施氮量對南疆機采棉生長特性及產量的影響

石洪亮，張巨松，嚴青青，田立文，崔建平，林 濤，郭仁松

(1.新疆農業大學 棉花工程研究中心,烏魯木齊 830052；2.新疆農業科學院 經濟作物研究所,烏魯木齊 830091)

施氮量對南疆機采棉生長特性及產量的影響

石洪亮1，張巨松1，嚴青青1，田立文2，崔建平2，林 濤2，郭仁松2

(1.新疆農業大學 棉花工程研究中心,烏魯木齊 830052；2.新疆農業科學院 經濟作物研究所,烏魯木齊 830091)

研究施氮量對南疆機采棉生長特性及產量的影響，以期為南疆機采棉栽培技術提供科學理論依據。在南疆自然生態條件下，以‘新陸中54號’為材料，采用單因素試驗設計，設置4個施氮(純 N)水平，分別為0 (N0)、150 (N1)、300 (N2)和450 kg/hm2(N3)。結果表明，N2、N3處理較N1、N0處理花鈴期延長4～8 d，N2處理有效增加真葉數、莖粗、倒四葉寬和有效果枝數，果枝始節高度合理(平均25.15 cm)，符合機采要求；至盛花期，棉花的葉面積指數(LAI)及凈光合速率(Pn)均達到最大值，分別為4.81和36.32 μmol/(m2·s)；N2處理干物質積累量大，且向生殖器官轉運率最高，為61.02%，增產效果最顯著，為36.30%。在南疆機采棉種植模式下，施氮量為300 kg/hm2時，棉花生長優，單株結鈴數多，單鈴質量大，籽棉產量最高，為5 781.7 kg/hm2，且投入產出比最小，為0.72。

機采棉；施氮量；生長特性；產量；投入產出比

棉花是重要的經濟作物，種植面積大、分布范圍廣，尤其是在中國的三大棉區。新疆地區光熱資源豐富，日照時間長，棉花單產水平高，是中國棉花主要生產基地之一。施肥一直對棉花的增產發揮著巨大的作用[1]，氮磷鉀是農田土壤養分的重要來源，也是作物正常生長所吸收的必需養分，尤其氮肥是影響棉花產量和品質的關鍵因素之一，氮肥的合理施用一直是調控作物生長發育及產量和品質的主要措施[2-3]。適宜的施氮均能促進植株健康成長，改善蕾鈴脫落的情況，增加產量[4-5]。但是盲目大量施用氮肥，則會造成肥料利用率低、生產成本增加和生態環境惡化等一系列問題[6]。在農業生產中如何合理運籌氮肥實現高產高效成為科研工作者的重要研究目標，關于棉花適宜施氮量，在長江流域[7-9]、西北內陸棉區[10-12]和黃河流域棉區[13-14]均有研究報道。如何根據新疆水資源不足的情況下，并且在機采棉的種植模式下，合理使用氮肥，最終達到高產、高效且優質的目的[15]，目前關于南疆機采棉對氮肥的響應研究報道較少。本試驗在南疆大田自然條件下，設置不同施氮量處理，研究施氮量對南疆機采棉生長特性及產量的影響，闡明施氮量對南疆機采棉生長特性及產量的影響機理，為南疆機采棉栽培技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2015年4至10月在新疆農科院經作所實驗基地進行。該基地位于新疆阿克蘇市阿瓦提縣豐收二場一連，地處北緯39°31′～40°50′、東經79°45′～81°5′，屬暖溫帶大陸性干旱氣候，無霜期183～227 d，年均日照2 750～3 029 h，全年≥10 ℃積溫3 802.9 ℃，多年平均降水量46.7 mm，多年平均蒸發量1 890.7 mm，試驗區耕作層(0～40 cm)土壤為砂壤土，土壤平均體積質量 1.43 g/cm3。供試土壤全氮0.91 g/kg、有機質12.50 g/kg、水解性氮175.80 mg/kg、有效磷54.00 mg/kg、速效鉀299.00 mg/kg。

