鹽堿旱地減氮增施葉肥對棉花光合特征產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

平文超，石學萍，蔣建勛，趙光輝，劉貞貞，曹平平，薛 文，張永江，王長安，王安錄，張忠波

(1.滄州市農(nóng)林科學院/河北省農(nóng)作物耐鹽堿評價與遺傳改良重點實驗室，河北滄州 061001；2. 國家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，河北石家莊 050011；3. 滄州職業(yè)技術(shù)學院，河北滄州 061001；4. 河北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/河北省作物生長調(diào)控重點實驗室，河北保定 071000；5. 孟村回族自治縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，河北滄州 064000)

0 引 言

【研究意義】河北省東南部鹽堿旱地資源豐富，適宜耐鹽先鋒作物棉花的規(guī)?；N植[1]。該地區(qū)四季分明、光照充足，夏季雨熱同期，秋高氣爽，無霜期長，具有生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉的生態(tài)條件[2]。但春季干旱少雨，土壤耕層鹽分對棉花前期生長的養(yǎng)分利用有不同程度的影響，抑制氮素吸收，棉株發(fā)育遲緩；棉農(nóng)通常采用增加基肥用量來保證棉花的前期正常生長，氮肥大量使用會增加氨的揮發(fā)，降低氮肥利用率，造成投入成本增加及土壤環(huán)境污染[3]。研究提高氮肥利用效率和施肥效益途徑和鹽堿旱地棉花高效氮肥方法，保障棉花規(guī)?；N植穩(wěn)產(chǎn)增收，對河北省東南部鹽堿旱作區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】就濱海鹽漬土壤中氮肥施用對棉花生長發(fā)育的影響進行了研究，主要集中在不同的施肥模式、施氮量和氮肥類型對棉花特征特性及產(chǎn)量的影響[4-11]。與常規(guī)基施+追施化肥施肥模式相比，氮肥減施20%+有機肥、75%氮肥+沼肥或氮肥+5%改良劑，均可提高氮素利用效率。隨施氮量的增加，棉花產(chǎn)量和氮肥利用率均呈先升高后降低的趨勢，施氮量在301～374 kg/hm2，皮棉產(chǎn)量和氮素表觀利用率出現(xiàn)峰值，但氮肥農(nóng)學利用率和氮素生產(chǎn)效率則呈降低趨勢?？蒯尩誓苡行а泳徸魑锷L后期的衰老，保證作物的氮素需求，還可以有效地減少土壤中N2O的排放，保證較高的產(chǎn)量，適宜在鹽堿地使用。【本研究切入點】有關(guān)河北濱海鹽堿旱作區(qū)氮肥用量對棉花生長發(fā)育及產(chǎn)量影響的研究鮮有報道。研究河北濱海鹽堿旱地條件下，減施氮肥增施葉面肥對棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在磷鉀肥施用量一致的基礎(chǔ)上，研究機采棉田一次性基施不同氮量水平、減氮處理增施葉面肥4次的施肥模式，對棉花植株農(nóng)藝性狀、光合特性、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)指標的影響，研究濱海鹽堿旱地減施氮肥對棉花生長發(fā)育的制約效應(yīng)，分析減施氮肥增施葉面肥的補償效應(yīng)，為濱海鹽堿旱地改良和規(guī)?；N植機采棉田減肥策略提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

