不同海岛棉品种产量及纤维品质对氮肥的响应

段松江,彭增莹,申莹莹,木丽迪尔·拜波拉提,吴一凡,崔建平,张巨松

(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】新疆是我国唯一的海岛棉生产基地[1],近年来总产稳中有升[2]。但随着产量的增加,氮肥的投入也随之增加,会导致部分氮肥因淋溶而流失[3],氮素作为植物生长必需的三大营养元素之一,其对棉花的生长发育及产量的影响受到关注,研究近20年来新疆育成的海岛棉品种在不同氮肥水平下的产量及品质的表现,筛选优质高产的海岛棉品种并为其搭配合理的施氮量,对海岛棉选育和高产栽培均具有重要意义。【前人研究进展】研究表明[4]低氮条件下会显著降低棉花株高和主茎节数,并且主要通过降低单株结铃数来降低产量。随着施氮量的增加,棉花株高、主茎叶数、果枝数、单株结铃数呈逐渐上升的趋势[5],石洪亮等[6]研究表明,新疆南疆施氮量为300 kg/hm2时,棉花单株结铃数多,单铃质量大,籽棉产量高。作物的品种不同,对氮肥施用的反应不尽相同[7]。对小麦[8,9]、水稻[10,11]、玉米[12,13]等作物不同品种间对氮肥响应有相应的结果。在不同氮肥水平下棉花种质间氮素吸收效率等12个性状指标均存在显著性差异[14],不同基因型棉花品种产量、品质及生长发育存在差异[15]。娄善伟等[16]研究发现,不同棉花品种在不同氮肥水平下均有差异,尤其在低氮水平下,优质高产的棉花品种能发挥自身潜力,保证产量。不同棉花品种产量与氮素利用率达到最优时最佳施氮量有很大差异[17]。【本研究切入点】目前针对有关海岛棉研究甚少,陆地棉研究较多,陆地棉虽能获得更高产量,但其纤维品质相比较于海岛棉差距大[18],而海岛棉具有纤维细长、强度高,是纺织高档织物的重要材料[19]。需在不显著降低产量的情况下尽可能减少氮肥投入和提高纤维质量[20]。【拟解决的关键问题】以近20年来育成的12个海岛棉品种为材料,研究不同氮肥水平下各海岛棉品种间农艺性状、产量性状及纤维品质间的差异,分析性状之间相关性,筛选出高产优质的海岛棉品种并科学搭配最优施氮量,为提升海岛棉品种增产潜力提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021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,40°06′N,80°44′E,海拔 1 025 m,属于温暖带大陆性干旱气候。日照时间长,蒸发量大;土壤质地为沙壤土。表1

表1 土壤基础肥力

以近20年来育成的12个海岛棉品种为材料。表2

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用双因素裂区试验设计,主区为施氮水平:N0(0 kg/hm2)、N240(240 kg/hm2)、N480(480 kg/hm2),副区为12个海岛棉品种。采用1膜6行(66+10)cm种植模式,株距为11 cm,膜宽2.1 m,滴灌毛管铺设为1膜3管(滴孔间距20 cm,滴管出水量2.1 L/h),小区长7 m,宽2.3 m,面积32.2 m2,理论密度23.7×104株/hm2,播种时间2021年4月16日,打顶时间7月15日,其他田间管理同当地大田生产。

表 2 参试材料及供种单位

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 农艺性状

在海岛棉花铃期(打顶后10 d),每小区均选取长势均匀的棉株10株,调查各小区棉花品种的株高、叶片数、果枝数、蕾铃花个数。

1.2.2.2 蕾铃脱落率

在8月15日(蕾铃脱落峰期后),每小区选取10株长势均匀的棉株,调查各小区总蕾铃个数与干枯蕾铃数。

蕾铃脱落率=干枯蕾铃数/总蕾铃数×100%。

1.2.2.3 产量及产量构成因素

各处理吐絮后,每小区选取具有代表性的棉田,调查株数,结铃数,最后计算得到单株结铃数,分上(11果枝及以上30朵)、中(6～10果枝40朵)、下(1～5果枝30朵)取样,共100朵,测其单铃重、衣分。

