化學調控對不同施氮量棉花冠層結構及產量的影響

彭增瑩， 申瑩瑩， 段松江， 吳一帆， 李宗潤， 郭仁松， 張巨松*

（1.新疆農業大學農學院，教育部棉花工程研究中心，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）

棉花是我國重要的經濟作物，其栽培管理在許多方面已實現機械化，但是一些地區的機械采收效果不理想。因此，選擇適合的種植模式，或通過合理施肥及化控塑造適合機械采收的棉花冠層結構對實現機械化具有重要意義[1]。氮素作為作物生長發育必需的礦質元素，對植物的生長和生產力以及確保糧食安全起到了關鍵作用，充足的氮素有助于植物生長和脅迫耐受性的提高[2-3]。研究表明，追施氮肥可以增加棉花葉片葉綠素含量，提高葉片凈光合速率，延緩葉片衰老[4]；在一定范圍內增施氮肥，棉花的單株結鈴數和單鈴重增多，進而增加產量[5-6]；施氮量為300 kg·hm-2時棉花單株光合產物積累量適宜，對產量起到最大補償作用,且節水26.3%[7]；施氮量過多則使棉花枝葉茂密，不利于通風透光，影響植株光合作用[8]；還會使棉花“源-庫”比例不協調，造成產量、品質及氮肥利用率降低[9]。

農藝性狀是判斷植株生長狀況的重要指標[10]，生產上常用縮節胺對棉花進行株型塑造，改善群體冠層結構[11]。噴施縮節胺可以顯著降低棉花主莖生長速度、減小果枝夾角和葉片面積，對棉株上部主莖節間和中上部果枝具有抑制作用[12-13]；可以增強冠層下部光照，增加葉綠素含量，提高葉片光合速率，延長后期光合時間，增加霜前花率[14-15]；科學合理地使用縮節胺還可改善棉花生長，提高產量與品質[16]。依靠投入大量氮肥來保障糧食產量是我國農業生產的一大措施[17]，但近年來，國家提倡化肥農藥“雙減”政策[18]，倡議減氮減藥。目前，前人研究多集中于不同用量的氮肥與縮節胺對棉花的影響，而關于縮節胺對高肥料投入下機采棉的研究較少。為此，本研究在新疆阿克蘇地區阿瓦提縣研究了縮節胺對不同施氮量機采棉冠層特性及產量的影響，欲探明不同肥料投入下縮節胺對棉花生長發育及產量的調控作用，篩選出不同肥力下適宜的縮節胺用量，為南疆棉區施肥化控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年在新疆阿克蘇地區阿瓦提縣新疆農業科學院經濟作物研究所試驗基地（79°45′—81°05′E、39°31′—40°50′N）進行，該地區屬暖溫帶大陸性干旱氣候，日照時間長，蒸發量大；土壤質地為沙壤土，播前測定小區土壤基礎肥力詳見表1。

表1 土壤基礎肥力Table 1 Basic fertility of soil

1.2 試驗設計

供試品種為新陸中88 號，由新疆農業科學院提供；供試氮肥為尿素（N≥46%）。采用雙因素裂區試驗設計，以施氮量（N）為主區，分別設置320（N320，常規施氮量）和480 kg·hm-2（N480，高投入施氮量）2個水平；以縮節胺劑量（H）為副區，分別設置67.0（H1）、150.0（H2）、260.5（H3）和 371.0 g·hm-2（H4）4個劑量水平，具體用量詳見表2 和表3。田間采用等行距機采棉種植模式，膜寬2.1 m，膜厚0.01 mm，滴灌毛管鋪設為一膜三管（滴孔間距20 cm，滴管出水量2.1 L·h-1），行距配置76 cm，株距8 cm，小區面積（3 膜）44.85 m2，理論種植密度16.4 萬株·hm-2，播種時間 2021年 4月 16日，封頂時間7月11日，其他田間管理同當地大田生產。

表2 施氮量及時間Table 2 Amount and time of nitrogen application

表3 縮節胺用量及時間Table 3 DPC dosage and time （g·hm-2）

1.3 測定項目與方法

1.3.1 株高日增長量 自棉花2 片真葉時開始調查株高；噴施縮節胺前每7 d 調查1 次；噴施縮節胺后每3～7 d調查1次，計算株高日增長量。

1.3.2 葉面積指數 分別于棉花盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期和吐絮期采用CI-110 數字式植物冠層結構分析儀在19:00 左右選擇晴朗無風的天氣測定葉面積指數（leaf area index，LAI）和群體散射輻射透過系數（transmission coefficient for radiation penetration，TR）[14]。

