減量追施氮肥對(duì)新疆巴州棉花葉綠素含量、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響

姚青青，孫繪健，羅靜，何忠盛，杜珊珊，鄧永明

（新疆巴音郭楞蒙古自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

生育期追施氮肥是調(diào)控棉花群體結(jié)構(gòu)、光合性能和生物量形成的重要手段[1-2]。合理施用氮肥可促進(jìn)棉花生長(zhǎng)發(fā)育，改善葉片葉綠素?zé)晒馓匦?，提高棉花葉片光能轉(zhuǎn)化率[3-5]，增加光合物質(zhì)形成，最終顯著增加棉花產(chǎn)量[6]。適宜的施肥運(yùn)籌能合理優(yōu)化作物群體冠層結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)光合速率，增加光合物質(zhì)積累量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[7-9]。但施氮量過(guò)高或過(guò)低均不利于棉花的生長(zhǎng)發(fā)育，影響光合產(chǎn)物的合理分配，降低棉花生物量積累和植株對(duì)氮素的吸收量，最終使棉花品質(zhì)及產(chǎn)量下降[10-12]。適量減施氮肥可促進(jìn)棉花結(jié)實(shí)器官等的干物質(zhì)積累與分配，并且不會(huì)造成棉花顯著減產(chǎn)[13]。過(guò)度施肥不僅會(huì)增加生產(chǎn)資料投入成本，還會(huì)導(dǎo)致氮肥利用率和土壤生產(chǎn)力下降、農(nóng)業(yè)面源污染狀況加劇等環(huán)境問(wèn)題[14-19]。因此，在保證棉花穩(wěn)產(chǎn)的情況下，研究減量追施氮肥對(duì)棉花葉綠素含量、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響，對(duì)新疆巴音郭楞蒙古自治州（巴州）棉花減肥增效及減緩農(nóng)業(yè)面源污染具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地及試驗(yàn)材料

田間試驗(yàn)于2020年4－10月在新疆巴州尉犁縣北部棉田（41°32′N，86°15′E）進(jìn)行。該試驗(yàn)區(qū)屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，全年平均日照2 975 h，年無(wú)霜期為210 d，年平均氣溫10.1℃，年平均降水量為43 mm，年平均蒸發(fā)量為2 700 mm。前茬作物均為棉花，土壤質(zhì)地為壤土；屬于中低等肥力土壤，耕層0～30 cm土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)10.06 g·kg－1，堿解氮28.0 mg·kg－1，速效磷33.5 mg·kg－1，速效鉀162 mg·kg－1。供試品種為新陸中71號(hào)，采用膜下滴灌（66+10）cm一膜雙管四行的種植模式，使用機(jī)械覆膜精播，穴距為12 cm，化學(xué)調(diào)控技術(shù)、植保技術(shù)及其他管理技術(shù)與當(dāng)?shù)叵嗤?/p>

1.2 方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)施氮運(yùn)籌設(shè)5個(gè)施氮肥水平（表1），即各處理基施氮肥用量相同，在追施氮肥用量上設(shè)計(jì)5個(gè)處理，N1為當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)追施氮肥量，N2為減施10%常規(guī)追施氮肥量，N3為減施20%常規(guī)追施氮肥量，N4為減施30%常規(guī)追施氮肥量，N5為減施40%常規(guī)追施氮肥量，小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，共計(jì)15個(gè)小區(qū)。小區(qū)長(zhǎng)15 m，寬6 m，面積為90 m2。

各處理基肥施用量均為尿素225 kg·hm－2，磷酸二銨375 kg·hm－2，硫酸鉀225 kg·hm－2。基施氮磷鉀肥在犁地時(shí)施入，生育期氮肥隨水追施，用施肥罐控制追施量。灌溉方式為膜下有壓滴灌，從6月中旬開(kāi)始灌溉。

表1 氮肥追施設(shè)計(jì)