1.2.2.4 纤维品质

各处理棉花样品使用皮辊轧花机获得皮棉,随机选取20 g皮棉送往农业农村部棉花质量监督检验测试中心(乌鲁木齐)检测,测其上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率、马克隆值等。

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整理数据并绘图。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥水平下海岛棉品种间农艺性状的差异

研究表明,不同氮肥水平对果枝数有极显著影响,对叶片数和蕾铃花有显著性影响,而对株高无显著影响。随施氮量的增加,各品种株高、叶片数、果枝数总体呈逐渐上升的趋势,而蕾花铃随施氮量的增加呈先上升后降低趋势,N240、N480较N0各指标分别增加1.2%、3.4%、6.9%、9.0%,1.8%、6.0%、7.8%和6.7%。果枝和蕾铃花变异系数(CV)呈现下降趋势,氮肥可以将降低海岛棉品种间果枝和蕾铃花的变异程度。不同品种间株高、叶片数、果枝数、蕾花铃均达到极显著影响,株高和叶片数均表现为新海28号最好,果枝数和蕾铃花则表现为棉城10号最好,而新海14号和新海35号各项指标均表现较差。表3

表 3 不同氮肥水平下不同品种农艺性状变化

2.2 不同氮肥水平下海岛棉品种间蕾铃脱落率的差异

研究表明,不同氮肥处理下平均蕾铃脱落率表现为N240

图 1 不同品种在不同施氮水平下

2.3 不同氮肥水平下海岛棉品种间产量构成因素差异

研究表明,氮肥对单株结铃数和籽棉产量存在显著影响,品种间单株结铃数、单铃重与籽棉产量均表现显著影响,氮肥与品种互作均未达到显著性影响。随着施氮水平的提高,各品种单株结铃数与籽棉产量均表现为逐渐上升或“上升-下降”的趋势,表现为N240>N480>N0,N240、N480水平下单株结铃数与籽棉产量整体较N0分别增加9.0%、9.0%,12.0%、10.6%。单铃重与衣分在各氮肥水平下无明显变化规律,单株结铃数与籽棉产量变异系数(CV)随施氮量的增加呈下降趋势,施氮可以弥补各品种间单株结铃数与籽棉产量的差距。品种间,棉城10号、新海28号在3个氮肥水平下单株结铃数、单铃重具有明显优势,均高于其他品种,籽棉产量高;新海14号、新海24号单株结铃数与单铃重表现较差,导致籽棉产量较低,棉城10号和新海28号较新海14号、新海24号籽棉产量增幅分别为33.9%、35.5%、36.3%、38.4%、43.0%、36.5%和24.5%、24.4%、19.0%、28.6%、31.3%和19.1%。籽棉产量在施氮量为332.2 kg/hm2时达到最高,为5 025.1 kg/hm2。表4,图2

图 2 施氮水平与籽棉产量的关系

2.4 不同氮肥水平下海岛棉品种间纤维品质差异

研究表明,氮肥对海岛棉上半部平均长度有显著性影响,而海岛棉品种间品质性状均达到极显著性水平。上半部平均长度表现为随施氮量的增加而降低,且变化较为明显,其他性状在不同氮肥水平下无明显的变化规律。不同品种间,上半部平均长度、整齐度、断裂比强度、马克隆值在3个氮肥水平下均以新海45号、新海28号最好,平均分别在40 mm、88%、45 cN/tex以上,且马克隆值达到A级标准。而伸长率表现则相反,新海14号和新海21号显著高于其他品种,3个氮水平下平均为12.3%,新海28号、新海45号表现较差,分别为9.2%、3.8,9.0%和3.8。表5

2.5 农艺性状、产量性状及纤维品质相关性

研究表明,果枝数与蕾铃花呈极显著(P<0.01)相关,与单株结铃数呈显著性(P<0.05)相关水平,籽棉产量与株高存在显著(P<0.05)相关,与单株结铃数、衣分达到极显著(P<0.01)相关性,海岛棉品种通过提高株高获得更多果枝数与单株结铃数,最终达到增产目的,但会降低其衣分。上部平均长度、整齐度、断裂比强度三者之间均存在极显著(P<0.01)正相关,均与伸长率、马克隆值均存在负相关性,但与马克隆值存在极显著负(P<0.01)相关性,而伸长率只与断裂比强度存在极显著(P<0.01)负相关性。籽棉产量与纤维品质两者未达到显著相关,单铃重与衣分、马克隆值呈显著(P<0.05)负相关。表6

