遮荫条件下氮肥运筹对棉花生长和氮素积累的影响

郑剑超， 闫曼曼， 张巨松*， 高丽丽， 石洪亮， 郑 慧， 张玉玲

(1新疆农业大学农学院，教育部棉花工程研究中心，新疆乌鲁木齐 830052;2新疆喀什岳普湖县农技推广中心，新疆喀什 844000)



遮荫条件下氮肥运筹对棉花生长和氮素积累的影响

郑剑超1， 闫曼曼1， 张巨松1*， 高丽丽1， 石洪亮1， 郑 慧1， 张玉玲2

(1新疆农业大学农学院，教育部棉花工程研究中心，新疆乌鲁木齐 830052;2新疆喀什岳普湖县农技推广中心，新疆喀什 844000)

表1　各处理氮肥施用时期和用量Table 1　Nitrogen application periods and rates of different treatments

棉花; 遮荫; 氮肥运筹; 生物量; 氮素积累

作物的高产、 优质是以较高的生物量为前提的[3-5]，而生物量的累积是以养分吸收为基础[6]，且养分吸收与生物量的积累关系密切[7]。氮素营养是调控作物生长发育的重要手段，氮肥前移比例增加使棉花现蕾晚，初花和吐絮早，进而缩短生育期[8]。大量研究表明，环境条件如光照、 氮肥等对生长模型(Logistic模型)的影响较小，但对其生长特征值的影响较大[9-10]，因此合理的氮肥运筹可以改变作物生物量和氮素的积累过程，优化各器官氮素的积累和分配[2,11]，同时增加作物产量和氮肥利用率[12-13]。棉花生长前期氮肥比例的增加使其生物量和氮素积累快速生长期启动的时间提前[14]，因此可以通过氮肥运筹来改善果棉间作下棉花快速生长期的生长特征值，以缩短生育期，增加霜前花率，从而达到增产的目的。关于棉花氮肥运筹方面，前人已从不同角度进行了大量研究[15-17]，但在遮荫下不同氮肥运筹对棉花养分运移特征的研究鲜见报道。为此，本试验在南疆地区普遍采用的果棉间作模式下，研究氮肥运筹对弱光胁迫下棉花生物量、 氮素累积的影响，以期为果棉间作下棉花合理施用氮肥提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验设计

以中棉所49为试材，采用裂区设计，主区为遮荫50%(S50)和不遮荫(CK)两个处理; 副区为不同氮肥运筹，分别为N1(氮肥前移)、N2(正常追肥)、N3(氮肥前移比例大于N1)，总施氮量为N320kg/hm2[18]，其中，160kg/hm2基施，160kg/hm2按表1随机追施。每个处理重复3次，小区面积为36m2(4.5m×8m)，4月8日播种，4月18日出苗，5月20日(出苗后33d)开始遮荫(白色遮阳网，高2m)，至吐絮结束。2次DPC(缩节安)化控，7月1日(出苗后73d)打顶。每个小区三播幅。行株距配置: [(20+50+20)+60]cm×10cm，理论密度为26.67×104plant/hm2。全生育期灌溉定额4500m3/hm2，共滴水7次。基肥施N160kg/hm2、 三料磷肥(含P2O546%)347kg/hm2和硫酸钾(含K2O51%)75kg/hm2，追肥全部为尿素(含N46%)，随水滴施。其他田间管理同大田。

表1　各处理氮肥施用时期和用量Table 1　Nitrogen application periods and rates of different treatments

为验证遮荫处理的效果，从5月20日遮荫后用EL-USB-1温湿度记录仪(Lascarelectronics，US)在遮荫与不遮荫处理中各选具有代表性的3个点，距地面高0.5m，进行监测，每小时记录一次，重复3次(图1)。并用CIRAS-2型便携式光合仪(PPSystems，US)在出苗后64、 69、 76、 98、 109、 128d的每天中午13: 00测遮荫与不遮荫处理的光合有效辐射(PAR)，重复15次。从图2可以看出，试验处理的光照达到设计要求。

图1　遮荫与对照处理的温、 湿度变化Fig.1　Temperature and humidity changes under the shading and CK

图2　遮荫与对照处理的光合有效辐射变化Fig.2　PAR changes under the shading and CK

1.2测定项目与方法

1.2.1 生物量积累及全氮含量的测定每次追施氮肥后的第5d，在各处理选代表性棉株4株，按叶、 茎、 蕾、 铃壳和棉纤维等不同器官分开，于105℃杀青30min，80℃烘至恒重，测定其干物质重。烘干的棉株样品经粉碎，过0.5mm筛，备用。同时用奈氏比色法测定棉株不同部位的全氮含量。

