施氮量對(duì)棗棉間作棉花干物質(zhì)積累、 產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

阿麗艷·肉孜， 郭仁松， 杜 強(qiáng)， 武 輝， 張巨松*

(1 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052; 2 新疆農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830052)

棗棉間作是目前南疆棉花主產(chǎn)區(qū)普遍推廣的果棉立體種植模式之一，其改變了以往單一棗樹或棉花的平面種植，能有效提高土、 水、 熱、 光資源的利用率，增加經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，有利于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但棗棉間作種植模式中棗樹會(huì)對(duì)棉花產(chǎn)生一定的蔭蔽效應(yīng)，影響棉花生長發(fā)育、 產(chǎn)量以及棉纖維品質(zhì)。光照和氮素是影響棉花生長最為重要的兩個(gè)因素，對(duì)作物生物量的累積、 產(chǎn)量和品質(zhì)有決定性的作用。在生產(chǎn)中氮素營養(yǎng)是調(diào)控作物生長及光合生產(chǎn)的重要手段之一[1-2]。作物的高產(chǎn)是以較高的生物量為前提，而生物量累積又是以氮素吸收為基礎(chǔ)[3]。前人研究認(rèn)為棉花生物量的累積特征符合Logistic模型，氮素對(duì)增長模型的基本形態(tài)影響較小，但對(duì)增長速率影響較大[4-6]，因此可以通過不同的施氮量來調(diào)節(jié)棉花快速生長期的生長特征值，達(dá)到提高產(chǎn)量和品質(zhì)的目的。施氮量過高時(shí)棉花生物量增加幅度變緩，會(huì)降低其品質(zhì)[7]。在產(chǎn)量方面，前人研究指出，作物過多吸收的養(yǎng)分不僅沒有轉(zhuǎn)換成產(chǎn)量，反而影響作物生長，使產(chǎn)量下降，同時(shí)也造成了養(yǎng)分的浪費(fèi)[8]。施氮量對(duì)棉纖維伸長率、 絨長、 馬克隆值影響比較顯著，對(duì)比強(qiáng)度、 整齊度影響較小[9]。弱光會(huì)導(dǎo)致棉纖維馬克隆值及比強(qiáng)度下降，纖維細(xì)度和成熟度降低，棉纖維加長[10-11]。前人對(duì)單作系統(tǒng)中氮肥的影響效應(yīng)研究較為多，而對(duì)間作復(fù)合系統(tǒng)中棉花干物質(zhì)積累和不同部位產(chǎn)量構(gòu)成因素以及棉纖維品質(zhì)的研究較少。本文研究了棗棉間作條件下不同氮素水平對(duì)棉花生物量積累和產(chǎn)量以及棉花植株上、 中、 下不同部位棉纖維品質(zhì)的影響，以期為棗棉間作模式的合理施氮提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 供試土壤基本肥力狀況

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

干物重的測(cè)定 分別于棉花現(xiàn)蕾、 開花、 盛花、 盛鈴和吐絮期采用挖根法取植株樣，挖根深度現(xiàn)蕾期為0—60 cm、 開花期、 盛花為0—140 cm，盛鈴和吐絮期為0—160 cm。在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的近冠和遠(yuǎn)冠區(qū)分別選取有代表性的棉株3株，樣品洗凈后在105℃下殺青30 min，80℃烘至恒重，測(cè)定其干物質(zhì)重。

產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的測(cè)定于9月10日調(diào)查各處理小區(qū)第2膜所有株數(shù)及總鈴數(shù); 10月20日調(diào)查霜前花率，計(jì)算單株有效結(jié)鈴數(shù); 在棉株吐絮時(shí)，選取60個(gè)吐絮鈴，從下到上即在第3果枝(下)、 第4果枝(中)、 和第7果枝(上)3個(gè)部位各取20個(gè)吐絮鈴，稱重得到單鈴重。軋花后將皮棉重量與鈴重相除可得衣分，皮棉產(chǎn)量為收獲株數(shù)、 單株結(jié)鈴數(shù)、 單鈴重和衣分的乘積。

棉纖維品質(zhì)的測(cè)定 取各處理的棉花樣20 g，由農(nóng)業(yè)部棉花質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(烏魯木齊)測(cè)定棉纖維長度、 比強(qiáng)度、 整齊度以及馬克隆值。

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007、 DPS 7.05軟件，LSD法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)棗棉間作棉花根系和地上部干物質(zhì)積累特點(diǎn)的影響

