不同配肥模式下滴灌棉花氮素吸收利用規律

阮世進，呂 新，劉 陽，任江靜，王藝晗，印彩霞，馬露露，張 澤

(石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】2018年新疆棉花實播面積為230.47×104hm2(3 457萬畝)，同比增長2.2%，其種植面積占全國總面積的比例為70%，是我國最大的優質商品棉生產基地。滴灌是目前干旱缺水地區最有效的一種節水灌溉方式，滴灌條件下施用氮肥能夠增加葉片葉綠素含量、促進光合速率，并且滴灌施肥能使肥效加快，養分利用率提高，既可節約氮肥又可保護環境[1]。以N-W-N的滴灌水肥配施模式為基礎，在滴灌棉花不同生育時期開展小區試驗，研究不同施肥時段對氮素吸收利用的影響，分析滴灌棉花生長需求的最佳配肥時段，建立滴灌棉花不同生育時期的追肥制度，為提高滴灌棉花氮素利用效率提供理論和技術支撐?！厩叭搜芯窟M展】滴灌技術在新疆大面積推廣以來，滴灌棉花的產量和氮素利用率得到顯著提高[2]。滴灌棉花早期的生長受水分與養分及其耦合效應的影響[3];而棉花后期生長發育主要受水、肥等土壤養分的影響[2]。合理的氮肥運籌不僅減少鹽分對作物生長和產量的不利影響[4]，也減少因過量施氮造成的環境污染[5]。目前我國棉花氮肥利用率僅為30%～40%[6]，與發達國家氮肥利用率60%相比仍有較大差距，棉花生產中合理的氮肥運籌不僅可以提高棉花的產量和品質，還可以提高氮素的利用效率，減少因過量施氮造成的環境污染[7]。棉花對氮素的吸收利用受水肥條件的影響很大，侯振安等[8-9]研究表明，不同的施肥策略顯著影響棉花氮素的吸收量，氮肥在一次灌溉施 肥的前期施用有利于提高氮肥的利用率，減少氮肥淋洗損失。張國龍等[10]研究表明，棉花氮素吸收量和產量受施肥模式的影響，N-W-N 處理質量含水率分布呈中間多兩端少的趨勢，施肥過程的前期和后期施氮肥中間1/3時間灌水(N-W-N)，能夠調節土壤水，使氮素集中分布在 30～40 cm 土層利于棉花根系的吸收保持在中間土層，降低了氮素淋失的風險。能夠促進棉花生殖器官的生長發育，加植株全氮在生殖器官中的分配量，顯著提高氮素的利用效率，而達到增加產量的效果?！颈狙芯壳腥朦c】陶垿[11]研究不同滴灌施肥方式下，土壤硝態氮分布及棉株氮素利用率，在不同的施肥模式之間,N-W-N模式下的滴灌棉花氮素吸收總量高于其他的施肥模式;且N-W-N施肥模式下花鈴中全氮含量占植株總氮量的比例最大、籽棉產量高于其他施肥模式,且差異性明顯。N-W-N施肥模式能夠通過增加滴灌棉花氮素的吸收量和調節氮素在棉株體內的運移分配來提高氮肥的利用效率,實現棉花增產。【擬解決的關鍵問題】在滴灌大田試驗，研究N-W-N模式下不同配肥時段,即W1(1/3時間澆水，1/3時間施肥，1/3時間澆水)處理、W2處理、W3處理、W4處理對滴灌棉花氮素利用率的影響，分析在高產下對N-W-N模式下不同配肥時段的灌溉技術進行優化。分析滴灌棉花不同生育時期的最佳配肥時段，優化滴灌棉花追肥制度，為滴灌棉花氮肥高效利用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年4～10月在新疆石河子市北泉鎮145團場進行(E86°01′，N44°26.5′)，該地海拔429 m，年日照時數為2 721～2 818 h，無霜期為168～171 d，≥0℃的活動積溫為4 023～4 118℃，≥10℃的活動積溫為3 570～3 729℃，屬典型的溫帶大陸性氣候，冬季長而嚴寒，夏季短而炎熱。土壤質地為壤土，0～20 cm土層有機質含量19.13 g/kg，堿解氮50.8 mg/kg，速效磷19.8 mg/kg，速效鉀160.1 mg/kg，田間持水量29.6 g/m3，耕層土壤容重為1.43 g/cm3，作物為棉花品種新陸早50號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

