控制排水條件下施氮水平對棉花生長、吸氮量和產(chǎn)量的影響

吳 倩，吳啟俠，鄧 超，劉凱文，漆棟良*，朱建強*

控制排水條件下施氮水平對棉花生長、吸氮量和產(chǎn)量的影響

吳 倩1，吳啟俠1，鄧 超2，劉凱文2，漆棟良1*，朱建強1*

（1.長江大學 農學院，湖北 荊州 434025；2.湖北省荊州農業(yè)氣象試驗站，湖北 荊州 434020）

【目的】探究控制排水條件下不同施氮水平對棉花生長、吸氮量和產(chǎn)量的影響，為長江中下游地區(qū)棉花穩(wěn)產(chǎn)、增收提供科學指導?！痉椒ā恳浴熬A棉112”為供試作物，設置2種控制排水模式（控制排水和非控制排水，分別記為KS和FKS）和5個施氮水平（0、90、180、270、360 kg/hm2，分別記為N0、N1、N2、N3、N4），采用完全隨機區(qū)組設計，測定不同處理下的棉花關鍵生育期葉片、盛花期株高和成熟期不同器官干物質積累量、吸氮量，籽棉產(chǎn)量及其構成因子?！窘Y果】與FKS排水模式下相比，KS排水模式下減氮處理（N1、N2和N3）的棉花蕾期—吐絮期葉片、盛花期株高、成熟期干物質積累量、吸氮量、單株鈴數(shù)、單鈴質量及衣分顯著增加，進而促進了籽棉產(chǎn)量提升。與農民習慣施氮水平（N4）相比，F(xiàn)KS排水模式下的N1、N2、N3處理的籽棉產(chǎn)量顯著下降，而KS排水模式下僅有N1處理和N2處理的籽棉產(chǎn)量顯著下降。KSN3處理下的籽棉產(chǎn)量與KSN4處理相比差異不顯著，但蕾花鈴的干物質量及吸氮量占總干物質量及總吸氮量的比例顯著提高。【結論】控制排水條件下減氮25%有利于維持棉花生長，并促進干物質量積累和氮素吸收，有利于干物質量與氮素向棉花生殖器官的分配，從而獲得較高的籽棉產(chǎn)量。

控制排水；施氮；棉花產(chǎn)量；干物質；水氮耦合

0 引 言

【研究意義】中國是棉花生產(chǎn)大國，棉花產(chǎn)量約占全球棉花總產(chǎn)量的24.8%。水分和氮素是決定棉花生長發(fā)育的關鍵環(huán)境因子。隨著水資源短缺與農業(yè)需求的不斷增加，農業(yè)用水供需矛盾日益突出。同時，農業(yè)生產(chǎn)中氮肥的過量或不科學施用普遍降低了氮素利用效率，并引起了一系列生態(tài)環(huán)境問題[1]。因此，如何有效提高水、氮利用效率是維持中國棉花可持續(xù)生產(chǎn)的關鍵?！狙芯窟M展】控制排水是一項重要的農田水分管理措施。研究表明，控制排水技術可提升土壤水分和養(yǎng)分的有效利用率，降低土壤養(yǎng)分流失量，從而提高作物水肥利用效率[2-3]。控制排水相比非控制排水可以顯著提高玉米、大豆和芝麻的產(chǎn)量[4-8]。但也有研究表明，控制排水對作物產(chǎn)量并無顯著影響[9-11]?？梢?，控制排水對作物產(chǎn)量的影響尚存在較大分歧，亟須進一步驗證。氮素是棉花生長和產(chǎn)量形成的另一決定因素[12]。研究表明，增施氮肥可促進棉株對養(yǎng)分的吸收與生物量的積累[13]，但過高的施氮量會打破棉花營養(yǎng)生長與生殖生長之間的平衡，造成棉花貪青晚熟和減產(chǎn)[14]?？梢姡m宜的施氮量是棉花高產(chǎn)的必要條件。徐茵等[15]研究表明，通過地表控制排水，減氮10%～20%有助于增加0～20 cm土層中的無機氮量，有助于提高棉花產(chǎn)量，但其生理影響機制尚不明確?！厩腥朦c】以往研究大多聚焦于控制排水或不同氮肥管理對棉花生長、產(chǎn)量、水肥利用效率的影響[16-18]。但對于控制排水與施氮量耦合條件下的棉花生長、產(chǎn)量及氮素利用的研究不足。此外，以往對于棉花水、氮耦合效應的研究主要在干旱、半干旱地區(qū)開展。在新疆，當灌溉定額為3 900 m3/hm2，施氮量為300 kg/hm2時，棉花有效鈴數(shù)和單鈴數(shù)顯著增加，棉花產(chǎn)量達到最高[19]。李培嶺等[20]指出中高水、高氮處理可顯著提高棉花干物質量。將灌水量控制在0.8～1.0倍的作物需水量可有效提高棉花產(chǎn)量[21]。然而，目前圍繞濕潤地區(qū)棉花的水、氮耦合研究甚少。【擬解決的關鍵問題】鑒于此，本研究基于田間試驗，對比分析了不同控制排水模式與施氮水平耦合條件下的棉花株高、葉綠素量、干物質積累量、吸氮量及產(chǎn)量構成因子的差異，探究控制排水條件下不同施氮水平對棉花生長、吸氮量和產(chǎn)量的影響，以期為長江中下游地區(qū)棉花的水氮高效管理提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2022年5—11月在湖北省荊州市農業(yè)氣象試驗站（北緯30°20'58.20"，東經(jīng)112°9'15.84"）進行，該區(qū)域為亞熱帶季風氣候，多年平均氣溫為16.5 ℃，多年平均降水量為1 089 mm，多年平均日照時間為1 742.4 h。棉花全生育期降水量為565.3 mm，日最大降水量為65.6 mm。在蕾期和花鈴期各灌水1次，每次灌水量為30 mm。

