減量追施氮肥對新疆巴州棉花葉綠素含量、干物質積累及產量的影響

姚青青，孫繪健，羅靜，何忠盛，杜珊珊，鄧永明

（新疆巴音郭楞蒙古自治州農業科學研究院，新疆庫爾勒841000）

生育期追施氮肥是調控棉花群體結構、光合性能和生物量形成的重要手段[1-2]。合理施用氮肥可促進棉花生長發育，改善葉片葉綠素熒光特性，提高棉花葉片光能轉化率[3-5]，增加光合物質形成，最終顯著增加棉花產量[6]。適宜的施肥運籌能合理優化作物群體冠層結構，增強光合速率，增加光合物質積累量，實現優質高產[7-9]。但施氮量過高或過低均不利于棉花的生長發育，影響光合產物的合理分配，降低棉花生物量積累和植株對氮素的吸收量，最終使棉花品質及產量下降[10-12]。適量減施氮肥可促進棉花結實器官等的干物質積累與分配，并且不會造成棉花顯著減產[13]。過度施肥不僅會增加生產資料投入成本，還會導致氮肥利用率和土壤生產力下降、農業面源污染狀況加劇等環境問題[14-19]。因此，在保證棉花穩產的情況下，研究減量追施氮肥對棉花葉綠素含量、干物質積累及產量的影響，對新疆巴音郭楞蒙古自治州（巴州）棉花減肥增效及減緩農業面源污染具有現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地及試驗材料

田間試驗于2020年4－10月在新疆巴州尉犁縣北部棉田（41°32′N，86°15′E）進行。該試驗區屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，全年平均日照2 975 h，年無霜期為210 d，年平均氣溫10.1℃，年平均降水量為43 mm，年平均蒸發量為2 700 mm。前茬作物均為棉花，土壤質地為壤土；屬于中低等肥力土壤，耕層0～30 cm土壤養分含量：有機質10.06 g·kg－1，堿解氮28.0 mg·kg－1，速效磷33.5 mg·kg－1，速效鉀162 mg·kg－1。供試品種為新陸中71號，采用膜下滴灌（66+10）cm一膜雙管四行的種植模式，使用機械覆膜精播，穴距為12 cm，化學調控技術、植保技術及其他管理技術與當地相同。

1.2 方法

1.2.1試驗設計。試驗施氮運籌設5個施氮肥水平（表1），即各處理基施氮肥用量相同，在追施氮肥用量上設計5個處理，N1為當地大田常規追施氮肥量，N2為減施10%常規追施氮肥量，N3為減施20%常規追施氮肥量，N4為減施30%常規追施氮肥量，N5為減施40%常規追施氮肥量，小區隨機區組排列，重復3次，共計15個小區。小區長15 m，寬6 m，面積為90 m2。

各處理基肥施用量均為尿素225 kg·hm－2，磷酸二銨375 kg·hm－2，硫酸鉀225 kg·hm－2。基施氮磷鉀肥在犁地時施入，生育期氮肥隨水追施，用施肥罐控制追施量。灌溉方式為膜下有壓滴灌，從6月中旬開始灌溉。

表1 氮肥追施設計

1.2.2樣品采集方法及測定。（1）產量構成因素的調查。在棉花吐絮期，調查試驗測產區域內一定面積株數和鈴數，計算小區株數和鈴數；各小區分3次取棉株上、中、下部完全吐絮鈴各50個，測定鈴重和衣分。根據單位面積收獲鈴數與鈴重的乘積計算籽棉產量。

（2）地上部干物質的測定。田間試驗測定地上部植株干物質積累量時，分別在每個小區隨機選取有代表性的（長勢均勻）棉株3株，剪取植株子葉節部分，把植株按莖、葉、蕾＋花/鈴不同器官分解成小塊，在105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，采用稱重法測定干物質積累量。

（3）棉花葉綠素含量的測定。各處理分別在棉花蕾期、初花期、盛花期、花鈴期、盛鈴期、吐絮期，選擇晴朗無云的天氣于12：00－14：00采用Minolta SPAD-502葉綠素儀測定葉片SPAD值（葉綠素含量指標），打頂前測倒4葉，打頂后測倒1葉，每小區隨機測定10片葉，每張葉片測4～6個不同位置，取平均值，測定時避開葉脈。

表2 不同追施氮肥處理的棉花葉片SPAD值的比較

1.3 數據處理

用Microsoft Excel 2007軟件進行數據整理，采用SPSS 18.0軟件進行方差分析和最小顯著差數法檢驗。

2 結果與分析

2.1 減量追施氮肥對棉花葉綠素含量的影響

由表2可知，隨著追施氮肥的進行，棉花葉片SPAD值呈先上升后緩慢下降的總體趨勢；各處理SPAD值均在花鈴期達到最大，此時營養生長與生殖生長并進，之后氮素營養向生殖器官轉移速率加快，葉片SPAD值緩慢降低。隨著減量追施氮肥的增加，各生育階段棉花葉片SPAD值降低，各處理間存在顯著性差異，其中初花期之后N1和N2處理的棉花SPAD值均顯著高于N4和N5處理。