由表2可知，不同施氮處理棉花的干物質(zhì)積累量在近冠區(qū)與遠(yuǎn)冠區(qū)均表現(xiàn)為有為N2>N1>N3>N0，差異顯著，干物質(zhì)快速積累持續(xù)天數(shù)近冠區(qū)與遠(yuǎn)冠區(qū)表現(xiàn)為N2>N1>N0>N3，N3處理的干物質(zhì)積累最大速率出現(xiàn)時(shí)間較早，說明較高施氮量可促進(jìn)棉株提早進(jìn)入旺盛的營養(yǎng)生長期，但由于持續(xù)時(shí)間短，不利于光合產(chǎn)物的積累。

表2 棉花根系和地上部干物質(zhì)積累模型參數(shù)特征值

2.2 施氮量對(duì)棗棉間作棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可以看出，各處理間棉花產(chǎn)量與棉花生長量的趨勢(shì)一致。N2處理的單株結(jié)鈴數(shù)顯著大于其他處理(P>0.05)。單鈴重各處理間均表現(xiàn)為N2>N1>N3>N0，施氮量較低的處理衣分值較高，各處理間皮棉產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平。N0、 N1、 N2、 N3處理皮棉產(chǎn)量近冠區(qū)比遠(yuǎn)冠區(qū)分別少367.0、 256.5、 95.7和132.1 kg/hm2，說明光照對(duì)棉花產(chǎn)量有較大影響。在同一冠區(qū)，N1處理的皮棉產(chǎn)量均低于N2，而N2處理在近冠區(qū)的產(chǎn)量為2076.2 kg/hm2，遠(yuǎn)冠區(qū)為2171.9 kg/hm2，也為N2高于N1，說明氮素和光照均對(duì)棉花產(chǎn)量有顯著影響。

表3 施氮量對(duì)棉花產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.3 施氮量對(duì)棗棉間作棉花不同部位單鈴重和衣分的影響

中氮(N2)與不施氮(N0)處理棉株上部衣分均表現(xiàn)為遠(yuǎn)冠區(qū)大于近冠區(qū)，且近冠區(qū)最大衣分值出現(xiàn)在N1處理，遠(yuǎn)冠區(qū)最大衣分值出現(xiàn)在N3處理; 不同施氮量對(duì)棉株中部衣分無太大影響，遠(yuǎn)冠區(qū)略高于近冠區(qū); 棉株下部近冠區(qū)以N0處理、 遠(yuǎn)冠區(qū)N3處理有較高的衣分，說明遮蔭降低棉花的衣分值，并且上部棉鈴需要較多的氮素用于纖維的形成。

表4 施氮量對(duì)棉花不同部位單鈴重和衣分的影響

2.4 施氮量對(duì)棗棉間作棉花纖維品質(zhì)的影響

2.4.1施氮量對(duì)棗棉間作棉花植株上部棉纖維品質(zhì)的影響 棉纖維整齊度、 比強(qiáng)度、 馬克隆值隨施氮量的提高呈先增后降的趨勢(shì)(表5)。棉纖維長度和比強(qiáng)度在N0、 N1處理表現(xiàn)為近冠區(qū)低于遠(yuǎn)冠區(qū)，N2、 N3則表現(xiàn)為近冠區(qū)高于遠(yuǎn)冠區(qū)，而整齊度與施氮量的關(guān)系與棉纖維長度和比強(qiáng)度的趨勢(shì)相反。各處理近冠區(qū)棉纖維伸長率和馬克隆值小于遠(yuǎn)冠區(qū)。N1、 N2處理的棉纖維長度、 整齊度、 比強(qiáng)度顯著高于N3，說明施氮過多使棉纖維品質(zhì)變劣。馬克隆值是細(xì)度和成熟度的綜合指標(biāo)，馬克隆值大表明成熟度高，纖維粗。因此，栽培上不能單純強(qiáng)調(diào)細(xì)度或成熟度。隨施氮量增加，近冠區(qū)馬克隆值為N2>N1>N0>N3，遠(yuǎn)冠區(qū)為N2>N1>N3>N0，與陳亮等[12]得出的施氮使馬克隆值減小的結(jié)論不一致。

表5 不同氮素處理棉花不同部位的纖維品質(zhì)

2.4.2 施氮量對(duì)棗棉間作棉花植株中部纖維品質(zhì)的影響 如表5所示， 棉纖維整齊度和馬克隆值隨施氮量增加呈先升后降趨勢(shì)，纖維長度和馬克隆值在N0、 N1處理中表現(xiàn)為近冠區(qū)小于遠(yuǎn)冠區(qū)，N2、 N3則相反; 整齊度與施氮量的關(guān)系與纖維長度和馬克隆值相反，并且近冠區(qū)以N1、 遠(yuǎn)冠以N2整齊度最高。纖維比強(qiáng)度近冠區(qū)均大于遠(yuǎn)冠區(qū)，近冠區(qū)纖維比強(qiáng)度隨施氮量增加先增后減，遠(yuǎn)冠區(qū)則呈持續(xù)上升的趨勢(shì)。對(duì)于植株中部的棉纖維來說，施氮量和間作對(duì)其馬克隆值和比強(qiáng)度影響較大。間作遮陰棉花在較低施氮量下有較好的整齊度，較高施氮量下有較好的纖維長度和較高的馬克隆值，同時(shí)遮陰增加了中部植株棉纖維的比強(qiáng)度。

