布管方式和施氮量对机采棉生物量、氮肥利用率及产量的影响

马腾飞,李 杰, 王纯武,娄善伟,帕尔哈提·买买提,何 红,边 洋,张鹏忠

(1.新疆农业科学院棉花工程技术研究中心/新疆农业科学院经济作物研究所,乌鲁木齐 830091;2. 新疆维吾尔自治区农业技术推广站,乌鲁木齐 830000)

0 引 言

【研究意义】2022年新疆棉花种植面积249.69×104hm2(3 745.3万亩),占全国棉花种植面积的83.2%;棉花总产量539.1×104t,占全国棉花总产量的90.2%[1]。早期棉花多采用1膜4行种植模式,滴灌带布管方式的研究主要集中在常规宽窄行距模式下1管4行和2管4行2种方式,随着新疆机采棉的大面积推广,为了适应采棉机采收的需要,滴灌带布管方式一般为1膜6行3管和1膜3行3管,1膜6行3管行距为宽行66 cm+窄行10 cm和宽行72 cm+窄行4 cm,1膜3行3管行距为76 cm,滴灌毛管铺设在作物窄行中间[2-5]。行管配置已成为影响新疆机采棉产量的一个主要因素[6-7],因此,研究布管方式对于机采棉高产具有重要意义。【前人研究进展】徐新霞等[8]研究表明,(72+4)cm 模式较 (66+10) cm模式宽行变宽,窄行变窄,中后期田间荫蔽程度加重,空气流通受到影响,且棉株个体间竞争加剧,皮棉产量低于 (66+10) cm模式 32.01%。蔡利华等[9]研究表明,1膜3管下窄行布管利于水分养分向根区运移,促进棉花生长,产量比偏置布管增加14.8%,且降低黄萎病发病率。刘凯等[10]研究表明,(66+10) cm株行配置下滴灌毛管在窄行中间布管或宽行布管,均利于水氮向作物行迁移,滴灌带铺设在作物宽行靠近作物行10 cm 处时促进棉花氮素吸收,提高氮肥利用率。促进棉花养分吸收并提高氮肥利用率。【本研究切入点】前人在机采行距配置对棉花生长发育、干物质累积、产量等方面开展了研究[11-13],但机采棉在滴灌带布管方式下对氮肥利用率和产量的影响研究鲜有报道。需研究2种滴灌带布管方式和不同施氮量对机采棉生物量、氮肥利用率及产量的影响。【拟解决的关键问题】设置2 种机采棉滴灌带布管方式,同时设置4个氮肥用量水平,为合理的机采棉布管配置模式和氮肥用量提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2022年4～10月在新疆克拉玛依小拐乡进行(45°10′ N,85°06′E)。土壤质地为沙壤土,0～20 cm耕作层有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾、总盐含量分别为5.35 g/kg、0.33 g/kg、41.9 mg/kg、27.3 mg/kg、132.2 mg/kg和2.35 g/kg。供试棉花品种为新陆早83号,2022年4月20日播种,2022年10月18日收获。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

设置2 种机采棉滴灌带布管方式:①1膜6行3管,滴灌带在作物窄行中间(G3);②1膜6行5管,滴灌带在作物窄行中间3管和作物宽行中间2管(G5)。设置4个氮肥用量水平,即0、240、300、360 kg/hm2(分别以N0、N240、N300、N360表示),共8个处理。每个处理重复3次,共24个小区,每个小区5 m×15 m=75 m2。各处理生育期灌水量一致,即4 800 m3/hm2,小区随机区组排列,氮肥全部做追肥;磷肥(P2O5)140 kg/hm2和钾肥(K2O)70 kg/hm2,各小区追施氮肥,先滴清水30 min后滴施肥料,G5模式下滴灌带在作物窄行中间施肥处理,其它生产均按大田统一管理。表1,表2

