氮肥滴施次数及比例对机采棉产量和氮肥利用率的影响

殷 星，禄 涛，曾庆涛，张 文，耿亚红，杨振华，周 华，闵 伟，冶 军,侯振安

(1. 石河子大学农学院资环系，新疆石河子 832003；2. 新疆生产建设兵团第七师农科所，新疆奎屯 833200；3. 新疆生产建设兵团第七师125团，新疆奎屯 833203)

0 引 言

【研究意义】棉花是新疆重要的经济作物[1-2]。2018年，新疆棉花种植面积占全国棉花面积的74.3%，总产占全国 83.8%。施用氮肥是提高棉花产量的关键措施[3]，但过量施氮则会导致增产效果下降，氮肥利用效率降低，氮素损失增加，环境污染加重[4]。氮肥的施用时期、次数和分配比例是影响机采棉生长、产量和氮肥利用率的重要因素。【前人研究进展】氮肥是现代滴灌农业体系中最常用的大量元素，很少出现堵塞问题[5]。氮肥随水滴施，可有效地调节施用肥料的种类、时期、次数及用量[6, 7]。因此，氮肥施用次数及分配比例是滴灌棉花氮肥合理施用的主要调控措施[8, 9]。合理施用氮肥可促进棉花生长发育，是棉花高产的基础[10-12]。研究表明，适宜的氮肥施用次数及分配比例可以降低棉花蕾铃脱落率，提高产量[13-15]。机械采收是新疆棉花未来发展的主要方向，北疆棉花机采已达到80%以上。与传统的采棉相比，机采棉生产要求棉花早生长发育、早打顶、提前脱叶催熟。研究表明适度增加棉花生长前期的氮肥比例、减少后期氮肥比例，可以缩短棉花生育期，促进早熟[16-18]。此外，也有研究发现减少氮肥单次施用量，增加施肥次数(少量多次)可提高氮肥利用效率[19]。【本研究切入点】目前，针对滴灌棉花适宜氮肥施用量方面开展了大量的研究[20-22]。但是，关于滴灌棉花氮肥施用次数和比例方面的研究比较少，尤其是氮肥施用次数与分配比例对机采棉产量和氮肥利用率影响的研究还鲜有报道。研究氮肥随水施用次数及分配比例对机采棉生长、养分吸收、产量和氮肥利用率的影响。【拟解决的关键问题】以棉花品种棉研24号为研究对象设置5个处理，分析氮肥随水施用对机采棉生长、产量及氮肥利用率的影响,为机采棉氮肥的合理施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2017～2018年在新疆生产建设兵团第七师125团试验站进行，耕层土壤有机质11.35 g/kg，全氮0.31 g/kg，速效磷18.38 mg/kg，速效钾327.47 mg/kg。供试作物为棉花品种鲁棉研24号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验依据氮肥滴施次数(8、10次)和分配比例(前轻后重、前重后轻)，设置5个处理：(1)不施氮肥(CK)；(2)施肥8次+前轻后重(习惯施肥模式，N8-B)，(3)施肥8次+前重后轻(N8-F)，(4)施肥10次+前轻后重(N10-B)，(5)施肥10次+前重后轻(N10-F)。试验中氮肥全部做追肥随水滴施，氮肥施用量为270 kg/hm2。列出各试验处理氮肥施用次数及分配比例。试验共5个处理，每个处理重复3次，15个试验小区，小区面积为45 m2。表1

棉花采用膜下滴灌1膜3行模式，76 cm等行距，株距10 cm，播种密度14.6×104株/hm2。2017年4 月 21日播种，2018年4 月 25日播种，采用“干播湿出”方式，即播种后滴出苗水30 mm。棉花生长期间共灌水11次，灌溉定额540 mm，灌水从6月中旬开始，8月下旬结束，灌水周期7～12 d。磷、钾肥施用量分别为P2O590 kg / hm2、K2O 75 kg / hm2。其它栽培管理措施与当地大田生产一致。

表1 氮肥施用次数及分配比例
Table 1 Nitrogen fertigation frequency and proportion

注：B(后重)指棉花盛花期后的4次施肥比例(7～10次)，F(前重)指棉花打顶前的3次(1～3次)施肥比例

Note: B refers to the proportion of (7-10) N fertigation after the full flowering stage of cotton; F refers to the proportion of 3 times (1-3) N fertigation before the topping of cotton

