水氮运筹对棉花干物质积累和产量的影响

卢锐 杜梦旗 张哲 罗新宁

(塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300)

引言

棉花是我国的主要经济作物,在国民经济中占有重要的地位。以往的许多研究结果都表明,影响棉花产量的诸多因素中,水和肥适时适宜的施用起着十分关键的作用[1]。农业生产高效用水对于干旱区农业生产尤为重要，2019年，新疆农业用水量达到511.75亿m3，占全疆经济社会用水总量的92.3%[2]，水肥是作物产量的2大限制因子，水氮资源的不合理使用会造成土壤硝态氮向下淋移，产生淋溶风险[3]，若在作物生产中对水肥资源利用不够合理，不仅浪费水资源，而且严重威胁环境[4]。因此，对水肥施用技术的研究日益受到重视。有关棉花水肥与其产量关系的研究已有不少报道，多集中在水肥单因子效应方面，对水肥单因子的产量效应关系研究较为清楚[5]，然而作物生长发育和产量的形成是水肥多因子交互作用的结果，其关系要比单因子作用复杂得多，为了探讨水肥多因子的产量效应和增产机理，越来越多的研究工作得以开展[6]。本文采用大田试验，设置灌溉和施氮2因子，分析南疆雨水较少地区膜下滴灌条件下，不同水肥对棉花产量的影响，对了解棉花水肥耦合增产效应机理有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验概况

该试验于2020年4—10月，在新疆阿拉尔市塔里木大学东区试验基地进行。地处塔克拉玛干沙漠的边缘，属温暖带大陆性干旱气候，降水量稀少，蒸发量大，光热资源丰富，总日照数3000h，无霜期平均210d，全年平均气温在11℃左右，年平均降水量60mm左右，年最大蒸发量2800mm左右。

1.2 田间试验设计与管理

田间试验采用随机区组设计，设灌溉模式和氮肥2因素，2因素(施氮策略、灌溉策略)3梯度(1、2、3梯度)组合共9个处理，设计见表1，重复3次，共27个小区，小区面积为42m2。

在当地农户高产灌水施氮的策略基础上，以30%作为基肥施用，棉花生育期内将70%作为追氮策略设计3个梯度，各处理总施氮量均为330kg·hm-2，各处理有机肥、磷、钾以及中微量元素施用量和使用方法相同，施P2O5量为210kg·hm-2，施K2O量为150kg·hm-2，氮肥基肥磷钾肥一起翻地时施入，N采取随水滴施方法，用施肥罐定量施入。氮肥用尿素，磷肥用过磷酸钙，钾肥用硫酸钾，用施肥罐控制施肥量。W定额为4200m3·hm-2，W制度为：正常年份滴灌灌水频率7d，从6月中旬蕾期开始，每隔7d灌1次，用水表控制W量。

供试品种为“新陆中38号”，采用膜下滴灌1膜6行的种植模式，行距配置为66cm加10cm，株距为9.5cm。各处理全生育期共滴水12次，施氮6次。

表1 试验处理及施肥灌溉方案

1.3 采样和分析

植株样品的采集与干物质测定，从6月中旬蕾期开始，每隔7d灌1次，每次灌水后3d随机选取3株棉花进行整株取样，获取样品的地上部分全部采集后按茎叶铃根不同器官分开。在105℃下杀青30min，然后70℃条件下烘干至恒重，称量，记录干物质量。在棉花收获期对产量进行测产，测产面积(长×宽=7m×1.52m)为10.64m2。各小区分别采集吐絮棉花上层15朵、中层20朵和下层15朵，测棉铃单重。产量计算公式：

籽棉产量(kg·667m-2)=收获密度(株·667m-2)×平均单株成铃数(个/株)×单铃重(g)/1000×测产校正系数(90%)

各参数根据下列公式计算：

植株总干物质积累量(kg·hm-2)=成熟期单株平均干质量×小区植株密度

干物质分配率(%)=植株器官阶段积量/植株阶段总累积量×100

试验数据采用Excel 2010进行数据整理、作图，用DPS软件中通用线性模型单因素变量法进行方差分析,多重比较用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同水氮运筹处理对棉花各器官干物质积累量和积累率的影响

由图1可知，在棉花生育期内，干物质的积累随着棉花的生长而增加。平均棉花单株干物质积累量最多的是处理W1N2小区为60.65g,最少的是处理W2N1小区为48.02g。在棉花蕾期6月15日—7月5日这段时间内，处理W2N3、W3N3、W3N2的植株日干物质量积累率明显高于处理W2N1、W1N1、W1N3。处理W2N3的植株日干物质量积累量最多，为0.81g·d-1；处理W2N1的日干物质量积累量最少，为0.33g·d-1。

图1 不同水氮运筹处理对棉花各器官干物质积累量

在棉花花铃期7月5—25日期间，处理W1N3、W1N1、W2N2的植株日干物质量积累率明显高于处理W3N3、W3N2、W2N3，处理W1N3的日干物质量积累量最多为0.59g·d-1，处理W3N3的日干物质量积累量最少为0.12g·d-1。在剩余的棉花生育期内，各处理间的日干物质量积累量均在原有基础上有不同程度的增大。