1.3.3 株型結構 于盛鈴后期每處理選取6 株棉株，用刻度尺測定主莖節間長度和果枝第1、2 果節長度，計算均值，用電子數顯角度尺測定果枝夾角。

1.3.4 比葉重 于盛鈴后期（8月21日）每處理選取3株棉花，將葉片分為主莖葉、上部果枝葉（9及以上）、中部果枝葉（5～8）和下部果枝葉（1～4），分別選取較完整的葉片采用PG-250 型光電式葉面積儀測定其葉面積，測定后將其置于80 ℃烘箱烘干至恒重，電子天平稱量計算其比葉重。

1.3.5 SPAD 值 每處理均選取長勢均勻的10 株棉株，分別于苗期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴前期、盛鈴后期和吐絮期采用SPAD-502型便攜式葉綠素測定儀測定倒4葉葉片SPAD 值，每個葉片測量5次（避開主葉脈），取平均值。

1.3.6 產量及產量構成因素 各處理達吐絮標準后，每小區選取6.67 m2具有代表性的棉田，調查株數和結鈴數，最后計算單株結鈴數；分別取植株上部（9 果枝及以上）30 朵、中部（5～8 果枝）40 朵、下部（1～4 果枝）30 朵，共100 朵，測定其單鈴重和衣分，重復3次。

1.4 數據統計與分析

試驗數據使用SPSS 19 軟件進行方差分析，采用Duncan 法進行處理間多重比較，利用Excel、Graph Pad整理數據并繪圖。

2 結果分析

2.1 縮節胺對不同施氮量棉花株高日增量的影響

由圖1 所示，各處理主莖日增量整體呈“上升-下降”的單峰曲線，出苗后第53天主莖日增量下降，隨后日增量達到最高；出苗后83 d各處理主莖日增量均低于0.5 cm，株高幾乎不再增長。N480處理的株高日增量整體高于N320處理，出苗后58 d，主莖日增量開始急速下降，表現為N480＞N320，不同縮節胺用量間表現為H1＞H2＞H3＞H4。N320水平下，不同縮節胺劑量間差異較小；N480水平下，H4處理明顯低于H1、H2、H3處理，較H1、H2、H3分別降低40.4%、31.3%和37.3%。

圖1 不同處理的株高日增量Fig.1 Daily increment of plant height in different treatments

2.2 縮節胺對不同施氮量棉花株型結構的影響

將植株株型指標分上、中、下3部分，如表4所示，施氮量對上部主莖節間長度有極顯著影響；縮節胺對下部、中部的果枝長度有顯著或極顯著影響；兩者間的互作效應對中、上部果枝夾角有顯著或極顯著影響。各處理下、中部主莖節間長度無顯著差異，N480水平的下部節間長度較N320水平增加18.6%；而N320水平的上部主莖節間長度整體略高于N480。相同施氮量下，上部主莖節間長度與縮節胺劑量呈反比，N320H1、N320H2 處理顯著高于N480H1、N480H3 處理，其他處理間差異不顯著。隨著縮節胺劑量的增加，下部果枝長度無顯著變化，中、上部果枝長度則隨縮節胺劑量增多而減少，其中，N320H4 處理顯著低于N320H1、N320H2、N480H1 和N480H2處理。N320水平下，不同縮節胺處理的中上部果枝夾角差異不顯著，隨縮節胺劑量增多有上升趨勢；N480水平下，不同縮節胺處理的果枝夾角差異顯著，表現為H4＞H3＞H2＞H1。

表4 不同處理的株型指標Table 4 Plant type indexes of different treatments

2.3 縮節胺對不同施氮量棉花冠層指標的影響

如圖2 所示，全生育期葉面積指數呈先上升后下降的趨勢，N320水平下，除H3處理外其他各處理的葉面積均在出苗后78 d 達到最大；N480水平下，H3 和H4 處理的葉面積在出苗后67 d 達到最大，H1 和H2 處理的葉面積在出苗后78 d 達到最大。出苗后67 d，N480水平下的葉面積指數顯著高于N320，后期葉面積隨縮節胺劑量增多呈下降趨勢；出苗后99～114 d，N320水平下的葉面積下降幅度小于N480，其中，N320H4 處理的葉面積顯著低于N320水平下的其他處理。綜上，高施氮量水平下的葉面積指數略高于正常施氮水平，且葉面積會提前達到峰值；2 種施氮量水平下，葉面積指數均表現出隨縮節胺劑量的增多而降低，而N320水平可以保持棉花后期葉面積指數。

整個生育期各處理的群體散射輻射透過系數（TR）呈先下降再上升的趨勢（圖2）。出苗后67～99 d，N480水平下的TR 低于 N320水平，較N320水平分別降低21.7%、9.5%、10.0%，說明在此時間段N480水平下的棉花植株較郁閉，通風透光性弱；隨縮節胺劑量增多，TR 呈增大趨勢，但處理間差異不顯著。出苗后114 d，N320H2 處理的TR 最小，較N320水平下其他處理分別降低6.7%、8.9%、28.4%；N480H3 處理較N480水平下其他處理降低9.5%、41.2%、8.0%。出苗后 144 d，N320水平下的TR 較N480降低11.0%。

