基于RZWQM2的氮肥運籌方式對棉花生長及產(chǎn)量的影響

中圖分類號：S233.75；S562 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-4330（2025）04-0807-13

0 引言

【研究意義】新疆是我國最大的產(chǎn)棉區(qū)[1-2]氮素是植物需求量最大的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，對棉花生長及皮棉產(chǎn)量至關(guān)重要[3]，利用田間試驗優(yōu)化氮素管理易受農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和局限性[4]影響，導(dǎo)致試驗結(jié)論普適性較差，因此，利用RZWQM2建立不同氮素管理情景對棉花生長過程和產(chǎn)量監(jiān)測，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效管理和增產(chǎn)增效的重要途徑?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人研究集中在施氮量、基追比和施氮頻率對棉化生長友育方面。李春梅[8等通過大田試驗，推薦新疆南疆阿拉爾地區(qū)棉花氮肥適宜用量為 270kg/hm² 可獲得棉花高產(chǎn)。趙強等通過對氮肥基追比例下的 LAI， 產(chǎn)量形成因素分析，得出以2：8的基追比最優(yōu)。Tian[10]等通過設(shè)置大田關(guān)鍵生育階段氮肥分施試驗，為石河子地區(qū)膜下滴灌棉花探索最佳的氮肥施用策略，LI等\"通過施氮量和分次施用比例分析了棉田氮素利用情況。目前研究均以大田試驗為主，但對棉花動態(tài)生長過程監(jiān)測不足。采用作物模型模擬作物生長過程和產(chǎn)量形成，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效管理和增產(chǎn)增效的重要途徑[12]，作物生長模型可以模擬作物并與環(huán)境交互，精確定量地對作物生長發(fā)育動態(tài)指標(biāo)模擬分析是揭示作物產(chǎn)量形成和掌握高產(chǎn)群體調(diào)控指標(biāo)的重要工具[13]，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于預(yù)測作物生產(chǎn)潛力、指導(dǎo)農(nóng)田灌溉、施肥等管理中，在對不同水分脅迫因子的分段受旱試驗?zāi)M時[14]，發(fā)現(xiàn)RZWQM2模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬作物在生育后期輕度受旱條件下的生長和發(fā)育動態(tài)，張紅娟等[15]利用該模型發(fā)現(xiàn)，總灌溉量為 60mm 可實現(xiàn)北方農(nóng)牧交錯帶裸燕麥高產(chǎn)及水分利用效率最大化。Zhou等[16]發(fā)現(xiàn)最佳氮肥用量為 200kg/ hm² ，作為底肥一次性施用，并配以合理的灌溉策略是實現(xiàn)西北地區(qū)玉米可持續(xù)生產(chǎn)的較優(yōu)管理?！颈狙芯壳腥朦c】前人[17]利用RZWQM2的研究多集中在小麥、玉米[18-19]等作物上，有關(guān)棉花氮素運籌方面研究甚少。需確定RZWQM2棉花模型在模擬膜下滴灌棉花生長動態(tài)和產(chǎn)量方面的表現(xiàn)，明確滴灌棉花生長動態(tài)變化和產(chǎn)量與氮肥運籌的關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】利用大田試驗結(jié)合RZWQM2模型，在對模型作物生長模塊校準(zhǔn)和驗證后，建立不同基追比及棉花關(guān)鍵生育時期氮肥分施比例情景，在對棉花多個生育階段的生物量及其變化特征進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，探討不同施氮策略對最大葉面積指數(shù)（ ^′LAI） 和籽棉產(chǎn)量的影響機理，實時掌握棉花生長發(fā)育狀況，及時采取相應(yīng)的管理措施，為滴灌棉花精準(zhǔn)、高效、高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

該試驗于 2019～2020 年在新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院阿瓦提棉花綜合試驗基地（ 40^°06^′ N，80^°44^′E ）進(jìn)行。該區(qū)屬于溫帶大陸性干旱氣候，海拔 1 025m ，日照時數(shù) 2679h，≥10^°C 年積溫 3987.7^°C ，無霜期211d，年均降水量46.4mm ，蒸發(fā)量 2900mm ，是典型的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)。供試土壤質(zhì)地為粉砂壤土。土壤平均干容重為1.48g/cm³ ，田間持水率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為 22.5% ，凋萎系數(shù) 7.3% ，土壤有效水 15.2% 。土壤中有機質(zhì) 10.60g/kg ，全氮 1.79g/kg ，堿解氮43.80mg/kg ，速效磷 21.4mg/kg ，速效鉀 207.47mg/ kg ，總鹽分 1.02% 。地下水位 40～50m ，地下水不能補給到作物根系分布層。

1.2 方法

采用雙因素裂區(qū)設(shè)計，氮肥為主區(qū)，設(shè)置3個施氮量水平：分別為純氮0、300和 600kg/hm² ，記為 N₀、N₃₀₀、N₆₀₀ ;密度為副區(qū)，共設(shè)置3個種種植密度：分別為 13.5×10⁴，18×10⁴ 和 22.5×10⁴ 株 ?hm² ，記為 M₁₃₅、M₁₈₀、M₂₂₅ 。試驗共9個處理，每個處理重復(fù)3次，共27個小區(qū)，小區(qū)面積48.3m² 。采用1膜3行3管 [（76+76）+76]cm×10 cm機采棉種植方式種植。生育期總灌溉量為4050m³/hm² ，約7d進(jìn)行1次灌溉施肥。其它管理參照常規(guī)大田進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 氣象數(shù)據(jù)

