高效合理的施用氮肥和高产量提供理论参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2017年在新疆昌吉州玛纳斯县六户地镇进行。该地区日照时长达2 800～3 000 h，年平均气温5℃左右，≥10℃有效积温为3 500～4 100℃，无霜期达到180 d左右。试验地土壤质地为壤土，土壤基础理化性状为：砂粒40.12%，粉粒18.42%，有机质含量15.63 g/kg，碱解氮54.35 mg/kg。

供试棉花品种为新陆早50号、新陆早58号、鲁棉研24号。施氮量设4个，分别为0、120、240、360 kg/hm2纯氮，分别以N0、N1、N2、N3表示，其中No为对照。种植模式为“1膜3管6行”，采用膜下滴灌的方式，长33 m，宽2.5 m，面积82.5 m2，膜宽2.05 m，株距10 cm2，行距配置为10 cm+66 cm，种植密度1.2 ×104株/667m2。采用随机区组设计，重复3次，共计36个试验小区，小区面积50 m2，小区间设隔离带，灌溉定额为当地滴灌棉田一般灌溉量，其他田间管理均按高产栽培要求进行。图1

图1 小区内部株、行间距种植模式(m)
Fig.1 Planting pattern of plant and row spacing in the experimental plot

1.2 方法

1.2.1 植株含氮量测定

在棉花生育时期根据出苗天数24、32、45、58、70、80、91、102和111 d采集植株地上部样品，每个小区取3 株，室内按茎、叶、蕾+壳、纤维+种子不同器官分开，105℃杀青，30 min后于烘箱中80℃条件下烘干至恒重，称重，记录干物质重。烘干的植株样品经粉碎后，过0.5 mm筛，备用。植株样品用H2O4-H2O2消煮，凯氏定氮仪测定植株各器官的含氮量。

1.2.2 棉花产量和氮素累积及利用率的测定

在最后一次采样完成后，采取部分已吐絮的棉花测产获取棉花的产量，在棉农机采实收前3 d，选取每个小区实测面积为6.67 m2，分别对测点的棉花株数、铃数进行测定和记录。称量并记录小区收获的籽棉产量。计算公式如下：

产量(kg/hm2)=收获密度(株/hm2)×单株铃数(个/株)×单铃籽棉重(kg/个)/1 000×0.9(校正系数)；

氮素累积量(kg/hm2)=氮素含量(g/kg)×干物质质量(kg/hm2)；

氮肥利用率(%)=(施氮处理植株吸氮量-不施氮处理植株吸氮量)/施氮量×100；

棉株地上部氮累积量(kg/hm2)=密度(104株/hm2)×单株地上干物重(g/株)×氮素含量(g/kg)/100 000。

1.3 数据处理

采用Excel 2013进行各施氮处理、各采样日棉株地上部氮含量、生物量、产量数据的基础整理，然后使用SPSS 19.0软件中的LSD和Duncan进行棉花生物量、含氮量和产量数据的显著性分析，图形通过Excel 2013进行绘制。

2 结果与分析

2.1 施氮对不同品种滴灌棉花地上部氮素分配规律的影响

研究表明,在棉花吐絮期的各器官中均表现为纤维+种子的氮素累积量最高，其从大到小分别为:纤维+种子>叶片>铃壳>茎秆，茎秆的氮素累积量最底；不同施氮处理之间各器官的氮素累积量均是随着施氮量的增加呈逐渐上升趋势，以处理N3施氮量360 kg/hm2的氮累积量最高，最为明显的是叶片。

3个品种之间以鲁棉研24号的叶片、铃壳氮累积量最低，分别为75.33和52.68 kg/hm2，其中新陆早58号和新陆早50号的叶片、铃壳氮累积量较鲁棉研24号分别高34.36%、1.98%和46.44%、36.45%；新陆早50号叶片、铃壳氮累积量分别为140.66、82.89 kg/hm2，较新陆早58号叶片和铃壳分别高18.41%、35.17%。新陆早50号茎秆的氮累积量为70.24 kg/hm2，较新陆早58号和鲁棉研24号茎秆的氮累积量分别高5.68%、46.11%；新陆早58号茎秆的氮累积量为66.26 kg/hm2，较鲁棉研24号茎秆的氮累积量高42.86%。新陆早58号纤维+种子的氮累积量为150.23 kg/hm2，分别较新陆早50号和鲁棉研24号纤维+种子的氮累积量高16.43%、37.53%；新陆早50号纤维+种子的氮累积量为125.55 kg/hm2，较鲁棉研24号纤维+种子的氮累积量高25.25%。图2

图2 不同品种滴灌棉花地上部各器官吐絮期氮素分配规律
Fig.2 Distribution of nitrogen in the boll opening stage of different parts of cotton under drip irrigation