1.2.2 棉花产量的测定收获时调查每小区中间10行的株数及总成铃数，每小区分上、 中、 下果枝分别取吐絮棉桃各30朵，依次测定其单铃重和衣分，以各小区收获实际株数(各处理间无显著性差异)和单铃重及衣分计算皮棉产量。

1.3数据处理

营养器官氮素转移量=盛铃期营养器官氮素积累量-吐絮期营养器官氮素积累量。

营养器官氮素转移率(%)=营养器官氮素转移量/营养器官氮素总积累量×100。

营养器官氮素贡献率(%)=营养器官氮素转移量/吐絮期纤维氮素积累量×100。

采用Microsoft2010和DPS7.05进行数据的整理和分析，用Duncan新复极差法进行差异显著性检验。

2　结果与分析

2.1氮肥运筹对遮荫条件下棉花产量的影响

从表2可以看出，遮荫50%(S50)与不遮荫(CK)相比，棉花单株铃数、 单铃重和衣分显著降低(P<0.05)，皮棉产量平均减少35.61%。遮荫50%时，N1处理的单株铃数比N2、N3分别增加13.64%和18.83%，单铃重分别增加7.02%和13.12%，皮棉产量分别提高18.90%和29.07%，均达显著水平。而在不遮荫条件下，N2处理的单铃重、 单株铃数最大; 皮棉产量比N1、N3处理分别提高13.03%和23.67%，差异显著。

2.2氮肥运筹对遮荫条件下棉株地上部生物量积累与分配的影响

表2　遮荫条件下不同氮肥运筹棉花产量及产量构成因素Table 2　Yield and yield components of cotton under the shading with different topdressing operations

注(Note): 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

图3　不同处理棉花地上部生物量积累动态Fig.3　Dynamic of aboveground biomass of cotton under different treatments

2.2.2 棉株地上部营养器官生物量的积累由表3可以看出，用Logistic模型对棉花地上部营养器官生物量的动态分析表明，遮荫50%与不遮荫相比，营养器官生物量理论最大值和最大生长速率较大。遮荫50%时，N1处理的地上部营养器官生物量进入快速增长期起始日和结束日、 最大生长速率出现日早，生长特征值较大，说明弱光胁迫下N1处理可增加棉花营养体生物量的积累，快速增长期结束日提前，可使棉花加快向生殖生长转变，提前吐絮。而不遮荫条件下，以N2处理的棉株地上部营养器官的最大生长速率和生长特征值较大。表明弱光胁迫下棉花的营养器官生长前期需较多的氮肥来适应弱光

环境，从而保证地上部营养器官生物量积累。

2.3氮肥运筹对遮荫条件下棉株地上部氮素积累与分配的影响

表3　地上部营养器官生物量动态累积模型参数特征值Table 3　Eigenvalues of the dynamic models of aboveground biomass accumulation of vegetative organs

注(Note):t—棉花出苗后的天数Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花生物量积累量Thecottondrymatteraccumulation(g/plant).Vm—最大生长速率Themaximumgrowthrate;t0—最大生长速率出现时间Thetimeofthemaximumaccumulationrateoccurred;t1—进入快速增长期时间拐点Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidaccumulation;t2—结束快速增长期时间拐点Theendtimeofinflectionpointofrapidaccumulation;Δt—快速增长持续时间Thelastingtimeofrapidgrowth;GT—快速增长期生长特征值Theeigenvalueofrapidgrowth.**—P<0.01.

表4　生殖器官生物量动态累积模型参数特征值Table 4　Eigenvalues of the dynamic models of reproductive organ biomass accumulation

注(Note):t—棉花出苗后的天数Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花生物量积累量Thecottondrymatteraccumulation(g/plant).Vm—最大生长速率Themaximumgrowthrate;t0—最大生长速率出现时间Thetimeofthemaximumaccumulationrateoccurred;t1—进入快速增长期时间拐点Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidgrowth;t2—结束快速增长期时间拐点Theendtimeofinflectionpointofrapidgrowth;Δt—快速增长持续时间Thelastingtimeofrapidgrowth;GT—快速增长期生长特征值Theeigenvalueofrapidgrowth.**—P<0.01．

表5　地上部氮素动态累积模型参数特征值Table 5　Eigenvalues of the dynamic models of aboveground nitrogen accumulation

注(Note):t—棉花出苗后的天数Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花氮积累量Thecottonnitrogenaccumulation(g/plant).Vm—氮最大积累速率Themaximumaccumulationrateofnitrogen;t0—氮最大积累速率出现时间Thetimeofthemaximumnitrogenaccumulationrateoccurred;t1—进入快速积累期时间拐点Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidgrowth;t2—结束快速积累期时间拐点Theendtimeofinflectionpointofrapidgrowth;Δt—氮快速积累持续天数Thelastingdaysofrapidnitrogenaccumulation;GT—快速增长期生长特征值Therapidgrowtheigenvalue.*—P<0.05;**—P<0.01.

