非充分灌溉下氮肥对棉花蕾铃消减及产量的影响

窦海涛，石洪亮，李春艳，向 勤，张巨松

(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)

新疆不但是全国产棉大省，而且是干旱地区，还是我国目前最重要的内陆灌溉棉区。气候条件优越，光热及气候条件适宜棉花产业的发展[1]。膜下灌溉技术以其先进的节水、节肥、增产、增效和改善作物品质等优点，促进了新疆棉花生产的发展[2-3]。然而目前新疆的棉花膜下灌溉理论和技术还不完善，在节水灌溉与氮肥施用方面还没有形成完整的技术体系。近年来，为了提高棉花产量，棉农在生产上常常更倾向于增施氮肥来获得高产，甚至超过棉花生长所需，造成了贪青晚熟，产量和品质大幅度下降，水肥利用率不高，生产成本增加及生态环境恶化等问题，已成为影响新疆棉花优质、增产的突出问题[4-6]，因此研究水氮分配技术备受关注。开展灌溉量与氮肥对棉花生长发育的影响的研究，总结水氮分配对棉花产量的影响具有重要的意义。研究表明，在棉花生长前期，适当的水分胁迫可有效降低棉花主茎高度，有助于蕾花铃的生长发育，提高生殖器官生物量所占比例，增加优质成铃数，有利于提高棉花产量和纤维品质[7-9]。此外，水分胁迫对棉花植株的影响与叶片光合作用密切相关[10-11]，研究表明，棉花幼苗期持续水分胁迫对叶片光合能力无显著影响，但高度持续水分胁迫会造成叶片光合能力下降和光合系统受到抑制[12-13]。目前，有关水氮分配的研究主要集中在增产方面，但是有关非充分灌溉下氮肥对棉花生长发育的影响进而影响产量的增加效率研究较少。采用灌溉技术可有效地调节土壤水分，控制棉花生长过程中氮肥的施用量，实现膜下灌溉棉花高产高效。研究针对新疆棉区棉花生产现状，在探讨水分胁迫和不施用氮肥处理以及施用氮肥处理的棉花植株生长发育的同时，调节植株生长状态实现产量增加效率最大化，为干旱区精准水氮分配管理提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2015—2016年在新疆阿克苏市阿瓦提县新疆农科院经济作物研究所棉花综合试验基地进行。该地处于天山南麓，塔克拉玛干大沙漠北缘，阿克苏河、叶尔羌河与喀什噶尔河的冲积平原上。地里坐标为东经79°45′～81°05′，北纬39°30′～40°50′，海拔1 028～1 064 m，年平均降雨量64.7 mm，年平均蒸发量为2 497.4 mm,年均日照时数2 878 h,≥10℃的积温4 252.2℃，无霜期205 d。地下水位2.0～2.5 m。属暖温带大陆性干旱气候。试验地土质为砂壤土，试验地土壤基础养分见表1。基肥为：尿素施用总量的20%，颗粒状过磷酸钙300 kg·hm-2，农用颗粒钾肥150 kg·hm-2；追肥：全部施用尿素(总量的80%)，不同处理具体水氮分配见表2。两年分别在4月8日、4月12号机械播种。

1.2 试验设计

本试验采用裂区试验设计，主区为总灌溉量，分别为2 800、3 800 m3·hm-2；副区为4个施氮(纯N)水平，即0、150、300、450 kg·hm-2，分别用N0、N1、N2、N3表示。供试棉花(GossypiumhirsutumL)品种为新陆中54。采用机采棉种植模式，行距配置(66+10) cm，株距11 cm，理论株数为24.25 万株·hm-2，长6.5 m，宽6.9 m，小区(3膜)面积44.85 m2，重复3次，重复间距50 cm，占地面积为1 131.6 m2。5月20日灌头水，每隔7～8 d浇水一次，本试验共灌水10次，缩节胺调控6次，7月10日打顶，其他管理措施按大田生产进行。

表1 实验地土壤基础养分

表2 不同处理水氮分配表

1.3 测试项目及方法

1.3.1 生育进程 记载出苗期、现蕾期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛铃期、吐絮期的时间。

1.3.2 农艺性状调查 在试验小区内选择长势均匀具有代表性区域定2个样点，每点选定连续6株，内外行各6株。自现蕾期开始每隔10天调查棉花现蕾数、成铃数。

1.3.3 “三桃” 分别于7月15日、8月15日、9月5日调查伏前桃、伏桃、秋桃数量。

1.3.4 产量及构成因素 收获期每个处理选取3个样点"每样点面积2.0 m×3.0 m，调查样点全部株数和铃数,折算出单株结铃数和单位面积总铃数,每个样点选取内外行各6株长势一致、具有代表性棉株，收取全部棉铃，分开装袋、称重，计算单铃重。

