机采棉模式下氮肥用量对棉花株型结构塑造和产量的影响

王 燕，王树林，韩 硕，张 谦，冯国艺，董 明，梁青龙，祁 虹

(1.河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室/国家棉花改良中心 河北分中心，石家庄 050051;2.河北省邢台广播电视大学，河北邢台 054000)

0 引 言

【研究意义】棉花是河北省主要的经济作物。近年来，河北省棉花种植面积连年萎缩[1]。机采棉可以解决植棉过程中最薄弱和消耗劳动力的棉花采收问题[2]。黄河流域传统棉花群体结构多为塔形[2-3]，适宜机采的棉花株型为筒形，株高在100 cm左右，果枝始节高度高于地面20 cm以上，果枝较短并上冲，吐絮集中，株型紧凑等[4]，这些性状除了品种特性决定外，很大程度上要依靠施肥、化控和株行配置等栽培技术来塑造，研究河北省棉区机采棉模式下，棉花株型对氮肥用量的响应规律，对河北省发展机采棉有重要意义。【前人研究进展】研究表明，氮素亏缺或过量将影响棉花不同生育期各器官干物质的积累与分配，使棉花产量降低[5-6]。随着施肥量的增加叶面积指数在盛铃期以前显著增加，盛铃期及以后叶面积指数呈现先增加后减少的趋势，棉花平均叶簇倾角变大，株型变得紧凑；但施肥量过多会导致棉花群体叶面积增加过多，群体散射辐射与直射辐射透过系数小，冠层结构不良，削弱棉花个体发育，造成单株成铃数和单铃重降低[7-8]。徐新霞等[9]认为，氮肥基追比为20∶80的处理，机采棉的光合强度增加，产量提高；杨利勇等[10]研究表明，不同水肥运筹方式对产量没有显著的互作效应，对棉花纤维主要品质指标均无显著效应。【本研究切入点】前人关于棉花的氮肥施用有很多研究，氮肥对机采棉株结构型塑造的研究多集中在新疆地区，而对河北省植棉区氮肥对机采棉株型塑造的影响有待于进一步研究。研究不同施氮量对机采棉株型结构塑造和产量的影响。【拟解决的关键问题】采用田间小区试验，设置0、60、120、180、240、300、360和420 kg/hm2共8个氮肥施用梯度，研究不同施氮量对冀南棉区机采棉株高、果枝数、果枝始节高度和节位、果枝长度、果枝节数、果枝夹角、吐絮率、叶面积指数、透光率、叶倾角和产量的影响，筛选出兼顾棉花个体株型、群体结构和产量的施氮量，为河北省机采棉合理施用氮肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为冀棉803，由河北省农林科学院棉花研究所提供。试验于2020年在河北省农林科学院棉花研究所威县试验站(河北省威县枣园乡东张庄村)进行，供试肥料氮肥为尿素(N 46.4%)、磷肥为重过磷酸钙(P2O546.0%)、钾肥为氯化钾(K2O 60.0%)，均为市场购买。试验田土壤为沙壤土，肥力中等，连作棉花，土壤基础地力为0～20 cm土层含有机质11.33 g/kg、全氮0.85 g/kg、碱解氮72.49 mg/kg、速效磷40.61 mg/kg、速效钾200.8 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验设置8个氮肥用量，梯度为N 0、60、120、180、240、300、360和420 kg/hm2，分别用N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7和N8表示。采用随机区组设计，小区长8 m，宽6 m，面积48 m2，3次重复。4月16日小区撒肥，其中氮肥按照不同用量梯度施用，磷肥为P2O5150 kg/hm2，钾肥为K2O 225 kg/hm2，并灌底墒水；4月24日所有小区用微耕机旋耕，耙耱后播种。棉花采用地膜覆盖，76 cm等行距种植，留苗密度7.5×104株/hm2，2020年4月25日播种，10月30日收获。田间管理措施同当地大田。

1.2.2 测定指标

每小区选取20株棉花标记，于9月10日调查株高、果枝数、果枝始节高度、果枝始节节位、果枝长度、果枝节数、果枝夹角、和单株铃数，其中果枝长度、果枝节数和果枝夹角调查的是第4果枝，9月30日调查喷施催熟剂前的吐絮铃数。每小区收获中间部位50朵吐絮铃用于测定单铃重和衣分。小区单独收获计产以计算每公顷产量。

1.2.3 吐絮率

吐絮率(%)=喷施催熟剂前的吐絮铃数/单株铃数×100%。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2003和SPSS 11.0进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮肥用量对机采棉株型的影响