田間試驗于2019年在河北省滄州市東光縣西小崔村(N37°54′28.94″，E116°37′42.50″)鹽堿旱地進行。該地位于河北省東南部，地處黑龍港流域下游，屬暖溫帶半濕潤大陸季風性氣候，四季分明，雨熱同期，年均日照時數(shù)2 169 h，年平均氣溫12.4℃，全年無霜期200～220 d，年平均降雨日66.3 d，主要集中在7、8月，平均年降雨量542 mm，土壤類型為鹽化潮土。試驗田為連續(xù)植棉多年的一熟棉田，試驗田耕層土壤含鹽量0.37%～0.45%，含有機質(zhì)11.2 g/kg，速效氮79.5 mg/kg，速效磷15.1 mg/kg，速效鉀113.3 mg/kg。供試棉花品種為滄州市農(nóng)林科學院自育品種滄棉666。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗以施氮量0 kg/hm2為對照(CK)，設(shè)置6個不同施氮水平，分別為60(N1)、90(N2)、120(N3)、150(N4)、180(N5)和225 kg/hm2(N6)純氮，其中N5為當?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)施氮量。磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)施用量分別為112.5和112.5 kg/hm2。采用隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次，共21個小區(qū)。采用機采一膜雙溝種植模式，行寬10 cm+66 cm，1膜4行，小區(qū)長15 m，面積22.8 m2，設(shè)計密度7.5×104株/hm2。氮磷鉀肥料一次性基施，N1、N2、N3和N4處理于6月15日～7月22日，結(jié)合棉蚜、綠盲蝽防治和化控噴施復(fù)合型葉面肥(含多種微量元素及氨基酸、腐殖酸等有機營養(yǎng)成分)，施用濃度300倍液，共計施用4次。其他栽培措施按照大田管理要求進行。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 主莖葉片SPAD值

距離最后1次葉面噴肥后3 d(花鈴期)，晴天09:00～11:00，使用日本產(chǎn)SPAD-502型葉綠素儀測定主莖倒四葉片的SPAD值，每張葉片上測定5個點(棉花掌狀裂葉的每個裂片中部取1個點)，取平均數(shù)作為該葉片的SPAD值；每小區(qū)選擇長勢均勻植株，連續(xù)測定10株，取平均值作為該小區(qū)該葉位的SPAD值[12]。

1.2.2.2 主莖葉片光合特征

SPAD值測定后，用LI-6400便攜式光合儀(美國LI-COR公司生產(chǎn))測定主莖倒4葉凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。設(shè)置內(nèi)置光強為1 200 μmol/(s·m2)。每小區(qū)重復(fù)測定5株。

1.2.2.3 植株形態(tài)

9月10日，每重復(fù)連續(xù)選取10株，調(diào)查株高、第一果枝高度、果枝數(shù)、單株成鈴數(shù)。

1.2.2.4 產(chǎn)量及其性狀

收獲期，小區(qū)全部收獲進行產(chǎn)量測定。選擇長勢均勻植株，連續(xù)收獲5株，記錄鈴數(shù)，測定單鈴重及衣分。

1.2.2.5 纖維品質(zhì)

將棉纖維樣品，送至農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(安陽)進行各指標的品質(zhì)測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理與分析，采用SPSS20.0軟件進行方差分析，采用Origin8.0進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水平施氮處理棉花葉片光合參數(shù)

研究表明，花鈴期不同處理間棉花主莖葉的Pn變化趨勢明顯，Pn隨施氮量的增加而升高，以N6處理25.25 μmol/(m2·s)最高；不施氮肥處理影響了主莖葉的Pn，為其它處理的83.6%～92.3%，顯著低于N4、N5和N6，但與N1、N2和N3差異不顯著；以當?shù)氐食Ｓ昧縉5來看，減施氮肥增施葉面肥降低了花鈴期棉花主莖葉的Pn，N4～N1下降了1.4%～7.7%，但沒有達到顯著性差異?；ㄢ徠跍p氮處理棉花主莖葉Ci隨施氮量的增加而降低，以當?shù)氐视昧縉5來看，氮肥用量減少增施葉面肥主莖葉Ci升高1.5%～9.7%，至N2時主莖葉Ci達到顯著水平?；ㄢ徠诓煌幚黹g棉花主莖葉的Tr變化趨勢與Pn相近，隨施氮量的增加而升高；以當?shù)氐食Ｓ昧縉5來看，減施氮肥增施葉面肥降低了花鈴期棉花主莖葉的Tr，N4～N1下降了0.6%～6.9%，但沒有達到顯著性差異，不同處理對花鈴期棉花主莖葉的Gs沒有顯著性影響。圖1

注：A：凈光合速率；B：氣孔導度；C：胞間CO2濃度；D：蒸騰速率。不同小寫字母表示不同氮處理間在5%水平差異顯著，下同Note：A: Pn. B: Gs. C: Ci. D: Tr. Different letters mean significant differences at the 5%level between the N treatments in the figure. The same as below