圖2 不同處理的冠層指標Fig.2 Canopy index for different treatments

2.4 縮節胺對不同施氮量棉花比葉重的影響

如表5所示，施氮量和縮節胺劑量及兩者間互作對棉花主莖葉片及果枝上、中部葉片的比葉重影響不顯著，對果枝下部葉片的比葉重有顯著或極顯著影響。N480H4處理下部果枝葉的比葉重顯著高于其他處理，其余各處理主莖及果枝上、中、下部葉片的比葉重均無顯著差異，但都隨縮節胺劑量增多呈“上升”趨勢，說明噴施縮節胺可以增加葉片比葉重。

表5 不同處理各部位葉片的比葉重Table 5 Specific leaf weight of each part under different treatments

2.5 縮節胺對不同施氮量棉花SPAD值的影響

如圖3 所示，各處理葉片SPAD 值隨著植株的生長發育表現為“上升-下降-上升”的趨勢。出苗后 67 d，N320、N480處理的葉片 SPAD 值無明顯差異；相同施氮量水平下，葉片SPAD 值表現為H4＞H3＞H2＞H1，表明施用縮節胺可以增加葉片葉綠素含量。出苗后78 d，N320水平下不同縮節胺劑量間差異不顯著；N480水平下，不同縮節胺劑量間葉片SPAD值差異明顯，表現為H4＞H3＞H2＞H1。各施氮量下H4處理在出苗后108 d葉片SPAD值達峰值，而其他處理均在出苗后123 d達到最大值，說明高劑量的縮節胺可提高葉片葉綠素含量，且提前葉綠素峰值出現的時間。整個生育時期不同施氮量下SAPD值趨勢相同，噴施縮節胺可增加葉綠素含量，N320水平有利于葉片SAPD值在全生育期保持較穩定的增長，而N480水平在H1、H2 處理下葉片SAPD值較N320水平有所降低，說明施氮量過多會降低葉片葉綠素含量，加大縮節胺用量可補償其影響。

圖3 不同處理的SPAD值Fig.3 SPAD values of different treatments

2.6 縮節胺對不同施氮量棉花產量及產量構成影響

如表6 所示，施氮量對產量影響顯著；縮節胺劑量對單鈴重有顯著影響，對單株結鈴數和產量有極顯著影響；兩者間互作對衣分和產量有顯著影響。N320水平下的單株結鈴數較N480水平平均增加0.42個。相同施氮量水平下，單株結鈴數隨縮節胺劑量的增多呈先升高后降低趨勢，N320H2處理的單株結鈴數顯著高于除N320H3外的其他處理。單鈴重隨縮節胺劑量增多呈先增加后降低的趨勢，其中，N320H3 處理顯著高于N320H1 處理。N320H4 處理的衣分顯著大于N480H1 處理，其他處理間差異不顯著。N320水平下的籽棉產量較N480水平提高7.1%；相同施氮量下，籽棉產量隨縮節胺劑量增多呈先上升再下降的趨勢，N320H2 和N320H3 處理的產量顯著高于其他處理，其中，N320H3 產量最高，較其他處理分別提高37.8%、0.7%、14.2%、31.7%、15.2%、14.4%、17.1%。

表6 不同處理的棉花產量及產量構成因素Table 6 Yield and yield components of different treatments

2.7 主要冠層指標與產量構成因素的相關關系

將產量及產量構成因素與冠層結構相關指標進行相關性分析，結果（表7）表明，葉面積指數與散射輻射透過系數呈極顯著負相關；主莖葉比葉重與葉片SPAD 值呈極顯著正相關，與單株結鈴數、單鈴重和產量呈顯著正相關；單鈴重與產量呈顯著正相關；單株結鈴數與產量呈極顯著正相關。

表7 不同處理主要冠層指標與產量性狀各指標間的相關關系Table 7 Correlation between main canopy indexes and yield traits in different treatments。