小區設計為1膜6行，種植行距配置模式為610+66+10+66+10(cm)，膜寬2.05 m，膜間距0.5 m，單因素設計，以N-W-N的水肥配施制度下進行研究從而建立棉花追肥制度(W表示滴水，N表示滴肥液)，采用完全隨機區組設計，，4個配肥梯度，即W1(1/3時間施肥，1/3時間澆水，1/3時間施肥)、W2(1/2時間施肥，1/4時間澆水，1/4時間施肥)、W3(1/4時間施肥，1/4時間澆水，1/2時間施肥)、W4(1/4時間施肥，1/2時間澆水，1/4時間施肥)，每處理重復3次，以及空白對照，分為13個試驗小區，模擬試驗同步進行。4月覆膜播種，整個棉花生育期分4次追施氮肥，9月底收獲。圖1

圖1 小區設計

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 棉花各器官全氮測定及棉花全氮

分別在棉花花鈴期、盛鈴期、吐絮期采集植株地上部樣品，每個小區取3株長勢均一的棉花植株，在室內分器官(莖、葉、花蕾、花鈴)將植株分開，105℃殺青30 min后于烘箱中80℃烘干至恒重，稱量并記錄干物質重。烘干的植株樣經粉碎后過0.5 mm篩，待測，選取經過烘干磨細預處理后的植株葉片0.100 0 g，采用H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮法獲取棉花各器官全氮含量。公式為：

全氮=C(V-V0)×0.014×D×1 000/m.

注：V1為樣品測定所消耗標準酸體積(mL)；V0為空白試驗所消耗標準酸體積(mL)；C表示標準酸的當量濃度(mol/L)；14表示氮原子的摩爾質量(g/mol)；100表示第1次定容體積(mL)；10表示吸取體積(mL)；m為棉株樣本各器官的質量(g)

1.2.2.2 氮肥利用率

氮肥農學利用率(g/g)=(施氮棉花植株籽棉產量-不施氮棉花植株籽棉產量)/施氮量;

氮肥偏生產力=施氮區產量/施氮量。

1.3 數據處理

運用Microsoft Excel2010軟件進行數據計算和SigmaPlot12.5作圖，采用SPSS19.0軟件進行方差分析和差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同配肥時段對棉花全氮吸收的影響

研究表明，不同處理下棉花對氮素吸收量隨生育期增長而逐漸降低，在棉花吐絮期的測量中發現在各個處理下的棉花植株全氮量出現2次高峰的現象。W1處理下的棉花氮素吸收影響效果在棉花生長發育后期明顯高于其他各處理，在棉花發育前期和后期W3處理下的對滴灌棉花氮素的吸收量都相對其他處理較低，在花鈴期(7月14日)、鈴期前期(7月20日)、盛鈴期(7月24日)都表現出W2處理下對滴灌棉花氮素的吸收影響效果的優越性，對比的生育前期各階段配肥方式對氮素吸收的影響均不同，表現為W2>W4>W1>W3，W2處理對滴灌棉花氮素的吸收效果最佳，W3處理對滴灌棉花氮素的吸收效果相對最差。

在盛鈴期(7月31日、8月5日)時，均沒有表現出在各自生長時期下應有處理的優越性，可能是與因為生育前期向生育后期的轉換，使W2處理在生育后期失去了在前期的優越性，而W1處理還沒有表現出滴灌棉花生長后期的優越性。在棉花生育后期的鈴后期(8月10日、8月15日)、吐絮期(8月20日)W1處理均表現出對滴灌棉花氮素吸收的優越性，滴灌棉花氮素的吸收量表現為W1>W3>W4>W2。棉花盛鈴期(8月5日)W3方式對氮素吸收效果最佳，但吐絮盛期及吐絮后期W1方式對氮素吸收效果最佳。圖2

圖2 不同處理下各生育時期的棉花植株全氮

不同處理下棉花對氮素的吸收量隨生育期的增長而逐漸降低，在花鈴期(7月14日)、鈴前期(7月20日)、盛鈴期(7月31日)時，各處理之間的滴灌棉花氮素的吸收影響效果顯著性差異不明顯。在鈴前期(7月20日)，W1處理下對滴灌棉花氮素的吸收影響效果最佳。在滴灌棉花生長發育前期，W1處理下的滴灌棉花氮素的吸收影響效果最佳。

在鈴后期(8月10日、8月15日)、吐絮期(8月20日)W1處理下對滴灌棉花氮素的吸收影響效果最佳，W4處理下對滴灌棉花氮素的吸收影響效果最差,盛鈴期(8月5日)表現出W3處理最佳。在滴灌棉花生長發育后期，W1處理表現出了滴灌棉花氮素的吸收影響效果最佳，W4處理下的滴灌棉花氮素的吸收影響效果最差。

