1膜3行下株距与氮肥对机采棉生长发育及产量的影响

2022-04-01卡地力亚阿不都克力木张巨松贺宏伟崔建平郭仁松

新疆农业科学 2022年2期

卡地力亚·阿不都克力木，张巨松，陈振，贺宏伟，崔建平，林涛，郭仁松

(1. 新疆农业大学农学院/教育部棉花工程研究中心，乌鲁木齐 830052；2.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引言

【研究意义】棉花机械采收已成为新疆棉花主要采收方式[1]。76 cm等行距种植模式下，棉花株型满足机采要求，更适宜机械采收，机采品质好[2]。但在新疆高密度种植的条件下，该种植模式下棉株间对水肥的竞争非常激烈，不利于产量的稳定。适宜的种植密度和氮肥施用量是棉花生长发育关键因素，可协调棉花群体指标，促进棉花增产。密度与氮肥适宜比例在不同植棉区获得的结论各异，原因是棉花生产受到气候、土壤状况、棉花品种、栽培技术水平等多因素的影响。研究1膜3行模式下适宜机采棉株距与施氮比例，对保证机采种植模式下棉花的优质高产有重要意义。【前人研究进展】氮肥与密度是影响作物产量的栽培措施[3]。适宜的氮肥水平下，合理密植可改善作物群体质量，提高作物产量。棉花相比其他作物生育期长需肥量多、且对氮肥较敏感。生产中常施大量氮肥以期获得高产，但肥料施用不当会导致棉花徒长或早衰。合理的追施氮肥可以改变棉花干物质和氮素积累过程，优化各器官的积累与分配，调节快速生长期的早晚和持续时间。新疆南疆机采棉最佳施氮量为300～320 kg/hm2[4，5]，棉花氮肥追施“前重后轻”的处理籽棉产量最高为2 055.5 kg/hm2较对比增加了27.6%[6]。殷星等[7]试验结果表明，在相同的氮肥施用次数下，氮肥分配“前重后轻”处理棉花干物质重和籽棉产量均显著高于“前轻后重”处理，分别增加 7.0% ～21.5%。马宗斌等[8]试验表明，氮肥前移或后移均不于提高产量，基肥∶ 花铃肥∶盖顶肥为 0.4∶0.4 ∶0.2时有利于棉花高产。【本研究切入点】当前新疆南疆76 cm等行距种植模式下，种植密度和氮肥施用沿用1膜6行条件下的施肥经验，目前对南疆棉区新型机采棉配置模式(76 cm等行距模式)的种植密度和氮肥运筹方式的研究未见报道。亟需研究氮肥追肥时期和比例对机采棉生长发育及产量的影响。【拟解决的关键问题】采用田间试验，设置3个氮肥追施比例与3个株距，分析不同氮肥运筹及种植株距对棉花生长特性及产量的影响，研究南疆棉田机采条件下的适宜种植密度及施氮量，为新疆南疆棉花的适宜种植密度及氮素优化管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于 2019年 4 ～10 月在新疆阿瓦提县新疆农业科学院经济作物研究所试验基地进行。该地地处天山南簏，塔克拉玛干沙漠北缘，属暖温带大陆性干旱气候，年平均气温 10．40℃，年均日照时间2 750 ～ 3 029 h，无霜期 183 ～ 211 d，年平均降水量 46．70 mm，年平均蒸发量 1 890．70 mm。供试棉花品种为新陆中88号，试验地前茬作物为棉花，土壤质地为砂壤土。播种前测定土壤基础理化性质，土壤耕层0～60 cm，土壤pH 7.8，有机质含量5.7 g/kg，全氮为0.6 g/kg，水解性氮为50.3 mg/kg，速效磷为19.6 mg/kg，速效钾为108 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

采用裂区试验设计，主区设3个主区为氮肥，总施氮量(纯氮)为320 kg/hm2,3个氮肥追施比例。副区为株距分别为D1:10 cm、D2：8 cm、D3：10 cm。供试品种为新陆中88号，采用1膜3行等行距机采棉种植模式，行距为76 cm，幅宽2.3 m，小区长7.5 m，宽6.5 m：48.75 m2，重复3次，总占地面积为1 316 m2。总滴灌量3 800 m3/hm2。4 月10 日人工点播，4月21日出苗，7 月 10 日人工打顶。主区3个氮肥追施比例，整个生育期的其他管理同当地大田。表1

