不同海島棉品種產量及纖維品質對氮肥的響應

段松江,彭增瑩,申瑩瑩,木麗迪爾·拜波拉提,吳一凡,崔建平,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)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國唯一的海島棉生產基地[1],近年來總產穩中有升[2]。但隨著產量的增加,氮肥的投入也隨之增加,會導致部分氮肥因淋溶而流失[3],氮素作為植物生長必需的三大營養元素之一,其對棉花的生長發育及產量的影響受到關注,研究近20年來新疆育成的海島棉品種在不同氮肥水平下的產量及品質的表現,篩選優質高產的海島棉品種并為其搭配合理的施氮量,對海島棉選育和高產栽培均具有重要意義。【前人研究進展】研究表明[4]低氮條件下會顯著降低棉花株高和主莖節數,并且主要通過降低單株結鈴數來降低產量。隨著施氮量的增加,棉花株高、主莖葉數、果枝數、單株結鈴數呈逐漸上升的趨勢[5],石洪亮等[6]研究表明,新疆南疆施氮量為300 kg/hm2時,棉花單株結鈴數多,單鈴質量大,籽棉產量高。作物的品種不同,對氮肥施用的反應不盡相同[7]。對小麥[8,9]、水稻[10,11]、玉米[12,13]等作物不同品種間對氮肥響應有相應的結果。在不同氮肥水平下棉花種質間氮素吸收效率等12個性狀指標均存在顯著性差異[14],不同基因型棉花品種產量、品質及生長發育存在差異[15]。婁善偉等[16]研究發現,不同棉花品種在不同氮肥水平下均有差異,尤其在低氮水平下,優質高產的棉花品種能發揮自身潛力,保證產量。不同棉花品種產量與氮素利用率達到最優時最佳施氮量有很大差異[17]。【本研究切入點】目前針對有關海島棉研究甚少,陸地棉研究較多,陸地棉雖能獲得更高產量,但其纖維品質相比較于海島棉差距大[18],而海島棉具有纖維細長、強度高,是紡織高檔織物的重要材料[19]。需在不顯著降低產量的情況下盡可能減少氮肥投入和提高纖維質量[20]。【擬解決的關鍵問題】以近20年來育成的12個海島棉品種為材料,研究不同氮肥水平下各海島棉品種間農藝性狀、產量性狀及纖維品質間的差異,分析性狀之間相關性,篩選出高產優質的海島棉品種并科學搭配最優施氮量,為提升海島棉品種增產潛力提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

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進行,40°06′N,80°44′E,海拔 1 025 m,屬于溫暖帶大陸性干旱氣候。日照時間長,蒸發量大;土壤質地為沙壤土。表1

表1 土壤基礎肥力

以近20年來育成的12個海島棉品種為材料。表2

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用雙因素裂區試驗設計,主區為施氮水平:N0(0 kg/hm2)、N240(240 kg/hm2)、N480(480 kg/hm2),副區為12個海島棉品種。采用1膜6行(66+10)cm種植模式,株距為11 cm,膜寬2.1 m,滴灌毛管鋪設為1膜3管(滴孔間距20 cm,滴管出水量2.1 L/h),小區長7 m,寬2.3 m,面積32.2 m2,理論密度23.7×104株/hm2,播種時間2021年4月16日,打頂時間7月15日,其他田間管理同當地大田生產。

表 2 參試材料及供種單位

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 農藝性狀

在海島棉花鈴期(打頂后10 d),每小區均選取長勢均勻的棉株10株,調查各小區棉花品種的株高、葉片數、果枝數、蕾鈴花個數。

1.2.2.2 蕾鈴脫落率

在8月15日(蕾鈴脫落峰期后),每小區選取10株長勢均勻的棉株,調查各小區總蕾鈴個數與干枯蕾鈴數。

蕾鈴脫落率=干枯蕾鈴數/總蕾鈴數×100%。

1.2.2.3 產量及產量構成因素

各處理吐絮后,每小區選取具有代表性的棉田,調查株數,結鈴數,最后計算得到單株結鈴數,分上(11果枝及以上30朵)、中(6～10果枝40朵)、下(1～5果枝30朵)取樣,共100朵,測其單鈴重、衣分。

1.2.2.4 纖維品質

各處理棉花樣品使用皮輥軋花機獲得皮棉,隨機選取20 g皮棉送往農業農村部棉花質量監督檢驗測試中心(烏魯木齊)檢測,測其上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、伸長率、馬克隆值等。