1.2.2 测定指标

棉花干物质重：在棉花吐絮前，每个小区随机选取三株棉花，自子叶节剪下，将棉株分成茎、叶和棉铃三部分。105 ℃ 下杀青30 min，70℃ 下烘干至恒重，称重。

棉花全氮含量：植株样品粉碎过1 mm 筛，经H2SO4-H2O2消煮后，用凯氏定氮法进行全氮的测定[23]。

棉花产量：在吐絮期测定单位面积棉花株数、结铃数、铃重，实收记产。

1.3 数据处理

氮肥利用率=(施氮区棉花吸氮量-对照棉花吸氮量)/施氮量× 100% 。

试验数据采用Excel2013制作图表，SPSS 11.5 进行方差分析，处理间多重比较采用Duncan法 (P<0. 05) 。

2 结果与分析

2.1 氮肥分配比例对棉花干物质重的影响

研究表明,氮肥分配比例对棉花干物质重影响趋势一致，均表现为前重后轻处理(F)棉花总干物质重显著高于前轻后重处理(B)。在施肥8次的条件下，N8-F处理棉花总干物质重两年分别较N8-B处理增加24.4%(2017)和11.7%(2018)。在施肥10次时，N10-F处理棉花总干物质重两年较N10-B处理分别增加20.0%(2017)和10.6%(2018)。从棉花各器官干物质重来看，2017年，前重后轻处理棉花茎、 叶、铃的干物质重均显著高于相应施肥次数下的前轻后重处理；而2018年，前重后轻处理棉花铃干物质重显著高于前轻后重处理，但茎和叶的干物质重无显著差异。

增加施肥次数，显著增加棉花总干物质重。施肥10次处理(N10-F、N10-B)棉花总干物质重，2017和2018年较施肥8次处理(N8-F、N8-B)平均分别增加31.2 %和24.4 %。表2

表2 2017和2018年棉花干物质重
Table 2 Dry matter weight of cotton in 2017 and 2018

处理Treatment棉花干物质重Dry matter weight of cotton(kg/m2)20172018茎 Stem叶 Leaf铃 Boll总计 Total茎 Stem叶 Leaf铃 Boll总计TotalCK0.19c0.14d0.80e1.13e0.13c0.19c0.59d0.91eN8-B0.22c0.18c0.87d1.27d0.22b0.23b0.83c1.28dN8-F0.38a0.23b0.97c1.58c0.21b0.23ab0.99b1.43cN10-B0.29b0.22b1.19b1.70b0.32a0.26a1.02b1.60bN10-F0.35a0.26a1.43a2.04a0.27a0.24ab1.26a1.77a

注：同一列不同小写字母表示处理间差异显著(P< 0. 05) ,下同

Note：Values followed by different lowercase letters in the same column are significant differences between different treatments at the 5% level,the same as below

2.2 棉花氮素吸收量

2017和2018年施肥8次条件下，N8-F处理棉花氮素吸收量分别较N8-B处理提高了17.0%和14.7%。施肥10次时，N10-F处理棉花氮素吸收量较N10-B处理分别增加30.3%(2017)和25.4%(2018)。

增加氮肥施用次数显著提高棉花氮素吸收。2017和2018年，施肥10次处理(N10-F、N10-B)棉花氮素吸收较施肥8次(N8-F、N8-B)平均分别增加31.3 %和35.1%。表3

表3 2017和2018年棉花氮素吸收
Table 3 Nitrogen uptake of cotton in 2017 and 2018

处理Treatment棉花氮素吸收 Nitrogen uptake of cotton(kg/hm2)20172018茎Stem叶Leaf铃Boll合计Total茎Stem叶Leaf铃Boll合计TotalCK14.1d20.0d91.6e125.7e12.3d28.9c106.0e147.2eN8-B17.0d23.9c149.9d190.8d14.9cd35.9b154.3d205.1dN8-F19.5c37.2a166.5c223.2c18.2bc33.9b183.2c235.3cN10-B21.6b30.5b183.9b236.0b19.5b46.9a197.6b264.0bN10-F24.1a31.6b251.9a307.6a25.3a49.5a256.3a331.1a

