氮肥減量深施對(duì)油后直播棉花干物質(zhì)與氮素積累、分配及產(chǎn)量的影響

李飛，郭莉莉，趙瑞元，尹凌潔，王家珍，李彩紅，何叔軍，梅正鼎*

（1. 湖南省棉花科學(xué)研究所，湖南 常德 415101；2. 湖南省農(nóng)情研究分析中心，長(zhǎng)沙 410005；3. 常德市鼎城區(qū)謝家鋪鎮(zhèn)農(nóng)科站，湖南 常德 415126）

油菜棉花一年兩熟制是環(huán)洞庭湖植棉區(qū)主要的種植制度， 不僅實(shí)現(xiàn)了溫光資源的合理利用，而且利于用地養(yǎng)地相結(jié)合，提高了棉田的周年收益[1-2]。 棉花油后直播作為一種新型的種植模式， 實(shí)現(xiàn)了棉花生產(chǎn)過程中農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合，順應(yīng)了棉花生產(chǎn)輕簡(jiǎn)化與機(jī)械化的需求，在環(huán)洞庭湖植棉區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。 油后直播棉品種以早熟棉為主，通過遲播增密，提高群體成鈴，以群體優(yōu)勢(shì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的個(gè)體優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)棉花穩(wěn)產(chǎn)[5-6]。 但是，環(huán)洞庭湖植棉區(qū)4-6 月規(guī)律性的多雨天氣容易造成高密度群體苗蕾期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過旺，7-8 月的高溫干旱抑制棉花生殖生長(zhǎng)， 從而影響產(chǎn)量。 因此，研究并形成油棉輪作模式下密植群體的輕簡(jiǎn)高產(chǎn)栽培技術(shù)勢(shì)在必行。

生物量是棉花產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，養(yǎng)分的吸收則是生物量累積的重要前提，養(yǎng)分中以氮肥最為關(guān)鍵[7]，因此，氮肥調(diào)控是影響棉花生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)形成的重要手段[8-9]。楊長(zhǎng)琴等[10]研究表明，施氮量為150～300 kg·hm-2，在出苗后和初花期分2 次施入，可顯著提高功能葉的光合性能，利于初花后生物量和氮素的累積，最終可獲得較高的籽棉產(chǎn)量。 Rochester 等[11]研究顯示，增加氮肥施用量利于棉株養(yǎng)分吸收和生物量累積，但是過量施用氮肥會(huì)影響營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)之間的平衡，造成棉花后期貪青晚熟、產(chǎn)量和品質(zhì)下降。 另外有研究證明， 棉花生物量累積模型呈S 型曲線，其生長(zhǎng)特征值受氮素影響顯著[12-13]。 氮肥運(yùn)籌與生物量的累積和產(chǎn)量的形成密切相關(guān)，因此可通過氮肥運(yùn)籌調(diào)控棉株生物量，獲得較高產(chǎn)量。

肥料深施是提高作物產(chǎn)量和肥料利用率的重要手段，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛[14-15]。 相對(duì)于化肥地表撒施（表施）或淺施，深施是將肥料施入特定土層，減少了雨水淋溶和地表徑流的影響，有助于作物根系吸收營(yíng)養(yǎng)元素。 研究表明，碳酸氫銨表施和深施7 cm，5 d 后氮素?fù)p失率分別為13.8%和0.88%；相比表施，碳酸氫銨與尿素深施6～10 cm 條件下，氮肥當(dāng)季利用率分別提高31%和13%[16]?；噬钍┯兄谕寥滥z體吸附銨離子，促進(jìn)銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，保障土壤在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)為作物供給養(yǎng)分，滿足作物整個(gè)生育期的養(yǎng)分需求，減少施肥次數(shù)，節(jié)約化肥用量。 同時(shí)深施又顯著減少了肥料中有效成分的揮發(fā)和流失，使作物生長(zhǎng)健壯，實(shí)現(xiàn)作物提質(zhì)增產(chǎn)[16-17]。

目前關(guān)于肥料深施的研究主要集中于小麥、玉米、大豆、水稻、油菜等作物[18-22]，在棉花中的研究相對(duì)較少，特別是肥料深施對(duì)長(zhǎng)江流域油后直播棉的影響鮮有報(bào)道。 本試驗(yàn)選用早熟棉品種湘FZ001[23]，研究氮肥施用深度及用量對(duì)油后直播棉花氮素、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響，探明氮肥深施減量模式下油后直播棉密植穩(wěn)產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，為調(diào)控環(huán)洞庭湖植棉區(qū)油后直播棉生長(zhǎng)發(fā)育和化肥減施增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

