氮肥滴施次數(shù)及比例對機采棉產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

殷 星，祿 濤，曾慶濤，張 文，耿亞紅，楊振華，周 華，閔 偉，冶 軍,侯振安

(1. 石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院資環(huán)系，新疆石河子 832003；2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第七師農(nóng)科所，新疆奎屯 833200；3. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第七師125團，新疆奎屯 833203)

0 引 言

【研究意義】棉花是新疆重要的經(jīng)濟作物[1-2]。2018年，新疆棉花種植面積占全國棉花面積的74.3%，總產(chǎn)占全國 83.8%。施用氮肥是提高棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵措施[3]，但過量施氮則會導(dǎo)致增產(chǎn)效果下降，氮肥利用效率降低，氮素損失增加，環(huán)境污染加重[4]。氮肥的施用時期、次數(shù)和分配比例是影響機采棉生長、產(chǎn)量和氮肥利用率的重要因素。【前人研究進展】氮肥是現(xiàn)代滴灌農(nóng)業(yè)體系中最常用的大量元素，很少出現(xiàn)堵塞問題[5]。氮肥隨水滴施，可有效地調(diào)節(jié)施用肥料的種類、時期、次數(shù)及用量[6, 7]。因此，氮肥施用次數(shù)及分配比例是滴灌棉花氮肥合理施用的主要調(diào)控措施[8, 9]。合理施用氮肥可促進棉花生長發(fā)育，是棉花高產(chǎn)的基礎(chǔ)[10-12]。研究表明，適宜的氮肥施用次數(shù)及分配比例可以降低棉花蕾鈴脫落率，提高產(chǎn)量[13-15]。機械采收是新疆棉花未來發(fā)展的主要方向，北疆棉花機采已達到80%以上。與傳統(tǒng)的采棉相比，機采棉生產(chǎn)要求棉花早生長發(fā)育、早打頂、提前脫葉催熟。研究表明適度增加棉花生長前期的氮肥比例、減少后期氮肥比例，可以縮短棉花生育期，促進早熟[16-18]。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)減少氮肥單次施用量，增加施肥次數(shù)(少量多次)可提高氮肥利用效率[19]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，針對滴灌棉花適宜氮肥施用量方面開展了大量的研究[20-22]。但是，關(guān)于滴灌棉花氮肥施用次數(shù)和比例方面的研究比較少，尤其是氮肥施用次數(shù)與分配比例對機采棉產(chǎn)量和氮肥利用率影響的研究還鮮有報道。研究氮肥隨水施用次數(shù)及分配比例對機采棉生長、養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和氮肥利用率的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以棉花品種棉研24號為研究對象設(shè)置5個處理，分析氮肥隨水施用對機采棉生長、產(chǎn)量及氮肥利用率的影響,為機采棉氮肥的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017～2018年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第七師125團試驗站進行，耕層土壤有機質(zhì)11.35 g/kg，全氮0.31 g/kg，速效磷18.38 mg/kg，速效鉀327.47 mg/kg。供試作物為棉花品種魯棉研24號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗依據(jù)氮肥滴施次數(shù)(8、10次)和分配比例(前輕后重、前重后輕)，設(shè)置5個處理：(1)不施氮肥(CK)；(2)施肥8次+前輕后重(習(xí)慣施肥模式，N8-B)，(3)施肥8次+前重后輕(N8-F)，(4)施肥10次+前輕后重(N10-B)，(5)施肥10次+前重后輕(N10-F)。試驗中氮肥全部做追肥隨水滴施，氮肥施用量為270 kg/hm2。列出各試驗處理氮肥施用次數(shù)及分配比例。試驗共5個處理，每個處理重復(fù)3次，15個試驗小區(qū)，小區(qū)面積為45 m2。表1

棉花采用膜下滴灌1膜3行模式，76 cm等行距，株距10 cm，播種密度14.6×104株/hm2。2017年4 月 21日播種，2018年4 月 25日播種，采用“干播濕出”方式，即播種后滴出苗水30 mm。棉花生長期間共灌水11次，灌溉定額540 mm，灌水從6月中旬開始，8月下旬結(jié)束，灌水周期7～12 d。磷、鉀肥施用量分別為P2O590 kg / hm2、K2O 75 kg / hm2。其它栽培管理措施與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)一致。

表1 氮肥施用次數(shù)及分配比例
Table 1 Nitrogen fertigation frequency and proportion

注：B(后重)指棉花盛花期后的4次施肥比例(7～10次)，F(xiàn)(前重)指棉花打頂前的3次(1～3次)施肥比例

Note: B refers to the proportion of (7-10) N fertigation after the full flowering stage of cotton; F refers to the proportion of 3 times (1-3) N fertigation before the topping of cotton

1.2.2 測定指標(biāo)

