不同施氮量对棉花产量、养分吸收分配及利用的影响

哈丽哈什· 依巴提，张炎，李青军，胡伟，胡国智

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091)

不同施氮量对棉花产量、养分吸收分配及利用的影响

哈丽哈什· 依巴提，张炎，李青军，胡伟，胡国智

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091)

【目的】在覆膜滴灌栽培条件下，研究不同施氮量对棉花产量、养分吸收分配及利用的影响，为新疆棉花合理施氮提供理论基础。【方法】试验设在新疆玛纳斯县试验站兵湖村五队，选用当地主栽棉花品种中棉297-5为材料，设N 0、90、180、270 kg/hm24个氮水平，于棉花苗期、蕾期、花期、花铃期及吐絮期采集植株样本，分为茎、叶、蕾+ 花、壳、絮、籽不同器官， 测定氮、磷、钾含量， 计算棉花主要生育期植株养分吸收、分配、氮素利用特性、产量及经济效益。【结果】施氮量0～180 kg /hm2，棉花产量及经济效益随着施氮量的增加而增加，氮肥用量超过180 kg /hm2棉花产量下降。结合当年棉花和氮肥的价格，求得棉花最佳经济氮肥用量和最高产量氮肥用量143和159 kg/hm2，对应的产量分别是1 634和1 637 kg/hm2，与最高产量施氮量相比，采用最佳经济施氮量在保证棉花产量基本不降低的条件下(为最高产量的99%～100%) ，可节约氮肥10.1%。施用氮肥可提高棉花各主要生育期氮、磷、钾吸收量，施氮水平在0～180 kg/hm2，棉花氮、磷、钾素吸收量和后期在生殖器官中的分配随着施氮量的增加而增加，而过量的施用氮肥使氮、磷、钾素吸收量和后期在生殖器官中的分配下降。氮肥利用率与棉养分吸收、分配趋势一致，以180 kg/hm2处理最高。【结论】综合产量、经济效益、养分吸收、分配及利用等，新疆玛纳斯县中等肥力棉田推荐经济施氮量为143 kg/hm2。

棉花；施氮水平；产量；养分吸收；氮肥利用率

0 引 言

【研究意义】棉花是新疆主要经济作物，据统计2015年新疆棉花种植面积已达165.87×104hm2(2 488万亩)，总产350.3×104t[1]，其种植面积、总产量、单产、调出量连续20余年保持全国第一，棉花生产已成为新疆国民经济的主导产业和农民增收的主要途径[2]。因此，提高肥料利用效率和施肥效益，建立棉花高效施肥推荐方法，确保棉花增产增收，对新疆农村经济发展和社会稳定具有重要意义。【前人研究进展】氮素是影响棉花生长发育和产量的各种营养元素中最敏感的因素，它通过建立和维持作物光合作用与库容量在作物产量形成中扮演最重要的角色，并与钾、磷素的吸收存在着密切关系[3]。但在大多数的农田生产系统中，超过50%～75%的N不能被植物利用，而通过氨挥发、硝化-反硝化、地表径流和下渗淋洗等途径损失[4]。据统计全球每增加1%氮肥利用率可以节省11亿美元[5]。在一定的施氮范围内，随着施氮量提高可以有效的促进作物产量和养分吸收量，但超过一定范围，增施氮肥产量不再增加[6,9]。棉花生育期间，不间断的吸收氮素，但各生育期对氮素吸收量和吸收速率不同，尤其是在铃期充分的氮素供应延长棉花结铃期和提高棉铃数[10,11]。氮素在生殖器官和营养器官中的分配和累积也是决定作物产量的重要因素[ 12,13]，较高的产量来自于较高的氮素再分配效率和氮素利用率[14]。【本研究切入点】根据棉花不同时期对氮素需求量和时间来优化施肥是增加作物产量、提高肥料利用率和保护环境的有效途径[15]。研究在覆膜滴灌栽培条件下，不同施氮量对棉花产量、养分吸收分配及利用的影响。【拟解决的关键问题】在覆膜滴灌栽培条件下，研究不同施氮量对棉花产量、经济效益、养分吸收、分配及利用的影响，为新疆棉花的氮肥合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

