盐碱旱地减氮增施叶肥对棉花光合特征产量和品质的影响

平文超，石学萍，蒋建勋，赵光辉，刘贞贞，曹平平，薛 文，张永江，王长安，王安录，张忠波

(1.沧州市农林科学院/河北省农作物耐盐碱评价与遗传改良重点实验室，河北沧州 061001；2. 国家半干旱农业工程技术研究中心，河北石家庄 050011；3. 沧州职业技术学院，河北沧州 061001；4. 河北农业大学农学院/河北省作物生长调控重点实验室，河北保定 071000；5. 孟村回族自治县农业技术推广站，河北沧州 064000)

0 引 言

【研究意义】河北省东南部盐碱旱地资源丰富，适宜耐盐先锋作物棉花的规模化种植[1]。该地区四季分明、光照充足，夏季雨热同期，秋高气爽，无霜期长，具有生产优质棉的生态条件[2]。但春季干旱少雨，土壤耕层盐分对棉花前期生长的养分利用有不同程度的影响，抑制氮素吸收，棉株发育迟缓；棉农通常采用增加基肥用量来保证棉花的前期正常生长，氮肥大量使用会增加氨的挥发，降低氮肥利用率，造成投入成本增加及土壤环境污染[3]。研究提高氮肥利用效率和施肥效益途径和盐碱旱地棉花高效氮肥方法，保障棉花规模化种植稳产增收，对河北省东南部盐碱旱作区经济发展和环境改善有重要意义。【前人研究进展】就滨海盐渍土壤中氮肥施用对棉花生长发育的影响进行了研究，主要集中在不同的施肥模式、施氮量和氮肥类型对棉花特征特性及产量的影响[4-11]。与常规基施+追施化肥施肥模式相比，氮肥减施20%+有机肥、75%氮肥+沼肥或氮肥+5%改良剂，均可提高氮素利用效率。随施氮量的增加，棉花产量和氮肥利用率均呈先升高后降低的趋势，施氮量在301～374 kg/hm2，皮棉产量和氮素表观利用率出现峰值，但氮肥农学利用率和氮素生产效率则呈降低趋势。控释氮肥能有效延缓作物生长后期的衰老，保证作物的氮素需求，还可以有效地减少土壤中N2O的排放，保证较高的产量，适宜在盐碱地使用。【本研究切入点】有关河北滨海盐碱旱作区氮肥用量对棉花生长发育及产量影响的研究鲜有报道。研究河北滨海盐碱旱地条件下，减施氮肥增施叶面肥对棉花产量和纤维品质的影响。【拟解决的关键问题】在磷钾肥施用量一致的基础上，研究机采棉田一次性基施不同氮量水平、减氮处理增施叶面肥4次的施肥模式，对棉花植株农艺性状、光合特性、产量和纤维品质指标的影响，研究滨海盐碱旱地减施氮肥对棉花生长发育的制约效应，分析减施氮肥增施叶面肥的补偿效应，为滨海盐碱旱地改良和规模化种植机采棉田减肥策略提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

田间试验于2019年在河北省沧州市东光县西小崔村(N37°54′28.94″，E116°37′42.50″)盐碱旱地进行。该地位于河北省东南部，地处黑龙港流域下游，属暖温带半湿润大陆季风性气候，四季分明，雨热同期，年均日照时数2 169 h，年平均气温12.4℃，全年无霜期200～220 d，年平均降雨日66.3 d，主要集中在7、8月，平均年降雨量542 mm，土壤类型为盐化潮土。试验田为连续植棉多年的一熟棉田，试验田耕层土壤含盐量0.37%～0.45%，含有机质11.2 g/kg，速效氮79.5 mg/kg，速效磷15.1 mg/kg，速效钾113.3 mg/kg。供试棉花品种为沧州市农林科学院自育品种沧棉666。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验以施氮量0 kg/hm2为对照(CK)，设置6个不同施氮水平，分别为60(N1)、90(N2)、120(N3)、150(N4)、180(N5)和225 kg/hm2(N6)纯氮，其中N5为当地农户常规施氮量。磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)施用量分别为112.5和112.5 kg/hm2。采用随机区组排列，重复3次，共21个小区。采用机采一膜双沟种植模式，行宽10 cm+66 cm，1膜4行，小区长15 m，面积22.8 m2，设计密度7.5×104株/hm2。氮磷钾肥料一次性基施，N1、N2、N3和N4处理于6月15日～7月22日，结合棉蚜、绿盲蝽防治和化控喷施复合型叶面肥(含多种微量元素及氨基酸、腐殖酸等有机营养成分)，施用浓度300倍液，共计施用4次。其他栽培措施按照大田管理要求进行。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 主茎叶片SPAD值

