遮蔭條件下氮肥運(yùn)籌對(duì)棉花生長(zhǎng)和氮素積累的影響

鄭劍超， 閆曼曼， 張巨松*， 高麗麗， 石洪亮， 鄭 慧， 張玉玲

(1新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，教育部棉花工程研究中心，新疆烏魯木齊 830052;2新疆喀什岳普湖縣農(nóng)技推廣中心，新疆喀什 844000)

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遮蔭條件下氮肥運(yùn)籌對(duì)棉花生長(zhǎng)和氮素積累的影響

鄭劍超1， 閆曼曼1， 張巨松1*， 高麗麗1， 石洪亮1， 鄭 慧1， 張玉玲2

(1新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，教育部棉花工程研究中心，新疆烏魯木齊 830052;2新疆喀什岳普湖縣農(nóng)技推廣中心，新疆喀什 844000)

表1　各處理氮肥施用時(shí)期和用量Table 1　Nitrogen application periods and rates of different treatments

棉花; 遮蔭; 氮肥運(yùn)籌; 生物量; 氮素積累

作物的高產(chǎn)、 優(yōu)質(zhì)是以較高的生物量為前提的[3-5]，而生物量的累積是以養(yǎng)分吸收為基礎(chǔ)[6]，且養(yǎng)分吸收與生物量的積累關(guān)系密切[7]。氮素營(yíng)養(yǎng)是調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要手段，氮肥前移比例增加使棉花現(xiàn)蕾晚，初花和吐絮早，進(jìn)而縮短生育期[8]。大量研究表明，環(huán)境條件如光照、 氮肥等對(duì)生長(zhǎng)模型(Logistic模型)的影響較小，但對(duì)其生長(zhǎng)特征值的影響較大[9-10]，因此合理的氮肥運(yùn)籌可以改變作物生物量和氮素的積累過(guò)程，優(yōu)化各器官氮素的積累和分配[2,11]，同時(shí)增加作物產(chǎn)量和氮肥利用率[12-13]。棉花生長(zhǎng)前期氮肥比例的增加使其生物量和氮素積累快速生長(zhǎng)期啟動(dòng)的時(shí)間提前[14]，因此可以通過(guò)氮肥運(yùn)籌來(lái)改善果棉間作下棉花快速生長(zhǎng)期的生長(zhǎng)特征值，以縮短生育期，增加霜前花率，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。關(guān)于棉花氮肥運(yùn)籌方面，前人已從不同角度進(jìn)行了大量研究[15-17]，但在遮蔭下不同氮肥運(yùn)籌對(duì)棉花養(yǎng)分運(yùn)移特征的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本試驗(yàn)在南疆地區(qū)普遍采用的果棉間作模式下，研究氮肥運(yùn)籌對(duì)弱光脅迫下棉花生物量、 氮素累積的影響，以期為果棉間作下棉花合理施用氮肥提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以中棉所49為試材，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為遮蔭50%(S50)和不遮蔭(CK)兩個(gè)處理; 副區(qū)為不同氮肥運(yùn)籌，分別為N1(氮肥前移)、N2(正常追肥)、N3(氮肥前移比例大于N1)，總施氮量為N320kg/hm2[18]，其中，160kg/hm2基施，160kg/hm2按表1隨機(jī)追施。每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為36m2(4.5m×8m)，4月8日播種，4月18日出苗，5月20日(出苗后33d)開(kāi)始遮蔭(白色遮陽(yáng)網(wǎng)，高2m)，至吐絮結(jié)束。2次DPC(縮節(jié)安)化控，7月1日(出苗后73d)打頂。每個(gè)小區(qū)三播幅。行株距配置: [(20+50+20)+60]cm×10cm，理論密度為26.67×104plant/hm2。全生育期灌溉定額4500m3/hm2，共滴水7次?；适㎞160kg/hm2、 三料磷肥(含P2O546%)347kg/hm2和硫酸鉀(含K2O51%)75kg/hm2，追肥全部為尿素(含N46%)，隨水滴施。其他田間管理同大田。

表1　各處理氮肥施用時(shí)期和用量Table 1　Nitrogen application periods and rates of different treatments

