追施氮肥对陆地棉巴43541 群体冠层结构特征的影响

姚青青，孙绘健，罗静，杜珊珊，何忠盛，王东力，王国洪

（新疆巴音郭楞蒙古自治州农业科学研究院，新疆 库尔勒 841000）

施氮对塑造理想的棉花群体冠层结构、提高群体生物量，实现优质高产具有决定性作用[1-4]。适宜的施氮水平能够合理调控棉花群体结构，促进群体叶铃协调生长；而过高或过低的施氮水平易导致棉花徒长或早衰，并且会严重影响产量和纤维品质[5-7]。张伟等[8-11]的研究表明，在低水肥条件下，棉花叶面积指数 （leaf area index,LAI）降低、叶倾角增大、叶片直立且光能截获率降低；而高水肥条件下，棉花LAI 增加、叶倾角变小、叶片平展且光能截获率提高，但易导致棉花群体中下部通风透光性变差、光合速率降低、群体下部叶片脱落加快，同时郁闭的棉田环境会使棉铃成熟吐絮延迟。目前关于新疆膜下滴灌条件下棉花冠层结构特征与产量相互关系的研究大多集中在北疆区域[1-3,8-15]，但对南疆尤其是新疆巴音郭楞蒙古自治州（以下简称为“巴州”）的相关研究报道较少。本研究对不同追氮量下棉花冠层结构特征的动态变化进行分析，研究不同追氮量对棉花冠层结构特征的影响，以期为完善新疆巴州棉花高产栽培技术、丰富科学施肥理论提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2021 年4－10 月在新疆库尔勒市巴州农业科学研究院试验基地 （41°74′N，86°12′E）进行。试验区日平均气温为10.7～11.2 ℃，年均≥10 ℃积温在4 200 ℃以上，年均降水量为57 mm，无霜期170～227 d，年日照时间为2 762～3 186 h。2021年的气候条件正常，无极端天气发生。

该试验地长期连作棉花，土壤质地为壤土，耕层0～30 cm 土壤含有机质23.1 g·kg－1、全氮1.32 g·kg－1、碱 解 氮51.39 mg·kg－1、速 效 磷56.46 mg·kg－1、速 效 钾304.41 mg·kg－1，pH 为6.96。

1.2 试验设计

各处理均在犁地时施入基肥，肥料种类和用量如下：尿素（N 质量分数46%，下同）150 kg·hm－2，磷酸二铵 （N 和P2O5的质量分数分别为18%和48%）375 kg·hm－2，硫酸钾（K2O 质量分数为54%）225 kg·hm－2。

供试材料为机采棉品种巴43541[16]。采用机采棉宽窄行种植模式 （行距配置为66 cm＋10 cm），株距为12 cm，使用机械覆膜精播，4 月24 日播种。采取膜下有压滴灌技术，从6 月底开始滴水施肥。化学调控技术、植保技术及其他栽培管理技术与当地常规棉田相同。

本试验共设置4 个追施氮肥水平。N0 处理：生育期不追施氮肥；N1 处理：生育期追施纯氮112.5 kg·hm－2；N2 处理：生育期追施纯氮225.0 kg·hm－2；N3 处理：生育期追施纯氮337.5 kg·hm－2。各处理分别依次按5%、10%、14%、20%、20%、13%、10%和8%的比例分8 次随水追施氮肥（表1），所用肥料为尿素。采用随机区组设计，重复3次，共计12 个小区。每个小区长8 m，宽6 m，面积为48 m2。

表1 各处理氮肥的追施时间及用量

1.3 性状调查

1.3.1棉花冠层结构特征相关指标的测定。于棉花盛蕾期（6 月29 日）、盛花期（7 月13 日）、花铃期（7月27 日）、盛铃期（8 月11 日）和吐絮期（8 月25日），使用CI-110 植物冠层数字图像分析仪（美国CID 公司）测定棉花宽行中间、窄行中间的冠层结构特征值，每个小区重复4～6 次。将安装有鱼眼探测头的观测棒平稳放置在田间观测位置，调好角度，从显示屏上观察无人影等其他外界影响时开始拍照，获得冠层结构图像，并得到棉花冠层结构特征值，分别为LAI、平均叶倾角 （mean leaf angle,MLA）、光合有效辐射（photosynthetically active radiation,PAR）和空隙透射系数（gap fraction transmission coefficient,GFTC）。

