非充分灌溉下氮肥對棉花蕾鈴消減及產(chǎn)量的影響

竇海濤，石洪亮，李春艷，向 勤，張巨松

(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)

新疆不但是全國產(chǎn)棉大省，而且是干旱地區(qū)，還是我國目前最重要的內(nèi)陸灌溉棉區(qū)。氣候條件優(yōu)越，光熱及氣候條件適宜棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。膜下灌溉技術(shù)以其先進的節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、增效和改善作物品質(zhì)等優(yōu)點，促進了新疆棉花生產(chǎn)的發(fā)展[2-3]。然而目前新疆的棉花膜下灌溉理論和技術(shù)還不完善，在節(jié)水灌溉與氮肥施用方面還沒有形成完整的技術(shù)體系。近年來，為了提高棉花產(chǎn)量，棉農(nóng)在生產(chǎn)上常常更傾向于增施氮肥來獲得高產(chǎn)，甚至超過棉花生長所需，造成了貪青晚熟，產(chǎn)量和品質(zhì)大幅度下降，水肥利用率不高，生產(chǎn)成本增加及生態(tài)環(huán)境惡化等問題，已成為影響新疆棉花優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)的突出問題[4-6]，因此研究水氮分配技術(shù)備受關(guān)注。開展灌溉量與氮肥對棉花生長發(fā)育的影響的研究，總結(jié)水氮分配對棉花產(chǎn)量的影響具有重要的意義。研究表明，在棉花生長前期，適當?shù)乃置{迫可有效降低棉花主莖高度，有助于蕾花鈴的生長發(fā)育，提高生殖器官生物量所占比例，增加優(yōu)質(zhì)成鈴數(shù)，有利于提高棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)[7-9]。此外，水分脅迫對棉花植株的影響與葉片光合作用密切相關(guān)[10-11]，研究表明，棉花幼苗期持續(xù)水分脅迫對葉片光合能力無顯著影響，但高度持續(xù)水分脅迫會造成葉片光合能力下降和光合系統(tǒng)受到抑制[12-13]。目前，有關(guān)水氮分配的研究主要集中在增產(chǎn)方面，但是有關(guān)非充分灌溉下氮肥對棉花生長發(fā)育的影響進而影響產(chǎn)量的增加效率研究較少。采用灌溉技術(shù)可有效地調(diào)節(jié)土壤水分，控制棉花生長過程中氮肥的施用量，實現(xiàn)膜下灌溉棉花高產(chǎn)高效。研究針對新疆棉區(qū)棉花生產(chǎn)現(xiàn)狀，在探討水分脅迫和不施用氮肥處理以及施用氮肥處理的棉花植株生長發(fā)育的同時，調(diào)節(jié)植株生長狀態(tài)實現(xiàn)產(chǎn)量增加效率最大化，為干旱區(qū)精準水氮分配管理提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2015—2016年在新疆阿克蘇市阿瓦提縣新疆農(nóng)科院經(jīng)濟作物研究所棉花綜合試驗基地進行。該地處于天山南麓，塔克拉瑪干大沙漠北緣，阿克蘇河、葉爾羌河與喀什噶爾河的沖積平原上。地里坐標為東經(jīng)79°45′～81°05′，北緯39°30′～40°50′，海拔1 028～1 064 m，年平均降雨量64.7 mm，年平均蒸發(fā)量為2 497.4 mm,年均日照時數(shù)2 878 h,≥10℃的積溫4 252.2℃，無霜期205 d。地下水位2.0～2.5 m。屬暖溫帶大陸性干旱氣候。試驗地土質(zhì)為砂壤土，試驗地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分見表1。基肥為：尿素施用總量的20%，顆粒狀過磷酸鈣300 kg·hm-2，農(nóng)用顆粒鉀肥150 kg·hm-2；追肥：全部施用尿素(總量的80%)，不同處理具體水氮分配見表2。兩年分別在4月8日、4月12號機械播種。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用裂區(qū)試驗設(shè)計，主區(qū)為總灌溉量，分別為2 800、3 800 m3·hm-2；副區(qū)為4個施氮(純N)水平，即0、150、300、450 kg·hm-2，分別用N0、N1、N2、N3表示。供試棉花(GossypiumhirsutumL)品種為新陸中54。采用機采棉種植模式，行距配置(66+10) cm，株距11 cm，理論株數(shù)為24.25 萬株·hm-2，長6.5 m，寬6.9 m，小區(qū)(3膜)面積44.85 m2，重復(fù)3次，重復(fù)間距50 cm，占地面積為1 131.6 m2。5月20日灌頭水，每隔7～8 d澆水一次，本試驗共灌水10次，縮節(jié)胺調(diào)控6次，7月10日打頂，其他管理措施按大田生產(chǎn)進行。

