氮肥分施比例對(duì)黃河灘地棉花葉片生理特性、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響

馬宗斌， 嚴(yán)根土， 劉桂珍， 黃 群， 李伶俐， 朱 偉

(1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州 450002； 2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽 455000； 3 河南省種子管理站，河南鄭州 450046)

氮肥分施比例對(duì)黃河灘地棉花葉片生理特性、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響

馬宗斌1， 嚴(yán)根土2*， 劉桂珍3， 黃 群2， 李伶俐1， 朱 偉1

(1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州 450002； 2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽 455000； 3 河南省種子管理站，河南鄭州 450046)

黃河灘地肥力較低，土質(zhì)偏沙。為探討黃河灘地棉花適宜的施氮方式，以轉(zhuǎn)雙價(jià)(BtCry1A+CpTI)基因抗蟲雜交棉新品種中棉所72為試驗(yàn)材料，研究了4個(gè)氮肥不同分施比例[基肥 ∶花鈴肥 ∶蓋頂肥分別為0 ∶0.4 ∶0.6(T1)，0.2 ∶0.4 ∶0.4(T2)，0.4 ∶0.4 ∶0.2(T3)，0.6 ∶0.4 ∶0(T4)]對(duì)棉花葉片生理特性、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，隨著氮肥的前移，在葉片展開期，其氮代謝產(chǎn)物(游離氨基酸、可溶性蛋白和全氮)的含量呈增加趨勢；在葉片功能期，氮代謝產(chǎn)物含量呈先上升再下降的趨勢，氮肥分施比例為0.4 ∶0.4 ∶0.2的處理其含量最高；至衰老期和脫落期，氮代謝產(chǎn)物隨著氮肥的前移呈下降趨勢。在不同生育階段，其葉片葉綠素含量以及谷氨酰胺合成酶(GS)、超氧化物歧化酶(SOD)活性與氮代謝產(chǎn)物含量的趨勢相同，而葉片丙二酫(MDA)含量則表現(xiàn)相反。氮肥分施比例為0.4 ∶0.4 ∶0.2(T3)時(shí)，棉花生育中后期干物質(zhì)積累量較大，且分配到生殖器官的比例較高；氮肥前移或后移則表現(xiàn)出相反的趨勢。在本試驗(yàn)條件下，氮肥分施比例為0.4 ∶0.4 ∶0.2(T3)的處理子棉產(chǎn)量最高，分別比T1，T2和T4處理增加11.24%，4.15%和5.47%，且差異達(dá)顯著水平。因此建議在黃河灘區(qū)肥力中等偏下、土質(zhì)偏沙的地塊，棉花施用基肥、花鈴肥和蓋頂肥的比例為0.4 ∶0.4 ∶0.2。

氮肥分施比例； 棉花； 葉片生理特性； 干物質(zhì)積累； 產(chǎn)量

氮素是作物生長所必需的營養(yǎng)元素之一, 當(dāng)前世界各產(chǎn)棉國在棉花施肥方面仍以氮肥為主[1-3]。在棉花生產(chǎn)中，合理運(yùn)籌氮肥一方面可以提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)，同時(shí)，提高氮素利用率, 減少因過量施氮所造成的環(huán)境污染[4-5]。目前，有關(guān)棉花施氮量的研究較多[6-11]，表明不同生態(tài)和土壤條件下適宜的施氮量差異較大，但對(duì)棉花適宜的氮肥分施比例研究較少。馬宗斌等[12]在黃河流域采用盆栽試驗(yàn)研究了氮肥基追比對(duì)抗蟲雜交棉葉片衰老和產(chǎn)量的影響，Yang等[5]在長江流域棉區(qū)研究了棉花生長、產(chǎn)量和生物量對(duì)施氮比例的響應(yīng)，汪玲等[13]在新疆棉區(qū)研究了氮肥施用策略對(duì)膜下滴灌棉花葉片葉綠素含量變化的影響，但各地由于生態(tài)等條件差異較大，研究結(jié)果也不盡一致。

