氮肥運籌對棉花干物質累積及產量的影響

摘要：為了尋找最佳氮肥施用時期和比例，提高氮肥吸收利用效率，在氮肥施用總量固定為225 kg/hm2的情況下，調整施肥時期和比例，研究氮肥運籌對棉花（Gossypium hirsutum L.）干物質累積和產量的影響。結果表明，①底肥主要影響營養器官干物重，而對生殖器官干物重沒有明顯影響，適量的底肥有利于在蕾期和初花期獲得較高的生物量；②固定底肥用量為30%時，剩余氮肥全部用于初花期與分兩次施用于初花期和盛花期最終獲得的生物量和產量相當；③合理的氮肥施用策略有利于提高快速累積期的平均速率、最大速率和快速累積期積累的干物質，最終有利于獲得較高的棉花產量。

關鍵詞：棉花（Gossypium hirsutum L.）；氮肥；施用時期；施用比例；干物質；產量

中圖分類號：S562；S143.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）22-5437-06

氮肥是影響棉花（Gossypium hirsutum L.）生長的主要限制因子之一，因此氮肥的合理運籌與棉花干物質累積及產量關系密切[1]。較高的生物量是作物高產的前提，而物質的累積又是以養分的吸收為基礎[2-5]。氮肥用量對棉花干物質的累積影響顯著，氮肥用量的增加有利于棉花前期干物質累積，氮肥施用過多或過少均不利于塑造合理的株型；氮肥用量還可以調節干物質快速累積期的進入早晚和持續時間，也可以改變干物質的累積速率[6]。隨著氮肥用量的增加，棉花干物質和氮素的累積總量均隨氮肥用量的增加而持續增加，最大累積速率增加，但快速增長期推遲至初花期至盛鈴期，持續時間40 d左右[7]。氮素水平對棉花生殖器官干物質累積和氮素吸收的影響大于營養器官，施氮量的增加還顯著提高了棉花氮素吸收速率[8]。

棉花生長后期需要大量氮素和磷素營養，當營養供應不足時會減弱后期同化產物的累積，從而降低產量。在棉花生長后期追施氮肥有利于促進有機質的累積，所以后期追施一定量的速效肥，并結合灌水和打頂是獲得棉花高產的關鍵[9]。研究表明，后期追施氮肥效果與地力有很大關系，一般在地力較肥沃的棉田氮肥增產效果低，但在中等地力棉田后期追施氮肥增產效果明顯。早施氮肥能加速棉鈴形成及促進早熟，后期追施氮肥量不應超過棉田總施氮量的35%，否則霜后花和青鈴比例增大，影響纖維品質[10]。在氣候條件適宜、沙壤土條件下，中熟品種棉花氮肥施用比例大致以基肥占30%、接力肥占10%、花鈴肥占35%、蓋項肥占25%為宜[11]。

本試驗通過在氮肥總量固定的情況下，調整施肥次數和比例，以期尋找到一種最佳施肥策略，達到提高棉花氮肥利用率、降低因氮肥流失而引起的環境污染、簡化施肥方式的目的，為棉花簡化栽培（施肥）提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗條件

試驗于2011—2012年在華中農業大學試驗農場進行。大田試驗前茬作物為棉花，土壤為黏土，堿解氮129.7 mg/kg，速效磷44.9 mg/kg，速效鉀166.7 mg/kg，有機質58.8 g/kg。兩年試驗均采用同一田塊。

1.2 供試材料

試驗品種為華雜棉H318，由華中農業大學作物遺傳改良重點實驗室選育并提供。

1.3 試驗設計

固定氮肥施用量為225 kg/hm2。氮肥運籌（施用時期和比例）設置8個處理：A.對照，不施肥；B.底肥∶初花肥∶盛花肥=10∶0∶0；C.底肥∶初花肥∶盛花肥=0∶10∶0；D.底肥∶初花肥∶盛花肥=0∶0∶10；E.底肥∶初花肥∶盛花肥=3∶7∶0；F.底肥∶初花肥∶盛花肥=3∶0∶7；G.底肥∶初花肥∶盛花肥=0∶7∶3；H.底肥∶初花肥∶盛花肥=3∶4∶3。其中，B、C、D處理氮肥均為一次性施入，E、F、G分兩次施肥，H為常規三次施肥。

小區面積16 m2（2 m×8 m），2行區。行距100 cm，等行種植，種植密度22 500株/hm2。2011年設3次重復，2012年設4次重復，其中第四重復用于破壞性取樣。營養缽育苗移栽，2011年于4月14日播種，4月18日出苗，4月28日大田移栽；2012年于4月22日播種，4月26日出苗，5月6日移栽。磷、鉀肥用量按照N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.3∶1.0的比例配合施用，硼砂小區施用量為24 g。磷肥、鉀肥和硼砂作為底肥于移栽前一次性施入。其他栽培管理措施按照高產栽培田要求進行。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 棉株干物質 分別在蕾期、初花期、盛花期、吐絮期和拔稈期進行取樣，每次連續取3株，按根、莖枝（主莖和果枝）、葉（主莖葉和果枝葉）、蕾花鈴、營養枝等不同器官分裝在信封中，105 ℃下殺青30 min，后于80 ℃下烘干至恒重，稱其干重。

