棉花植株氮素含量與干物質(zhì)積累的相關(guān)性

婁善偉，馬騰飛，托合提·艾買提，張懷軍，王大光， 邊 洋，司地克江，張鵬忠

(1.國(guó)家棉花工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830091；2.精河縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆精河 833300)

0 引 言

【研究的意義】新疆植棉面積在166.67×104hm2(2 500萬(wàn)畝)以上，2016年棉花產(chǎn)量達(dá)359×104t，超過(guò)全國(guó)總產(chǎn)量的67%，植棉地位極其重要。氮是植物生長(zhǎng)所必須的大量元素之一，也是棉花增產(chǎn)的關(guān)鍵因素，由于棉農(nóng)對(duì)棉花產(chǎn)量的持續(xù)追求，導(dǎo)致施肥增加，投入量已超過(guò)400 kg/hm2[1]。研究表明，同一物種不同基因型品種存在氮效率的差異，而如何判斷氮效的高低，植株干物質(zhì)量是其一個(gè)重要的指標(biāo)，通過(guò)分析干物質(zhì)重和氮素積累量之間的關(guān)系，可以更好的指導(dǎo)施肥，減少肥料浪費(fèi)，同時(shí)也為篩選氮高效品種探索新的方法和方式。【前人研究進(jìn)展】關(guān)于棉花干物質(zhì)與養(yǎng)分的研究相對(duì)較多，棉花干物質(zhì)和養(yǎng)分積累是器官分化和產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]，了解棉花干物質(zhì)積累分配及養(yǎng)分吸收規(guī)律，對(duì)于棉花合理施肥具有指導(dǎo)意義。葉欣等[3]通過(guò)不同品種棉花干物質(zhì)積累差異對(duì)比研究，得出開(kāi)花期至吐絮期是干物質(zhì)積累的關(guān)鍵時(shí)期，盛鈴期對(duì)氮肥需求量最大。郭仁松等[4]研究發(fā)現(xiàn)干物質(zhì)在生長(zhǎng)前期主要分配于根、莖和葉等營(yíng)養(yǎng)器官，后期分配于蕾鈴等生殖器官；養(yǎng)分的吸收與分配則是前期逐漸增加，吐絮后下降，但受不同栽培方式的影響。鄭德明等[5]對(duì)南疆棉花干物質(zhì)積累展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)棉花一生中的干物質(zhì)積累總趨勢(shì)前期略快，花鈴期較健，后期下降緩慢。【本研究切入點(diǎn)】上述研究都比較深入的討論了干物質(zhì)和養(yǎng)分的變化規(guī)律，但二者之間相關(guān)聯(lián)系的研究卻甚少。氮素的消耗很大程度上是用于植株的生長(zhǎng)即物質(zhì)積累，所以，物質(zhì)的積累情況影響到氮效，首先，氮素含量與干物質(zhì)積累量在一定范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)成正比；其次，根、莖、葉干物質(zhì)的分配情況應(yīng)當(dāng)影響著氮素的積累；不同生長(zhǎng)時(shí)期以及生殖生長(zhǎng)會(huì)對(duì)氮素積累的產(chǎn)生影響。研究棉株氮素含量與干物質(zhì)積累之間的相關(guān)性?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】棉株氮素含量與干物質(zhì)積累之間的相關(guān)性不明，通過(guò)對(duì)其關(guān)系研究，為植株氮素轉(zhuǎn)化機(jī)理的探索提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2016年在庫(kù)爾勒地區(qū)進(jìn)行，庫(kù)爾勒屬暖溫帶大陸性干旱氣候，總?cè)照諗?shù)2 990 h，無(wú)霜期平均210 d，年平均氣溫11.4℃，最低為-28℃，年平均降水量58.6 mm，年最大蒸發(fā)為2 788.2 mm，主導(dǎo)風(fēng)向東北風(fēng)適宜多種農(nóng)作物生長(zhǎng)。試驗(yàn)點(diǎn)土壤為壤土,耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為17.5 g/kg,堿解氮26.6 mg/kg,速效磷24.4 mg/kg ,速效鉀175 mg/kg。棉花品種為4個(gè)，分別為：富全3號(hào)、中棉48號(hào)、中棉35號(hào)、天雜2號(hào)，其中中棉48號(hào)和天雜2號(hào)為雜交棉，其他為普通陸地棉。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因子隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。4月11日播種，基肥為尿素270 kg/hm2，磷酸二銨225 kg/hm2，硫酸鉀75 kg/hm2，追施尿素330 kg/hm2，采用寬膜覆蓋，一膜六行，小區(qū)面積22.5 m2，試驗(yàn)地總長(zhǎng)度為31 m，總寬度為10 m，其他管理不變。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目1.2.2.1 生育進(jìn)程與農(nóng)藝性狀