RZWQM2模型所需氣象參數(shù)由包含 083E 空氣濕度傳感器、0766強制通風(fēng)罩、034B風(fēng)速風(fēng)向傳感器、TE525雨量筒、LI190SB光合有效輻射儀、LI200X總輻射儀的高精度自動氣象站測定（CampbellScientificInc.，USA）。該氣象站采用10H_z 頻率采集原始數(shù)據(jù)，并提供每 30min 的計算均值。

1.3.2 土壤溫度

覆膜后將自動地溫計（MicroLite5032PU，Is-rael）埋入各處理寬行膜下 10cm 處，其測量范圍-30～80^°C ，分辨率 0.1^c 。采集時間為覆膜后至棉花收獲期，采樣間隔為 。

1.3.3 棉花地上部生物量及產(chǎn)量

各小區(qū)于吐絮期選取具有代表性的3株棉花，剪去棉花子葉結(jié)以下的部位[20]， 105^°C 殺青60min， 85°C 烘干至恒重并記錄其地上部生物量的重量。每小區(qū)隨機取50株棉株，分上部、中部、下部各取50朵吐絮鈴，曬至恒重后測其單鈴質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量。

1.3.4 生物量分配系數(shù)

生殖器官生物量每日分配指數(shù) （PI） 定義為

器官的每日生物量積累速度 （Vi） 與每個器官的每日生物量積累速度之和（Va）的比率[21]

1. 3.5 RZWQM2模型精度評價指標(biāo)

在模型參數(shù)率定及驗證過程中，采用均方根誤差RMSE（rootmeansquareerror），標(biāo)準(zhǔn)均方根誤差nRMSE（normalizedRMSE），平均相對誤差MRE（meanrelativeerror）和一致性指標(biāo) d 評價模型模擬效果[22]：

式中， N 為模擬值或?qū)崪y值個數(shù)； 分別為第 i 個模擬值、實測值以及平均值；Oavg為實測平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 RZWQM2模型的率定與驗證

2.1. 1 棉花 LAI 的校準(zhǔn)與驗證

研究表明，模擬誤差MRE，RMSE、NRMSE分別在 5.40%～15.72% ） 0.17～0.68，6.57% ＼～14.84% ，模型可準(zhǔn)確模擬 LAI 變化趨勢（先增大后減?。?，且該模型對 LAI 增長過程的模擬精度普遍優(yōu)于 LAI 減小的精度。圖1

2.1.2 棉花地上部生物量的校準(zhǔn)與驗證

研究表明，模型對地上部生物量的模擬結(jié)果顯示，率定和驗證過程中2年的平均 RMSE 、MRE、NRMSE分別為 593.01kg/hm² 、 17.6% ？11.01% ，低密度處理模擬精度高于高密度，2年M135模擬的平均RMSE、MRE、NRMSE分別較M180和M225高出 9% 70，21%27% 和 40%，31% ！74% ，即隨著種植密度的增大，RZWQM2模型模擬的機采棉地上部生物量的實測值和模擬值有所下降。圖2

2.1. 3 籽棉產(chǎn)量的校準(zhǔn)與驗證

研究表明，各處理的模擬值與實測值之間存在明顯線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上利用回歸分析建立了模擬產(chǎn)量和實測產(chǎn)量的數(shù)學(xué)模型，得出2019年和2020年二者回歸方程 R² 分別為0.89和0.85，不同的種植密度和施氮量下，籽棉產(chǎn)量的模擬值和實測值呈極顯著正相關(guān)（ Plt;0.01 ）。校驗過程中平均MRE為 4.36% ，平均RMSE為 28.11kg/ hm² ，平均 d 值為0.88?？梢?，籽棉產(chǎn)量的模擬值與實測值的誤差相對穩(wěn)定。RZWQM2模型模擬不同種植密度和施氮量管理措施對機采棉產(chǎn)量的影響方面具有較高的準(zhǔn)確性。圖3

2.2 基于RZWQM2模型不同氮素運籌的模擬

研究表明，基于RZWQM2模型篩選出的符合大田生產(chǎn)的最佳種植密度和施氮量組合（種植密度 18.5×10⁴ 株 /hm² ，施氮量 325kg/hm² ）分設(shè)3種類型的氮素運籌情景，（1）分別設(shè)置5種基追水平，分別為 和 4：6 。（2）將棉花關(guān)鍵生育分為現(xiàn)蕾期、開花－盛鈴期、盛鈴后期，分別記為前期、中期和后期，固定中期的施氮量份額，分別為5、6、7、8和9；后期設(shè)置0、1、2和3的份額，剩余1個時期對應(yīng)分配其余份額，設(shè)置5種氮肥運籌模式。表1

表1 不同處理下的施氮周期和施氮方式

2.2.1RZWQM2模擬不同氮肥運籌模式下地上部生物量的動力學(xué)方程

研究表明，擬合系數(shù)均大于0.99，模型具有較高的準(zhǔn)確性。在不同的氮肥運籌策略下，棉花群體的光合產(chǎn)物積累量范圍是16581.03＼～17302.54kg/hm² ，平均生物量積累速度保持在247.18kg/（hm²?d） ，而生物量快速積累時間出現(xiàn)在93.89d，維持這種快速積累的平均時間長達(dá)44.83d 。除0：10外，隨著追肥比例的增加，平均積累速率、快速增長期生長特征值表現(xiàn)為先增加后降低趨勢，在基追比為3：7時達(dá)到峰值，氮素運籌方面，隨著后期施氮量的增加，也呈現(xiàn)相似趨勢。即適當(dāng)?shù)纳诘剡\籌策略可以提高機采棉的生物量積累速度，進(jìn)而提高生物量的累積。表2

