氮肥与缩节胺对机采棉生长发育及氮素分布的影响

彭增莹,张巨松,卡地力亚·阿不都克力木,贺宏伟,刘 群,郭仁松

(1.新疆农业大学农学院/教育部棉花工程研究中心,乌鲁木齐 830052;2.新疆农业科学院经济作物研究所,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】棉花无限生长习性,导致其对不同生长环境的适应性调节多样且复杂,在充足肥料和灌溉条件下棉花会产生大量营养生长[1,2],采用施肥、化学调控等手段对协调好棉花营养生长与生殖生长关系及获得高产优质有实际意义。【前人研究进展】氮素是作物生长发育必需的矿质元素[3],合理施用氮肥是棉花增产的原因之一[4],适宜施氮量可以促进棉花生长,降低蕾铃脱落率,保证产量[5]。在一定范围内,增施氮肥能有效的增加茎粗,使棉花粗壮,有利于承担后期成铃数的增多[6]。缩节胺是一种抑制类型植物生长调节剂,可以控制棉花无限生长、调节营养生长与生殖生长[7]、优化冠层结构[8]。科学合理使用缩节胺,可提高棉花幼苗活力、改善株型、增强棉花光合作用、减少病虫害发生,提高棉花产量与品质[9,10]。棉花在中等施氮量与中等化学封顶剂(DPC+)剂量组合下棉花经济器官积累增多,产量提高[11];氮肥与缩节胺对棉花农艺性状有显著的互作效应,适量的缩节胺有利于干物质积累向生殖器官运转[12]。【本研究切入点】施氮与喷施缩节胺是棉花获得高产过程中的必要手段,随着棉花机械化采收进程的推进,还应对机采棉种植模式下的棉花化学调控与氮肥施用配套技术做进一步的优化。目前,关于氮肥与缩节胺的研究多集中在打顶剂剂量与施氮量组合、打顶方式、密度、施氮量等单因素的相互组合,常规缩节胺用量与施氮量组合对机采棉的研究近年较少。需研究氮肥与缩节胺对机采棉生长发育及氮素分布的影响。【拟解决的关键问题】以新陆中88号为材料,设置不同施氮量与不同常规缩节胺剂量进行试验,研究氮肥与缩节胺组合对机采棉生长发育及氮素分布影响,为新疆南疆棉区施肥化控技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020年在新疆阿克苏地区阿瓦提县新疆农业科学院经济作物研究所试验基地进行,N 39°31′～40°50′、E 79°45′～81°05′,属暖温带大陆性干旱气候,日照时间长,蒸发量大;土壤质地为沙壤土,0～60 cm耕层土壤pH 8.08,有机质含量5.8 g/kg,全氮为0.33 g/kg,水解性氮为39.9 mg/kg,速效磷为10.9 mg/kg,速效钾为97.3 mg/kg。供试材料为新陆中88号,由新疆农业科学院经济作物研究所提供。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用双因素裂区设计,试验处理:主区为施氮量(纯氮)N1160 kg/hm2、N2320 kg/hm2、N3480 kg/hm2,副区为缩节胺剂量 H1189 g/hm2、H2280.5 g/hm2、H3372 g/hm2,对水450 kg/hm2,每个处理重复3次,小区面积44.85 m2,共27个小区。采用化学封顶(化学打顶剂向铃转,有效成分250 g/L水剂,750 g/hm2,对水450 kg/hm2),所有缩节胺(DPC)有效成分含量>98 %(南通金陵农化有限公司生产)。棉花种植采用1膜3行等行距机采棉种植模式,行距为76 cm,株距6 cm,理论密度22×104株/hm2,播种时间2020年4月11日,封顶时间7月15日,其他田间管理同当地大田生产。表1,表2

表1 施氮量及时间

表2 缩节胺用量

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 生育进程与出叶速度

从棉花播种开始,记载棉花各生育时期。按生育时期调查各处理棉花真叶数。

1.2.2.2 农艺性状

自棉花3片真叶起,在棉花各生育时期(3叶、6叶、盛蕾、盛花、盛铃)定点定株调查(6株)棉花株高,并计算主茎日增量。盛铃后期(8月5日)测定株高、倒四叶宽、始果节高、果枝数、茎粗。