表1 施肥方案Table 1 Fertilization Program(kg/hm2)

1.2.2 生育进程

调查并记载各小区棉花出苗、现蕾、初花、盛花、盛铃、吐絮的日期，以大田 50%棉株达到各时期调查数量标准为准。

1.2.3 农艺性状

在棉花收获阶段，每小区均选取长势均匀的棉株 10 株，调查各小区棉花品种的株高、茎粗、叶片数、果枝数、果枝始节位、始果节高度。

1.2.4 棉铃时间分布

每小区中选择边行及中行各50 株棉花，分别于 7 月 15 日调查伏前桃数，8 月 15 日调查伏桃数，9 月 10 日调查秋桃数，以棉花的“三桃”(伏前桃、伏桃和秋桃)数平均值作为单株棉花的“三桃”成铃数。

1.2.5 棉铃空间分布

在吐絮期，每小区中选择边行及中行各50 株棉花，按空间将棉铃分为横向分布和纵向分布，横向分布为内围铃(果枝 1～2 果节所结棉铃)和外围铃(果枝第 3 果节及以上果节所结棉铃)，下(第 1～4)、中(第 5～8)、下(第 9以上)果枝所结棉铃。

1.2.6 棉花蕾铃脱落

采用田间调查观测的方法，每个小区选择长势均匀一致的代表性棉株10株，从棉花的现蕾期开始至吐絮期，分别统计棉花蕾铃脱落的情况。棉花某一时期的蕾铃脱落率等于该时期内脱落的蕾铃数与总蕾铃数的比值。

1.2.7 测产

在棉花收获时期调查每个小区的实际收获株数及棉铃总数，并在每个小区拾取棉株上、中、下部吐絮棉铃各30、40、30个，称量、计算棉株各部位棉铃单个重量和衣分值。根据棉花产量构成，计算籽棉、皮棉产量。

1.2.8 纤维品质

将采拾的棉纤维样品晾干后扎花处理，称取各处理棉样各20 g 送至新疆农业科学院棉花质量监督检验测试中心测定棉纤维品质。

1.3 数据处理

采用 Microsoft Office 2016 和 SPSS19.0 进行数据统计及分析，用最小显著差异法( LSD) 检验平均数(P<0.05) ，用 Graphpad Prism 8.进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理生育进程的比较

研究表明，氮肥与株距对机采棉的生育进程存在显著的影响。生育期持续时间N1>N2>N3。氮肥与株距对机采棉的生育进程存在显著的影响。N1处理生育期最长可达143 d，N3处理生育期最短为133 d。各处理对棉花出苗及现蕾时间并无影响，开花后各处理的差异较大。前期氮肥比例大后期少的N3处理晚开花却早吐絮，较其他处理晚开花1～2 d。而前期氮肥比例小后期氮肥比例大的处理N1，早开花晚吐絮；且N1比N3生育期长2～4 d。N3模式下的棉花要比 N2、N1模式提早 2 ～ 5 d 进入盛铃期，说明N3模式种植有利于棉花早熟。N1处理的花铃期最长，较其他处理长1～7 d，导致棉花吐絮最晚。株距对棉花生育进程的影响较小，株距越大进入花铃期的时间早，且花铃期持续时间越短，D1处理较D2、D3处理短2～4 d、3～6 d。但苗期和蕾期所持续时间无太大差异。减小株距会适当延长棉花生育期。表2

表2 不同处理下棉花生育进程Table 2 Effect of Different planting modes on Cotton Growth Process

2.2 不同处理下农艺性状

研究表明，株高的范围是75.6～85.6 cm，N3D1处理最高。在相同株距条件下，株高、茎粗、真叶数、果枝始节高均呈现N3>N2>N1的趋势，N3处理茎粗最大，且与其他处理存在显著性差异。果枝数与铃数则呈现N2>N3>N1的趋势，其中N2的结铃数比N1、N3高8.7% ～23.3%、8.82% ～36.5% 。相同的氮肥条件下以上指标均呈现D1>D2>D3，株距越大单株优势越明显。除D3外D1、D2株高均在80 cm以上，增加株距有利于棉花株距增加。表3

表3 不同处理主要农艺性状比较Table 3 Comparison of main agronomic traits in different treatments