2.2.2RZWQM2模擬不同氮肥運籌模式對生物量分配的影響

研究表明，列舉在基追比為 3：7 條件下棉花生育期不同氮素分配比例對棉花營養(yǎng)器官和生殖器官生物量分配的影響，后期施氮量增加對營養(yǎng)器官和生殖器官的影響相反。與 N₁₉₀，N₄₅₁ 和N₂₇₁，N₀₈₂ 相比， N₁₆₃ 使?fàn)I養(yǎng)器官的 V_m 降低 0.91% ～2.43% ，而使生殖器官的 V_m 分別增加 1.59% ！1.35%.1.17% 和 0.36% 。推遲施氮減緩了營養(yǎng)器官的平均積累速率（ ）并降低了最終生物量（K） ，但縮短并加速了生殖器官生物量積累（ 降低， V_m 增大），最終導(dǎo)致生殖器官的最終生物量（K） 增大。將現(xiàn)蕾期氮肥轉(zhuǎn)移到盛鈴期后施，可促進(jìn)生殖器官干物質(zhì)積累。表3

分析分配比重方面、生殖器官分配比例發(fā)現(xiàn)，棉花生物量向生殖器官的分配指數(shù)隨生育周期的增加而增加。大約90DAE左右，即在盛鈴期后期，分配指數(shù)隨后期施氮量的增加而增加。 N₁₆₃ 最終將 64.15% 的生物量分配到生殖器官， N₁₆₃ 和N₀₈₂ 的分配指數(shù)較 N₂₇₁ 高出 1.38% 和 3.40% ，現(xiàn)蕾期減少施氮量，盛鈴后期增加施氮量，可提高生物量向生殖器官的分配指數(shù)。圖4

籽棉產(chǎn)量與 V_m 和 K 、生殖器官 PI 呈顯著正相關(guān)，營養(yǎng)器官生長旺盛不利于籽棉產(chǎn)量的提高。相反，生殖器官生物量積累較大較快、快速生長期開始較晚、持續(xù)時間較短、生物量分配指數(shù)較高有利于產(chǎn)量的提高。圖5

表3不同氮供應(yīng)比例對營養(yǎng)器官、生殖器官生物量隨時間積累的變化

2.2.3 不同氮肥運籌模式下最大葉面積指數(shù)的模擬

研究表明，隨著后期施氮量的增加，棉株的最大 LAI 也呈增加的趨勢。不同氮素運籌處理中，N₁₆₃ 處理下的最大 LAI 較其他運籌方式平均提高2.53% ，適宜的氮素運籌可以有效促進(jìn)棉株葉片的生長。3：7處理的基追肥比例相對于其他處理略高，該處理下的最大 LAI 較其他運籌方式平均提高 0.64% ，且該組合下的最大葉面積指數(shù)較大田常規(guī)施氮組合提高 1.58% 。隨著基肥比例的逐漸增大，追肥比重相應(yīng)下降，導(dǎo)致最大 LAI 呈降低的趨勢。圖6

2.2.4不同氮肥運籌模式下籽棉產(chǎn)量的模擬

研究表明，不管基追比如何改變，在氮素運籌方式為 N₁₆₃ 下的籽棉產(chǎn)量均最大，除 N₂₇₁ 處理氮肥運籌方式外，基追比為3：7時，籽棉產(chǎn)量均能達(dá)到最大值，籽棉產(chǎn)量最大為 6597.22kg/hm² ，較常規(guī)施肥方式提高了 5.41% 。合理地提高棉花生育后期的氮素比例可以有效提高籽棉產(chǎn)量。

3討論

3.1 不同處理下RZWQM2模型適應(yīng)性評價

施氮量超過 35% 則不利于產(chǎn)量的形成[23-24]，評價結(jié)果表明，模擬驗證地上部生物量、葉面積指數(shù)、籽棉產(chǎn)擬合優(yōu)度均在可接受范圍內(nèi)，RZWQM2對2年間棉花地上部干物質(zhì)積累量的擬合精度隨著種植密度的增大而降低，一方面可能是因為人為借助量化后的積溫補償溫度替代地膜覆蓋時間僅單方面考慮到溫度[25]對棉花地上部生物量的影響，從而造成模擬值和實測值有所偏差，另一方面可能是因為模型在棉花模塊中無法精確模擬大田條件下棉花的生長過程管理措施，例如棉花的打頂處理[26]等。因此，盡管RZWQM2模型在水分管理方面具有優(yōu)勢，但在模擬棉花生長和管理措施方面仍需進(jìn)一步改進(jìn)。不同種植密度和施氮量條件下的籽棉產(chǎn)量的葉面積指數(shù)擬合效果可接受，從全生育期看，前期對LAI普遍存在低估現(xiàn)象，而后期存在高估現(xiàn)象，可能因為種植密度是影響 LAI 的重要因子，而模型對不同種植密度的響應(yīng)存在一定的局限性[27]。不同處理下的籽棉產(chǎn)量模擬值和實測值存在一定的相關(guān)性，平均MRE為 4.36% ，平均RMSE為28.11kg/hm² ，平均 d 值為0.88，較為理想。在模擬作物生長過程中，需要綜合考慮栽培管理的各種措施，尤其是種植密度對蒸散和葉面積指數(shù)的影響，因此，未來的研究應(yīng)更加關(guān)注模型在模擬種植密度方面的精度提升上[28-29] 。