供試棉花品種為湘FZ001[23]，由湖南省棉花科學(xué)研究所選育。 試驗(yàn)于2018 年和2019 年在湖南省棉花科學(xué)研究所茅灣科研基地（28°57′4″N，111°40′40″E）進(jìn)行。 試驗(yàn)采用棉花- 油菜周年輪作種植模式， 棉花秸稈與油菜秸稈機(jī)械粉碎還田。前茬油菜純氮、純磷、純鉀的用量分別為105、45 和45 kg·hm-2。 土壤為河潮土，0～20 cm 耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為17.4 g·kg-1， 堿解氮含量為104.0 mg·kg-1，有效磷含量為14.5 mg·kg-1，速效鉀含量為146.9 mg·kg-1，pH 為7.10。

棉花播種后0～150 d（全生育期）的氣象條件如圖1 所示：2018 年全生育期總降水量為657.10 mm，日均氣溫為26.93 ℃，日均日照時(shí)間為5.61 h；2019 年全生育期總降水量為671.50 mm，日均氣溫為26.63 ℃，日均日照時(shí)間為4.81 h。

圖1 2018 年（A）和2019 年（B）棉花全生育期日平均氣溫、降水量和日照時(shí)間Fig. 1 Mean daily temperature, precipitation and sunshine time during the whole growth period of cotton in 2018 (A) and 2019 (B)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置2 個(gè)施氮深度：5 cm（H5）和15 cm（H15）；5 個(gè) 施 氮量：0（N0）、90（N90）、180（N180）、270（N270）和360（N360）kg·hm-2的純氮。 試驗(yàn)肥料為尿素（總氮≥46.4%），其中30%的氮肥在棉花兩葉一心時(shí) （2018 年6 月9 日、2019 年6 月8日）溝施，距棉行5～10 cm；70%的氮肥作追肥，于初花期 （2018 年7 月24 日、2019 年7 月26日）在棉行中間溝施。 本研究采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為氮肥施用深度，副區(qū)為施氮量，小區(qū)行長(zhǎng)10 m，6 行區(qū)，76 cm 等行距種植， 小區(qū)面積為45.6 m2，3 次重復(fù)。 2 年均于5 月25 日機(jī)械播種，種植密度為7.5 萬株·hm-2。 P2O5（過磷酸鈣）和K2O（氯化鉀）施用量分別為75、180 kg·hm-2，全部磷鉀肥于播種時(shí)施入，距播種行10 cm，深度為15 cm。 2 年縮節(jié)胺用量一致，分別為現(xiàn)蕾期7.5 g·hm-2、初花期15 g·hm-2、打頂后75 g·hm-2。 其他田間栽培管理措施同當(dāng)?shù)孛尢镆恢隆?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1干物質(zhì)質(zhì)量和氮素含量測(cè)定。 兩葉一心時(shí)定苗， 分別于定苗后15、30、45、60、75、90、105 d在各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻且連續(xù)的棉株3 株，將每株按器官分為主莖、果枝、真葉、蕾花鈴和根系，放入烘箱，在105℃下殺青30 min，然后將溫度調(diào)到80 ℃烘干至質(zhì)量恒定，測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)質(zhì)量計(jì)算其分配比例。 采用凱式定氮法測(cè)定各器官氮素含量。 根據(jù)各器官氮含量計(jì)算營(yíng)養(yǎng)器官、生殖器官和單株含氮量。

干物質(zhì)積累量（kg·hm-2）＝單株干物質(zhì)質(zhì)量（g）×種植密度（株·hm-2）×10-3

氮素積累量（kg·hm-2） ＝單株干物質(zhì)質(zhì)量（g）×單株含氮量（%）×種植密度（株·hm-2）×10-3

棉株干物質(zhì)和氮素的累積量呈S 型曲線，符合邏輯斯諦（logistic）方程，其方程基本形式為：

式中：Y為棉株干物質(zhì)質(zhì)量或氮素積累量（kg·hm-2），Ym為相應(yīng)的理論最大值（kg·hm-2），t為播種出苗后時(shí)間（d），a、b為生長(zhǎng)參數(shù)[8,13]。 分別對(duì)公式（1）求1 階、2 階和3 階導(dǎo)數(shù)，可得相應(yīng)生長(zhǎng)曲線的最快生長(zhǎng)時(shí)段的起始時(shí)間（t1）、終止時(shí)間（t2）、最大積累速率（vm）及其出現(xiàn)時(shí)間（tm）[13]；并得出快速累積持續(xù)期t。 其中：

