水氮运筹对化学封顶棉花二次生长的影响

王蜜蜂，康正华，张 特，赵 强

(新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052 )

0 引 言

【研究意义】棉花在我国国民经济中占有重要地位，是经济发展支柱性产品[1]。而近年来我国棉花化学打顶已逐渐取代人工打顶，化学打顶可以控制棉花株高、增加铃数及铃重提高产量且有效避免物理伤害、病虫害蔓延[2-5]。【前人研究进展】但化学打顶棉花易发生二次生长[6]，施氮与灌水可以调控对棉花生长发育，二者结合可使棉花栽培管理更加合理。研究表明，中亚等各植棉国大多是采用人工打顶的方法，而美国等劳动力昂贵的国家多通过化控或水肥调控的方法[7]，而中国有研究认为施氮过量使化学打顶棉花株高和果枝数缓慢增加致后期旺长；灌水可促进化学打顶棉花生殖生长，优化棉花冠层结构、且有增产潜力，但有二次生长现象[8-13]。【本研究切入点】棉花生长过程中，对化学打顶棉花水氮运筹作用研究较少。研究水氮运筹对化学封顶棉花二次生长形态及发生规律。【拟解决的关键问题】研究化学封顶条件下水氮运筹对棉花生长发育及产量品质的影响，找出二次生长形态及发生规律，为实际生产中有效避免棉花二次生长提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试品种为新陆早57号，生育期为125 d，由新疆农业科学院经济作物研究所提供。试验于2018年4～10月在新疆昌吉州玛纳斯县六户地镇创田三队进行，六户地镇位于古尔通古他特沙漠南缘， 44°39′1″N ，86°8′26″E。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用裂区试验设计：主区为施氮(纯 N)量，设低、中、高三水平即150、300、450 kg/hm2，分别用N1、N2、N3表示。副区为灌溉量，设低、中、高三水平分别为3 000 、4 500、6 000 m3/hm2，分别用W1、W2、W3表示试验小区：小区面积69 m2，重复三次，共27个小区，试验区总面积为1 863 m2。机采种植模式，一膜六行，行株距配置为: (66 +10)×10 cm，交接行是30 cm。均采用膜下滴灌技术，试验区耕作层(0～40 cm)土层为壤土。表1

表1 试验地土壤
Table 1 Soil background values of experimental base

土层深度Soil layer(cm)有机质Organic matter(g/kg)碱解氮Hydrolytic N(mg/kg)速效磷Available P(mg/kg)速效钾Available K(mg/kg)0～1011.316.339.3889.7710～2012.154.196.9892.3620～4011.032.873.1977.65

1.2.2 灌水施肥方案

根据棉花生育期需水情况，试验共8次滴灌，每次灌水量由水表控制，施用的基肥：尿素施用量为80 kg/hm2，三料磷肥300 kg/hm2，硫酸钾70 kg/hm2。追肥：全部施用尿素(N 46%)。棉花是4月10日播种，4月13日滴出苗水，5月23日出苗。7月5日化学打顶。表2,表3

表2 施氮日期及施氮量
Table 2 Fertilization period and fertilizer rate

氮肥N fertilization施肥日期(月/日)和施肥量(kg/hm2)Date of fertilization (m/d) and amount of fertilizer6/287/87/187/288/78/178/27N1(150 kg/hm2)15153030301515N2(300 kg/hm2)30306060603030N3(450 kg/hm2)45459090904545

表3 滴灌日期及滴灌量
Table 3 The date of irrigation and the amount of irrigation

滴灌量Irrigation amount滴灌日期(月/日)和滴灌量(m3/hm2)Drip irrigation time(m/d) and Irrigation amount6/186/287/87/187/288/78/178/27W1(3 000 m3/hm2)300300400400500400400300W2(4 500 m3/hm2)500500600600600600600500W3(6 000 m3/hm2)650650800800800800800700