1.2.2樣品采集方法及測(cè)定。（1）產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)查。在棉花吐絮期，調(diào)查試驗(yàn)測(cè)產(chǎn)區(qū)域內(nèi)一定面積株數(shù)和鈴數(shù)，計(jì)算小區(qū)株數(shù)和鈴數(shù)；各小區(qū)分3次取棉株上、中、下部完全吐絮鈴各50個(gè)，測(cè)定鈴重和衣分。根據(jù)單位面積收獲鈴數(shù)與鈴重的乘積計(jì)算籽棉產(chǎn)量。

（2）地上部干物質(zhì)的測(cè)定。田間試驗(yàn)測(cè)定地上部植株干物質(zhì)積累量時(shí)，分別在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的（長(zhǎng)勢(shì)均勻）棉株3株，剪取植株子葉節(jié)部分，把植株按莖、葉、蕾＋花/鈴不同器官分解成小塊，在105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，采用稱重法測(cè)定干物質(zhì)積累量。

（3）棉花葉綠素含量的測(cè)定。各處理分別在棉花蕾期、初花期、盛花期、花鈴期、盛鈴期、吐絮期，選擇晴朗無(wú)云的天氣于12：00－14：00采用Minolta SPAD-502葉綠素儀測(cè)定葉片SPAD值（葉綠素含量指標(biāo)），打頂前測(cè)倒4葉，打頂后測(cè)倒1葉，每小區(qū)隨機(jī)測(cè)定10片葉，每張葉片測(cè)4～6個(gè)不同位置，取平均值，測(cè)定時(shí)避開(kāi)葉脈。

表2 不同追施氮肥處理的棉花葉片SPAD值的比較

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析和最小顯著差數(shù)法檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 減量追施氮肥對(duì)棉花葉綠素含量的影響

由表2可知，隨著追施氮肥的進(jìn)行，棉花葉片SPAD值呈先上升后緩慢下降的總體趨勢(shì)；各處理SPAD值均在花鈴期達(dá)到最大，此時(shí)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)，之后氮素營(yíng)養(yǎng)向生殖器官轉(zhuǎn)移速率加快，葉片SPAD值緩慢降低。隨著減量追施氮肥的增加，各生育階段棉花葉片SPAD值降低，各處理間存在顯著性差異，其中初花期之后N1和N2處理的棉花SPAD值均顯著高于N4和N5處理。

2.2 減量追施氮肥對(duì)棉花地上部干物質(zhì)積累的影響

由表3可知，在蕾期，由于施基肥量一致且尚未追施氮肥，各處理棉花地上部干物質(zhì)積累量未出現(xiàn)顯著差異。隨著追施氮肥的進(jìn)行，初花期至吐絮期各生育階段，各處理地上部干物質(zhì)積累量出現(xiàn)顯著性差異，N1和N2處理的棉花地上部干物質(zhì)積累量均顯著高于N4和N5處理，吐絮期N1、N2和N3處理的生殖器官（蕾花鈴）干物質(zhì)積累量均顯著高于N4和N5處理。此外，隨著追施氮肥的減少，各生育階段棉花干物質(zhì)積累量降低。

棉株生育前期（蕾期至初花期），棉株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)占主導(dǎo)地位，營(yíng)養(yǎng)器官（葉片和莖枝）干物質(zhì)積累量占地上部的79.7%以上。隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，生殖生長(zhǎng)速率逐漸加快，棉株生殖器官（蕾花鈴）干物質(zhì)積累量占地上部的比重逐漸增加，到吐絮期時(shí)超過(guò)58%。其中吐絮期N1、N2、N3、N4和N5處理生殖器官（蕾花鈴）干物質(zhì)積累量占地上部的比重分別為61.351%、61.361%、60.678%、59.325%、58.126%，N2處理的該比重分別比N1、N3、N4和N5處理高0.016%、1.126%、3.432%和5.565%。

