滴灌棉花产量及构成因素对关键生育期施氮量的响应

蒲胜海，马红红，马兴旺， 李 磐，涂永峰，李小伟，艾合买提·哈力克，李江峰

(1.新疆农业科学院 土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091；2.农业部西北绿洲农业环境重点实验室，乌鲁木齐830091；3. 新疆慧尔农业集团股份有限公司，新疆昌吉 831100；4.哈密市农业技术推广中心，新疆哈密 839000)

世界棉花看中国，中国棉花在新疆。2020年新疆棉花种植总面积、总产已连续27年位列全国首位，为中国巨大的棉花需求提供了有力保障[1]。氮肥施用对棉花产量的形成发挥着关键作用，其占单产的比重达33.5%～56.1%[2-5]。然而，在棉花实际生产中农户为了追求产量，普遍存在氮肥过量施用，有的甚至高达400kg·hm-2[6-9]。氮肥施用过量，不但会造成棉花贪青晚熟[6,10]、产量降低[11]、纤维品质下降[12]，硝态氮淋洗增加[13]，而且还会造成资源、能源浪费、耕地质量下降和环境污染等问题[14]。因此，合理的氮肥运筹管理是促进新疆棉花产业绿色、可持续发展的关键[15]。学者对棉花氮肥运筹开展了大量研究。氮肥用量能有效调控棉花植株农艺性状[16]，影响棉花株型塑造[17]、群体冠层结构和产量[18]。随着氮肥施用量的增加，棉花花铃期叶面积指数和单株光合产物积累量呈先增后降[19]。合理施氮量能够有效促进棉株生长发育，使得花铃期叶面积指数、净光合速率[20]、蒸腾速率及单株光合产物积累量适宜[19]，有效增加蕾铃数，从而保证高产[21]。精细化水氮运筹，可优化棉花产量结构[16]，促进氮吸收利用效率，进而改善品质[9]。但目前有关滴灌棉田关键生育时期氮肥调控对棉花的产量及构成要素、氮肥偏生产力的影响缺乏系统研究。

因此，本研究通过对棉花关键生育时期(蕾期、盛花期和盛铃期)的氮肥调控，分析各时期不同氮肥调控对棉花三桃个数、单铃质量、单株铃数、产量和氮肥偏生产力的影响，明确各生育期棉花生长对氮肥施用量的响应，为生产中优化施氮提供科学依据，研究具有一定的理论和实践指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021年在新疆库尔勒市包头湖农场新疆棉田面源污染防控技术研究示范基地(东经85.87°，北纬41.68°)开展。试验区属于典型干旱气候，年平均降雨量56.2 mm，年平均蒸发量 2 497.4 mm，年均日照时数2 878 h，≥10 ℃积温 4 252.2 ℃，无霜期205 d，地下水位6.0～8.5 m，纯灌溉农业，棉花多年连作。供试土壤为壤土，中等肥力，0～30 cm土壤有机质8.1g·kg-1，速效氮43.2 mg·kg-1，速效磷19.9 mg·kg-1，速效钾129 mg·kg-1，pH 7.9。

1.2 试验设计

以当地农户常规施氮量(CNF-100)为基础，分别在蕾期、盛花期、盛铃期按CNF-100的75%、100%、125%、150%和200%设计5个水平，共13个处理。蕾期CNF-100为19.05 kg·hm-2，盛花期CNF-100为69.75 kg·hm-2，盛铃期CNF-100为28.5 kg·hm-2。各处理具体氮肥调控见表1。各处理重复3次，共计39个小区，小区面积均为33.12 m2。

表1 各处理氮肥调控Table 1 Nitrogen fertilizer management of each treatment kg·hm-2

棉花生育期灌溉定额480 mm，共灌水9 次，灌水周期7～10 d。氮肥使用尿素，30%基施、70%追施。磷、钾肥全部基施，施用量为重过磷酸钙404.98 kg·hm-2，硫酸钾168.74 kg·hm-2。具体灌水量和氮肥追施比例见表2。供试品种为‘新陆中73号’，棉花采用膜下滴灌，种植模式：66 cm+10 cm，株距9.5 cm，宽膜2.05 m，1膜3带6行。试验地2021-04-21播种，4 月25 日滴出苗水，其他管理措施均相同。

表2 生育期灌水定额及氮肥施用比例Table 2 Irrigation quota and nitrogen fertilizer application ratio in growth period

1.3 监测指标与方法

三桃个数及三桃单铃质量：每小区分3次采收90个完全吐絮棉铃，测定平均铃质量，7月15日所结的棉铃为伏前桃，7月16日至8月15日所结的棉铃为伏桃：秋桃则是8月16日以后所结的棉铃。