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 植株干物质量和养分含量

4个时期采集棉花植株样品,每个处理选取连续3 株长势均匀的植株,植株子叶节处剪断,采集棉花地上部,分成茎、叶、蕾铃3 部分,105℃杀青30 min 后,75℃烘干48 h,称各干物质重量。植株养分含量的测定是将各植株样品烘干后粉碎,过0.5 mm 筛后,将植株样品采用H2SO4-H2O2消解,用凯氏定氮法测定氮含量。

表1 不同处理行管配置及施氮量

表2 灌水量及氮分配比例

1.2.2.2 产 量

棉花吐絮期,调查 6.67 m2面积的棉花株数、铃数,并采收各部位棉花 30朵来测算棉花单铃重,每个小区实收产量折为每公顷产量。

1.2.2.3 氮素利用率

表观氮肥利用率(%)=(施氮区棉花养分吸收量-不施氮区棉花养分吸收量)/ 施氮量×100%;

氮肥偏生产力(kg/kg)=施氮区棉花产量/施氮量;

氮肥农学利用率(kg/kg)=(施氮区棉花产量-不施氮区棉花产量)/施氮量;

氮肥生理利用率(kg/kg)=(施氮区棉花产量-不施氮区棉花产量)/(棉花氮吸收量-不施氮棉花氮吸收量)。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2021 计算数据,用SPSS 16.0对数据分析方差。

2 结果与分析

2.1 不同行管方式对棉花干物质量的影响

研究表明,2种机采行管方式不同氮肥处理棉花干物质量在整个生育期内变化趋势一致,施氮处理较不施氮处理棉花干物质量显著增加;且随着施氮量增加棉花干物质量显著增加,施氮量360 kg/hm2棉花干物质量最大。其中G3-N360处理较G3-N240、G3-N300处理总干物质量分别增加21.0%、6.8%,G5-N360处理较G3-N240、G3-N300处理总干物质量分别增加16.7%、7.7%;相同施氮量处理下,G5处理棉花干物质量显著高于G3处理,G5-N360处理叶、茎、铃干物质量均最大,G5-N360处理较G3-N360处理叶、茎、铃、总干物质量分别增加23.1%、15.0%、11.6%、14.9%。表3

2.2 不同布管方式对棉花各器官氮素吸收量的影响

研究表明,相同行管方式下棉花各器官总吸氮量随着施氮量的增加而增加,N360处理各器官总吸氮量最大,且N360处理较其它处理各器官总吸氮量显著增加,G3-N360处理较G3-N0、G3-N240、G3-N300处理各器官总吸氮量分别增加89.87%、16.13%、6.60%,G5-N360处理较G5-N0、G5-N240、G5-N300处理各器官总吸氮量分别增加81.02%、14.94%、6.4%;相同施氮处理下,G5处理各器官总吸氮量显著高于G3处理,G5-N360处理各器官总吸氮量较G3-N360处理增加11.69%,G5-N300处理各器官总吸氮量较G3-N300处理增加11.85%,G5-N240处理各器官总吸氮量较G3-N240处理增加12.84%。表4

2.3 不同布管方式对氮肥利用率的影响

研究表明,G5-N240处理氮肥偏生产力最高,较G3-N360处理增加38.8%;相同施氮量下,不同布管方式处理氮肥偏生产力差异显著,G5处理氮肥偏生产力显著高于G3处理;相同布管方式下,N240施氮处理氮肥偏生产力显著高于N300和N360施氮处理。G5-N360处理氮肥农学利用率最高,较G3-N300处理增加40.4%。G5-N360处理氮肥生理利用率最高,较G3-N300处理增加37.0%。G5-N240处理氮肥表观利用率最高,较G3-N360处理增加6.95%;相同施氮量下,G5处理氮肥表观利用率显著高于G3处理,G5-N240处理氮肥表观利用率较G3-N240处理增加3.6%,G5-N300处理氮肥表观利用率较G3-N300处理增加2.97%,G5-N360处理氮肥表观利用率较G3-N360处理增加3.14%;相同布管方式下,随着施氮量的增加,处理氮肥表观利用率降低,N360处理均显著降低。表5