1.2.3 测定项目

1.2.3.1 生育时期

记载出苗、现蕾、盛花、盛铃、见絮时间。

1.2.3.2 农艺性状

自3片真叶开始选取有代表性的连续5株棉花，调查测定各生育时期的株高、茎粗、果枝数等。

1.2.3.3 干物质

每10 d选取长势均匀的棉花6株，从子叶节剪下，按照营养器官、生殖器官分开，放入电热恒温鼓风干燥箱105℃杀青30 min，然后80℃恒温至恒重，记录重量。

1.2.3.4 经济产量

完全吐絮后在试验田实数收获株数(调查时剔除每小区的2个边行，即只数计每小区中间7行的实际收获株数)，调查小区产量，随机数取棉花20株，调查其单株铃数，并每小区数取100个吐絮铃(上、下果枝铃各30朵，中部铃40朵)风干后测其单铃重，轧花后测算衣分。

1.2.3.5 棉花品质

采用齿轮扎花机扎取棉纤维样品，送往新疆农科院棉纤维检测中心检测。

2 结果与分析

2.1 化学封顶条件下水氮运筹对棉花生育进程的影响

施氮和灌水对化学打顶棉花的生育进程在盛花期前无显著影响；盛花期后在相同施氮量下，随种植灌水量的增加生育期有延长的趋势。试验田棉花在水氮处理下出苗日期一致，现蕾和盛花日期相差1～3 d。同一灌水量条件下，施氮量对化学打顶棉花盛铃、吐絮日期无显著影响；同一施氮量条件下，灌水量对盛铃、吐絮日期的影响较为显著，其中N1、N2、N3条件下，各灌量间盛铃日期分别相差为3、1和7 d；吐絮日期分别相差5、7和9 d。其中N1、N2、N3处理棉花生育期约为117、126和122 d； W1、W2、W3处理生育期约为116、123 和124 d。而N2W2、N2W3、N3W3处理生育期为127、129和128 d，较125 d分别晚2～4 d，较为合理；N1W1、N2W1、N3W1处理较125 d分别早11、5和10 d。

表4 水氮运筹下化学打顶棉花生育进程(月/日)
Table 4 The growth progress of chemical topping cotton under water and nitrogen application rates

处理Treatment出苗Emergence现蕾Bud盛花Early flowering盛铃 Full bolls 吐絮Opening bollsm/d育期Growth period(d)N1W14/246/107/57/168/16114N1W24/246/117/67/178/21121N1W34/246/107/67/198/18116N2W14/246/107/77/188/22120N2W24/246/117/77/198/29127N2W34/246/107/87/188/31129N3W14/246/107/67/168/17115N3W24/246/107/77/188/24122N3W34/246/117/97/218/30128

2.2 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花植株农艺性状的影响

2.2.1 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花株高的影响

研究表明，各处理株高在7月16日前迅速增长，7月16日后棉花株高虽有增长，但增长幅度减小。在同一N处理条件下，化学打顶棉花株高随着灌水量的增大而增加。W1处理条件下，随着氮肥施用的增加，株高均增长，但增幅呈现降低趋势；W2处理条件下，随着施氮量的增加，棉花株高增高增势先升后降。在W3条件下，棉花株高增幅随着施氮量的增加。比W1、W2处理的同时期棉花高。在W1和W2条件下，N2、N3处理分别比N1处理棉花高6%～12.8%、1.33%～5.84%；W3条件下不同施氮量棉花株高均有增高，其他处理增长幅度较小。8月25日～9月4日，各处理棉花株高均有不同幅度的增加。在W3条件下，N3处理的棉花平均株高为85.28 cm增加1.97 cm ，比N1、N2处理棉花高出32.4%、19.1%，N2处理棉花株高于N1、N2。水氮交互作用下，前期差异并不显著，在6月26日及以后差异显著，W3N3处理二次生长现象较为明显，株高增高幅度显著大于其他处理。图1

图1 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花株高变化
Fig.1 Variation of plant height of secondary growth cotton under water-nitrogen operation under chemical topping conditions

