施氮深度对油后直播棉花产量及品质的影响

李熠，张志刚，周仲华*

施氮深度对油后直播棉花产量及品质的影响

李熠1，张志刚2*，周仲华1*

(1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省棉花科学研究所，湖南 常德 415101)

以湘K25为试验材料，在相同施氮量前提下，设置4个施氮深度处理H1(0 cm)、H2(5 cm)、H3(10 cm)、H4(15 cm)，研究不同施氮深度对油后直播棉花品质及产量的影响。结果表明：施氮深度对棉花产量影响显著，对纤维品质影响不显著；施氮深度为10 cm时，棉花皮棉产量为1 354.26 kg/hm2，比H1、H2、H4处理分别高412.24、218.6、171.3 kg/hm2；吐絮期，H3处理的干物质积累量最大，达13 640.8 kg/hm2；盛铃期，H3处理的叶面积指数仅小于H2处理的；盛铃期，冠层横向、纵向有效光合辐射(PAR)截获率相对合理，获取的冠层光合有效辐射(PAR)较多。综合分析，施氮深度为10 cm时，油后直播棉花的产量和品质均相对较好。

棉花；施氮深度；产量；品质；冠层光合有效辐射；叶面积指数

棉花是中国的主要经济作物之一，是关系国计民生的重要战略物资[1]。氮素是影响棉花生长的重要因素之一，对棉花生物量的累积、产量和品质具有决定性的作用[2]。深施肥是今后施肥的主要趋势，特别是氮肥深施，对作物的生长发育、产量以及品质等方面均具有明显的积极影响[3]。目前，关于施氮深度的研究主要集中在大豆、玉米、小麦等作物，棉花领域的研究尚不多[4–6]。

作物的产量、品质与施肥方式、对光的吸收利用以及干物质的形成有着密切的联系[7]。叶面积指数在一定范围内与产量呈正相关，合理的叶面积指数可以有助于棉株充分利用地力、光热资源和空间，从而提高棉花的产量和品质[8]；冠层光合有效辐射(PAR)可直接影响作物的生长发育，PAR截获率也是衡量冠层光合有效辐射利用率的重要指标之一[9–10]。

当前，有关棉花施氮量、种植密度的研究较多，但有关棉花施氮深度的研究较少[11]。本试验中，研究相同施氮量下不同施氮深度对油后直播棉干物质、叶面积指数、光合有效辐射以及品质、产量等指标的影响，旨在为进一步探讨棉花氮肥深施技术提供依据。

1　材料与方法

1.1　材料

供试品种湘K25为湖南省棉花科学研究所培育的抗虫、早熟、常规机采棉品种。

1.2　方法

1.2.1试验设计

试验于2017年在湖南省棉花科学研究所望城基地进行。采用随机区组设计，小区面积32 m2，3次重复。5月25日播种。设置4个施肥处理，分别为表层撒施(H1)、施肥深度5 cm(H2)、施肥深度10 cm(H3)、施肥深度15 cm(H4)。所有处理施肥量相同，均施用45%棉花专用配方缓释肥(18–9–18) 270 kg/hm2。H1处理为表层撒施，H2、H3、H4处理的肥料全作基肥，一次性施用。种植密度为60 000株/hm2。

1.2.2干物质的测定

6月12日(苗期)、7月21日(蕾期)、8月13日(花期)、8月29日(盛铃期)、9月14日(吐絮期)，每个小区选取2株生长发育基本一致的棉株。3次重复。分离主茎、果枝、真叶、生殖器官和根系，105 ℃杀青30 min后，80 ℃烘干至恒重，测定其干物质积累量，计算干物质分配比例。各生育阶段干物质积累量为阶段末干物质积累量与阶段初干物质积累量的差值；各器官干物质分配比例为各器官的干物质积累量占植株地上、地下部干物质积累量的百分比。

1.2.3叶面积的测定

于6月12日、7月21日、8月13日、8月29日、9月14日，每个小区选取2株长势均匀的棉株进行叶面积扫描，计算叶面积指数。将采集的棉株叶片洗净，晾干，利用纷腾H9扫描仪进行像素扫描，采用Batch计算叶面积指数。