3.2不同氮素運籌對棉花地上部生物量的影響棉花干物質(zhì)的積累和分配則是棉花產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[30」。研究通過模型模擬試驗，探討了不同基追比和氮肥組合對地上部生物量動態(tài)積累的影響。在傳統(tǒng)種植模式下， 氮肥可產(chǎn)生16905.55kg/hm² 生物量。在目前的研究中，最佳氮肥運籌組合 （3：7，N₁₆₃） 產(chǎn)生了 17302.55kg/hm² 生物量。當(dāng)基追比為3：7時，棉花地上部生物量優(yōu)于其他處理，可能是因為在基追比為3：7的處理中，棉花營養(yǎng)與生殖生長的比例較為合理，而過度的降低追氮量不僅會降低棉花地上部干物質(zhì)積累量，同時也會降低生殖器官的分配比重[31]。N₁₆₃ 處理的生物量高于其他處理?？赡芘c N₁₆₃ 早期氮饑餓的補償效應(yīng)有關(guān)，因為生物量積累速率在現(xiàn)蕾期氮饑餓后 75～120 DAE 增加。在棉花進(jìn)入花鈴期之前，主要依賴營養(yǎng)生長，其葉片和莖干的物質(zhì)分配比例可以達(dá)到大約 80% 。但從花鈴期開始，干物質(zhì)的積累開始向生殖器官轉(zhuǎn)移，直到吐絮期，生殖器官的干物質(zhì)分配比例上升到大約 60%^[32-33] ，研究中， N₄₅₁ 和 N₂₇₁ 處理促進(jìn)了生物量向營養(yǎng)器官的分配，導(dǎo)致早期營養(yǎng)生長相對旺盛，可能會導(dǎo)致后期落鈴和加速棉花早衰[34-35]，說明合理的生物量積累和生殖器官分配比例有利于棉花生長，生物量積累速度是生物量積累量差異的主要來源， N₁₆₃ 組合促進(jìn)了生殖器官的生物量積累，其較高的生物量主要是由于較快的積累速率而不是快速增長時間的延長，Zhang[36]和 Zhang^[37] 發(fā)現(xiàn)棉花營養(yǎng)生長對N非常敏感，在高密度種植下，需要通過抑制早期營養(yǎng)生長來促進(jìn)生殖生長。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)整施氮量（ N₁₆₃ ）明顯降低營養(yǎng)生長速率（ V_t 和 V_m ），提高生殖器官生長速率 V_m ，與Song等[38]的結(jié)果一致，集中和快速的生殖生長是高產(chǎn)棉花的重要特征。合理抑制莖葉過旺生長是優(yōu)化棉花生長狀態(tài)的重要措施，提高生殖器官生物量積累量的主要途徑是提高積累速率 V_m ，而不是延長 。因此，在有限積溫條件下，后期分配更多氮素是增加棉花生殖器官生物量的有效途徑，即能夠滿足棉花生長周期內(nèi)對氮素的需求，有利于提高氮素吸收。在種植密度較低的棉田，后期增施氮肥是否也有類似的效果，還有待進(jìn)一步研究。

3.3 不同氮素運籌對最大葉面積指數(shù)和籽棉產(chǎn)量的影響

葉是作物的核心器官，用于攔截光以進(jìn)行光合作用[39]，通常最大 LAI 出現(xiàn)在盛鈴期，并且最佳 LAI 約為早期開花期最大 LAI 的一半（2.0＼～3.0）[40]。研究發(fā)現(xiàn)在機采模式下，棉花的 LAI 并不是隨著基施比例的增加而持續(xù)增加，而是呈現(xiàn)隨基施量增加而先增加后減少的趨勢。與趙強[9]的研究結(jié)果類似，前期基肥量過大，可能會導(dǎo)致過多的氮肥滲漏而不利于棉花的吸收[41]。而在生育期氮素運籌中，發(fā)現(xiàn) N₁₆₃ 處理的最大葉面積指數(shù)均高于其他運籌方式，可能與葉片生理相關(guān)，有研究發(fā)現(xiàn)，后期氮肥比例較大會降低葉片可溶性糖含量，從而提高棉株抵御逆境能力，延緩棉花衰老[42]。

