减量追施氮肥对新疆巴州棉花叶绿素含量、干物质积累及产量的影响

姚青青，孙绘健，罗静，何忠盛，杜珊珊，邓永明

（新疆巴音郭楞蒙古自治州农业科学研究院，新疆库尔勒841000）

生育期追施氮肥是调控棉花群体结构、光合性能和生物量形成的重要手段[1-2]。合理施用氮肥可促进棉花生长发育，改善叶片叶绿素荧光特性，提高棉花叶片光能转化率[3-5]，增加光合物质形成，最终显著增加棉花产量[6]。适宜的施肥运筹能合理优化作物群体冠层结构，增强光合速率，增加光合物质积累量，实现优质高产[7-9]。但施氮量过高或过低均不利于棉花的生长发育，影响光合产物的合理分配，降低棉花生物量积累和植株对氮素的吸收量，最终使棉花品质及产量下降[10-12]。适量减施氮肥可促进棉花结实器官等的干物质积累与分配，并且不会造成棉花显著减产[13]。过度施肥不仅会增加生产资料投入成本，还会导致氮肥利用率和土壤生产力下降、农业面源污染状况加剧等环境问题[14-19]。因此，在保证棉花稳产的情况下，研究减量追施氮肥对棉花叶绿素含量、干物质积累及产量的影响，对新疆巴音郭楞蒙古自治州（巴州）棉花减肥增效及减缓农业面源污染具有现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验地及试验材料

田间试验于2020年4－10月在新疆巴州尉犁县北部棉田（41°32′N，86°15′E）进行。该试验区属暖温带大陆性荒漠气候，全年平均日照2 975 h，年无霜期为210 d，年平均气温10.1℃，年平均降水量为43 mm，年平均蒸发量为2 700 mm。前茬作物均为棉花，土壤质地为壤土；属于中低等肥力土壤，耕层0～30 cm土壤养分含量：有机质10.06 g·kg－1，碱解氮28.0 mg·kg－1，速效磷33.5 mg·kg－1，速效钾162 mg·kg－1。供试品种为新陆中71号，采用膜下滴灌（66+10）cm一膜双管四行的种植模式，使用机械覆膜精播，穴距为12 cm，化学调控技术、植保技术及其他管理技术与当地相同。

1.2 方法

1.2.1试验设计。试验施氮运筹设5个施氮肥水平（表1），即各处理基施氮肥用量相同，在追施氮肥用量上设计5个处理，N1为当地大田常规追施氮肥量，N2为减施10%常规追施氮肥量，N3为减施20%常规追施氮肥量，N4为减施30%常规追施氮肥量，N5为减施40%常规追施氮肥量，小区随机区组排列，重复3次，共计15个小区。小区长15 m，宽6 m，面积为90 m2。

各处理基肥施用量均为尿素225 kg·hm－2，磷酸二铵375 kg·hm－2，硫酸钾225 kg·hm－2。基施氮磷钾肥在犁地时施入，生育期氮肥随水追施，用施肥罐控制追施量。灌溉方式为膜下有压滴灌，从6月中旬开始灌溉。

表1 氮肥追施设计

1.2.2样品采集方法及测定。（1）产量构成因素的调查。在棉花吐絮期，调查试验测产区域内一定面积株数和铃数，计算小区株数和铃数；各小区分3次取棉株上、中、下部完全吐絮铃各50个，测定铃重和衣分。根据单位面积收获铃数与铃重的乘积计算籽棉产量。

（2）地上部干物质的测定。田间试验测定地上部植株干物质积累量时，分别在每个小区随机选取有代表性的（长势均匀）棉株3株，剪取植株子叶节部分，把植株按茎、叶、蕾＋花/铃不同器官分解成小块，在105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，采用称重法测定干物质积累量。

（3）棉花叶绿素含量的测定。各处理分别在棉花蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮期，选择晴朗无云的天气于12：00－14：00采用Minolta SPAD-502叶绿素仪测定叶片SPAD值（叶绿素含量指标），打顶前测倒4叶，打顶后测倒1叶，每小区随机测定10片叶，每张叶片测4～6个不同位置，取平均值，测定时避开叶脉。

表2 不同追施氮肥处理的棉花叶片SPAD值的比较

1.3 数据处理

用Microsoft Excel 2007软件进行数据整理，采用SPSS 18.0软件进行方差分析和最小显著差数法检验。

2 结果与分析

2.1 减量追施氮肥对棉花叶绿素含量的影响

由表2可知，随着追施氮肥的进行，棉花叶片SPAD值呈先上升后缓慢下降的总体趋势；各处理SPAD值均在花铃期达到最大，此时营养生长与生殖生长并进，之后氮素营养向生殖器官转移速率加快，叶片SPAD值缓慢降低。随着减量追施氮肥的增加，各生育阶段棉花叶片SPAD值降低，各处理间存在显著性差异，其中初花期之后N1和N2处理的棉花SPAD值均显著高于N4和N5处理。