2010年试验安排在新疆玛纳斯县试验站上兵湖村五队，前茬作物为冬小麦，供试品种为中棉297-5。供试土壤为沙壤质灰漠土，0～20 cm基本理化性状为，pH 8.6，有机质14.8 g/kg，全氮0.7 g/kg，碱解氮74.7 mg/kg，速效磷9.0 mg/kg，速效钾212.0 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验设4个施氮量: 0、90、180、270 kg/hm2，分别用N0、N1、N2、N3表示。株距为11 cm，播覆内宽、窄行距配置为50～32.5 cm～50～32.5 cm，一膜4行，采取膜下滴灌。全部的磷钾肥和微肥于4月13日基施(其中P2O5为105 kg/hm2、K2O为60 kg/hm2、FeSO4为19.5 kg/hm2、MnSO4为10.5 kg/hm2、ZnSO4为10.5 kg/hm2)并深翻，次日播种，所用氮肥为尿素(46%N)，磷肥用三料磷肥(含P2O546%) ，钾肥用硫酸钾(含K2O 51%)。全部的氮肥都用做追肥按照棉花生长发育规律在棉花各生育期分5 次随水滴施，追肥比例为蕾期15%、初花期35%、花铃期25%、盛铃期20%、吐絮期5%。列出各处理氮肥追施量。表1

表1 不同处理的追施氮肥用量

Table 1 Topdressing N amounts of different treatments(kg/hm2)

1.2.2 测定项目

在棉花主要生育期苗期(5月27日)、蕾期(6月27日)、花期(7月25日)、花铃期(8月11日)、吐絮期(9月11日)每小区随机选取有代表性的棉花地上部分的植株3株( 苗期取5株) ，按茎、叶、蕾+ 花、壳、絮、籽分离开，在105℃下杀青1 h，然后在75℃条件下烘干至恒重，称重。植株样本粉碎后，分析其氮、磷、钾养分含量，采取H2SO4-H2O2法消煮，全氮采用奈氏比色法，全磷钼锑抗比色法，全钾采用火焰火光度法进行测定。

氮素利用效率=[施氮区地上部氮吸收量-无氮区地上部氮量吸收量]/施氮量×100%；

氮肥料农学利用效率=[施氮区产量-无氮区产量]/施氮量；

养分吸收量=植株干重×植株养分含量。

2 结果与分析

2.1不同施氮量对棉花产量及经济效益的影响

研究表明，所有施氮处理棉花产量均显著高于不施氮肥(N0) 处理，增产幅度为9.5%～19.9%；在不同施氮水平中，随施氮水平的提高棉花产量呈先增后降的趋势，在施氮量在0～180 kg/hm2范围内，随着施氮量增加棉花产量显著提高，当施氮量超过180 kg/hm2后，棉花产量则下降。棉花经济效益与产量结果趋势一致，当施氮量180 kg/hm2时，收入最高，增收4 371元/hm2。依据棉花产量(y，kg/hm2) 与施氮量(x，kg/hm2) 的关系建立的一元二次回归方程(y=Ax2+Bx+C) ，得到方程式为：Y=-0.008 7x2+ 2.765x+ 1 416.9(R2= 0.802 7**) 。并结合当年棉花和氮肥的价格，求得棉花最佳经济氮肥用量和最高产量氮肥用量143和159 kg/hm2，对应的产量分别是1 634和1 637 kg/hm2，与最高产量氮肥用量相比，采用最佳经济氮肥用量在保证棉花产量不降低的条件下(为最高产量的99%～100%)，可节约氮肥10.1%。表2

表2 不同处理产量及经济效益

Table 2 Yield and economic efficiency of different treatments

处理Treatment产量Yield(kg/hm2)增产率Yieldincreasingrate(%)产值Productionvalue(元/hm2)肥料成本Fertilizercost(元/hm2)收益Income(元/hm2)增收Increaseincome(元/hm2)N01407c～20120168618434～N11541b9 522036952210842651N21687a19 9241241319228054371N31510b7 3215932054195401106

注：2010年玛纳斯县皮棉的价格为14.3元/kg，N：4.08元/kg, P2O5：5.39元/kg, K2O：4.17元/kg, FeSO4：0.5元/kg, MnSO4：4.8元/kg ZnSO4：7.2元/kg, 不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下表、下图同

