氮肥與密度互作對海島棉生長發育及產量和品質的影響

摘 要：【目的】研究不同氮肥與密度互作對海島棉生長發育的調控效應，為海島棉合理密植及優化施氮提供理論依據。

【方法】在新疆南疆自然生態條件下，以海島棉新78為材料，采用雙因素試驗設計，主區處理設2種種植密度，副區處理設4個施氮水平，研究氮肥與密度互作對海島棉生長發育及產量和品質的影響。

【結果】海島棉的株高、莖粗、果枝臺數、主莖葉片數與施氮量呈正相關，但與種植密度呈負相關。海島棉葉片SPAD值在整個生育期隨著施氮量和密度的增加而增加。不同處理下海島棉干物質積累動態曲線均符合Logistic模型，D24N2處理的干物質積累量最大，達到22 462 kg/hm2，但D20N0處理的生殖器官干物質積累分配占比最大，達到了72%。海島棉的單株結鈴數、單鈴重與施氮量呈正相關，與種植密度呈負相關，但單位面積收獲株數與種植密度呈正相關，在氮肥與密度互作條件下，D24N2處理的皮棉產量與籽棉產量最高，分別比較最低的D24N0處理增加了2 251.65、774.77 kg/hm2。種植密度與施氮量對海島棉纖維品質的各項指標影響均不顯著。

【結論】在新疆南疆機采棉種植模式下，種植密度為24×104株/hm2、施氮量為320 kg/hm2時，海島棉的各項生長指標表現較好，且皮棉產量最高，達到2 122.62 kg/hm2。

關鍵詞：海島棉；種植密度；施氮量；生長發育；產量；品質

中圖分類號：S562 ""文獻標志碼：A ""文章編號：1001-4330（2024）08-1821-11

收稿日期（Received）：2024-01-08

基金項目：新疆維吾爾自治區重大科技專項“棉花優質高產高效標準化生產技術集成示范”（2020A01002-4）

作者簡介：張承潔（1998-），女，新疆伊犁人，碩士研究生，研究方向為棉花高產栽培，（E-mail）985487211@qq.com

通訊作者：張巨松（1963-） ，男，江蘇人，教授，博士，碩士生/博士生導師，研究方向為棉花高產栽培與生理生態，（E-mail）xjndzjs@163.com

0 引 言

【研究意義】長絨棉纖維品質優異，但皮棉產量相對較低［1］。施氮量和種植密度是棉花生產中重要的可控因子，增施氮肥是提高棉花產量的有效途徑之一［2］。施氮可使棉花獲得理想的生育進程和農藝性狀，氮肥施用量過多易造成棉株營養生長較旺而貪青晚熟［3］，營養器官的干物質積累增加可影響養分向蕾鈴的充分轉移，使生殖器官所占比減少，從而導致減產［2］。氮肥施用量過少則加速棉花葉片衰老，葉綠素SPAD值降低［4］，顯著減少光合產物在葉片中分配，棉株干物質積累量降低，棉花的產量和品質也隨之下降［5］。【前人研究進展】合理種植密度可以有效地提高棉花單株果枝數、成鈴質量和纖維品質，影響棉株衰老進程，進而影響棉花群體光合效率和棉花產量，但密度過高則導致棉花單株結鈴數降低，產量下降［6-7］。此外，氮肥和密度在一定范圍內呈互補性效應，從而提高經濟效益［8］。【本研究切入點】目前關于棉花種植密度與施氮量互作已有相關的報道，但研究對象多為陸地棉，有關海島棉栽培的研究較少，需研究不同氮肥與密度互作對海島棉生長發育的調控效應。【擬解決的關鍵問題】以海島棉為材料，以不同施氮量與種植密度為主區和副區處理，測定海島棉生長發育、產量、品質等相關指標，分析不同密度下海島棉的最佳施氮量，為海島棉合理密植及優化施氮水平提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2022年4～10月在新疆阿瓦提縣新疆農業科學院經濟作物研究所試驗基地進行。該地處天山南簏，塔克拉瑪干沙漠北緣，屬暖溫帶大陸性干旱氣候，年均氣溫10.40℃，年均日照時數2 750～3 029 h，無霜期183～211 d，年均降水量46.70 mm，年均蒸發量1 890.70 mm。供試品種為當地主栽海島棉品種新78（由新疆農業科學院經濟作物研究所提供）。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用裂區試驗，主區處理設2個種植密度，分別為D20（20×104株/hm2）和D24（24×104株/hm2），副區處理設4個施氮（純N）水平，分別為N0（0 kg/hm2）、N1（160 kg/hm2）、N2（320 kg/hm2）和N3（480 kg/hm2），其中基肥比例均占各氮肥處理總量的20%，剩余80%作為追肥隨水滴施，使用施肥罐控制施N量，純磷（P2O5）118.6 kg/hm2和純鉀（K2O）80 kg/hm2均作基肥施用。