距离最后1次叶面喷肥后3 d(花铃期)，晴天09:00～11:00，使用日本产SPAD-502型叶绿素仪测定主茎倒四叶片的SPAD值，每张叶片上测定5个点(棉花掌状裂叶的每个裂片中部取1个点)，取平均数作为该叶片的SPAD值；每小区选择长势均匀植株，连续测定10株，取平均值作为该小区该叶位的SPAD值[12]。

1.2.2.2 主茎叶片光合特征

SPAD值测定后，用LI-6400便携式光合仪(美国LI-COR公司生产)测定主茎倒4叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。设置内置光强为1 200 μmol/(s·m2)。每小区重复测定5株。

1.2.2.3 植株形态

9月10日，每重复连续选取10株，调查株高、第一果枝高度、果枝数、单株成铃数。

1.2.2.4 产量及其性状

收获期，小区全部收获进行产量测定。选择长势均匀植株，连续收获5株，记录铃数，测定单铃重及衣分。

1.2.2.5 纤维品质

将棉纤维样品，送至农业部农产品质量监督检验测试中心(安阳)进行各指标的品质测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2010进行数据处理与分析，采用SPSS20.0软件进行方差分析，采用Origin8.0进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同水平施氮处理棉花叶片光合参数

研究表明，花铃期不同处理间棉花主茎叶的Pn变化趋势明显，Pn随施氮量的增加而升高，以N6处理25.25 μmol/(m2·s)最高；不施氮肥处理影响了主茎叶的Pn，为其它处理的83.6%～92.3%，显著低于N4、N5和N6，但与N1、N2和N3差异不显著；以当地氮肥常用量N5来看，减施氮肥增施叶面肥降低了花铃期棉花主茎叶的Pn，N4～N1下降了1.4%～7.7%，但没有达到显著性差异。花铃期减氮处理棉花主茎叶Ci随施氮量的增加而降低，以当地氮肥用量N5来看，氮肥用量减少增施叶面肥主茎叶Ci升高1.5%～9.7%，至N2时主茎叶Ci达到显著水平。花铃期不同处理间棉花主茎叶的Tr变化趋势与Pn相近，随施氮量的增加而升高；以当地氮肥常用量N5来看，减施氮肥增施叶面肥降低了花铃期棉花主茎叶的Tr，N4～N1下降了0.6%～6.9%，但没有达到显著性差异，不同处理对花铃期棉花主茎叶的Gs没有显著性影响。图1

注：A：净光合速率；B：气孔导度；C：胞间CO2浓度；D：蒸腾速率。不同小写字母表示不同氮处理间在5%水平差异显著，下同Note：A: Pn. B: Gs. C: Ci. D: Tr. Different letters mean significant differences at the 5%level between the N treatments in the figure. The same as below

2.2 不同水平施氮处理棉花主茎叶SPAD值

研究表明，花铃期棉花主茎叶SPAD值随氮肥施用量的减少而降低。与N6相比，N5～N1下降了1.4%～3.8%，CK最低，但CK与N1～N5差异均不显著；N6与CK、N1、N2差异显著，与N3、N4、N5差异未达到显著水平，氮肥减施至N3效果较好；比较当地氮肥常用量N5，减施氮肥配合增施叶面肥对花铃期棉花主茎叶的SPAD值影响不显著。图2

图2 花铃期不同处理下棉花主茎叶的SPAD值Fig. 2 SPAD value of cotton stem leaves of different treatments in flowering and boll-setting period

2.3 不同处理对棉花株高、产量及其构成影响

研究表明，减施氮肥后，盐碱旱地棉花的株高、籽棉产量及产量构成要素均有不同程度的下降。不同处理间棉花株高、第一果枝高(脚高)均随氮素施用量的增加先升高后下降，以N5处理株高最高，CK处理株高显著低于其它处理，减施氮肥增施叶面肥处理对株高和第一果枝高没有显著影响。减施氮肥对盐碱旱地棉花的籽棉产量、单株铃数、单铃重和衣分均有不同程度的负面影响。氮肥施用量越大，籽棉产量越高，施氮处理N1～N6的籽棉产量分别是CK处理的1.2～1.4倍，差异显著；比较当地氮肥常用量N5来看，减施氮肥增施叶面肥降低了各处理的籽棉产量，N4～N1下降了2.8%～14.0%，N5与N1差异性显著。单株成铃数N6与对照CK差异显著，处理CK、N1、N2和N3单铃重显著低于N5处理，处理CK和N1衣分显著低于N5处理，各处理对果枝数没有显著影响。表1

表1 不同处理下棉花的株高、产量及其构成Table 1 Cotton plant height, yield and yield composition of different treatments