2.2 不同施氮量对不同品种滴灌棉花地上部生物量和氮累积量的影响

2.2.1 不同施氮量对不同品种滴灌棉花地上部生物量的影响

研究表明，在不同品种不同施氮处理下，可看出各棉花品种全生育期的生物量增长趋势均呈现前期增长缓慢，自出苗后45 d左右进入快速增长期，后期增长速度又有所减缓，3个品种的生物量均是以处理N3施氮量360 kg/hm2最高的，其次是处理N2、N1、N0。

在不同品种不同施氮处理下，分析棉花生物量发现以新陆早58号较新陆早50号和鲁棉研24号的生物量分别高2.66%、0.85%，鲁棉研24号较新陆早50号的生物量高1.83%。新陆早58号在出苗后在58 到102 d为快速增长期，而新陆早50号和鲁棉研24号则是在58 到91 d为快速增长期，新陆早58号的快速增长期比新陆早50号和鲁棉研24号多出11 d，这也是新陆早58号的生物量较高的原因之一。图 3

图3 施氮量对不同品种生物量动态变化的影响
Fig.3 Effects of nitrogen application rate on dynamics of biomass of different cultivars

2.2.2 不同施氮量对不同品种滴灌棉花氮累积量影响

研究表明，在不同品种不同施氮处理下，就棉花整个生育期的氮素累积量而言，均呈现以处理N3施氮量360 kg/hm2的氮素累积量最高，处理N2施氮量240 kg/hm2为次，不施氮处理N0最低，棉花整个生育期的氮素累积量呈现慢-快-慢的形势。3个品种的氮累积量快速增长期均是从出苗45 d开始，新陆早58号和新陆早50号到出苗91d开始变慢，鲁棉研24号则是在出苗102 d才出现缓慢累积，所以鲁棉研24号的氮累积量快速增长期比新陆早58号和新陆早50号多11 d。

在3个不同品种滴灌棉花之间新陆早58号的氮素累积量最高，新陆早58号和新陆早50号较鲁棉研24号的氮素累积量分别高14.0%、11.5%，而新陆早58号较新陆早50号的氮素累积量高2.9%。处理之间新陆早58号和新陆早50号在出苗80 d后处理N3的氮素累积量较处理N0、N1、N2高；鲁棉研24号出苗91 d处理N3的氮素累积量较处理N0、N1、N2高。不同品种棉花之间氮素累积量以新陆早58号为最高，以施氮量360 kg/hm2的处理最高，高的施肥量是滴灌棉花获得高的氮素累积量的重要因素之一。图4

2.3 施氮对不同品种滴灌棉花产量及氮素利用率的影响

2.3.1 施氮对不同品种滴灌棉花产量的影响

研究表明，不同施氮量不同品种滴灌棉花之间籽棉产量的高低为新陆早58号>新陆早50号>鲁棉研24号；其中新陆早58号的籽棉产量为416.16 kg/667m2，较鲁棉研24号和新陆早50号的籽棉产量分别高7.35%、2.80%，新陆早50号较鲁棉研24号的籽棉产量高4.68%。在不同施氮处理下，3个品种棉花籽棉产量均表现为N3>N2>N1>N0的趋势。

在品质方面在不同的施氮处理之间对品质也有所影响，新陆早50号处理N0为A级，属于优质品质，而处理N1、N2、N3则为B级标准级；鲁棉研24号处理N0为B级标准级，而处理N1、N2、N3则为C级, 品质比较差；不同品种间由马克隆值结果表明，新陆早58号和新陆早50号为B级标准级，而鲁棉研24号为C级，品质比较差。

图4 施氮量对不同品种棉花氮素累积动态的影响
Fig. 4 Effects of nitrogen application rate on nitrogen accumulation dynamics of different cultivars

3个品种棉花籽棉产量均是以处理N3施氮量360 kg/hm2最高，较高的施氮量是影响棉花高产的重要因素之一。并不是施氮量越高品质越好，与大田综合管理有很大关系，而鲁棉研24号品质较差有部分原因是鲁棉研24号种植在防护林旁边，其光合作用受到一定程度上的影响。表1

2.3.2 不同施氮量对不同品种滴灌棉花氮素利用率的影响

研究表明，同一品种滴灌棉花内不同处理的氮素利用率变化趋势大体上一致，均是以处理N1施氮量120 kg/hm2最高。新陆早50号和鲁棉研24号处理之间的氮素利用率大小N1>N2>N3，其中处理N1的氮素利用率明显比处理N2、N3高；新陆早58号处理之间的氮素利用率大小N1>N3>N2，其中处理N1明显比处理N2、N3的氮素利用率高，分别高出13.69%、8.62%。不同品种的不同施肥量可以影响棉花的氮肥利用率，鲁棉研24号的氮素利用率高于其它两个品种。表2