為驗(yàn)證遮蔭處理的效果，從5月20日遮蔭后用EL-USB-1溫濕度記錄儀(Lascarelectronics，US)在遮蔭與不遮蔭處理中各選具有代表性的3個(gè)點(diǎn)，距地面高0.5m，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每小時(shí)記錄一次，重復(fù)3次(圖1)。并用CIRAS-2型便攜式光合儀(PPSystems，US)在出苗后64、 69、 76、 98、 109、 128d的每天中午13: 00測(cè)遮蔭與不遮蔭處理的光合有效輻射(PAR)，重復(fù)15次。從圖2可以看出，試驗(yàn)處理的光照達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖1　遮蔭與對(duì)照處理的溫、 濕度變化Fig.1　Temperature and humidity changes under the shading and CK

圖2　遮蔭與對(duì)照處理的光合有效輻射變化Fig.2　PAR changes under the shading and CK

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 生物量積累及全氮含量的測(cè)定每次追施氮肥后的第5d，在各處理選代表性棉株4株，按葉、 莖、 蕾、 鈴殼和棉纖維等不同器官分開(kāi)，于105℃殺青30min，80℃烘至恒重，測(cè)定其干物質(zhì)重。烘干的棉株樣品經(jīng)粉碎，過(guò)0.5mm篩，備用。同時(shí)用奈氏比色法測(cè)定棉株不同部位的全氮含量。

1.2.2 棉花產(chǎn)量的測(cè)定收獲時(shí)調(diào)查每小區(qū)中間10行的株數(shù)及總成鈴數(shù)，每小區(qū)分上、 中、 下果枝分別取吐絮棉桃各30朵，依次測(cè)定其單鈴重和衣分，以各小區(qū)收獲實(shí)際株數(shù)(各處理間無(wú)顯著性差異)和單鈴重及衣分計(jì)算皮棉產(chǎn)量。

1.3數(shù)據(jù)處理

營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量=盛鈴期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量-吐絮期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量。

營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移率(%)=營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量/營(yíng)養(yǎng)器官氮素總積累量×100。

營(yíng)養(yǎng)器官氮素貢獻(xiàn)率(%)=營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量/吐絮期纖維氮素積累量×100。

采用Microsoft2010和DPS7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和分析，用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2　結(jié)果與分析

2.1氮肥運(yùn)籌對(duì)遮蔭條件下棉花產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，遮蔭50%(S50)與不遮蔭(CK)相比，棉花單株鈴數(shù)、 單鈴重和衣分顯著降低(P<0.05)，皮棉產(chǎn)量平均減少35.61%。遮蔭50%時(shí)，N1處理的單株鈴數(shù)比N2、N3分別增加13.64%和18.83%，單鈴重分別增加7.02%和13.12%，皮棉產(chǎn)量分別提高18.90%和29.07%，均達(dá)顯著水平。而在不遮蔭條件下，N2處理的單鈴重、 單株鈴數(shù)最大; 皮棉產(chǎn)量比N1、N3處理分別提高13.03%和23.67%，差異顯著。

2.2氮肥運(yùn)籌對(duì)遮蔭條件下棉株地上部生物量積累與分配的影響

表2　遮蔭條件下不同氮肥運(yùn)籌棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 2　Yield and yield components of cotton under the shading with different topdressing operations

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

圖3　不同處理棉花地上部生物量積累動(dòng)態(tài)Fig.3　Dynamic of aboveground biomass of cotton under different treatments

2.2.2 棉株地上部營(yíng)養(yǎng)器官生物量的積累由表3可以看出，用Logistic模型對(duì)棉花地上部營(yíng)養(yǎng)器官生物量的動(dòng)態(tài)分析表明，遮蔭50%與不遮蔭相比，營(yíng)養(yǎng)器官生物量理論最大值和最大生長(zhǎng)速率較大。遮蔭50%時(shí)，N1處理的地上部營(yíng)養(yǎng)器官生物量進(jìn)入快速增長(zhǎng)期起始日和結(jié)束日、 最大生長(zhǎng)速率出現(xiàn)日早，生長(zhǎng)特征值較大，說(shuō)明弱光脅迫下N1處理可增加棉花營(yíng)養(yǎng)體生物量的積累，快速增長(zhǎng)期結(jié)束日提前，可使棉花加快向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，提前吐絮。而不遮蔭條件下，以N2處理的棉株地上部營(yíng)養(yǎng)器官的最大生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)特征值較大。表明弱光脅迫下棉花的營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)前期需較多的氮肥來(lái)適應(yīng)弱光

環(huán)境，從而保證地上部營(yíng)養(yǎng)器官生物量積累。

2.3氮肥運(yùn)籌對(duì)遮蔭條件下棉株地上部氮素積累與分配的影響

表3　地上部營(yíng)養(yǎng)器官生物量動(dòng)態(tài)累積模型參數(shù)特征值Table 3　Eigenvalues of the dynamic models of aboveground biomass accumulation of vegetative organs