表1 實驗地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分

表2 不同處理水氮分配表

1.3 測試項目及方法

1.3.1 生育進程 記載出苗期、現(xiàn)蕾期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期、吐絮期的時間。

1.3.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查 在試驗小區(qū)內(nèi)選擇長勢均勻具有代表性區(qū)域定2個樣點，每點選定連續(xù)6株，內(nèi)外行各6株。自現(xiàn)蕾期開始每隔10天調(diào)查棉花現(xiàn)蕾數(shù)、成鈴數(shù)。

1.3.3 “三桃” 分別于7月15日、8月15日、9月5日調(diào)查伏前桃、伏桃、秋桃數(shù)量。

1.3.4 產(chǎn)量及構(gòu)成因素 收獲期每個處理選取3個樣點"每樣點面積2.0 m×3.0 m，調(diào)查樣點全部株數(shù)和鈴數(shù),折算出單株結(jié)鈴數(shù)和單位面積總鈴數(shù),每個樣點選取內(nèi)外行各6株長勢一致、具有代表性棉株，收取全部棉鈴，分開裝袋、稱重，計算單鈴重。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Office2016和spss 19.0分析處理數(shù)據(jù)，用excel 2016進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉水平下氮肥對棉花生育時期及生育進程的影響

如表3、4所示，在2 800、3 800 m3·hm-2處理下的不同氮肥棉花生育進程從播種到現(xiàn)蕾期保持一致。在盛蕾期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育進程平均提前0.5 d；在初花期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育進程平均提前0.5 d；在盛花期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育進程平均提前1 d；在盛鈴期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育進程平均提前0.25 d；在吐絮期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育進程平均提前0.75 d；在棉花生育期，同3 800 m3·hm-2相比，2 800 m3·hm-2生育進程平均提前2～2.75 d，兩年試驗結(jié)果大致趨勢一致。綜上所述，2 800、3 800 m3·hm-2處理下的不同氮肥棉花生育階段與生育時期在花鈴期出現(xiàn)顯著差異。表明棉花在不同灌溉量和氮肥的處理下，對蕾期之前生長影響不大。在花鈴期，2 800、3 800 m3·hm-2處理下N0、N1營養(yǎng)生長緩慢，與其他處理相比，生育時期縮短，N2、N3營養(yǎng)生長旺盛，與其他處理相比，生育期延長。進一步分析認為，南疆新陸中54號棉花生育期保持在159 d左右為宜。

表3 生育進程

2.2 不同灌溉水平下氮肥對棉花現(xiàn)蕾數(shù)的影響

如圖1、2所示，各處理棉花現(xiàn)蕾數(shù)差異顯著。同一氮肥處理下，隨著灌溉量的增加棉花現(xiàn)蕾數(shù)增加，與灌溉量2 800 m3·hm-2相比，3 800 m3·hm-2處理現(xiàn)蕾數(shù)平均增加了1.69個。同一灌溉量下，不同處理隨著氮肥的增加現(xiàn)蕾強度呈現(xiàn)先上升后降低的單峰曲線，在盛蕾期達到峰值。不同氮肥處理現(xiàn)蕾數(shù)表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0；在2 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3處理較N0處理分別增加了11.67%、29.45%、23.76%；在3 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3處理較N0處理分別增加了11.14%、25.37%、21.76%；2 800 m3·hm-2較3 800 m3·hm-2灌溉量下N1、N2、N3處理現(xiàn)蕾強度增加效果顯著，分別增加了4.75%、16.11%、9.22%。兩年試驗結(jié)果證明大致趨勢一致。綜上所述，2 800 m3·hm-2較3 800 m3·hm-2灌溉量的現(xiàn)蕾數(shù)增加率有顯著差異。表明2 800 m3·hm-2灌溉量現(xiàn)蕾數(shù)低于3 800 m3·hm-2灌溉量現(xiàn)蕾數(shù)，但是2 800 m3·hm-2灌溉量現(xiàn)蕾數(shù)的增加率高于3 800 m3·hm-2灌溉量現(xiàn)蕾數(shù)的增加率，一定程度上節(jié)約資源并且提高產(chǎn)量。進一步分析認為，適時施肥灌水有利于棉花生殖生長，提高現(xiàn)蕾數(shù)，進一步提高產(chǎn)量。