2.2.2 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花茎粗的影响

研究表明，各处理在化学打顶前，茎粗日增长量较为明显；化学打顶后棉花茎粗虽有增加但不显著。同等氮肥条件下，在化学打顶前，棉花茎粗随着灌水量的增大而增加；化学打顶后，N1、N2处理棉花茎增长量随着灌水量增加逐渐降低。在同一灌水条件下，植株茎粗规律均为N3>N1>N2；同等施氮量条件下各处理茎粗无显著差异；在N1、N3处理下，棉花茎粗随着灌水量增加逐渐增加；N2处理棉花茎粗增长量随着灌水量增加逐渐降低。在W1、W2、W3条件下，棉花茎粗随着施氮量的增加而增加，最高达12 cm；且W3条件下棉花茎粗增加幅度显著高于W2、W3条件；W1、W2处理茎粗增长量则随着施氮量增加基本呈现减少。图2

图2 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花茎粗变化
Fig.2 Changes of stem diameter of secondary growth cotton under water-nitrogen operation under chemical topping conditions

2.2.3 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花果枝生长的影响

研究表明，各处理棉花果枝数在不断增加，增幅在7月6日前达到最大为51.2%，化学打顶后果枝数量缓慢增加，增加幅度每10 d 0.2～0.8台。在N1条件下，果枝台数随着灌水量的增加而增加，增长量则为W2>W3>W1，但在二次生长后期每10 d果枝增加幅度W3>W2>W1，最终果枝台数最高处理为N3W3，果枝12.88台；N2、N3条件下，果枝台数随着灌水量的增加而增加，增长量则为W3>W2>W1。在W1条件下，果枝台数随着施氮量的增加而降低，W2、W3条件下，果枝台数随着施氮量的增加而增加。N1条件抑制植株果枝数增加。图3

图3 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花果枝数变化
Fig.3 Changes in the number of branches of cotton grown by water and nitrogen under chemical topping conditions

2.3 化学封顶条件下水氮运筹棉花农艺性状与二次生长相关性

研究表明，随着灌水量的增加，化学封顶棉花二次生长率、株高、新增株高和新增果枝数显著增加，化学封顶棉花二次生长主要受灌水量影响。在不同施氮量处理下均无显著性差异(P<0.05)。化学封顶棉花二次生长率最高的是N1W3处理，为65.45 %，其次是N2W3处理，为43.53 %。N3W3处理株高显著高于其他处理，为85.28 cm，比N1W1处理高16.95 cm，增加24.8 %。N1W3、N2W3、N3W3处理茎粗高于其他处理。N3W3处理新生高和新生果枝台数显著大于其他处理。表5

2.4 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花干物质积累的影响

干物质积累是作物产量高低的前提。在相同施氮量条件下，棉花出现最大积累速率的时间和快速积累持续时间均随着灌水量的增加呈现先增后降趋势，最大积累速率随着灌水量的增加而增加。在W1条件下，随着施氮量的增加，棉花出现最大积累速率的时间先提前5 d再推后3 d；出现和快速积累持续时间先减少7 d后增加10 d；最大生长速率先增加0.59 g/d后降0.56 g/d。在W2、W3条件下，随着施氮量的增加，棉花出现最大积累速率的时间先推后4、9 d再提前10、8 d；出现和快速积累持续时间先增加后减少；最大生长速率先增加0.53、0.61 g/d后降0.21、0.42 g/d。表6