Note： year: cotton 14.3 yuan/kg, N：4.08 yuan/kg, P2O5：5.39 yuan/kg, K2O：4.17 yuan/kg, FeSO4：0.5 yuan/kg, MnSO4：4.8 yuan/kg, ZnSO4：7.2 yuan/kg ,Values followed by different letters in a column are significant between different treatment at the 5% level. The same as below

2.2不同施氮量对棉花氮素吸收和分配的影响

研究表明，苗期和蕾期是棉花营养生长阶段，这时期各处理叶中的氮素累积量高于茎中的氮素累积量，其中N2处理的氮素累积量显著高于其它处理，其它处理间的差异不显著。花期棉花氮素开始向生殖器官花上分配，花中的氮素累积量明显高于茎叶中氮素累积量，其各处理中的氮素累积量为N2>N3>N1>N0，且N2和N3氮素累积量显著高于与N1、N0处理，花铃期是棉花生长的旺盛时期，各处理这时期各器官中的氮素累积量明显高于花期各器官中的氮素累积量，并生殖器官中的氮素累积比例达到42%～ 50%。吐絮期氮素分配到生殖器官的比例增加到81%～84%，各处理氮素累积量为N2>N3>N1>N0，且N2处理显著高于其他处理，说明氮素供应过量或不足都不利于棉花后期氮素吸收。图1

图1 各器官氮素分配

Fig.1 The distribution N in every organ

2.3不同施氮量对棉花磷(P2O5)素吸收和分配的影响

研究表明，各处理在棉花苗期和蕾期分配到叶中的磷素累积量高于茎中的磷素累积量，花期磷素开始向生殖器官花中转移，花中的磷素累积量明显高于茎叶中磷素累积量，其各处理的磷素累积量为N2>N3>N1>N0，其中N2、N3、N1处理磷素累积量显著高于N0处理。进入花铃期各器官中磷素累积量显著增加，其中生殖器官(花+蕾)中吸收的磷素为20.3～27.5 kg/hm2，各处理花+蕾中的磷素累积量为N2>N1>N0>N3。吐絮期，各处理棉花生殖器官磷素累积量高于营养器官，在生殖器官籽中的磷累积量最高，磷素累积量为N2、N3处理显著高于N1、N0处理，施用氮肥有利于棉花生殖器官中磷素的累积和吸收。图2

2.4不同施氮量对棉花钾(K2O)素吸收和分配的影响

研究表明，在苗期和蕾期，钾素吸收为茎中高于叶片，且N2处理的显著高于其他处理。花期，钾素开始向生殖器官花中分配，花中钾素累积量占总量27%～33%，茎叶中钾素累积量占总量67%～73%，并各处理钾素累积量为N2>N3>N1>N0，施氮处理与N0处理差异达显著水平。花铃期，钾素在生殖器官累积量占总量45%～48%；而营养器官累积量下降至52%～55%。吐絮期，各施氮处理钾素累积量大于不施氮处理，但N0只与N2、N3处理之间差异达到显著水平，在生殖器官籽中的钾累积量最高，并N2、N3处理钾素累积量显著高于N1、N0处理，说明施用氮肥有利于生殖器官钾素的吸收。 图3

2.5不同施氮量对棉花养分利用效率的影响

施氮量在0～180 kg/hm2，棉花氮素吸收量随着施氮水平的增加而增加，而氮肥过量会使氮素吸收量下降，N2处理氮素吸收量显著高于N0、N1、N3处理。氮素利用率与氮素农学利用率和氮素吸收趋势相同，在施氮量180 kg/hm2时最高，分别于38.2%和1.3 kg/kg，当施氮量提高到270 kg/hm2时，氮素利用率和氮肥农学利用率显著下降，说明氮肥过量施用不能被作物吸收利用，反而使氮肥田间损失。同样，磷、钾的养分吸收量N1、N2、N3处理比N0处理的均有明显增加。其中，N2处理的显著高于其他处理，说明氮肥的合理施用有效促进棉花磷、钾养分的吸收。表3