研究表明，随着施氮用量的增加，棉花株高、果枝数、果枝长度和果枝夹角均呈先升高后降低趋势；果枝始节高度呈先降低后升高趋势，其中N3处理最低；N6和N8处理的果枝节数显著高于N1和N2处理；棉花吐絮率随着施氮量的增加呈降低趋势，其中N3～N8没有显著差异；氮肥用量对果枝始节节位没有显著影响。表1

表1 不同氮肥用量下机采棉株型变化Table 1 Effect of nitrogen application rate on plant-type structure of machine-harvest cotton

2.2 氮肥用量对机采棉冠层结构的影响

研究表明，与不施氮N1处理相比，施氮处理均显著增加棉花的叶面积指数，降低棉花的透光率；N8处理的叶倾角显著低于N1处理。施氮处理可以增加棉花叶面积指数，降低透光率和叶倾角，使冠层有效光截获量显著增加。表2

表2 不同氮肥用量下机采棉冠层结构变化Table 2 Effect of nitrogen application rate on canopy structure of machine-harvest cotton

2.3 氮肥用量对机采棉产量的影响

研究表明，随着施氮量的增加，棉花单株铃数呈先增加后降低趋势，其中N6处理单株铃数最多；随着施氮量的增加，单铃重呈增加趋势，N4～N8处理差异不显著，但均显著高于不施氮N1处理；棉花籽棉产量随氮肥用量增加而增加，以N8处理产量最高，达到了4 902.41 kg/hm2，但与N6、N7之间差异不显著，N2、N3和N43个处理间棉花产量差异不显著，但均显著高于N1处理；氮肥用量对棉花衣分的影响不显著。表3

表3 不同氮肥用量下机采棉产量变化Table 3 Effect of nitrogen application rate on yield of machine-harvest cotton

3 讨 论

冀南棉区传统棉花株型为塔形，形成“下封上不封”的群体结构，但这种株型是建立在精耕细作的基础上，不适用机采棉株型要求[2]。机采棉株型应该为筒形，棉铃分布均匀，吐絮集中，能保证较高的采净率[11-12 ]。氮肥能影响棉花的个体发育及产量形成，影响棉花株型塑造[13]。研究认为，机采棉对棉花株型有一定要求，新疆地区机采棉株高为80～90 cm[14]，黄河流域机采棉适宜株高为100 cm左右[4]，不施氮肥的N1处理棉花株高最低为86.25 cm，施氮量为180 kg/hm2的N4处理株高最高为115.20 cm，其余施氮量下棉花株高较低且满足机采棉要求。研究中不同施氮量处理棉花始节高度为21.45～25.90 cm，均满足机械采收规定的高度。当施氮量为300～420 kg/hm2时，棉花的果枝夹角增加。当施氮肥为180 kg/hm2处理时，棉花株高、果枝数和果枝长度最高，此时棉花株型更大棵。施氮量过多会导致植物贪青晚熟，研究中，棉花的吐絮率随着施氮量的增加而降低，当施氮量超过120 kg/hm2时，棉花的吐絮率没有显著变化，可能是棉花全程化控技术影响了棉花的个体发育，促进早熟[15]，在高施氮肥情况下没有显著造成棉花的贪青晚熟。

氮肥用量不足，会导致棉花早衰；氮素显著影响群体叶面积指数，过量施氮在盛铃期可扩大叶面积，增加冠层对光能的截获，容易导致旺长，引起郁闭，导致后期叶面积指数快速衰减[16]。研究中，不施氮肥会降低群体叶面积低，棉花冠层漏光损失严重，群体光合效率低，不利于高产形成。N2～N7处理时，棉花叶面积指数增加，透光率和叶倾角降低，使冠层有效光截获量显著增加，形成合理的群体冠层结构，与前人研究结果一致[8]。

棉花单株成铃数与棉株体内全氮含量密切相关，较大的氮素累积量有利于获得较高的单株成铃数[17]。在施氮量为300 kg/hm2时，能有效的提高单株铃数、单铃重和产量，并且纤维品质最好[18-20]。増施氮肥棉花产量的增加主要是由于单株成铃数增多，而单铃重和衣分的变化较小[18-20]，与研究结果一致。也有研究认为，增加施氮量能够显著提高产量和单铃重，而对单位面积铃数和衣分影响不显著[19-20]。研究中，300～420 kg/hm2处理籽棉产量最高，冀南棉区氮肥推荐量为300 kg/hm2为宜。

4 结 论

氮肥用量会显著影响棉花株高、果枝始节高度、果枝数、果枝长度、果枝夹角、果枝节数和吐絮率等适宜机采农艺性状，影响棉花株型塑造。合理施氮肥有助于形成良好的棉花群体冠层结构，增加冠层有效光截获率，提高棉花产量。冀南棉区氮肥推荐量为300 kg/hm2。