采用機采棉種植模式，即：1膜6行寬窄行距（66 cm+10 cm），各小區長6.5 m，寬6.84 m，面積44.46 m2，8個處理重復3次，共24個小區，占地面積1 067.04 m2，小區隨機排列。試驗于4月11日播種，4月25日出苗。表2

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 土壤背景值

播種前用五點取樣法獲取0～80 cm土層土樣，每10 cm為一層，將取得的土樣晾干研磨過篩后測定土壤全氮、速效N、有效P、速效K及有機質含量。

1.2.2.2 農藝性狀

從棉株三葉期開始，每個處理定樣點3個，每個樣點標記10株棉花（邊行5株、中行5株）；收獲期在各大區選取長勢一致的棉花10株（中行、邊行各5株）定株測量棉花株高（子葉節至生長點）、莖粗、主莖葉片數和果枝臺數。

1.2.2.3 葉片SPAD值

使用SPAD-502便攜式葉綠素儀測定各生育時期不同處理棉花葉片SPAD值，在每個處理的中行、邊行各選取5株棉花，測定功能葉片的SPAD值，每片葉重復5次取平均值。

1.2.2.4 地上部干物質積累與分配

各生育時期選取具有代表性的棉花6株（中間行3株、邊行3株），按照營養器官（莖、葉）、生殖器官（蕾、花、鈴）等分開，在105℃下殺青30 min，80℃下烘干后稱重。

1.2.2.5 產量及其構成因素

當棉花完全吐絮時，測量小區內實收株數與鈴數，得出收獲株數和單株結鈴數。同時在3個點取棉纖維樣品（上部30朵、中部40朵、下部30朵）稱量得出單鈴重，分別軋花計算出衣分。棉纖維品質指標（纖維長度、纖維強度、馬克隆值）在新疆農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所測定。

1.3 數據處理

采用Excel與SPSS軟件進行數據統計，進行方差分析，采用Origin作圖。

2 結果與分析

2.1 氮肥與密度互作對海島棉農藝性狀的影響

研究表明，2個密度條件下海島棉的農藝性狀各項指標施氮與不施氮處理差異顯著。在D20處理下，海島棉的株高、莖粗與施氮量呈正相關，最大值均出現在N3處理，分別較最低的N0處理增加了57.5%、25.1%；主莖葉片數最大值N3處理較N0、N1和N2處理分別增加了2.6、0.8和2.4個；果枝臺數則隨著施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢，N2處理達到最大值，較最低的N0處理增加了4.3臺。在D24處理下，海島棉的株高、莖粗、果枝臺數均與施氮量呈正相關，N3處理達最大值，分別比最低的N0處理增加了122.7%、47.2%和75.2%；主莖葉片數與施氮量無明顯規律性，N3處理最大，較N0、N1和N2處理分別增加了5、2.2和3個。海島棉的株高、莖粗、果枝臺數隨著密度的增加而增加，而主莖葉片數無明顯的規律性，但D20較D24處理株高、莖粗、主莖葉片數、果枝數的平均值分別增加了3.85 cm、0.832 mm、0.55個和1.075臺。種植密度與施氮量的交互作用對海島棉的農藝性狀有著不同程度的影響，二者的交互作用對株高和主莖葉片數顯著，對莖粗和果枝數不顯著；在D24N3組合下，海島棉的株高、莖粗、主莖葉片數達最高，分別較最低的D24N0組合增加了60.1 cm、3.91 mm和5個，果枝臺數在D20N2組合達最大，較最低的D24N0組合增加了5.5臺，高密低氮不利于海島棉的生長。表3