調(diào)查各處理的生育期，自3葉期開(kāi)始調(diào)查測(cè)定各處理在不同生育時(shí)期的株高、主莖葉片數(shù)、果枝數(shù)、葉枝數(shù)、現(xiàn)蕾數(shù)、成鈴數(shù)。

1.2.2.2 干物質(zhì)積累

從3葉期開(kāi)始，選6株棉花分根、莖、葉、蕾、花鈴等器官放入烘箱內(nèi)于105℃下殺青0.5 h后調(diào)溫至75℃～80℃下烘干48 h，待冷卻稱重。

1.2.2.3 植株養(yǎng)分吸收

結(jié)合干物質(zhì)的測(cè)定，將棉株各器官分根、莖、葉、蕾、鈴等分開(kāi)，樣品進(jìn)行室內(nèi)鉀測(cè)定。植株全鉀的測(cè)定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計(jì)法。

1.2.2.4 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量

吐絮后實(shí)收小區(qū)產(chǎn)量，并選取50吐絮鈴(分上、中、下果枝部位)測(cè)其鈴重和衣分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel與DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種棉花的干物質(zhì)積累和氮素積累

研究表明，在相同的水肥管理?xiàng)l件下，不同品種的氮素積累量存在一定的差異，其中天雜2號(hào)品種氮素積累量在花鈴期(6月中旬至8月中旬)相比常規(guī)棉品種要略高，最高時(shí)可高出131 mg/株，其次為中棉所35號(hào)，一直保持較高的氮素積累量，但各品種氮素積累量的趨勢(shì)一致。在干物質(zhì)積累上，各品種隨著生長(zhǎng)時(shí)間的推移積累量不斷增加，中棉所35號(hào)和天雜2號(hào)一直保持較高的干物質(zhì)積累量，尤其是盛花后，與其他品種差距逐漸增大，最大分別高出富全3號(hào)3 769和3 510 kg/hm2。圖1，圖2

圖1 不同品種氮素積累
Fig.1 Accumulation of nitrogen in different varieties

圖2 不同品種的干物質(zhì)積累
Fig.2 Accumulation of dry matter in different varieties

2.2 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段棉花干物質(zhì)積累與氮素積累的關(guān)系

研究表明，各棉花品種在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段單株氮素的積累量與干物質(zhì)積累呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.899以上，其中天雜2號(hào)的相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.999 8，其次為中棉所35號(hào)，這與二者在花鈴期前干物質(zhì)積累維持較高趨勢(shì)相一致，說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段氮素的吸收積累很大程度是維持了植株生長(zhǎng)，增加了植株的干物質(zhì)量，在一定范圍內(nèi)，氮素積累的越多，植株生長(zhǎng)量越高。圖3～6

圖3 富全3號(hào)干物質(zhì)與單株N含量關(guān)系
Fig.3 Relationship between dry matter and individual plant N content in Fu Cheng 3

圖4 中棉48號(hào)干物質(zhì)與單株N含量關(guān)系
Fig.4 Relationship between dry matter and individual plant N content in Zhong Mian 48

圖5 中棉35號(hào)干物質(zhì)與單株N含量關(guān)系
Fig.5 Relationship between dry matter and individual plant N content in Zhong Mian 35

圖6 天雜2號(hào)干物質(zhì)與單株N含量關(guān)系
Fig.6 Relationship between dry matter and individual plant N content in Tian Za 2