1.3.5 数据处理 采用Microsoft Office2016和spss 19.0分析处理数据，用excel 2016进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉水平下氮肥对棉花生育时期及生育进程的影响

如表3、4所示，在2 800、3 800 m3·hm-2处理下的不同氮肥棉花生育进程从播种到现蕾期保持一致。在盛蕾期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育进程平均提前0.5 d；在初花期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育进程平均提前0.5 d；在盛花期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育进程平均提前1 d；在盛铃期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育进程平均提前0.25 d；在吐絮期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育进程平均提前0.75 d；在棉花生育期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育进程平均提前2～2.75 d，两年试验结果大致趋势一致。综上所述，2 800、3 800 m3·hm-2处理下的不同氮肥棉花生育阶段与生育时期在花铃期出现显著差异。表明棉花在不同灌溉量和氮肥的处理下，对蕾期之前生长影响不大。在花铃期，2 800、3 800 m3·hm-2处理下N0、N1营养生长缓慢，与其他处理相比，生育时期缩短，N2、N3营养生长旺盛，与其他处理相比，生育期延长。进一步分析认为，南疆新陆中54号棉花生育期保持在159 d左右为宜。

表3 生育进程

2.2 不同灌溉水平下氮肥对棉花现蕾数的影响

如图1、2所示，各处理棉花现蕾数差异显著。同一氮肥处理下，随着灌溉量的增加棉花现蕾数增加，与灌溉量2 800 m3·hm-2相比，3 800 m3·hm-2处理现蕾数平均增加了1.69个。同一灌溉量下，不同处理随着氮肥的增加现蕾强度呈现先上升后降低的单峰曲线，在盛蕾期达到峰值。不同氮肥处理现蕾数表现为N2>N3>N1>N0；在2 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3处理较N0处理分别增加了11.67%、29.45%、23.76%；在3 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3处理较N0处理分别增加了11.14%、25.37%、21.76%；2 800 m3·hm-2较3 800 m3·hm-2灌溉量下N1、N2、N3处理现蕾强度增加效果显著，分别增加了4.75%、16.11%、9.22%。两年试验结果证明大致趋势一致。综上所述，2 800 m3·hm-2较3 800 m3·hm-2灌溉量的现蕾数增加率有显著差异。表明2 800 m3·hm-2灌溉量现蕾数低于3 800 m3·hm-2灌溉量现蕾数，但是2 800 m3·hm-2灌溉量现蕾数的增加率高于3 800 m3·hm-2灌溉量现蕾数的增加率，一定程度上节约资源并且提高产量。进一步分析认为，适时施肥灌水有利于棉花生殖生长，提高现蕾数，进一步提高产量。

表4 生育阶段

图1 不同灌溉水平下氮肥对棉花现蕾数的影响

图2不同灌溉水平下氮肥对棉花现蕾强度的影响

Fig.2 Effect of nitrogen fertilizer on budding strength of cotton under different irrigation levels

2.3 不同灌溉水平下氮肥对棉花成铃数的影响

如图3、4所示，各处理棉花成铃数差异显著。同一氮肥处理下，随着灌溉量的增加棉花成铃数增加，与灌溉量2 800 m3·hm-2相比，3 800 m3·hm-2处理成铃数平均增加了1.58个。同一灌溉量下，不同处理随着氮肥的增加成铃强度呈现先上升后降低的单峰曲线，在播种后第81天达到峰值。不同氮肥处理成铃数表现为N2>N3>N1>N0；在2 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3处理较N0处理分别增加了7.60%、24.90%、17.50%；在3 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3处理较N0处理分别增加了7.41%、22.26%、16.30%；2 800 m3·hm-2较3 800 m3·hm-2灌溉量下N1、N2、N3处理增加效果显著，分别增加了2.62%、11.87%、7.36%。两年试验结果证明大致趋势一致。综上所述，2 800 m3·hm-2较3 800 m3·hm-2灌溉量的成铃数增加率有显著差异。尽管2 800 m3·hm-2成铃数低，但是成铃率高于3 800 m3·hm-2成铃数。表明合理施肥适时灌水利于棉铃生长，提高成铃强度。进一步分析认为，在花铃期关键时期适时施肥、灌水促进棉铃结铃率，提高棉花产量。