作物產(chǎn)量是評價種植模式和施肥策略的最重要性狀[43-45]，要獲得大于 6000kg/hm² 的籽棉產(chǎn)量，需要 280～350kg/hm² 的氮[46-47]。研究中，在得到最佳施氮量 325kg/hm² 的基礎(chǔ)上，優(yōu)化不同時期的分配比例，可生產(chǎn) 6401.74～6625.32kg/ hm² 籽棉，較大田常規(guī)處理提高 0.35%～1.86% 。氮肥運籌組合為 N₁₆₃ 時棉花生長表現(xiàn)最佳，表現(xiàn)為增加后期氮素的投入有利于棉花的生長，可能與 N₁₆₃ 早期氮饑餓的補償效應(yīng)有關(guān)，在棉花生長后期氮素的及時供應(yīng)有效地補充了作物生長后期對氮素的需求，通過優(yōu)化供氮比例，可實現(xiàn)棉花高產(chǎn)。因此，氮肥后移是提高籽棉產(chǎn)量的有效策略。此外，基肥和追肥的比例分配對作物的生長發(fā)育同樣具有影響?；手饕峁┳魑锷L的基礎(chǔ)氮素供應(yīng)，而追肥則滿足作物生長后期對氮素的需求。適當(dāng)增加追肥比例，即在本研究中為基追比3：7可以更好地滿足作物生長的動態(tài)氮素需求，從而優(yōu)化棉花生長。而該結(jié)果與前人在相同試驗地點的結(jié)果略有不同，前人在南疆地區(qū)得出最適宜棉花生長的基追比例為 2：8^[48-49] ，可能由于棉花種植模式或栽培品種對氮肥的響應(yīng)特征不同，得出該結(jié)論所采取的種植模式均是1膜4行，而棉花品種也與該試驗品種不同。此外，籽棉產(chǎn)量與有效葉面積指數(shù)、高效葉面積指數(shù)均呈顯著線性正相關(guān)，其中高效葉面積指數(shù)與籽棉產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)較高，表明高效葉面積指數(shù)比有效葉面積指數(shù)更有效。根據(jù)光合能力進(jìn)一步葉面積及其對最終產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，為建立高光合效率群體，特別是高效葉面積指數(shù)提供了更準(zhǔn)確的診斷指標(biāo)[50]而研究僅對最大葉面積指數(shù)進(jìn)行探討，具有一定的局限性。因此，可進(jìn)一步通過構(gòu)建高效葉面積指數(shù)模型，探討不同氮素分施比例與高效葉面積指數(shù)的關(guān)系。

4結(jié)論

4.1RZWQM2 模型對 LAI 的平均驗證精度RMSE、NRMSE分別在 0.43，10.71% ，地上部生物量平均RMSE、MRE、NRMSE分別為 593.01kg/ hm²，17.6% ） 11.01% ，籽棉產(chǎn)量的平均MRE 為4.36% ，平均 d 值為0.88，預(yù)測值與實測值較為一致。因此，RZWQM2模型能夠較好地模擬不同種植密度和施氮量下作物生長狀況。

4.2合理的氮素運籌方式調(diào)控棉花生長， N₁₆₃ 通過提高地上部生物量的 K 值（較常規(guī)處理提高1.18% ）、生殖器官的最大生長速率（較常規(guī)處理提高 1.16% ）、生殖器官的分配指數(shù)（最終將64.15% 的生物量分配到生殖器官，較常規(guī)處理提高了 1.38% 分配指數(shù)）最大葉面積指數(shù)（較大田常規(guī)施氮組合提高 1.58% ），進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量較常規(guī)施肥方式提高了 5.41% ，在新疆南疆地區(qū)1膜3行機采棉種植模式下，種植密度為 18.5×10⁴ 株 ?hm² 、施氮量為 325kg/hm² 時，基追比 3：7，N₁₆₃ （即棉花現(xiàn)蕾期施用 10% 氮肥、開花至盛鈴期施用 60% 氮肥、盛鈴后期施用 30% 氮肥）組合可優(yōu)化營養(yǎng)生長和生殖生長的生物量分配比例，獲得最佳籽棉產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)（References）

[1]ShiXJ，HaoXZ，LiNN，etal.Organicliquid fertilizercoupledwith single applicationofchemical fertilization improves growth，biomass，and yield components of cotton under mulch dripirrigation[J].Frontiers in Plant Science，2O21，12： 763525.

[2]ShiF，LiNN，KhanA，etal.DPCcan inhibitcottonapical dominance and increase seed yield by affecting apical part structureand hormone content[J].Field CropsResearch，2O22，282： 108509.

[3]Pokhrel A，Snider JL，Virk S，et al．Quantifying physiological contributionstonitrogen-induced yield variationin field-grown cotton[J].FieldCropsResearch，2023，299：108976.

[4］李衛(wèi)國，顧曉鶴，王爾美，等．基于作物生長模型參數(shù)調(diào)整 動態(tài)估測夏玉米生物量[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35（7）： 136-142. LIWeiguo，GUXiaohe，WANGErmei，etal.Dynamicestimationofsummermaize biomassbased on parameteradjustment of crop growth model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Enginering，2019，35（7） ：136-142.

[5］張宏，曾雄，王愛蓮，等．不同施氮量對棉花產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收 及氮素利用的影響[J]．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，58（9）：1656 -1664. ZHANG Hong， ZENG Xiong，WANG Ailian，et al. Effects of different nitrogen application rates onyield，nutrient uptake and nitrogenutilization of cotton in southern Xinjiang[J].Xinjiang Agricultural Sciences，2021，58（9）： 1656-1664.

[6]Raphael JPA，Echer FR，Rosolem C A. Nitrogen fertilization can mitigate cotton yield loss by temporary shading at early flowering[J]. European Journal of Agronomy，2022，140：126593.

[7]Luo HH，WangQ，ZhangJK，et al. One-time fertilization at first flowering improves lint yield and dry mater partitioning in lateplanted short-season cotton[J].Journal of Integrative Agriculture，2020，19（2）：509-517.

[8］李春梅，馬云珍，徐文修，等．不同施氮量對棉花產(chǎn)量和棉 田土壤養(yǎng)分的影響[J]．核農(nóng)學(xué)報，2022，36（7）：1446- 1455. LI Chunmei，MA Yunzhen，XU Wenxiu，et al.Eectsof different nitrogen application rates on cotton yield and soil nutrients in cotton fields[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2022， 36（7）：1446-1455.