1.2 試驗設計

試驗采用二因素（控制排水模式×施氮水平）完全隨機組合設計，設置控制排水（FS）與非控制排水（FKS）2種排水模式，0、90、180、270、360 kg/hm2共5個施氮水平，分別記為N0、N1、N2、N3、N4。其中，N4是當?shù)剞r民的習慣施氮量。共10個處理，分別為KSN0、KSN1、KSN2、KSN3、KSN4、FKSN0、FKSN1、FKSN2、FKSN3、FKSN4，每個處理重復3次，共計30個小區(qū)。FKS排水模式下，田間排水溝處于自然排水狀態(tài)；KS排水模式下，降水造成的地表徑流由排水溝出口處的小閘門攔蓄在試驗田塊中，控制田間水深和蓄水歷時，考慮棉花的耐淹水深、耐淹歷時及雨滴對土壤的擊濺侵蝕效應，控制降雨過程中地表排水深度不超過5 cm，排水歷時不超過3 d。

以尿素作為氮肥，分別在棉花播種前，花蕾期、花鈴期施入總施氮量的30%、30%、40%。不同處理下的磷、鉀、硼肥用量保持一致，分別為P2O590 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2、持力硼3 kg/hm2。磷、鉀、硼肥全部基施。每個小區(qū)面積為20 m2（4 m×5 m），不同小區(qū)間起壟分隔，供試棉花品種為“晶華棉112”，棉花于5月31日移栽，11月12日收獲。田間行距為80 cm，株距為40 cm。棉花生長期內，KS條件下的各小區(qū)在最大日降水事件后收集地表徑流1次，F(xiàn)KS排水模式下小區(qū)收集地表徑流4次。

1.3 測定指標與方法

葉綠素：在苗期、蕾期、初花期、盛花期、花鈴期和吐絮期，于每個小區(qū)隨機選取5株棉花，隨機選取棉花不同部位的5片棉葉，采用日本美能達便攜式SPAD-502葉綠素儀測定葉片。

地上部干物質量：在棉花成熟期進行田間取樣，從每個小區(qū)內隨機挑選3株可代表整體長勢的棉花，分為莖枝、葉片、蕾鈴，放入105 ℃烘箱中殺青30 min后，經(jīng)80 ℃烘干至恒質量，測定地上部干物質量。

株高：于盛花期在每個小區(qū)隨機選取5株棉花，用卷尺測量子葉節(jié)點至生長點之間的高度作為株高。

產(chǎn)量：于成熟前在每個小區(qū)選取10株代表性植株，調查單株結鈴數(shù)；于收獲期從每個處理的小區(qū)內隨機挑選長勢一致的7株棉花，從每株棉花的上、中、下層分別摘下10個棉鈴，共計30個，曬干稱質量，換算每個小區(qū)的單鈴質量，計算每個小區(qū)的實際收獲產(chǎn)量。

棉花氮素積累量測定：采用磨樣機將植物樣品粉碎，采用凱式定氮法測定棉花氮素積累量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進行分析，利用統(tǒng)計軟件DSP 9.01對數(shù)據(jù)進行方差分析和顯著性檢驗，采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 控制排水與施氮水平對棉花葉片SPAD的影響