2.4 不同水平施氮处理对棉花纤维品质的影响

研究表明，不同施氮量对盐碱旱地棉花纤维品质的马克隆值、断裂比强度和纤维整齐度有显著影响。不同氮肥用量处理的棉花纤维马克隆值随氮素增加而降低的趋势，N5、N6处理马克隆值显著低于N1，减施氮肥增施叶面肥处理N2～N4纤维马克隆值与N5处理没有显著差异。不同氮肥用量处理的纤维断裂比强度和整齐度随氮肥的增加先升高再降低，纤维断裂比强度和整齐度最大值出现在N4处理，N4处理的纤维断裂比强度和整齐度显著高于CK处理，N1～N6处理之间的纤维断裂比强度和整齐度差异不显著。不同施氮量对盐碱旱地棉花纤维长度和伸长率影响不显著。表2

表2 不同处理下棉花的纤维品质性状Table 2 Cotton fiber quality traits of different treatments

3 讨 论

SPAD值可以间接反映棉花叶片叶绿素的含量及含氮量[13]。花铃期主茎倒4叶对土壤氮素的供应状况敏感，其SPAD值与棉花叶片含氮率及植株含氮率的相关性较好[14]，试验结果表明，花铃期棉花主茎叶SPAD值随氮肥施用量的减少而降低，增施叶面肥后各减氮处理主茎叶SPAD值差异不显著，这可能与叶面肥的补偿作用有关。棉花群体和叶片的光合效率与产量呈现正相关联系[15]。通常情况下，气孔导度增大、蒸腾速率升高，有利于增加气体交换，改善叶片光合速率，二者相关性极强[16]。研究结果显示，减施氮肥后，主茎叶片Pn和Tr逐渐降低、Ci逐渐增加，对叶片Gs的影响没有达到显著水平，可能是低氮处理叶片光合速率较低导致胞间CO2浓度增大；光合速率降低，影响生物量的积累，导致经济产量下降，这与前人[17，18]研究结论较为一致。

氮素作为作物生长发育必需的大量元素之一，适量施氮能够提高作物光合效率，促进生物量增长，进而增加产量改善品质[19]。随着劳动力价格的不断攀升，棉花生产向规模化种植、精准化管理、机械化采收发展已经成为必然选择。棉花规模化种植中，在保障一定规模产量的前提下，减少氮肥投入是节本增收、保护环境的重要措施。以当地常规施氮量为参考，研究盐碱旱地氮肥不同程度减施水平的棉花产量，对照CK处理(无氮肥+无叶面肥)籽棉产量及部分产量构成显著低于施氮肥处理，符合前人研究规律[20,21]；减施氮肥喷施叶面肥不同程度地降低各处理的籽棉产量，N4～N1比N5(纯N 180 kg/hm2)处理籽棉产量下降了2.8%～14.0%，与王士红[22]、杨长琴等[23]的研究结论一致，即减施氮肥后籽棉产量下降，但在0～225 kg/hm2氮肥用量范围内，试验减施氮肥带来的减产幅度更小，说明氮肥减施后喷施叶面肥，可能对棉花籽棉产量有一定的补偿作用，减氮+叶面肥施肥模式有利于产量形成，减少氮肥投入。同为盐碱土条件下施氮量对棉花产量的影响研究，相同氮肥用量处理的籽棉产量与邹芳刚等[24]研究的研究结果差异较大，除去增施叶面肥的影响，还可能是由于研究环境、研究方法及产量水平的差异所导致的。

由于开展试验的生态区域、棉花品种、氮肥种类和施肥模式等条件的不同，有关氮素对棉花纤维品质影响的大量研究结论存在差异。邓忠等[25]在新疆滴灌条件下研究发现，随着施氮量的增加棉纤维品质各指标均呈先增加后下降的趋势，纤维品质各指标在施氮量300 kg/hm2时均达到了最高值，施氮量增加至375 kg/hm2时出现不同程度的下降。试验分析发现，随着氮肥用量的增加，纤维断裂比强度和整齐度先升高再降低，马克隆值逐渐降低，对纤维长度没有显著影响，这与刘敬然等[26]的研究结论相一致。研究只对减肥处理配合增施了叶面肥，以施氮量0 kg/hm2处理为对照，研究了不同处理对棉花光合特征、产量和品质的影响，而对于减肥不增施叶面肥未作处理试验，有待于继续开展试验以明确叶面肥的定量补偿作用；同时，鉴于研究试验年限较短，研究结果还需多年田间试验进一步验证。

4 结 论

4.1 盐碱旱地条件下，施氮60～150 kg/hm2处理增施叶面肥后，棉花主茎叶SPAD值、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度与180 kg/hm2施氮水平无显著差异。

4.2 盐碱旱地条件下，施氮量90～150 kg/hm2增施叶面肥处理与180 kg/hm2处理间的籽棉产量无显著差异；纤维断裂比强度和整齐度随氮肥用量的减少先升高再降低，马克隆值逐渐升高，对纤维长度和伸长率没有显著影响。

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