注(Note):t—棉花出苗后的天數(shù)Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花生物量積累量Thecottondrymatteraccumulation(g/plant).Vm—最大生長(zhǎng)速率Themaximumgrowthrate;t0—最大生長(zhǎng)速率出現(xiàn)時(shí)間Thetimeofthemaximumaccumulationrateoccurred;t1—進(jìn)入快速增長(zhǎng)期時(shí)間拐點(diǎn)Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidaccumulation;t2—結(jié)束快速增長(zhǎng)期時(shí)間拐點(diǎn)Theendtimeofinflectionpointofrapidaccumulation;Δt—快速增長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間Thelastingtimeofrapidgrowth;GT—快速增長(zhǎng)期生長(zhǎng)特征值Theeigenvalueofrapidgrowth.**—P<0.01.

表4　生殖器官生物量動(dòng)態(tài)累積模型參數(shù)特征值Table 4　Eigenvalues of the dynamic models of reproductive organ biomass accumulation

注(Note):t—棉花出苗后的天數(shù)Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花生物量積累量Thecottondrymatteraccumulation(g/plant).Vm—最大生長(zhǎng)速率Themaximumgrowthrate;t0—最大生長(zhǎng)速率出現(xiàn)時(shí)間Thetimeofthemaximumaccumulationrateoccurred;t1—進(jìn)入快速增長(zhǎng)期時(shí)間拐點(diǎn)Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidgrowth;t2—結(jié)束快速增長(zhǎng)期時(shí)間拐點(diǎn)Theendtimeofinflectionpointofrapidgrowth;Δt—快速增長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間Thelastingtimeofrapidgrowth;GT—快速增長(zhǎng)期生長(zhǎng)特征值Theeigenvalueofrapidgrowth.**—P<0.01．

表5　地上部氮素動(dòng)態(tài)累積模型參數(shù)特征值Table 5　Eigenvalues of the dynamic models of aboveground nitrogen accumulation

注(Note):t—棉花出苗后的天數(shù)Thedaysaftertheemergenceofcotton(d);y—棉花氮積累量Thecottonnitrogenaccumulation(g/plant).Vm—氮最大積累速率Themaximumaccumulationrateofnitrogen;t0—氮最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間Thetimeofthemaximumnitrogenaccumulationrateoccurred;t1—進(jìn)入快速積累期時(shí)間拐點(diǎn)Thebeginningtimeofinflectionpointofrapidgrowth;t2—結(jié)束快速積累期時(shí)間拐點(diǎn)Theendtimeofinflectionpointofrapidgrowth;Δt—氮快速積累持續(xù)天數(shù)Thelastingdaysofrapidnitrogenaccumulation;GT—快速增長(zhǎng)期生長(zhǎng)特征值Therapidgrowtheigenvalue.*—P<0.05;**—P<0.01.

2.4氮肥運(yùn)籌對(duì)遮蔭條件下棉株不同生育階段氮凈吸收量和凈轉(zhuǎn)移量的影響

圖4　氮肥運(yùn)籌對(duì)遮蔭條件下不同器官中氮素分配的影響Fig.4　Effects of the nitrogen application on distribution of nitrogen in each organ under the shading