3 討論

施肥與化學調控是塑造合理株型結構的重要手段，在“雙減”政策下，如何高效利用化學肥料和農藥來構造合理株型獲得高產并減少不必要的藥肥投入具有重要研究意義。氮肥投入過少或過多都可能對棉花冠層結構與養分吸收分配產生影響[19]。縮節胺作為抑制型植物生長調節劑，在生育后期噴施可以有效降低株高增長速度，塑造合理株型，提高生殖器官干物質占比[16]。研究表明，施氮量為270 kg·hm-2時，棉花葉面積指數、SPAD值、產量較高，繼續增加施氮量各指標都逐漸降低[20]。本研究表明，N480水平下的葉面積指數略高于N320水平，出苗后58 d 的株高日增量也大于N320水平，與前人結果略有不同，可能是由于前期縮節胺對N320水平起了較好的控制作用，使棉花前期株高增長略慢，隨著后期花鈴期肥量增多，施氮量差距增大，氮肥的效果大于縮節胺，使高氮量下的棉花繼續保持較高的增長速度。高施氮量水平下棉花葉片的SAPD 值較常規施氮量有些許降低，與前人研究結果一致。張特等[21]以滴施縮節胺劑量與施氮量為因素，研究發現在正常及高施氮量下縮節胺對棉花生長有延緩作用，但作用不會隨縮節胺劑量的增加而增強；而在低施氮量下縮節胺對棉花生長的延緩作用較弱甚至消失。本研究在常規施氮量與高投入施氮量下噴施縮節胺對棉花均有抑制效果，與前人結果一致。羅宏海等[22]研究表明，相同密度下棉花的葉面積指數、葉傾角、群體光合速率隨縮節胺用量的增加顯著降低，群體散射輻射透過系數能保持較高水平。本研究表明，葉面積指數在2個施氮量水平下均隨縮節胺劑量的增多而下降，群體散射輻射透過系數則升高，與前人結果一致。張鑫磊等[23]認為，高施氮量（240～480 kg·hm-2）可以使棉花生育期后期的葉片維持一定的光合能力，且在適宜施氮量下，噴施增效縮節胺可以增加植株葉面積和葉綠素含量，提高棉花對光能的截獲和吸收能力[24]。本研究結果表明，高施氮量（N480）下的葉面積指數高于常規施氮量（N320），說明氮肥投入多會使棉花枝葉生長茂密；2個施氮量水平下噴施縮節胺都可增加葉片葉綠素含量，但葉面積指數下降；常規施氮量能更好地維持后期葉面積指數，而高施氮量下的葉面積指數在盛鈴期后開始迅速下降。何慶雨等[11]研究表明，延遲噴施低劑量縮節胺可提升棉花葉片的比葉重和葉綠素相對含量，進而使冠層結構更合理。本研究表明，2個施氮水平下各部位葉片的比葉重差異不顯著，但均隨縮節胺劑量的增多呈上升趨勢，說明噴施縮節胺可以增加各部位葉片的比葉重，進而增加葉片葉綠素相對含量。

本研究不同處理間的中下部節間長度差異不顯著，與前人研究略有不同[25]，可能是由于前期未進行縮節胺噴施或計量差異較小導致處理間差異不明顯，其中，上部節間長度有隨縮節胺劑量增多而下降。2個施氮量水平間在中上部果枝長度上也無明顯差異，但噴施縮節胺可抑制中上部長度，與前人研究一致[26]。產量是各指標綜合的結果，本研究顯示，常規施氮量水平下的籽棉產量最高，達6 426.18 kg·hm-2，較高施氮量水平提高7.13%，說明過量施氮肥并不能達到增產的效果，與前人研究結果一致[20]。高施氮量使棉花群體生長過旺，一方面使生殖器官與營養器官比例不協調，另一方面使冠層空間密閉，通風透光性較差，導致蕾鈴脫落數量增加[27]。而噴施適量縮節胺可控制棉花旺長，抑制棉花株高以及果枝長度，最終使棉花葉面積指數維持在合適的水平，同時也增加了生殖器官的占比，有利于干物質向生殖器官的運轉和積累，提高單株結鈴數與單鈴重。籽棉產量隨縮節胺劑量的增多呈先上升再下降趨勢，說明縮節胺用量應合適，過多會抑制產量形成，與前人研究結果一致[20-28]。

縮節胺劑量與施氮量呈互增性促控關系,即縮節胺用量應隨施氮量的增多而增多[29]。本研究發現，高投入施氮量會使棉花營養生長過旺，在生育中期葉面積指數過高使田間通風透光性較差，而后期葉面積指數又下降過快，影響棉鈴發育，最終使生殖器官占比降低，而縮節胺在高施氮量水平下對棉株的抑制作用更明顯，如抑制植株果枝及主莖節間伸長，進而塑造合理的冠層結構，增加葉片的葉綠素含量，提高養分向棉鈴運輸。適量縮節胺還可以增加單株結鈴數與單鈴重，從而提高籽棉產量。綜上，高施氮量下的棉田可通過增加縮節胺劑量來控制棉花生長，塑造緊湊株型，但只有適合的縮節胺劑量才能使產量達到最高；常規施氮量棉田建議縮節胺劑量為260.5 g·hm-2，此時株型較好，有利于高產；在南疆地區常規施氮量與高施氮量水平下，推薦全生育期噴施縮節胺劑量為150.0～260.5 g·hm-2。