2.2 氮肥與密度互作對海島棉葉片SPAD值的影響

研究表明，海島棉葉片的SPAD值隨著生育進程的推進呈增高-降低-增高的趨勢，在盛蕾期開始降低，海島棉由營養生長轉為生殖生長，又在盛花期后快速上升，盛鈴期后增長緩慢并達到最大值。海島棉葉片SPAD值在施氮情況下顯著高于不施氮處理，并且基本隨著施氮量的增加而增加，在整個生育進程中N3處理為最大SPAD值。在施氮條件下，SPAD值整體表現為隨著密度的增加而增加，但在不施氮條件下SPAD值與其相反。氮肥與密度互作條件下，D24N3處理的葉片SPAD值在整個生育期基本處于最大值，為葉片合成更多的營養物質提供了基本條件。圖1

2.3 氮肥與密度互作對海島棉干物質積累的影響

研究表明，氮肥與密度互作下海島棉干物質積累速率隨生育進程呈慢-快-慢的趨勢。在D20密度下，N0處理干物質快速積累開始與結束時期出現最早，N3處理則出現最晚，N2處理的干物質快速積累持續時間最長，較N0、N1和N3處理分別多了15.81、6.7和7.09 d，N3處理干物質最大增長速率最大，較N0、N1和N2處理分別增加了41.86%、15.31%和14.28%，N2處理的快速增長期生長特征值最大，較N0、N1和N3處理分別增加了85.00%、16.48%和2.63%；在D24處理下N0處理干物質快速積累開始時期與結束時期出現的最早并且N1處理出現的最晚，N2的干物質快速積累持續時間最長較N0、N1和N3處理分別多了24.78、2.97和12.39 d，N3處理干物質最大增長速率最大，較N0、N1和N2處理分別增加了51.44%、15.07%和8.39%，N2處理的快速增長期生長特征值最大，較N0、N1和N3處理分別增加了113.13%、10.74%和11.45%。在同一密度條件下，干物質快速積累持續時間與快速增長期生長特征值隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，干物質最大增長速率增加。在同一施氮量條件下，D20較D24處理干物質快速積累開始與結束時期出現的早，隨著密度的增加干物質快速積累持續時間與快速增長期生長特征值均增加，干物質最大增長速率則降低。在兩因素交互作用下，D24N2處理干物質積累量最高，快速積累期最長，達71.94 d，不同密度條件下，在施氮量為N3處理（480 kg/hm2）時，可縮短干物質快速積累時間，積累特征值亦下降，導致海島棉干物質的積累量降低。表4

施氮量顯著影響海島棉的單位面積干物質積累量，在整個生育期，無論是高密度還是低密度均以N2處理為最大值；在初花期以前不同施氮處理間的單位面積干物質積累量差異不顯著，在盛花期2個密度處理時干物質積累量均為N2處理最高且顯著高于其他處理。在施氮條件下，D24處理的單位面積干物質積累量較D20處理高，但在不施氮條件下現蕾期至盛花期的干物質積累量處理為D20＞D24，在盛鈴期及吐絮期處理D24＞D20。密度與施氮量互作條件下吐絮期的單位面積干物質積累量為D24N2處理最大，達到22 462 kg/hm2。圖2

2.4 氮肥與密度互作對海島棉干物質分配的影響

研究表明，在整個生育期，海島棉的生殖器官干物質積累量占比在盛蕾期后呈快速上升的趨勢，盛鈴期后增加緩慢趨于平穩。施氮量和種植密度對海島棉的生殖器官干物質積累量有顯著的影響，在同一密度下，吐絮期生殖器官的干物質積累量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，并且施氮處理顯著高于不施氮處理，總體表現為處理N2＞N3＞N1＞N0，但生殖器官占比則是N0處理為最大值；在同一施氮量條件下，吐絮期生殖器官的干物質積累量表現為處理D24＞D20，并且差異顯著，而生殖器官占比卻表現為處理D20＞D24。在氮肥與密度互作條件下，海島棉的生殖器官干物質積累量在D24N2處理最大，為12 485.2 kg/hm2，而生殖器官最大占比則為D20N0處理，達到了72%。圖3