棉花干物質(zhì)重：在棉花吐絮前，每個小區(qū)隨機選取三株棉花，自子葉節(jié)剪下，將棉株分成莖、葉和棉鈴三部分。105 ℃ 下殺青30 min，70℃ 下烘干至恒重，稱重。

棉花全氮含量：植株樣品粉碎過1 mm 篩，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，用凱氏定氮法進行全氮的測定[23]。

棉花產(chǎn)量：在吐絮期測定單位面積棉花株數(shù)、結(jié)鈴數(shù)、鈴重，實收記產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

氮肥利用率=(施氮區(qū)棉花吸氮量-對照棉花吸氮量)/施氮量× 100% 。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel2013制作圖表，SPSS 11.5 進行方差分析，處理間多重比較采用Duncan法 (P<0. 05) 。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥分配比例對棉花干物質(zhì)重的影響

研究表明,氮肥分配比例對棉花干物質(zhì)重影響趨勢一致，均表現(xiàn)為前重后輕處理(F)棉花總干物質(zhì)重顯著高于前輕后重處理(B)。在施肥8次的條件下，N8-F處理棉花總干物質(zhì)重兩年分別較N8-B處理增加24.4%(2017)和11.7%(2018)。在施肥10次時，N10-F處理棉花總干物質(zhì)重兩年較N10-B處理分別增加20.0%(2017)和10.6%(2018)。從棉花各器官干物質(zhì)重來看，2017年，前重后輕處理棉花莖、 葉、鈴的干物質(zhì)重均顯著高于相應(yīng)施肥次數(shù)下的前輕后重處理；而2018年，前重后輕處理棉花鈴干物質(zhì)重顯著高于前輕后重處理，但莖和葉的干物質(zhì)重?zé)o顯著差異。

增加施肥次數(shù)，顯著增加棉花總干物質(zhì)重。施肥10次處理(N10-F、N10-B)棉花總干物質(zhì)重，2017和2018年較施肥8次處理(N8-F、N8-B)平均分別增加31.2 %和24.4 %。表2

表2 2017和2018年棉花干物質(zhì)重
Table 2 Dry matter weight of cotton in 2017 and 2018

處理Treatment棉花干物質(zhì)重Dry matter weight of cotton(kg/m2)20172018莖 Stem葉 Leaf鈴 Boll總計 Total莖 Stem葉 Leaf鈴 Boll總計TotalCK0.19c0.14d0.80e1.13e0.13c0.19c0.59d0.91eN8-B0.22c0.18c0.87d1.27d0.22b0.23b0.83c1.28dN8-F0.38a0.23b0.97c1.58c0.21b0.23ab0.99b1.43cN10-B0.29b0.22b1.19b1.70b0.32a0.26a1.02b1.60bN10-F0.35a0.26a1.43a2.04a0.27a0.24ab1.26a1.77a

注：同一列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P< 0. 05) ,下同

Note：Values followed by different lowercase letters in the same column are significant differences between different treatments at the 5% level,the same as below

2.2 棉花氮素吸收量

2017和2018年施肥8次條件下，N8-F處理棉花氮素吸收量分別較N8-B處理提高了17.0%和14.7%。施肥10次時，N10-F處理棉花氮素吸收量較N10-B處理分別增加30.3%(2017)和25.4%(2018)。

增加氮肥施用次數(shù)顯著提高棉花氮素吸收。2017和2018年，施肥10次處理(N10-F、N10-B)棉花氮素吸收較施肥8次(N8-F、N8-B)平均分別增加31.3 %和35.1%。表3

表3 2017和2018年棉花氮素吸收
Table 3 Nitrogen uptake of cotton in 2017 and 2018

處理Treatment棉花氮素吸收 Nitrogen uptake of cotton(kg/hm2)20172018莖Stem葉Leaf鈴Boll合計Total莖Stem葉Leaf鈴Boll合計TotalCK14.1d20.0d91.6e125.7e12.3d28.9c106.0e147.2eN8-B17.0d23.9c149.9d190.8d14.9cd35.9b154.3d205.1dN8-F19.5c37.2a166.5c223.2c18.2bc33.9b183.2c235.3cN10-B21.6b30.5b183.9b236.0b19.5b46.9a197.6b264.0bN10-F24.1a31.6b251.9a307.6a25.3a49.5a256.3a331.1a

2.3 增加施肥次數(shù)對棉花產(chǎn)量的影響

施肥8次條件下，N8-F處理棉花產(chǎn)量2017和2018年較N8-B處理分別增加了7%和12.1%。施肥10次時，N10-F處理較N10-B處理分別增產(chǎn)11.1%(2017)、21.5%(2018)。