1.3.2产量及其构成因素的测定。在棉花吐絮期（9月上旬），调查试验测产区域内6.67 m2的结铃数，计算单位面积结铃数；棉花完全吐絮后 （10 月中旬），在各小区连续选取棉株上部（第7 果枝及以上部分）、中部（第4～6 果枝）、下部（第1～3 果枝）完全吐絮棉铃各100 个，测定铃重和衣分，根据单位面积结铃数与铃重计算籽棉单产，并根据籽棉单产和衣分计算皮棉单产[17]。

1.4 数据处理与分析

运用Microsoft Excel 2007 软件进行数据整理及图表绘制，应用SPSS 18.0 软件进行单因素方差分析，采用最小显著差数法（least significant difference, LSD）进行差异显著性检验，采用皮尔逊（Pearson）积差相关系数法进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同追氮量对棉花冠层结构特征的影响

2.1.1不同追氮量对棉花冠层LAI 的影响。各处理（N0、N1、N2、N3）棉花冠层LAI 在整个生育期呈单峰曲线，峰值出现在花铃期或盛铃期，其中N0、N1 和N2 处理的棉花冠层LAI 峰值出现在盛铃期，N3 处理棉花冠层LAI 峰值出现在花铃期（图1）。N2 处理的LAI 在各个生育时期均高于其他处理。在盛花期、花铃期和吐絮期棉花LAI 均表现为N2＞N3＞N1＞N0；而盛铃期N3 处理的LAI 急剧下降，各处理LAI 表现为N2＞N1＞N0＞N3。但在各生育时期不同处理的棉花冠层LAI 均无显著差异。

图1 不同追氮量处理下棉花冠层LAI 的比较

2.1.2不同追氮量对棉花冠层MLA 的影响。追施氮肥在促进棉花叶片生长的同时，使MLA 发生了变化（图2）。在整个生育期N1、N3 处理的棉花冠层MLA 均呈单峰曲线，峰值出现在盛铃期；N2 处理的棉花冠层MLA 在盛花期和盛铃期达到最大值；而N0 处理的棉花冠层MLA 呈波动增长趋势，盛蕾期至盛花期逐渐增大，而后至花铃期有所下降，花铃期至吐絮期逐渐升高达到最大值。各生育时期不同处理的棉花冠层MLA 均无显著差异。说明追施氮肥可以在一定程度上调节棉花冠层叶倾角，使其在盛铃期处于最大值，该时期叶片直立有利于提高棉田封行后的冠层透光性能。

图2 不同施氮量处理下棉花冠层MLA 的比较

2.1.3不同追氮量对棉花冠层PAR 的影响。各处理的棉花冠层PAR 在整个生育期的动态变化趋势几乎一致（图3）。各生育时期不同处理的棉花冠层PAR 均无显著差异。N0、N1、N2、N3 处理的PAR均在盛蕾期处于最高水平，随着生育进程的推进，PAR 呈现先降低后升高的趋势。其中，N0 和N3 处理的PAR 在花铃期降至最低水平，N1 和N2 处理的PAR 值在盛铃期降至最低水平，其后至吐絮期又逐渐升高。说明适量追施氮肥能够将棉花群体冠层PAR 降至最低水平的时期推迟到盛铃期，延缓棉花群体中下部叶片衰老脱落，利于提高群体光合速率。