1.4.2 產量及其構成因素 分次實收全小區吐絮鈴計產。每次每小區收花后裝入網袋，曬干，稱重，軋花，累積計算各小區子棉產量和皮棉產量。收取的百鈴曬干，稱子棉重，軋花，稱皮棉重，計算單鈴重和衣分。以9月15日的調查結果計算單株鈴數。

1.4.3 數據分析 使用Microsoft Excel 2010和SAS軟件進行數據整理與統計分析。

2 結果與分析

2.1 氮肥運籌對棉株干物質累積的影響

2.1.1 單株總干重 單株總干重是作物產量形成的物質基礎，因此棉花能否形成足夠的單株干物質量與產量有著密切的關系。由圖1可知，整個生育期內單株總干重變化呈倒“S”曲線，出苗后44～80 d單株干重增加緩慢；出苗后80～102 d單株總干重增加最快，幾乎呈直線增長；出苗后102～185 d單株總干重增加緩慢。

蕾期（出苗后44 d）棉花單株總干重較低，各處理單株干重表現為前期肥料全部底施的處理（處理B，為9.07 g）>前期施底肥30%的處理（處理E、F和H，分別為8.22、7.88和8.06 g）>前期沒有施用底肥的處理（處理A、C、D和G，分別為6.02、6.02、6.03和6.06 g），說明底肥對棉花蕾期干重有一定的影響。

初花期（出苗后65 d）棉花單株總干重與底肥仍然存在一定的關系，前期施用底肥的處理（處理B、E、F和H，分別為62.95、60.76、62.55和60.78 g）單株總干重大于前期沒有施用底肥的處理（處理A、C、D和G，分別為35.76、39.64、36.39和38.62 g）。前期底肥用量100%的處理B與前期底肥用量30%的處理E、H總干重差異不大，說明在棉花氮肥運籌過程中并不是底肥比例越大單株干重就越大，在一定范圍內隨著底肥用量的增加，初花期單株總干重先增加，當底肥用量超過一定限度時，初花期單株總干重不再增加。因此要想在初花期獲得足夠的生物量，必須保證適量的底肥用量（30%左右），底肥中不施氮肥或者施入過量的氮肥均不利于棉花生長。

隨著初花肥的施入，盛花期（出苗后80 d）棉花單株總干重出現明顯增加，主要表現為處理B（140.49 g）、處理E（145.96 g）、處理H（141.48 g）>處理C（123.09 g）、處理G（127.85 g）>處理F（104.19 g）>處理A（81.58 g）、處理D（76.48 g）。說明適量的底肥和足量的初花肥有利于棉花在盛花期獲得足夠的生物量。

各處理在吐絮期（出苗后102 d）棉花單株總干重主要表現為處理E（410.23 g）、處理H（411.99g）>處理B（384.48 g）>處理C（341.03 g）、處理G（348.41 g）>處理F（292.21 g）>處理A（250.68 g）、處理D（223.92 g）。處理E、H在吐絮期的單株總干重與處理B的比較結果表明，適量的底肥和足量的初花肥比氮肥全部用于底肥更有利于在吐絮期獲得較高的生物量；處理E與處理F的比較結果表明，當固定初花肥比例70%時，30%的氮肥用于底肥比用于盛花肥更有利于棉花在吐絮期獲得較高的生物量；處理B、C和處理D的比較結果表明，氮肥一次性用于底肥和初花肥比一次性用于盛花肥明顯有利于棉花在吐絮期獲得較高的生物量；所有施肥處理與不施肥的處理A比較結果表明，在棉花栽培過程中施用氮肥有利于棉花在吐絮期獲得較高的生物量。

拔稈期（出苗后185 d）各處理棉花單株干重表現為處理E（630.32 g）、處理H（658.29 g）>處理C（569.83 g）、處理G（566.74 g）>處理B（536.85 g）>處理F（462.34 g）>處理D（391.81 g）>處理A（368.94 g）。處理E在拔稈期的單株總干重與處理G的比較結果表明，當固定初花肥70%時，30%的氮肥用于底肥比用于盛花肥更有利于棉花在拔稈期獲得較高的生物量；處理E與處理F的比較結果表明，當固定底肥30%時，70%的氮肥用于初花肥比用于盛花肥更有利于棉花在拔稈期獲得較高的生物量；處理B、C、D的比較結果表明，氮肥一次性用于初花期比一次性用于底肥和盛花肥有利于棉花在拔稈期獲得較高的生物量；處理E與處理H的比較結果表明，當固定底肥30%時，剩余氮肥全部用于初花期和分兩次施用于初花期和盛花期最終獲得的生物量相當。