产量：在吐絮期测定各小区内所有株数及铃数，同时随机分别采集50朵上、中、下3个部位的棉花测定单铃质量，最后采收小区内棉花记产。

氮肥偏生产力：氮肥偏生产力(kg·kg-1)=施氮区籽棉产量/施氮区施氮量。

经济效益：在其他投入相同、肥料投入有差异的前提下，经济效益(元·hm-2)=增产效益-增氮成本。

1.4 数据分析方法

用Microsoft Excel 2016软件对数据进行整理，采用SPSS20.0(SPSS Inc.USA)软件One-way ANOVA对棉花产量、构成因子，地上部吸氮量、三桃分布个数和单铃质量、偏生产力进行方差分析。多重比较用Duncan’s法，统计显著性假设为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 氮肥调控对棉花产量及构成因素的影响

由表3可知，仅在蕾期对农户常规施氮量做75%～200%的5个梯度处理，即调整用量在 -4.80～19.05 kg·hm-2，农户常规施氮量处理的单铃质量、单株有效铃数和籽棉产量最高；与农户常规施氮量相比，少施或多施氮的处理间棉花单株有效铃数、产量有显著差异；少施氮肥会导致单铃质量明显降低，说明当地农户在蕾期施肥量较为合理。仅在盛花期对农户常规施氮量做75%～200%的 5个梯度处理，即调整用量在 -17.40～69.75 kg·hm-2，随着施氮量增加，棉花单铃质量、单株有效铃数和产量随之增加，各处理间有明显差异；与CNF-100相比，Nflower-200单铃质量、单株有效铃数和产量均有显著差异，分别增加16.55%、15.69%和11.24%，说明当地农户在盛花期应适当加大施氮量。仅在盛铃期对农户常规施氮量做75%～200%的5个梯度处理，调整用量在-7.05～28.50 kg ·hm-2，随着施氮量增加，棉花单铃质量呈降低趋势，单株有效铃数呈增加趋势，产量CNF-100最高且显著，说明当地农户在盛铃期应控制施氮量。

表3 氮肥调控下棉花产量和氮肥偏生产力Table 3 Cotton yield and partial factor productivity of nitrogen under nitrogen fertilizer regulation

2.2 氮肥调控对三桃个数和单铃质量的影响

由表4可知，蕾期随施氮量的逐渐增加，棉花三桃个数均减少；Nbud-75伏前桃、伏桃个数分别为3.76和1.43个，显著高于增施氮处理，但秋桃个数在各处理间无显著差异；各处理间伏前桃、伏桃和秋桃的单铃质量差异均不显著；Nbud-200处理伏前桃单铃质量最大，Nbud-125处理伏桃单铃质量最大，CNF-100处理秋桃单铃质量最大。盛花期随着施氮量增加，三桃个数呈先增加后减小趋势；农户常规施氮处理三桃个数均最大，且伏前桃、伏桃个数与其他各处理差异显著；随着施氮量增加，三桃单铃质量均呈增加趋势，Nflower-200处理最大且显著。盛铃期随着施氮量增加，三桃个数上下波动；Nboll-75的伏前桃和伏桃单铃质量最大，分别为5.97和6.18 g。

表4 氮肥调控下棉桃分布和单铃质量Table 4 Boll distribution and quality of cotton under nitrogen fertilizer regulation

2.3 氮肥调控对氮肥偏生产力、经济效益的影响

从表3可以看出，在棉花蕾期、盛花期和盛铃期分别调控施氮量时，氮肥偏生产力随着施氮量的增加均呈单峰趋势。农户常规施氮处理下氮肥偏生产力最高，与其相比，各时期调控施氮的CNF150%和200%处理的氮肥偏生产力均显著降低。在相同的增氮调控水平下(减氮CNF-100的75%处理除外)，各时期增施氮肥偏生产力和产量均表现为：盛花期>盛铃期>蕾期。在其他投入相同、肥料投入有差异的前提下，在盛花期增施氮肥农户将能获得较好的经济效益(表5)。与CNF相比，盛花期增施200%的氮肥，可获得纯收益7 370.17元·hm-2。

3 讨 论

3.1 不同时期施氮的增产效应

氮肥施用量显著影响棉花的生育进程、品质形成和产量提高，尤其是花铃期[13,22]。本研究中，盛花期调控施氮量对单株有效铃数和产量影响较大，盛铃期调控施氮量对单铃质量和产量影响较大。蕾期随着施氮量的增加，三桃个数减少，且Nbud75处理的三桃个数最多。盛花期随着施氮量的增加伏前桃，伏桃和秋桃个数减少，且CNF-100处理的伏前桃、伏桃和秋桃个数最多。可能原因为：蕾期是棉花生殖生长开始并日渐旺盛时期，叶片的光合作用和根系的吸收能力也都增强，适宜的施肥量促进棉花蕾铃分化发育，为花铃期的生殖生长奠定基础[23]。在前期保证营养、生长条件比较理想的状态下，盛花期提供充足的营养能极大促进棉花产量的形成[24]，即使施肥量达到推荐施肥量的2倍也不会造成减产，表现出的却是随着施肥量增大产量增加的趋势[8]。盛铃期主要是生殖生长，棉铃的大小已经不再变化，主要是纤维和种子在继续成熟，对养分需求量较小，氮肥用量过多或过少影响棉花单铃质量。