1.2.2.3 干物质积累量

苗期开始,各生育时期选取具有代表性的6株棉花,分开茎、叶、蕾花铃,放入电热恒温鼓风干燥箱105℃杀青30 min,80℃烘干至恒重,测定其干物质质量。

1.2.2.4 植株氮素

吐絮期烘干的棉株样品经粉碎,过0.50 mm筛,用H2SO4-H2O2消煮后采用奈氏比色法测定植株不同部位全氮含量。

1.2.2.5 产量

吐絮后,各小区选6.67 m2棉株,调查株数、总铃数,算出单株结铃数,分上(7果枝以上)、 中(4～6果枝)、下(1～3果枝)部位各取30、40、30个吐絮铃,共100朵,测其单铃重,轧花后通过公式计算衣分。

1.3 数据处理

试验数据使用SPSS19软件进行方差分析, 采用Duncan法进行处理间多重比较(P<0.5),利用Excel、Graph Pad整理数据并绘图。

2 结果与分析

2.1 氮肥与缩节胺对机采棉生育进程的影响

研究表明,各处理出苗、现蕾、开花时间无明显差异。盛花开始,随着施氮量增多,棉花生育时期推后,N3水平较N1、N2盛花时间推迟2、1.4 d,盛铃时间推迟2.7、0.7 d,吐絮时间推迟5.3、3.6 d。各处理苗期持续天数无明显差异,蕾期、花铃期随着施氮量增多延长,表现为N3>N2>N1,相同施氮量下花铃期随着缩节胺用量增多而缩短,表现为H3

表3 不同处理棉花生育时期比较

2.2 氮肥与缩节胺对机采棉出叶速度及株高日增量的影响

研究表明,不同处理出苗-3叶的出叶速度没有明显差异,3叶-现蕾出叶速度开始加快,施氮水平间表现为N3最快,N3水平下的平均出叶速度达到3.6 d/片,较N1水平缩短0.4 d,较N2水平缩短0.6 d。现蕾至开花各处理出叶速度较现蕾之前有所降低,在N1、N2水平下,H3剂量下的出叶速度显著低于H1、H2,N1H3较N1H1、N1H2分别增加1.6、1.6 d/片,N2H3较N2H1、N2H2分别增加1.9、1.8 d/片。

在3叶至盛铃期间各处理株高日增量均呈现“上升-下降”趋势,前期棉花生长缓慢,株高日增量在盛蕾后快速上升,随气温升高及肥水的投入,棉花快速生长。3叶至6叶期间株高增长缓慢,N1、N2、N3水平下的平均株高日增量为0.6、0.57、0.8 cm。6叶至盛蕾期植株开始快速生长, N3水平在6叶至盛蕾的株高日增量较N1水平提高25.8 %,较N2提高30 %,N2水平下的株高日增量与缩节胺剂量呈反比,N2H3处理较N2H1处理降低0.2 cm,较N2H2处理降低0.1 cm;N3水平在盛蕾至盛花较N1提高31.4 %,较N2提高4.0 %,各施氮量下均为H3水平株高日增量最低。表4,图1

2.3 氮肥与缩节胺对机采棉主要农艺性状影响

研究表明,施氮量对棉花株高、倒四叶宽、茎粗有极显著影响,缩节胺用量对株高有极显著影响,二者互作对株高、倒四叶宽有显著影响;株高随着施氮量增多而增多,表现为N3>N2>N1,与缩节胺用量呈反比;倒四叶宽与施氮量呈正比;果枝数随施氮量增加呈先增多后减少的趋势,缩节胺用量对果枝数无显著影响;茎粗与施氮量呈正比,N3明显高于N1,施氮量对棉花农艺性状影响较大。表5