1.2.4光合有效辐射(PAR)的测定与计算

在花期、花铃期、吐絮期，选择晴朗无风的天气，利用PAR测量仪(LI–191SA，美国)与数据采集器(LI–1400，美国)测量光合有效辐射，记录测量结果。

每个小区选取具代表性的2行棉株，利用空间网格法[12]在棉花行间(横向80 cm)以及地面到冠层上方(纵向100 cm)，每隔20 cm测量1次PAR。探头水平向下测定反射PAR，底部垂直向上测量底部入射PAR；同时测定位于冠层上方0.2 m处的光合有效辐射即冠层顶部入射PAR。参考朱相成等[13]的方法计算光合有效辐射截获率。

1.2.5纤维品质及产量构成因素调查

吐絮期，各小区收获中上部自然吐絮较好的棉铃20个，轧花后送交农业部棉花品质监督检验测试中心，检测纤维长度、纤维强度、马克隆值等相关指标。

1.3　数据处理

运用Excel 2003进行数据处理；运用SPSS 22.0进行统计分析。

2　结果与分析

2.1　施氮深度对棉花各生育阶段干物质积累量的影响

从图1中可看出，播种期到苗期，各处理干物质积累量从大到小依次为H1、H4、H2、H3，其中，H1处理的干物质积累量最大，为87.6 kg/hm2；苗期至蕾期，H1的干物质积累量相对于其他处理有所减少，H3处理的干物质积累量相对增多；H3处理在苗期至蕾期、蕾期至花期、花期至花铃期、花铃期至吐絮期干物质积累量均为最大，分别为210.48、1 287.6、5 538、5 546.4 kg/hm2，在吐絮期达到最大值(13 640.8 kg/hm2)，在花期至花铃期增长速率最大，这有利于棉花产量的形成。

图1　供试棉花各生育期的干物质积累量

2.2　施氮深度对棉花成熟期群体干物质总量在各器官中分配的影响

从表1可以看出，吐絮期棉花群体干物质在各器官中的分配量及比例均以在生殖器官中的最高，茎、叶的中等，根的最低。H3、H4处理生殖器官群体干物质量分别为5 380、4 340kg/ hm2，明显高于H1、H2处理的；H3处理吐絮期生殖器官干物质群体量比例最高(39.40%)，有利于棉花产量的形成；H1、H2吐絮期生殖器官的干物质群体量分别为3 180、3 900 kg/hm2，与H3、H4处理相差较大，说明氮肥深施可有效增加棉花吐絮期群体干物质总量，对吐絮期生殖器官干物质群体量的影响显著，有利于棉花产量的形成，但施氮深度对吐絮期干物质在各器官中的分配比例无显著调控效应。

表1　吐絮期各器官的干物质量及分配比例

2.3　施氮深度对盛铃期叶面积指数的影响

从图2可以看出，盛铃期各处理叶面积指数大小依次为H2、H3、H4、H1，其中，H2处理的叶面积指数最大。结合表1、表2，H2处理生殖器官的干物质比重、单铃质量并非最高，说明在合理的栽培条件下，棉叶并不是越多越好、越大越好。

处理

2.4　施氮深度对棉花光截获率的影响

盛铃期，在垄边(向内20 cm)处纵向观察PAR截获率变化；在垄中央(作为原点，水平向内80 cm)、冠层高度40 cm处，横向观察PAR截获率变化规律，取原点左、右平均值，结果如图3所示。在横向20 cm处，H1、H2、H3、H4 地面至冠层PAR截获率分别在0~0.78、0~0.94、0~0.82、0~0.84；在距离地面40 cm以内，各处理PAR截获率下降速率均比较缓慢，H3处理相对更缓，H1处理相对较快。在距离地面40 cm以上，H3处理在40~60 cm处PAR下降速率比较缓和，其他各处理均随着高度增加，PAR截获率下降速率增快；H3、H4处理在地面处PAR截获率分别为0.924、0.922，这表明H3、H4处理冠层底部靠近棉株处PAR截获率接近最大值。在垄中央(水平向内80 cm)、纵向高度40 cm处，H1、H2、H3、H4 横向PAR截获率分别在0.16~0.75、0.22~0.81、0.45~0.86、0.33~0.77之间；在0 ~20 cm处，H3处理PAR截获率下降速率最缓，在80 cm处PAR截获率最大，这表明H3处理棉株群体遮荫度较大、冠层较宽，较其他处理吸收的有效光合辐射更多。