不同水氮处理滴灌棉花的干物质积累规律是一致的,即在各生育阶段干物质积累呈现出苗期缓慢,蕾期逐渐加快,开花到结铃盛期是干物质积累的高峰期,此后又逐渐平稳[4]。干物质积累的最快时期出现在7月15—25日，棉花盛花结铃期，干物质积累的关键时期在初花至盛铃期。研究结果表明,提高盛铃期蕾铃干物重是高产的关键,盛蕾至盛花期的营养器官和盛花至盛铃期各器官N素积累与盛铃期棉花蕾铃干物重呈显著正相关[5]。棉花适量水氮运筹表现出生育后期植株干物质积累量大,为棉花高产优质奠定基础。

2.2 不同水氮运筹处理对棉花成熟期各器官干物质积累及分配率的影响

据表2可知，不同水氮运筹处理下各器官干物质积累量的大小顺序为铃>茎>叶>根。分别占到植株干物质总量的50.08%～59.37%、20.77%～27.36%、9.14%～16.22%、9.17%～10.44%。不同的水氮运筹处理下棉铃干物质积累量均占植株干物质总积累量的50%以上，说明棉铃是棉花干物质重的重要组成部分。处理W3N1的棉花茎的干物质量分配率为27.36%，明显高于其它处理，但铃的干物质量分配率却处在最低水平50.08%，表明该处理的水氮运筹策略造成棉花植株贪青旺长，大量有机物储存在茎秆中，不利于有机物向铃中转移，势必影响整株棉花营养生长向生殖生长的转化，从而影响整株棉花干物质重的积累，所以整体的棉花干物质积累量处在最低水平。处理W3N3的棉花在各项营养器官干物质重的分配比率比较均衡，根、茎、叶占比分别为8.63%、22.42%、14.53%、54.42%，相比于其它处理各项指标没有明显优势，却在总干物质量积累量上占优。说明合理的水氮运筹能优化棉花植株生长的养分分配，为植株的优质高产奠定基础。

表2 不同水氮运筹处理下棉花成熟期各器官干物质积累及分配率

2.3 棉花产量构成因素及产量方差分析结果

表3 不同水氮运筹处理下棉花平均单株铃数及单铃重

由表3可知，不同水氮运筹处理下棉花平均单株铃数最多的是处理W1N1，为4.80个，平均单株铃数最少的是处理W2N2，为4.32个。不同水氮运筹处理下棉花平均单铃重最重的是处理W2N2，为5.93g/个，平均单铃重最轻的是处理W3N1，为5.19g/个。

不同水氮运筹处理下棉花平均产量最高的是处理W3N3，为6171.30kg·hm-2。平均产量最低的是处理W3N1，为5084.36kg·hm-2。

在总W量施肥量一定的基础上,由表4可知，F=3.5750,P=0.0375。在5%水平下，处理W3N3与W1N2、W1N1、W2N2、W1N3、W2N1之间不存在差异，与W2N3存在差异。处理W2N3与W2N1、W1N3、W3N2不存在差异,与W3N1存在差异。W3N1与W3N2、W2N3、W2N1、W1N3不存在差异。在1%水平下，W3N3与W1N2、W2N2、W2N2、W1N3、W2N1、W2N3、W3N2之间不存在差异，与W3N1存在极显著差异。W3N1与W3N2、W2N3、W2N1、W1N3、W2N2、W1N1不存在差异。

表4 不同水氮运筹处理下棉花产量LSD法多重比较

即，处理W3N3、W1N2水氮运筹下棉花产量分别达到6171.30kg·hm-2、6126.35kg·hm-2最高水平，说明W3N3、W1N2处理的水氮配施对提高棉花产量有着显著的影响。

3 讨论

前人研究表明，不同的追施氮量对棉花的干物质积累以及籽棉产量有着显著的影响[7]，棉花的干物质是形成产量的基础，而氮素吸收是干物质积累的前提[8]。尔晨等[9]在研究中发现，适当提高W量和施肥量能在促进棉花生长的同时促进干物质积累总量，但是过高的水氮施入容易造成花铃期的蕾铃发育，不利于棉株生长。

在试验中，通过适宜的水肥配比能够较好地增加棉花产量，但是试验中难免会受到品种、土壤肥力、质地等因素影响[10,11]，对棉花的稳产有着不确定性，仍需在后期进一步开展相关的研究。

在实际生产中，适宜的水肥配比有利于棉花的高产，但应考虑到不同W水平、土壤肥力与质地对水肥配比产生的影响，应根据实际条件合理调整水肥配比以促进棉花高产。

4 结论

在W3灌水量、N3施氮量以及W1灌水量、N2施氮量条件下，通过对棉花生育期的水氮配施策略调整，棉花产量分别达到6171.30kg·hm-2、6126.35kg·hm-2最高水平，说明W3N3、W1N2处理的水氮配施对提高棉花产量有着显著的影响。通过对棉花生育期植株干物质量的分析得出,在W3灌水量、N3施氮量以及W1灌水量、N2施氮量条件下，能较好地促进棉花干物质量的积累，对棉花的单铃重、单铃数有着较好的促进作用。