水氮運(yùn)籌對棉花干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響

盧銳 杜夢旗 張哲 羅新寧

(塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

引言

棉花是我國的主要經(jīng)濟(jì)作物,在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。以往的許多研究結(jié)果都表明,影響棉花產(chǎn)量的諸多因素中,水和肥適時適宜的施用起著十分關(guān)鍵的作用[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效用水對于干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤為重要，2019年，新疆農(nóng)業(yè)用水量達(dá)到511.75億m3，占全疆經(jīng)濟(jì)社會用水總量的92.3%[2]，水肥是作物產(chǎn)量的2大限制因子，水氮資源的不合理使用會造成土壤硝態(tài)氮向下淋移，產(chǎn)生淋溶風(fēng)險[3]，若在作物生產(chǎn)中對水肥資源利用不夠合理，不僅浪費(fèi)水資源，而且嚴(yán)重威脅環(huán)境[4]。因此，對水肥施用技術(shù)的研究日益受到重視。有關(guān)棉花水肥與其產(chǎn)量關(guān)系的研究已有不少報道，多集中在水肥單因子效應(yīng)方面，對水肥單因子的產(chǎn)量效應(yīng)關(guān)系研究較為清楚[5]，然而作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成是水肥多因子交互作用的結(jié)果，其關(guān)系要比單因子作用復(fù)雜得多，為了探討水肥多因子的產(chǎn)量效應(yīng)和增產(chǎn)機(jī)理，越來越多的研究工作得以開展[6]。本文采用大田試驗(yàn)，設(shè)置灌溉和施氮2因子，分析南疆雨水較少地區(qū)膜下滴灌條件下，不同水肥對棉花產(chǎn)量的影響，對了解棉花水肥耦合增產(chǎn)效應(yīng)機(jī)理有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

該試驗(yàn)于2020年4—10月，在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)東區(qū)試驗(yàn)基地進(jìn)行。地處塔克拉瑪干沙漠的邊緣，屬溫暖帶大陸性干旱氣候，降水量稀少，蒸發(fā)量大，光熱資源豐富，總?cè)照諗?shù)3000h，無霜期平均210d，全年平均氣溫在11℃左右，年平均降水量60mm左右，年最大蒸發(fā)量2800mm左右。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)灌溉模式和氮肥2因素，2因素(施氮策略、灌溉策略)3梯度(1、2、3梯度)組合共9個處理，設(shè)計(jì)見表1，重復(fù)3次，共27個小區(qū)，小區(qū)面積為42m2。

在當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶高產(chǎn)灌水施氮的策略基礎(chǔ)上，以30%作為基肥施用，棉花生育期內(nèi)將70%作為追氮策略設(shè)計(jì)3個梯度，各處理總施氮量均為330kg·hm-2，各處理有機(jī)肥、磷、鉀以及中微量元素施用量和使用方法相同，施P2O5量為210kg·hm-2，施K2O量為150kg·hm-2，氮肥基肥磷鉀肥一起翻地時施入，N采取隨水滴施方法，用施肥罐定量施入。氮肥用尿素，磷肥用過磷酸鈣，鉀肥用硫酸鉀，用施肥罐控制施肥量。W定額為4200m3·hm-2，W制度為：正常年份滴灌灌水頻率7d，從6月中旬蕾期開始，每隔7d灌1次，用水表控制W量。

供試品種為“新陸中38號”，采用膜下滴灌1膜6行的種植模式，行距配置為66cm加10cm，株距為9.5cm。各處理全生育期共滴水12次，施氮6次。

表1 試驗(yàn)處理及施肥灌溉方案

1.3 采樣和分析

植株樣品的采集與干物質(zhì)測定，從6月中旬蕾期開始，每隔7d灌1次，每次灌水后3d隨機(jī)選取3株棉花進(jìn)行整株取樣，獲取樣品的地上部分全部采集后按莖葉鈴根不同器官分開。在105℃下殺青30min，然后70℃條件下烘干至恒重，稱量，記錄干物質(zhì)量。在棉花收獲期對產(chǎn)量進(jìn)行測產(chǎn)，測產(chǎn)面積(長×寬=7m×1.52m)為10.64m2。各小區(qū)分別采集吐絮棉花上層15朵、中層20朵和下層15朵，測棉鈴單重。產(chǎn)量計(jì)算公式：

