施氮深度對油后直播棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

李熠，張志剛，周仲華*

施氮深度對油后直播棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

李熠1，張志剛2*，周仲華1*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南省棉花科學(xué)研究所，湖南 常德 415101)

以湘K25為試驗(yàn)材料，在相同施氮量前提下，設(shè)置4個(gè)施氮深度處理H1(0 cm)、H2(5 cm)、H3(10 cm)、H4(15 cm)，研究不同施氮深度對油后直播棉花品質(zhì)及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：施氮深度對棉花產(chǎn)量影響顯著，對纖維品質(zhì)影響不顯著；施氮深度為10 cm時(shí)，棉花皮棉產(chǎn)量為1 354.26 kg/hm2，比H1、H2、H4處理分別高412.24、218.6、171.3 kg/hm2；吐絮期，H3處理的干物質(zhì)積累量最大，達(dá)13 640.8 kg/hm2；盛鈴期，H3處理的葉面積指數(shù)僅小于H2處理的；盛鈴期，冠層橫向、縱向有效光合輻射(PAR)截獲率相對合理，獲取的冠層光合有效輻射(PAR)較多。綜合分析，施氮深度為10 cm時(shí)，油后直播棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)均相對較好。

棉花；施氮深度；產(chǎn)量；品質(zhì)；冠層光合有效輻射；葉面積指數(shù)

棉花是中國的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，是關(guān)系國計(jì)民生的重要戰(zhàn)略物資[1]。氮素是影響棉花生長的重要因素之一，對棉花生物量的累積、產(chǎn)量和品質(zhì)具有決定性的作用[2]。深施肥是今后施肥的主要趨勢，特別是氮肥深施，對作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量以及品質(zhì)等方面均具有明顯的積極影響[3]。目前，關(guān)于施氮深度的研究主要集中在大豆、玉米、小麥等作物，棉花領(lǐng)域的研究尚不多[4–6]。

作物的產(chǎn)量、品質(zhì)與施肥方式、對光的吸收利用以及干物質(zhì)的形成有著密切的聯(lián)系[7]。葉面積指數(shù)在一定范圍內(nèi)與產(chǎn)量呈正相關(guān)，合理的葉面積指數(shù)可以有助于棉株充分利用地力、光熱資源和空間，從而提高棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)[8]；冠層光合有效輻射(PAR)可直接影響作物的生長發(fā)育，PAR截獲率也是衡量冠層光合有效輻射利用率的重要指標(biāo)之一[9–10]。

當(dāng)前，有關(guān)棉花施氮量、種植密度的研究較多，但有關(guān)棉花施氮深度的研究較少[11]。本試驗(yàn)中，研究相同施氮量下不同施氮深度對油后直播棉干物質(zhì)、葉面積指數(shù)、光合有效輻射以及品質(zhì)、產(chǎn)量等指標(biāo)的影響，旨在為進(jìn)一步探討棉花氮肥深施技術(shù)提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

供試品種湘K25為湖南省棉花科學(xué)研究所培育的抗蟲、早熟、常規(guī)機(jī)采棉品種。

1.2　方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年在湖南省棉花科學(xué)研究所望城基地進(jìn)行。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積32 m2，3次重復(fù)。5月25日播種。設(shè)置4個(gè)施肥處理，分別為表層撒施(H1)、施肥深度5 cm(H2)、施肥深度10 cm(H3)、施肥深度15 cm(H4)。所有處理施肥量相同，均施用45%棉花專用配方緩釋肥(18–9–18) 270 kg/hm2。H1處理為表層撒施，H2、H3、H4處理的肥料全作基肥，一次性施用。種植密度為60 000株/hm2。

1.2.2干物質(zhì)的測定

6月12日(苗期)、7月21日(蕾期)、8月13日(花期)、8月29日(盛鈴期)、9月14日(吐絮期)，每個(gè)小區(qū)選取2株生長發(fā)育基本一致的棉株。3次重復(fù)。分離主莖、果枝、真葉、生殖器官和根系，105 ℃殺青30 min后，80 ℃烘干至恒重，測定其干物質(zhì)積累量，計(jì)算干物質(zhì)分配比例。各生育階段干物質(zhì)積累量為階段末干物質(zhì)積累量與階段初干物質(zhì)積累量的差值；各器官干物質(zhì)分配比例為各器官的干物質(zhì)積累量占植株地上、地下部干物質(zhì)積累量的百分比。

1.2.3葉面積的測定

于6月12日、7月21日、8月13日、8月29日、9月14日，每個(gè)小區(qū)選取2株長勢均勻的棉株進(jìn)行葉面積掃描，計(jì)算葉面積指數(shù)。將采集的棉株葉片洗凈，晾干，利用紛騰H9掃描儀進(jìn)行像素掃描，采用Batch計(jì)算葉面積指數(shù)。

