增效缩节胺化学封顶对不同施氮量条件下棉花群体生长特征的影响

2020-06-05王方永罗宏海韩焕勇

西北农业学报 2020年4期

田雨，王方永，罗宏海，韩焕勇

（1.石河子大学农学院／新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000；2.新疆农垦科学院棉花研究所，新疆石河子 832003）

棉花是重要的纤维作物和油料作物［1］。新疆是中国棉花的主产区，种植面积、单产和总产连续24a居全国第一［2］，其中2018年总产量达511.1万t，占全国的83.8%（数据来源于国家统计局：http：／／www.stats.gov.cn／tjsj／zxfb／201812／t20181229＿1642170.html）。但近年来，为了追求更高的产量，化肥的施用量一直居高不下甚至呈持续性增长，同时劳动力价格也在不断上涨，导致肥料的利用效率下降、植棉比效益较低，高产高投入现象极其严重［3-4］，而棉花轻简化栽培成了解决上述问题的关键。中国棉花生产要实现规模化、全程机械化和可持续化，就必须率先实现轻简化栽培。因此，探索新疆棉花轻简化栽培对中国棉花高产高效可持续规模化发展具有重要意义。

打顶是棉花栽培过程中调节生长中心和光合产物运输方向，打破原有的源库关系，以及提高产量必不可少的一项管理措施［4-5］。人工打顶技术效率低、费用高［6］，只适合传统的精耕细作，很难满足现代轻简化栽培需求，因此，探索新型打顶方式成为棉花高产栽培研究的热点和难点。增效缩节胺（DPC+）是一种新型的化学封顶剂，可对棉花幼嫩组织的表皮造成损伤［7］，强制抑制或延缓棉枝顶芽的生长，从而实现打顶的目的［8］，同时化学封顶还具有缩短上部果枝长度［9］，构建塔型的株型和优化冠层结构的功能［10］。氮肥在棉花产量形成过程中起重要作用［11］，适量施氮可以构建棉花合理的冠层结构，改善群体光合效率，缓叶片衰老，提高棉花产量和改善品质［12-15］。综上，目前有关氮肥对棉花产量、品质以及生理生化特性的影响［16-18］和化学封顶对棉花农艺性状、产量及品质的影响研究较多［10，19-20］。然而有关不同施氮条件下化学封顶剂用量对棉花群体生长特性的研究相对较少，而探索与完善施用化学封顶相关的关键栽培技术（特别是氮肥与DPC+的施用）措施对实现新疆棉花高效轻简化栽培具有重要意义。为此，本试验通过研究DPC+化学封顶技术对不同施氮量条件下棉花群体生长特征的影响，明确各群体生长特征参数间的关系，旨在为完善化学封顶技术在农业生产中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013—2014年在新疆农垦科学院试验地（44°19′N，86°03′E）进行。参试品种为‘新陆早53 号’。试验地为壤土，含有机质20.1 g·kg-1、碱解氮71.7 mg·kg-1、全氮0.95 g·kg-1、速效钾274 mg·kg-1、速效磷12.1 mg·kg-1。试验选用的化学打顶剂为增效DPC（简称DPC+，25%缓释型水乳剂），该产品由中国农业大学植物生长调节剂教育部工程研究中心和北京市农业技术推广站共同研发。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，主区为施氮量处理，副区为DPC+剂量处理。主区为150（N1，低氮）、300（N2，中氮）、450（N3，高氮）kg·hm-23个处理水平；副区设450（D1，低剂量）、750（D2，中剂量）、1 050（D3，高剂量）mL·hm-23 个处理水平，人工打顶作为对照（CK），各处理重复3次，小区面积为45.6m2。

试验采用2.5m 超宽膜、一膜六行（66cm+10cm）的机采模式，株距为10cm，种植密度为26.3×104株·hm-2，滴灌带一膜三条分别置于窄行之间；于2013—2014年4月18至20日进行播种，10月初收获。试验中N 肥来源为尿素（含纯氮46%），K 和P 来源为磷酸二氢钾，K2O 和P2O5施用量分别为51 和78kg·hm-2，6、7、8月施N 的质量比为3∶13∶4，施P、K 的质量比为5∶11∶4，所有N、P、K 均随水滴施。2013—2014年均在4月21日浇出苗水，6月25日进头水，8月20日停水，全生育期灌水8次，灌水定额为4 800m2·hm-2。DPC+喷施时间为7月4至5日，与人工打顶同期进行。其他田间管理措施同当地大田一致。

