張?zhí)? 康正華, 趙強(qiáng), 聶志勇, 王蜜蜂, 崔延楠

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,棉花教育部工程研究中心, 烏魯木齊 830052)

打頂作為調(diào)控棉花生長的重要手段之一，也是整枝管理的中心環(huán)節(jié)。通過打頂可以消除棉花頂端優(yōu)勢(shì)，調(diào)控?zé)o限生長習(xí)性，控制株高，塑造理想株型，促進(jìn)棉株早結(jié)鈴、多結(jié)鈴，同時(shí)有助于棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的提升[1-2]。有關(guān)棉花打頂?shù)难芯恳恢笔艿絿鴥?nèi)外的高度關(guān)注[3-7]。隨著新疆棉花全程機(jī)械化管理技術(shù)需求愈發(fā)強(qiáng)烈，棉花人工打頂已嚴(yán)重制約了棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化推進(jìn)[8]。化學(xué)封頂技術(shù)或免打頂技術(shù)的出現(xiàn)，使棉花打頂方式發(fā)生了革新，減少了人工勞動(dòng)力的投入，提高了打頂效率[9-11]。多位學(xué)者針對(duì)北疆地區(qū)棉花化學(xué)封頂劑的應(yīng)用規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)工作[12-14]，同時(shí)隨著化學(xué)封頂應(yīng)用和推廣面積的不斷增加，有關(guān)化學(xué)封頂研究也從時(shí)間、次數(shù)和劑量等應(yīng)用性研究向生長機(jī)理方向發(fā)展。

施用氮素是一項(xiàng)重要的增產(chǎn)措施，如何合理有效地施氮仍是高產(chǎn)植棉中的重要課題[15-17]。有關(guān)人工打頂條件下氮素施用量對(duì)棉花農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀、干物質(zhì)積累、氮素吸收、光合特性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、纖維品質(zhì)等影響研究較多[18-22]，但有關(guān)不同施氮量對(duì)化學(xué)封頂棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量變化和纖維品質(zhì)的影響研究較少。前人研究已基本探明北疆棉區(qū)應(yīng)用750 mL·hm-2的25%縮節(jié)胺水劑較為合理[14]。在此基礎(chǔ)上，本文研究了不同施氮量(0、100、200、300、400 kg·hm-2)對(duì)化學(xué)封頂棉花葉片、莖稈的干物質(zhì)積累與氮素積累及其分配比例的影響，結(jié)合Logistic方程與產(chǎn)量指標(biāo)探明了施氮量及打頂方式對(duì)棉花營養(yǎng)積累與分配及產(chǎn)量的影響，旨在為化學(xué)封頂棉花合理氮肥運(yùn)籌、改善棉花光合性能、提高產(chǎn)量與品質(zhì)提供理論依據(jù)，同時(shí)為推進(jìn)北疆棉區(qū)棉花全程機(jī)械化發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年在新疆瑪納斯縣六戶地鎮(zhèn)進(jìn)行，棉花品種為‘新陸早57號(hào)’(由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供)，化學(xué)封頂劑為25%縮節(jié)胺水劑(新疆金棉科技有限責(zé)任公司生產(chǎn))。試驗(yàn)地前茬作物為棉花，土質(zhì)為黏質(zhì)壤土，地下水位深10 m以下。土壤容重1.51 g·cm-3，堿解氮含量51.05 mg·kg-1、速效鉀含量221.88 mg·kg-1、速效磷含量15.53 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)含量1.95 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間小區(qū)試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為打頂方式，共設(shè)人工打頂和化學(xué)打頂兩種打頂方式；副區(qū)為施氮量，設(shè)0、100、200、300、400 kg·hm-2，共5個(gè)施氮(純N)水平，分別用N0、N1、N2、N3、N4表示。灌水量為4 800 m3·hm-2，每次施肥隨水滴施，共滴施8次。施用的肥料為尿素(N 46%)。基肥：尿素施用總量的30%；追肥：尿素施用總量的70%(具體施肥量見表1)。采用機(jī)采棉種植模式，1膜6行，滴灌管理，行距配置(66+10)cm，小區(qū)面積66.7 m2，重復(fù)3次。4月12日播種，7月1日打頂，兩種打頂方式同一天進(jìn)行，化學(xué)封頂劑(劑量為750 mL·hm-2)采用背負(fù)式噴霧器噴施。小區(qū)其他管理同大田管理一致。