1.2.4光合有效輻射(PAR)的測定與計(jì)算

在花期、花鈴期、吐絮期，選擇晴朗無風(fēng)的天氣，利用PAR測量儀(LI–191SA，美國)與數(shù)據(jù)采集器(LI–1400，美國)測量光合有效輻射，記錄測量結(jié)果。

每個(gè)小區(qū)選取具代表性的2行棉株，利用空間網(wǎng)格法[12]在棉花行間(橫向80 cm)以及地面到冠層上方(縱向100 cm)，每隔20 cm測量1次PAR。探頭水平向下測定反射PAR，底部垂直向上測量底部入射PAR；同時(shí)測定位于冠層上方0.2 m處的光合有效輻射即冠層頂部入射PAR。參考朱相成等[13]的方法計(jì)算光合有效輻射截獲率。

1.2.5纖維品質(zhì)及產(chǎn)量構(gòu)成因素調(diào)查

吐絮期，各小區(qū)收獲中上部自然吐絮較好的棉鈴20個(gè)，軋花后送交農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，檢測纖維長度、纖維強(qiáng)度、馬克隆值等相關(guān)指標(biāo)。

1.3　數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；運(yùn)用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　施氮深度對棉花各生育階段干物質(zhì)積累量的影響

從圖1中可看出，播種期到苗期，各處理干物質(zhì)積累量從大到小依次為H1、H4、H2、H3，其中，H1處理的干物質(zhì)積累量最大，為87.6 kg/hm2；苗期至蕾期，H1的干物質(zhì)積累量相對于其他處理有所減少，H3處理的干物質(zhì)積累量相對增多；H3處理在苗期至蕾期、蕾期至花期、花期至花鈴期、花鈴期至吐絮期干物質(zhì)積累量均為最大，分別為210.48、1 287.6、5 538、5 546.4 kg/hm2，在吐絮期達(dá)到最大值(13 640.8 kg/hm2)，在花期至花鈴期增長速率最大，這有利于棉花產(chǎn)量的形成。

圖1　供試棉花各生育期的干物質(zhì)積累量

2.2　施氮深度對棉花成熟期群體干物質(zhì)總量在各器官中分配的影響

從表1可以看出，吐絮期棉花群體干物質(zhì)在各器官中的分配量及比例均以在生殖器官中的最高，莖、葉的中等，根的最低。H3、H4處理生殖器官群體干物質(zhì)量分別為5 380、4 340kg/ hm2，明顯高于H1、H2處理的；H3處理吐絮期生殖器官干物質(zhì)群體量比例最高(39.40%)，有利于棉花產(chǎn)量的形成；H1、H2吐絮期生殖器官的干物質(zhì)群體量分別為3 180、3 900 kg/hm2，與H3、H4處理相差較大，說明氮肥深施可有效增加棉花吐絮期群體干物質(zhì)總量，對吐絮期生殖器官干物質(zhì)群體量的影響顯著，有利于棉花產(chǎn)量的形成，但施氮深度對吐絮期干物質(zhì)在各器官中的分配比例無顯著調(diào)控效應(yīng)。

表1　吐絮期各器官的干物質(zhì)量及分配比例

2.3　施氮深度對盛鈴期葉面積指數(shù)的影響

從圖2可以看出，盛鈴期各處理葉面積指數(shù)大小依次為H2、H3、H4、H1，其中，H2處理的葉面積指數(shù)最大。結(jié)合表1、表2，H2處理生殖器官的干物質(zhì)比重、單鈴質(zhì)量并非最高，說明在合理的栽培條件下，棉葉并不是越多越好、越大越好。

處理

2.4　施氮深度對棉花光截獲率的影響

盛鈴期，在壟邊(向內(nèi)20 cm)處縱向觀察PAR截獲率變化；在壟中央(作為原點(diǎn)，水平向內(nèi)80 cm)、冠層高度40 cm處，橫向觀察PAR截獲率變化規(guī)律，取原點(diǎn)左、右平均值，結(jié)果如圖3所示。在橫向20 cm處，H1、H2、H3、H4 地面至冠層PAR截獲率分別在0~0.78、0~0.94、0~0.82、0~0.84；在距離地面40 cm以內(nèi)，各處理PAR截獲率下降速率均比較緩慢，H3處理相對更緩，H1處理相對較快。在距離地面40 cm以上，H3處理在40~60 cm處PAR下降速率比較緩和，其他各處理均隨著高度增加，PAR截獲率下降速率增快；H3、H4處理在地面處PAR截獲率分別為0.924、0.922，這表明H3、H4處理冠層底部靠近棉株處PAR截獲率接近最大值。在壟中央(水平向內(nèi)80 cm)、縱向高度40 cm處，H1、H2、H3、H4 橫向PAR截獲率分別在0.16~0.75、0.22~0.81、0.45~0.86、0.33~0.77之間；在0 ~20 cm處，H3處理PAR截獲率下降速率最緩，在80 cm處PAR截獲率最大，這表明H3處理棉株群體遮蔭度較大、冠層較寬，較其他處理吸收的有效光合輻射更多。