A为水平向内20 cm的纵向变化；B为水平向内80 cm、冠层高度40 cm的横向变化。

2.5　施氮深度对产量构成及纤维品质的影响

从表2可看出，H3处理的皮棉产量(1 354.26 kg/hm2)和单铃质量(5.20 g)均显著高于其他3个处理的，H1处理的皮棉产量(942.02 kg/hm2)和单铃质量(4.90 g)均显著低于其他3个处理的。各处理的衣分、纤维长度、纤维强度、马克隆值均无显著性差异，说明适当的施氮深度可以有效增加棉花产量，但对棉花的纤维品质影响不大。

表2　不同施氮深度处理的棉花产量及纤维品质

不同字母表示差异显著(＜0.05)。

3　结论与讨论

氮肥是影响棉花产量和品质的关键因素之一。氮肥的合理施用一直是调控作物生长发育及产量和品质的主要措施[14]。本研究中，施氮深度对棉花各生育时期干物质积累量有直接影响。在播种至苗期，H1、H2、H4处理的干物质积累量均大于H3处理的干物质积累量，主要是因为前期养分主要来源于地表附近；从苗期至蕾期开始，H2、H3、H4处理干物质积累量逐渐超过H1处理的，其中H3、H4处理最为明显；至吐絮期，各处理的干物质积累量从大到小依次为H3、H4、H2、H1。随着生育期的推进，根系不断生长，加上根系生长具有“趋肥性”，土壤养分对根系生长具有“可塑性”[15]，促使根系向下延伸，以获得更多的营养物质。吐絮期H4处理的根系群体干物质量在所有器官中占比为13.10%，为各处理中最高，然而其在生殖器官中所占比例并不是最高。可见，施氮深度过深，虽然会促使根系生长发育，但不利于棉花产量的形成；可能与播种前一次性施肥深度过深，致使肥料流失严重有关。

氮素是植物叶绿素的重要组成部分，合理施用氮肥可改善叶片质量，从而增强植株光合作用[16]。叶面积指数是反映作物群体质量的重要指标，直接影响作物对光合有效辐射(PAR)的截获，进而影响光合产物以及产量的形成[17]。据研究[18]，北疆高产棉田棉花，苗期叶面积系数增长缓慢，初蕾期开始迅速增长，到盛铃期前后达到最大值，盛铃期下降缓慢，吐絮期迅速减少。本研究中，盛铃期各处理的棉花叶面积指数从大到小依次为H2、H3、H4、H1。盛铃期叶面积指数与棉花产量密切相关：过大，则会引起棉株中下部荫蔽过大，光照不足，造成相应部位的蕾铃脱落；过小，则会导致棉铃营养供给不足，不利于产量的形成[19]。前人[20]研究指出，棉花高产应具有适宜的叶面积指数；贾彪等[21]也提出，高产棉花盛铃期叶面积指数应在3.5左右。本研究中，棉花盛铃期叶面积指数较前人的研究结果偏大。分析认为，这与棉花生育期中肥水调控有很大关联，合理、科学的肥水调控是棉花具有合理叶面积以及最终产量形成的关键因素之一[22]。