1.3 數據處理

試驗數據使用SPSS19軟件進行方差分析,采用Duncan法進行處理間多重比較(P<0.5),利用Excel整理數據并繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥水平下海島棉品種間農藝性狀的差異

研究表明,不同氮肥水平對果枝數有極顯著影響,對葉片數和蕾鈴花有顯著性影響,而對株高無顯著影響。隨施氮量的增加,各品種株高、葉片數、果枝數總體呈逐漸上升的趨勢,而蕾花鈴隨施氮量的增加呈先上升后降低趨勢,N240、N480較N0各指標分別增加1.2%、3.4%、6.9%、9.0%,1.8%、6.0%、7.8%和6.7%。果枝和蕾鈴花變異系數(CV)呈現下降趨勢,氮肥可以將降低海島棉品種間果枝和蕾鈴花的變異程度。不同品種間株高、葉片數、果枝數、蕾花鈴均達到極顯著影響,株高和葉片數均表現為新海28號最好,果枝數和蕾鈴花則表現為棉城10號最好,而新海14號和新海35號各項指標均表現較差。表3

表 3 不同氮肥水平下不同品種農藝性狀變化

2.2 不同氮肥水平下海島棉品種間蕾鈴脫落率的差異

研究表明,不同氮肥處理下平均蕾鈴脫落率表現為N240

圖 1 不同品種在不同施氮水平下

2.3 不同氮肥水平下海島棉品種間產量構成因素差異

研究表明,氮肥對單株結鈴數和籽棉產量存在顯著影響,品種間單株結鈴數、單鈴重與籽棉產量均表現顯著影響,氮肥與品種互作均未達到顯著性影響。隨著施氮水平的提高,各品種單株結鈴數與籽棉產量均表現為逐漸上升或“上升-下降”的趨勢,表現為N240>N480>N0,N240、N480水平下單株結鈴數與籽棉產量整體較N0分別增加9.0%、9.0%,12.0%、10.6%。單鈴重與衣分在各氮肥水平下無明顯變化規律,單株結鈴數與籽棉產量變異系數(CV)隨施氮量的增加呈下降趨勢,施氮可以彌補各品種間單株結鈴數與籽棉產量的差距。品種間,棉城10號、新海28號在3個氮肥水平下單株結鈴數、單鈴重具有明顯優勢,均高于其他品種,籽棉產量高;新海14號、新海24號單株結鈴數與單鈴重表現較差,導致籽棉產量較低,棉城10號和新海28號較新海14號、新海24號籽棉產量增幅分別為33.9%、35.5%、36.3%、38.4%、43.0%、36.5%和24.5%、24.4%、19.0%、28.6%、31.3%和19.1%。籽棉產量在施氮量為332.2 kg/hm2時達到最高,為5 025.1 kg/hm2。表4,圖2

圖 2 施氮水平與籽棉產量的關系

2.4 不同氮肥水平下海島棉品種間纖維品質差異

研究表明,氮肥對海島棉上半部平均長度有顯著性影響,而海島棉品種間品質性狀均達到極顯著性水平。上半部平均長度表現為隨施氮量的增加而降低,且變化較為明顯,其他性狀在不同氮肥水平下無明顯的變化規律。不同品種間,上半部平均長度、整齊度、斷裂比強度、馬克隆值在3個氮肥水平下均以新海45號、新海28號最好,平均分別在40 mm、88%、45 cN/tex以上,且馬克隆值達到A級標準。而伸長率表現則相反,新海14號和新海21號顯著高于其他品種,3個氮水平下平均為12.3%,新海28號、新海45號表現較差,分別為9.2%、3.8,9.0%和3.8。表5

2.5 農藝性狀、產量性狀及纖維品質相關性

研究表明,果枝數與蕾鈴花呈極顯著(P<0.01)相關,與單株結鈴數呈顯著性(P<0.05)相關水平,籽棉產量與株高存在顯著(P<0.05)相關,與單株結鈴數、衣分達到極顯著(P<0.01)相關性,海島棉品種通過提高株高獲得更多果枝數與單株結鈴數,最終達到增產目的,但會降低其衣分。上部平均長度、整齊度、斷裂比強度三者之間均存在極顯著(P<0.01)正相關,均與伸長率、馬克隆值均存在負相關性,但與馬克隆值存在極顯著負(P<0.01)相關性,而伸長率只與斷裂比強度存在極顯著(P<0.01)負相關性。籽棉產量與纖維品質兩者未達到顯著相關,單鈴重與衣分、馬克隆值呈顯著(P<0.05)負相關。表6

