不同施氮量对滴灌棉田氮素利用率的影响

杜梦旗卢锐张哲李鹏辉金秀勤罗新宁

(1.塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300；2.新疆农业大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830001)

新疆作为我国三大棉花产地之一，是我国最大的棉花产区，2020年新疆棉花产量已经占到全国棉花产量的87%[1]。在棉花生产过程中过量和不合理的肥料施用会导致土壤养分失衡并且提高氮素淋溶的风险[2]，因此在保证棉花高产优质的前提下，如何在生育期适时适量施用氮肥来提高氮素利用效率、减少氮素损失[3-6]、降低氮肥对土壤硝态氮积累的负面效应[7]显得尤为重要。氮素在棉花生产过程中扮演着重要的角色，因栽培品种、气候条件及土壤肥力不同，不同棉区棉花的适宜施氮量差异较大[8]。本试验在磷钾肥施用量一致的基础上，研究不同施氮量对棉花产量、养分吸收量及氮肥利用率的影响，分析适宜的氮肥用量，为棉花生产的氮肥减施及制定高产高效的养分管理策略提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

该试验于2020年在塔里木大学农学试验站(N40°33′,E81°18′)进行，是典型极端干旱荒漠区，光照资源较为丰富，常年平均日照达到3031.2h，日平均气温10.7℃，年均降水量45.7mm，年均蒸发量2864.8mm。试验地田间持水量23.80%，有机质含量14.55g·kg-1、碱解氮100.17mg·kg-1、速效磷223.82mg·kg-1、速效钾22.6mg·kg-1，pH值7.93。

1.2 试验材料

本试验供试棉花品种为“新陆中38”。采用1膜6行、(66+10+66+10)cm的机采棉种植模式，株距10cm。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机排列设计，试验涉及6个不同施氮水平，N1(不施氮肥)、N2(238kg·hm-2)、N3(317kg·hm-2)、N4(395kg·hm-2)、N5(476kg·hm-2)、N6(634kg·hm-2)。各处理3次重复，小区面积为33.33m2。以当地高产习惯施肥量设为100%推荐施肥量即纯N 417kg·hm-2，各处理P、K肥均作为基肥施入，生育期内不再追施，其中P、K肥施入量为P2O5186kg·hm-2，K2O 65kg·hm-2，将各处理生育期内总施氮量的40%作为基肥施入，60%作为追肥在生育期内进行追施，P肥和K肥混匀后于播前撒施翻入土壤。各处理生育期总灌水量均为4800m3·hm-2，根据水表控制灌溉量，肥料随水滴施，见表2。从6月中旬蕾期开始灌溉，其它管理技术与当地相同。

表1 灌水制度设计

1.4 试验方法

1.4.1 棉株取样方法及含氮量的测定

在棉花不同生育时期各小区分别选取3株有代表性的棉株，按不同器官分别装入牛皮纸袋放入分烘箱内，在105℃杀青30min，75℃烘干至恒重，冷却至室温后称重并粉碎样品，用凯氏定氮法测定植株全N含量，计算单株棉花氮素累积量。

1.4.2 棉花产量的测定

在棉花吐絮期各小区分3次取棉株上、中、下部位各50朵，测定单铃重，调查小区总铃数、总株数，计算单株铃数和公顷收获株数。

公顷籽棉产量=公顷收获株数×单株铃数×单铃重×0.85[6]

1.5 氮素养分吸收积累量的计算公式

棉花生育期氮素累积量=营养器官干重×氮含量+生殖器官干重×氮含量[6]

1.6 氮肥利用率的计算公式

氮肥表观利用率(NRE，%)=(施氮区作物吸氮量-不施氮区作物吸氮量)/施氮量×100[9]

氮肥农学效率[a NUE，kg/(kgN)]=(施氮区籽棉产量-无氮区籽棉产量)/施氮量[9]

氮素生理利用率[p NUE，kg/(kgN)]=(施氮区籽棉产量-无氮区籽棉产量)/(施氮区氮素累积量-不施氮区氮素累积量)[10]

氮素内部利用率[i NUE,kg/(kgN)]=皮棉产量/氮素累积量[11]

