减量追施氮肥运筹对棉花地上部干物质积累、分配及产量的影响

姚青青，孙绘健，马兴旺，罗 静，牛新湘，杨 涛，何忠盛

(1.新疆巴音郭楞蒙古自治州农业科学研究院，新疆库尔勒 841000； 2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

【研究意义】随着我国棉花种植战略重心向新疆棉区转移[1]，新疆巴音郭楞蒙古自治州(以下简称巴州)棉区是新疆高产优质棉花的主产区之一，施用氮肥是获得棉花高产的主要栽培技术之一，但过量施用氮肥不仅增加了棉花生产成本，还导致氮肥利用率降低、农业面源污染状况加剧及土壤生产力下降等问题[2-4]。【前人研究进展】合理施用氮肥可促进棉花生长发育及产量增长[5,6]，适宜的施氮策略可增加铃期之前营养器官干物质积累和提高铃期之后生殖器官的分配比例，但过量施用氮肥使棉花营养生长过旺，生殖生长效率降低[7-10]。减施氮肥措施对提高作物干物质累积量、产量及氮肥利用率产生积极作用[11-14]。适度的减少氮肥施用量可有效降低小麦-玉米轮作的籽粒氮素和秸秆磷、钾周年总吸收量[15]，其对农作物的生长、品质及产量的负面影响也达不到显著水平[16-20]。新疆北疆棉区施299～402.5 kg/hm2的纯氮量，可促使各生育时期营养器官和生殖器官干物质积累进行合理分配，适量的减施氮肥可促进棉花结实器官的干物质积累与分配，不会造成棉花显著减产[21]。【本研究切入点】目前国内有关新疆巴州棉区棉花生产中进行减施氮肥措施的研究较少，相关研究大多都集中在两河流域及北疆等地区。研究减量追施氮肥对棉花干物质积累、分配及产量的影响。【拟解决的关键问题】研究膜下滴灌棉花减量追施氮肥运筹管理下棉花地上部干物质积累和产量构成，分析减量追施氮肥对滴灌棉花地上部干物质积累、分配及产量的影响，为巴州棉田减氮增效、棉花高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

田间试验于2020年4～10月在新疆巴州尉犁县北部棉区进行(N 41°32＇，E 86°15＇)。该试验区属暖温带大陆性荒漠气候，全年平均日照2 975 h，年无霜期为210 d，年平均气温10.1℃，年平均降水量为43 mm，年平均蒸发量为2 700 mm。前茬作物均为棉花，试验区土壤质地为壤土，耕层土壤0～30 cm 土壤有机质为10.06 g/kg，碱解氮28.0 mg/kg，速效磷33.5 mg/kg，速效钾162 mg/kg。供试品种为新陆中71号，采用膜下滴灌(66+10)cm 1膜2管4行的种植模式，机械覆膜，机械精播穴距为12 cm，化学调控技术、植保技术及其他管理技术与当地相同。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

施氮运筹设5个施氮肥水平，即各处理基施氮肥用量相同，在追施氮肥用量上设计5个处理，N1为当地大田常规追施氮肥量，N2为减施10%常规追施氮肥量，N3为减施20%常规追施氮肥量，N4为减施30%常规追施氮肥量，N5为减施40%常规追施氮肥量。减量追施氮肥处理在追氮总量按比例减少情况下，生育期分次追施氮肥量也按相应比例减少，小区随机区组排列，重复3次，共计15个小区。小区长15 m，宽6 m，面积为90 m2。表1

各处理基肥施用量相同，均为基施尿素为225 kg/hm2，磷酸二铵为375 kg/hm2，硫酸钾为225 kg/hm2。氮磷钾肥随基施在犁地时施入，生育期氮肥随水追施，用施肥罐控制追氮量。灌溉方式为膜下有压滴灌，灌溉定额为 4 800 m3/hm2，从 6 月中旬开始灌溉，用水表控制灌溉量。

表1 氮肥追施设计Table 1 The design system of N fertilizer application

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 产量构成

在棉花吐絮期，调查试验测产区域内一定面积株数和铃数，计算小区株数和铃数；各小区分3次取棉株上、中、下部位完全吐絮铃各50个，测定铃重和衣分。根据单位面积收获铃数与铃重的乘积计算籽棉产量。