2.2 不同水平施氮處理棉花主莖葉SPAD值

研究表明，花鈴期棉花主莖葉SPAD值隨氮肥施用量的減少而降低。與N6相比，N5～N1下降了1.4%～3.8%，CK最低，但CK與N1～N5差異均不顯著；N6與CK、N1、N2差異顯著，與N3、N4、N5差異未達到顯著水平，氮肥減施至N3效果較好；比較當?shù)氐食Ｓ昧縉5，減施氮肥配合增施葉面肥對花鈴期棉花主莖葉的SPAD值影響不顯著。圖2

圖2 花鈴期不同處理下棉花主莖葉的SPAD值Fig. 2 SPAD value of cotton stem leaves of different treatments in flowering and boll-setting period

2.3 不同處理對棉花株高、產(chǎn)量及其構(gòu)成影響

研究表明，減施氮肥后，鹽堿旱地棉花的株高、籽棉產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素均有不同程度的下降。不同處理間棉花株高、第一果枝高(腳高)均隨氮素施用量的增加先升高后下降，以N5處理株高最高，CK處理株高顯著低于其它處理，減施氮肥增施葉面肥處理對株高和第一果枝高沒有顯著影響。減施氮肥對鹽堿旱地棉花的籽棉產(chǎn)量、單株鈴數(shù)、單鈴重和衣分均有不同程度的負面影響。氮肥施用量越大，籽棉產(chǎn)量越高，施氮處理N1～N6的籽棉產(chǎn)量分別是CK處理的1.2～1.4倍，差異顯著；比較當?shù)氐食Ｓ昧縉5來看，減施氮肥增施葉面肥降低了各處理的籽棉產(chǎn)量，N4～N1下降了2.8%～14.0%，N5與N1差異性顯著。單株成鈴數(shù)N6與對照CK差異顯著，處理CK、N1、N2和N3單鈴重顯著低于N5處理，處理CK和N1衣分顯著低于N5處理，各處理對果枝數(shù)沒有顯著影響。表1

表1 不同處理下棉花的株高、產(chǎn)量及其構(gòu)成Table 1 Cotton plant height, yield and yield composition of different treatments

2.4 不同水平施氮處理對棉花纖維品質(zhì)的影響

研究表明，不同施氮量對鹽堿旱地棉花纖維品質(zhì)的馬克隆值、斷裂比強度和纖維整齊度有顯著影響。不同氮肥用量處理的棉花纖維馬克隆值隨氮素增加而降低的趨勢，N5、N6處理馬克隆值顯著低于N1，減施氮肥增施葉面肥處理N2～N4纖維馬克隆值與N5處理沒有顯著差異。不同氮肥用量處理的纖維斷裂比強度和整齊度隨氮肥的增加先升高再降低，纖維斷裂比強度和整齊度最大值出現(xiàn)在N4處理，N4處理的纖維斷裂比強度和整齊度顯著高于CK處理，N1～N6處理之間的纖維斷裂比強度和整齊度差異不顯著。不同施氮量對鹽堿旱地棉花纖維長度和伸長率影響不顯著。表2

表2 不同處理下棉花的纖維品質(zhì)性狀Table 2 Cotton fiber quality traits of different treatments

3 討 論

SPAD值可以間接反映棉花葉片葉綠素的含量及含氮量[13]?；ㄢ徠谥髑o倒4葉對土壤氮素的供應(yīng)狀況敏感，其SPAD值與棉花葉片含氮率及植株含氮率的相關(guān)性較好[14]，試驗結(jié)果表明，花鈴期棉花主莖葉SPAD值隨氮肥施用量的減少而降低，增施葉面肥后各減氮處理主莖葉SPAD值差異不顯著，這可能與葉面肥的補償作用有關(guān)。棉花群體和葉片的光合效率與產(chǎn)量呈現(xiàn)正相關(guān)聯(lián)系[15]。通常情況下，氣孔導度增大、蒸騰速率升高，有利于增加氣體交換，改善葉片光合速率，二者相關(guān)性極強[16]。研究結(jié)果顯示，減施氮肥后，主莖葉片Pn和Tr逐漸降低、Ci逐漸增加，對葉片Gs的影響沒有達到顯著水平，可能是低氮處理葉片光合速率較低導致胞間CO2濃度增大；光合速率降低，影響生物量的積累，導致經(jīng)濟產(chǎn)量下降，這與前人[17，18]研究結(jié)論較為一致。