前人開展施氮方式的研究主要是在一般大田或盆栽條件下進(jìn)行。近年來，隨著我國糧食生產(chǎn)戰(zhàn)略的不斷提升，傳統(tǒng)的棉田越來越多的改種糧食作物，棉花生產(chǎn)布局逐漸向鹽堿地和黃河灘區(qū)轉(zhuǎn)移。但黃河灘地土壤條件與一般大田有較大差距，土壤肥力較低，且沙性較強(qiáng)，漏水、漏肥現(xiàn)象嚴(yán)重。在黃河灘地上種植棉花如何進(jìn)行合理的氮肥運(yùn)籌值得進(jìn)一步研究。為此，研究了氮肥分施比例對(duì)棉花葉片生理特性、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響，以期為在黃河灘地發(fā)展棉花生產(chǎn)提供施肥依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2010年在鄭州市惠濟(jì)區(qū)黃河灘區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)地為春白地，土質(zhì)偏沙，肥力較低(表1)。供試品種為轉(zhuǎn)雙價(jià)(BtCry1A+CpTI)基因抗蟲雜交棉新品種中棉所72，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)氮肥分施比例處理，即基肥 ∶花鈴肥 ∶蓋頂肥分別為 0 ∶0.4 ∶0.6 (T1)； 0.2 ∶0.4 ∶0.4(T2)； 0.4 ∶0.4 ∶0.2(T3)；0.6 ∶0.4 ∶0(T4)。T4為目前黃河灘地植棉主要的施氮方式。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。每小區(qū)為7行，行距1.2 m，行長9.0 m，小區(qū)面積為75.6 m2，密度37500 plant/hm2。施氮總量為300 kg/hm2，氮肥用尿素。在整地時(shí)，施入氮肥基肥，同時(shí)施過磷酸鈣 600 kg/hm2、氯化鉀 300 kg/hm2，花鈴肥和蓋頂肥分別在7月1日和7月30日施入。棉花4月20日播種，地膜覆蓋，保留葉枝，其它管理按高產(chǎn)棉田進(jìn)行。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

于7月15日選定棉花當(dāng)天新生的同一節(jié)位主莖葉片掛牌標(biāo)記，在葉齡為10 d、35 d、60 d和葉片脫落期取樣，分別代表葉片展開期、功能期、衰老期和脫落期的棉花葉片，用于測定葉片生理活性指標(biāo)。

表1 供試土壤顆粒組成及養(yǎng)分狀況Table 1 The soil particle constituents and nutrients contents in tested soils

葉片谷氨酰胺合成酶(GS)活性的測定參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[14]的方法；葉片葉綠素(a+ b)含量采用乙醇提取法測定[14]；游離氨基酸用茚三酮比色法[14]；可溶性蛋白用考馬斯亮藍(lán)法[14]；全氮用凱氏定氮法[15]測定。

葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮藍(lán)四唑(NBT)法[16]測定，以反應(yīng)抑制氮藍(lán)四唑光氧化還原50%的酶量為一個(gè)酶活力單位，以U/mg，F(xiàn)W表示；丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸比色法[16]測定,以 μmol/g，F(xiàn)W 表示。

葉面積指數(shù)(LAI)按葉面積= 葉長×葉寬× 0.75 計(jì)算。棉株?duì)I養(yǎng)器官和生殖器官的干物質(zhì)重量采用烘干法測定。

每小區(qū)選定中間2行，調(diào)查成鈴數(shù)。收獲10株絮鈴，測定鈴重和衣分，測定棉花產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0進(jìn)行方差分析，所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1氮肥分施比例對(duì)棉花葉片谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影響

GS是生物氮代謝的關(guān)鍵酶, 它的活性高低直接影響植物對(duì)氮素的同化與再循環(huán)能力。從圖1可以看出，棉花葉片GS活性在功能期升至最高，隨后下降，至脫落期降至最低。氮肥分施比例對(duì)葉片GS活性有一定的影響。在展開期，葉片的GS活性隨著氮肥的前移而上升；在功能期，GS活性隨著氮肥的前移先上升后下降，T3處理最大；而至衰老期和脫落期，GS活性隨著氮肥的前移而下降。方差分析表明，在展開期，T4處理的葉片GS活性顯著高于其余3個(gè)處理；在功能期，T3處理葉片中GS的活性高于T1和T2處理；至衰老期和脫落期，T1處理葉片的GS活性顯著高于T4處理。

2.2 氮肥分施比例對(duì)棉花氮代謝產(chǎn)物的影響

2.2.1 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片游離氨基酸含量的影響 圖2表明，棉花葉片游離氨基酸含量在功能期升至最高，隨后下降，至脫落期降至最低。在展開期，葉片的游離氨基酸含量隨著氮肥的前移而上升；在功能期，游離氨基酸含量隨著氮肥的前移先上升后下降，T3處理最大；而至衰老期和脫落期，游離氨基酸含量隨著氮肥的前移而下降(脫落期T4處理除外)。方差分析表明，在展開期， T4處理的葉片游離氨基酸含量與T1和T2處理差異顯著；在功能期，T2和T3處理的葉片中游離氨基酸含量與T1和T4差異達(dá)到極顯著水平；至衰老期和脫落期，T1處理葉片中游離氨基酸含量顯著高于T3和T4處理。