图3 不同施氮量处理下棉花冠层PAR 的比较

2.1.4不同追氮量对棉花冠层GFTC 的影响。总体来看，N0、N1 和N3 处理的棉花冠层GFTC 均呈现先增大后降低的单峰曲线，峰值出现在盛花期，最低值出现在吐絮期；N2 处理的棉花冠层GFTC 则呈现先增大后降低再增大的变化趋势，峰值也出现在盛花期，但最低值出现在盛铃期（图4）。同一生育时期各处理的棉花冠层GFTC 均无显著差异。

图4 不同施氮量处理下棉花冠层GFTC 的比较

2.2 棉花群体冠层结构指标间及其与产量性状的相关分析

2.2.1棉花冠层结构指标间的相关分析。对整个生育期棉花群体冠层结构各指标间的相关性进行分析，发现LAI 与MLA 呈极显著正相关关系，与PAR 呈极显著负相关关系；MLA 与PAR 呈极显著负相关关系；而GFTC 与LAI、MLA、PAR 之间的相关关系均不显著（表2）。随着棉花群体冠层LAI和MLA 的增大，群体中下部光合有效辐射降低，表明棉花叶片大小和叶倾角能够调控群体内部的通风透光性能，影响群体吸收光能的效率。因此，推测通过调节棉花群体LAI 和MLA 塑造相对理想的棉花群体冠层结构是可行的。

表2 棉花冠层结构特征各指标间的相关性

2.2.2棉花冠层结构指标与产量及其构成因素的相关分析。进一步对不同生育时期的棉花冠层结构指标与产量及其构成因素（单位面积结铃数、铃重、衣分、籽棉单产和皮棉单产）进行相关分析。结果表明：蕾期，棉花MLA 与衣分呈显著正相关关系；盛铃期，棉花LAI 与单位面积结铃数、籽棉单产及皮棉单产均呈显著正相关关系，PAR 与单位面积结铃数、籽棉单产及皮棉单产均呈显著负相关关系（表3）。以上结果表明通过调控棉花群体冠层结构会影响棉花产量的形成，其中以盛铃期的棉花冠层结构指标对产量及其构成因素的影响最具有代表性。

表3 不同生育时期棉花冠层结构特征指标与产量及其构成因素的相关性

3 讨论与结论

膜下滴灌条件下，不同的水肥调控措施能够对棉花群体的生长发育及冠层结构产生重要影响[1-12]。生育期内适宜的施肥及农业管理措施，可以塑造良好的棉花群体冠层结构，使棉花获得较为适宜的LAI 和MLA，改善群体中下部通风透光环境，提高群体光合速率，最终达到提高棉花产量和改善纤维品质的目的[13-22]。根据本研究及前期研究结果[17]，在追施纯氮112.5 kg·hm－2（N1 处理）条件下，整个生育期内巴43541 群体冠层的LAI 均处于较高水平，MLA 在盛铃期达到最大值，盛花期至吐絮期的群体GFTC 均高于其他处理，改善了群体中下部通风透光性能，同时PAR 在盛铃期降至最低水平，延缓了棉花群体中下部叶片衰老脱落进程，能够使棉花叶片在生育期接受更多光能，增强光合速率，从而提高单位面积结铃数和铃重，提高氮肥偏生产力和氮肥农学效率，最终获得相对较高的籽棉及皮棉单产。但随着追氮量的增加（N2 处理），巴43541 LAI 持续增大，MLA 减小，群体冠层叶片大且平展出现相互遮挡，导致其GFTC 于盛铃期提前降到最低值，群体中下部光照环境变差，棉株中下部叶片接受PAR 的能力减弱，最终使其产量低于N1 处理[17]。

已有研究表明，棉花群体冠层结构各指标间存在显著相关性，并且不同生育时期的棉花LAI 与产量之间也存在线性正相关性，尤其在棉花生育后期，LAI 与产量的线性正相关性达到显著水平[5,23-25]。本研究结果显示，巴43541 群体冠层的LAI、MLA 与PAR 均呈极显著负相关关系，并且盛铃期的棉花LAI、PAR 与单位面积结铃数、籽棉单产及皮棉单产具有显著相关性。