2.5 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花产量及其构成因素的影响

研究表明，各处理株数无显著差异，N3W3处理单株结铃数和籽棉产量最高，分别为7.66，7 024.1 kg/hm2；N2W2处理单铃重最高为5.43个/株；处理N2W3衣分最高为42.17%。在N1条件下，单株结铃数W3>W1>W2，单铃重、籽棉产量随着灌水量的增加而增大，衣分则相反。在N2条件下，单铃重随着灌水量的增加而增大，单株结铃数、籽棉产量和衣分处理W2最大。在N3条件下，单株结铃数、单铃重、籽棉产量和衣分均是W3最高。在同一灌水条件下，单株结铃数、单铃重、籽棉产量随着施氮量的增加而增大。在W2条件下，衣分N2>N3>N1。水氮运筹处理间二次生长棉花产量及产量构成因子均无显著差异，施氮量与棉花单株铃数、单铃重、衣分及籽棉产量均呈显著相关，而灌水处理与施氮量处理交互作用下，对二次生长棉花产量及产量构成因子无显著差异。表7

表5 化学封顶条件下水氮运筹棉花农艺性状与二次生长相关性
Table 5 Correlation between agronomic traits and secondary growth of water and nitrogen in cotton under chemical topping conditions

处理Treatment二次生长概率Secondary growth probability(%)株高Plant height(cm)茎粗Stem diameter(mm)新生高New height(cm)新增果枝数New fruit count(台)N1W14.71c68.33c 12.4bc2.03c0.84cN1W227.2bc72.11bc12.55bc3.94bc1.01bcN1W365.45a74.85b13.31a6.72b1.56bN2W116.67c70.61c 11.73c3.04b0.94bcN2W230.63b74.89b 11.74c4.79bc1.29bN2W343.53b78.94b12.84ab6.02b1.42bN3W116.15c68.50c12.49b2.78c0.88cN3W240b72.03bc 11.92c6.11b1.54bN3W332.94b85.28a12.74ab9.98a2.35aNnsnsnsnsnsW∗∗∗ns∗∗∗∗N∗Wnsnsnsns∗

F Value

N∗WNW二次生长率Secondary growthprobability株高Plant height(cm)茎粗Stem diameter(mm)新生高New height(cm)新增果枝数台New fruitcountN∗W1N/1W/01二次生长率Secondary growthprobability(%)0.017-0.0670.842∗∗1株高Plant height(cm)0.5290.4920.658∗0.0381茎粗Stem diameter(mm)-0.234-0.2970.613∗0.5380.271新生高New height(cm)-0.141-0.2220.805∗∗0.951∗∗0.0770.5471新增果枝数 台New fruit count0.475-0.3360.874∗∗0.868∗∗0.5540.3870.723∗1

注：*表示在(P<0.05)水平上差异显著；**表示在(P<0.01)水平上差异极显著。 a、b、c表示P<0.05水平下显著性差异

Note:*means significant difference (P<0.05);**means much significant difference (P<0.01). a, b and c means significant difference inP<0.05

2.6 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花品质的影响

研究表明，棉花的纤维品质测定显示，上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度、断裂伸长率各处理间均无显著差异。上半部平均长度较长的处理是N3W3，为30.67 mm；长度整齐度较高的处理是N2W3，为86.37%；纺织一致性较高的处理是N1W3，为150.33；成熟度最高的处理是N2W2，为0.87；短纤维指数与长度整齐度在一定范围内具有呈反比。处理N2W3和N3W3的短纤维指数最低均是4.47，其次N1W3为4.57，且三个处理马克隆值为4.97、4.63和4.73，均属于B2级。同一施氮量处理下，棉花纤维长度、整齐度指数随着灌水量的增加呈现先降后升趋势；断裂比强度随着灌水量的增加呈现降低趋势；断裂伸长率呈现先降后升趋势。在N1和N3条件下，短纤维指数随着灌水量增加而降低，在N2条件下，短纤维指数随着灌水量的增加呈现降低趋势；在N1、N3条件下则随着灌量增加先降低后增加；纺织一致性指数则随着灌量增加而增加。同一灌量条件下，棉纤维上半部纤维长度、长度整齐度指数、断裂比强度、断裂伸长率无显著差异；短纤维指数在各施氮间无明显规律；随着施氮量的增加，棉纤维马克隆值降低；纺织一致性指数随着施氮量的增加呈现先降后升趋势。表8