1.2 試驗方案

常規滴灌下(3 800 m3/hm2)，單因素試驗設計，設置4個施氮(純 N)水平，即 0、150、300、450 kg/hm2，分別用N0、N1、N2、N3表示，當地常規施氮量(純 N)為379.5 kg/hm2(按照尿素平均55 kg/667 m2計算)。供試棉花品種為‘新陸中54號’。機采棉種植模式，1膜4行，行距配置(66+10)cm，株距11 cm，理論株數為24.25萬株/hm2，滴灌毛管鋪在窄行中間。小區長6.5 m，寬4.5 m，(3膜)面積29.25 m2，重復3次，重復間距50 cm，占地面積為378 m2。

施氮量經電子秤稱量后，對應各處理放入施氮罐中，隨水滴施，按照1水1肥進行。施用的肥料為尿素[w(N)=46.4%]、顆粒狀過磷酸鈣[w(P2O5)=12%]和農用顆粒鉀肥[w(K2O)= 40%]。基肥：尿素施用總量的20%，顆粒狀過磷酸鈣200 kg/hm2，農用顆粒鉀肥100 kg/hm2；追肥：全部施用尿素(總量的80%)，具體方案見表1。

表1 施肥方案Table 1 Fertilization scheme kg/hm2

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生育時期 記載苗期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期、吐絮期的日期，各生育時期的確定以達到調查數量50%為標準。

1.3.2 農藝性狀 自現蕾開始調查各生育時期的蕾數、鈴數，在8月25日調查株高、真葉數、主莖到3葉寬、莖粗、果枝數等主要農藝性狀。在定點區域選擇長勢均勻具有代表性連續10株棉花，內外行各5株，取平均值。

1.3.3 葉面積指數(LAI) 蕾期至吐絮期(5月30日至9月15日)的各個生育時期，選取具有代表性的6株棉花(每隔15 d取樣1次)，利用打孔法測定葉面積，最后折算出各處理葉面積指數。

1.3.4 凈光合速率(Pn) 在棉花現蕾期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期、吐絮期測定葉片凈光合速率，選擇11：00-13：00內的晴朗天氣(測定倒四葉，打頂后倒三葉)。

1.3.5 干物質 蕾期至吐絮期(5月30日-9月15日)的各個生育時期，選取具有代表性的6株棉花(每隔15 d取樣1次)，按照莖枝、葉、蕾花鈴等器官分開，放入電熱恒溫鼓風干燥箱105 ℃殺青30 min，然后80 ℃恒溫至恒質量，測定其干物質質量。

1.3.6 經濟產量 吐絮后實數每小區株數和鈴數，選取有代表性的棉株，分上(30朵)、中(40朵)、下(30朵)取樣，測其鈴質量和衣分，重復3次。

1.4 數據分析

采用Excel 2013、SPSS 19.0進行統計分析，方差分析均為0.05水平，采用Duncan’s新復極差多重比較法處理數據。

2 結果與分析

2.1 施氮量對機采棉生育進程的影響

由表2中看出，不同氮肥處理間在盛蕾期以前差異不大，在初花期后差異顯著，不施氮肥要比施氮肥處理提前進入各生育時期，施氮肥處理中，N3處理生育進程又比N1、N2處理明顯滯后，到吐絮期，N3處理比N1、N2分別滯后7 d和3 d；由表3中看出，就整個生育階段來看，N3處理的生育期也顯著長于其他處理的生育期，分別比N0、N1、N2延長11 d、7 d、4 d，而不施氮肥的棉花生育期顯著偏短，說明不施氮肥使棉花的生育期縮短，造成輕度早衰的現象，不利于棉花的產量形成。

2.2 施氮量對機采棉農藝性狀的影響

由表4可以看出，施氮量對有效果枝數影響不顯著，N2、N3處理的其余農藝性狀都要高于其他處理，N0處理的株高和果枝數與N1的差異不顯著，但是與N2、N3處理差異顯著，相差最大為株高10.2 cm、果枝數2.0臺，并且不施氮肥的始節高度、真葉數、倒四葉寬、莖粗都與施氮肥的處理差異顯著，其中差值最大的為N0和N3，分別為9.8 cm、2.6片、4.00 cm、0.387 cm。不施氮肥處理的始節高度過低會影響機采棉的采收質量，N2、N3處理果枝始節高度合理，平均為25.15 cm，同時，倒四葉作為棉株的功能葉，倒四葉寬的大小能影響光合的吸收和積累，并且，N3處理施肥過多與N1、N2相比有貪青的現象。

表2 不同處理下棉花生育時期的比較Table 2 Comparison of cotton growing periods under different treatments

表3 不同處理下棉花生育階段的比較Table 3 Comparison of cotton growing stages under different treatments d

表4 不同處理下棉花主要農藝性狀的比較Table 4 Comparison of main agronomic characters of cotton under different treatments

注：不同小寫字母表示差異達0.05顯著水平。

Note:Different lowercase letters mean significant differences at 0.05 level.