不同處理下的棉花見圖1。在苗期，2種排水模式下，施氮處理（N1—N4）下的均顯著高于不施氮處理（N0）；相同施氮水平下，KS與FKS排水模式下的差異不顯著。蕾期—吐絮期，與FKS排水模式相比，KS排水模式下的N0、N1、N2處理和N3處理顯著增加。FKS排水模式下的表現(xiàn)為：N4處理＞N3處理＞N2處理＞N1處理＞N0處理。KS排水模式下的則表現(xiàn)為：N3、N4處理＞N2處理＞N1處理＞N0處理?？梢姡刂婆潘畻l件下適度減施氮肥有利于維持棉花較高的。

2.2 控制排水和施氮水平對盛花期棉花株高的影響

不同處理下棉花盛花期株高見圖2。與FKS相比，KS排水模式下的N0、N1、N2處理和N3處理的株高明顯增加。FKS排水模式下的株高表現(xiàn)為：N4處理＞N3處理＞N2處理＞N1處理＞N0處理。KS條件下的株高則表現(xiàn)為：N3、N4處理＞N2處理＞N1處理＞N0處理?？梢?，控制排水條件下適度減施氮肥有利于維持較高的棉花株高。

圖1 不同處理下棉花SPAD

2.3 控制排水和施氮水平對棉花干物質積累和分配的影響

由表1可知，隨著施氮量的增加，F(xiàn)KS排水模式下的棉花干物質積累量持續(xù)增加，在N4處理下達到最大；KS排水模式下的干物質積累量在N3處理下達到最大，N4處理與N3處理間的干物質積累量無顯著差異。與FKS排水模式相比，KS排水模式下的N0、N1、N2、N3處理的干物質積累量明顯增加。蕾花鈴干物質量占棉株總干物質量的比例表現(xiàn)為：KSN3處理>KSN4、FKSN3、FKSN4處理>KSN0、KSN1、KSN2、FKSN0、FKSN1、FKSN2處理?？梢?，控制排水條件下適當減氮有利于獲得較高的干物質積累量，同時促進干物質向蕾花鈴的分配。

2.4 控制排水和施氮水平對棉花氮素吸收及分配的影響

由表2可知，隨著施氮量的增加，F(xiàn)KS排水模式下的吸氮量持續(xù)增加，在N4處理下達到最大；KS排水模式下的吸氮量在N3處理下達到最大，N4處理與N3處理間的吸氮量無顯著差異。與FKS排水模式相比，KS排水模式下的N0、N1、N2、N3處理的吸氮量明顯增加。蕾花鈴吸氮量占棉株總吸氮量的比例表現(xiàn)為：KSN3處理＞KSN4、FKSN3處理＞KSN0、KSN1、KSN2、FKSN0、FKSN1、FKSN2、FKSN4處理?？梢姡刂婆潘畻l件下適當減氮有利于棉花吸氮量的提高，同時促進氮素向蕾花鈴的分配。

表1 成熟期不同水氮處理下棉花干物質積累量及分配

注 同列數(shù)字后不同小寫字母表示差異性達到0.05顯著水平；下同。

表2 成熟期不同水氮處理下棉花吸氮量及分配

2.5 控制排水下施氮水平對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

由表3可知，F(xiàn)KS排水模式下的棉花單株鈴數(shù)、單鈴質量、衣分和籽棉產(chǎn)量隨著施氮量的增加持續(xù)增加，在N4處理下達到最高；KS排水模式下的棉花單株鈴數(shù)、單鈴質量、衣分和籽棉產(chǎn)量在N3處理下達到最大。與FKS排水模式相比，KS排水模式下的N0、N1、N2、N3處理的單株鈴數(shù)、單鈴質量、衣分和籽棉產(chǎn)量明顯增加。收獲指數(shù)表現(xiàn)為：KSN3處理＞KSN2、KSN4、FKSN3、FKSN4處理＞KSN1、FKSN2處理＞KSN0、FKSN1處理＞FKSN0處理。

表3 不同處理對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

3 討 論

已成為監(jiān)測作物長勢的重要指標[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，KSN3、KSN4處理間的差異不顯著，說明控制排水條件下減氮25%可以維持較高的葉綠素量。理想的株高是作物獲取有效光輻射量的重要前提。水、氮交互作用對棉花株高存在顯著影響[23]。以往研究表明，施氮量不足會限制棉花株高的生長，但可以通過優(yōu)化灌溉制度進行補償[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，KS排水模式下的減氮處理（N1、N2、N3處理）的棉花株高普遍高于FKS排水模式下的株高，說明控制排水可以減輕氮素虧缺對棉花生長的不利影響?？刂婆潘黾恿私邓蚬喔群笏衷谕寥栏麑拥臏魰r間，從而提高了土壤蓄水量[25]。控制排水通過降低氮素的徑流損失率提高了表層土壤中的硝態(tài)氮量[15]。改善的土壤水分及養(yǎng)分狀況有利于促進棉花生長[24-26]。