2.5 氮肥與密度互作對海島棉產量及產量構成因子的影響

研究表明，施氮量對海島棉的產量有顯著影響，施氮條件下海島棉的單株結鈴數、單鈴重、籽棉產量與皮棉產量與不施氮處理差異顯著，在D20處理下，N1處理的單株結鈴數最高，較最低的N0處理增加了1.87個，單鈴重N3處理最高，較最低的N0處理增加了19.93%，籽棉產量最大值出現在N3處理，分別較N0、N1和N2增產35.84%、0.37%和2.19%，皮棉產量為N1處理最高，較最低的N0處理增加了32.65%；在N24處理下，N2處理的單株結鈴數、籽棉產量與皮棉產量均為最大值，較最低的N0處理分別增加了29.63%、57.16%和57.48%，但單鈴重為N3最高，比N0處理增加了27.24%；而收獲株數與衣分未受施氮量的影響，N0處理也有最大值出現。在同一施氮量條件下，收獲株數隨著密度的增加而增加，D24比D20處理平均增加了4.01×104株/hm2，但單株結鈴數隨著密度的增加而減少，D20較D24處理平均增加了1.27個；單鈴重在N0、N2和N3處理下表現為隨著密度的增加而減少，但N1處理下的單鈴重則表現為D24＞D20；籽棉產量與皮棉產量基本表現為D24＞D20，但在N0處理下，D24的產量小于D20處理；各處理之間衣分差異不顯著且無規律性。在密度與施氮量雙因子交互作用下，D24N2處理的籽棉產量與皮棉產量最高，分別比最低的D24N0處理增加了57.16%、57.48%，D20N3處理的皮棉產量與D24N1處理的產量相近，而皮棉產量低于D24N1處理，在一定范圍內，增施氮肥可以有效地提高海島棉產量，并且增加密度的同時減少氮肥施用量可以保證海島棉的皮棉不減產。表5

2.6 氮肥與密度互作對海島棉纖維品質的影響

研究表明，種植密度與施氮量對海島棉纖維品質有影響但差異不顯著。在D20處理下，棉花上半部平均長度、整齊度、斷裂比強度與紡織參數隨著施氮量的增加而增加，在N3處理達到最大值，較最低的N0處理分別增加了3.55%、1.32%、0.47%和3.74%，斷裂伸長率在N1處理達最大值，較N0處理增加了8.70%，馬克隆值在N2處理達到B級；在D24處理下，棉花上半部平均長度、整齊度、斷裂比強度與紡織參數在N1處理達到最大值，較最低的N0處理分別增加了4.21%、1.62%、5.92%和7.73%，斷裂伸長率在N3處達最大值，較最低的N0處理分別增加了10.12%，而馬克隆值為N2處理最優（為A級）。密度對海島棉纖維品質影響不大且無規律性。種植密度與施氮量對海島棉纖維品質的各項指標影響均不顯著，在D24N2組合下，海島棉纖維品質較好。表6

3 討 論

3.1

農藝性狀是判斷棉花生長狀況的重要指標，對棉花后期產量的形成有重要影響［9］。施氮顯著影響棉花的農藝性狀，與不施氮相比，施氮顯著增加棉花的株高、莖粗、果枝始節高度和倒四葉寬［10］。王海洋等［10］研究發現，隨著施氮量的增加，棉花株高、果枝數、單株果節數均呈先增加后降低的趨勢。石洪亮等［11］研究表明，在新疆南疆機采棉種植模式下，施氮量為300 kg/hm2時能獲得較為理想的農藝性狀。隨密度的增加，棉花株高增高，主莖節間數減少，葉面積指數增高、果枝數減少［12-13］。試驗研究結果與前人研究一致，海島棉的農藝性狀隨著施氮量的增加而增加，N3處理達最大值，密度對海島棉農藝影響不顯著，當施氮量為320 kg/hm2時海島棉的農藝性狀較為理想，當施氮量為480 kg/hm2時海島棉棉株旺長，干物質積累量達最大值，其營養器官干物質積累量增加，降低生殖器官干物質占比。