2.1.2 營養器官干重 由圖2可知，棉花單株營養器官干重隨時間變化趨勢與棉花單株總干重變化趨勢類似，即氮肥運籌對棉花營養器官干重的影響與對棉花單株總干重的影響結果類似。有所不同的是在吐絮期至拔稈期營養器官增長幾乎進入平臺期，這與棉花前期主要進行營養生長，同時后期存在葉片脫落有關。

2.1.3 生殖器官干重 由圖3可知，棉花單株生殖器官干重隨時間變化趨勢與營養器官干重和單株總干重隨時間變化趨勢類似，即均符合倒“S”曲線，但是也有所不同。

在蕾期取樣時，各處理都只有50%的棉株出現第一朵蕾，所以各處理生殖器官干重幾乎為零，沒有差異，說明底肥施用量多少和施用與否對棉花蕾期生殖器官干重沒有明顯影響，主要影響營養器官干重。

在初花期，生殖器官干重表現為處理E（3.05 g）、處理F（3.41 g）和處理H（2.91 g）較高，其不施底肥的各處理和底肥用量100%的處理B相當。處理E、F和H與處理B在初花期的單株總干重相當，而生殖器官干重處理B最小，說明前期底肥比例較大主要促進棉花營養生長，而前期適量的底肥更有利于初花期獲得較大的生殖器官干重。

在盛花期、吐絮期和拔稈期各處理生殖器官干重受氮肥運籌影響與單株總干重類似，同時進一步說明底肥比例較大在很大程度上促進棉花營養生長，而適量底肥和足量初花肥不但有利于單株總干重增加，而且有利于生殖器官干重增加。

通過比較棉花單株營養器官和生殖器官的增長速度，發現在蕾期至吐絮期營養器官干重增加速度>生殖器官增加速度，而在吐絮期至拔稈期這一階段則表現為生殖器官增加速度>營養器官增加速度。這一特征符合棉花生長規律，即現蕾期以前進行營養生長，現蕾期至初花期以營養生長為主、生殖生長為輔，初花期至吐絮期營養生長和生殖生長同時進行，而吐絮期至拔稈期以生殖生長為主。

2.1.4 干物質累積特征 由圖1、圖2和圖3看出，棉花單株總干重、營養器官干重和生殖器官干重動態變化符合倒“S”曲線，因此可以模擬干重（y）隨出苗后時間（t）的“S”形增長曲線，根據Logistic方程求得其干物質快速累積期的平均積累速率、干物質最大增長速率和持續時間，具體結果見表1。

由表1可知，各處理進入快速累積期的起始時間t1表現為t1（生殖器官干重）>t1（總干重）>t1（營養器官干重），快速累積期的終止時間t2表現為t2（生殖器官干重）>t2（總干重）>t2（營養器官干重），這與棉花生長規律一致。單株總干重、營養器官干重和生殖器官干重進入快速累積期的起始時間均表現為前期氮肥比例大的處理較早進入快速累積期，而后期氮肥比例大的處理較晚進入快速累積期，說明棉花干物質進入快速累積期的起始時間隨著后期氮肥比例的加大出現不同程度的后移。

最大速率vm、平均速率vT和快速累積期內積累的干物質m均以處理H和處理E較大，其次是處理B、C和G，處理F、A和D較小，說明合理的氮肥運籌有利于提高快速累積期的平均速率、最大速率和快速累積期累積的干物質。B、C、D 3個處理比較結果表明，盛花肥一次性追施氮肥不利于提高干物質累積速率，也不利于提高快速累積期內累積的干物質；處理E和處理F比較結果表明，當固定底肥的比例為30%時，70%的氮肥用于初花肥比用于盛花肥更有利于提高干物質累積速率和快速累積期內累積的干物質。

2.2 氮肥運籌對棉花產量及其構成因素的影響

由表2可知，在2011年的大田試驗中，施用氮肥的處理單鈴重均大于不施氮肥的處理A，且處理B、C、E、H單鈴重顯著大于處理A；單株成鈴數、子棉產量和皮棉產量處理C、E、H較高；衣分所有處理的差異均沒有達到顯著水平。

在2012年的大田試驗中，施用氮肥的所有處理單鈴重均大于不施氮肥的處理A；處理C、E、G、H的單株成鈴數顯著大于處理A、B、D、F，處理B、D、F的單株成鈴數也均大于不施氮肥的處理A，但是沒有達到顯著水平；子棉產量表現為常規施肥的處理H最高，但是與處理C和E沒有達到顯著差異水平，處理H顯著大于處理A、B、D、F和G，處理A與處理D的子棉產量最低，且差異不顯著；衣分表現為處理D最低，處理E、C較高，與處理H、A、F、G均沒有顯著差異，與2011年的試驗結果存在一定的差異，可能是由于兩年氣候條件的差異導致的。