2.3 不同处理对棉铃时间分布的影响

研究表明，各处理三桃比例呈现伏桃>伏前桃>秋桃。相同株距条件下，各氮肥处理间伏前桃呈现N3>N2>N1的规律，N3显著高于N2和N1，分别比N2、N1提高了2.69%～5.06%、3.98%～6.34%。随着后期施氮量的增大，秋桃比例相应增加，呈现N1>N2>N3的规律。N3、N2处理分别比N1低6.98%～7.28%、4.71%～8.98%。而相同氮肥追施条件下，伏前桃比例呈现D1>D2>D3，秋桃比例呈现D3>D2>D1。伏桃是棉花产量形成的关键，D1与D1伏桃比例均第一D2处理，故D2的棉铃时间分配较合理。图1

图1 不同处理下棉铃时间分布变化Fig.1 Effect of different treatments on the time distribution of cotton bolls

2.4 不同处理对棉铃空间分布的影响

研究表明，在纵向分布上各处理棉铃以中、下部为主，上部铃比例最小。在横向分布上，各处理棉铃以内围铃为主，占总铃数的77.78%～87.33%，在相同氮肥追施下，棉花单株内外围铃数均呈株距的增加而增加。在相同株距处理下，总铃数表现为N2>N3>N1。其中下部铃以N2处理最多，平均为4.11个，较N1、N2分别高出21.1%、12.39%，且存在显著性差异。表4

表4 不同处理下棉铃的横纵向空间分布Table 4 Horizontal and vertical spatial distribution of cotton bolls under different treatments

2.5 不同处理对棉花蕾铃脱落率的影响

研究表明，不同处理下棉花各生育时期蕾铃脱落率，从蕾期各处理的蕾铃脱落率随生育进程的推进而增大，最大值在花铃盛期，在花铃后期下降。在蕾期各氮肥处理间蕾铃脱落率无差异，不同株距间存在差异D1与D3间存在显著差异。相同株距条件下，前期氮肥少后期多的处理N1在花铃前期与花铃后期蕾铃脱落率显著高于N2、N3处理。由于后期养分供应不足，在花铃后期N3的蕾铃脱落率显著高于N1与N2处理。而氮肥均施的D2处理在整个生育期保持相对较低的蕾铃脱落率，保持较高成铃数。图2

图2 不同处理下蕾铃脱落率变化Fig.2 The effect of different treatments on the shedding rate of bud bell

2.6 不同处理对棉花产量影响

研究表明，氮肥追施对单铃重与衣分的影响表现为N2>N3>N1，但各处例之间无明显差异。相同株距处理下，不同氮肥追施策略下单株结铃数差异达到显著水平，N2与N3、N1存在明显差异，其中处理N2D1的单株结铃数最高为8.2。在相同氮肥追施策略水平下，不同株距单位面积收获株数与单株结铃数达到显著水平，单铃重与衣分间未达到显著水平。收获株数呈现D3>D2>D1，单株结铃数呈现D1>D2>D3，各处理间均存在显著差异。籽棉产量最高在N2D3处获得为6 591.02 kg/hm2，皮棉产量最高在N2D2处获得为3 025.65 kg/hm2，2处理籽棉产量与皮棉产量与其他处理存在显著性差异(P<0.05)。表5

表5 不同处理下棉花产量及产量构成因素变化Table 5 Cotton yield and yield components under different treatmentsing

2.7 不同处理下棉花纤维品质变化

研究表明，氮肥追施策略对棉花纤维品质有显著影响。氮肥显著影响棉花纤维长度、纤维指数及马克隆值，纤维长度与表现为N2>N3>N1，且N2与N1之间存在显著差异，纤维整齐度也呈现相同的规律。纤维指数、纤维比强度与马克隆值则表现为N3>N2>N1。而成熟度则表现为氮肥后移的处理N1高于N2、N3。氮肥均施对可增强纤维长度与纤维整齐度，而氮肥前移则可增大纤维指数、纤维强度与马克隆值与成熟度。密度对纤维品质影响较小，只有马克隆值之间差异显著，随着株距的增大而增大的趋势，在D1处达到最大，较D2、D3存在显著差异，分别高5.53%～11.49%、3.15%～12.01%。适宜的氮肥追施策略可以改善棉花品质，密度对纤维品质影响不大。表6

表6 不同处理下棉花的纤维品质变化Table 6 The changes of fiber quality of cotton under differeneatmentsing