3.2

SPAD值用于表達葉片葉色情況，可較直觀反映出葉片中光合色素的含量［14］，進而間接反映棉株光合作用情況。羅新寧等［15］認為，追施氮肥可以提高棉株葉片葉綠素含量，提高光合產物的生產能力，延緩葉片衰老。張娜等［16］研究表明隨著種植密度的增加，葉片SPAD值在各生育時期均呈先升后降的趨勢。試驗結果表明，海島棉葉片SPAD值在整個生育期呈增高-降低-增高的趨勢，并于盛鈴期后趨于穩定，隨著施氮量和密度的增加，SPAD值也呈增加趨勢，與前人研究結果基本一致。吐絮期D24N3處理SPAD值最大，為后期光合物質的合成提供物質基礎，但SPAD值過高容易導致海島棉生長過旺并貪青晚熟，不利于上部棉鈴的發育，從而導致減產。

3.3

馬騰飛等［17］研究表明，棉株干物質累積隨施氮量增加呈先增加后降低的趨勢，施氮量過高或過低的均不利于干物質積累。適當的施用氮肥，有利于棉株群體的合理生長，最終達到增產目的，但如果施用過量的氮肥，則容易造成營養生長過旺，影響養分向蕾鈴的充分轉移，使生殖器官所占比例減少，導致減產［2］。王士紅等［18］研究表明，群體干物質隨種植密度的增加而升高，且群體干物質最大值出現在密度8.25×104株/hm2處理。試驗研結果與上述試驗結果一致，海島棉的單位面積地上部分干物質積累量與生殖器官的干物質積累量均為D24N2處理達到最大值，生殖器官與營養器官的分配比例接近1∶1，而N0處理的生殖器官占比為最大值，增加密度可以增加群體干物質積累量，但降低施氮量可以增加生殖器官的占比；當施氮量為480 kg/hm2時海島棉棉株旺長，干物質積累量達最大值，其營養器官干物質積累量與占比增加，而其生殖器官干物質積累量與占比降低，導致海島棉產量降低。

3.4

施氮肥可以有效地提高棉花的單鈴重和單株結鈴數，對衣分無顯著影響，單鈴重隨著施氮量的增加而增加，當施氮量過高時，棉花冠層中上部的葉片發育較好致使冠層郁閉，導致中下部的棉鈴大量脫落，因此單株結鈴數隨著施氮量的增加呈先上升后下降的趨勢［19-20］。石洪亮等［11］研究發現，在新疆南疆機采棉種植模式下，籽棉產量隨著施氮量的增加呈先上升后下降的趨勢，施氮量為300 kg/hm2時，單株結鈴數與單鈴重最大，籽棉產量最高，達到5 781.7 kg/hm2。種植密度主要是通過提高單位面積鈴數來提高棉花的籽棉產量，隨著密度的增加棉花的果枝數、單株結鈴數減少，鈴重減輕［21-22］。李鵬程等［23］認為在一定密度范圍內棉花的單位面積鈴數隨著密度的增加而增加。新疆南疆棉花種植密度為18×104株/hm2時皮棉產量最高［24-25］，與試驗結果不同。種植密度為24×104株/hm2且施氮量為320 kg/hm2時海島棉的皮棉產量與籽棉產量均為最大值，最適種植密度不同。