1.7 数据分析方法

试验数据采用Excel整理，用SPASS 19.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮水平下棉花皮棉产量

如表2所示，棉花皮棉产量随着施氮量的增加，呈先增加后减小趋势。其中，N2、N3皮棉产量差异未达到显著水平，但显著高于N1、N5、N6处理，y与x呈显著的二次曲线变化关系y=-0.0075x2+5.4174x+1964.1，R2= 0.9663(y为棉花皮棉产量；x为施氮量)，对效应方程求导得到，当皮棉产量达最高2942.37kg·hm-2时，施氮量为361.2kg·hm-2，此时施氮量处于N2和N3之间。各处理相较于N1分别增产50.9%、53.2%、50.2%、41.4%、26.5%。

表2 不同施氮水平棉花皮棉产量的差异

2.2 不同施氮水平下棉花氮素累积量

如表3所示，各处理棉花的氮素累积量均高于N1，并且随着施氮量的增加，棉花氮素累积量也随之增加。N2～N6分别比N1高54.2%、65.4%、72.5%、74.9%、80.9%。y与x呈显著的线性变化关系y=27.851x+227.58，R2= 0.7199(y为棉花氮素累积量；x为施氮量)。

表3 不同施氮水平棉花氮素累积量的差异

2.3 不同施氮水平下棉花氮素内部利用率

如表4所示，随着氮肥量的增加，棉花氮素内部利用率(i NUE)由9.40kg·kg-1下降至6.57kg·kg-1。其线性方程为：y=-0.5561x+10.219，R2= 0.9543。N2与N1、N3的i NUE差异达到显著水平，并显著高于N4、N5、N6处理。

表4 不同施氮水平棉花氮素内部利用率的差异

2.4 不同施氮水平下棉花氮肥表观利用率

如表5所示，随施氮量的增加氮肥表观利用率呈逐渐降低的趋势，其对施氮量的响应用二次曲线进行拟合y=-0.2857x2- 3.4857x+50.6，R2= 0.9983。N2显著高于N5、N6；N4与N2、N3、N5差异均不显著且显著高于N6。

表5 不同施氮水平棉花氮肥表观利用率的差异

2.5 不同施氮水平下棉花氮肥农学效率

如表6所示，随施氮量的增加氮肥农学效率呈逐渐降低的趋势，由N2的4.13kg·kg-1降低至N6的0.81kg·kg-1。棉花氮肥农学效率对施氮量的响应符合线性方程y= 0.0032x2- 0.8408x+4.9522，R2= 0.9994。

表6 不同施氮水平棉花氮肥农学效率的差异

2.6 不同施氮水平下棉花氮肥生理利用率

如表7所示，随着施氮量的增加，棉花氮肥生理利用率呈逐渐降低的趋势，由N2处理的23.34降至N6处理的7.48。棉花p NUE对施氮量的响应符合线性方程：y=-3.717x+26.863，R2=0.9743，N2、N3差异不显著，且显著高于N4、N5、N6；N4、N5差异未达到显著水平，显著低于N2、N3处理，且显著高于N6。

表7 不同施氮水平棉花氮肥生理利用率的差异

3 结论与讨论

通过本试验发现，随施氮量的增加，棉花皮棉产量呈现先增加后减少的趋势，因此将施氮量控制在最佳施肥量区间内，对棉花高产起着至关重要的作用。处于100%推荐施肥量和125%推荐施肥量之间，棉花对氮素累积量随施氮量的增加而显著增加，棉花i NUE、NRE、a NUE、p NUE均随施氮量的增加呈显著降低趋势。最高产量施氮量为361.2kg·hm-2时最高皮棉产量为2942.37kg·hm-2。

最佳施氮量应根据不同棉区的土壤肥力状况进行调整，在土壤肥力较低的棉田应适当增加氮肥的施入量以保证棉花高产，反之亦然。通过棉花对氮肥表观利用率、农学效率、生理利用率、内部利用率确定合适的施氮量，不仅可以降低生产成本，对降低氮素淋溶损失也起到积极的作用。