A為水平向內(nèi)20 cm的縱向變化；B為水平向內(nèi)80 cm、冠層高度40 cm的橫向變化。

2.5　施氮深度對產(chǎn)量構(gòu)成及纖維品質(zhì)的影響

從表2可看出，H3處理的皮棉產(chǎn)量(1 354.26 kg/hm2)和單鈴質(zhì)量(5.20 g)均顯著高于其他3個(gè)處理的，H1處理的皮棉產(chǎn)量(942.02 kg/hm2)和單鈴質(zhì)量(4.90 g)均顯著低于其他3個(gè)處理的。各處理的衣分、纖維長度、纖維強(qiáng)度、馬克隆值均無顯著性差異，說明適當(dāng)?shù)氖┑疃瓤梢杂行г黾用藁óa(chǎn)量，但對棉花的纖維品質(zhì)影響不大。

表2　不同施氮深度處理的棉花產(chǎn)量及纖維品質(zhì)

不同字母表示差異顯著(＜0.05)。

3　結(jié)論與討論

氮肥是影響棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。氮肥的合理施用一直是調(diào)控作物生長發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)的主要措施[14]。本研究中，施氮深度對棉花各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量有直接影響。在播種至苗期，H1、H2、H4處理的干物質(zhì)積累量均大于H3處理的干物質(zhì)積累量，主要是因?yàn)榍捌陴B(yǎng)分主要來源于地表附近；從苗期至蕾期開始，H2、H3、H4處理干物質(zhì)積累量逐漸超過H1處理的，其中H3、H4處理最為明顯；至吐絮期，各處理的干物質(zhì)積累量從大到小依次為H3、H4、H2、H1。隨著生育期的推進(jìn)，根系不斷生長，加上根系生長具有“趨肥性”，土壤養(yǎng)分對根系生長具有“可塑性”[15]，促使根系向下延伸，以獲得更多的營養(yǎng)物質(zhì)。吐絮期H4處理的根系群體干物質(zhì)量在所有器官中占比為13.10%，為各處理中最高，然而其在生殖器官中所占比例并不是最高。可見，施氮深度過深，雖然會(huì)促使根系生長發(fā)育，但不利于棉花產(chǎn)量的形成；可能與播種前一次性施肥深度過深，致使肥料流失嚴(yán)重有關(guān)。

氮素是植物葉綠素的重要組成部分，合理施用氮肥可改善葉片質(zhì)量，從而增強(qiáng)植株光合作用[16]。葉面積指數(shù)是反映作物群體質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接影響作物對光合有效輻射(PAR)的截獲，進(jìn)而影響光合產(chǎn)物以及產(chǎn)量的形成[17]。據(jù)研究[18]，北疆高產(chǎn)棉田棉花，苗期葉面積系數(shù)增長緩慢，初蕾期開始迅速增長，到盛鈴期前后達(dá)到最大值，盛鈴期下降緩慢，吐絮期迅速減少。本研究中，盛鈴期各處理的棉花葉面積指數(shù)從大到小依次為H2、H3、H4、H1。盛鈴期葉面積指數(shù)與棉花產(chǎn)量密切相關(guān)：過大，則會(huì)引起棉株中下部蔭蔽過大，光照不足，造成相應(yīng)部位的蕾鈴脫落；過小，則會(huì)導(dǎo)致棉鈴營養(yǎng)供給不足，不利于產(chǎn)量的形成[19]。前人[20]研究指出，棉花高產(chǎn)應(yīng)具有適宜的葉面積指數(shù)；賈彪等[21]也提出，高產(chǎn)棉花盛鈴期葉面積指數(shù)應(yīng)在3.5左右。本研究中，棉花盛鈴期葉面積指數(shù)較前人的研究結(jié)果偏大。分析認(rèn)為，這與棉花生育期中肥水調(diào)控有很大關(guān)聯(lián)，合理、科學(xué)的肥水調(diào)控是棉花具有合理葉面積以及最終產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素之一[22]。