2.3 施氮量對機采棉LAI的影響

由圖1可以看出， 各處理LAI都呈單峰趨勢，都在82 d達到峰值，隨著施氮量的增加LAI呈先增后減的趨勢，N2>N3>N1>N0，N0、N1、N2、N3在盛花期LAI最大值分別為3.01、3.19、4.81、4.51，在峰值處N2、N3、N1處理LAI較N0處理分別增加36.02%、31.19%、3.81%，盛花期后，各處理的LAI都呈下降趨勢，至吐絮期，N2、N3處理相較于N0、N1處理LAI仍然保持較高水平，說明N2、N3處理保證棉花后期葉片的光合有效面積，提高光合產物積累能力，有利于產量形成。

2.4 施氮量對機采棉Pn的影響響葉片的凈光合速率，使葉片的光合作用低于其他施肥處理，導致產量的形成也受到影響，施氮量的增加使Pn也增加，但是N3的Pn卻低于N2的，說明過多的施氮量不利于Pn的增加。

由圖2可以看出，隨著施氮量的增加Pn呈先增后減的趨勢，在盛花期各處理的Pn均達到最大，N0、N1、N2、N3在盛花期Pn最大值分別為29.32、31.50、36.32、34.61 μmol/(m2·s)，盛蕾期至吐絮期N2、N3的Pn始終大于N0、N1，并且N0處理的Pn明顯低于N2處理，不施氮肥影

圖1 不同處理下棉花LAI的變化Fig.1 Dynamic changes of cotton LAI under different treatments

圖2 不同處理下棉花凈光合速率的變化Fig.2 Dynamic changes of net photosynthetic rate of cotton under different treatments

2.5 施氮量對機采棉地上部干物質積累與分配的影響

2.5.1 干物質積累 干物質是形成產量的基礎，合理的施肥可以顯著增加棉花干物質的積累。用Logistic生長函數對不同施氮量的機采棉干物質積累進行擬合，其Logistic模型及其特征值見表5。

由表5可知，隨著施氮量的增加，棉株干物質積累量、快速積累持續時間及其最大積累速率呈先升后降的趨勢，說明它們并不是與施氮量一直呈正比的，N2、N3處理棉花總干物質積累最快時期出現在出苗后53～108 d。N2、N3、N1處理分別較N0處理干物質積累量每株分別增加47.08、31.91、15.68 g，干物質積累持續時間也分別增長7、3、2 d，同時，最大積累速率也分別提高36.75%、31.73%、18.12% ，因此，N0相較于其他處理植株干物質積累時間短，最大積累速率持續時間也短，不施氮肥讓植株的干物質積累明顯低于其他處理，N3處理雖施氮最多，卻沒有N2處理的干物質積累量多，可見，施氮過多，不利于植株干物質積累。

表5 機采棉干物質積累的Logistic模型及其特征值Table 5 Logistic model and its characteristics of dry matter accumulation of machine-picking cotton

注：t.棉花出苗后的時間(d)；y.單株棉花干物質積累量(g)；t0.干物質積累最大速率出現時間；t1和t2分別為Logistic生長函數的2個拐點；△t.干物質快速積累持續時間；Vm.干物質最大增長速率；R2.決定系數；“*”表示差異顯著(P<0.05)。

Note:t.times after the emergence of cotton;y.cotton dry matter accumulation;t0.days of accumulation rate of maximum dry matter ;t1andt2are two inflexions of the logistic equations,respectively;△t.times of dry matter rapid accumulation;Vm.maximum increase rate of dry matter;R2.determination coefficient；“*”significant difference at 0.05 level.