2.4氮肥运筹对遮荫条件下棉株不同生育阶段氮净吸收量和净转移量的影响

图4　氮肥运筹对遮荫条件下不同器官中氮素分配的影响Fig.4　Effects of the nitrogen application on distribution of nitrogen in each organ under the shading

器官Organ处理组合Treatment出苗期现蕾期Sd-Bd(kg/hm2)现蕾期初花期Bd-Fl(kg/hm2)初花期盛铃期Fl-Fb(kg/hm2)盛铃期吐絮期Fb-Bo(kg/hm2)总净吸收量Totalnetabsorption(kg/hm2)总净转移量Totalnettransfer(kg/hm2)转移率Transferrate(%)贡献率Contr.rate(%)叶CKN162.59b23.12d54.54b-83.93b140.25b-83.93b59.85c54.75cLeafCKN266.32a9.03e70.36a-101.35a145.71a-101.35a69.55a60.57abCKN365.53ab12.05e46.29c-82.64bc123.87c-82.64bc66.72b46.79dS50N132.11c100.52a15.14d-88.02b147.77a-88.02b59.57c64.03aS50N232.16c73.26c11.76d-59.73c117.17d-59.73c50.97d57.28bcS50N330.62c89.60b3.79e-46.69d124.01c-46.69d37.65e54.93c茎CKN115.90ab23.04c12.78b-17.91b51.72b-17.91b34.63b11.68abStemCKN213.45bc24.93c16.43a-23.92a54.81b-23.92a43.65a14.30aCKN316.57a8.03d10.85b-10.64c35.45d-10.64c30.02c6.02cdS50N111.36cd57.14a5.45c-10.04c73.95a-10.04c13.58d7.30cdS50N29.71de33.34b11.94b-8.23c54.99b-8.23c14.97d7.89bcS50N37.84e30.46b2.02d-3.02d40.32c-3.02d7.50e3.56d铃壳CKN184.95b-17.64a84.95b-17.64a20.77b11.51aShellCKN256.05c-15.98ab56.05c-15.98ab28.51a9.55abCKN393.49a-13.01b93.49a-13.01b13.92d7.37bS50N124.70de-4.20c24.70de-4.20c17.00c3.06cS50N227.57d-2.70cd27.57d-2.70cd9.79e2.59cS50N321.63e-0.89d21.63e-0.89d4.11f1.05c棉纤维CKN171.20b153.30c71.20bFiberCKN288.02a167.33b88.02aCKN350.33c176.64a50.33cS50N119.73d137.46d19.73dS50N215.77de104.27e15.77deS50N313.49e85.01f13.49e

注(Note):Sd—出苗期Seeding;Bd—现蕾期Budding;Fl—初花期Flowering;Fb—盛铃期Fullboll;Bo—吐絮期Bollopening. 正值表示积累量Positivevaluesmeannetabsorption; 负值表示转移量Negativevaluesmeannettransfer. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

3　讨论

产量与棉株营养体从快速增长起始日到最大生长速率出现日期间的生物量呈正相关，即提高此期间的营养体生物量是获得高产的关键。将棉花最终产量与前期营养体生物量进行相关分析发现，遮荫50%条件下，以7月3日相关性较好(R2=0.95); 正常光照下(不遮荫)，以7月19日相关性较好(R2=0.85)，比遮荫晚16d。从图1也可以看出，由于遮荫下通风透气较差，使总体湿度和温度增加，因而有利于营养器官的快速生长。产量表现为遮荫50%下适度氮肥前移和正常光照下大田正常追施肥最高。所以根据本研究，在生产上针对新疆南疆地区的杏棉、 枣棉间作，棉花氮肥的追施应适度前移(N1)，以满足棉株前期快速生长对养分的需求，后期提前结束，可避免棉花贪青晚熟。Logistic生长模型毕竟是一种经验模型，它预测效果的准确性及生物学意义主要取决于参数拟合的精确度及数据的真实性。由于遮荫模式不同和环境复杂多样，所以不同的研究预测结果也存在一定的差异。因此，有关弱光下氮肥运筹对棉花生物量、 氮素积累与分配的影响还需进一步的研究。

4　结论

棉株生物量和氮素积累对光照和氮肥反应敏感，叶的氮净吸收量、 净转移量和对棉纤维的贡献最大。遮荫50%条件下，氮肥追施适度前移(N1)，即提前至盛蕾期(6月中下旬)开始追肥，在盛铃期(8月上旬)前结束，可有效地增加棉株单株铃数、 单铃重; 遮荫50%时营养器官和生殖器官生物量进入快速增长期起始日和结束日、 最大生长速率出现日均提前，总氮积累量理论最大值、 生长特征值较大，氮快速积累持续天数较长，确保了营养器官中氮的净吸收和净转移量，保证了棉花生长较高的代谢水平，营养器官对棉纤维的贡献最大，为棉花在弱光胁迫下获得高产奠定了基础。