氮素作為作物生長發(fā)育必需的大量元素之一，適量施氮能夠提高作物光合效率，促進生物量增長，進而增加產(chǎn)量改善品質(zhì)[19]。隨著勞動力價格的不斷攀升，棉花生產(chǎn)向規(guī)?；N植、精準化管理、機械化采收發(fā)展已經(jīng)成為必然選擇。棉花規(guī)?；N植中，在保障一定規(guī)模產(chǎn)量的前提下，減少氮肥投入是節(jié)本增收、保護環(huán)境的重要措施。以當?shù)爻Ｒ?guī)施氮量為參考，研究鹽堿旱地氮肥不同程度減施水平的棉花產(chǎn)量，對照CK處理(無氮肥+無葉面肥)籽棉產(chǎn)量及部分產(chǎn)量構(gòu)成顯著低于施氮肥處理，符合前人研究規(guī)律[20,21]；減施氮肥噴施葉面肥不同程度地降低各處理的籽棉產(chǎn)量，N4～N1比N5(純N 180 kg/hm2)處理籽棉產(chǎn)量下降了2.8%～14.0%，與王士紅[22]、楊長琴等[23]的研究結(jié)論一致，即減施氮肥后籽棉產(chǎn)量下降，但在0～225 kg/hm2氮肥用量范圍內(nèi)，試驗減施氮肥帶來的減產(chǎn)幅度更小，說明氮肥減施后噴施葉面肥，可能對棉花籽棉產(chǎn)量有一定的補償作用，減氮+葉面肥施肥模式有利于產(chǎn)量形成，減少氮肥投入。同為鹽堿土條件下施氮量對棉花產(chǎn)量的影響研究，相同氮肥用量處理的籽棉產(chǎn)量與鄒芳剛等[24]研究的研究結(jié)果差異較大，除去增施葉面肥的影響，還可能是由于研究環(huán)境、研究方法及產(chǎn)量水平的差異所導致的。

由于開展試驗的生態(tài)區(qū)域、棉花品種、氮肥種類和施肥模式等條件的不同，有關(guān)氮素對棉花纖維品質(zhì)影響的大量研究結(jié)論存在差異。鄧忠等[25]在新疆滴灌條件下研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加棉纖維品質(zhì)各指標均呈先增加后下降的趨勢，纖維品質(zhì)各指標在施氮量300 kg/hm2時均達到了最高值，施氮量增加至375 kg/hm2時出現(xiàn)不同程度的下降。試驗分析發(fā)現(xiàn)，隨著氮肥用量的增加，纖維斷裂比強度和整齊度先升高再降低，馬克隆值逐漸降低，對纖維長度沒有顯著影響，這與劉敬然等[26]的研究結(jié)論相一致。研究只對減肥處理配合增施了葉面肥，以施氮量0 kg/hm2處理為對照，研究了不同處理對棉花光合特征、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，而對于減肥不增施葉面肥未作處理試驗，有待于繼續(xù)開展試驗以明確葉面肥的定量補償作用；同時，鑒于研究試驗?zāi)晗掭^短，研究結(jié)果還需多年田間試驗進一步驗證。

4 結(jié) 論

4.1 鹽堿旱地條件下，施氮60～150 kg/hm2處理增施葉面肥后，棉花主莖葉SPAD值、凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度與180 kg/hm2施氮水平無顯著差異。

4.2 鹽堿旱地條件下，施氮量90～150 kg/hm2增施葉面肥處理與180 kg/hm2處理間的籽棉產(chǎn)量無顯著差異；纖維斷裂比強度和整齊度隨氮肥用量的減少先升高再降低，馬克隆值逐漸升高，對纖維長度和伸長率沒有顯著影響。

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