表6 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花干物质积累变化
Table 6 Effects of water and nitrogen management on dry matter accumulation of secondary growth cotton under chemical topping conditions

处理 Treatments方程Equationt0t1t2△tdmg/plant/dGTg/plantR2N1W1y=73.134 6/(1+e(5.917 7-0.084 4t))70 55 86 31 1.54 48.16 0.967 0 N1W2y=92.995 4/(1+e(5.358 6-0.071 1t))75 57 94 37 1.65 61.24 0.962 8 N1W3y=78.862 3/(1+e(5.661 5-0.085 7t))66 51 81 30 1.69 51.93 0.977 2 N2W1y=78.014 1/(1+e(7.138 3-0.109 4t))65 53 77 24 2.13 51.37 0.942 7 N2W2y=116.013 6/(1+e(5.909 2-0.075 1t))79 61 96 35 2.18 76.39 0.948 2 N2W3y=111.105 1/(1+e(6.179 0-0.082 9t))75 59 90 31 2.30 73.16 0.943 0 N3W1y=82.195 5/(1+e(5.223 9-0.076 5t))68 51 86 34 1.57 54.13 0.920 5 N3W2y=80.263 5/(1+e(6.738 8-0.098 1t))69 55 82 26 1.97 52.85 0.983 0 N3W3y=85.513 2/(1+e(5.885 3-0.087 8t))67 52 82 30 1.88 56.31 0.982 1

注：t—棉花出苗后的天数(d)；y—棉花干物质积累量(g/plant)；Vm——最大积累速率；t0——最大积累速率出现时间；t1—进入快速积累期时间拐点；t2——结束快速积累期时间拐点；Δt-快速积累持续时间；GT——快速积累期生长特征值

Note:t-days after emergence of cotton (d)；y-dry matter accumulation (g/plant)；Vm-maximum accumulation rate；t0-maximum accumulation rate occurrence time；t1-inflection point of entering rapid accumulation period；t2-inflection point of ending rapid accumulation period； duration of t-rapid accumulation；GT-growth characteristic value of rapid accumulation period

表7 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花产量及构成因子变化
Table 7 Effect of water and nitrogen management on yield and composition factors of secondary growth cotton under chemical topping conditions

处理Treatment株数(株/hm2)Number of cotton总铃数 (个/hm2)Number of bells单株结铃数(个/株)Bolls per plant单铃重Boll weight(g)衣分Lint percentage(%)籽棉产量Seed cotton yield(kg/hm2)N1W1194 296.65a996 616.15b5.44bc5.15ab40.7cd4 354.21bN1W2206 863.1a1 033 348.85b5.08c5.19ab40.62cd4 554.99bN1W3184 630.15a1 324 310.5a7.35a5.28ab40.15bc5 965.57aN2W1195 263.3a1 308 409.05a7.23a5.3ab40.42d5 881.35aN2W2191 396.7a1 372 643a7.49a5.43a40.91cd6 349.21aN2W3190 430.05a1 366 843.1a7.56a5.34ab42.17a6 203.54aN3W1185 596.8a1 434 508.6a7.61a5.29ab41.64ab6 451.18aN3W2225 229.45a1 463 508.1a6.51ab5.07b41.73ab6 303.87aN3W3202 029.85a1 547 606.65a7.66a5.34ab41.93a6 324.10aNns∗∗∗∗∗Wnsnsns∗nsnsN∗Wnsns∗nsns∗

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Note:Different lowercase letters indicate significant differences atP=0.05

表8 化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花品质变化
Table 8 Effect of water and nitrogen management on the quality of secondary growth cotton under chemical capping conditions