2.2 減量追施氮肥對棉花地上部干物質積累的影響

由表3可知，在蕾期，由于施基肥量一致且尚未追施氮肥，各處理棉花地上部干物質積累量未出現顯著差異。隨著追施氮肥的進行，初花期至吐絮期各生育階段，各處理地上部干物質積累量出現顯著性差異，N1和N2處理的棉花地上部干物質積累量均顯著高于N4和N5處理，吐絮期N1、N2和N3處理的生殖器官（蕾花鈴）干物質積累量均顯著高于N4和N5處理。此外，隨著追施氮肥的減少，各生育階段棉花干物質積累量降低。

棉株生育前期（蕾期至初花期），棉株營養生長占主導地位，營養器官（葉片和莖枝）干物質積累量占地上部的79.7%以上。隨生育進程的推進，生殖生長速率逐漸加快，棉株生殖器官（蕾花鈴）干物質積累量占地上部的比重逐漸增加，到吐絮期時超過58%。其中吐絮期N1、N2、N3、N4和N5處理生殖器官（蕾花鈴）干物質積累量占地上部的比重分別為61.351%、61.361%、60.678%、59.325%、58.126%，N2處理的該比重分別比N1、N3、N4和N5處理高0.016%、1.126%、3.432%和5.565%。

表3 不同追施氮肥處理的單株地上部干物質積累量的比較 g

2.3 減量追施氮肥對棉花產量構成及產量的影響

如表4所示，在保苗株數差異不明顯的情況下，N1、N2和N3處理的單位面積結鈴數、鈴重、衣分、籽棉產量及皮棉產量均無顯著差異，但均顯著高于N5處理，且其單位面積結鈴數、籽棉產量和皮棉產量均極顯著高于N4和N5處理；在產量方面，N2、N3、N4、N5處理籽棉產量較N1處理分別減少0.47%、2.15%、20.81%、27.61%，N2處理皮棉產量分別比N1、N3、N4和N5處理增加0.33%、1.76%、26.91%、40.67%。

表4 不同追施氮肥處理的產量構成因素與產量的比較

2.4 減量追施氮肥下棉花葉片干物質積累量、葉綠素含量及產量的相關性分析

由表5可知，追施氮肥量與籽棉產量呈顯著相關，與花鈴期、盛鈴期和吐絮期的SPAD值呈極顯著相關，與盛花期的SPAD值、初花期和盛鈴期的葉片干物質積累量呈顯著相關，其中以盛鈴期的葉片SPAD值和葉片干物質積累量與追施氮肥量的相關性最高；籽棉產量與吐絮期的SPAD值呈顯著相關，與初花期的葉片干物質積累量呈極顯著相關，與盛鈴期的葉片干物質積累量呈顯著相關。

表5 追施氮肥量、葉片干物質積累量、SPAD值及籽棉產量之間的相關性

3 討論與結論

不同施肥量對棉花群體的生長狀況產生重要影響，適宜的施氮量可獲得較高的棉花干物質積累量；但施氮量過高或過低，均會降低棉花干物質累積量，導致減產[20-23]。適當的減肥措施可促進干物質向生殖器官分配，同時不會造成棉花顯著減產[13]。適量減施氮肥能夠提高棉花群體冠層光合利用效率，顯著增加棉花結鈴數和鈴重，最終顯著提高棉花產量[19，24]。不過，也有研究表明不同氮肥運籌條件下代表產量構成的單株結鈴數、籽棉產量存在顯著差異，而鈴重、收獲株數和衣分差異不顯著[25]。本研究結果表明，大田追施氮肥在常規用量基礎上減施10%并不會顯著降低棉花地上部干物質積累量和產量，對棉花的單位面積結鈴數、鈴重、衣分均未產生顯著影響；但隨著追施氮肥量的進一步減少，棉株葉綠素含量和干物質積累量降低，棉花結鈴數、鈴重、衣分下降明顯，導致減產。這與前人研究結果[21,25]相似。

已有研究表明，在不同施氮水平下各生育期棉花功能葉SPAD值與葉綠素含量、全氮含量、施氮量及產量呈極顯著線性正相關[26-27]。適宜的施氮策略可顯著影響蕾期以后的葉片SPAD值，SPAD值與土壤堿解氮含量存在顯著的正相關[28]，并且棉花干物質積累量與含氮量、產量之間存在正相關[6,29]。本研究結果進一步表明，追施氮肥量與籽棉產量呈顯著正相關，盛鈴期的葉片SPAD值和葉片干物質積累量與追施氮肥量的相關性最高，吐絮期的SPAD值和初花期的葉片干物質積累量與籽棉產量的相關性最高。

此外，本研究只進行了1年田間試驗，然而棉花產量還會受到品種、種植模式、棉田地力及天氣等因素的影響，這增加了減施氮肥條件下棉花穩產的不確定性。因此，為了保證棉花穩產，還需要進一步開展相關研究。