1.3.2棉花氮肥利用率的計(jì)算方法[9]。 氮肥表觀利用率（%）＝（施氮的棉株氮素積累量-不施氮的棉株氮素積累量）／施氮量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（kg·kg-1）＝（施氮的籽棉產(chǎn)量-不施氮的籽棉產(chǎn)量）／施氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）＝施氮的籽棉產(chǎn)量／施氮量；

氮素生產(chǎn)效率（kg·kg-1）＝籽棉產(chǎn)量／氮素積累量。

1.3.3產(chǎn)量及構(gòu)成因素。 于9 月15 日在每小區(qū)中間4 行標(biāo)記長(zhǎng)勢(shì)均勻的連續(xù)10 株棉花， 記錄鈴數(shù)并稱量，計(jì)算單株成鈴數(shù)和鈴重；分小區(qū)收花計(jì)產(chǎn)，計(jì)算籽棉產(chǎn)量，收花截止日期為10 月25日。 軋花后根據(jù)各小區(qū)的皮棉產(chǎn)量計(jì)算衣分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SAS（9.1.3）軟件，采用鄧肯氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析，在Microsoft Excel 2003 中制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥施用深度及用量對(duì)干物質(zhì)積累的影響

隨著施肥深度增加，棉株干物質(zhì)積累理論最大值（Ym）和最大積累速率（vm）升高，快速積累持續(xù)期（t）縮短。 其中2018 年，快速生長(zhǎng)起始時(shí)間（t1）和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間（tm）推后，快速生長(zhǎng)終止時(shí)間（t2）提前；2019 年，快速生長(zhǎng)起始時(shí)間（t1）、快速生長(zhǎng)終止時(shí)間（t2）和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間（tm） 均推后。 棉株干物質(zhì)積累理論最大值（Ym）、最大積累速率（vm）隨著施氮量增加呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，其中干物質(zhì)積累理論最大值（Ym）均在N270下達(dá)到峰值，最大積累速率（vm）均在N180下達(dá)到峰值；快速積累持續(xù)期（t）呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，在N180下達(dá)到谷值；N360下的干物質(zhì)快速積累起始時(shí)間（t1）、終止時(shí)間（t2）和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間（tm）均最早（表1）。

氮肥施用深度及用量互作下，棉株干物質(zhì)積累理論最大值（Ym）在H15N180達(dá)到最大值。 2018年，H15N180的快速累積持續(xù)期（t）為39.34 d，最大累積速率（vm）為240.15 kg·hm-2·d-1；相比各處理的平均值，H15N180的棉株干物質(zhì)積累理論最大值（Ym）提高12.42%，快速累積持續(xù)期（t）縮短了2.96 d，最大累積速率（vm）提高20.87%。 2019 年，H15N180的快速累積持續(xù)期（t）為39.85 d，最大累積速率（vm）為227.16 kg·hm-2·d-1，相比各處理的平均值，棉株干物質(zhì)積累理論最大值（Ym）提高12.67%，快速累積持續(xù)期（t）縮短2.77 d，最大累積速率（vm）提高20.52%（表1）。 整體來看，2018年的干物質(zhì)積累理論最大值（Ym）和最大積累速率（vm）高于2019 年，這可能是因?yàn)?019 年棉花全生育期的降水量略高于2018 年， 一定程度上影響了棉花的正常生長(zhǎng)。