2.2.2 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片可溶性蛋白含量的影響 由圖3可以看出，棉花葉片可溶性蛋白含量在功能期升至最高，隨后下降，至脫落期降至最低。在展開期，葉片的可溶性蛋白含量隨著氮肥的前移而上升；在功能期，可溶性蛋白含量隨著氮肥的前移先上升后下降，T3處理最大；而至衰老期和脫落期，可溶性蛋白含量隨著氮肥的前移而下降。方差分析表明，在葉片展開期， T4處理的葉片可溶性蛋白含量與其余3個(gè)處理差異顯著；在功能期，T3處理的葉片中可溶性蛋白含量顯著高于T1和T4處理；至衰老期和脫落期， T1和T2處理葉片中可溶性蛋白含量顯著高于T3和T4處理。

圖1 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片GS活性的影響Fig.1 Effects of nitrogen split application ratio on the activities of GS in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0；同一生育時(shí)期圖示標(biāo)注的小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1，T2，T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0，respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

圖2 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片游離氨基酸含量的影響Fig.2 Effects of nitrogen split application ratio on the content of free amino acids in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0；同一生育時(shí)期圖示標(biāo)注的小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

2.2.3 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片全氮含量的影響 由圖4可以看出，棉花葉片全氮含量在展開期和功能期較高，隨后下降，至脫落期降至最低。氮肥分施比例對(duì)葉片全氮含量影響較小。在展開期，葉片全氮含量隨著氮肥的前移小幅上升；在功能期，全氮含量隨著氮肥的前移先小幅上升，T3處理最大，T4處理有所下降；而至衰老期和脫落期，全氮含量隨著氮肥的前移而略有下降。方差分析結(jié)果表明，在葉片展開期， T4處理的葉片全氮含量與T1處理差異顯著；在功能期， T3處理的葉片全氮含量顯著高于T1處理；至衰老期，T1和T2處理顯著高于T3和T4處理；在脫落期，T1處理葉片全氮顯著高于T4處理。

2.3氮肥分施比例對(duì)棉花葉面積指數(shù)(LAI)和葉片葉綠素含量的影響

2.3.1 氮肥分施比例對(duì)棉花LAI的影響 由表2可以看出，不同生育時(shí)期，棉花的LAI在8月15日達(dá)到最大，隨后下降。在6月15日和7月15日，LAI隨著氮肥前移而增加；8月15日，LAI先隨著氮肥前移而增加，T3處理最大，T4處理有所降低；至9月15日，LAI隨著氮肥前移而降低。方差分析表明，在7月15日，T4處理的LAI顯著高于其余3個(gè)處理， T3處理的LAI顯著高于T1處理；到8月15日，T3和T4處理的LAI顯著高于T1和T2處理； 9月15日，T4處理的LAI又顯著低于其余3個(gè)處理。

2.3.2 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片葉綠素含量的影響

圖5顯示，棉花葉片葉綠素含量總體表現(xiàn)為從展開期開始緩慢上升，至功能期達(dá)到最大，隨后下降。在展開期，葉片葉綠素含量隨著氮肥前移呈增加的趨勢；至衰老期和脫落期則表現(xiàn)相反。例如，在脫落期，T1處理的葉綠素含量比T2、T3和T4處理分別增加10.53%、35.48%和42.37%。說明氮肥后移，可以提高衰老期和脫落期的葉綠素含量，延緩衰老。方差分析表明，在展開期，T4處理與T1處理的葉綠素含量差異達(dá)到顯著水平；在功能期，T3處理比T4的葉綠素含量顯著增加；至衰老期，T1處理的葉綠素含量顯著高于T3和T4處理；在脫落期，T1和T2處理顯著高于T3和T4處理。

圖3 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effects of nitrogen split application ratio on the content of soluble protein in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0；同一生育時(shí)期圖示標(biāo)注的小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

圖4 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片全氮含量的影響Fig.4 Effects of nitrogen split application ratio on the content of total N in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一生育時(shí)期圖示標(biāo)注的小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

處理Treatment測定日期Dateofmeasurement15-June15-July15-August15-SeptemberT1022±004aA126±003cC308±020cB274±020aAT2025±002aA134±002bcBC319±016bAB265±018aAT3027±003aA141±003bAB343±020aA261±017aAT4030±002aA153±004aA332±015aA238±016bB

注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一列數(shù)據(jù)后不同的小、大寫字母表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters in the same column indicate significant at the 5% and 1% levels, respectively．

圖5 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片葉綠素(a+b)含量的影響Fig.5 Effects of nitrogen split application ratio on the content of chlorophyll(a+b)in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一生育時(shí)期圖示標(biāo)注的小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