图1 不同处理棉花株高日增量变化

表4 不同处理棉花出叶速度比较

2.4 氮肥与缩节胺对机采棉干物质积累及器官分配的影响

研究表明,各处理前期干物质积累量较少,苗期至花期生长缓慢,N1、N2水平下的干物质积累量随缩节胺剂量增多呈下降趋势,开花后棉花快速生长,随施氮量增多,棉花干物质呈上升趋势。各施氮量水平下的干物质积累量在铃期都随缩节胺剂量增多呈“上升-下降”趋势,N1H2处理较N1H1处理提高50.2 %、较N1H3处理提高14.9 %;N2H2处理较N2H1处理提高4.3 %,较N2H3处理提高6.2 %;N3H2处理较N3H1处理提高41.5 %、较N3H3处理提高29.7 %。吐絮期棉花干物质积累量随施氮量增多而增多,表现为N3>N2>N1,干物质积累量在N2、N3水平下随缩节胺剂量增多呈“上升-下降”趋势,均为H2最高。图2

吐絮期各处理的器官占比表现为蕾花铃>茎>叶,出除H3剂量外,茎器官占比在H1、H2水平下随施氮量增多而增多;叶器官在N1、N3水平下随缩节胺剂量增多而减少,均在H3水平下达到最低,N1H3处理较N1H1处理降低45.1 %、较N1H2处理降低5.2 %,N3H3处理较N3H1处理降低50.6 %,较N3H2处理降低15.0 %。N3H1蕾花铃占比最少,较其他处理分别降低20.2 %、30.0 %、30.8 %、19.0 %、24.4 %、12.6 %、29.0 %、30.6 %,高施氮量下缩节胺用量不足会增加营养器官占比,合理的缩节胺用量可以增加蕾花铃器官占比。图3

表5 盛铃后期各处理棉花主要农艺性状比较

图2 不同处理各时期棉花干物质积累量

图3 棉花吐絮期各器官占比

2.5 氮肥与缩节胺对机采棉氮素积累与分配的影响

研究表明,不同施氮量的氮素总积累存在显著性差异(P<0.05),表现为N2>N3>N1,N2H2、N2H3、N3H2处理显著高于其他处理,不同缩节胺剂量在N1水平下无显著性差异;N1水平下,茎部氮素吸收量占比随缩节胺剂量增多而增多,N2、N3水平下的茎部氮素吸收量随缩节胺剂量增多而减少;叶片氮素吸收量占比在 N1、N3水平下随缩节胺剂量增多而下降;各处理蕾花铃氮素吸收量占比均为最大,达到39%～78%,各同施氮量下蕾花铃氮素吸收量占比随缩节胺剂量增多呈现“上升-下降”趋势,表现为H2>H1,H3,N1H2处理较N1H1处理提高17.9 %、较N1H3处理提高11.9%,N2H2处理较N2H1处理提高2.9%、较N2H3处理提高77.5%,N3H2处理较N3H1处理100%、较N3H3处理提高2.6%,喷施缩节胺可以提高氮素向生殖器官转移,H2效果最明显。除N2H3、N3H1处理,N2、N3水平下的其他处理氮素总积累量显著高于N1水平,N2、N3水平较N1水平分别提高66.4%、48.2%。表6

2.6 氮肥与缩节胺对机采棉产量及产量构成因素的影响

研究表明,施氮量对单株结铃数有显著性影响,对籽棉产量有极显著影响;缩节胺剂量对籽棉产量有极显著影响,二者对籽棉产量存在极显著的互作效应。各处理收获株数无显著性差异;各施氮量间单株结铃数表现为N2>N3>N1,N2水平较N1水平增多0.7个,较N3水平增多0.5 个,N2、N3水平下的单株结铃数随缩节胺剂量增多呈“上升-下降”趋势,N2H2处理较N2H1、N2H3处理分别增多0.3个、0.2个,N3H2处理较N3H1、N3H3处理分别增多1.1个、0.8个;各处理单铃重无显著性差异,N1、N2、N3水平下分别为N1H1、N2H2、N3H3处理单铃重最高;各处理间衣分无显著差异。籽棉产量在各施氮量下表现为N2>N3>N1,N2水平较N1、N3分别提高21.6%、14.8%;N2、N3水平下籽棉产量随缩节胺剂量增多呈“上升-下降”趋势,均为H2缩节胺剂量下最高。表7