2.3 增加施肥次数对棉花产量的影响

施肥8次条件下，N8-F处理棉花产量2017和2018年较N8-B处理分别增加了7%和12.1%。施肥10次时，N10-F处理较N10-B处理分别增产11.1%(2017)、21.5%(2018)。

增加施肥次数可显著增加棉花产量。施肥10次处理(N10-F、N10-B)棉花产量，2017和2018年较施肥8次处理(N8-F、N8-B)平均分别增产17.9%、34.7%。图1

图1 2017(a)和2018年(b)棉花产量变化Fig 1 The yield of cotton in 2017 (a) and 2018 (b)

2.4 氮肥分配比例对棉花氮肥利用率的影响

研究表明,氮肥分配比例对棉花氮肥利用率影响显著。施肥8次条件下，2017和2018年N8-F处理棉花氮肥利用率较N8-B处理分别提高了12.0和11.2个百分点。施肥为10次时，N10-F处理棉花氮肥利用率，两年较N10-B处理分别提高26.5%(2017)、24.9%(2018)。

随着氮肥施用次数的增加棉花氮肥利用率显著增加。施肥10次处理(N10-F、N10-B)较施肥8次处理(N8-F、N8-B)两年平均分别增加了24.0%(2017)和28.6%(2018)。图2

图2 2017(a)和2018年(b)棉花氮肥利用率变化
Fig. 2 Nitrogen use efficiency of cotton in 2017 (a) and 2018 (b)

3 讨 论

合理施用氮肥能促进棉花生长，增加干物质积累。研究结果表明，氮肥分配比例为前重后轻处理棉花干物质重均显著高于前轻后重处理，尤其是促进棉花生殖器官的干物质积累。但是也有研究表明，后期氮肥比例大有利于促进生殖器官与总干物质的积累[16]。可能是因为上述研究主要针对手工采棉，而机采棉生产要求棉花早生长发育、早打顶、提前脱叶催熟。同时也有研究发现，增加前期氮肥比例、减少后期氮肥比例，可以缩短棉花生育期，促进早熟[18]。研究表明随着氮肥施用次数的增加显著增加棉花铃的干物质重，两年试验结果均表现为施肥10次处理棉花干物质重显著高于施肥8次处理。这与索岩松等[24]研究结果相似。在增加氮肥滴施次数的基础上，氮肥施用比例为前重后轻可显著促进棉花生物量的积累。

研究表明，氮肥分配比例为前重后轻处理的棉花总氮素吸收均显著高于前轻后重处理。陈宝燕等[25]研究认为，在施氮总量相同的情况下“前重后轻”施氮处理能有效协调棉花营养生长与生殖生长，促进氮素吸收。有研究表明氮素累积量随施氮量、施用次数增加呈增加趋势[26]。研究也发现，增加棉花打顶前氮肥施用比例和随水施用次数(10次)可显著促进棉花对氮素养分的吸收。

作物产量和氮肥利用率是氮肥优化管理的重要评价指标。研究发现，增加棉花打顶前的氮肥施用比例可显著增加棉花产量，提高氮肥利用率。汪玲等[27]研究认为，无论灌溉量高低，氮肥分配比例为前重后轻的处理显著增加棉花产量。王钊等[28]研究表明，前期氮肥比例适当的加大有利于棉花产量的形成。研究结果表明，施肥10次处理较施肥8次处理棉花产量平均增产17.9%(2017)和34.7%(2018)；棉花氮肥利用率平均分别提高24.0%(2017)和28.6%(2018)。也有研究认为适当地提高滴灌施肥频率可以提高棉花产量和氮肥利用率[19, 29]。

4 结 论

增加氮肥滴施次数可显著促进棉花生长和氮素养分地吸收。施肥10次处理棉花产量较施肥8次处理分别增加17.9 %和34.7%，棉花氮肥利用率分别提高了24.02和28.61个百分点。

在相同的氮肥施用次数下，氮肥分配“前重后轻”处理(F)棉花干物质重和氮素吸收量均显著高于“前轻后重”处理(B)。N8-F和N10-F处理棉花产量较相同施肥次数的N8-B和N10-B处理分别增加7.0%～11.1%和12.1%～21.5%，氮肥利用率分别提高了12.0～26.5和11.2～24.9个百分点。增加氮肥滴施次数和前期分配比例可促进滴灌机采棉生长和氮素吸收，提高棉花产量和氮肥利用率。