3.5

Ma等［26］認為棉花的纖維長度、整齊度指數、斷裂比強度隨著施氮量的增加呈先增加后遞減的趨勢，但各處理間無顯著性差異。但郭小琰等［27］研究發現，隨施氮量的增加，棉纖維馬克隆值呈上升趨勢，而纖維長度、纖維整齊度和伸長率未呈規律性變化。不同密度處理之間的棉花纖維品質上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、馬克隆值和伸長率差異均不顯著，纖維品質主要受遺傳特性的影響［25］。周永萍等［28］研究發現，只有馬克隆值隨著密度的增加呈先增后降的趨勢，其他指標無顯著差異。試驗研究表明，種植密度與施氮量對棉花纖維品質的各項指標影響均不顯著，在D24N2組合下，海島棉纖維品質較好。

4 結 論

增加施氮量可以顯著提高海島棉的農藝性狀、葉片SPAD值、單位面積干物質積累量、單株結鈴數與單鈴重，進而提高產量，施氮量為480 kg/hm2時棉株營養體生長過旺，生殖器官分配占比降低，從而造成減產；種植密度與海島棉的農藝性狀呈負相關，與葉片SPAD值與單位面積干物質積累量呈正相關，增加種植密度雖然降低了單株結鈴數，但其顯著增加海島棉的單位面積收獲株數，從而增加單位面積鈴數，使海島棉的群體產量增加，進而增加產量。在種植密度為24×104株/hm2且施氮量為320 kg/hm2時，海島棉的各項生長指標表現較好，且皮棉產量最高，達到2 122.62 kg/hm2，新疆南疆海島棉的種植密度為24×104株/hm2，施氮量為320 kg/hm2時海島棉產量最高。

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Effects of nitrogen-dense interaction on growth， development，

yield and quality of Gossypium barbadense L.

ZHANG Chengjie， HU Haoran， DUAN Songjiang， WU Yifan， ZHANG Jusong

（Cotton Engineering Research Center of the Ministry of Education /College of Agronomy， Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052， China）

Abstract：【Objective】 The objective of this study is to study the regulatory effects of different nitrogen fertilizations and densities on the growth and development of cotton in the hope of providing a theoretical basis for rational dense planting and optimal nitrogen application of s Gossypium barbadense L. in the future.

【Methods】 Under the natural ecological conditions in southern Xinjiang， the effects of nitrogen-dense interaction on the growth， development， yield and quality of sea-island cotton were studied by using Xin 78 as the material and a two-factor experimental design， with two planting densities in the main area and four nitrogen application levels in the secondary area.

【Results】 The results showed that the plant height， stem diameter， number of fruit branches and the number of main stem leaves were positively correlated with nitrogen application rate， but negatively correlated with planting density. The SPAD value of leaves increased with the increase of nitrogen application rate and density during the whole growth period. The dynamic curves of dry matter accumulation of Gossypium barbadense L. under different treatments were in line with the logistic model， and the dry matter accumulation of D24N2 was the largest， reaching 22，462 kg/hm2， but the dry matter accumulation and distribution of D20N0 in the reproductive organs accounted for the largest proportion， reaching 72%. The number of boll per plant and the weight of each boll were positively correlated with nitrogen application rate， and negatively correlated with planting density， but the number of plants harvested per unit area was positively correlated with planting density， and the lint yield and seed cotton yield of D24N2 combination were the highest， which increased by 2，251.65 kg/hm2 and 774.77 kg/hm2， respectively compared with the lowest D24N0 combination. Planting density and nitrogen fertilization rate had no significant effect on the fiber quality of sea-island cotton.

【Conclusion】 Under the planting mode of machine picking cotton in southern Xinjiang， when the planting density is 240，000 plants/hm2 and the nitrogen application rate is 320 kg/hm2， the growth indexes of sea-island cotton performed well， and the lint yield is the highest， reaching 2，122.62 kg/hm2.

Key words：Gossypium barbadense L.；plant density；fertilizer rate；growth and development；yield；quality

Fund projects：The Major Science and Technology Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region\"Integration Demonstration of High Quality， High yield and High Efficiency Standardized Production Technology of Cotton\" （2020A01002-4）

Correspondence author：ZHANG Jusong （1963-）， male， from Jiangsu， professor， Ph.D.， master / doctoral supervisor， research direction：high-yield cultivation and physiological ecology of cotton， （E-mail）xjndzjs@ 163.com