2.4.3 施氮量對(duì)棗棉間作棉花植株下部纖維品質(zhì)的影響 棉纖維長度各處理近冠區(qū)均小于遠(yuǎn)冠區(qū)，N1、 N2與N3差異顯著; 伸長率則是近冠區(qū)大于遠(yuǎn)冠區(qū)，并且表現(xiàn)為N3>N0>N2>N1。比強(qiáng)度隨施氮量的增加呈先升后降的趨勢(shì)，N1、 N2與N0差異顯著。馬克隆值在近冠區(qū)為N1>N2>N3>N0，遠(yuǎn)冠區(qū)則隨施氮量增加而增大，整體呈下部>中部>上部。說明氮肥不足或過多會(huì)增大棉纖維伸長率和短絨指數(shù)，降低其長度和比強(qiáng)度。

3 討論與結(jié)論

作物的高產(chǎn)是以較高的生物量為前提的，說明作物生物量與產(chǎn)量有密切關(guān)系。薛曉萍、 張旺峰等研究表明，棉花生物量動(dòng)態(tài)積累曲線均符合Logistic模型[5, 13]，肥料因子并不改變其生長模型，但可以影響特征參數(shù)，本文與其結(jié)論一致，并且認(rèn)為棉花單株生物量積累對(duì)氮肥反應(yīng)比較敏感。前人的研究結(jié)果顯示，施氮能增加作物產(chǎn)量，但達(dá)一定限度后產(chǎn)量不再增加[14]。農(nóng)林間作下農(nóng)作物產(chǎn)量的試驗(yàn)結(jié)果也不盡相同[15-16]。優(yōu)化氮肥管理措施能夠顯著提高棉花的纖維長度和比強(qiáng)度，并確保馬克隆值處于最優(yōu)的品質(zhì)范圍內(nèi)。在棉花生長的任何時(shí)期遮陰都會(huì)降低纖維比強(qiáng)度、 成熟度和馬克隆值。間作棉花在較低的施氮量條件下有較好的整齊度，在略高施氮量時(shí)有較好的棉纖維長度和比強(qiáng)度以及馬克隆值，同時(shí)遮陰減小了棉纖維伸長率。與棉花植株上部比較，中部棉鈴對(duì)氮的需求較高，并且施氮不足影響的主要指標(biāo)是比強(qiáng)度和馬克隆值，而氮肥過量影響的則是纖維長度和整齊度。對(duì)于間作和氮肥對(duì)棉纖維品質(zhì)的影響程度方面，對(duì)上部和下部的影響大于中部。而中部棉鈴是產(chǎn)量形成的關(guān)鍵部位，因此合理的氮肥調(diào)控不但能保證棉株中層的產(chǎn)量輸出，而且可促進(jìn)上部和下部棉產(chǎn)量和品質(zhì)的最優(yōu)化。

本研究結(jié)果表明，棗棉間作棉花生物量動(dòng)態(tài)積累曲線符合Logistic模型，并且棉花單株生物量積累與根系生物量積累對(duì)氮肥的反應(yīng)更加敏感。近冠區(qū)N2處理可以獲得較高的棉花生物累積量，從而獲得較大的干物質(zhì)積累速率和較早的最大速率出現(xiàn)時(shí)間，利于最終產(chǎn)量的形成。

棗棉間作下施氮能提高棉花單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴重，不同施氮量對(duì)衣分的影響不大，N0和N2處理皮棉產(chǎn)量表現(xiàn)為近冠區(qū)大于遠(yuǎn)冠區(qū)，N1和N3則反之，且不論近冠區(qū)還是遠(yuǎn)冠區(qū)N2產(chǎn)量最高。相比較而言，較高的施氮量能增大上部鈴重和衣分值，但不利于下部棉鈴的生長發(fā)育，因此可根據(jù)品種和株型來確定適宜的氮肥用量。本試驗(yàn)認(rèn)為，在棗棉間作條件下，過量施氮更易加重棉花受互作效應(yīng)中不利因素的脅迫程度，因此總施氮量在450 kg/hm2為宜。

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