籽棉產(chǎn)量(kg·667m-2)=收獲密度(株·667m-2)×平均單株成鈴數(shù)(個/株)×單鈴重(g)/1000×測產(chǎn)校正系數(shù)(90%)

各參數(shù)根據(jù)下列公式計(jì)算：

植株總干物質(zhì)積累量(kg·hm-2)=成熟期單株平均干質(zhì)量×小區(qū)植株密度

干物質(zhì)分配率(%)=植株器官階段積量/植株階段總累積量×100

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、作圖，用DPS軟件中通用線性模型單因素變量法進(jìn)行方差分析,多重比較用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮運(yùn)籌處理對棉花各器官干物質(zhì)積累量和積累率的影響

由圖1可知，在棉花生育期內(nèi)，干物質(zhì)的積累隨著棉花的生長而增加。平均棉花單株干物質(zhì)積累量最多的是處理W1N2小區(qū)為60.65g,最少的是處理W2N1小區(qū)為48.02g。在棉花蕾期6月15日—7月5日這段時間內(nèi)，處理W2N3、W3N3、W3N2的植株日干物質(zhì)量積累率明顯高于處理W2N1、W1N1、W1N3。處理W2N3的植株日干物質(zhì)量積累量最多，為0.81g·d-1；處理W2N1的日干物質(zhì)量積累量最少，為0.33g·d-1。

圖1 不同水氮運(yùn)籌處理對棉花各器官干物質(zhì)積累量

在棉花花鈴期7月5—25日期間，處理W1N3、W1N1、W2N2的植株日干物質(zhì)量積累率明顯高于處理W3N3、W3N2、W2N3，處理W1N3的日干物質(zhì)量積累量最多為0.59g·d-1，處理W3N3的日干物質(zhì)量積累量最少為0.12g·d-1。在剩余的棉花生育期內(nèi)，各處理間的日干物質(zhì)量積累量均在原有基礎(chǔ)上有不同程度的增大。

不同水氮處理滴灌棉花的干物質(zhì)積累規(guī)律是一致的,即在各生育階段干物質(zhì)積累呈現(xiàn)出苗期緩慢,蕾期逐漸加快,開花到結(jié)鈴盛期是干物質(zhì)積累的高峰期,此后又逐漸平穩(wěn)[4]。干物質(zhì)積累的最快時期出現(xiàn)在7月15—25日，棉花盛花結(jié)鈴期，干物質(zhì)積累的關(guān)鍵時期在初花至盛鈴期。研究結(jié)果表明,提高盛鈴期蕾鈴干物重是高產(chǎn)的關(guān)鍵,盛蕾至盛花期的營養(yǎng)器官和盛花至盛鈴期各器官N素積累與盛鈴期棉花蕾鈴干物重呈顯著正相關(guān)[5]。棉花適量水氮運(yùn)籌表現(xiàn)出生育后期植株干物質(zhì)積累量大,為棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

2.2 不同水氮運(yùn)籌處理對棉花成熟期各器官干物質(zhì)積累及分配率的影響

據(jù)表2可知，不同水氮運(yùn)籌處理下各器官干物質(zhì)積累量的大小順序?yàn)殁?莖>葉>根。分別占到植株干物質(zhì)總量的50.08%～59.37%、20.77%～27.36%、9.14%～16.22%、9.17%～10.44%。不同的水氮運(yùn)籌處理下棉鈴干物質(zhì)積累量均占植株干物質(zhì)總積累量的50%以上，說明棉鈴是棉花干物質(zhì)重的重要組成部分。處理W3N1的棉花莖的干物質(zhì)量分配率為27.36%，明顯高于其它處理，但鈴的干物質(zhì)量分配率卻處在最低水平50.08%，表明該處理的水氮運(yùn)籌策略造成棉花植株貪青旺長，大量有機(jī)物儲存在莖稈中，不利于有機(jī)物向鈴中轉(zhuǎn)移，勢必影響整株棉花營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)化，從而影響整株棉花干物質(zhì)重的積累，所以整體的棉花干物質(zhì)積累量處在最低水平。處理W3N3的棉花在各項(xiàng)營養(yǎng)器官干物質(zhì)重的分配比率比較均衡，根、莖、葉占比分別為8.63%、22.42%、14.53%、54.42%，相比于其它處理各項(xiàng)指標(biāo)沒有明顯優(yōu)勢，卻在總干物質(zhì)量積累量上占優(yōu)。說明合理的水氮運(yùn)籌能優(yōu)化棉花植株生長的養(yǎng)分分配，為植株的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