增加施肥次數(shù)可顯著增加棉花產(chǎn)量。施肥10次處理(N10-F、N10-B)棉花產(chǎn)量，2017和2018年較施肥8次處理(N8-F、N8-B)平均分別增產(chǎn)17.9%、34.7%。圖1

圖1 2017(a)和2018年(b)棉花產(chǎn)量變化Fig 1 The yield of cotton in 2017 (a) and 2018 (b)

2.4 氮肥分配比例對棉花氮肥利用率的影響

研究表明,氮肥分配比例對棉花氮肥利用率影響顯著。施肥8次條件下，2017和2018年N8-F處理棉花氮肥利用率較N8-B處理分別提高了12.0和11.2個百分點。施肥為10次時，N10-F處理棉花氮肥利用率，兩年較N10-B處理分別提高26.5%(2017)、24.9%(2018)。

隨著氮肥施用次數(shù)的增加棉花氮肥利用率顯著增加。施肥10次處理(N10-F、N10-B)較施肥8次處理(N8-F、N8-B)兩年平均分別增加了24.0%(2017)和28.6%(2018)。圖2

圖2 2017(a)和2018年(b)棉花氮肥利用率變化
Fig. 2 Nitrogen use efficiency of cotton in 2017 (a) and 2018 (b)

3 討 論

合理施用氮肥能促進棉花生長，增加干物質(zhì)積累。研究結(jié)果表明，氮肥分配比例為前重后輕處理棉花干物質(zhì)重均顯著高于前輕后重處理，尤其是促進棉花生殖器官的干物質(zhì)積累。但是也有研究表明，后期氮肥比例大有利于促進生殖器官與總干物質(zhì)的積累[16]。可能是因為上述研究主要針對手工采棉，而機采棉生產(chǎn)要求棉花早生長發(fā)育、早打頂、提前脫葉催熟。同時也有研究發(fā)現(xiàn)，增加前期氮肥比例、減少后期氮肥比例，可以縮短棉花生育期，促進早熟[18]。研究表明隨著氮肥施用次數(shù)的增加顯著增加棉花鈴的干物質(zhì)重，兩年試驗結(jié)果均表現(xiàn)為施肥10次處理棉花干物質(zhì)重顯著高于施肥8次處理。這與索巖松等[24]研究結(jié)果相似。在增加氮肥滴施次數(shù)的基礎(chǔ)上，氮肥施用比例為前重后輕可顯著促進棉花生物量的積累。

研究表明，氮肥分配比例為前重后輕處理的棉花總氮素吸收均顯著高于前輕后重處理。陳寶燕等[25]研究認為，在施氮總量相同的情況下“前重后輕”施氮處理能有效協(xié)調(diào)棉花營養(yǎng)生長與生殖生長，促進氮素吸收。有研究表明氮素累積量隨施氮量、施用次數(shù)增加呈增加趨勢[26]。研究也發(fā)現(xiàn)，增加棉花打頂前氮肥施用比例和隨水施用次數(shù)(10次)可顯著促進棉花對氮素養(yǎng)分的吸收。

作物產(chǎn)量和氮肥利用率是氮肥優(yōu)化管理的重要評價指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，增加棉花打頂前的氮肥施用比例可顯著增加棉花產(chǎn)量，提高氮肥利用率。汪玲等[27]研究認為，無論灌溉量高低，氮肥分配比例為前重后輕的處理顯著增加棉花產(chǎn)量。王釗等[28]研究表明，前期氮肥比例適當(dāng)?shù)募哟笥欣诿藁óa(chǎn)量的形成。研究結(jié)果表明，施肥10次處理較施肥8次處理棉花產(chǎn)量平均增產(chǎn)17.9%(2017)和34.7%(2018)；棉花氮肥利用率平均分別提高24.0%(2017)和28.6%(2018)。也有研究認為適當(dāng)?shù)靥岣叩喂嗍┓暑l率可以提高棉花產(chǎn)量和氮肥利用率[19, 29]。

4 結(jié) 論

增加氮肥滴施次數(shù)可顯著促進棉花生長和氮素養(yǎng)分地吸收。施肥10次處理棉花產(chǎn)量較施肥8次處理分別增加17.9 %和34.7%，棉花氮肥利用率分別提高了24.02和28.61個百分點。

在相同的氮肥施用次數(shù)下，氮肥分配“前重后輕”處理(F)棉花干物質(zhì)重和氮素吸收量均顯著高于“前輕后重”處理(B)。N8-F和N10-F處理棉花產(chǎn)量較相同施肥次數(shù)的N8-B和N10-B處理分別增加7.0%～11.1%和12.1%～21.5%，氮肥利用率分別提高了12.0～26.5和11.2～24.9個百分點。增加氮肥滴施次數(shù)和前期分配比例可促進滴灌機采棉生長和氮素吸收，提高棉花產(chǎn)量和氮肥利用率。