2.4 不同灌溉水平下氮肥对棉花“三桃”比例的影响

在新疆试验所在地区,伏前桃指7月15日以前形成的棉铃(直径大于2 cm),7月16日至8月15日所形成的棉铃称为伏桃,8月16日以后形成的棉铃称为秋桃。不同灌溉量和氮肥处理下对棉花 “三桃”比例均有一定影响。不同处理下的棉花 “三桃”成铃数及其占总铃数的比例均以伏桃最多，伏前桃次之，秋桃最少。如图5所示，各处理“三桃”比例出现显著差异。随着氮肥的增加，与灌溉量2 800 m3·hm-2相比，3 800 m3·hm-2灌溉量处理下伏前桃比例平均增加了3.24%，伏桃平均降低了8.73%，秋桃平均增加了5.50%。同一灌溉量下，随着氮肥的增加，伏前桃表现为N0>N1>N2>N3，伏桃表现为N2>N3>N1>N0，秋桃表现为N3>N2>N1>N0。两年试验结果证明大致趋势一致。综上所述，在苗期对棉花进行适当的干旱胁迫处理,有利于控制棉花长势,调节生殖器官的分布,使最佳结铃期内的有效成铃率增加,提高优质棉花的比率。进一步分析认为，棉花前期适量控制水分,限制棉花前期茎、叶、枝的生长,不仅有利于提高产量,而且有利于提高优质棉的比例。

图3不同灌溉水平下氮肥对棉花成铃数的影响

Fig.3 Effect of nitrogen fertilizer on boll number of cotton under different irrigation levels

图4 不同灌溉水平下氮肥对棉花成铃强度的影响

图5不同灌溉水平下氮肥对棉花“三桃”比例的影响

Fig.5 Effect of nitrogen fertilizer on proportion of “three peach” of cotton under different irrigation levels

2.5 不同灌溉水平下氮肥对棉花产量构成因素的影响

如表5所示，各处理棉花产量及其产量构成因素存在差异显著。同一氮肥处理下，随着灌溉量的增加棉花产量增加，与灌溉量2 800 m3·hm-2相比，3 800 m3·hm-2处理产量平均增加了2.85%。同一灌溉量下，不同处理随着氮肥的增加产量呈现N2>N3>N1>N0；在2 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3处理较N0处理分别增加了27.40%、67.47%、59.44%；在3 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3处理较N0处理分别增加了21.13%、61.83%、51.83%；2 800 m3·hm-2较3 800 m3·hm-2灌溉量下N1、N2、N3处理增加效果显著，分别增加了22.91%、8.35%、12.81%。两年试验结果证明大致趋势一致。综上所述，虽然2 800 m3·hm-2灌溉量下产量低于3 800 m3·hm-2灌溉量产量。但是2 800 m3·hm-2灌溉量下增产率高于3 800 m3·hm-2灌溉量增产率。进一步分析认为，单铃重和衣分的数量在相同情况下，增加棉铃数是进一步提高棉花产量的主要途径。

表5 不同灌溉水平下氮肥对棉花产量及构成因素的影响

3 讨论与结论

棉花产量水平的不断提高是棉花群体质量不断优化的结果,已有研究表明合理的株型是优质群体的空间结构基础[14-18]，适宜的蕾铃数是高产群体的质量基础，可见群体质量指标的优劣直接影响棉花产量。本研究认为:现蕾数前期增加快，在出苗后99天达到最大10～11个；现蕾强度前期增加快，最大达到0.48～0.60(个/天)，随后迅速降低；成铃数前期迅速，后期趋于稳定，最大达到4～6.5个；成铃强度前期增加快，最大达到0.20～0.28(个/天)，后期缓慢降低。从不同时间分布分析,高产棉花以伏前桃和伏桃为主,两者占85%以上。

资料表明，在作物一些生育期进行干旱处理，有利于同化物向产品器官中运输，能适当提高经济系数[19-23]。在本实验中，棉田灌溉量为2 800 m3·hm-2时，出现轻度胁迫，光合同化物质生产量大，同化产物运转分配效率高，有更多的同化产物分配到经济器官棉铃是其高产的原因；3 800 m3·hm-2灌溉量下处理棉田土壤水分充足，但是同化物输出率低、向茎叶分配的比例高，导致铃重显著降低，虽然产量增加，但是增产效率显著低于灌溉量为2 800 m3·hm-2处理。

肖俊夫等[24]在桶栽条件下的研究结果表明，将土壤水分控制在12%～16.9%(田间持水量的50%～70%)，不仅有利于棉花光合作用，而且可降低植株的蒸腾、减少土壤水分的无效消耗、提高水分利用效率。俞希根等[25]对常规灌溉条件下棉花适宜土壤水分的研究表明，花铃期土壤相对含水量在70%～75%，有利于实现棉田节水高产。在本实验下，灌溉量为2 800 m3·hm-2的棉田，各处理皮棉产量分别比3 800 m3·hm-2的棉田平均降低了3.86%，但皮棉增产效率分别增加了36.87%～42.46%。各氮肥处理间相比，N2处理表现较高水平；各灌溉量处理间，2 800 m3·hm-2灌溉量下棉花增加效率处于较高水平。因此，这为大面积推广节水高产技术奠定了理论依据，为实现节本增效提供了保证。

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