2.4 不同布管方式对棉花籽棉产量及其构成因子的影响

研究表明,施氮处理籽棉产量显著高于不施肥处理,G5-N360处理籽棉产量最高达7 912 kg/hm2;相同布管方式下,随着施氮量的增加籽棉产量呈增加趋势,且N360处理籽棉产量均显著增加,N240和N300处理之间差异不显著;相同施氮量下,不同行管方式处理籽棉产量差异显著,G5处理均显著高于G3处理,G5-N240处理籽棉产量较G3-N240处理增加10.6%,G5-N300处理籽棉产量较G3-N300处理增加8.3%,G5-N360处理籽棉产量较G3-N360处理增加12.4%。表6

3 讨 论

3.1氮肥是是作物生长的主要元素之一,随施氮量的增加棉花干物质量增加[14]。娄长安等[15]研究结果显示,棉花各器官干物质量随施氮量的增加而持续增加的趋势。而刘涛等[16]研究结果显示一定施氮量下棉花生物量随氮素水平的增加而增加,当施氮量超过270 kg/hm2时,增加幅度开始降低,当施氮量超过405 kg/hm2时,棉花生物量反而减少。蔡利华等[9]研究显示,棉花叶片、茎秆、蕾花铃、总干生物量窄行处理显著高于偏置处理。研究结果为2种机采行管方式下G5处理总干物质量显著高于G3处理,且在0～360 kg/hm2施氮范围内,随着施氮量增加棉花总干物质量显著增加,G5-N360处理较G3-N360处理总干物质量增加14.9%。可能是由于在G5处理下水肥更加分布在耕层,植株可以更好的吸收养分,便于棉花各器官生物量的积累。

3.2徐新霞[8]研究表明,行距配置棉株分布合理,有利于茎和叶片的生长及蕾铃发育,可以显著提高棉花产量。侯秀玲等[17]研究结果表明,施氮极显著地增加了棉花的产量和单株铃数。蔡利华等[9]研究发现窄行处理比偏置处理棉花显著增产14.8%。而研究结果为相同施氮量下,2种行管方式籽棉产量差异显著,G5处理均显著高于G3处理,G5-N360处理籽棉产量较G3-N360处理增加12.4%,增产主要原因是相同施氮量下,G5处理的单株结铃数均显著高于G3处理,G5滴灌带布管方式对棉花生长发育优于G3布管方式。

表5 不同处理下氮肥利用率变化

表6 不同处理下棉花产量及其构成因子变化

3.3研究表明[18],氮肥偏生产力和氮肥表观利用率随氮素施用量的增加而降低。研究结果与前人研究一致,相同施氮量下,G5布管方式氮肥表观利用率显著高于G3布管方式,G5-N360处理氮肥表观利用率较G3-N360处理增加3.14%。因此,选择适宜的滴灌带布管方式和施氮量,可以显著提高机采棉氮肥利用率。

刘凯等[10]研究结果机采棉行距(66+10)cm 模式下,施氮量为240 kg/hm2时可显著提高棉花产量。试验结果为G5和G3滴灌带布管方式下,随着施氮量的增加籽棉产量均呈增加趋势,且N360籽棉产量均显著增加。试验研究结果与之不同,可能是试验的灌水量、土壤质地、土壤养分含量等不同,造成棉花生长和养分吸收不同。因此,对滴灌带布管方式的研究还需要进一步针对土壤类型和灌水量进行深入研究。

4 结 论

4.1滴灌G5布管方式优于G3布管方式,随着施氮量增加棉花总干物质量、单株结铃数、植株氮素吸收量、产量均显著增加。

4.2滴灌G5布管方式氮肥表观利用率显著高于G3布管方式,G5-N240处理氮肥表观利用率最高达63.01%。

4.3滴灌G5布管方式且施氮量N360模式最优,G5-N360模式籽棉产量达7 912 kg/hm2。