图2 各器官磷素分配

Fig.2ThedistributionP2O5ineveryorgan

图3 各器官钾素分配

Fig.3ThedistributionK2Oineveryorgan

表3 不同处理养分吸收利用状况

Table 3 Nutrient uptake and use efficiency of different treatments

处理Treatment磷吸收量P2O5uptake(kg/hm2)钾吸收量K2Ouptake(kg/hm2)氮吸收量Nuptake(kg/hm2)氮素利用率Nuseefficiency(%)氮肥农学效率Nagronomyefficiency(kg/kg)N065 3±2 3c82 6±2 1c147 8±6 0d～～N161 7±1 0c83 9±1 0c161 6±7 2c11 8±1 6c1 2±0 1aN286 2±4 0a100 3±2 0a218 8±10 4a38 2±1 2a1 3±0 1aN374 1±1 8b95 1±0 3b200 5±7 3b20 5±2 3b0 3±0 01b

3 讨 论

适量施氮能够促进作物植株増长，进而提高其产量。研究为确定最佳施氮量及施氮范围，利用肥料效应函数法对当地棉花产量和施氮水平进行拟合。回归分析表明，棉花最佳经济氮肥用量和最高产量氮肥用量143和159 kg/hm2，对应的产量分别是1 634和1 637 kg/hm2，与最高产量氮肥用量相比，采用最佳经济氮肥用量在保证棉花产量不减产的条件下( 为最高产量的99%～100%) ，可节约氮肥10.1%。当氮肥用量高于推荐量用量时，棉花开始减产。过量施氮可能导致棉花营养生长过旺，从而造成产量下降，这与阿丽艳[16]和林涛[17]等研究结果基本一致。

李伶俐等[18]研究表明，增施氮肥显著提高了杂交棉氮、磷、钾的积累量和后期氮、磷、钾的积累量和积累比例，但当施氮量高于推荐量时促进效果不再显著。孙永健等[19]研究表明，在一定施氮范围内，随施氮量的增加氮、磷、钾养分在作物生殖器官中分配也提高，但过量氮肥会使氮、磷、钾养分在生殖器官中分配下降。研究结果表明，施氮水平在0～180 kg/hm2，棉花氮、磷、钾素吸收量和后期在生殖器官中的分配随着氮肥施用量的增加而增加，而过量的氮肥施用则会使氮、磷、钾素吸收量和后期在生殖器官中的分配下降。但不施氮和施氮量90 kg/hm2之间没有显著差异，这一趋势可能与作物所处环境中氮的可利用性有关，即当环境中可利用氮源缺乏时，少量施氮就可以促进养分吸收，而当环境中的可利用氮源充足时，施氮引起的养分吸收效应并不显著[20]。

研究表明，随着氮肥用量的增加作物氮吸收量也增加，而氮肥利用效率降低[18,19,21,22]。研究结果表明，在施氮量90～180 kg/hm2时 ，随着施氮量的增加氮素利用率与氮肥农学利用率提高，当施氮量超过180 kg/hm2后，氮素利用率和氮肥农学利用率显著下降，说明过量的施用氮肥不但不能被作物吸收，反而造成了氮肥的损失。

4 结 论

4.1 在4个氮水平下，棉花产量和经济效益随着氮肥施用量的增加先增后降，当施氮量为180 kg/hm2棉花产量和经济效益最高，增产19.9%，增收4 371元/hm2。

4.2 依据棉花产量与施氮量的关系建立的一元二次回归方程为：Y=-0.008 7x2+ 2.765x+ 1 416.9(R2= 0.802 7**) 。结合当年棉花和氮肥的价格，求得最佳经济氮肥用量和棉花最高产量氮肥用量143和159 kg/hm2，对应的产量分别是1 634和1 637 kg/hm2，与最高产量氮肥用量相比，采用最佳经济氮肥用量在保证棉花不减产的条件下(为最高产量的99%～100%) ，可节约氮肥10.1%。

4.3 在4个氮水平下，施氮量0～180 kg /hm2，棉花氮、磷、钾素吸收量和后期在生殖器官中的分配随着氮肥施用量的增加而增加，而过量的氮肥施用则会使氮、磷、钾素吸收量、后期在生殖器官中的分配下降。棉花氮肥利用率、养分吸收和分配趋势一致，以180 kg/hm2处理最高，氮素利用率为38.2%。