1.2.2.2 地上部干物质

田间试验测定地上部植株干物质积累量时，分别在每个小区随机选取有代表性的(长势均匀)棉株3株，剪取植株子叶节部分，把植株按茎、叶、蕾+花/铃不同器官分解成小块，在105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，采用称重法测定干物质积累量。

1.3 数据处理

用 Microsoft Excel 2007 软件进行数据整理，采用 SPSS18.0软件进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 减量追施氮肥对棉花地上部干物质积累的影响

研究表明，整个生育期各处理棉花地上部干物质积累量呈“S”型增长趋势，随着氮肥追施量的递减干物质积累量也呈现逐渐减少趋势。在蕾期，由于施基肥量一致而未进行追施氮肥，各处理棉花地上部干物质积累未出现显著差异。随着追施氮肥的进行，初花期至吐絮期各生育阶段，各处理地上部干物质积累量的差异达到显著性水平，为N1>N2>N3>N4>N5， N1处理的棉花地上部干物质积累量与N2处理差异达不到显著水平，N1、N2和N3处理的棉花地上部干物质积累量均显著高于N4和N5处理。吐絮期N1处理的生殖器官(蕾花铃)干物质积累量与N2处理之间也未达到显著性差异，并且N1、N2和N3处理的生殖器官(蕾花铃)干物质积累量均显著高于N4和N5处理。在大田常规追施氮肥基础上减施10%追施氮肥量不会显著降低棉花地上部干物质积累量和生殖器官干物质积累量。表2

表2 减量追施氮肥下地上部干物质积累变化Table 2 The effects of reduced nitrogen fertilizer amount on cotton aboveground dry matter accumulation (g/株)

2.2 减量追施氮肥对棉株各器官干物质分配的影响

研究表明，随生育进程的推进，茎枝干物质的分配比重由蕾期的38.15%～38.89%降至吐絮期的20.56%～22.20%，叶片干物质的分配比重由蕾期的42.30%～43.74%降至吐絮期的17.97%～19.81%，蕾花铃干物质的分配比重由蕾期的17.97%～19.81%逐渐增加到吐絮期的58.12%～61.36%。蕾期至初花期棉株的营养生长占主导地位，作为营养器官的叶片和茎枝干物质分配比重在79.87%以上，盛花期至花铃期棉花营养生长和生殖生长齐头并进，但该阶段仍以营养生长为主，棉株生殖器官(蕾花铃)干物质分配比重逐渐增加，盛铃期至吐絮期生殖生长速率加快，营养生长速率降低，棉株生殖器官干物质分配比重超过营养器官。吐絮期各处理生殖器官(蕾花铃)干物质分配比重表现为N2>N1>N3>N4>N5，N2处理分别比N1、N3、N4和N5高出0.01%、1.12%、3.32%和5.28%，N5处理分别比N1、N2、N3和N4处理降低5.26%、5.27%、4.21%和2.02%，在大田常规追施氮肥基础上减施10%追施氮肥量并不影响棉株生殖器官分配比重的增加，而过度的减量追施氮肥会降低生殖器官的分配比重。表3

表3 减量追施氮肥下地上部干物质分配比重变化Table 3 The effects of reduced nitrogen fertilizer amount on cotton above ground dry matter distribution(%)

2.3 减量追施氮肥对棉花产量构成及产量的影响

研究表明，在保苗株数差异不明显的情况下， N1、N2和N3处理在结铃数、铃重、衣分及籽棉产量上存在一定的差异，均未达到显著水平；但N1、N2和N3处理的结铃数、铃重和籽棉产量均极显著高于N5处理， N1、N2和N3处理的结铃数和籽棉产量均极显著高于N4和N5处理；在籽棉产量方面， N2、N3、N4、N5处理分别比N1处理减产0.47%、2.15%、20.81%、27.61%。在膜下滴灌条件下，大田常规追施氮肥基础上减施10%～20%追施氮肥量均为未显著降低棉花的结铃数、铃重、衣分及籽棉产量，而过度的减量追施氮肥措施会使结铃数和铃重锐减、衣分下降导致棉花大幅减产。表4