表4 生育階段

圖1 不同灌溉水平下氮肥對棉花現(xiàn)蕾數(shù)的影響

圖2不同灌溉水平下氮肥對棉花現(xiàn)蕾強度的影響

Fig.2 Effect of nitrogen fertilizer on budding strength of cotton under different irrigation levels

2.3 不同灌溉水平下氮肥對棉花成鈴數(shù)的影響

如圖3、4所示，各處理棉花成鈴數(shù)差異顯著。同一氮肥處理下，隨著灌溉量的增加棉花成鈴數(shù)增加，與灌溉量2 800 m3·hm-2相比，3 800 m3·hm-2處理成鈴數(shù)平均增加了1.58個。同一灌溉量下，不同處理隨著氮肥的增加成鈴強度呈現(xiàn)先上升后降低的單峰曲線，在播種后第81天達到峰值。不同氮肥處理成鈴數(shù)表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0；在2 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3處理較N0處理分別增加了7.60%、24.90%、17.50%；在3 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3處理較N0處理分別增加了7.41%、22.26%、16.30%；2 800 m3·hm-2較3 800 m3·hm-2灌溉量下N1、N2、N3處理增加效果顯著，分別增加了2.62%、11.87%、7.36%。兩年試驗結(jié)果證明大致趨勢一致。綜上所述，2 800 m3·hm-2較3 800 m3·hm-2灌溉量的成鈴數(shù)增加率有顯著差異。盡管2 800 m3·hm-2成鈴數(shù)低，但是成鈴率高于3 800 m3·hm-2成鈴數(shù)。表明合理施肥適時灌水利于棉鈴生長，提高成鈴強度。進一步分析認為，在花鈴期關(guān)鍵時期適時施肥、灌水促進棉鈴結(jié)鈴率，提高棉花產(chǎn)量。

2.4 不同灌溉水平下氮肥對棉花“三桃”比例的影響

在新疆試驗所在地區(qū),伏前桃指7月15日以前形成的棉鈴(直徑大于2 cm),7月16日至8月15日所形成的棉鈴稱為伏桃,8月16日以后形成的棉鈴稱為秋桃。不同灌溉量和氮肥處理下對棉花 “三桃”比例均有一定影響。不同處理下的棉花 “三桃”成鈴數(shù)及其占總鈴數(shù)的比例均以伏桃最多，伏前桃次之，秋桃最少。如圖5所示，各處理“三桃”比例出現(xiàn)顯著差異。隨著氮肥的增加，與灌溉量2 800 m3·hm-2相比，3 800 m3·hm-2灌溉量處理下伏前桃比例平均增加了3.24%，伏桃平均降低了8.73%，秋桃平均增加了5.50%。同一灌溉量下，隨著氮肥的增加，伏前桃表現(xiàn)為N0>N1>N2>N3，伏桃表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0，秋桃表現(xiàn)為N3>N2>N1>N0。兩年試驗結(jié)果證明大致趨勢一致。綜上所述，在苗期對棉花進行適當?shù)母珊得{迫處理,有利于控制棉花長勢,調(diào)節(jié)生殖器官的分布,使最佳結(jié)鈴期內(nèi)的有效成鈴率增加,提高優(yōu)質(zhì)棉花的比率。進一步分析認為，棉花前期適量控制水分,限制棉花前期莖、葉、枝的生長,不僅有利于提高產(chǎn)量,而且有利于提高優(yōu)質(zhì)棉的比例。

圖3不同灌溉水平下氮肥對棉花成鈴數(shù)的影響

Fig.3 Effect of nitrogen fertilizer on boll number of cotton under different irrigation levels

圖4 不同灌溉水平下氮肥對棉花成鈴強度的影響

圖5不同灌溉水平下氮肥對棉花“三桃”比例的影響

Fig.5 Effect of nitrogen fertilizer on proportion of “three peach” of cotton under different irrigation levels