棉花干物質(zhì)積累隨生育進(jìn)程呈S 型曲線變化，且表現(xiàn)為“慢-快-慢”的變化趨勢(shì)（圖2）。 相比H5，2018 和2019 年收獲期（定苗后105 d）H15的干物質(zhì)積累量分別提高了2.84%和3.45%。 隨著施氮量增加，棉花收獲期干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為先升高后下降， 兩年的變化趨勢(shì)一致， 均在N270下達(dá)到最大值（附表1）；相比N0，2018 年收獲期N90、N180、N270、N360處理下的干物質(zhì)積累量分別提高了11.43%、25.61%、25.64%和21.50%，2019 年收獲期N90、N180、N270、N360處理下的干物質(zhì)積累量分別提高了10.08%、24.84%、25.14%和22.14%（附表1）。 干物質(zhì)積累量均在H15N180處理下達(dá)最大值， 表明氮肥深施提高了棉株干物質(zhì)積累量；同時(shí)施氮量過低或過高均會(huì)影響棉花干物質(zhì)積累，因此，適量氮肥深施利于棉株群體干物質(zhì)的積累。

表1 氮肥不同施用深度及用量下的棉花干物質(zhì)累積動(dòng)態(tài)特征值Table 1 Dynamic characteristic values of cotton dry matter accumulation under different application depths and amounts of nitrogen fertilizer

2.2 氮肥施用深度及用量對(duì)干物質(zhì)分配的影響

分析定苗后105 d 棉花干物質(zhì)分配規(guī)律發(fā)現(xiàn)（表2），不同施肥深度下，棉花生殖器官的干物質(zhì)質(zhì)量差異顯著， 其中2018 年生殖器官的干物質(zhì)質(zhì)量差異極顯著；不同施氮量下，營(yíng)養(yǎng)器官與生殖器官的干物質(zhì)質(zhì)量差異極顯著；兩者互作極顯著影響生殖器官的干物質(zhì)質(zhì)量。2018 年，H15處理下的生殖器官干物質(zhì)質(zhì)量較H5顯著提高6.46%；隨著施氮量增加，營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)質(zhì)量呈升高趨勢(shì)，在N360下達(dá)到最大，但與N270及N180差異不顯著， 生殖器官干物質(zhì)質(zhì)量呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，在N180處理下達(dá)到最高，但與N270差異不顯著。 2018 年氮肥施用深度與用量互作下，營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量在H5N270時(shí)最大，其分配比例為43.21%； 生殖器官干物質(zhì)質(zhì)量在H15N180時(shí)最大，其分配比例為59.77%。 2019 年，氮肥施用深度、 施用量及其互作下營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量與生殖器官干物質(zhì)質(zhì)量的變化趨勢(shì)與2018 年基本一致， 其中隨著施氮量增加，生殖器官干物質(zhì)質(zhì)量在N270下達(dá)到最高，但與N180差異不顯著。 受2019 年天氣影響，各處理的生殖器官干物質(zhì)質(zhì)量及分配比例均低于2018 年（表2）。

2.3 氮肥施用深度及用量對(duì)氮素積累動(dòng)態(tài)特征的影響

與H5相比，H15的氮素積累理論最大值（Ym）、最大累積速度（vm）提高，快速積累持續(xù)期（t）縮短；2018 年，氮素快速積累起始時(shí)間（t1）、終止時(shí)間（t2）和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間（tm）推后；2019 年，氮素快速積累起始時(shí)間（t1）、終止時(shí)間（t2）和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間（tm）提前。不同施氮量處理間，2018 和2019 年的氮素累計(jì)特征值變化趨勢(shì)一致。 其中N270的棉株氮素積累理論最大值（Ym）和最大積累速率（vm）最高，快速積累起始時(shí)間（t1）、終止時(shí)間（t2）和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間（tm）最晚，快速積累持續(xù)期（t）最短（表3）。

施肥深度和施氮量互作下，H15N270處理的棉株氮素積累理論最大值 （Ym） 最大。 2018 年，H15N270的快速累積持續(xù)期（t）為41.26 d，最大累積速率（vm）為4.06 kg·hm-2·d-1；相比各處理的平均值，H15N270處理的氮素積累理論最大值（Ym）提高了12.77%，快速累積持續(xù)期（t）縮短了0.21 d，最大累積速率（vm）提升了13.41%。 2019年，H15N270的快速累積持續(xù)期（t）為41.26 d，最大累積速率（vm）為3.95 kg·hm-2·d-1，相比各處理的平均值， 氮素積累理論最大值 （Ym） 提高了14.33%，快速累積持續(xù)期（t）縮短0.41 d，最大累積速率（vm）提升了15.50%。與2018 年相比，2019年氮素最大累積速率（vm）較低，這也是氮素積累量低的主要原因。