表2 不同水氮運(yùn)籌處理下棉花成熟期各器官干物質(zhì)積累及分配率

2.3 棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量方差分析結(jié)果

表3 不同水氮運(yùn)籌處理下棉花平均單株鈴數(shù)及單鈴重

由表3可知，不同水氮運(yùn)籌處理下棉花平均單株鈴數(shù)最多的是處理W1N1，為4.80個，平均單株鈴數(shù)最少的是處理W2N2，為4.32個。不同水氮運(yùn)籌處理下棉花平均單鈴重最重的是處理W2N2，為5.93g/個，平均單鈴重最輕的是處理W3N1，為5.19g/個。

不同水氮運(yùn)籌處理下棉花平均產(chǎn)量最高的是處理W3N3，為6171.30kg·hm-2。平均產(chǎn)量最低的是處理W3N1，為5084.36kg·hm-2。

在總W量施肥量一定的基礎(chǔ)上,由表4可知，F(xiàn)=3.5750,P=0.0375。在5%水平下，處理W3N3與W1N2、W1N1、W2N2、W1N3、W2N1之間不存在差異，與W2N3存在差異。處理W2N3與W2N1、W1N3、W3N2不存在差異,與W3N1存在差異。W3N1與W3N2、W2N3、W2N1、W1N3不存在差異。在1%水平下，W3N3與W1N2、W2N2、W2N2、W1N3、W2N1、W2N3、W3N2之間不存在差異，與W3N1存在極顯著差異。W3N1與W3N2、W2N3、W2N1、W1N3、W2N2、W1N1不存在差異。

表4 不同水氮運(yùn)籌處理下棉花產(chǎn)量LSD法多重比較

即，處理W3N3、W1N2水氮運(yùn)籌下棉花產(chǎn)量分別達(dá)到6171.30kg·hm-2、6126.35kg·hm-2最高水平，說明W3N3、W1N2處理的水氮配施對提高棉花產(chǎn)量有著顯著的影響。

3 討論

前人研究表明，不同的追施氮量對棉花的干物質(zhì)積累以及籽棉產(chǎn)量有著顯著的影響[7]，棉花的干物質(zhì)是形成產(chǎn)量的基礎(chǔ)，而氮素吸收是干物質(zhì)積累的前提[8]。爾晨等[9]在研究中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高W量和施肥量能在促進(jìn)棉花生長的同時促進(jìn)干物質(zhì)積累總量，但是過高的水氮施入容易造成花鈴期的蕾鈴發(fā)育，不利于棉株生長。

在試驗(yàn)中，通過適宜的水肥配比能夠較好地增加棉花產(chǎn)量，但是試驗(yàn)中難免會受到品種、土壤肥力、質(zhì)地等因素影響[10,11]，對棉花的穩(wěn)產(chǎn)有著不確定性，仍需在后期進(jìn)一步開展相關(guān)的研究。

在實(shí)際生產(chǎn)中，適宜的水肥配比有利于棉花的高產(chǎn)，但應(yīng)考慮到不同W水平、土壤肥力與質(zhì)地對水肥配比產(chǎn)生的影響，應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件合理調(diào)整水肥配比以促進(jìn)棉花高產(chǎn)。

4 結(jié)論

在W3灌水量、N3施氮量以及W1灌水量、N2施氮量條件下，通過對棉花生育期的水氮配施策略調(diào)整，棉花產(chǎn)量分別達(dá)到6171.30kg·hm-2、6126.35kg·hm-2最高水平，說明W3N3、W1N2處理的水氮配施對提高棉花產(chǎn)量有著顯著的影響。通過對棉花生育期植株干物質(zhì)量的分析得出,在W3灌水量、N3施氮量以及W1灌水量、N2施氮量條件下，能較好地促進(jìn)棉花干物質(zhì)量的積累，對棉花的單鈴重、單鈴數(shù)有著較好的促進(jìn)作用。