2.4 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片衰老特性的影響

2.4.1 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響 由圖6可見，棉花葉片SOD活性在展開期和功能期較強(qiáng)，隨后下降，脫落期降至最低。在展開期，葉片SOD活性隨著氮肥前移而增加；至衰老期和脫落期，葉片SOD活性則隨著氮肥前移而呈下降的趨勢。說明氮肥后移，可提高葉片中后期的SOD活性，延緩衰老。對(duì)葉片SOD活性進(jìn)行的方差分析表明，在展開期，T4處理顯著高于T1處理；在功能期，T1和T3處理顯著高于T4處理；至衰老期，T1處理顯著高于T3和T4處理；在脫落期，T1處理顯著高于其余3個(gè)處理。

2.4.2 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片丙二醛 (MDA)含量的影響 從圖7可以看出，棉花葉片的MDA含量從展開期開始緩慢下降，至功能期降至最低，隨后迅速上升，至脫落期升至最大。在展開期，葉片MDA含量隨著氮肥前移而下降；在功能期，氮肥不同分施比例處理間差異較??；至衰老期和脫落期，葉片MDA含量有隨著氮肥前移而有上升的趨勢。方差分析表明，在展開期，T1處理的 MDA含量顯著高于T4處理；在功能期，T2處理的MDA含量顯著高于T4處理；在衰老期，T4處理MDA含量顯著高于T1和T2處理；至脫落期，T1處理的MDA含量顯著低于T2和T4處理。說明在生育中后期施入一定量的氮肥，能夠降低膜脂過氧化作用，進(jìn)而延緩葉片的衰老。

2.5 氮肥分施比例對(duì)棉花干物質(zhì)積累的影響

由表3可以看出，在7月15日，隨著氮肥的前移，棉花營養(yǎng)器官和生殖器官的干重逐漸增加。8月15和9月15日的調(diào)查結(jié)果顯示，隨著氮肥的前移，棉花營養(yǎng)器官干重則呈下降趨勢，而生殖器官干重則呈先上升再下降的趨勢，T3處理最大；生殖器官干重占全株干重的比例與生殖器官干重表現(xiàn)出相同的趨勢。方差分析表明，7月15日，T3和T4處理營養(yǎng)器官和生殖器官的干重顯著高于T1和T2處理(T2處理營養(yǎng)器官干重除外)；8月15日，T1處理的營養(yǎng)器官干重顯著高于T3和T4處理，而T3處理的生殖器官的干重顯著高于其余3個(gè)處理；9月15日，T4處理的營養(yǎng)器官干重顯著低于其余3個(gè)處理，T2和T3處理生殖器官的干重顯著高于T1和T4處理。說明在黃河灘地的生產(chǎn)條件下，氮肥的過分前移或后移均不利于棉花生殖器官的發(fā)育，影響棉花產(chǎn)量的形成。

圖6 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片SOD活性的影響Fig.6 Effects of nitrogen split application ratio on the activities of SOD in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一生育時(shí)期圖示標(biāo)注的小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels, respectively．]

圖7 氮肥分施比例對(duì)棉花葉片MDA含量的影響Fig.7 Effects of nitrogen split application ratio on the content of MDA in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0；同一生育時(shí)期圖示標(biāo)注的小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1，T2，T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0，respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

處理Treatment營養(yǎng)器官(kg/hm2)Vegetativeorgans15-Jul．15-Aug．15-Sep．生殖器官(kg/hm2)Reproductiveorgans15-Jul．15-Aug．15-Sep．生殖器官/全株(%)Reproductiveorgans/totalplant15-Jul．15-Aug．15-Sep．T1122741b457864a491727a19096b138584c200957b134623232901T2127925ab448665ab489457a18944b142726c217828a129024133080T3129855a421789c489556a20688a159461a225483a137427433153T4132063a429836bc451569b21252a151695b195734b138626093024

注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一列數(shù)據(jù)后不同的小、大寫字母表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters in the same column indicate significant at the 5% and 1% levels, respectively．

2.6 氮肥分施比例對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

隨著施氮前移，棉花總成鈴數(shù)和鈴重以及籽棉和皮棉產(chǎn)量有先增加再下降趨勢(表4)，T3處理達(dá)到最高，至T4處理又有所下降。其中，T3處理 比T1處理的總成鈴數(shù)、鈴重和籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量分別增加7.97%、2.94%和11.24%、12.01%。T3處理 比T2處理的總成鈴數(shù)、鈴重和籽棉、皮棉產(chǎn)量分別增加3.10%、1.02%和4.15%、3.73%。T3處理 比T4處理的總成鈴數(shù)、鈴重和籽棉、皮棉產(chǎn)量分別增加4.92%、0.51%和5.47%、5.65%。方差分析表明，T3處理的總成鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量顯著高于其它3個(gè)處理，其鈴重顯著高于T1處理，皮棉產(chǎn)量顯著高于T1和T4處理。因此，氮肥前移或后移均不利于提高產(chǎn)量，基肥 ∶花鈴肥 ∶蓋頂肥為0.4 ∶0.4 ∶0.2有利于棉花高產(chǎn)。