結(jié)合表1 和表3， 各處理的平均氮素快速積累起始時(shí)間（t1）、平均最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間（tm）均略早于干物質(zhì)積累的相關(guān)時(shí)間，由此推測(cè)棉花氮素吸收高峰期在干物質(zhì)快速積累之前，氮素吸收是干物質(zhì)積累的重要前提。

表3 氮肥不同施用深度及用量下的棉花氮素累積動(dòng)態(tài)特征值Table 3 Dynamic characteristic values of cotton nitrogen accumulation under different application depths and amounts of nitrogen fertilizer

棉花氮素積累曲線與干物質(zhì)積累曲線變化一致，隨生育進(jìn)程呈現(xiàn)S 型曲線，表現(xiàn)為“慢-快- 慢”的變化趨勢(shì)（圖3）。 隨著施肥深度增加，棉花生育中后期氮素積累量升高。 相比H5，2018和2019 年收獲期H15處理下的氮素積累量分別提高了3.90%和2.30%。隨著施氮量增加，棉花收獲期氮素積累量表現(xiàn)為先升高后下降，2 年的變化趨勢(shì)一致， 均在N270處理下達(dá)到最大值；2018年收獲期N90、N180、N270和N360的氮素積累量分別比N0提高18.07%、26.65%、34.83%和32.22%，2019 年 收 獲 期N90、N180、N270和N360的 氮 素 積 累量分別比N0提高了16.07%、28.19%、35.18%和32.10%（附表2）。這說明深施提高了氮素的累積，這可能是因?yàn)榈噬钍┐龠M(jìn)了根系發(fā)育，提高了根系對(duì)養(yǎng)分的吸收能力；適宜的施氮量利于協(xié)調(diào)棉株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)，提高棉株對(duì)氮素的吸收，從而促進(jìn)干物質(zhì)積累。相比2018 年，2019 年各處理的氮素積累量均下降，且干物質(zhì)積累量降低。

圖3 氮肥不同施用深度及用量處理下棉花氮素積累動(dòng)態(tài)Fig.3 Dynamics of cotton nitrogen accumulation under different application depths and amounts of nitrogen fertilizer

表2 氮肥施用深度及用量對(duì)棉花干物質(zhì)分配的影響Table 2 Effects of nitrogen application depth and rate on dry matter distribution of cotton （kg·hm-2）

2.4 氮肥施用深度及用量對(duì)氮素分配的影響

2 年試驗(yàn)中施肥深度顯著影響定苗后105 d棉花營(yíng)養(yǎng)器官的氮素分配量和生殖器官的氮素分配量，施氮量、施氮量與施肥深度的互作都極顯著影響棉花營(yíng)養(yǎng)器官的氮素分配量和生殖器官的氮素分配量。2018 年，隨著施肥深度增加，營(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官氮素分配量均呈升高趨勢(shì)，H15顯著高于H5；隨著施氮量增加，營(yíng)養(yǎng)器官氮素分配量呈升高趨勢(shì)，在N360下達(dá)到最大，生殖器官氮素分配量呈先升高后降低趨勢(shì)，在N270下達(dá)到最大；氮肥施用深度與用量互作下，營(yíng)養(yǎng)器官氮素分配量在H5N360時(shí)達(dá)到最大， 其分配比例為44.84%，生殖器官氮素分配量在H15N180時(shí)達(dá)到最大，其分配比例為59.37%。2019 年生殖器官氮素分配量隨氮肥施用深度增加而顯著提高。 隨著施氮量增加，營(yíng)養(yǎng)器官氮素分配量提高，生殖器官氮素分配量呈先升后降的變化趨勢(shì)。 氮肥施用深度與用量互作下， 營(yíng)養(yǎng)器官氮素分配量在H5N360下最大，其分配比例為46.99%；生殖器官氮素分配量在H15N180下最大，其分配比例為57.94%（表4）。 相比2018 年，2019 年的氮素分配到生殖器官的比例較低，與干物質(zhì)分配比例的變化趨勢(shì)一致。

表4 氮肥施用深度及用量對(duì)棉花氮素分配的影響Table 4 Effects of nitrogen application depth and rate on nitrogen distribution in cotton （kg·hm-2）

