滴灌棉花產量及構成因素對關鍵生育期施氮量的響應

蒲勝海，馬紅紅，馬興旺， 李 磐，涂永峰，李小偉，艾合買提·哈力克，李江峰

(1.新疆農業科學院 土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091；2.農業部西北綠洲農業環境重點實驗室，烏魯木齊830091；3. 新疆慧爾農業集團股份有限公司，新疆昌吉 831100；4.哈密市農業技術推廣中心，新疆哈密 839000)

世界棉花看中國，中國棉花在新疆。2020年新疆棉花種植總面積、總產已連續27年位列全國首位，為中國巨大的棉花需求提供了有力保障[1]。氮肥施用對棉花產量的形成發揮著關鍵作用，其占單產的比重達33.5%～56.1%[2-5]。然而，在棉花實際生產中農戶為了追求產量，普遍存在氮肥過量施用，有的甚至高達400kg·hm-2[6-9]。氮肥施用過量，不但會造成棉花貪青晚熟[6,10]、產量降低[11]、纖維品質下降[12]，硝態氮淋洗增加[13]，而且還會造成資源、能源浪費、耕地質量下降和環境污染等問題[14]。因此，合理的氮肥運籌管理是促進新疆棉花產業綠色、可持續發展的關鍵[15]。學者對棉花氮肥運籌開展了大量研究。氮肥用量能有效調控棉花植株農藝性狀[16]，影響棉花株型塑造[17]、群體冠層結構和產量[18]。隨著氮肥施用量的增加，棉花花鈴期葉面積指數和單株光合產物積累量呈先增后降[19]。合理施氮量能夠有效促進棉株生長發育，使得花鈴期葉面積指數、凈光合速率[20]、蒸騰速率及單株光合產物積累量適宜[19]，有效增加蕾鈴數，從而保證高產[21]。精細化水氮運籌，可優化棉花產量結構[16]，促進氮吸收利用效率，進而改善品質[9]。但目前有關滴灌棉田關鍵生育時期氮肥調控對棉花的產量及構成要素、氮肥偏生產力的影響缺乏系統研究。

因此，本研究通過對棉花關鍵生育時期(蕾期、盛花期和盛鈴期)的氮肥調控，分析各時期不同氮肥調控對棉花三桃個數、單鈴質量、單株鈴數、產量和氮肥偏生產力的影響，明確各生育期棉花生長對氮肥施用量的響應，為生產中優化施氮提供科學依據，研究具有一定的理論和實踐指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2021年在新疆庫爾勒市包頭湖農場新疆棉田面源污染防控技術研究示范基地(東經85.87°，北緯41.68°)開展。試驗區屬于典型干旱氣候，年平均降雨量56.2 mm，年平均蒸發量 2 497.4 mm，年均日照時數2 878 h，≥10 ℃積溫 4 252.2 ℃，無霜期205 d，地下水位6.0～8.5 m，純灌溉農業，棉花多年連作。供試土壤為壤土，中等肥力，0～30 cm土壤有機質8.1g·kg-1，速效氮43.2 mg·kg-1，速效磷19.9 mg·kg-1，速效鉀129 mg·kg-1，pH 7.9。

1.2 試驗設計

以當地農戶常規施氮量(CNF-100)為基礎，分別在蕾期、盛花期、盛鈴期按CNF-100的75%、100%、125%、150%和200%設計5個水平，共13個處理。蕾期CNF-100為19.05 kg·hm-2，盛花期CNF-100為69.75 kg·hm-2，盛鈴期CNF-100為28.5 kg·hm-2。各處理具體氮肥調控見表1。各處理重復3次，共計39個小區，小區面積均為33.12 m2。

表1 各處理氮肥調控Table 1 Nitrogen fertilizer management of each treatment kg·hm-2

棉花生育期灌溉定額480 mm，共灌水9 次，灌水周期7～10 d。氮肥使用尿素，30%基施、70%追施。磷、鉀肥全部基施，施用量為重過磷酸鈣404.98 kg·hm-2，硫酸鉀168.74 kg·hm-2。具體灌水量和氮肥追施比例見表2。供試品種為‘新陸中73號’，棉花采用膜下滴灌，種植模式：66 cm+10 cm，株距9.5 cm，寬膜2.05 m，1膜3帶6行。試驗地2021-04-21播種，4 月25 日滴出苗水，其他管理措施均相同。

表2 生育期灌水定額及氮肥施用比例Table 2 Irrigation quota and nitrogen fertilizer application ratio in growth period

1.3 監測指標與方法

三桃個數及三桃單鈴質量：每小區分3次采收90個完全吐絮棉鈴，測定平均鈴質量，7月15日所結的棉鈴為伏前桃，7月16日至8月15日所結的棉鈴為伏桃：秋桃則是8月16日以后所結的棉鈴。