表4 氮肥分施比例對(duì)棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of nitrogen split application ratios on the yield and its components of cotton

注(Note): T1、T2、T3和T4分別表示基肥以及花鈴肥和蓋頂肥所占的比例為0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一列數(shù)據(jù)后不同的小、大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0，respectively. Different small and capital letters in the same column indicate significant at the 5% and 1% levels, respectively．

3 討論

葉片光合產(chǎn)物是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，而葉片光合性能與其生理特性密切相關(guān)，氮肥運(yùn)籌又對(duì)棉花葉片生理特性產(chǎn)生重要影響[2,17-18]。目前，有關(guān)施氮水平對(duì)棉花葉片生理特性的影響報(bào)道較多[1-2,19-20]，而氮肥分施比例對(duì)棉花葉片生理特性影響的研究較少。馬宗斌等[12]采用盆栽方法，研究了氮肥基追比對(duì)棉花葉片衰老的影響。結(jié)果表明，與基肥和追肥比例為1 ∶1和2 ∶1相比，基追比為1 ∶2的處理棉花生育后期葉片葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量以及SOD、POD活性相對(duì)較高，而MDA含量較低。汪玲等[13]在南疆棉區(qū)采用膜下滴灌研究了追肥對(duì)棉花生理特性的影響，結(jié)果表明，在蕾期、初花期、盛花期、花鈴期和盛鈴期多次追肥時(shí)，各次施氮量相對(duì)均衡的處理葉片SPAD值較高。本研究結(jié)果表明，在葉片展開期，葉綠素含量、SOD活性和氮代謝產(chǎn)物(游離氨基酸、可溶性蛋白和全氮)的含量隨著氮肥的前移而上升；至衰老期和脫落期，則表現(xiàn)出相反的趨勢。而在葉片功能期，氮代謝產(chǎn)物隨著氮肥的前移先上升再下降，基肥以及花鈴期和蓋頂肥的比例為0.4 ∶0.4 ∶0.2時(shí)達(dá)到最大。葉片MDA含量與SOD活性表現(xiàn)相反。GS/GOGAT(谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶)循環(huán)是植物同化氮的主要途徑[21]，本研究結(jié)果顯示，氮肥分施比例對(duì)葉片GS活性的影響與氮代謝產(chǎn)物的表現(xiàn)一致。

棉花的高產(chǎn)是以較高的生物量為前提，但目前有關(guān)氮肥分施比例對(duì)棉花干物質(zhì)積累影響的報(bào)道較少。Yang等[5]在盆栽條件下，研究了氮肥減量條件下，減少基肥增加盛花肥的比例對(duì)棉花生物量積累的影響，其結(jié)果表明， 氮肥分次施用的比例可以改變生物量的積累進(jìn)程。當(dāng)施氮量從300 kg/hm2減為225 kg/hm2時(shí)，隨著棉花基肥增加和盛花期施肥量的減少，生物量的快速積累期提前，但生物量積累總量較低。在本研究中，隨著氮肥的前移，棉花營養(yǎng)器官干重呈下降趨勢，而生殖器官干重則呈先上升再下降的趨勢，與以上研究有相似之處。

馬宗斌等[12]在黃河流域進(jìn)行了棉花氮肥基追比的盆栽試驗(yàn)。結(jié)果表明，基追比為1 ∶2時(shí)的皮棉產(chǎn)量分別比1 ∶l和2 ∶l處理增加3.66%和7.33%。Yang等[5]的研究認(rèn)為，基肥 ∶初花期 ∶盛花肥為0 ∶4 ∶6時(shí)，可提高棉花生物量、收獲指數(shù)和產(chǎn)量。汪玲等[13]在新疆干旱棉區(qū)棉花膜下滴灌的試驗(yàn)表明，在滿足棉花水分需要的前提下，基施氮肥40%時(shí)，氮肥追施策略為蕾期2次分別追施5.96%和4.47%、花鈴期前期2次追施18.63%和16.4%、花鈴期盛期2次追施4.47%和9.69%時(shí)能獲得最高產(chǎn)量。本研究在黃河灘區(qū)特定的生態(tài)條件下，得出氮肥基肥 ∶花鈴肥 ∶蓋頂肥的分施比例為0.4 ∶0.4 ∶0.2時(shí)棉花產(chǎn)量最高，其增產(chǎn)的主要原因是葉片功能期的GS活性、SOD活性和葉綠素含量較高，MDA含量較低；氮碳代謝能力強(qiáng)，氮代謝產(chǎn)物如游離氨基酸、可溶性蛋白、全氮的含量較高，光合產(chǎn)物積累量較多，且分配到生殖器官的比例較高。目前，黃河灘地植棉規(guī)模較大，追肥主要是采用機(jī)械化，氮肥分施比例多為0.6 ∶0.4 ∶0.0，如果采用0.4 ∶0.4 ∶0.2的比例，要增加一次蓋頂肥，但此時(shí)棉田已封行，機(jī)械追肥難度較大。胡偉等[22]在新疆棉區(qū)的研究表明，在控釋氮肥全部做基肥，播種前深翻，普通氮肥按當(dāng)?shù)亓?xí)慣將70%作為基肥，30%在現(xiàn)花期追施的條件下，將控施氮肥數(shù)量下調(diào)至126 kg/hm2仍可以達(dá)到普通氮肥180 kg/hm2時(shí)的產(chǎn)量水平。因此，在黃河灘區(qū)植棉規(guī)模較大、以機(jī)械化追肥為主、而土壤漏肥又較為嚴(yán)重的條件下，應(yīng)用緩釋肥進(jìn)行簡化施肥的方法值得進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