PAR截获率是反映光合有效辐射的重要指标，PAR截获率较小，到达冠层底部的光就多，有利于光合产物积累和棉铃品质形成[23]。本研究中，在距垄边20 cm处，4个处理冠层纵向PAR截获率变化十分明显，但都具有相同变化趋势；冠层高度40 cm时是一个转折点，40 ~100 cm，即中上部冠层PAR截获率下降速率普遍增加，说明冠层内大部分PAR都被中上部冠层截获；反之，冠层下部PAR截获率下降速率较为缓和，说明冠层下部吸收的光合辐射十分有限。在冠层高度0~40 cm处，H3处理的冠层PAR截获率下降速率较其他处理小，说明在盛铃期棉花冠层中下部可以获取更多的光合有效辐射，这更有利于光合产物的形成以及最终产量的形成。在高度为40~60 cm处，H1处理PAR截获率迅速下降，可能由于棉花生长后期营养生长不足，盛铃期叶面积指数较小，导致群体叶面积指数降低，冠层中部漏光损失严重，进而影响光合产物的形成，棉花产量和品质相应下降。在垄中央(作为原点，向内横向80 cm)处，冠层高度为40 cm处横向观察，各处理PAR截获率总体变化趋势一致，均为由垄中央向两边递减；H3处理在横向80 cm处PAR截获率最高，表明H3处理冠层中部最宽，封行程度最好，棉花群体结构相对更合理。

综上，施氮深度10 cm是油后直播棉较适合的施氮深度。另外，施氮深度对油后直播棉花产量影响显著，对纤维品质的影响不显著。施氮深度过浅，棉花在盛花期氮肥供给不足，叶面积指数偏小，冠层PAR截获率相应减小，干物质积累量下降，产量降低；施氮深度过深，促使根、茎部过度发育，肥料流失，导致减产。氮肥的施用方式、施用时间、种类、施用量、利用率以及水肥管理等因素仍有待深入探讨。

[1] 马琼．中国棉花生产外部性测度及其矫正研究[D]．武汉：华中农业大学，2014．

MA Q．Research on the estimation and rectification of externalities in China cotton production[D]．Wuhan：Huazhong Agricultural University，2014．

[2] 李鹏程，郑苍松，孙淼，等．土壤全氮含量和施氮水平对棉花产量及氮肥利用效率的影响[J]．核农学报，2017，31(8)：1612–1617．

LI P C，ZHENG C S，SUN M，et al．Effects of total N content of soil and N application levels on seed cotton yield and N use efficiency[J]．Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2017，31(8)：1612–1617．

[3] HAYNES R J．Principles of fertilizer use for trickle irrigated crops[J]．Fertilizer Research，1985，6(3)：235–255．

[4] 武阳，孙明德，刘军，等．施氮深度对‘黄金梨’树氮素吸收、分配及利用效率的影响[J]．园艺学报，2017，44(11)：2171–2178．

WU Y，SUN M D，LIU J，et al．The influences of different fertilization depth on the nitrogen absorption，distribution and utilization of ‘hwangkumbae’ pear trees[J]．Acta Horticulturae Sinica，2017，44(11)：2171–2178．

[5] 俞洪燕，钱晓刚，罗绪强，等．氮肥施用深度对玉米苗期植株生长及养分吸收的影响[J]．江苏农业科学，2017，45(8)：44–48．

YU H Y，QIAN X G，LUO X Q，et al. Effects of nitrogen application depth on plant growth and nutrient absorption in maize at seedling stage[J]．Jiangsu Agricultural Sciences，2017，45(8)：44–48．

[6] 段文学，于振文，石玉，等．施氮深度对旱地小麦耗水特性和干物质积累与分配的影响[J]．作物学报，2013，39(4)：657–664．

DUAN W X，YU Z W，SHI Y，et al．Effects of nitrogen application depth on water consumption characteristics and dry matter accumulation and distribution in rainfed wheat[J]．Acta Agronomica Sinica，2013，39(4)：657–664．

[7] 孙恩虹，李亚兵，韩迎春，等．基于空间统计学的棉花冠层光合有效辐射空间格局分析方法[J]．棉花学报，2012，24(3)：244–252．

SUN E H，LI Y B，HAN Y C，et al．Spatial geostatistical analysis to determine spatial patterns of photosynthetically active radiation within cotton canopy[J]．Cotton Science，2012，24(3)：244–252．