2.5 氮肥施用深度及用量對(duì)氮素利用效率的影響

施氮深度對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力的影響顯著；施氮量對(duì)氮肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力及氮素生產(chǎn)效率均有顯著或極顯著影響；氮肥施用深度及用量互作對(duì)氮肥表觀利用率的影響極顯著（表5）。 與H5相比，H15提高了氮肥的利用效率，其中，2018 年H15處理下氮肥的表觀利用率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和氮素生產(chǎn)效率分別提高了5.91 百分點(diǎn)、51.26%、7.25%和1.23%，2019 年H15處理下氮肥的表觀利用率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和氮素生產(chǎn)效率分別提高了5.36 百分點(diǎn)、43.27%、5.28%和1.14%。2 年的氮肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力隨施氮量提高均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。 2018 年，N180的氮素生產(chǎn)效率最高， 且與N270、N360差異顯著。 2019 年，N0的氮素生產(chǎn)效率最高，且與N270、N360差異顯著（表5）。 兩者互作下，H15N180處理可以獲得較為理想的氮肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和氮素生產(chǎn)效率，說明氮肥深施（15 cm）條件下，適當(dāng)減少施氮量能提高棉花的氮肥利用效率。

表5 氮肥施用深度及用量對(duì)氮肥利用的影響Table 5 Effects of nitrogen application depth and rate on the utilization of nitrogen fertilizer

2.6 氮肥施用深度及用量對(duì)產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

施氮深度對(duì)棉花產(chǎn)量有顯著影響，受影響的

產(chǎn)量構(gòu)成因子主要是鈴重；施氮量對(duì)籽棉產(chǎn)量的影響極顯著，受影響的產(chǎn)量構(gòu)成因子主要是鈴數(shù)和鈴重；氮肥施用深度與用量互作對(duì)棉花產(chǎn)量有顯著或極顯著影響，受影響的產(chǎn)量構(gòu)成因子主要是鈴數(shù)。 衣分主要由品種遺傳特性決定，栽培管理和環(huán)境因素對(duì)其影響不顯著（表6）。

2018 年， 與H5相比，H15籽棉產(chǎn)量顯著提高5.09%。 籽棉產(chǎn)量隨施氮量增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，N270下達(dá)到峰值， 且與N180差異不顯著，與其他處理差異均顯著。相比N0，N90、N180、N270和N360的籽棉產(chǎn)量分別提高了15.33%、29.22%、29.85%和19.80%。 2018 年施氮深度和用量互作下，在H15N180條件下籽棉產(chǎn)量最高，且與其他各處理的差異均達(dá)到顯著水平； 產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，H15N180的成鈴數(shù)和鈴重均高于其他處理，其中鈴數(shù)與H15N270差異不顯著，但與其他各處理均差異顯著。 2018 年和2019 年鈴重隨著施氮深度的增加顯著提高；同時(shí)深施15 cm 條件下，N180和N270的群體成鈴數(shù)顯著高于其他處理。 2 年間，不同氮肥施用深度、施氮量處理間籽棉產(chǎn)量的變化趨勢(shì)相同。 2019 年兩者互作條件下，在H15N180條件下籽棉產(chǎn)量最高，且與H15N270和H5N270差異不顯著，但顯著高于其他處理（表6）。

表6 氮肥施用深度及用量對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 6 Effects of nitrogen application depth and rate on cotton yield and yield components

在施用深度15 cm 和施氮量180～270 kg·hm-2條件下，籽棉產(chǎn)量均不低于3 300 kg·hm-2，因此提高氮肥施用深度， 同時(shí)適當(dāng)降低氮肥施用量，也可以實(shí)現(xiàn)棉花穩(wěn)產(chǎn)。 相比2018 年，2019 年各處理的平均籽棉產(chǎn)量降低了6.47%， 這主要是受不同年份間棉花生長(zhǎng)季氣象條件的影響。 2019年，棉花播種后15～52 d 陰雨天氣較多，苗蕾期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)偏旺， 一定程度上影響了快速生長(zhǎng)期棉株的生殖生長(zhǎng)，進(jìn)而影響了籽棉產(chǎn)量。