氮肥分施比例對(duì)棉花葉片生理特性有明顯影響。隨著氮肥的前移，葉片展開期的GS活性、SOD活性和葉綠素、游離氨基酸、可溶性蛋白、全氮含量均呈上升的趨勢；至衰老期和脫落期，則表現(xiàn)為下降趨勢；而在葉片功能期，隨著氮肥的前移，上述生理指標(biāo)呈先上升再下降的趨勢，基肥 ∶花鈴肥 ∶蓋頂肥比例為0.4 ∶0.4 ∶0.2時(shí)最高；在葉片不同生育階段，隨著氮肥的前移，其MDA含量與上述生理指標(biāo)表現(xiàn)相反。

在基肥 ∶花鈴肥 ∶蓋頂肥為0.4 ∶0.4 ∶0.2時(shí)，棉花生育后期干物質(zhì)積累量較大，且分配到生殖器官的比例較高；氮肥前移或后移，則表現(xiàn)出相反的趨勢。因此在黃河灘區(qū)肥力中等偏下、土質(zhì)偏沙的地塊，棉花氮肥以基肥 ∶花鈴肥 ∶蓋頂肥為0.4 ∶0.4 ∶0.2時(shí)有利于提高產(chǎn)量。

[1] 劉瑞顯, 郭文琦, 陳兵林, 等．氮素對(duì)花鈴期干旱及復(fù)水后棉花葉片保護(hù)酶活性和內(nèi)源激素含量的影響[J].作物學(xué)報(bào),2008, 34(9):1598-1607. Liu R X, Guo W Q, Chen B Letal.Effects of nitrogen on the antioxidant enzyme activities and endogenous hormone contents of cotton leaves under drought stress and after soil re-watering during the flowering and boll forming stage[J]. Acta Agron. Sin., 2008, 34(9):1598-1607.

[2] 劉連濤, 李存東, 孫紅春, 等．氮素營養(yǎng)水平對(duì)棉花不同部位葉片衰老的生理效應(yīng)[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2007, 13(5): 910-914. Liu L T, Li C D, Sun H Cetal. Physiological efects of nitrogen nutrition on the senescence of cotton leaves at diferent positions[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2007,13(5): 910-914.

[3] Hou Z, Li P, Li Betal. Effects of fertigation scheme on N uptake and N use efficiency in cotton[J]. Plant Soil, 2007, 290: 115-126.

[4] 凌啟鴻．作物群體質(zhì)量[M]. 上海: 上海科學(xué)技術(shù)出版社, 2000. 178-197. Ling Q H. Crop population quality[M]. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 2000. 178-197.

[5] Yang G Z, Tang H Y, Nie Y C, Zhang X L.Responses of cotton growth, yield, and biomass to nitrogen split application ratio[J]. Eur. J. Agron., 2011, 35(3): 164-170.

[6] 趙新華, 束紅梅, 王友華, 等．施氮量對(duì)棉鈴干物質(zhì)和氮累積及分配的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(4): 888- 897. Zhao X H, Shu H M, Wang Y Hetal. Effects of nitrogen fertilization on accumulation and distribution of dry weight and nitrogen of cotton bolls[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2011, 17 (4) : 888- 897.

[7] 謝志良, 田長彥．膜下滴灌水氮耦合對(duì)棉花干物質(zhì)積累和氮素吸收及水氮利用效率的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(1): 160- 165. Xie Z L, Tian C Y.Coupling effects of water and nitrogen on dry matter accumulation, nitrogen uptake and water-nitrogen use efficiency of cotton undermulched drip irrigation[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2011, 17(1): 160- 165.