2.3 生殖生長(zhǎng)階段棉花干物質(zhì)積累與氮素積累的關(guān)系

研究表明，進(jìn)入生殖階段后，各品種的植株氮素含量明顯下降，富全2號(hào)降低了271 mg/株，其次為中棉48號(hào)和35號(hào)，分布降低了247和297 mg/株，天雜2號(hào)下降最大，達(dá)到410 mg/株，而干物質(zhì)積累卻依然持續(xù)增加，其中天雜2號(hào)增加了5 342 kg/hm2，其次為中棉35號(hào)，這說(shuō)明干物質(zhì)積累量與氮素積累之間的關(guān)系發(fā)生改變，不再具有線性關(guān)系，生殖生長(zhǎng)引起氮素分配的變化，在此階段氮素的吸收、利用變的復(fù)雜，無(wú)法通過(guò)干物質(zhì)重來(lái)判斷氮素量。圖7～10

圖7 富全3號(hào)干物質(zhì)與單株N含量變化
Fig.7 The changes of N content in dry matter and individual plant about Fu Quan3

圖8 中棉48號(hào)干物質(zhì)與單株N含量變化
Fig.8 The changes of N content in dry matter and individual plant about Zhong Mian48

圖9 中棉35號(hào)干物質(zhì)與單株N含量變化
Fig.9 The changes of N content in dry matter and individual plant about Zhong Mian 35

圖10 天雜2號(hào)干物質(zhì)與單株N含量變化
Fig.10 The changes of N content in dry matter and individual plant about Tian Za2

2.4 地上部不同器官干物質(zhì)與氮素含量情況

研究表明，蕾期氮素含量與干物質(zhì)積累量以葉片最高，其次為莖，生殖器官最少，且不同器官氮素與干物質(zhì)含量呈正相關(guān)；不同品種中，中棉35號(hào)氮素和干物質(zhì)的積累量最高，分別為10.36 g/hm2和1 549.88 kg/hm2，說(shuō)明其植株健壯，現(xiàn)蕾快?；ㄢ徠谏称鞴俚牡睾棵黠@增加，比重超過(guò)總量的50%，其次為葉片，莖次之，干物質(zhì)積累上莖、葉和生殖器官所占比重基本相當(dāng)，氮素與干物質(zhì)二者的相關(guān)性不在明顯；品種間中棉48號(hào)氮含量最高，為53.29 g/hm2，中棉35號(hào)干物質(zhì)量最高，為8 886.38 kg/hm2，此階段營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)旺盛，是棉花生產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期。到見(jiàn)絮時(shí)，氮素含量仍以生殖器官為最高，但總量有所下降，莖、葉器官具有相同趨勢(shì)，而干物質(zhì)積累上生殖器官明顯增多，莖、葉則變化不大；品種間天雜2號(hào)的氮素含量和干物質(zhì)積累量最高，此階段以生殖生長(zhǎng)為主，對(duì)產(chǎn)量影響很大。表1

表1 不同器官干物質(zhì)和氮素含量變化
Table 1 Contents of dry matter and nitrogen in different organs

處理Treat莖 Stem葉 Leaf生殖器官 ReproductiveorganN(g/hm2)干物質(zhì)Drymatter(kg/hm2)N(g/hm2)干物質(zhì)Drymatter(kg/hm2)N(g/hm2)干物質(zhì)Drymatter(kg/hm2)蕾期Floweringperiod富全3號(hào)14745075733834750541575中棉48號(hào)1483618842768063035975中棉35號(hào)22256550713955131012925天雜2號(hào)1644320072677138032863花鈴期FlowerandBollStage富全3號(hào)40229458111922145941997240413中棉48號(hào)60131708115412467693187266063中棉35號(hào)38036005614622811382634247444天雜2號(hào)21237788813032584132309235688初絮期Bollopeningstage富全3號(hào)2741693137021546881094550800中棉48號(hào)2352022756401823631322623175中棉35號(hào)2502853006542125501215729563天雜2號(hào)3143117389172306631233632663