在滴灌棉花生長發育過程中，均表現出W1處理下滴灌棉花氮素吸收效果的優越性，W4處理下的滴灌棉花氮素的吸收影響效果最差。表1

表1 不同處理下各生育時期之間植株全氮指標變化

2.2 不同配肥時段對棉花氮素分配規律影響

2.2.1 莖

研究表明，莖的氮素吸收量在滴灌棉花生長發育整個生育時期表現為隨生育期的增加而降低，在后期處于相對平衡狀態。在滴灌棉花生長發育前期，對氮素的吸收量表現出W4>W3>W2>W1，W4處理下的莖的氮素吸收影響效果最佳，W1處理下的莖的氮素吸收影響效果最差。在滴灌棉花生長發育后期，對氮素的吸收量表現出W1>W2>W3>W4，W1處理下的莖的氮素吸收影響效果最佳，W4處理下的莖的氮素吸收影響效果最差。

2.2.2 花蕾

研究表明，花蕾的氮素吸收量在滴灌棉花生長發育前期表現為隨生育期的增加而下降，在后期處于相對平衡狀態。在滴灌棉花生長發育前期，對氮素的吸收量表現出W1>W2>W3>W4，W1處理下的花蕾的氮素吸收影響效果最佳，W4處理下的花蕾的氮素吸收影響效果最差。在滴灌棉花生長發育后期，對氮素的吸收量表現出W1>W3>W4>W2，W1處理下的花蕾的氮素吸收影響效果最佳，W2處理下的花蕾的氮素吸收影響效果最差。

2.2.3 葉

研究表明，葉的氮素吸收量在滴灌棉花生長發育整個生育時期表現為隨生育期的增加而先升高后降低。滴灌棉花生長發育前期，對氮素的吸收量表現出W1>W2>W4>W3，W1處理下的葉的氮素吸收影響效果最佳，W3處理下的葉的氮素吸收影響效果最差。在滴灌棉花生長發育后期，對氮素的吸收量表現出W2>W1>W4>W3，W2處理下的葉的氮素吸收影響效果最佳，W3處理下的葉的氮素吸收影響效果最差。

2.2.4 花 鈴

研究表明，花鈴的氮素吸收量在滴灌棉花生長發育整個生育時期表現為隨生育期的增加而降低。在滴灌棉花生長發育前期，對氮素的吸收量表現出W2>W4>W1>W3，W1處理下的花鈴的氮素吸收影響效果最佳，W3處理下的花鈴的氮素吸收影響效果最差。在滴灌棉花生長發育后期，對氮素的吸收量表現出W1>W3>W4>W2，W1處理下的花鈴的氮素吸收影響效果最佳，W2處理下的花鈴的氮素吸收影響效果最差。

滴灌棉花的含氮量隨生育期呈遞減趨勢，不同處理下棉花各器官對氮素的吸收量均隨生育期的增長而逐漸降低。在滴灌棉花生長發育前期，W1處理下對莖、花蕾、葉以及花鈴等滴灌棉花器官的氮素吸收影響效果最佳。在滴灌棉花生長發育后期，W1處理下對莖、葉以及花鈴的氮素吸收影響效果最佳，對花蕾的氮素吸收影響效果最佳的是W3處理，但花蕾的氮素吸收在滴灌棉花生長后期是不需要的。

在滴灌棉花生長發育時期，W1處理下的滴灌棉花各器官氮素的吸收影響效果最佳，前期W3處理下不利于滴灌棉花各器官氮素的吸收，后期W2處理下不利于滴灌棉花各器官氮素的吸收。表2

表2 不同處理下各生育時期之間含氮量指標變化

整株棉花的含氮量隨生育期呈遞減趨勢，不同處理下除花蕾外棉花各器官對氮素的吸收量均隨生育期的增長而逐漸降低，在棉花生育后期中各器官都出現了2次高峰，花蕾對氮素的吸收量表現出先升高后降低再升高再降低的狀態。葉片中氮素含量所占比例最高，花蕾中氮素僅次于葉子中的含氮量，鈴中的含氮量有比花蕾的低但比莖稈中的高，莖稈中的含氮量所占的比例最少，整體表現為葉片>鈴>花蕾>莖稈。圖3

圖3 不同配肥時段對棉花氮素各器官分配規律

2.3 不同配肥模式對滴灌棉花氮素利用率的影響

研究表明，用360 kg/hm2的純氮處理和N-W-N灌溉模式下設置不同灌溉時段處理，W1和W3的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均較高，W2和W4處理下的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均相對較低，其各處理間的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力都表現為W1>W3>W2>W4,且W1處理下相比其他處理更好，W1處理下的滴灌棉花對氮素的吸收是最好的與通過對不同配肥時段對棉花氮素分配規律影響研究分析發現，W1處理與其他各處理差異顯著，優于其他處理，莖稈、葉片和花鈴都在W1處理下的含氮量與其他處理呈明顯差異優于其他處理，W1處理下的棉花各器官對氮素的吸收是最好的。W1處理下的棉花產量也是最高的，在N-W-N滴灌灌溉模式下，由W1處理即1/3時間的氮水混合放在1/3時間放純水最后在1/3時間的氮水混合放這樣的灌溉模式會使棉花更有利于吸收更多的氮素，收獲相比之下的最高產量。表3