2.5.2 干物質分配 由圖3可以看出，在出苗后65 d以前，植株一直在進行營養生長，也就是初花期植株才開始生殖生長，從出苗后65 d至96 d，營養生長與生殖生長同時在進行，但是營養生長明顯高于生殖生長，說明此階段植株營養生長為主，生殖生長為輔，到96 d以后，棉花開始進入盛花期，生殖生長開始加速，超過營養生長，一直到吐絮期，說明此階段生殖生長為主。在116 d和132 d N2處理的營養生殖干物質積累與營養器官干物質積累比其他處理多，但是比例卻是最小的，為1.27和1.57，說明隨著施氮量的增加，生殖生長與營養生長的比例先增加后減少，各處理中，N2處理向生殖器官轉運率最高，為61.02%。由于生殖生長的干物質量也是隨著施氮量增大而在減少，說明適當的施肥能使營養器官干物質量與生殖器官干物質量達到協調的比例，過多的施肥使營養器官增長，抑制生殖器官的增加。

2.6 施氮量對機采棉產量的影響

由表6可以看出，隨著施氮量的增加單株結鈴數、單鈴質量和籽棉產量呈先增加后降低的趨勢。各處理間棉花單株結鈴數、單鈴質量2個產量構成因素顯著差異，收獲株數、衣分無顯著差異。N2、N3、N1處理較N0處理單鈴質量分別增加0.86、0.85、0.65 g，籽棉產量分別增產36.30%、33.65%、20.68%。投入產出比N2處理最小，為0.72。單株結鈴數表現為N0

圖3 不同處理下棉花營養器官與生殖器官干物質分配比例Fig.3 Dry matter distribution ratio of vegetative organs and reproductive organs of cotton under different treatments

表6 不同處理下棉花產量及其構成因素的比較Table 6 Comparison of yield and its components of cotton under different treatments

注：不同小寫字母表示差異達0.05顯著水平。

Note:Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level.

3 討 論

3.1 施氮量對棉花LAI及Pn的影響

棉花在盛鈴期適宜的LAI在4.0左右，吐絮期為2.0～2.5，盛鈴期維持在3.5～4.6[13]。本試驗中，施氮量為300 kg/hm2時棉花盛鈴期LAI分別為4.81，吐絮期分別為2.77。施氮能提高棉花功能葉凈光合速率，表現為隨施氮量增加而增大[16]，本試驗得到相同的結果。不同生育期棉花功能葉LAI隨著施氮量增加呈現出先增加后降低的趨勢，與馬宗斌等[13]的研究結果一致。說明適量施氮有利于棉花在盛鈴期建成適宜的葉面積指數，提高棉花葉片的凈光合速率，為棉花產量奠定光合物質基礎。

3.2 施氮量對地上部干物質積累與分配的影響

作物整個生育時期都在進行干物質積累[17-18]。Rochester等[19]研究表明，增施氮肥有利于棉花植株生物量積累，但過量施氮會導致棉花因營養生長過旺而貪青晚熟、品質下降。薛曉萍等[8]研究發現，施氮有利于棉花植株前期干物質的快速積累，可以調節快速生長期的起止時間和持續的時間，影響干物質積累速率。適宜的施氮量有利于促進最大積累速率提前出現、調節干物質積累過程及棉株各部位干物質的積累和分配[9]。趙新華等[20]研究表明，當施氮量為240 kg/hm2時，單鈴籽棉和纖維積累的生物量最大，不施氮或高于480 kg/hm2時則不利于棉株生物量的積累。馬宗斌等[13]研究表明，施氮量為300 kg/hm2時，棉花干物質積累量較大，且分配到生殖器官的比例較高。本試驗條件下，300 kg/hm2處理干物質積累多，且前期營養生長快，為生殖生長提供基礎，后期向生殖器官轉運多，為產量提供基礎。因此，合理的施用氮肥，可以增加有效的生物量積累，但在不同地區生態條件下，氮肥施用量也不盡一致。