棉花干物質的積累和分配決定其最終產(chǎn)量[27]。研究表明，灌溉、施肥及二者間的交互效應均會顯著影響棉花的干物質積累及分配[13,28-29]。棉花的干物質量在一定范圍內隨著水分或氮素供應水平的增加而增加，水、氮耦合可最大限度地增加棉花的干物質積累量[29-30]。本研究中，F(xiàn)KS排水模式下N4處理的干物質積累量最大，而KS排水模式下的N3、N4處理的干物質積累量無顯著差異。說明控制排水措施可以補償減氮25%對棉花干物質累積造成的不利影響。與FKS排水模式相比，KS排水模式下減氮處理的蕾花鈴干物質量占棉株總干物質量的比例有所增加，說明控制排水下減氮25%有利于促進干物質向生殖器官的分配，從而提高收獲指數(shù)?？刂婆潘詈线m量減氮會顯著降低氮素的徑流損失率，從而提高0～40 cm土層的土壤硝態(tài)氮量和銨態(tài)氮量[15]。此外，控制排水可以提高作物生育中后期的土壤蓄水量[3]。0～40 cm土層是棉花根系的主要分布層[31]，該土層土壤水分和養(yǎng)分狀況的改善有利于棉花根系最大限度地汲取水分和養(yǎng)分，優(yōu)化“庫-源”關系[18]。

以往研究表明，水分或氮素脅迫及二者供應的不協(xié)調均會顯著降低棉花吸氮量，同時降低氮素在蕾花鈴的分配比例[32-33]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，F(xiàn)KS排水模式下的棉株吸氮量增加，而KS排水模式下N3處理棉株吸氮量最大；KS排水模式下減氮處理的蕾花鈴吸氮量占棉株總吸氮量的比例較高，這與干物質積累量的變化趨勢相似，說明控制排水條件下減氮25%有利于促進棉花對氮素的吸收，同時促進氮素向生殖器官的轉移。研究表明，施氮量對棉花吸氮量的影響因器官而異[34-35]。與N3處理相比，N4處理下棉株吸收的氮素在莖、葉中的分配比例增加，在KS排水模式下的增幅更大?？梢?，采用控制排水時，高施氮量不利于氮素向棉花生殖器官的轉運。這在一定程度上造成了氮肥的無效利用，加劇氮素損失[36]。

單株鈴數(shù)、單鈴質量和衣分共同決定籽棉產(chǎn)量[18]。不同水、氮組合顯著影響棉花的單株鈴數(shù)、單鈴質量和衣分，從而影響籽棉產(chǎn)量[37-38]。與FKS排水模式相比，KS排水模式下減氮處理的單株鈴數(shù)、單鈴質量和衣分均顯著增加?？刂婆潘胧┯欣谘a償?shù)夭蛔銓γ藁óa(chǎn)量構成因子的不利影響，從而獲得較高的籽粒產(chǎn)量。這與控制排水增加土壤水分及養(yǎng)分量，從而促進作物根系生長有關[3]。根系的旺盛生長意味著植株對水分和養(yǎng)分的吸收能力明顯增強[31]，有利于增加棉花的葉面積指數(shù)、作物生長速率和光合速率[39]。KS排水模式下減氮處理獲得較高的、干物質積累量和吸氮量證實了這一點。KSN3處理相比KSN4處理的籽棉產(chǎn)量略有增加，說明控制排水條件下減氮25%有利于棉花增產(chǎn)。然而，Awale等[10]研究表明，與非控制排水相比，控制排水對玉米和甘蔗的產(chǎn)量無顯著影響。這一差異可能與控制排水的方法、供試作物品種、氮肥管理和氣候條件等差異有關[17]。在Awale等[10]的研究中，作物生育期內有效降水量不足250 mm。相比之下，本研究中棉花生育期內的降水量較高。控制排水技術可以極大地改善多雨濕潤地區(qū)的水土環(huán)境[40]?？傮w而言，控制排水有利于補償江漢平原氮肥減量25%對棉花產(chǎn)量造成的不利影響。

4 結 論

與FKS條件相比，KS排水模式下不施氮（N0）或減氮（N1、N2和N3）處理下的棉花蕾期—吐絮期、盛花期株高、成熟期干物質積累量和吸氮量有所增加，單株鈴數(shù)、單鈴質量和衣分增加，進而增加籽棉產(chǎn)量。

控制排水條件下氮肥減量25%有利于維持棉花生長并增加干物質量積累和吸氮量，同時提高棉花干物質和吸氮量在蕾花鈴的分配比例，從而維持較高的籽棉產(chǎn)量。

（作者聲明本文無實際或潛在利益沖突）

[1] 陶垿, 張國龍, 溫鵬飛, 等. 不同滴灌施肥策略對棉花氮素利用率和產(chǎn)量的影響[J]. 節(jié)水灌溉, 2015(10): 34-38.