[8] 薛曉萍, 王建國, 郭文琦, 等．氮素水平對(duì)初花后棉株生物量、氮素累積特征及氮素利用率動(dòng)態(tài)變化的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(11) : 3631-3640. Xue X P, Wang J G, Guo W Qetal. Effect of nitrogen applied levels on the dynamics of biomass, nitrogen accumulation and nitrogen fertilization recovery rate of cotton after initial flowering[J]. Acta Ecol. Sin., 2006, 26(11) : 3631-3640.

[9] 張順, 陳剛, 房衛(wèi)平, 等．施氮量對(duì)抗蟲棉Bt 蛋白表達(dá)和降解的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2011, 26(6):148-153. Zhang S,Chen G,Fang W Petal. Effects of nitrogen fertilizer rates on expression and degradation of Bt-protein in transgenic cotton[J]. Acta Agric. Boreali-Sin., 2011, 26(6):148-153.

[10] 李伶俐, 房衛(wèi)平, 謝德意, 等．施氮量對(duì)雜交棉干物質(zhì)積累、分配和氮磷鉀吸收、分配與利用的影響[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2010, 22(4)： 347-353. Li L L, Fang W P, Xie D Yetal. Effects of nitrogen application rate on dry matter accumulation and N, P, K uptake and distribution in different organs and utilization of hybrid cotton under high-yield cultivated condition[J]. Cott. Sci., 2010, 22(4): 347-353.

[11] Rochester I, Ceeney S, Maas Setal. Monitoring nitrogen use efficiency in cotton crops[J]. Aust. Cott. Grower, 2009, 30 (2): 42-43.

[12] 馬宗斌, 房衛(wèi)平, 謝德意, 等．氮肥基追比對(duì)抗蟲雜交棉葉片衰老和產(chǎn)量的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào), 2008, 28(10): 2062-2066. Ma Z B, Fang W P, Xie D Yetal. Effects of different ratios of base and topdressing nitrogen fertilizer on the leaves senescence and yield of insect-resistant hybrid cotton[J]. Acta Bot. Bor-Occid. Sin., 2008, 28 (10): 2062-2066.

[13] 汪玲, 朱靖蓉, 楊濤, 等．氮肥施用策略對(duì)膜下滴灌棉花葉片葉綠素含量變化的影響[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2010, 22(5): 454-459. Wang L, Zhu J R, Yang Tetal. Efects of N fertilize strategies on chlorophyll content in leaves of cotton under mulch-film drip irrigation[J]. Cott. Sci., 2010, 22(5): 454-459.

[14] 鄒琦．植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000. 72-75. Zou Q. Handbook of plant physiological experiment[M]. Beijing: China Agculture Press, 2000.72-75.

[15] 鮑士旦．土壤農(nóng)化分析(第三版)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000. Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[16] 李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社, 2000. Li H S. Principles and techniques of plant physiology and biochemistry experiment[M].Beijing: Higher Education Press, 2000.

[17] 馬宗斌, 房衛(wèi)平, 謝德意, 等．氮肥和DPC用量對(duì)棉花葉片葉綠素含量和SPAD值的影響[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2009, 21(3):224-229. Ma Z B, Fang W P, Xie D Yetal. Effects of nitrogen application rates and DPC sparing doses on content of chlorophyll and SPAD value in leaves of cotton (GossypiumhirsutumL.)[J]. Cott. Sci., 2009, 21(3):224-229.

[18] 張海娜, 李存東, 肖凱．氮素對(duì)不同衰老特性棉花品種光合特性和細(xì)胞保護(hù)酶活性的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2008, 23(5): 170-174. Zhang H N, Li C D, Xiao K.The effects of nitrogen on photosynthesis and activities of cellular protection enzymes in cotton cultivars with diferent senescing properties[J]. Acta Agric. Boreali-Sin., 2008, 23(5):170-174.

[19] 朱建芬, 張永江, 孫傳范, 等．氮鉀營養(yǎng)對(duì)棉花主莖功能葉衰老的生理效應(yīng)研究[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2010, 22(4): 354-359. Zhu J F, Zhang Y J, Sun C Fetal. Physiological effects of nitrogen and potassium nutrition on the senescence of cotton functionaI leaves[J]. Cott. Sci., 2010, 22(4): 354-359.

[20] 勾玲, 閆潔, 韓春麗, 等．氮肥對(duì)新疆棉花產(chǎn)量形成期葉片光合特性的調(diào)節(jié)效應(yīng)[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2004,10(5): 488-493. Gou L,Yan J, Han C Letal. Effects of nitrogen rates on photosynthetic characteristics and yield of high-yielding cotton in Xinjiang[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2004, 10(5): 488-493.