3 討論

環(huán)洞庭湖植棉區(qū)是長(zhǎng)江流域的棉花主產(chǎn)區(qū)之一，溫光資源良好，有效開花結(jié)鈴期長(zhǎng)，利于棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。 但是該地區(qū)晚春初夏的低溫陰雨、夏末秋初的高溫干旱等氣候條件影響直播棉花肥料利用效率，容易造成棉花蕾鈴脫落，產(chǎn)量降低[24]。深施肥料不僅能促進(jìn)棉株對(duì)養(yǎng)分的吸收，還能提高氮素和干物質(zhì)在生殖器官中的分配，從而提高棉花產(chǎn)量， 可以減輕不利氣候條件的影響，充分利用區(qū)域優(yōu)勢(shì)和氣候資源。

3.1 氮肥施用深度及用量對(duì)棉花干物質(zhì)積累與分配的影響

在作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中，氮肥對(duì)作物生長(zhǎng)的調(diào)控能力最強(qiáng)[25]，因此氮肥的使用量最大、使用次數(shù)最頻繁。 氮肥施用深度及用量作為氮肥運(yùn)籌的主要栽培管理措施，不僅可以調(diào)控干物質(zhì)積累與分配，而且可在一定程度上影響作物的產(chǎn)量[26-28]。適宜的群體干物質(zhì)累積的動(dòng)態(tài)，不僅可以協(xié)調(diào)棉株群體的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)、塑造良好的群體結(jié)構(gòu)，而且可以提高生殖器官干物質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)的比例，為棉花高產(chǎn)構(gòu)建合理的物質(zhì)基礎(chǔ)[29]。 在生產(chǎn)中，氮肥的施用方式多為撒施或5 cm 淺施，施用量一般為270～300 kg·hm-2。 李熠等[30]研究表明，氮肥深施可有效增加棉花吐絮期群體干物質(zhì)質(zhì)量，對(duì)吐絮期群體生殖器官干物質(zhì)積累量具有顯著影響，且在深施10 cm 條件下群體干物質(zhì)質(zhì)量最高。 楊長(zhǎng)琴等[31]和王子勝等[32]研究表明， 施氮過量或不足均影響干物質(zhì)的累積，筆者前期的研究也證明了這一點(diǎn)[8]。

本試驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了氮肥施用深度，從試驗(yàn)結(jié)果來看，隨著氮肥施用深度和用量的增加，棉花群體干物質(zhì)質(zhì)量均呈現(xiàn)不同程度地提高，其中H15N180條件下干物質(zhì)積累量最大，同時(shí)生殖器官的分配比例最高。 這可能是因?yàn)樯钍┑士纱龠M(jìn)根系發(fā)育， 增強(qiáng)棉株對(duì)養(yǎng)分、水分的吸收及其抗旱能力，利于棉株生長(zhǎng)，從而促進(jìn)干物質(zhì)的積累；同時(shí)施氮量過高或過低均影響生殖器官的干物質(zhì)分配，營(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官的積累與分配在一定程度上反映了棉花 “源-庫(kù)”的供求關(guān)系，充足的“源”利于“庫(kù)”的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)累積，但是過量或過少的“源”都會(huì)影響“庫(kù)”的物質(zhì)積累，只有適宜的施氮量才能促進(jìn)生殖器官干物質(zhì)積累量的提高。 因此，通過深施氮肥提高棉株干物質(zhì)積累量，且在一定范圍內(nèi)合理調(diào)控施氮量可適度調(diào)控棉花生殖器官的干物質(zhì)分配比例，從而為穩(wěn)定和提高棉花產(chǎn)量提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 氮肥施用深度及用量對(duì)棉花氮素積累與分配的影響

干物質(zhì)累積的基礎(chǔ)在于養(yǎng)分吸收，養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵在于氮素的吸收，因此，氮素吸收直接影響干物質(zhì)累積和產(chǎn)量形成[33]。多數(shù)研究證明，棉花氮素的吸收與干物質(zhì)積累的變化趨勢(shì)一致[13,34]，同時(shí)王士紅等[13]研究表明，氮素的快速增長(zhǎng)起始時(shí)間比干物質(zhì)快速積累起始期提早4～6 d。