TAO Xu, ZHANG Guolong, WEN Pengfei, et al. Effects of different drip irrigation methods on cotton nitrogen absorption and utilization and yields[J]. Water Saving Irrigation, 2015(10): 34-38.

[2] 范利可, 李坤育, 齊利園, 等. 高水平氮素添加促進內蒙古溫帶典型草原生態(tài)系統(tǒng)碳固持[J]. 河南師范大學學報(自然科學版), 2022, 50(5): 131-137.

FAN Like, LI Kunyu, QI Liyuan, et al. High-level nitrogen addition enhances carbon sequestration in Inner Mongolia typical temperate steppe[J]. Journal of Henan Normal University (Natural Science Edition), 2022, 50(5): 131-137.

[3] 竇旭, 史海濱, 李瑞平, 等. 河套灌區(qū)控制排水對油葵生長與養(yǎng)分利用的影響[J]. 農業(yè)機械學報, 2021, 52(12): 313-323.

DOU Xu, SHI Haibin, LI Ruiping, et al. Effect of controlled drainage on oil sunflower growth and nutrient utilization in Hetao irrigation district[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2021, 52(12): 313-323.

[4] YOUSSEF M A, STROCK J, BAGHERI E, et al. Impact of controlled drainage on corn yield under varying precipitation patterns: A synthesis of studies across the U.S. Midwest and Southeast[J]. Agricultural Water Management, 2023, 275(1): 107 993.

[5] CHUN H C, JUNG K Y, CHOI Y D, et al. Characterizations of yields and seed components of sesame (L.) as affected by soil moisture from paddy field cultivation[J]. Korean Journal of Soil Science and Fertilizer, 2017, 50(5): 369-382.

[6] 金鳳生. 排水管理對作物產(chǎn)量和N損失的影響[J]. 水土保持應用技術, 2014(6): 15-17.

JIN Fengsheng. Effects of drainage management on crop yield and N loss[J]. Technology of Soil and Water Conservation, 2014(6): 15-17.

[7] 袁念念, 黃介生, 謝華. 通徑法分析控制排水條件下影響棉花產(chǎn)量的因素[J]. 長江科學院院報, 2014, 31(2): 35-39.

YUAN Niannian, HUANG Jiesheng, XIE Hua. Path analysis on influencing factors of cotton yield under controlled drainage[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2014, 31(2): 35-39.

[8] 袁念念, 黃介生, 謝華, 等. 棉田暗管控制排水和氮素流失研究[J]. 灌溉排水學報, 2011, 30(1): 103-105, 129.

YUAN Niannian, HUANG Jiesheng, XIE Hua, et al. Drainage and nitrogen loss from controlled pipe drainage cotton field[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2011, 30(1): 103-105, 129.

[9] WESSTR?M I, JOEL A, MESSING I. Controlled drainage and subirrigation - A water management option to reduce non-point source pollution from agricultural land[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2014, 198: 74-82.

[10] AWALE R, CHATTERJEE A, KANDEL H, et al. Tile drainage and nitrogen fertilizer management influences on nitrogen availability, losses, and crop yields[J]. Open Journal of Soil Science, 2015, 5(10): 211-226.

[11] KAREGOUDAR A V, VISHWANATH J, ANAND S R, et al. Feasibility of controlled drainage in saline vertisols of TBP command area of Karnataka, India[J]. Irrigation and Drainage, 2019, 68(5): 969-978.

[12] 陳夢妮, 李永山, 王慧, 等. 不同施氮量對棉花花鈴期的生長特性與產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響[J]. 山西農業(yè)科學, 2021, 49(4): 449-454.

CHEN Mengni, LI Yongshan, WANG Hui, et al. Effects of different nitrogen rates on growth characteristic at flowering-boll stage, yield and economic benefit of cotton[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2021, 49(4): 449-454.