[21] 莫良玉, 吳良?xì)g, 陶勤南．高等植物GS/GOGAT循環(huán)研究進(jìn)展[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2001, 7(2): 223-231. Mo L Y, Wu L H, Tao Q N. Research advances on GS/GOGAT cycle in higher plants[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2001, 7(2): 223-231.

[22] 胡偉, 張炎, 胡國智, 等．控釋氮肥對(duì)棉花植株N素吸收、土壤硝態(tài)氮累積及產(chǎn)量的影響[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2011, 23(3): 253-258. Hu W, Zhang Y, Hu G Zetal. Effects of controlled release of N fertilizer on plant tissue N absorption and accumulation of soil nitrate nitrogen and yield of cotton[J]. Cott. Sci., 2011, 23(3): 253-258.

Effectsofsplitnitrogenfertilizationonphysiologicalcharacteristicsofleaves，drymatteraccumulationandyieldofcottoncultivatedintheYellowRiverbottomland

MA Zong-bin1， YAN Gen-tu2*， LIU Gui-zhen3， HUANG Qun2， LI Ling-li1, ZHU Wei1

(1CollegeofAgronomy,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China;2InstituteofCottonResearch,ChineseAcademyofAgriculturalSciences/StateKeyLaboratoryofCottonBiology,Anyang,Henan455000,China; 3SeedAdministrationStationofHenanProvince,Zhengzhou450046,China)

Soils in the Yellow River bottomland of Zhengzhou city’s section are sandy and poor in fertility. To investigate the effects of nitrogen(N)split application ratios on main physiological characteristics of leaves，dry matter accumulation and yield of cotton cultivated in the Yellow River bottomland, we conducted a field experiment using transgenicBtCry1A+CpTIhybrid cotton cultivar, CCRI (China Cotton Research Institute) 72, in 2010. The contents of soil organic matter, total N, available N, available phosphorous and available potassium in 0—20 cm layer are 6.06 g/kg, 0.44 g/kg, 70.80 mg/kg, 9.27 mg/kg and 115.26 mg/kg, respectively. The contents of soil particles (< 0.002 mm, 0.002-0.02 mm and 0.02-2.00 mm) in 0—20 cm soil layer are 12.3%, 28.0%, and 59.7%, respectively. The N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage were 0 ∶0.4 ∶0.6 (T1)，0.2 ∶0.4 ∶0.4 (T2)，0.4 ∶0.4 ∶0.2 (T3) and 0.6 ∶0.4 ∶0(T4), respectively. The amount of N fertilizer was 300 kg/ha of pure N. The experiment was carried out with a completely randomized design with three repetitions. The results show that the contents of N metabolism products (free amino acids, soluble protein and total N) in growing leaves of transgenic cotton tend to be increased with the advanced N fertilization, the N metabolism products tend to be increased firstly then decreased in functional leaves, and the contents of the N metabolism products are highest in leaves under the N split application ratio of 0.4 ∶0.4 ∶0.2 (T3). The contents of the N metabolism products tend to be decreased at the aging stage and shed stage. The content of chlorophyll and the activities of glutamine synthetase (GS), superoxide dismutase (SOD) in leaves appear the similar trends with the N metabolism products, while the content of malondialdehyde (MDA) is just the opposite. The N split application ratio of 0.4 ∶0.4 ∶0.2 (T3) is of advantage to the dry matter accumulation of cotton plant and to the distribution to reproductive organs in the middle and late cotton growing period, and an opposite tendency is displayed with the advanced or postponing N fertilization. Moreover, under the experimental condition of this study, the N split application ratio of 0.4 ∶0.4 ∶0.2 (T3) could increase seed cotton yield by 11.24%，4.15% and 5.47% compared to the ratios of 0 ∶0.4 ∶0.6 (T1), 0.2 ∶0.4 ∶0.4 (T2) and 0.6 ∶0.4 ∶0 (T4), respectively. We suggest that the N split application ratio of 0.4 ∶0.4 ∶0.2 should be used in transgenic cotton fields in the Yellow River bottomland.

nitrogen split application ratio; transgenic cotton; main physiological characteristics of leaves; dry matter accumulation; yield

2012-12-27接受日期2013-03-20

國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2011GB23260002)；轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)(2011ZX08005-003)；河南省科技成果轉(zhuǎn)化計(jì)劃項(xiàng)目(122201110025)資助。

馬宗斌(1965—)，男，河南光山人，博士，教授，主要從事棉花生理生態(tài)研究。Tel: 0371-63558122, E-mail: zongbinma@163.com * 通信作者 Tel: 0372-2562287, E-mail: yangentu@163.com

S562.062.01

A

1008-505X(2013)05-1092-10