3 讨 论

机采棉花还存在许多农机农艺配套技术问题[13],氮肥与缩节胺作为生产中最常见的化肥与生长调节剂,合适的施用有助于棉花高产优质[14]。氮肥会在一定程度上影响棉花株高,用量过多则有抑制效果[15],对始果节高度、倒四叶宽、真叶数、果枝数、茎粗也有一定影响,并在一定范围内随施氮量增多而增多[16,17]。缩节胺是一类抑制型植物生长调节剂,生育后期喷施缩节胺可以有效降低株高增长速度,塑造合理株型,提高生殖器官干物质占比[9,18]。缩节胺可以显著降低棉花株高和果枝长度,减小果枝夹角和叶片面积[19]。试验研究表明,随施氮量增多,棉花生育进程推后,株高、倒四叶宽、果枝数、茎粗增加,与前人研究结果相同[4];相同施氮量下,随缩节胺剂量增多,棉花开花、吐絮时间提前,可能是由于缩节胺调节棉铃内部激素,促进棉铃成熟[20],株高、株高日增量、果枝数都呈现下降趋势,与赵文超[21]研究结果相同,但对始果节高度无显著影响,与刘铨义[22]研究结果不同,可能是苗期未喷施缩节胺,化控效果都表现在现蕾后的主茎节间;在低缩节胺剂量下,棉花最终干物质量随着施氮量增多呈先升后降趋势,可能是480 kg/hm2施氮量过高,使棉花营养器官徒长,减少了干物质向棉铃的转移,后期营养器官脱落,使整株棉花干物质量较低,与李勇[15]研究结果相同。

表6 地上部不同器官氮素吸收量及占比

表7 各处理产量及产量构成因素

氮素积累是棉花干物质形成的基础,增施氮肥可以提高棉花对养分的吸收能力,提高氮素等养分的积累量,过量则会导致氮素分配比例不合理[23],研究结果表明,随施氮量增多,棉花营养器官的氮素吸收量呈上升趋势,N3水平下,生殖器官氮素积累量随缩节胺剂量增多大致呈“上升-下降”趋势,与前人[24,25]研究结果相同,在N1、N2施氮水平下,棉花氮素总积累量随缩节胺剂量增多变化不一致,N1水平下各处理差异不显著,N2水平下高缩节胺剂量则降低氮素总积累量,可能是由于低施氮量下喷施缩节胺效果减弱[12],或者是氮肥与缩节胺的用量呈线性促控关系[26],H3剂量相对于N2水平下的棉花已经过量,导致其干物质积累量下降,氮素积累总量下降。试验表明,随施氮量增多籽棉产量呈“上升-下降”趋势,3个施氮水平间表现为N2>N3>N1,除N1水平下的各缩节胺处理间籽棉产量差异不显著,N2、N3水平下的籽棉产量均随缩节胺剂量增多均呈单峰趋势,在H2剂量下达到最大;各处理单铃重差异不显著,喷施缩节胺单铃重有增大的趋势,与前人[18,27]研究结果相似,单株结铃数则随缩节胺剂量增多呈“上升-下降”趋势,在H2剂量下表现最好。结果表明,适量喷施缩节胺不仅可以降低棉花株高日增量、减少营养器官干物质占比、提高生殖器官氮素吸收量,还可以增加单铃重,与氮肥互作提高单株结铃数进而提高籽棉产量。

4 结 论

氮肥对棉花单株结铃数与籽棉产量均有显著性差异,氮肥过多则会使棉花生育期滞后,减少养分由营养器官向生殖器官转运,最终降低籽棉产量。缩节胺对棉花籽棉产量存在极显著性差异,喷施缩节胺可以提前棉花开花结铃时间、控制棉花生长、提高生殖器官干物质占比。氮肥与缩节胺对棉花单株结铃数、单铃重与籽棉产量均有显著性影响,适宜的氮肥与缩节胺用量可控制棉花株高,增加棉花生殖器官氮素积累量,提高棉花单株结铃数与单铃重,最终提高籽棉产量。在320 kg/hm2施氮量(纯氮)下全生育期喷施280.5 g/hm2的缩节胺棉花生殖器官氮素积累量最大,单株结铃数最高,有利于产量形成。