1.3 测定项目与方法

在棉花初花期、盛花期、盛铃期、盛铃后期和吐絮期，每小区选取3株具有代表性植株，带回实验室后按器官分为茎、叶和生殖器官（蕾花铃），在105 ℃下杀青30min后，80 ℃下烘干至恒量，并称质量。同时采用打孔称重法测定叶片面积，计算群体生长率（CGR，g·m-2·d-1）、净同化速率（NAR，g·m-2·d-1）、棉铃生长率（BGR，g·m-2·d-1）、叶面积载铃量（LAB，mg·cm-2）。计算公式如下［21］：

式中M2和M1分别为植株在T1和T2时刻的干质量；BM1和BM2分别为植株在T1和T2时刻的铃干质量；LA1和LA2分别为植株在T1和T2时刻的叶面积；BM 为单铃质量，LA 为叶面积；P 为土地面积。

1.4 统计分析

数据经Microsoft Office 2016 整理后采用SPSS 12.5软件进行方差分析，用Duncan’s法进行多重比较，同时用RStudio 1.2 软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮条件下化学封顶剂对群体生长率的影响

方差分析表明（表1），施氮量和DPC+剂量对棉花群体生长率的影响在各生育阶段均达到极显著水平。在盛花期，N2和N3处理的棉花群体生长率显著高于N1处理，分别高出35.86%和29.62%；在盛铃期，群体生长率随施氮量的增加而显著增加；在吐絮期，N2处理的群体生长率与N1和N3处理相比，分别显著高出23.84%和12.47%。在N1条件下，D1处理在盛花期和盛铃后期显著高于相同条件下其他处理，与CK 相比，分别显著高出35.57%和15.04%，在吐絮期，D1和D2处理显著高于CK 处理，增幅达21.59%和22.28%；在N2条件下，D2处理的群体生长率在盛花期、盛铃期和吐絮期均显著高于D1和D3处理，增幅达4.94%～27.72%，与CK 处理相比，在盛花期和吐絮期增加5.20%和7.69%，达到显著水平。在N3条件下，D3处理在盛花期和吐絮期显著高于D1和D2处理，在盛铃期和盛铃后期，各DPC+剂量处理间差异不显著，与CK 相比，增幅达7.00%。同时，互作分析表明，施氮量和DPC+剂量对棉花群体生长率在盛花期、盛铃后期和吐絮期具有极显著的互作效应。

表1 不同处理下主要生育时期的群体生长率Table 1 Crop growth rate at main growth stage under different treatments g·m-2·d-1

2.2 不同施氮条件下化学封顶剂对净同化速率的影响

方差分析表明（表2），施氮量和DPC+剂量对棉花净同化速率的影响在各生育阶段均达到显著水平。在盛铃期，N3处理的净同化速率显著高于N1和N2处理。但是在盛花期、盛铃后期和吐絮期，N2处理高于N1和N3处理，增幅达5.62%～15.34%，均达到显著水平。在N1条件下，D1处理的净同化速率在盛花期显著高于其他处理，在盛铃期、盛铃后期和吐絮期，不同DPC+剂量处理间差异不显著，但与CK 相比，在盛花期、盛铃后期和吐絮期增幅达12.93%～28.57%；在N2条件下，D2处理的净同化速率在吐絮期显著高于D1和D3处理，增幅为15.48%和22.40%，与CK相比，增幅达8.63%，达到显著水平，在盛花期（D3处理除外）、盛铃期和盛铃后期，各处理间差异不显著；在N3条件下，净同化速率在盛花期、盛铃期和盛铃后期随DPC+剂量的增加呈升高趋势，在盛花期和吐絮期，D3处理的净同化速率显著高于D2和D1处理。同时，互作分析表明，施氮量和DPC+剂量对棉花净同化速率在盛花期、盛铃后期和吐絮期具有极显著的互作效应。