表1 不同品种滴灌棉花产量
Table 1 Yield of Drip Irrigation Cotton of Different Varieties

品种Varieties处理Handle铃数(个/株)Numberofbolls(number/plant)铃重(g/株)Bollweight(g/plant)单铃重Singlebollweight(g)马克隆值Micronvalue籽棉产量Seedcottonyield(kg/667m2)新陆早50号XinluzaoNo.50N06.529.294.124.15321.42cN16.930.874.624.31382.44bN27.434.924.994.95443.04aN37.836.765.034.54471.13a新陆早58号XinluzaoNo.58N06.934.143.864.33319.68cN17.634.864.324.47394.29bN28.338.194.604.50458.28aN39.142.284.514.83492.39a鲁棉研24号LumianyanNo.24N06.127.864.074.78297.92dN16.530.954.695.07365.82cN27.936.014.395.45416.64bN38.340.704.645.37461.88a

注：小写字母代表同一列同一品种的显著性分析(P<0.05)(下同)

Note: Significance analysis of lowercase letters representing the same variety in the same column (P< 0.05) ，the same as below

表2 不同品种滴灌棉花氮素利用率
Table 2 Nitrogen Utilization Efficiency of Drip Irrigation in Different Varieties

品种Varieties氮素累积量Nitrogenaccumulation(kg/hm2)氮素利用率Nitrogenuseefficiency(%)新陆早50号XinluzaoNo.50N0263.77cN1319.00b46.03N2319.87b23.38N3343.74a22.21新陆早58号XinluzaoNo.58N0269.13cN1309.31b33.48N2316.63b19.79N3358.61a24.86鲁棉研24号LumianyanNo.24N0208.38cN1261.43b44.21N2311.66b43.03N3320.96a31.27

3 讨论

3.1 施氮对不同品种滴灌棉花地上部氮素分配规律的影响

棉花全生育期氮素积累总量随着生育期的推移而增加，在棉花铃期达到最高，不同生育阶段，棉花各器官内的氮素水平不同[5]；胡国智等[13]研究表明在吐絮期纤维+种子中的氮素累积量分别与其它器官的氮素累积量有显著差异。这和试验研究结果相一致，在滴灌棉花吐絮期不同器官氮素分配中氮含量均表现为：纤维+种子>叶片>铃壳>茎秆，其中纤维+种子的氮素累积量最高，为150.23 kg/hm2；而叶片是随着施氮量的增加而增加，说明在吐絮期营养生长还是较为旺盛。不同品种之间以新陆早58号在不同施氮处理之间的氮素累积量均以处理N3施氮量360 kg/hm2的最高。

3.2 施氮对不同品种棉花生物量和氮累积量的影响

前人研究表明，施氮量对棉花生物量过程有重要影响[14-16]；薛晓萍等[17]研究表明，较高的生物量是棉花获得高产的前提，而生物量累积又以养分吸收为基础。施氮可通过影响作物生物量和氮素累积动态进而影响其最终累积量。王子胜等[1]研究表明棉花光合产物的累积与氮素的累积并非同步，二者的累积高峰相对独立，棉花氮素累积峰值出现时间早于生物量11 d左右；薛晓萍等[18]研究表明棉花蕾花铃的生物量增长和氮吸收累积均受氮素水平的影响, 其动态变化符合S型曲线, 氮累积的快速起始时间较生物量早1～5 d。试验研究与其相似，棉花的生物量和氮素的累积量也并非同步进行，二者快速累积高峰出现的时间不一致，氮累积的快速起始时间较生物量早12 d左右；棉花全生育期生物量和氮累积量的增长趋势均以“慢-快-慢”的累积形式自呈现，出苗45 d左右进入快速增长期, 其动态变化也符合S型曲线。

3.3 施氮对不同品种滴灌棉花氮素利用率和产量的影响

正确理解氮素利用效率随施氮量变化的规律将有助于生产者做出兼顾效益与环境的施氮决策[19]，氮肥农学利用率考虑的是氮肥投入与产量输出的性价比[20]，内在氮利用率表示棉花如何有效地将吸收的氮转化为皮棉产量[19]，而且累积利用率并非与施肥量呈正比[21]。有关施氮量对棉花产量的研究表明，不同棉区因栽培品种、气候条件及土壤肥力不一致棉花的适宜施氮量差异较大[4,17,22-24]；。薛晓萍等[4,18,25]研究表明在我国长江流域和黄河流域棉区，设置相同的氮肥用量处理，结果皮棉产量最高的施氮量不同,安阳试点以360 kg/hm2的施氮量为最优, 南京以240 kg/hm2最高。研究表明，在不同施氮对不同品种棉花中，籽棉产量以产量随着施氮量的增加而呈上升趋势，新陆早58号以360 kg/hm2的处理籽棉产量最高、施氮量为最优，新陆早50号和鲁棉研24号以360 kg/hm2的处理籽棉产量最高、以240 kg/hm2的施氮量为最优。氮素对棉花产量形成有一定的调控作用, 氮素水平过低或过高均导致产量降低。