通過分析兩年的產量，皮棉產量表現結果與子棉產量類似，且初花肥比例較高的處理C、E、H能夠獲得較高的產量，底肥全部基施的處理B產量大于肥料全部用于盛花肥的處理D，肥料全部用于盛花肥的處理D與不施氮肥的處理A產量相當，兩年差異均不顯著。這可能是由于在初花期以前棉花個體較小，對養分需求較少，如果前期施用過多的底肥會導致肥料流失，引起后期氮肥供應不足而影響棉花的正常生長；進入初花期棉花即將進入一生中最旺盛的生長期，對養分需求量最大，此時增加初花肥的施入無疑有利于棉花個體的營養生長和生殖生長的進行，有利于形成較大的個體，為獲得較高的棉花產量打下物質基礎和生理基礎；進入盛花期再施肥，雖然棉花正在進行旺盛的生長，但是由于前期養分吸收不足，導致相關營養物質和酶類物質合成不足而影響其正常生長。此結果在一定程度上說明，在棉花施肥過程中適當減少底肥施用比例，增加初花肥的施用比例比增加盛花肥的施用比例更有利于獲得較高的棉花產量。

3 小結與討論

3.1 小結

底肥主要影響營養器官干重，而對生殖器官干重沒有明顯影響，適量的底肥有利于在蕾期和初花期獲得較高的生物量。適當降低底肥比例，提高初花肥比例，保證適量的盛花肥比例既有利于提高單株總干重，又有利于提高干物質在生殖器官中的分配比例，最終提高棉花產量。

棉花單株總干重、營養器官干重和生殖器官干重動態變化均符合倒“S”曲線。棉花干物質累積特征結果表明，植株干物質進入快速累積期的起始時間隨著后期氮肥比例的加大出現不同程度的后移；合理的氮肥運籌有利于提高快速累積期的平均速率、最大速率和快速累積期累積的干物質。

對2011年和2012年兩年的產量及其構成因素調查結果表明，初花肥比例較高的處理C、E、H能夠獲得較高的產量，肥料全部基施的處理B產量大于肥料全部用于盛花肥的處理D，肥料全部用于盛花肥的處理D與不施氮肥的處理A產量相當，兩年差異均不顯著。說明在棉花氮肥運籌過程中在保證適量底肥的基礎上，提高初花肥比例有利于提高子棉和皮棉產量。

3.2 討論

重視基肥可以促進棉花前期生長，中等地力棉田氮肥可以全部作為基肥[12]。輕壤質以上棉田適宜的施用時期和比例為基肥占總量的60%～75%，剩余肥料在頭水前進行追施；部分壤質或黏土棉田， 氮肥可以全部作為基肥[13]。在土壤養分瘠薄的地區，在施用磷、鉀肥基礎上增加氮肥用量是提高棉花產量的有效措施，并可以通過不同氮肥用量與施用時期耦合的策略對棉花產量、品質及肥料利用進行平衡調控[14]。說明合理的氮肥運籌需要結合土壤基礎肥力水平而定。本試驗過程中均以初花肥比例較高的E、C和H處理生物量和產量較高，但是兩年的大田試驗產量存在一定差異，這可能與兩年土壤基礎肥力動態變化等因素有關。

適量追施氮肥在一定程度上可以改善葉片光合性能，延緩葉片衰老，保證了棉花生育后期光合產物的形成，從而獲得棉花高產[15]。在一定范圍內，葉綠素含量、光合速率、硝酸還原酶活性都會隨著氮肥追施水平的增加而增加[16]。在棉花生產中氮肥基施比例過大，后期氮肥供應不足，影響棉花鈴數的增長和鈴重的提高，易造成棉花早衰，導致減產[17]。本研究結果表明，氮肥運籌過程中適量降低底肥比例，同時保證適量盛花肥，提高初花肥比例有利于獲得較高的生物量和子棉產量。

因此，針對土壤肥力中等或中等偏上的棉田，在氮肥運籌過程中在保證適量盛花肥的條件下，降低底肥比例，提高初花肥比例有利于獲得較高的生物量和子棉產量。常規施肥的處理H可以獲得較高的生物量和產量，但是一次施肥的處理C和兩次施肥的處理E也可以獲得與三次施肥的處理H相當的產量，本試驗過程中兩次施肥的處理E兩年均獲得了穩定且較高的產量，因此在生產中推薦施肥方式為處理E，即底肥∶初花肥∶盛花肥=3∶7∶0的施肥方式有利于獲得棉花高產。

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（責任編輯 呂海霞）