[13] ROCHESTER I J, PEOPLES M B, HULUGALLE N R, et al. Using legumes to enhance nitrogen fertility and improve soil condition in cotton cropping systems[J]. Field Crops Research, 2001, 70(1): 27-41.

[14] FRITSCHI F B, ROBERTS B A, TRAVIS R L, et al. Seasonal nitrogen concentration, uptake, and partitioning pattern of irrigated acala and Pima cotton as influenced by nitrogen fertility level[J]. Crop Science, 2004, 44(2): 516.

[15] 徐茵, 漆棟良, 朱建強, 等. 控制排水下減量施氮對土壤無機氮含量變化和棉花產(chǎn)量的影響[J]. 節(jié)水灌溉, 2020(4): 33-37, 41.

XU Yin, QI Dongliang, ZHU Jianqiang, et al. Effect of a reduced nitrogen fertilizer rate on changes of mineral nitrogen in soil and cotton yield under controlled drainage[J]. Water Saving Irrigation, 2020(4): 33-37, 41.

[16] 楊琳, 黃介生, 劉靜君, 等. 棉田暗管控制排水水位管理制度的試驗研究[J]. 灌溉排水學報, 2013, 32(2): 6-9.

YANG Lin, HUANG Jiesheng, LIU Jingjun, et al. Management system of the controlled water level to contton under controlled drainage[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2013, 32(2): 6-9.

[17] WANG Z Y, SHAO G C, LU J, et al. Effects of controlled drainage on crop yield, drainage water quantity and quality: A meta-analysis[J]. Agricultural Water Management, 2020, 239: 106 253.

[18] LIU A D, MA X L, ZHANG Z, et al. Single dose fertilization at reduced nitrogen rate improves nitrogen utilization without yield reduction in late-planted cotton under a wheat-cotton cropping system[J]. Industrial Crops and Products, 2022, 176: 114 346.

[19] 楊首樂, 鄧忠, 翟國亮, 等. 干旱區(qū)水氮耦合效應對棉花生長性狀及產(chǎn)量的影響[J]. 中國農學通報, 2016, 32(24): 103-108.

YANG Shoule, DENG Zhong, ZHAI Guoliang, et al. Effects of water and nitrogen coupling on cotton growth characteristics and yield in arid area[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2016, 32(24): 103-108.

[20] 李培嶺, 張富倉. 根系分區(qū)交替滴灌下水氮耦合對棉花氮素利用效率的影響[J]. 農業(yè)工程學報, 2012, 28(S1): 112-116.

LI Peiling, ZHANG Fucang. Effects of water and nitrogen coupling on cotton nitrogen absorption and utilization under alternate root partition drip[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(S1): 112-116.

[21] SINGH Y, RAO S S, REGAR P L. Deficit irrigation and nitrogen effects on seed cotton yield, water productivity and yield response factor in shallow soils of semi-arid environment[J]. Agricultural Water Management, 2010, 97(7): 965-970.

[22] 徐新剛, 趙春江, 王紀華, 等. 新型光譜曲線特征參數(shù)與水稻葉綠素含量間的關系研究[J]. 光譜學與光譜分析, 2011, 31(1): 188-191.

XU Xingang, ZHAO Chunjiang, WANG Jihua, et al. Study on relationship between new characteristic parameters of spectral curve and chlorophyll content for rice[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2011, 31(1): 188-191.

[23] 胡清陽, 曹紅霞, 何子建, 等. 淋洗定額與覆蓋方式對北疆棉花生長和產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學報, 2022, 41(5): 27-33.

HU Qingyang, CAO Hongxia, HE Zijian, et al. Combined effect of drip irrigation amount and straw mulch on growth and yield of cotton in salinized soils in Northern Xinjiang[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(5): 27-33.

[24] 馬云珍, 董合林, 李玲, 等. 連續(xù)定點定量施氮對棉花花鈴期冠層光分布及產(chǎn)量的影響[J]. 新疆農業(yè)科學, 2021, 58(7): 1 236-1 245.

MA Yunzhen, DONG Helin, LI Ling, et al. Effects of continuous fixed-point and quantitative nitrogen application on canopy light distribution and yield of cotton in blossing and boll-forming stages[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2021, 58(7): 1 236-1 245.

[25] TOLOMIO M, BORIN M. Water table management to save water and reduce nutrient losses from agricultural fields: 6 years of experience in North-Eastern Italy[J]. Agricultural Water Management, 2018, 201: 1-10.

[26] 忠智博, 翟國亮, 鄧忠, 等. 不同水氮處理對北疆棉花生長特性及產(chǎn)量的影響[J]. 節(jié)水灌溉, 2019(12): 1-5, 11.