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Effectsofnitrogenapplicationongrowthandnitrogenaccumulationofcottonundershadingcondition

ZHENGJian-chao1,YANMan-man1,ZHANGJu-song1*,GAOLi-li1,SHIHong-liang1,ZHENGHui1,ZHANGYu-ling2

(1 College of Agronomy of Xinjiang Agricultural University/Research Center of Cotton Engineering, Urumqi, Xinjiang 830052,China;2 Extension Center of Agricultural Techniques of Yuepuhu County, Kashi, Xinjiang 84400,China)

【Objectives】Latematurationisoftenhappenedincottonintercroppedwithfruit,whichcauseslowerpre-frostlintpercentage,theyieldisdeclinedseriously.Reasonablenitrogenfertilizertopdressingcouldregulateandcontrolthegrowingprocessofcotton,optimizeaccumulationanddistributionofbiomassandnitrogeninorgans.Thestudywillprovidetheorybasisforreasonablenitrogenapplicationfortheintercroppingcotton. 【Methods】ThecottoncultivarwasZhangmain49,thefeildexperimentwasperformedwithsplitplotdesign.Themainareaswere50%shading(S50)andnotshading(CK).ThesplitareaswereN1 (earliertopdressing),N2 (normaltopdressing)andN3 (moreproportionofearliertopdressednitrogenthanN1).Totalnitrogenwas320kg/hm2,halfofthemwastopdressedwithirrigation.ThedetailsoftopdrossingdateandamontwaslistedinTable1.Effectsofthenitrogenapplicationondynamicaccumulationcharacteristicsofbiomassandnitrogenundertheshadingwerestudied.【Results】ComparedwithCK,thetheoreticalmaximumbiomassandgrowthratesofthevegetativeorganswerehigher,whilethetheoreticalmaximumbiomass,growthratesandgrowtheigenvaluesofreproductiveorgansbiomassweresmallerunderhalfshadding.Therapidaccumulationoftotalnitrogenarose5-8dinadvance,bollnumber,bollweightandlintpercentagewerereducedsignificantly,lintyieldwasreducedby35.61%inaverageundertheshadingof50%.Underthe50%shading,thestartandfinishoftherapidgrowthratesofthevegetativeandreproductiveorgansunderN1wereahead,andthetheoreticalmaximumbiomassofthereproductiveorganswereinorderofN1>N2>N3.Thetheoreticalmaximumnitrogenaccumulation,thelastingdaysofrapidnitrogenaccumulationandgrowtheigenvaluesarethelargestinN1,whichwasbonefitedtothenetabsorption,thenettransferofnitrogenandcontributiontothefibernitrogenforvegetativeorgans,andthelintyieldishigherthanthoseofN2andN3by18.90%and29.07%.UnderCK,themaximumgrowthratesandgrowtheigenvaluesofabovegroundvegetativeorgansbiomassofN2arethelargest,andthetheoreticalmaximumofnitrogenaccumulation,thelastingdaysoftherapidnitrogenaccumulationandgrowtheigenvalueswerethelargest,too.Bollnumberandbollweightwerethehighest,andthelintyieldis13.03%and23.67%higherthanthoseofN1andN3. 【Conclusions】Inconditionof50%shading,theealiernitrogentopdressing(N1),namely,beginningatthefullbuddingstage(inthemiddleandlasttendaysofJune),endingbeforethefullbollstage(inthefirsttendaysofAugust),couldimprovetheeigenvaluesoftherapidgrowthperiodundertheshading,increasecottonbiomassandnitrogenaccumulationsignificantly,behelpfultonetnitrogenabsorption,nettransferandcontributiontothecottonfiberinvegetativeorgans,andincreasebollnumberperplant,bollweightandyieldfinally.

cotton;shading;nitrogenapplication;biomass;nitrogenaccumulation

2014-10-14接受日期: 2014-11-26网络出版日期: 2015-07-17

国家“十一五”科技支撑计划—果棉立体高效种植模式与关键技术研究(2009BADA4B01-3); 新疆维吾尔自治区“十二五”科技支撑项目(201231102)资助。

郑剑超(1989—)，男，四川成都人，硕士研究生，主要从事棉花高产栽培生理方面的研究。E-mail:zgxjzjc@126.com

E-mail:xjndzjs@163.com

S562

A

1008-505X(2016)01-0094-10