3 討 論

棉花干物質(zhì)的累積是以養(yǎng)分的吸收為前提，所以二者之間有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，但實(shí)際研究中卻很少涉及二者之間關(guān)系。物質(zhì)積累是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，其間物質(zhì)分配與協(xié)調(diào)的好壞直接影響到棉花群體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的形成[6-7]。祝珍珍等[8]分析了國(guó)內(nèi)棉花干物質(zhì)的積累與分配，寧志真等[9]對(duì)南疆膜下滴灌棉花干物質(zhì)積累規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，干物質(zhì)積累過(guò)程均可用Logistic曲線方程表達(dá)。而從棉花生長(zhǎng)發(fā)育各時(shí)期的干物質(zhì)積累百分比來(lái)看，棉花苗期生長(zhǎng)緩慢，干物質(zhì)積累占1.5%～2%，蕾期干物質(zhì)積累迅速增加，占總量的13%～16%，花鈴期是積累干物質(zhì)最多的時(shí)期，占棉花一生總干物質(zhì)積累量的65%～70%，吐絮期下降到占總量的16%～18%，也符合“S”型增長(zhǎng)曲線[10-11]，而研究盡管品種不同，之間干物質(zhì)最大值相差達(dá)3 769 kg/hm2，但干物質(zhì)積累趨勢(shì)相同，均屬于上述模式，明確了干物質(zhì)積累的基本規(guī)律。在氮素研究方面，關(guān)注點(diǎn)則多在氮素的利用方面，褚坤燕等[12]研究過(guò)棉花氮肥利用效率，分析了氮與葉綠素、植株生物量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系。謝德意等[13]通過(guò)添加有機(jī)肥發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)分利用效率和氮肥利用率隨施氮量增加而下降，而配施雞糞的氮肥利用率比施等氮量化肥處理略有提高。張旺鋒等[14]對(duì)氮肥與高產(chǎn)棉花群體光合性能做過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)隨氮肥量的增加群體光合速率增強(qiáng)。而我國(guó)氮肥的利用效率普遍在30%左右，相比發(fā)達(dá)國(guó)家并不高[15]。結(jié)合干物質(zhì)，薛曉萍等[16]研究了不同施氮水平下棉花生物量動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)特征，得出棉花生物量的增長(zhǎng)對(duì)氮肥施用量較為敏感，合理施氮棉田具有快速增長(zhǎng)期啟動(dòng)早、持續(xù)時(shí)間短、增長(zhǎng)速率大等特征，但未進(jìn)一步分析二者之間關(guān)系。氮素的消耗很大程度上是用于植株的生長(zhǎng)即物質(zhì)積累，所以，物質(zhì)的積累情況影響到氮效。進(jìn)一步研究表明，棉花氮素累積量總體呈增加趨勢(shì)，但植株中氮素相對(duì)含量隨生育期延長(zhǎng)而降低，其變化趨勢(shì)為前期積累少，蕾期迅速增大，初花期減緩，花鈴期達(dá)到高峰，見(jiàn)絮期又有所減少，且蕾期前的生育階段干物質(zhì)與氮素呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)可高達(dá)0.999 8，葉片氮素含量最高，莖次之，進(jìn)入花鈴期后，蕾花鈴等生殖器官的氮素積累變?yōu)樽罡?，而氮素與干物質(zhì)積累不再有相關(guān)性。

4 結(jié) 論

4.1 雜交棉在氮素和干物質(zhì)積累上與普通陸地棉相比具有一定的優(yōu)勢(shì)。

4.2 在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，干物質(zhì)積累量與氮素含量之間存在線性關(guān)系，可以通過(guò)施氮促進(jìn)棉株生長(zhǎng)，反之，可以通過(guò)植株生物量來(lái)判斷不同品種的氮效率。

4.3 蕾期氮素含量與干物質(zhì)積累量以葉片最高，其次為莖，生殖器官最少，花鈴期后生殖器官最高，葉次之，莖最少。

>4.4 花鈴期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)旺盛，是棉花生產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，養(yǎng)分與物質(zhì)分配在各器官中比較均衡，進(jìn)入生殖生長(zhǎng)后，干物質(zhì)積累量不斷增加，但氮素的分配變的復(fù)雜。

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