表2 不同处理下主要生育时期的净同化速率Table 2 Net assimilation rate at main growth stage under different treatments g·m-2·d-1

2.3 不同施氮条件下化学封顶剂对棉铃生长率的影响

方差分析表明（表3），施氮量和DPC+剂量对棉花棉铃生长率的影响在各生育阶段均达到极显著水平。N2处理的棉铃生长率在各生育阶段均高于N1和N3处理，增幅分别为6.49%～49.66%和8.19%～18.74%，均达到显著水平。在N1条件下，D1处理在盛花期和盛铃后期显著高于其他DPC+剂量处理；在N2条件下，D2处理的棉铃生长率在各生育阶段均显著高于其他DPC+剂量处理，与CK 处理相比，在盛铃期和盛铃后期差异不显著，但是在吐絮期显著高于CK处理，增幅达16.21%；在N3条件下，各生育阶段的棉铃生长率均随DPC+剂量的增加呈升高趋势，同时D3处理的棉铃生长率在各生育阶段均显著高于其他处理，与CK 处理相比，在盛花期、盛铃期、盛铃后期和吐絮期分别显著增加7.54%、9.17%、10.60%和15.21%。表明N2D2处理在盛花期、盛铃期和盛铃后期能够使库器官保持稳健生长，在吐絮期能够迅速、高效地将光合产物向库器官中运输。同时，互作分析表明，施氮量和DPC+剂量对棉铃生长率在各生育阶段均具有极显著的互作效应。

表3 不同处理下主要生育时期的棉铃生长率Table 3 Boll growth rate at main growth stage under different treatments g·m-2·d-1

2.4 不同施氮条件下化学封顶剂对叶面积载铃量的影响

方差分析表明（表4），施氮量和DPC+剂量对叶面积载铃量的影响在各生育阶段均达到极显著水平。N2处理的叶面积载铃量在各生育阶段均高于N1和N3处理，增幅分别达9.95%～15.49%和8.80%～11.18%。在N1条件下，叶面积载铃量随DPC+剂量的增加呈降低趋势，在盛花期D1处理显著高于其他处理，其他生育阶段各处理间差异不显著；在N2条件下，D2处理的叶面积载铃量在盛铃期、盛铃后期和吐絮期显著高于D1和D3处理，分别高出10.34%～17.70%和8.79%～11.32%，但与CK 差异不显著；在N3条件下，叶面积载铃量在各生育阶段均随着DPC+剂量的增加呈上升趋势，D3处理在盛花期、盛铃期、盛铃后期和吐絮期均显著高于其他处理，且与CK 处理相比，增幅为12.81%、11.94%、10.70%和16.16%，均达到显著水平。表明在高氮条件下，高剂量的DPC+可以增加叶面积载铃量。同时，互作分析表明，施氮量和DPC+剂量对叶面积载铃量在盛花期、盛铃期、盛铃后期和吐絮期均具有极显著的互作效应。

表4 不同处理下主要生育时期的叶面积载铃量Table 4 Boll load of unit leaf area at main growth stage under different treatments mg·cm-2

2.5 不同生育阶段各群体生长特征参数之间的相关性

对不同生育阶段各群体生长特征参数之间的相关性进行分析可得（表5），在盛花期，BGR 与CGR、NAR 和LAB 之间均呈极显著正相关，相关系数达到0.71～0.93；在盛铃期，BGR 和LAB之间呈极显著正相关，相关系数达0.91；在盛铃后期，BGR 与LAB 和NAR 呈显著正相关，在吐絮期，各群体生长参数间均呈极显著正相关，相关系数达0.78～0.89。在不同生育时期，吐絮期的BGR 与盛花期的CGR、盛铃后期的BGR、吐絮期的CGR 和LAB呈极显著正相关（P＜0.001）；与盛花期的BGR、盛铃后期的CGR 和LAB、吐絮期的NAR 呈极显著正相关（P＜0.01）；与盛花期的NAR 和LAB、盛铃期的BGR 和NAR、盛铃后期NAR 呈显著正相关（P＜0.05）。表明较大的群体生长率、净同化速率和叶面积载铃量有利于促进棉花“库”器官的建成。