ZHONG Zhibo, ZHAI Guoliang, DENG Zhong, et al. Effects of different water and nitrogen fertilizers application on growth characteristics and yield of cotton in Northern Xinjiang[J]. Water Saving Irrigation, 2019(12): 1-5, 11.

[27] 羅佳, 候銀瑩, 陳波浪. 低磷脅迫對不同磷效率棉花干物質及養(yǎng)分吸收的影響[J]. 西南農業(yè)學報, 2017, 30(1): 155-161.

LUO Jia, HOU Yinying, CHEN Bolang. Effect of phosphorus stress on dry matter accumulation and nutrient absorption of cotton genotypes with different phosphorus efficiency[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2017, 30(1): 155-161.

[28] 何平如, 張富倉, 范軍亮, 等. 土壤水分調控對南疆滴灌棉花生長、品質及水分利用的影響[J]. 干旱地區(qū)農業(yè)研究, 2020, 38(4): 39-46.

HE Pingru, ZHANG Fucang, FAN Junliang, et al. Effects of soil moisture regulation on growth, quality and water useof cotton under drip irrigation in Southern Xinjiang[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2020, 38(4): 39-46.

[29] 忠智博, 翟國亮, 鄧忠, 等. 水氮施量對膜下滴灌棉花生長及水氮分布的影響[J]. 灌溉排水學報, 2020, 39(1): 67-76.

ZHONG Zhibo, ZHAI Guoliang, DENG Zhong, et al. The impact of N application and drip irrigation amount on cotton growth and water and N distributions in soil mulched with film[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(1): 67-76.

[30] 爾晨, 林濤, 王家勇, 等. 水氮耦合對棉花干物質積累及產(chǎn)量的影響[J].新疆農業(yè)科學, 2021, 58(7): 1 187-1 196.

ER Chen, LIN Tao, WANG Jiayong, et al. Effects of dry matter accumulation and yield components under different irrigation and fertilization treatments[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2021, 58(7): 1 187-1 196.

[31] ZHANG H Z, AZIZ K, DANIEL K, et al. Rational water and nitrogen management improves root growth, increases yield and maintains water use efficiency of cotton under mulch drip irrigation[J]. Frontiers in Plant Science, 2017, 912: 592-601.

[32] 宋智勇, 呂凱, 羅鳳, 等. 施氮量對不同基因型水稻品種氮素吸收利用的影響[J]. 華中農業(yè)大學學報, 2012, 31(2): 165-170.

SONG Zhiyong, LYU Kai, LUO Feng, et al. Effect of nitrogen application on nitrogen uptaking and utilization in ten different rice varieties[J]. Journal of Huazhong Agricultural University, 2012, 31(2): 165-170.

[33] 劉翔, 張富倉, 向友珍, 等. 虧缺灌溉對南疆棉花生長和水分利用的影響[J]. 排灌機械工程學報, 2020, 38(12): 1 270-1 276.

LIU Xiang, ZHANG Fucang, XIANG Youzhen, et al. Effects of deficit irrigation on cotton growth and water use in Southern Xinjiang of China[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2020, 38(12): 1 270-1 276.

[34] 王士紅, 聶軍軍, 李秋芝, 等. 施氮量對土壤-棉花系統(tǒng)中氮素吸收利用和氮素去向的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2020, 26(4): 738-745.

WANG Shihong, NIE Junjun, LI Qiuzhi, et al. Effects of nitrogen application rate on nitrogen absorption and utilization, and fate of nitrogen in soil-cotton system[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(4): 738-745.

[35] 李伶俐, 房衛(wèi)平, 謝德意, 等. 施氮量對雜交棉干物質積累、分配和氮磷鉀吸收、分配與利用的影響[J]. 棉花學報, 2010, 22(4): 347-353.

LI Lingli, FANG Weiping, XIE Deyi, et al. Effects of nitrogen application rate on dry matter accumulation and N, P, K uptake and distribution in different organs and utilization of hybrid cotton under high-yield cultivated condition[J]. Cotton Science, 2010, 22(4): 347-353.

[36] 鮑城帆, 趙紅梅, 鄧朋飛, 等. 氮肥用量對哈密市棉花氮素吸收及產(chǎn)量的影響[J]. 新疆農業(yè)大學學報, 2022, 45(1): 55-62.

BAO Chengfan, ZHAO Hongmei, DENG Pengfei, et al. Effects of nitrogen application rate on the nitrogen absorption and yield of cotton in Hami city[J]. Journal of Xinjiang Agricultural University, 2022, 45(1): 55-62.