3 讨论

3.1 氮肥追施及株距对棉花生育时期及农艺性状的影响

氮肥追施比例及种植株距对棉花生育进程及农艺性状有显著影响。研究表明[9]前期氮肥多后期氮肥少可缩短棉花生育期，前轻后重的处理有利于延长生育期。郑剑超[10]研究指出氮肥前移花铃期持续时间短，前期氮肥少吐絮晚生育期长。与试验中结果一致，氮肥前期多的处理较其他2个处理花铃期缩短2～8 d，并提前2～5 d吐絮。氮肥前移会缩短生育期，棉花后期所需养分得不到供应从而提前吐絮，氮肥后移会延长生育期贪青晚熟。在相同氮肥条件下随着密度的增加，生育期会略有推迟，与支晓宇等[11]的研究结果一致。

研究表明[12]，氮肥追施比例对棉花株高、茎粗、果枝数及果枝始节高度有显著影响，随着氮肥前期比例的增大以上指标均增大。而陈亮[13]的研究指出，氮肥追施比例对棉花果枝始节数无显著影响，株高随着前期氮肥用量的增加而增加，与试验结果一致，株高、茎粗、果枝数随着前期氮肥比例的增加而增加，氮肥前移有利于棉花前期的生长。

3.2 氮肥追施及株距对棉铃时空分布及蕾铃脱落的影响

种植密度和施氮是通过改变棉花单株与群体之间的关系，对温、光、水、肥竞争强度的不同，最终形成棉铃时空分布的差异性[14]。彭加旭[15]研究发现，增加密度，各处理伏前桃比例无显著差异。对伏桃比例的影响表现为中等密度较高。马宗斌等[16]的试验表明，伏桃和早秋桃这部分优质铃表现为先随着密度增加而增加，但当密度过大时又表现出下降的趋势。郑剑超[10]的研究氮肥前移可增加遮荫条件下棉花伏桃比例，减少秋桃比例。王士红[14]试验结果表明，从空间分布来看，内围铃是构成产量的主要部位，内围铃收获皮棉占比达 77.95%～78.99%，在中高密度时内围铃增多，可获得较高皮棉产量。辛明华等[17]的试验结果表明，内围铃数随密度增大而增加，密度越高下部铃占比越高，其中密度 18.0×104株/hm2处理下中部铃比例最多，外围铃比例适宜。试验结果表明，前期氮肥多伏前桃比例高，后期氮肥比例多秋桃比例高，三桃比例均不适宜。均施氮肥的处理N2三桃比例最为适宜。

3.3 氮肥追施及株距对棉花产量与品质的影响

殷星等[7]的研究表明，氮肥前移的处理能增加棉花产量。这与郑剑超等的结论相同。郑剑超[18]的研究结果表明，氮肥前移可增加棉花单铃重与单株结铃数增加产量，认为氮肥前移通过延长棉铃生育的时期来增加单铃重，与试验结果并不一致，试验中氮肥均施的处理N2通过提高单株结铃数与衣分而达到高产。这可能是因为种植模式及追施时期不同所导致的。马宗斌等[8]的研究表明，氮肥前移或后移均不利于提高产量，与试验结果相同。在相同氮肥追施下随着株距的减小，单株结铃数、单铃重、衣分均呈减小，而收获株数呈增加的趋势，这与霍飞超等[19]的结果一致。李鹏程等[20]研究结果表明，中密中氮处理能合理调控成铃数与铃质量的关系，获得了最高籽棉产量。试验在N2、N3处理下皮棉产量呈现随着株距减小先增后减的趋势，最高皮棉产量在N2D2处获得，为3 025.65 kg/hm2。

周永萍等[21]研究表明，不同种植密度对棉纤维上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度与伸长率无显著影响，只有马克隆值随着种植密度的增大呈先降低后升高的趋势，与试验研究结果一致。辛明华等[17]在南疆的试验表明，棉花密度 18.0×104株/hm2下籽棉产量最高，纤维品质总体最好。合理施用氮肥能改善棉纤维品质，王士红等[22]的试验结果表明，增加氮肥会造成营养生长旺盛，行间郁闭严重，影响纤维品质，而密度提高对纤维品质无显著影响。试验表明，氮肥均施的处理的纤维品质较优，氮肥前期施用量多会造成后期营养供应不足造成纤维品质降低，后期氮肥施用量多棉花营养生长旺盛而贪青晚熟，棉铃吐絮晚影响品质。这与郑剑超[10]的研究结果一致。祝珍珍[23]则认为在棉花氮肥运筹方面，棉花后期施氮比例增大会有利于品质的提高，可能是因为追施次数不同的原因。