3.3 施氮量對棉花產量的影響

研究表明，同一生態區域的棉花因栽培品種、氣候條件、土壤肥力等差異最高產量施氮量不一致，棉花的適宜施氮量差異較大[7,10-11,14,21-22]。美國加利福尼亞，棉花施氮量在56～224 kg/hm2之間時產量為增加趨勢，過少或過多施氮量均不利于產量的提高[23]。中國長江流域和黃河流域棉區，配置相同的氮肥用量，結果皮棉產量最高的氮肥用量不同[8-9]。王肖娟等[24]研究得出，隨施氮量的增加，棉花產量呈先增大后減小的趨勢，當施氮量為360 kg/hm2時，棉花產量最高。但也有研究表明，施氮量在300 kg/hm2以上時，氮肥的增產效果已經不顯著[6]。鄧忠等[25]采用‘新陸中26號’，在南疆庫爾勒地區(土壤全氮為0.84 g/kg，速效氮58.96 mg/kg)試驗，結果表明施氮量300 kg/hm2有效地提高單株鈴數、單鈴質量和產量。本試驗在南疆阿克蘇地區，采用‘新陸中54號’，設置0、150、300、450 kg/hm24個施氮量處理，結果表明，施氮量為300 kg/hm2時產量最高，且增產效果最為顯著。

4 結 論

試驗表明，N2處理棉花生育進程更為合理，棉株莖稈粗壯，果枝始節較高，有效果枝數多，倒四葉寬，葉面積指數高，葉片的凈光合速率高，單株地上部干物質積累量最高，且向生殖器官轉化的比例較高，為61.02%。施氮量對機采棉產量影響顯著，N2處理顯著增加單株結鈴數和單鈴質量，籽棉產量最高，增產效果最優，為36.30%，且投入產出比最小，為0.72。

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(責任編輯：成 敏 Responsible editor:CHENG Min)

Effects of Nitrogen Application Rates on Growth Characteristics and Yield of Machine-picking Cotton in South Xinjiang

SHI Hongliang1,ZHANG Jusong1,YAN Qingqing1,TIAN Liwen2,CUI Jianping2,LIN Tao2and GUO Rensong2

(1.Research Center of Cotton Engineering,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China; 2.Institute of Economic Crops,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi 830091,China)

To study effects of nitrogen application rates on growth characteristics and yield of machine-picking in south Xinjiang,so as to provide scientific theoretical basis for cultivation of machine-picking cotton in south Xinjiang.Under natural ecological conditions in south Xinjiang,we took ‘Xinluzhong 54’ as test material,and used single factor experiment design to set up four nitrogen (pure N) levels,namely N0 (0 kg/hm2),N1 (150 kg/hm2),N2 (300 kg/hm2),N3 (450 kg/hm2).The results showed that blooming period was prolonged 4-8 days compared treatments of N2,N3 with N1,N0; N2 treatment effectively increased the number of stem leaf,fall four leaf width,stem diameter,effective fruit branch number; under the treatments of N2,N3,the height of first node was reasonable(Average 25.15 cm),and this met the requirements of machine-picking cotton; for full bolls stage,theLAIandPnof cotton reached maximum,it was 4.81 and 36.32 μmol/(m2·s) respectively; under the N2 treatment,dry matter accumulation was more,and highest rate to transit yield organs was greatest,it was 61.02% ,and could increase yield obviously,it reached to 36.30%.In cultivation practice for machine-picking cotton in south Xinjiang,cotton grew better when nitrogen application rate was 300 kg/hm2,per plant had more boll number and heavy mass,the seed cotton yield was about 5 781.7 kg/hm2and the input and output ratio was the least,of which was 0.72.

Machine-picking cotton; Nitrogen application rate; Growth characteristics; Yield; Input and output ratio

SHI Hongliang,male,master student.Research area:physiology and ecology of high yield cultivation in cotton.E-mail:xjndshl@163.com

ZHANG Jusong,male,professor.Research area:physiology and ecology of high yield cultivation in cotton.E-mail:xjndzjs@163.com

日期：2017-03-03

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170303.0835.064.html

2016-03-26

2016-07-13

國家“十二五”科技支撐計劃(2014BAD11B02)

石洪亮，男，碩士研究生，從事棉花高產栽培生理生態研究。E-mail:xjndshl@163.com

張巨松，男，教授，主要從事棉花高產栽培生理生態研究。E-mail:xjndzjs@163.com

S562

A

1004-1389(2017)03-0397-08

Received 2016-03-26 Returned 2016-07-13

Foundation item Technology Support Program of National 12thFive-Year-Plan(No.2014BAD11B02).