[37] 龔江, 謝海霞, 王海江, 等. 棉花高產(chǎn)水氮耦合效應研究[J]. 新疆農業(yè)科學, 2010, 47(4): 644-648.

GONG Jiang, XIE Haixia, WANG Haijiang, et al. A study on water and nitrogen effect of high-yielding cotton[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2010, 47(4): 644-648.

[38] 姚青青, 孫繪健, 馬興旺, 等. 減量追施氮肥運籌對棉花地上部干物質積累、分配及產(chǎn)量的影響[J]. 新疆農業(yè)科學, 2021, 58(8): 1 398-1 405.

YAO Qingqing, SUN Huijian, MA Xingwang, et al. Effects of reduced-amount nitrogen application on cotton aboveground dry matter accumulation, distribution and yield[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2021, 58(8): 1 398-1 405.

[39] WANG H D, WU L F, CHENG M H, et al. Coupling effects of water and fertilizer on yield, water and fertilizer use efficiency of drip-fertigated cotton in Northern Xinjiang, China[J]. Field Crops Research, 2018, 219: 169-179.

[40] KING K W, HANRAHAN B R, STINNER J, et al. Field scale discharge and water quality response, to drainage water management[J]. Agricultural Water Management, 2022, 264: 107 421.

The Effect of Controlled Drainage and Nitrogen Fertilization on Growth,Nitrogen Uptake and Yield of Cotton

WU Qian1, WU Qixia1, DENG Chao2, LIU Kaiwen2, QI Dongliang1*, ZHU Jianqiang1*

(1. College of Agriculture, Yangtze University, Jingzhou 434025, China;2. Jingzhou Agro-meteorology Experimental Station of Hubei Province, Jingzhou 434020, China)

【Objective】Soil nitrogen and groundwater table are two abiotic factors affecting crop growth in the middle and low reaches of the Yangtze River in Southern China. This paper aims to investigate the combined impact of nitrogen fertilization and controlled drainage on growth, nitrogen uptake and yield of cotton. 【Method】The variety Jinghua Mian 112 was used as the model plant, and the experiment consisted of two drainage treatments: conventional drainage (FKS) and controlled drainage (KS). Each irrigation had five nitrogen treatments: applying 0 (N0), 90 (N1), 180 (N2), 270 (N3) and 360 kg/hm2(N4) of nitrogen. In each treatment, we measured the leafat fertility stage, plant height and leaves at blooming stage, dry matter accumulation in different organs at maturity stage, as well as nitrogen uptake, and yield of the cotton. 【Result】Compared with FKS, controlled drainage combined with a reduction in nitrogen application significantly increased leafand plant height at flowering stage, dry matter accumulation and nitrogen uptake at maturity stage, boll numbers per plant, boll weight per boll and yield at maturity stage. Reducing nitrogen application without implementing controlled drainage reduced cotton yield, while under controlled drainage, reducing nitrogen application from N4 to N3 did not give rise to a noticeable reduction in cotton yield. KS+N3 increased the dry matter mass, nitrogen uptake per unit dry matter, and total nitrogen uptake in the bud and boll, significantly.【Conclusion】Reducing nitrogen application currently used by farmers by 25% combined with a controlled drainage is not only beneficial to cotton growth and promotes dry matter accumulation, but also increases nitrogen uptake and its subsequent allocation to reproductive organs, thereby increasing cotton yield.

controlled drainage; nitrogen application; cotton yield; dry matter;water and nitrogen coupling

1672 - 3317（2023）10 - 0032 - 07

S562

A

10.13522/j.cnki.ggps.2023152

吳倩, 吳啟俠, 鄧超, 等. 控制排水條件下施氮水平對棉花生長、吸氮量和產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學報, 2023, 42(10): 32-38.

WU Qian, WU Qixia, DENG Chao, et al. The Effect of Controlled Drainage and Nitrogen Fertilization on Growth, Nitrogen Uptake and Yield of Cotton[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(10): 32-38.

2023-04-07

2023-06-06

2023-10-16

國家自然科學基金區(qū)域重點聯(lián)合基金項目（U21A2039）

吳倩（1999-），女。碩士研究生，研究方向為棉花水肥管理。E-mail: 963418284@qq.com

漆棟良（1987-），男。副教授，博士，主要從事農業(yè)水土環(huán)境及其調控研究。E-mail: qdl198799@126.com

朱建強（1963-），男。教授，博士生導師，主要從事水土環(huán)境與作物生產(chǎn)研究。E-mail: zyjb@sina.com

@《灌溉排水學報》編輯部，開放獲取CC BY-NC-ND協(xié)議

責任編輯：韓 洋