[9］趙強，婁善偉，姜婷婷，等．機采模式下氮肥不同基追比對 棉花產(chǎn)量形成的影響[J]．棉花科學(xué)，2018，40（2）：9-13. ZHAO Qiang，LOU Shanwei， JIANG Tingting，et al. Effects of diffrentratioofbase to topdressing of nitrogen fertilizeroncotton yield formation under mechanical harvest mode[J].Cotton Sciences，2018，40（2）：9-13.

[10]TianY，WangFY，ShiXJ，etal.Late nitrogen fertilization improves cotton yield through optimizing dry matter accumulation and partitioning[J]. Annals of Agricultural Sciences，2023，68 （1）： 75 -86.

[11]Li PC，Dong HL，Liu A Z，et al.Effects of nitrogen rate and split application ratio on nitrogen use and soil nitrogen balance in cotton fields[J].Pedosphere，2017，27（4）：769-777.

[12]Bahri H，AnnabiM，Cheikh M'Hamed H，et al.Assessing the long-term impact of conservation agriculture on wheat -based systemsin Tunisia using APSIM simulationsundera climate change context[J]. Science of The Total Environment，2019， 692： 1223 -1233.

[13］孫琳麗，侯瓊，馬玉平，等．WOFOST模型在內(nèi)蒙古河套灌 區(qū)模擬玉米生長全程的適應(yīng)性［J]．生態(tài)學(xué)雜志，2016，35 （3）：800 -807. SUN Linli，HOU Qiong，MA Yuping，etal.Adaptability of WOFOST model to simulate the whole growth period of maize in Hetao irrigation region of Inner Mongolia[J]. Chinese Journal of Ecology，2016，35（3）： 800-807.

[14］蔣騰聰，竇子荷，姚寧，等．不同水分脅迫情境下冬小麥生 長發(fā)育的RZWQM2模擬[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2018，49（7）： 205-216. JIANG Tengcong，DOU Zihe，YAO Ning，et al. Simulation of winter wheat growth under different scenarios of water stress with RZWQM2 model[J]. Transactions of the Chinese Society for Ag ricultural Machinery，2018，49（7） ：205-216.

［15］張紅娟，李贊，李雅麗，等．北方農(nóng)牧交錯帶裸燕麥蒸散結(jié) 構(gòu)與灌溉制度優(yōu)化研究［J]．節(jié)水灌溉， 2022（3）÷8-14 ： ZHANG Hongjuan，LI Yun，LI Yali，et al. Study on evapotranspiration structure and irrigation system optimization of naked oat in agro- pastoral ecotone of northern China[J].Water Saving Irrigation，2022（3） ： 8-14.

[16]Zhou S W，Hu X T，Ran H，et al.Optimization of irrigation and nitrogen fertilizer management for spring maize in northwestern China using RZWQM2[J]. Agricultural Water Management， 2020，240：106276.

[17］丁奠元，趙英，孫本華，等．根區(qū)水質(zhì)模型在黃土高原旱區(qū) 冬小麥氮肥管理中的適用性分析[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015， 31（23）： 111-121. DING Dianyuan， ZHAO Ying， SUN Benhua，et al. Suitability analysis of nitrogen fertilizer management on dryland of Loess Plateau based on root zone water quality model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Enginering，2015，31（23）： 111 -121.

[18]Kuang N K，MaY Z， Hong S Z，et al. Simulation of soil moisturedynamics，evapotranspiration，and water drainage of summer maize in response to different depths of subsoiling with RZWQM2 [J].Agricultural WaterManagement，2021，249：106794

［19］周始威．基于RZWQM2模擬的西北旱區(qū)玉米控熵補灌模式 下水氮最優(yōu)調(diào)控研究[D]．楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2021. ZHOU Shiwei. Research on the optimal regulation of water and nitrogen under the moisture control and supplemental irigation mode of maize in the Northwest dry zone based on RZWQM2 simulation[D]. Yangling：Northwest Aamp;F University，2021.

[20］黃春燕，陶玲，王登偉，等．棉花冠層光合有效輻射參數(shù)與 地上部各組分鮮生物量的相關(guān)分析［J]．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015，52（11）： 1969-1974. HUANG Chunyan，TAO Ling，WANG Dengwei，et al. Correlationship analysis between photosynthetically active radiation parametersand aboveground fresh biomass from diffrentcomponents of cotton canopy[J]. Xinjiang Agricultural Sciences，，2015， 52（11） ： 1969 -1974.

[21]Mao L L， Zhang L Z，Sun X Z， et al. Use of the beta growth functiontoquantitativelycharacterizetheeffectsofplant density and a growth regulator on growth and biomass partitioning in cotton[J].Field Crops Research，2018，224：28-36.

[22］徐家屯.基于RZWQM2模型的關(guān)中灌區(qū)冬小麥/夏玉米灌 溉施肥優(yōu)化及深層土壤水氮運移特征分析［D]．楊凌：西北 農(nóng)林科技大學(xué)，2020. XU Jiatun. Optimization of winter wheat/summer maize irrigation fertilization and characterization of deep soil water and nitrogen transport in Guanzhong Irrigation District based on RZWQM2 model[D].Yangling：Northwest Aamp;F University，2020.

[23］周晉，鄧仲寧，李文昌．后期追施氮肥對棉花生育產(chǎn)量的 作用「J].農(nóng)業(yè)科學(xué)通訊.1959.（15）：521-522. ZHOU Jin，DENG Zhongning，LI Wenchang.Effect of topdressing nitrogen fertilizeron cotton growth and yield in later stage [J].Scientia Agricultura Sinica，1959，（15）： 521-522.