在蕾期、盛花期和盛铃期3个不同时期调控施氮量，产量的形成与棉花S型生长曲线规律一致[6]。棉花从蕾期开始进入生殖生长与营养生长并行时期，各个节位的花芽依次发育，这是形成产量的基础时期，施肥量过多或过少均会使棉花发育迟缓，影响蕾铃发育，因此最佳施肥量能获得最高产量；进入盛花期后棉花生殖生长旺盛，营养库很大，有增产潜力，所以一定范围内，随着施氮量的增加棉花增产的空间就大[25]；到了盛铃期，营养生长和生殖生长开始减小，关键是纤维的发育成熟，因此过多的营养有可能引起贪青，过少的营养导致单铃质量小[6,26-29]。

棉花生育期精细化氮肥管理，可对棉花植株农艺性状进行有效调控[30]，能显著增加单株铃数[21]，有利于提高铃质量和衣分[7]，实现优化棉花产量结构，增加棉花产量[9,16,18,31-32]。本研究发现，在蕾期、盛花期和盛铃期下调控施氮量，3个时期棉花单株铃数和单铃质量不同，导致最终产量存在较大差异。本研究进一步发现，在棉花生长的不同时期施肥均能影响单株铃数，但各时期对伏前桃、伏桃和秋桃的影响程度不同，蕾期施肥能显著影响三桃数量，对单铃质量没有影响，盛花期和盛铃期施肥影响的是伏桃和秋桃数量，以及伏前桃的单铃质量。因此在生产中要根据实际情况采取相应的正常管理或补救措施，以保证足够的单株铃数，并增大单铃质量。作物氮素的高效吸收利用是实现产量高效的重要途径[33]。王士红等[34]研究表明随着生育进程，氮素积累量呈“慢-快-慢”的 S 型曲线，棉花生育中后期氮素积累量升高，氮素的累积吸收量与各自施氮量成正比[35]。本研究中，仅对棉花关键生育时期不同施氮量的伏前桃、伏桃和秋桃个数，单铃质量和氮肥偏生产力进行了研究，对于植株在关键生育时期对不同氮肥量的吸氮量没有涉及，且本研究只关注了棉花生长的表观特征，因此，下一步亟需对植株吸氮量进行测定分析以便明确植株在关键生育时期的养分需求规律。

3.2 氮肥偏生产力

氮肥偏生产力是衡量氮肥生产能力的重要指标，对深入理解农田氮肥利用过程及其机理具有重要理论意义[36]。本研究发现，随着施氮量的增加，棉花的氮肥偏生产力逐渐降低，通过比较蕾期、盛花期、盛铃期3个不同时期施肥后的氮肥偏生产力，发现农户常规施氮的氮肥偏生产力最大，且盛花期的氮肥偏生产力高于盛铃期和蕾期。本研究中尽管盛花期增施200%氮肥处理的氮肥偏生产力不及农户常规施氮，但可获得纯收益 7 370.17元·hm-2。因此，农户在生产中科学确定最佳施肥量以实现最大的生产效率的同时，也应兼顾农户经济效益。有研究表明，棉花N素吸收量最大时为初花期[37]，初花期追施氮肥利于形成高产[38]。本研究设定的施肥时期仅3个，因此需要更深入地研究初花期、吐絮期等时期氮肥偏生产力，以便更好地指导实际生产。

4 结 论

农户在棉花的蕾期常规施氮量适宜，可以避免因施氮过量或不足，导致的单铃质量、单株有效铃数、产量降低。盛花期增施氮肥有利于产量形成，农户常规施氮量的2倍处理(Nflower-200， 386.85 kg·hm-2)，单铃质量和有效铃数最高，分别为6.62、5.90个；盛铃期随着施氮量增加，单铃质量呈降低趋势，单株有效铃数呈增加趋势，农户常规施氮量的单铃质量和籽棉产量最高，分别为 5.68 g、6 747.65 kg·hm-2。氮肥偏生产力随着施氮量的增加，呈逐渐降低趋势。农户常规施氮量处理的氮肥偏生产力最大，为21.28 kg·kg-1；但盛花期增施200%氮肥处理的经济效益增加明显，可获得纯收益7 370.17 元·hm-2。因此，科学确定最佳施肥量以实现最大的生产效率的同时，也应兼顾农户经济效益，建议当地农户在棉花盛花期适当加大氮肥施用量，可以获得较好的经济效益。