2.2 减量追施氮肥对棉花地上部干物质积累的影响

由表3可知，在蕾期，由于施基肥量一致且尚未追施氮肥，各处理棉花地上部干物质积累量未出现显著差异。随着追施氮肥的进行，初花期至吐絮期各生育阶段，各处理地上部干物质积累量出现显著性差异，N1和N2处理的棉花地上部干物质积累量均显著高于N4和N5处理，吐絮期N1、N2和N3处理的生殖器官（蕾花铃）干物质积累量均显著高于N4和N5处理。此外，随着追施氮肥的减少，各生育阶段棉花干物质积累量降低。

棉株生育前期（蕾期至初花期），棉株营养生长占主导地位，营养器官（叶片和茎枝）干物质积累量占地上部的79.7%以上。随生育进程的推进，生殖生长速率逐渐加快，棉株生殖器官（蕾花铃）干物质积累量占地上部的比重逐渐增加，到吐絮期时超过58%。其中吐絮期N1、N2、N3、N4和N5处理生殖器官（蕾花铃）干物质积累量占地上部的比重分别为61.351%、61.361%、60.678%、59.325%、58.126%，N2处理的该比重分别比N1、N3、N4和N5处理高0.016%、1.126%、3.432%和5.565%。

表3 不同追施氮肥处理的单株地上部干物质积累量的比较 g

2.3 减量追施氮肥对棉花产量构成及产量的影响

如表4所示，在保苗株数差异不明显的情况下，N1、N2和N3处理的单位面积结铃数、铃重、衣分、籽棉产量及皮棉产量均无显著差异，但均显著高于N5处理，且其单位面积结铃数、籽棉产量和皮棉产量均极显著高于N4和N5处理；在产量方面，N2、N3、N4、N5处理籽棉产量较N1处理分别减少0.47%、2.15%、20.81%、27.61%，N2处理皮棉产量分别比N1、N3、N4和N5处理增加0.33%、1.76%、26.91%、40.67%。

表4 不同追施氮肥处理的产量构成因素与产量的比较

2.4 减量追施氮肥下棉花叶片干物质积累量、叶绿素含量及产量的相关性分析

由表5可知，追施氮肥量与籽棉产量呈显著相关，与花铃期、盛铃期和吐絮期的SPAD值呈极显著相关，与盛花期的SPAD值、初花期和盛铃期的叶片干物质积累量呈显著相关，其中以盛铃期的叶片SPAD值和叶片干物质积累量与追施氮肥量的相关性最高；籽棉产量与吐絮期的SPAD值呈显著相关，与初花期的叶片干物质积累量呈极显著相关，与盛铃期的叶片干物质积累量呈显著相关。

表5 追施氮肥量、叶片干物质积累量、SPAD值及籽棉产量之间的相关性

3 讨论与结论

不同施肥量对棉花群体的生长状况产生重要影响，适宜的施氮量可获得较高的棉花干物质积累量；但施氮量过高或过低，均会降低棉花干物质累积量，导致减产[20-23]。适当的减肥措施可促进干物质向生殖器官分配，同时不会造成棉花显著减产[13]。适量减施氮肥能够提高棉花群体冠层光合利用效率，显著增加棉花结铃数和铃重，最终显著提高棉花产量[19，24]。不过，也有研究表明不同氮肥运筹条件下代表产量构成的单株结铃数、籽棉产量存在显著差异，而铃重、收获株数和衣分差异不显著[25]。本研究结果表明，大田追施氮肥在常规用量基础上减施10%并不会显著降低棉花地上部干物质积累量和产量，对棉花的单位面积结铃数、铃重、衣分均未产生显著影响；但随着追施氮肥量的进一步减少，棉株叶绿素含量和干物质积累量降低，棉花结铃数、铃重、衣分下降明显，导致减产。这与前人研究结果[21,25]相似。

已有研究表明，在不同施氮水平下各生育期棉花功能叶SPAD值与叶绿素含量、全氮含量、施氮量及产量呈极显著线性正相关[26-27]。适宜的施氮策略可显著影响蕾期以后的叶片SPAD值，SPAD值与土壤碱解氮含量存在显著的正相关[28]，并且棉花干物质积累量与含氮量、产量之间存在正相关[6,29]。本研究结果进一步表明，追施氮肥量与籽棉产量呈显著正相关，盛铃期的叶片SPAD值和叶片干物质积累量与追施氮肥量的相关性最高，吐絮期的SPAD值和初花期的叶片干物质积累量与籽棉产量的相关性最高。

此外，本研究只进行了1年田间试验，然而棉花产量还会受到品种、种植模式、棉田地力及天气等因素的影响，这增加了减施氮肥条件下棉花稳产的不确定性。因此，为了保证棉花稳产，还需要进一步开展相关研究。