器官Organ處理組合Treatment出苗期現(xiàn)蕾期Sd-Bd(kg/hm2)現(xiàn)蕾期初花期Bd-Fl(kg/hm2)初花期盛鈴期Fl-Fb(kg/hm2)盛鈴期吐絮期Fb-Bo(kg/hm2)總凈吸收量Totalnetabsorption(kg/hm2)總凈轉(zhuǎn)移量Totalnettransfer(kg/hm2)轉(zhuǎn)移率Transferrate(%)貢獻(xiàn)率Contr.rate(%)葉CKN162.59b23.12d54.54b-83.93b140.25b-83.93b59.85c54.75cLeafCKN266.32a9.03e70.36a-101.35a145.71a-101.35a69.55a60.57abCKN365.53ab12.05e46.29c-82.64bc123.87c-82.64bc66.72b46.79dS50N132.11c100.52a15.14d-88.02b147.77a-88.02b59.57c64.03aS50N232.16c73.26c11.76d-59.73c117.17d-59.73c50.97d57.28bcS50N330.62c89.60b3.79e-46.69d124.01c-46.69d37.65e54.93c莖CKN115.90ab23.04c12.78b-17.91b51.72b-17.91b34.63b11.68abStemCKN213.45bc24.93c16.43a-23.92a54.81b-23.92a43.65a14.30aCKN316.57a8.03d10.85b-10.64c35.45d-10.64c30.02c6.02cdS50N111.36cd57.14a5.45c-10.04c73.95a-10.04c13.58d7.30cdS50N29.71de33.34b11.94b-8.23c54.99b-8.23c14.97d7.89bcS50N37.84e30.46b2.02d-3.02d40.32c-3.02d7.50e3.56d鈴殼CKN184.95b-17.64a84.95b-17.64a20.77b11.51aShellCKN256.05c-15.98ab56.05c-15.98ab28.51a9.55abCKN393.49a-13.01b93.49a-13.01b13.92d7.37bS50N124.70de-4.20c24.70de-4.20c17.00c3.06cS50N227.57d-2.70cd27.57d-2.70cd9.79e2.59cS50N321.63e-0.89d21.63e-0.89d4.11f1.05c棉纖維CKN171.20b153.30c71.20bFiberCKN288.02a167.33b88.02aCKN350.33c176.64a50.33cS50N119.73d137.46d19.73dS50N215.77de104.27e15.77deS50N313.49e85.01f13.49e

注(Note):Sd—出苗期Seeding;Bd—現(xiàn)蕾期Budding;Fl—初花期Flowering;Fb—盛鈴期Fullboll;Bo—吐絮期Bollopening. 正值表示積累量Positivevaluesmeannetabsorption; 負(fù)值表示轉(zhuǎn)移量Negativevaluesmeannettransfer. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

3　討論

產(chǎn)量與棉株?duì)I養(yǎng)體從快速增長(zhǎng)起始日到最大生長(zhǎng)速率出現(xiàn)日期間的生物量呈正相關(guān)，即提高此期間的營(yíng)養(yǎng)體生物量是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。將棉花最終產(chǎn)量與前期營(yíng)養(yǎng)體生物量進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，遮蔭50%條件下，以7月3日相關(guān)性較好(R2=0.95); 正常光照下(不遮蔭)，以7月19日相關(guān)性較好(R2=0.85)，比遮蔭晚16d。從圖1也可以看出，由于遮蔭下通風(fēng)透氣較差，使總體濕度和溫度增加，因而有利于營(yíng)養(yǎng)器官的快速生長(zhǎng)。產(chǎn)量表現(xiàn)為遮蔭50%下適度氮肥前移和正常光照下大田正常追施肥最高。所以根據(jù)本研究，在生產(chǎn)上針對(duì)新疆南疆地區(qū)的杏棉、 棗棉間作，棉花氮肥的追施應(yīng)適度前移(N1)，以滿(mǎn)足棉株前期快速生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，后期提前結(jié)束，可避免棉花貪青晚熟。Logistic生長(zhǎng)模型畢竟是一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，它預(yù)測(cè)效果的準(zhǔn)確性及生物學(xué)意義主要取決于參數(shù)擬合的精確度及數(shù)據(jù)的真實(shí)性。由于遮蔭模式不同和環(huán)境復(fù)雜多樣，所以不同的研究預(yù)測(cè)結(jié)果也存在一定的差異。因此，有關(guān)弱光下氮肥運(yùn)籌對(duì)棉花生物量、 氮素積累與分配的影響還需進(jìn)一步的研究。

4　結(jié)論

棉株生物量和氮素積累對(duì)光照和氮肥反應(yīng)敏感，葉的氮凈吸收量、 凈轉(zhuǎn)移量和對(duì)棉纖維的貢獻(xiàn)最大。遮蔭50%條件下，氮肥追施適度前移(N1)，即提前至盛蕾期(6月中下旬)開(kāi)始追肥，在盛鈴期(8月上旬)前結(jié)束，可有效地增加棉株單株鈴數(shù)、 單鈴重; 遮蔭50%時(shí)營(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官生物量進(jìn)入快速增長(zhǎng)期起始日和結(jié)束日、 最大生長(zhǎng)速率出現(xiàn)日均提前，總氮積累量理論最大值、 生長(zhǎng)特征值較大，氮快速積累持續(xù)天數(shù)較長(zhǎng)，確保了營(yíng)養(yǎng)器官中氮的凈吸收和凈轉(zhuǎn)移量，保證了棉花生長(zhǎng)較高的代謝水平，營(yíng)養(yǎng)器官對(duì)棉纖維的貢獻(xiàn)最大，為棉花在弱光脅迫下獲得高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