表 4 不同氮肥水平下不同海島棉品種籽棉產量及產量構成因素變化

3 討 論

農藝性狀是判斷植株生長發育的重要指標[16]。適宜的施氮量不僅能提高株高、葉片數、果枝數及結鈴數[21],還能降低蕾鈴脫落率[22]。爾晨等[23]研究發現,施肥量高于300 kg /hm2,株高、葉片數及單株結鈴數無顯著差異。研究表明,各項農藝指標隨施氮量的增加顯著提高,株高、葉片數、果枝數總體呈逐漸上升的趨勢,蕾鈴花呈“上升-下降”趨勢;不同品種間各個農藝指標表現迥異,可能由于品種遺產特性不同,性狀表現不同。棉花有效鈴數與施氮量呈正相關,蕾鈴脫落率與施氮量達到顯著負相關性[24],研究與其結果一致,各品種單株結鈴數均表現為施氮處理大于不施氮處理,與蕾鈴脫落呈負相關,各品種蕾鈴脫落率表現為施氮處理顯著小于不施氮處理,施肥增加單株結鈴數原因是降低了蕾鈴脫落率。

生產中對棉花品質的重視程度不斷提升[25]。毛樹春等[26]已分析過2018～2020年新疆棉花三年間馬克隆值、平均長度整齊度、斷裂比強度平均值表現。研究[27]發現纖維長度、馬克隆值隨施氮水平的增加呈開口向下的單峰曲線,300～450 kg/hm2的氮肥投入增產效果最顯著,纖維品質較優,過高則會顯著降低纖維的強力。在施氮量為300～375 kg/hm2時能獲得最佳的纖維品質[28]。研究表明,氮肥只對上半部纖維長度有顯著性影響,在不同氮肥水平下各品種均值表現為上半部纖維長度與整齊度隨施氮量的增加逐漸降低,馬克隆值與伸長率呈“二次曲線”關系,而斷裂比強度表現為隨施氮量的增加緩慢上升,而品種間均存在極顯著性差異,棉花纖維品質主要由遺傳特性決定。

合理施用氮肥不僅是挖掘棉花增產潛力的重要措施,也是在最大程度上減少氮肥投入的重要手段[29]。產量構成因素主要由單株結鈴數、單鈴重、衣分決定,其中單株結鈴數對產量貢獻最大[30],研究也表現為氮肥主要通過改變單株結鈴數來獲得更高的籽棉產量,對單鈴重與衣分無顯著影響,在施氮量為240 kg/hm2時總體產量達到最大,平均為4 983.7 kg/hm2;不同海島棉品種單株結鈴數、單鈴重及籽棉產量達顯著性差異,不同品種籽棉產量主要受單株結鈴數、單鈴重的影響,棉城10號與新海28號籽棉產量表現較好,尤其棉城10號產量最高,最高達6 164.4 kg/hm2。棉花產量構成與品質受多種因素控制,不僅與施氮量有關,還受品種遺產特性影響,施氮顯著提高了單鈴重、單株結鈴數和籽棉產量,但不同品種對增產的響應不同[31]。氮素和棉花品種水平對株高、籽棉單鈴重和籽棉產量均有顯著影響,氮素水平與棉花品種間的交互作用對株高和成鈴數無顯著影響,對單鈴重和籽棉產量有顯著影響[32]。研究略有不同,氮肥水平與品種交互只對農藝指標有顯著影響,而對產量構成因素與品質無顯著影響。

4 結 論

施氮量為240 kg/hm2時海島棉能獲得最高產量,超過其施氮量產量有下降趨勢,在332.2 kg/hm2的施氮水平下海島棉籽棉產量達到最高,為5 025.1 kg/hm2;新海28號、棉城10號農藝性狀綜合表現優異,能在不同氮肥水平下保持相對較低的蕾鈴脫落率來保證結鈴數;新海28號、新海45號在不同氮肥水平下獲得較高產量的同時保證較好的纖維品質;棉城10號、新海28號在不同氮肥水平下籽棉產量均表現突出。