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EffectsofDifferentNitrogenRatesonCottonYield,NutrientUptake,DistributionandUtilization

Halihashi Yibati, ZHANG Yan, LI Qing-jun, HU Wei, HU Guo-zhi

(ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSysteminDesertOasisRegion,MinistryofAgriculture,Urumqi830091,China)

【Objective】 Under mulch drip irrigation, the effects of different amounts of nitrogen fertilizer on cotton yield, nutrient absorption, distribution and utilization were studied in order to provide the theoretical basis for reasonable nitrogen application of cotton in Xinjiang.【Method】The field experiment was carried out by using local major cotton varieties (Zhong mian 297-5) at the experiment station at production brigade 5 of Binghu village, Manasi County of Xinjiang. The experiment included four treatments with four different nitrogen levels ( 0，90，180，270 kg/hm2). Plant samples at seedling stage, bud stage, flowering stage, boll bearing stage and they were divided into different organs such as stem, leaf, flower bud, shell, floc and seeds to measure the contents of nitrogen, phosphorus and potassium, respectively. Based on these data, the nutrient uptake, distribution, characteristics of nitrogen utilization, yield and economic benefit were calculated.【Result】Data showed that when the amounts of applied N were ranged from 0 kg/hm2to 180 kg/hm2, the cotton yield and economic benefit increased with increasing amounts of nitrogen fertilizer, and decreased when the amount of applied N was over N 180 kg/hm2. According to the price of cotton and nitrogen fertilizer in the year, the optimum economic nitrogen fertilizer amount and maximum yield nitrogen fertilizer amount 143 kg/hm2and 159 kg/hm2were obtained and the corresponding yields were 1,634 kg/hm2and 1,637 kg/hm2. Compared with the highest yield of nitrogen fertilizer, the best economical nitrogen to ensure cotton yield without decreasing conditions (the highest yield 99%-100%), nitrogen fertilizer can be saved by 10.1%. Applying nitrogen fertilizer could increase the uptake of nitrogen, phosphorus and potassium in the main growth stages of cotton. Nitrogen levels in the 0-180 kg/hm2range, cotton, nitrogen, phosphorus, potassium uptake and later allocation in the reproductive organs increased with increasing nitrogen application rates. The excessive application of nitrogen fertilizer decreased the uptake of nitrogen, phosphorus, potassium and the distribution of later organs in reproductive organs. Utilization rate of nitrogen fertilizer is consistent with the cotton nutrient absorption and distribution trend, and , 180 kg/hm2treatment produced the highest result.【Conclusion】Considering the comprehensive yield, economic benefit, nutrient uptake, distribution and utilization, the recommended amount of nitrogen fertilizer for middle fertility cotton fields in Manasi County of Xinjiang is 143 kg/hm2.

cotton; nitrogen level; yield; nutrient uptake; nitrogen utilization

Zhang Yan(1965-),female, native place : Tianjin, Professor, Reserach filed : Soil and crop nutrient management and fertilization techniques,(E-mail) yanzhangxj@163.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.08.006

2017-05-17

新疆科技支撑计划项目“棉花氮营养信息采集、诊断与调控技术研究与应用”(201531117)；国家重点研发项目(2016YFD0200102)；农业部948项目“棉花氮营养时空诊断与调控技术引进应用”(2014-Z59)；农业部植物营养与肥料学科群开放基金(APF2015035)

哈丽哈什·依巴提(1987-)，女，新疆阿勒泰人，助理研究员，硕士，研究方向为植物营养与施肥，(E-mail)harlhax10@163.com

张炎(1965-)，女，天津人，研究员，研究方向为土壤、作物养分管理与施肥技术，(E-mail)yanzhangxj@163.com

S562

：A

：1001-4330(2017)08-1422-07

Supported by: Key Technology R&D Program of Xinjiang "Research and application of nitrogen nutrition information collection, diagnosis and regulation technology of cotton"(201531117); National Key R&D Program(2016YFD0200102); Ministry of Agriculture "948" Project "Introduction and Application of Spatio Temporal Diagnosis and Regulation Techniques of Nitrogen Nutrition in Cotton"(2014-Z59); Opening Fund of Plant nutrition and Fertilizer of Ministry of Agriculture(APF2015035)