表 4 不同氮肥水平下不同海岛棉品种籽棉产量及产量构成因素变化

3 讨 论

农艺性状是判断植株生长发育的重要指标[16]。适宜的施氮量不仅能提高株高、叶片数、果枝数及结铃数[21],还能降低蕾铃脱落率[22]。尔晨等[23]研究发现,施肥量高于300 kg /hm2,株高、叶片数及单株结铃数无显著差异。研究表明,各项农艺指标随施氮量的增加显著提高,株高、叶片数、果枝数总体呈逐渐上升的趋势,蕾铃花呈“上升-下降”趋势;不同品种间各个农艺指标表现迥异,可能由于品种遗产特性不同,性状表现不同。棉花有效铃数与施氮量呈正相关,蕾铃脱落率与施氮量达到显著负相关性[24],研究与其结果一致,各品种单株结铃数均表现为施氮处理大于不施氮处理,与蕾铃脱落呈负相关,各品种蕾铃脱落率表现为施氮处理显著小于不施氮处理,施肥增加单株结铃数原因是降低了蕾铃脱落率。

生产中对棉花品质的重视程度不断提升[25]。毛树春等[26]已分析过2018～2020年新疆棉花三年间马克隆值、平均长度整齐度、断裂比强度平均值表现。研究[27]发现纤维长度、马克隆值随施氮水平的增加呈开口向下的单峰曲线,300～450 kg/hm2的氮肥投入增产效果最显著,纤维品质较优,过高则会显著降低纤维的强力。在施氮量为300～375 kg/hm2时能获得最佳的纤维品质[28]。研究表明,氮肥只对上半部纤维长度有显著性影响,在不同氮肥水平下各品种均值表现为上半部纤维长度与整齐度随施氮量的增加逐渐降低,马克隆值与伸长率呈“二次曲线”关系,而断裂比强度表现为随施氮量的增加缓慢上升,而品种间均存在极显著性差异,棉花纤维品质主要由遗传特性决定。

合理施用氮肥不仅是挖掘棉花增产潜力的重要措施,也是在最大程度上减少氮肥投入的重要手段[29]。产量构成因素主要由单株结铃数、单铃重、衣分决定,其中单株结铃数对产量贡献最大[30],研究也表现为氮肥主要通过改变单株结铃数来获得更高的籽棉产量,对单铃重与衣分无显著影响,在施氮量为240 kg/hm2时总体产量达到最大,平均为4 983.7 kg/hm2;不同海岛棉品种单株结铃数、单铃重及籽棉产量达显著性差异,不同品种籽棉产量主要受单株结铃数、单铃重的影响,棉城10号与新海28号籽棉产量表现较好,尤其棉城10号产量最高,最高达6 164.4 kg/hm2。棉花产量构成与品质受多种因素控制,不仅与施氮量有关,还受品种遗产特性影响,施氮显著提高了单铃重、单株结铃数和籽棉产量,但不同品种对增产的响应不同[31]。氮素和棉花品种水平对株高、籽棉单铃重和籽棉产量均有显著影响,氮素水平与棉花品种间的交互作用对株高和成铃数无显著影响,对单铃重和籽棉产量有显著影响[32]。研究略有不同,氮肥水平与品种交互只对农艺指标有显著影响,而对产量构成因素与品质无显著影响。

4 结 论

施氮量为240 kg/hm2时海岛棉能获得最高产量,超过其施氮量产量有下降趋势,在332.2 kg/hm2的施氮水平下海岛棉籽棉产量达到最高,为5 025.1 kg/hm2;新海28号、棉城10号农艺性状综合表现优异,能在不同氮肥水平下保持相对较低的蕾铃脱落率来保证结铃数;新海28号、新海45号在不同氮肥水平下获得较高产量的同时保证较好的纤维品质;棉城10号、新海28号在不同氮肥水平下籽棉产量均表现突出。