PAR截獲率是反映光合有效輻射的重要指標(biāo)，PAR截獲率較小，到達(dá)冠層底部的光就多，有利于光合產(chǎn)物積累和棉鈴品質(zhì)形成[23]。本研究中，在距壟邊20 cm處，4個(gè)處理冠層縱向PAR截獲率變化十分明顯，但都具有相同變化趨勢；冠層高度40 cm時(shí)是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，40 ~100 cm，即中上部冠層PAR截獲率下降速率普遍增加，說明冠層內(nèi)大部分PAR都被中上部冠層截獲；反之，冠層下部PAR截獲率下降速率較為緩和，說明冠層下部吸收的光合輻射十分有限。在冠層高度0~40 cm處，H3處理的冠層PAR截獲率下降速率較其他處理小，說明在盛鈴期棉花冠層中下部可以獲取更多的光合有效輻射，這更有利于光合產(chǎn)物的形成以及最終產(chǎn)量的形成。在高度為40~60 cm處，H1處理PAR截獲率迅速下降，可能由于棉花生長后期營養(yǎng)生長不足，盛鈴期葉面積指數(shù)較小，導(dǎo)致群體葉面積指數(shù)降低，冠層中部漏光損失嚴(yán)重，進(jìn)而影響光合產(chǎn)物的形成，棉花產(chǎn)量和品質(zhì)相應(yīng)下降。在壟中央(作為原點(diǎn)，向內(nèi)橫向80 cm)處，冠層高度為40 cm處橫向觀察，各處理PAR截獲率總體變化趨勢一致，均為由壟中央向兩邊遞減；H3處理在橫向80 cm處PAR截獲率最高，表明H3處理冠層中部最寬，封行程度最好，棉花群體結(jié)構(gòu)相對更合理。

綜上，施氮深度10 cm是油后直播棉較適合的施氮深度。另外，施氮深度對油后直播棉花產(chǎn)量影響顯著，對纖維品質(zhì)的影響不顯著。施氮深度過淺，棉花在盛花期氮肥供給不足，葉面積指數(shù)偏小，冠層PAR截獲率相應(yīng)減小，干物質(zhì)積累量下降，產(chǎn)量降低；施氮深度過深，促使根、莖部過度發(fā)育，肥料流失，導(dǎo)致減產(chǎn)。氮肥的施用方式、施用時(shí)間、種類、施用量、利用率以及水肥管理等因素仍有待深入探討。

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Effect of nitrogen application depth on the yield and quality of direct seeding cotton after the rape harvest

LI Yi1，ZHANG Zhigang2*，ZHOU Zhonghua1*

(1.College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2.Cotton Science Research Institute of Hunan Province, Changde, Hunan 415101, China)

In order to explore the effect of nitrogen application depth on the growth and yield composition and the quality of direct seeding cotton after rape harvest, The cotton, Xiang K25 were applied with 4 groups of nitrogen application depths (0 cm, 5 cm, 10 cm, 15 cm) under the same nitrogen amount application. The results showed that the nitrogen application depth had a significant effect on cotton yield and had no significant effect on fiber quality. With the nitrogen application depth, 10 cm, the cotton lint yield is at peak, 1 354.26 kg/hm2, higher than the 412.24 kg/hm2, 218.6 kg/hm2and 171.3 kg/hm2with the depth 0 cm, 5 cm and 15 cm respectively; the dry matter accumulation in the boll opening stage was the largest; the leaf area index in the bolling stage was the second in each treatment; At the canopy of the bolling stage, the transverse and longitudinal photosynthetically active radiation(PAR) interception rate was at reasonable level, and the obtained PAR was higher than other stage. In summary, with the nitrogen application depth, 10 cm, the yield and fiber quality of direct seeding cotton after rape harvest were better.

cotton; nitrogen application depth; yield; quality; photosynthetically active radiation(PAR); leaf area index

10.13331/j.cnki.jhau.2020.01.002

S562.062

A

1007-1032(2020)01-0007-07

2019–03–28

2019–04–15

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0201901)；國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)(CARS–18–43)；湖南省農(nóng)業(yè)創(chuàng)新資金項(xiàng)目(2017XC03)

李熠(1994—)，男，湖南岳陽人，碩士研究生，主要從事棉花栽培研究，liyi0730@qq.com；

，張志剛，博士，研究員，主要從事棉花栽培研究，Zhangzhig@126.com；*通信作者，周仲華，博士，教授，主要從事棉花分子育種研究，55960548@qq.com

李熠，張志剛，周仲華．施氮深度對油后直播棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2020，46(1)：7–13．

LI Y，ZHANG Z G，ZHOU Z H. Effect of nitrogen application depth on the yield and quality of direct seeding cotton after the rape harvest[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences), 2020, 46(1): 7–13.

http://xb.hunau.edu.cn

責(zé)任編輯：毛友純

英文編輯：柳正