表3 不同追施氮肥處理的單株地上部干物質(zhì)積累量的比較 g

2.3 減量追施氮肥對(duì)棉花產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量的影響

如表4所示，在保苗株數(shù)差異不明顯的情況下，N1、N2和N3處理的單位面積結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量均無(wú)顯著差異，但均顯著高于N5處理，且其單位面積結(jié)鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量均極顯著高于N4和N5處理；在產(chǎn)量方面，N2、N3、N4、N5處理籽棉產(chǎn)量較N1處理分別減少0.47%、2.15%、20.81%、27.61%，N2處理皮棉產(chǎn)量分別比N1、N3、N4和N5處理增加0.33%、1.76%、26.91%、40.67%。

表4 不同追施氮肥處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的比較

2.4 減量追施氮肥下棉花葉片干物質(zhì)積累量、葉綠素含量及產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由表5可知，追施氮肥量與籽棉產(chǎn)量呈顯著相關(guān)，與花鈴期、盛鈴期和吐絮期的SPAD值呈極顯著相關(guān)，與盛花期的SPAD值、初花期和盛鈴期的葉片干物質(zhì)積累量呈顯著相關(guān)，其中以盛鈴期的葉片SPAD值和葉片干物質(zhì)積累量與追施氮肥量的相關(guān)性最高；籽棉產(chǎn)量與吐絮期的SPAD值呈顯著相關(guān)，與初花期的葉片干物質(zhì)積累量呈極顯著相關(guān)，與盛鈴期的葉片干物質(zhì)積累量呈顯著相關(guān)。

表5 追施氮肥量、葉片干物質(zhì)積累量、SPAD值及籽棉產(chǎn)量之間的相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

不同施肥量對(duì)棉花群體的生長(zhǎng)狀況產(chǎn)生重要影響，適宜的施氮量可獲得較高的棉花干物質(zhì)積累量；但施氮量過(guò)高或過(guò)低，均會(huì)降低棉花干物質(zhì)累積量，導(dǎo)致減產(chǎn)[20-23]。適當(dāng)?shù)臏p肥措施可促進(jìn)干物質(zhì)向生殖器官分配，同時(shí)不會(huì)造成棉花顯著減產(chǎn)[13]。適量減施氮肥能夠提高棉花群體冠層光合利用效率，顯著增加棉花結(jié)鈴數(shù)和鈴重，最終顯著提高棉花產(chǎn)量[19，24]。不過(guò)，也有研究表明不同氮肥運(yùn)籌條件下代表產(chǎn)量構(gòu)成的單株結(jié)鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量存在顯著差異，而鈴重、收獲株數(shù)和衣分差異不顯著[25]。本研究結(jié)果表明，大田追施氮肥在常規(guī)用量基礎(chǔ)上減施10%并不會(huì)顯著降低棉花地上部干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量，對(duì)棉花的單位面積結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分均未產(chǎn)生顯著影響；但隨著追施氮肥量的進(jìn)一步減少，棉株葉綠素含量和干物質(zhì)積累量降低，棉花結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分下降明顯，導(dǎo)致減產(chǎn)。這與前人研究結(jié)果[21,25]相似。

已有研究表明，在不同施氮水平下各生育期棉花功能葉SPAD值與葉綠素含量、全氮含量、施氮量及產(chǎn)量呈極顯著線性正相關(guān)[26-27]。適宜的施氮策略可顯著影響蕾期以后的葉片SPAD值，SPAD值與土壤堿解氮含量存在顯著的正相關(guān)[28]，并且棉花干物質(zhì)積累量與含氮量、產(chǎn)量之間存在正相關(guān)[6,29]。本研究結(jié)果進(jìn)一步表明，追施氮肥量與籽棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，盛鈴期的葉片SPAD值和葉片干物質(zhì)積累量與追施氮肥量的相關(guān)性最高，吐絮期的SPAD值和初花期的葉片干物質(zhì)積累量與籽棉產(chǎn)量的相關(guān)性最高。

此外，本研究只進(jìn)行了1年田間試驗(yàn)，然而棉花產(chǎn)量還會(huì)受到品種、種植模式、棉田地力及天氣等因素的影響，這增加了減施氮肥條件下棉花穩(wěn)產(chǎn)的不確定性。因此，為了保證棉花穩(wěn)產(chǎn)，還需要進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究。