表5 主要生育时期各群体生长特征参数之间的相关性Table 5 Correlation coefficients among colony growth parameters at main growth stages

3 讨论

作物生产是一个种群的过程［22］，群体生长特征将影响棉花的最终产量［23］，群体生长特征参数是评价棉花高产高效群体的重要指标。前人分别以施氮量和化学封顶剂为基础对棉花群体特征和生理生化开展了一系列研究与评价［4，13，24-26］。但目前有关化学封顶剂与施氮量交互作用的研究较少。本研究中，施氮量和DPC+剂量互作表现为N2D2处理的CGR、LAB、BGR 和NAR 均较高，前期研究表明，N2D2处理下棉花产量最高［27］。因此，氮肥与DPC+化学封顶合理配合施用有利于保持较快的群体生长速率、增强群体物质生产能力、保证了较多的干物质持续向棉铃的供应，进而实现了棉花高产高效生产。

干物质积累是产量形成的基础［28］，群体生长率反应了棉花总生物量的生长情况［29］；改善光合性能是棉花提高其产量的生理基础［30］，而净同化速率从群体光合产物积累的角度体现了棉花“源”的光合性能；“源—库”协调是棉花进行高产高效生产的关键，而叶面积载铃量体现了“源—库”关系的协调性；棉铃的生长情况直接影响到最终产量［31］，棉铃生长率反映了棉花“库”器官的建成。本研究发现，在低施氮量条件下，低剂量DPC+处理在各生育阶段均获得较高的群体生长率、棉铃生长率和叶面积载铃量。在中施氮量条件下，中剂量DPC+处理的群体生长率、净同化速率、棉铃生长率和叶面积载铃量均较高；在高施氮量条件下，盛花期、盛铃后期和吐絮期的群体生长率以及各生育时期的净同化速率、棉铃生长率和叶面积载铃量随DPC+剂量的增加而呈增加趋势。在不同施氮处理中，中氮处理的群体生长率（盛铃期除外）、净同化速率（盛铃期除外）、棉铃生长率和叶面积载铃量在各生育阶段均具有显著的优势。表明在氮肥胁迫条件下，肥控可以适当代替化控，利用棉花自身的调节能力可以获得该条件下较高的各群体生长参数；在高施氮量条件下，由于氮肥对棉花生长的促进作用选大于DPC+化学封顶剂的抑制效果，导致在生育前期棉花群体生长过旺，冠层过于郁闭，冠层内部光资源不足，使生育后期的群体生长和光合产物运输较为缓慢。而在中施氮量条件下，中剂量DPC+处理既能避免棉花在生育前期旺长，又能保证在生育后期保持较高的群体生长速率和光合同化物向“库”器官的运输速率，为实现棉花获得高产奠定了物质基础。棉花具有营养生长和生殖生长并进时间较长的特性，氮肥促进棉花生长，化学封顶剂则抑制棉花群体的生长，因此要通过协调营养生长和生殖生长来塑造高光效的群体结构和高质量的“源—库”系统，则必须要协调好施氮量和化学封顶剂用量之间的关系。

施氮量和化学封顶处理互作分析表明，群体生长率、净同化速率、棉铃生长率和叶面积载铃量均以中施氮量条件下中剂量DPC+处理较高，结合前期研究结果，中施氮量条件下中剂量DPC+处理的籽棉和皮棉产量均显著高于其他处理［27］。表明中施氮量条件下中剂量DPC+处理有利于保持较高的群体生长速率、促进“库”器官的建成、提高群体物质的生产能力，持续高效的将光合同化物运输到产品器官，进而获得高产。相关分析表明，吐絮期的棉铃生长率与盛花期的群体生长率呈极显著正相关（P＜0.001），表明生育前期的群体生长是后期棉铃生长的基础。在盛花期、盛铃后期和吐絮期，棉铃生长率与其他各群体生长参数之间均表现出显著的相关性，同时前期研究发现，施氮量和化学封顶剂施用量对棉花单铃重没有显著影响，在施氮量中剂量DPC+处理的总铃数显著高于其他处理［27］，表明较大的群体生长率、净同化速率和叶面积载铃量有利于棉花“库”器官的发育和生长，通过增加铃数提高棉铃生长率，最终实现增产。