[8] ZHI X Y，HAN Y C，MAO S C，et al．Light spatial distribution in the canopy and crop development in cotton[J]．PLoS One，2014，9(11)：e113409．

[9] 董合忠，毛树春，张旺锋，等．棉花优化成铃栽培理论及其新发展[J]．中国农业科学，2014，47(3)：441–451．

DONG H Z，MAO S C，ZHANG W F，et al．On boll-setting optimization theory for cotton cultivation and its new development[J]．Scientia Agricultura Sinica，2014，47(3)：441–451．

[10] MAO L L，ZHANG L Z，ZHAO X H，et al．Crop growth，light utilization and yield of relay intercropped cotton as affected by plant density and a plant growth regulator[J]. Field Crops Research，2014，155：67–76．

[11] 杜海英，张谦，王燕，等．耕层重构后施肥量对棉田土壤养分残留及棉花养分吸收的影响[J]．山西农业大学学报(自然科学版)，2018，38(11)：6–10．

DU H Y，ZHANG Q，WANG Y，et al．Effects of different fertilization levels on the nutrient content in restructuring soil and nutrient uptake rate in planted cotton crops[J]. Journal of Shanxi Agricultural University(Natural Science Edition)，2018，38(11)：6–10．

[12] 李亚兵，毛树春，冯璐，等．基于地统计学的棉花冠层光合有效辐射空间分布特征[J]．农业工程学报，2012，28(22)：200–206．

LI Y B，MAO S C，FENG L，et al．Spatial distribution characteristics of photosynthetic active radiation in cotton canopy based on geo-statistics[J]．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2012，28(22)：200–206．

[13] 朱相成，汤亮，张文宇，等．不同品种和栽培条件下水稻冠层光合有效辐射传输特征[J]．中国农业科学，2012，45(1)：34–43．

ZHU X C，TANG L，ZHANG W Y，et al．Transfer characteristics of canopy photo-synthetically active radiation in different rice cultivars under different cultural conditions[J]．Scientia Agricultura Sinica，2012，45(1)：34–43．

[14] 黎星，程慧煌，曾勇军，等．不同时期超级杂交稻光合特性及氮素利用效率研究[J]．核农学报，2019，33(5)：978–987．

LI X，CHENG H H，ZENG Y J，et al．Study on photosynthetic characteristics and nitrogen utilization efficiency of super hybrid rice in different periods[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2019，33(5)：978–987．

[15] GONIAS E D，OOSTERHUIS D M，BIBI A C．Light interception and radiation use efficiency of okra and normal leaf cotton isolines[J]．Environmental and Experimental Botany，2011，72(2)：217–222．

[16] 罗宏海，赵瑞海，杨新军，等．高产棉花叶面积载荷量与光合生产的关系及对冠层结构的影响[J]．石河子大学学报(自然科学版)，2011，29(1)：6–10．

LUO H H，ZHAO R H，YANG X J，et al．The relationship of sink capacity of unit leaf area to photosynthetic production and its regulation effect on canopy structure in high-yield cotton[J]．Journal of Shihezi University(Natural Science)，2011，29(1)：6–10．

[17] 刘帅，李亚兵，韩迎春，等．棉花冠层不同尺度光能空间分布特征研究[J]．棉花学报，2017，29(5)：447–455．

LIU S，LI Y B，HAN Y C，et al．Study on light spatial distribution at different scales in the cotton canopy[J]. Cotton Science，2017，29(5)：447–455．

[18] 肖兵，张胜江，麦尔丹·加帕尔．地下逐日滴灌棉花叶面积指数测定及动态模拟[J]．现代农业科技，2018(2)：7–8，14．

XIAO B，ZHANG S J，Maierdan·Jiapaer．Cotton leaf area index measurement and dynamic simulation under daily subsurface drip irrigation[J]．Modern Agricultural Science and Technology，2018(2)：7–8，14．

[19] 吴立峰，张富仓，王海东，等．新疆棉花亏缺灌溉叶面积指数模拟研究[J]．农业机械学报，2015，46(1)：249–258．

WU L F，ZHANG F C，WANG H D，et al．Simulation of cotton leaf area index under deficit irrigation in Xinjiang[J]．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2015，46(1)：249–258．