表3 不同處理下棉花氮素利用效率

3 討 論

3.1 滴灌棉花氮素吸收量和產量受不同配肥模式的影響

W1(1/3時間施肥，1/3時間澆水，1/3時間施肥)在前期更有利于促進棉花生長發育，增加棉花生殖器官中的植株全氮的量，還增加了單株棉花的鈴數，從而提高了氮素的利用效率，從而達到相對增產的效果；這與肖麗等[12]對氮肥滴灌施肥策略顯著影響棉花的產量一致的研究，陶垿等[11]通過對滴灌施肥策略對棉花氮素利用率和產量影響研究發現的N-W-N(在1次施肥過程的兩端施氮肥，間1/3時間灌水)在前期更有利于促進棉花營養器官的生長發育，增加植株全氮在生殖器官中的分配量，顯著提高氮素的利用效率，而達到增加產量的效果與研究的棉花氮素吸收利用和產量最高的N-W-N模式下的最優配肥時段是W1(1/3時間施肥，1/3時間澆水，1/3時間施肥)處理相符。

3.2 不同配肥模式對滴灌棉花各器官氮素吸收和產量有著顯著的影響

張澤等[13]研究發現，同種質地下棉花各器官全氮含量在鈴期之前表現為葉>花蕾>莖; 鈴期之后表現為葉> 鈴>莖，棉花全生育期氮素積累總量隨著生育期的推移而增加，在棉花花鈴期達到最高，不同生育階段，棉花各器官內的氮素 水平不同[6]。試驗結果表明，葉片中氮素含量所占比例最高，花蕾中氮素僅次于葉子中的含氮量，花鈴中的含氮量有比花蕾的低但比莖稈中的高，莖稈中的含氮量所占的比例最少，整體表現為葉片>鈴>花蕾>莖稈。W1處理下平均實收產量為 361.23 kg/667m2，比最低產量W4處理的實收產量336.07 kg/667m2高了25.16 kg/667m2，增加了7.49%；W1處理下的滴灌棉花全氮含量和氮素吸收量與氮肥利用效率高于其他處理。與張國龍等[10]研究不同的施肥方式影響棉花產量和植株全氮含量，變量施肥方式的平均實收產量為410.83 kg/667m2，比壓差式施肥的產量增加了5.27%，尤其是N-W-N施肥模式前者比后者實收產量增加了7.58%相符。多項研究表明，棉花產量受多種因素影響，水肥在灌溉條件下作用顯著并存在報酬遞減效應[14]。李新偉等[15]通過對不同氮水平下棉花的產量效應研究認為，施氮量與棉花產量之間的關系可根據一元二次方程擬合回歸方程與研究結果相符。

3.3 對不同配肥模式下滴灌棉花的氮素利用率

侯秀玲等[16]研究表明，隨氮肥投入量的增加其氮肥表觀利用率降低，土壤供氮能力沒有變化，在達到棉花最佳施肥量后繼續增加氮肥投入，氮肥對棉花產量的貢獻下降，而造成氮素揮發、淋溶等損失，環境被污染。有研究表明，大于 300 kg/hm2的中高量氮肥投入能增加土壤無機氮的積累，土壤無機氮富集，土壤氮素盈余及氮肥損失量隨氮肥量的增加而增加，過量投入氮肥會加劇土壤氮素損失而增大面源污染的風險[17]。W1處理下的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均高于其他各處理，在W1處理下的滴灌棉花的氮素利用率最佳，以達到高產和節肥的統一。

4 結 論

4.1 不同配肥模式下滴灌棉花植株全氮含量表現為W1>W2>W3>W4，不同器官的全氮含量在表現為葉>花蕾>鈴>莖。

4.2 不同配肥模式下滴灌棉花的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力都表現為W1>W3>W2>W4。

4.3 在N-W-N不同配肥模式下的W1處理表現出能夠增加棉花生殖器官中的植株全氮的量和增加單株棉花的鈴數，使棉花達到增產的效果。因而在用水量和用肥量一定的情況下，推薦使用N-W-N施肥模式下的W1(1/3時間施肥，1/3時間澆水，1/3時間施肥)的配肥模式，以達到高產和節肥的統一。