從本研究的氮素和干物質(zhì)積累特征值可以看出，棉花對(duì)氮素和干物質(zhì)的累積與分配基本同步，其中氮素的平均快速積累期起始時(shí)間略早于干物質(zhì)積累，說明棉花氮素吸收可能是干物質(zhì)積累的基礎(chǔ)和前提，這與王士紅等[13]的研究結(jié)果基本一致。 本研究結(jié)果顯示，棉花氮素積累與干物質(zhì)積累的變化趨勢(shì)一致；深施氮肥不僅提高了棉株氮素積累量，同時(shí)提高了生殖器官氮素積累量的分配比例；隨著施氮量的增加，氮素積累量及其在生殖器官的分配比例均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)；二者互作條件下，氮素積累量及其在生殖器官的分配比例分別在H15N270和H15N180下取得最大值。 因此，氮肥深施有利于根系發(fā)育，促進(jìn)棉株對(duì)氮素的吸收；施氮量不足，易在棉花生長(zhǎng)發(fā)育后期引起早衰，進(jìn)而影響棉花對(duì)氮素的吸收及其在生殖器官的積累；氮肥過量，易造成棉花旺長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)器官與生殖器官爭(zhēng)奪養(yǎng)分，導(dǎo)致氮素分配失調(diào)。 因此，適氮深施利于協(xié)調(diào)棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)，提高氮素在生殖器官的積累，促進(jìn)氮素的高效利用。

3.3 氮肥施用深度及用量對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

氮肥施用深度及用量是氮肥運(yùn)籌的重要措施，是調(diào)節(jié)干物質(zhì)和氮素的積累與分配的重要手段， 對(duì)棉株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量具有明顯調(diào)控作用。 沙莎等[35]的研究表明，施肥深度為6～8 cm時(shí)，對(duì)衣分、籽指和衣指的影響較小，但提高了成鈴數(shù)，利于棉花增產(chǎn)；而李熠等[30]的研究結(jié)果顯示，施氮深度10 cm 條件下，皮棉產(chǎn)量和鈴重均顯著高于其他處理。劉芳等[36]的研究提出，在常德地區(qū)， 施氮210～220 kg·hm-2的籽棉產(chǎn)量較高，這與筆者在環(huán)洞庭湖植棉區(qū)棉花配方施肥優(yōu)化試驗(yàn)中提出的推薦氮肥用量210 kg·hm-2基本相當(dāng)[37]。本研究中氮肥施用深度提高到15 cm 后，在施氮量180 kg·hm-2條件下，籽棉產(chǎn)量最高，這主要是因?yàn)楫a(chǎn)量構(gòu)成因素中的群體成鈴數(shù)和鈴重在H15N180條件下最高，這表明可通過采取深施減量的氮肥運(yùn)籌方式提高群體成鈴數(shù)和鈴重，確保籽棉產(chǎn)量的穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的化肥深施技術(shù)勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作效率低， 一定程度上影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；l(fā)展。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，作物種肥同播技術(shù)發(fā)展迅速，并逐漸在生產(chǎn)中應(yīng)用推廣，種肥同播將精量播種與施肥技術(shù)結(jié)合使用，既提高了施肥的精準(zhǔn)度， 又減少了勞動(dòng)力投入， 真正實(shí)現(xiàn)了良種、良肥、良法的配套，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)種植的節(jié)本增效。因此，本研究成果的應(yīng)用推廣或?qū)⒓铀偻七M(jìn)傳統(tǒng)高投入、低效益的棉花生產(chǎn)模式向輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化、規(guī)模化方向轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)論

在氮肥深施15 cm 模式下，通過合理調(diào)控氮肥施用量，可促進(jìn)氮素和干物質(zhì)向生殖器官轉(zhuǎn)移和積累，提高棉株群體成鈴數(shù)和鈴重，確保棉花穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。 推薦洞庭湖植棉區(qū)或類似區(qū)域棉花油后直播種植模式下，氮肥施用深度從常規(guī)的撒施或淺施5 cm 提高到15 cm， 施氮量從常規(guī)的270～300 kg·hm-2減少至180 kg·hm-2。

附表：

詳見本刊網(wǎng)站（http://journal.cricaas.com.cn/）本文網(wǎng)頁(yè)版。

附表1 氮肥施用深度及用量對(duì)棉花干物質(zhì)積累的影響

Table S1 Effects of nitrogen application depth and amount on dry matter accumulation in cotton

附表2 氮肥施用深度及用量對(duì)棉花氮素積累的影響

Table S2 Effects of nitrogen application depth and rate on nitrogen accumulation in cotton