处理Treatment上半部平均长度 LEN(mm)长度整齐度指数UNI(%)断裂比强度STR (cN/tex)断裂伸长率ELG(%)短纤维指数SFI(%)成熟度指数MAT马克隆值MIC纺织一致性指数SCIN1W130.03a85.73a32.27a9.47a4.57b0.86abc5.10ab144.67bN1W229.40a84.50a32.23a9.20a6.13a0.86ab5.20ab137.67cN1W330.23a86.33a31.80a9.63a4.57b0.85bc4.73cd150.33aN2W130.00a85.03a33.60a9.00a5.50ab0.86ab5.03abc146.67bN2W229.73a85.50a33.37a8.43a5.07ab0.87a5.30a145.00bN2W330.33a86.37a32.10a9.30a4.47b0.86abc4.97bc148.67abN3W130.07a86.10a31.67a9.77a4.53a0.85bc5.00bc145.67bN3W229.70a85.07a31.07a9.67a5.17ab0.86abc5.20ab137.33cN3W330.67a86.27a30.97a10.00a4.47b0.84c4.63d148.67ab分级分档范围AA3.7～4.2BB13.5～3.6B24.3～4.9CC13.4及以下C25.0及以上

3 讨 论

研究表明，在施氮量相同时，随着灌水量的增加，但棉花的生育期相对延长，而施氮量对生育期影响较轻，与王海东和冯克云等[14-15]研究基本一致。灌水促进化学封顶棉花株高、茎粗、果枝台数显著增加；对干物质的积累有促进作用，但不显著；与化学封顶棉花二次生长相关性极大,这与余宏章[16]研究基本一致，但更倾向于灌水量对化学打顶棉花二次生长的影响比重较大。即灌水的增加会使化学封顶棉花二次生长概率显著增加，且随着灌量的增加，化学封顶棉花新生主茎增加。施氮在一定范围内显著促进生殖器官干物质积累，但N3处理的干物质向产量器官分配少于N2处理，N1处理棉花提前进入生殖生长阶段，干物质积累持续期短，棉花产量极低。这与张旺锋、徐海江和代英男等[17-19]研究相符。施氮量的增加呈现抛物线变化趋势，先上升后下降。随着灌水量增加，化学打顶棉花的单株结铃数、籽棉产量增加[20-21]。施氮量和灌水量均会影响化学打顶棉花的单株结铃数、单铃重和衣分，最终影响棉花的产量与品质。

4 结 论

施氮量轻微调控二次生长率、株高、新生高和新生果枝台数的变化，灌水量调控棉花二次生长率、株高、茎粗、新生果枝数的变化，施氮和灌水对二次生长率、株高、茎粗、新生高和新生果枝存在显著的交互作用。在相同灌水条件下，随施氮量的增加棉花的株高、新生高和新生果枝台数呈先增加后降低的趋势，各氮肥处理间存在显著性差异，表现为N2>N3>N1。在相同施氮量条件下，随着种灌水量的增加，二次生长率、株高、茎粗、新生高和新生果枝台数呈增加趋势，表现为W3>W2>W1。施氮量和灌水量均会影响棉花的单株结铃数、单铃重和衣分，最终影响棉花的产量。其中灌水量主要影响棉花的单株结铃数和产量，随着灌水量的增加，棉花的单株结铃数相应增多，但棉花的生育期相对延长，因而降低棉花的霜前花率；氮肥对棉花的单株结铃数、单铃重、衣分和产量影响都很大，二者有交互作用。化学封顶条件下水氮运筹对二次生长棉花品质的影响不显著。

施肥量极显著影响棉花单株结铃数、单铃重、籽棉产量和衣分。但与化学封顶棉花二次生长相关性不显著。水氮交互作用对化学封顶棉花二次生长无明显影响。施氮量为1 500或300 kg/hm2、灌水量为3 000、4 500 kg/hm2时棉花的农艺性状表现较好，生殖器官占干物质总量比例较多，且棉花收获品质较好。灌水量为4 500和6 000 kg/hm2时，化学封顶棉花易发生二次生长现象，且二次生长率约为50%。因此，对化学封顶棉花，推荐使用施氮量为150、300 kg/hm2，灌水量为3 000、4 500 kg/hm2，有效减弱二次生长的作用。