2.5 不同灌溉水平下氮肥對棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

如表5所示，各處理棉花產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素存在差異顯著。同一氮肥處理下，隨著灌溉量的增加棉花產(chǎn)量增加，與灌溉量2 800 m3·hm-2相比，3 800 m3·hm-2處理產(chǎn)量平均增加了2.85%。同一灌溉量下，不同處理隨著氮肥的增加產(chǎn)量呈現(xiàn)N2>N3>N1>N0；在2 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3處理較N0處理分別增加了27.40%、67.47%、59.44%；在3 800 m3·hm-2灌溉量下，N1、N2、N3處理較N0處理分別增加了21.13%、61.83%、51.83%；2 800 m3·hm-2較3 800 m3·hm-2灌溉量下N1、N2、N3處理增加效果顯著，分別增加了22.91%、8.35%、12.81%。兩年試驗結(jié)果證明大致趨勢一致。綜上所述，雖然2 800 m3·hm-2灌溉量下產(chǎn)量低于3 800 m3·hm-2灌溉量產(chǎn)量。但是2 800 m3·hm-2灌溉量下增產(chǎn)率高于3 800 m3·hm-2灌溉量增產(chǎn)率。進一步分析認為，單鈴重和衣分的數(shù)量在相同情況下，增加棉鈴數(shù)是進一步提高棉花產(chǎn)量的主要途徑。

表5 不同灌溉水平下氮肥對棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

3 討論與結(jié)論

棉花產(chǎn)量水平的不斷提高是棉花群體質(zhì)量不斷優(yōu)化的結(jié)果,已有研究表明合理的株型是優(yōu)質(zhì)群體的空間結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[14-18]，適宜的蕾鈴數(shù)是高產(chǎn)群體的質(zhì)量基礎(chǔ)，可見群體質(zhì)量指標的優(yōu)劣直接影響棉花產(chǎn)量。本研究認為:現(xiàn)蕾數(shù)前期增加快，在出苗后99天達到最大10～11個；現(xiàn)蕾強度前期增加快，最大達到0.48～0.60(個/天)，隨后迅速降低；成鈴數(shù)前期迅速，后期趨于穩(wěn)定，最大達到4～6.5個；成鈴強度前期增加快，最大達到0.20～0.28(個/天)，后期緩慢降低。從不同時間分布分析,高產(chǎn)棉花以伏前桃和伏桃為主,兩者占85%以上。

資料表明，在作物一些生育期進行干旱處理，有利于同化物向產(chǎn)品器官中運輸，能適當提高經(jīng)濟系數(shù)[19-23]。在本實驗中，棉田灌溉量為2 800 m3·hm-2時，出現(xiàn)輕度脅迫，光合同化物質(zhì)生產(chǎn)量大，同化產(chǎn)物運轉(zhuǎn)分配效率高，有更多的同化產(chǎn)物分配到經(jīng)濟器官棉鈴是其高產(chǎn)的原因；3 800 m3·hm-2灌溉量下處理棉田土壤水分充足，但是同化物輸出率低、向莖葉分配的比例高，導(dǎo)致鈴重顯著降低，雖然產(chǎn)量增加，但是增產(chǎn)效率顯著低于灌溉量為2 800 m3·hm-2處理。

肖俊夫等[24]在桶栽條件下的研究結(jié)果表明，將土壤水分控制在12%～16.9%(田間持水量的50%～70%)，不僅有利于棉花光合作用，而且可降低植株的蒸騰、減少土壤水分的無效消耗、提高水分利用效率。俞希根等[25]對常規(guī)灌溉條件下棉花適宜土壤水分的研究表明，花鈴期土壤相對含水量在70%～75%，有利于實現(xiàn)棉田節(jié)水高產(chǎn)。在本實驗下，灌溉量為2 800 m3·hm-2的棉田，各處理皮棉產(chǎn)量分別比3 800 m3·hm-2的棉田平均降低了3.86%，但皮棉增產(chǎn)效率分別增加了36.87%～42.46%。各氮肥處理間相比，N2處理表現(xiàn)較高水平；各灌溉量處理間，2 800 m3·hm-2灌溉量下棉花增加效率處于較高水平。因此，這為大面積推廣節(jié)水高產(chǎn)技術(shù)奠定了理論依據(jù)，為實現(xiàn)節(jié)本增效提供了保證。

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