2.4 追施氮肥量、地上部干物质积累及籽棉产量的相关性

研究表明，追施氮肥量与地上部干物质积累的相关性达到极显著水平(P<0.01)、线性关系：y= 1.283 1x+ 69.752，R2=0.954；追施氮肥量与籽棉产量的相关性达到显著水平(P<0.05)、线性关系：y= 148.6x+ 2 019.1，R2=0.840 6；地上部干物质积累与籽棉产量的相关性达到极显著水平(P<0.01)、线性关系：y= 0.007 9x+ 57.123，R2=0.939 7。表5

表5 追施氮肥量、地上部干物质积累及籽棉产量的相关性Table 5 Correlation of nitrogen fertilizer application, aboveground dry matter accumulation and seed cotton yield

3 讨 论

不同的追施氮肥量直接显著影响棉花部干物质积累和籽棉产量，并且棉花地上部干物质积累对追施氮肥量变化的敏感性较籽棉产量高；生育期棉花地上部干物质积累量变化直接显著影响籽棉产量的高低，地上部干物质积累量越高其棉花籽棉产量也相应越高。

氮肥运筹对棉花干物质积累具有重要影响，棉花干物质的积累和分配则是棉花产量形成的基础。前人研究表明[22-24]，施氮量的变化会引起棉花干物质积累量和棉株各器官的分配比例的变化，适宜的施氮量可获得较高的棉花干物质积累量，并且生殖器官的分配比重处于较高水平，施氮量过高或过低，均会降低棉花干物质累积量，导致减产。研究表明，在大田常规追施氮肥基础上减施10%追施氮肥量并不会显著降低棉花地上部干物质积累量，也不会影响棉株生殖器官分配比重的增加，而过度的减量追施氮肥不仅会显著降低棉花地上部干物质积累量，同时也会降低生殖器官的分配比重。这与上述研究结果不尽相同[23]，与文明等[21]研究一致。棉花地上部干物质积累均呈“S”型增长趋势，棉花花铃期之前主要以营养生长为主，叶片和茎枝干物质分配比重高达79.87%以上，花铃期之后干物质积累逐渐向生殖器官转移，直至吐絮期生殖器官干物质分配比重增至61.36%，这与已有研究结果类似[9,21,25,26]。

有研究表明，不同施肥量对棉花群体的生长状况产生重要影响[3,4]，不同氮肥运筹条件下代表产量构成的单株铃数、籽棉产量存在显著差异, 而单铃重株数、衣分差异不显著[10]。适量的减施氮肥可促进干物质向生殖器官分配，同时不会造成棉花显著减产[21,27]。研究表明，适度的减量追施氮肥处理(N2和N3处理)产量低于常规追施氮肥处理(N1)，但是差异并不显著，而过量的减施氮肥(N4和N5处理)会使结铃数和铃重锐减、衣分下降，导致棉花大幅减产，这与上述研究结果类似。

已有研究表明，棉花干物质积累与含氮量、产量之间存在线性正相关性[10,28]，而研究进一步显示追施氮肥量、地上部干物质积累及籽棉产量两两之间的线性正相关性均达到显著水平，并且棉花地上部干物质积累对追施氮肥量变化的敏感性较籽棉产量高。

在试验条件下适度的减量追施氮肥不会显著降低籽棉产量，但由于棉花产量会受到品种、棉田地力及天气环境等因素的影响，增加了减施氮肥条件下棉花稳产的不确定性，还需要进一步开展相关研究。

4 结 论

4.1在本试验条件下，较常规追施氮肥，减施10%追施氮肥量的棉株地上部干物质积累量降低了1.81%，但生殖器官分配比重增加了0.02%，棉花结铃数、铃重、衣分均未显著降低，且籽棉产量达到6 850.47 kg/hm2。

4.2随着减施氮肥量的增加，减施30%～40%追施氮肥导致籽棉产量减产达20.81%～27.61%，同时棉株干物质积累量也降低10.07%～15.76%。