產量：在吐絮期測定各小區內所有株數及鈴數，同時隨機分別采集50朵上、中、下3個部位的棉花測定單鈴質量，最后采收小區內棉花記產。

氮肥偏生產力：氮肥偏生產力(kg·kg-1)=施氮區籽棉產量/施氮區施氮量。

經濟效益：在其他投入相同、肥料投入有差異的前提下，經濟效益(元·hm-2)=增產效益-增氮成本。

1.4 數據分析方法

用Microsoft Excel 2016軟件對數據進行整理，采用SPSS20.0(SPSS Inc.USA)軟件One-way ANOVA對棉花產量、構成因子，地上部吸氮量、三桃分布個數和單鈴質量、偏生產力進行方差分析。多重比較用Duncan’s法，統計顯著性假設為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 氮肥調控對棉花產量及構成因素的影響

由表3可知，僅在蕾期對農戶常規施氮量做75%～200%的5個梯度處理，即調整用量在 -4.80～19.05 kg·hm-2，農戶常規施氮量處理的單鈴質量、單株有效鈴數和籽棉產量最高；與農戶常規施氮量相比，少施或多施氮的處理間棉花單株有效鈴數、產量有顯著差異；少施氮肥會導致單鈴質量明顯降低，說明當地農戶在蕾期施肥量較為合理。僅在盛花期對農戶常規施氮量做75%～200%的 5個梯度處理，即調整用量在 -17.40～69.75 kg·hm-2，隨著施氮量增加，棉花單鈴質量、單株有效鈴數和產量隨之增加，各處理間有明顯差異；與CNF-100相比，Nflower-200單鈴質量、單株有效鈴數和產量均有顯著差異，分別增加16.55%、15.69%和11.24%，說明當地農戶在盛花期應適當加大施氮量。僅在盛鈴期對農戶常規施氮量做75%～200%的5個梯度處理，調整用量在-7.05～28.50 kg ·hm-2，隨著施氮量增加，棉花單鈴質量呈降低趨勢，單株有效鈴數呈增加趨勢，產量CNF-100最高且顯著，說明當地農戶在盛鈴期應控制施氮量。

表3 氮肥調控下棉花產量和氮肥偏生產力Table 3 Cotton yield and partial factor productivity of nitrogen under nitrogen fertilizer regulation

2.2 氮肥調控對三桃個數和單鈴質量的影響

由表4可知，蕾期隨施氮量的逐漸增加，棉花三桃個數均減少；Nbud-75伏前桃、伏桃個數分別為3.76和1.43個，顯著高于增施氮處理，但秋桃個數在各處理間無顯著差異；各處理間伏前桃、伏桃和秋桃的單鈴質量差異均不顯著；Nbud-200處理伏前桃單鈴質量最大，Nbud-125處理伏桃單鈴質量最大，CNF-100處理秋桃單鈴質量最大。盛花期隨著施氮量增加，三桃個數呈先增加后減小趨勢；農戶常規施氮處理三桃個數均最大，且伏前桃、伏桃個數與其他各處理差異顯著；隨著施氮量增加，三桃單鈴質量均呈增加趨勢，Nflower-200處理最大且顯著。盛鈴期隨著施氮量增加，三桃個數上下波動；Nboll-75的伏前桃和伏桃單鈴質量最大，分別為5.97和6.18 g。

表4 氮肥調控下棉桃分布和單鈴質量Table 4 Boll distribution and quality of cotton under nitrogen fertilizer regulation

2.3 氮肥調控對氮肥偏生產力、經濟效益的影響

從表3可以看出，在棉花蕾期、盛花期和盛鈴期分別調控施氮量時，氮肥偏生產力隨著施氮量的增加均呈單峰趨勢。農戶常規施氮處理下氮肥偏生產力最高，與其相比，各時期調控施氮的CNF150%和200%處理的氮肥偏生產力均顯著降低。在相同的增氮調控水平下(減氮CNF-100的75%處理除外)，各時期增施氮肥偏生產力和產量均表現為：盛花期>盛鈴期>蕾期。在其他投入相同、肥料投入有差異的前提下，在盛花期增施氮肥農戶將能獲得較好的經濟效益(表5)。與CNF相比，盛花期增施200%的氮肥，可獲得純收益7 370.17元·hm-2。

3 討 論

3.1 不同時期施氮的增產效應

氮肥施用量顯著影響棉花的生育進程、品質形成和產量提高，尤其是花鈴期[13,22]。本研究中，盛花期調控施氮量對單株有效鈴數和產量影響較大，盛鈴期調控施氮量對單鈴質量和產量影響較大。蕾期隨著施氮量的增加，三桃個數減少，且Nbud75處理的三桃個數最多。盛花期隨著施氮量的增加伏前桃，伏桃和秋桃個數減少，且CNF-100處理的伏前桃、伏桃和秋桃個數最多。可能原因為：蕾期是棉花生殖生長開始并日漸旺盛時期，葉片的光合作用和根系的吸收能力也都增強，適宜的施肥量促進棉花蕾鈴分化發育，為花鈴期的生殖生長奠定基礎[23]。在前期保證營養、生長條件比較理想的狀態下，盛花期提供充足的營養能極大促進棉花產量的形成[24]，即使施肥量達到推薦施肥量的2倍也不會造成減產，表現出的卻是隨著施肥量增大產量增加的趨勢[8]。盛鈴期主要是生殖生長，棉鈴的大小已經不再變化，主要是纖維和種子在繼續成熟，對養分需求量較小，氮肥用量過多或過少影響棉花單鈴質量。