[24］龔雙鳳，楊濤，陳寶燕，等．機采棉模式下氮肥運籌對棉花 產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的調(diào)控[J]．中國農(nóng)學(xué)通報，2015，31（12）： 145 -151. GONG Shuangfeng，YANG Tao，CHEN Baoyan，et al.Regulation of nitrogen fertilizer management of cotton yield and nutrient uptakeunder the machinepick cotton pattern[J].Chinese Agricultural Science Bulletin，2015，31（12）：145-151.

[25］夏文，林濤，褚曉升，等．RZWQM2 模型模擬地膜覆蓋時間 對南疆棉田水分利用效率及產(chǎn)量的影響[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué) 報，2021，37（11）：140-150. XIA Wen，LIN Tao，CHU Xiaosheng，etal.Effects of mulching time on water use efficiency and yield of cotton in southern Xinjiang simulated by RZWQM2 model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2021，37（11）： 140 - 150.

[26］楊甜甜．不同灌溉梯度下無膜棉生長發(fā)育模擬與產(chǎn)量評估 [D]．阿拉爾：塔里木大學(xué)，2022. YANG Tiantian. Simulation of growth and development and yield assessment of filmless cotton under diferent irrigation gradients [D].Ala’er：Tarim University，2022.

[27］李萌．南疆膜下滴灌棉花灌溉和施肥調(diào)控效應(yīng)及生長模擬 研究[D]．楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2020. LI Meng. Irrigation and fertilization regulation efects and grouth simulation of drip-irrigated cotton under membrane in South Xinjiang[D]. Yangling：Northwest Aamp;F University，2020.

[28]李鵬程，董合林，劉愛忠，等．種植密度氮肥互作對棉花產(chǎn) 量及氮素利用效率的影響［J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31 （23）： 122 -130. LI Pengcheng，DONG Helin，LIU Aizhong，et al． Effects of planting densityand nitrogen fertilizer interaction on yield and nitrogen use efficiency of cotton[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2015，31（23）：122-130.

[29]Cheng HM，Shu KX，Qi Z M，et al.Effects of residue removal and tillage on greenhouse gas emissions in continuous corn systems as simulated with RZWQM2[J]. Journal of Environmental Management，2021，285：112097.

［30］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(zhì)積累、分配及產(chǎn)量的影響[J]．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2021，58（8）： 1398-1405. YAO Qingqing，SUN Huijian，MA Xingwang，et al.Effects of reduced -amount nitrogen application on cotton aboveground dry matter accumulation，distributionand yield[J].Xinjiang Agricultural Sciences，2021，58（8）：1398-1405.

[31］文明，李鵬兵，王樂，等．減施氮肥對北疆滴灌棉花干物質(zhì) 積累及產(chǎn)量的影響[J]．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，56（1）：120 -129. WEN Ming，LI Pengbing，WANG Le，et al.Efectsof reduced nitrogen application on dry mater accumulation and yield of cotton underdrip irrigation in northern Xinjiang[J]. Xinjiang Agri

[32]胡國智，張炎，李青軍，等．氮肥運籌對棉花干物質(zhì)積累、 氮素吸收利用和產(chǎn)量的影響[J]．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2011，17（2）：397 -403. HU Guozhi， ZHANG Yan，LI Qingjun，et al.Effectof nitrogen fertilizer management on the drymatter accumulation，N uptake and utilizationandyield incottn[J].Plant Nutrition andFertilizer Science，2011，17（2）：397-403.

[33］伍維模，鄭德明，王自強，等．南疆高產(chǎn)栽培技術(shù)模式下陸 地棉干物質(zhì)生產(chǎn)規(guī)律的研究［J]．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，37 （4）：145-148. WU Weimo， ZHENG Deming，WANG Ziqiang， et al. Study on the upland cotton dry matter production under the high-yielding cultivation techniques insouth Xinjiang[J].Xinjiang Agricultural Sciences，2000，37（4）：145-148.

[34]Grundy P R， Yeates SJ， Bell K L. Cotton production during the tropical monsoon season.I- The influence of variable radiation on boll loss，compensation and yield[J]．Field Crops Research，2020，254：107790.

[35]Saleem MF，Shahid M， Shakoor A，et al．Removal of early fruit branches triggered regulations in senescence，boll attributes and yieldof Btcottn genotypes[J].Annals of Applied Biology， 2018， 172（2）：224-235 。：

[36]Zhang J，Han YC，LiYB，etal.Inhibition of apical dominance affects bollspatial distribution，yield and fiber quality of field- grown cotton[J]. Industrial Crops and Products，2021， 173： 114098.

[37]Zhang Z，Chattha M S，Ahmed S，et al. Nitrogen reduction in high plant density coton is feasible due to quicker biomass accumulation[J].Industrial Cropsand Products，2021，172： 114070.

[38] Song M Z，F(xiàn)an S L， Yuan RH，et al. Genetic analysis of earliness traits in short season cotton （Gossypium hirsutum L.）[J]. Journal of Integrative Agriculture，2012，11（12）： 1968-1975.

[39]Kant S，Seneweera S，Rodin J，et al.Improving yield potential in crops under elevated CO2：Integrating the photosynthetic and nitrogenutilizationeffciencies[J].Frontiers inPlant Science，， 2012，3：162.

[40]Lin Q. Population quality indices of high yield and regulation techniques in cotton. In：The Quality of Crop Population.Shanghai Scientific amp;Technical Publishers，Shanghai，China，pp.293 386.