[20] 王瑾，王长进，武德功，等．种植密度对玉米籽粒淀粉粒分布及相关酶活性的影响[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2019，45(5)：456–460．

WANG J，WANG C J，WU D G，et al．Effects of planting density on starch granule size distribution and related enzyme activities in maize kernel[J]．Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences)，2019，45(5)：456–460．

[21] 贾彪，钱瑾，马富裕．氮素对膜下滴灌棉花叶面积指数的影响[J]．农业机械学报，2015，46(2)：79–87．

JIA B，QIAN J，MA F Y．Simulating effects of nitrogen on leaf area index of cotton under mulched drip irrigation[J]．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2015，46(2)：79–87．

[22] 谢陈灵，李瑞莲，刘爱玉，等．栽培模式对棉花干物质生产和产量形成的影响[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2018，44(3)：240–243．

XIE C L，LI R L，LIU A Y，et al．Effects of cultivation patterns on cotton dry matter production and yield formation[J]．Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences)，2018，44(3)：240–243．

[23] 王庆材，孙学振，宋宪亮，等．不同棉铃发育时期遮荫对棉纤维品质性状的影响[J]．作物学报，2006，32(5)：671–675．

WANG Q C，SUN X Z，SONG X L，et al．Effect of shading at different developmental stages of cotton bolls on cotton fibre quality[J]．Acta Agronomica Sinica，2006，32(5)：671–675．

Effect of nitrogen application depth on the yield and quality of direct seeding cotton after the rape harvest

LI Yi1，ZHANG Zhigang2*，ZHOU Zhonghua1*

(1.College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2.Cotton Science Research Institute of Hunan Province, Changde, Hunan 415101, China)

In order to explore the effect of nitrogen application depth on the growth and yield composition and the quality of direct seeding cotton after rape harvest, The cotton, Xiang K25 were applied with 4 groups of nitrogen application depths (0 cm, 5 cm, 10 cm, 15 cm) under the same nitrogen amount application. The results showed that the nitrogen application depth had a significant effect on cotton yield and had no significant effect on fiber quality. With the nitrogen application depth, 10 cm, the cotton lint yield is at peak, 1 354.26 kg/hm2, higher than the 412.24 kg/hm2, 218.6 kg/hm2and 171.3 kg/hm2with the depth 0 cm, 5 cm and 15 cm respectively; the dry matter accumulation in the boll opening stage was the largest; the leaf area index in the bolling stage was the second in each treatment; At the canopy of the bolling stage, the transverse and longitudinal photosynthetically active radiation(PAR) interception rate was at reasonable level, and the obtained PAR was higher than other stage. In summary, with the nitrogen application depth, 10 cm, the yield and fiber quality of direct seeding cotton after rape harvest were better.

cotton; nitrogen application depth; yield; quality; photosynthetically active radiation(PAR); leaf area index

10.13331/j.cnki.jhau.2020.01.002

S562.062

A

1007-1032(2020)01-0007-07

2019–03–28

2019–04–15

国家重点研发计划项目(2017YFD0201901)；国家棉花产业技术体系专项(CARS–18–43)；湖南省农业创新资金项目(2017XC03)

李熠(1994—)，男，湖南岳阳人，硕士研究生，主要从事棉花栽培研究，liyi0730@qq.com；

，张志刚，博士，研究员，主要从事棉花栽培研究，Zhangzhig@126.com；*通信作者，周仲华，博士，教授，主要从事棉花分子育种研究，55960548@qq.com

李熠，张志刚，周仲华．施氮深度对油后直播棉花产量及品质的影响[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2020，46(1)：7–13．

LI Y，ZHANG Z G，ZHOU Z H. Effect of nitrogen application depth on the yield and quality of direct seeding cotton after the rape harvest[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences), 2020, 46(1): 7–13.

http://xb.hunau.edu.cn

责任编辑：毛友纯

英文编辑：柳正