在蕾期、盛花期和盛鈴期3個不同時期調控施氮量，產量的形成與棉花S型生長曲線規律一致[6]。棉花從蕾期開始進入生殖生長與營養生長并行時期，各個節位的花芽依次發育，這是形成產量的基礎時期，施肥量過多或過少均會使棉花發育遲緩，影響蕾鈴發育，因此最佳施肥量能獲得最高產量；進入盛花期后棉花生殖生長旺盛，營養庫很大，有增產潛力，所以一定范圍內，隨著施氮量的增加棉花增產的空間就大[25]；到了盛鈴期，營養生長和生殖生長開始減小，關鍵是纖維的發育成熟，因此過多的營養有可能引起貪青，過少的營養導致單鈴質量小[6,26-29]。

棉花生育期精細化氮肥管理，可對棉花植株農藝性狀進行有效調控[30]，能顯著增加單株鈴數[21]，有利于提高鈴質量和衣分[7]，實現優化棉花產量結構，增加棉花產量[9,16,18,31-32]。本研究發現，在蕾期、盛花期和盛鈴期下調控施氮量，3個時期棉花單株鈴數和單鈴質量不同，導致最終產量存在較大差異。本研究進一步發現，在棉花生長的不同時期施肥均能影響單株鈴數，但各時期對伏前桃、伏桃和秋桃的影響程度不同，蕾期施肥能顯著影響三桃數量，對單鈴質量沒有影響，盛花期和盛鈴期施肥影響的是伏桃和秋桃數量，以及伏前桃的單鈴質量。因此在生產中要根據實際情況采取相應的正常管理或補救措施，以保證足夠的單株鈴數，并增大單鈴質量。作物氮素的高效吸收利用是實現產量高效的重要途徑[33]。王士紅等[34]研究表明隨著生育進程，氮素積累量呈“慢-快-慢”的 S 型曲線，棉花生育中后期氮素積累量升高，氮素的累積吸收量與各自施氮量成正比[35]。本研究中，僅對棉花關鍵生育時期不同施氮量的伏前桃、伏桃和秋桃個數，單鈴質量和氮肥偏生產力進行了研究，對于植株在關鍵生育時期對不同氮肥量的吸氮量沒有涉及，且本研究只關注了棉花生長的表觀特征，因此，下一步亟需對植株吸氮量進行測定分析以便明確植株在關鍵生育時期的養分需求規律。

3.2 氮肥偏生產力

氮肥偏生產力是衡量氮肥生產能力的重要指標，對深入理解農田氮肥利用過程及其機理具有重要理論意義[36]。本研究發現，隨著施氮量的增加，棉花的氮肥偏生產力逐漸降低，通過比較蕾期、盛花期、盛鈴期3個不同時期施肥后的氮肥偏生產力，發現農戶常規施氮的氮肥偏生產力最大，且盛花期的氮肥偏生產力高于盛鈴期和蕾期。本研究中盡管盛花期增施200%氮肥處理的氮肥偏生產力不及農戶常規施氮，但可獲得純收益 7 370.17元·hm-2。因此，農戶在生產中科學確定最佳施肥量以實現最大的生產效率的同時，也應兼顧農戶經濟效益。有研究表明，棉花N素吸收量最大時為初花期[37]，初花期追施氮肥利于形成高產[38]。本研究設定的施肥時期僅3個，因此需要更深入地研究初花期、吐絮期等時期氮肥偏生產力，以便更好地指導實際生產。

4 結 論

農戶在棉花的蕾期常規施氮量適宜，可以避免因施氮過量或不足，導致的單鈴質量、單株有效鈴數、產量降低。盛花期增施氮肥有利于產量形成，農戶常規施氮量的2倍處理(Nflower-200， 386.85 kg·hm-2)，單鈴質量和有效鈴數最高，分別為6.62、5.90個；盛鈴期隨著施氮量增加，單鈴質量呈降低趨勢，單株有效鈴數呈增加趨勢，農戶常規施氮量的單鈴質量和籽棉產量最高，分別為 5.68 g、6 747.65 kg·hm-2。氮肥偏生產力隨著施氮量的增加，呈逐漸降低趨勢。農戶常規施氮量處理的氮肥偏生產力最大，為21.28 kg·kg-1；但盛花期增施200%氮肥處理的經濟效益增加明顯，可獲得純收益7 370.17 元·hm-2。因此，科學確定最佳施肥量以實現最大的生產效率的同時，也應兼顧農戶經濟效益，建議當地農戶在棉花盛花期適當加大氮肥施用量，可以獲得較好的經濟效益。