[41]Ali N.Review：nitrogen utilization features in cotton crop[J]. American Journal of Plant Sciences，2015，6（7）：987-1002.

[42］陳求柱．氮肥運籌對棉花產(chǎn)量形成及養(yǎng)分吸收利用的影響 研究[D]．武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013. CHEN Qiuzhu. Effects of nitrogen application on cotton yield formation and nutrient absorption and utilization[D]. Wuhan： Huazhong Agricultural University，2013.

[43]Wang H M， Gao K，F(xiàn)ang S，et al. Cotton yield and defoliation efficiency inresponse tonitrogenand harvestaids[J].Agronomy Journal，2019，111（1）：250-256.

[44]WangFY，HanHY，LinH，etal.Effectsof planting patterns onyield，quality，anddefoliationinmachine-harvestedcotton [J]．Journal of Integrative Agriculture，2019，18（9）：2019- 2028.

[45]LuoZ，HuQY，TangW，etal.EffectsofNfertilizerrateand plantingdensity on short-season cotton yield，Nagronomic efficiencyand soil N using15N tracing technique[J].European JournalofAgronomy，2022，138：126546.

[46]LiXX，LiuHG，HeXL，etal.Water-nitrogencoupling and multi-objective optimization of cotton under mulched drip irrigationinaridnorthwestChina[J].Agronomy，2019，9（12）： 894.

[47]WangHD，WuLF，ChengMH，etal.Couplingeffectsof waterandfertilizeronyield，waterandfertilizeruseefficiencyof drip-fertigated cottoninnorthern Xinjiang，China[J].Field CropsResearch，2018，219：169-179.

[48］劉翠，張巨松，鄭慧，等．氮肥基追比對南疆雜交棉氮素吸 收、生物量及產(chǎn)量的影響[J]．中國土壤與肥料，2016，（1）： 64 -71. LIUCui，ZHANGJusong，ZHENGHui，et al.Effects of ratios ofbase and topdressingnitrogen fertilizer onNuptake，biomass andyieldofhybridcottoninsouthernXinjiang[J].Soil and FertilizerSciencesinChina，2016，（1）：64-71.

[49］徐新霞，雷建峰，王立紅，等．不同氮肥基追比對機采棉光 合物質(zhì)生產(chǎn)及產(chǎn)量的影響［J]．西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，24 （6）：46-52. XUXinxia，LEI Jianfeng，WANGLihong，etal.Effect of differentratios of base and topdressing nitrogen fertilizer on photosyntheticproductionand yieldofmachine-pickedcotton[J].Acta AgriculturaeBoreali-occidentalisSinica，2015，24（6）：46- 52.

[50]LiHJ，LiuZY，ChenY，etal．Apositivecorrelationbetween seedcottonyieldandhigh-efficiencyleafareaindexindirectly seeded short-season：cottonafterwheat[J].Field Crops Research，2022，285：108594.

Abstract：【Objective】 To address the hot issue of how to use crop growth models to quantitatively analyze the dynamic changes of machine-picked cotton growth under different nitrogen fertilizer operation modes. 【Methods】2 -year density and nitrogen fertilizer intercropping experiment was caried out in Aksu cotton area to obtain basic data onaboveground biomass，leaf area index and seed cotton yield，and construct simulation scenarios of nitrogen fertilizer base-tracking ratios and fertility stage alocation ratios，on the basis of which the parameter localization of the RZWQM2 model was completed，and the dynamics of biomass and its characteristics of changes in machine-picked cotton under different nitrogen fertilizer management strategies analyzedand in the end，the effects of these strategies on maximum leaf area index and yieldsimulation were explored.【Results】The model validation results showed that the RZWQM2 model could realize the estimation of the growth dynamics of coton from seedling to maturity. The average validation accuracy of LAI was 0.43 and 10.71% for RMSE and NRMSE ，respectively，and the average RMSE，MRE and NRMSE of aboveground biomass during the validation process were 593.01kg/hm² ， 17.6% and 11.01% ，respectively，and the average MRE of seed cotton yield was 4.36% ，with an average d- value of O.88，which was in good agreement with the predicted values.The results of scenario simulation showed that compared with the conventional treatment （ N₂₇₁ ），the K value of N₁₆₃ biomass was increased by 1.18% ，the maximum growth rate （ V_m ）of reproductive organs was increased by 1.16% ，and the rapid growth period（ Δt ）was shortened by 0.89% . And N₁₆₃ finally allocated 64.15% of biomass to cotton bolls，which improved the allocation index by 1.38% ，and seed cotton yield was significantly and positively correlated with K ， V_m ，and reproductive organ PI .Maximum leaf area index，seed coton yield performance with the increase of base tracking ratio first increased and then decreased.In the subsequent period，the increase of nitrogen application showed a trend of first increase and then decreased， the peak appeared in the base tracking ratio of 3：7 ，and the transport ratio of N₁₆₃ ， compared with the conventional treatment，were 1.58% and 5.48% higher，respectively.【Conclusion】Inaword，the RZWQM2 model can be used as an important prediction tool for nitrogen management decisions.Under the conditions of this study，a reasonable base-tracking ratio and appropriate backward movement of nitrogen fertilizer during the coton fertility period is an effctive nitrogen management strategy，and this study can provide a scientific decision for rational nitrogen application，which promotes accurate and eficient management of nitrogen fertilizer.

Key words： RZWQM2 model； planting density； nitrogen application strategy； biomass accumulation;seed cotton yield