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Effectsofnitrogenapplicationongrowthandnitrogenaccumulationofcottonundershadingcondition

ZHENGJian-chao1,YANMan-man1,ZHANGJu-song1*,GAOLi-li1,SHIHong-liang1,ZHENGHui1,ZHANGYu-ling2

(1 College of Agronomy of Xinjiang Agricultural University/Research Center of Cotton Engineering, Urumqi, Xinjiang 830052,China;2 Extension Center of Agricultural Techniques of Yuepuhu County, Kashi, Xinjiang 84400,China)

【Objectives】Latematurationisoftenhappenedincottonintercroppedwithfruit,whichcauseslowerpre-frostlintpercentage,theyieldisdeclinedseriously.Reasonablenitrogenfertilizertopdressingcouldregulateandcontrolthegrowingprocessofcotton,optimizeaccumulationanddistributionofbiomassandnitrogeninorgans.Thestudywillprovidetheorybasisforreasonablenitrogenapplicationfortheintercroppingcotton. 【Methods】ThecottoncultivarwasZhangmain49,thefeildexperimentwasperformedwithsplitplotdesign.Themainareaswere50%shading(S50)andnotshading(CK).ThesplitareaswereN1 (earliertopdressing),N2 (normaltopdressing)andN3 (moreproportionofearliertopdressednitrogenthanN1).Totalnitrogenwas320kg/hm2,halfofthemwastopdressedwithirrigation.ThedetailsoftopdrossingdateandamontwaslistedinTable1.Effectsofthenitrogenapplicationondynamicaccumulationcharacteristicsofbiomassandnitrogenundertheshadingwerestudied.【Results】ComparedwithCK,thetheoreticalmaximumbiomassandgrowthratesofthevegetativeorganswerehigher,whilethetheoreticalmaximumbiomass,growthratesandgrowtheigenvaluesofreproductiveorgansbiomassweresmallerunderhalfshadding.Therapidaccumulationoftotalnitrogenarose5-8dinadvance,bollnumber,bollweightandlintpercentagewerereducedsignificantly,lintyieldwasreducedby35.61%inaverageundertheshadingof50%.Underthe50%shading,thestartandfinishoftherapidgrowthratesofthevegetativeandreproductiveorgansunderN1wereahead,andthetheoreticalmaximumbiomassofthereproductiveorganswereinorderofN1>N2>N3.Thetheoreticalmaximumnitrogenaccumulation,thelastingdaysofrapidnitrogenaccumulationandgrowtheigenvaluesarethelargestinN1,whichwasbonefitedtothenetabsorption,thenettransferofnitrogenandcontributiontothefibernitrogenforvegetativeorgans,andthelintyieldishigherthanthoseofN2andN3by18.90%and29.07%.UnderCK,themaximumgrowthratesandgrowtheigenvaluesofabovegroundvegetativeorgansbiomassofN2arethelargest,andthetheoreticalmaximumofnitrogenaccumulation,thelastingdaysoftherapidnitrogenaccumulationandgrowtheigenvalueswerethelargest,too.Bollnumberandbollweightwerethehighest,andthelintyieldis13.03%and23.67%higherthanthoseofN1andN3. 【Conclusions】Inconditionof50%shading,theealiernitrogentopdressing(N1),namely,beginningatthefullbuddingstage(inthemiddleandlasttendaysofJune),endingbeforethefullbollstage(inthefirsttendaysofAugust),couldimprovetheeigenvaluesoftherapidgrowthperiodundertheshading,increasecottonbiomassandnitrogenaccumulationsignificantly,behelpfultonetnitrogenabsorption,nettransferandcontributiontothecottonfiberinvegetativeorgans,andincreasebollnumberperplant,bollweightandyieldfinally.

cotton;shading;nitrogenapplication;biomass;nitrogenaccumulation

2014-10-14接受日期: 2014-11-26網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-07-17

國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃—果棉立體高效種植模式與關(guān)鍵技術(shù)研究(2009BADA4B01-3); 新疆維吾爾自治區(qū)“十二五”科技支撐項(xiàng)目(201231102)資助。

鄭劍超(1989—)，男，四川成都人，碩士研究生，主要從事棉花高產(chǎn)栽培生理方面的研究。E-mail:zgxjzjc@126.com

E-mail:xjndzjs@163.com

S562

A

1008-505X(2016)01-0094-10