表1 不同處理下施氮量

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1棉花干物質(zhì)積累量測(cè)定 各處理自打頂后每隔10 d選代表性棉株5株，將莖、葉、生殖器官分開。在105 ℃殺青30 min后，80 ℃烘至恒重，用百分之一天平稱量棉花各部分的干物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.2Logistic方程模擬 棉花干物質(zhì)積累用Logistic方程擬合。

y=ym/1+e(a+bt)

(1)

式中，y為棉花干物質(zhì)積累量，ym為相應(yīng)的理論最大值，t為棉花出苗后天數(shù)，a、b為待定系數(shù)。

當(dāng)t0=-a/b時(shí)，Vm=-bym/4

(2)

式中，t0表示干物質(zhì)積累速率最大的時(shí)刻，Vm表示干物質(zhì)積累最大速率(kg·d-1)。

t1、t2分別代表干物質(zhì)快速積累期的開始與結(jié)束時(shí)間，t1和t2將Logistic生長函數(shù)“S”型曲線分為3個(gè)階段，在棉花出苗到t1時(shí)間段內(nèi)，干物質(zhì)積累呈緩慢上升的趨勢(shì)；在t1～t2時(shí)間段內(nèi)干物質(zhì)積累快速增長期；在t2時(shí)刻后，干物質(zhì)積累速率緩慢下降，使y最終趨向于ym。

Δt=t2-t1

(3)

式中，Δt為時(shí)間特征值，表示干物質(zhì)積累快速增長期。

在t1～t2時(shí)間內(nèi)，GT=-bym/4×Δt

(4)

式中，GT為“生長特征值”，表示干物質(zhì)積累量已達(dá)到最大積累量的65.8%。

1.3.3全氮含量測(cè)定 烘干的棉株樣品經(jīng)粉碎，過0.50 mm篩，用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法測(cè)定植株不同部位全氮含量。

1.3.4棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素測(cè)定 9月20日調(diào)查霜前花率(下霜前吐絮鈴占最終吐絮鈴的百分比)，每小區(qū)隨機(jī)選取連續(xù)棉株80株記錄吐絮鈴與有效青鈴。吐絮期每小區(qū)選取6.67 m2，調(diào)查棉花株數(shù)及總鈴數(shù)，計(jì)算單株結(jié)鈴數(shù)；并在每個(gè)小區(qū)選取上、中、下果枝各40個(gè)吐絮鈴，風(fēng)干后混合測(cè)其單鈴重、軋花后測(cè)算衣分。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)打頂棉花葉片干物質(zhì)積累量的影響

圖1顯示，兩種打頂方式下棉花葉片干物質(zhì)積累量均與施氮量呈正比，打頂后棉花葉片干物質(zhì)積累量均呈單峰曲線。在N0和N1處理下，化學(xué)封頂棉花葉片干物質(zhì)積累量峰值出現(xiàn)在打頂后30 d，比人工打頂(打頂后10 d)晚；且在N0處理下，化學(xué)封頂棉花葉片干物質(zhì)積累量峰值仍較人工打頂減少0.65 g·株-1。其余各施氮量處理化學(xué)封頂棉花葉片干物質(zhì)積累量峰值出現(xiàn)時(shí)間(打頂后30 d)均比人工打頂(打頂后20 d)晚，平均延后10 d，同時(shí)其峰值均大于人工打頂，最高可增加5.31%?；瘜W(xué)封頂方式下，N4與N0處理的棉花干物質(zhì)積累量差值在打頂后50 d達(dá)到最大，為3.42 g·株-1；而人工打頂棉花在打頂后30 d，N4與N0處理的棉花干物質(zhì)積累量差值最大，為2.60 g·株-1。說明隨施氮量增加，化學(xué)封頂棉花葉片干物質(zhì)積累量或可較人工打頂增多。

圖1 不同處理下棉花葉片干物質(zhì)積累量變化

2.2 施氮量對(duì)打頂棉花生殖器官干物質(zhì)積累量的影響

從圖2可以看出，各施氮處理下兩種打頂方式棉花生殖器官干物質(zhì)積累量均隨時(shí)間變化在不斷增大。在打頂后0～20 d，不同施氮量條件下棉花干物質(zhì)積累量相差較?。粡拇蝽敽?0 d開始，各施氮處理棉花生殖器官干物質(zhì)積累量開始表現(xiàn)出較大不同。在打頂后0～20 d，化學(xué)封頂方式下各施氮處理棉花生殖器官干物質(zhì)積累量少于人工打頂，同時(shí)低施氮量處理略高于高施氮量，說明化學(xué)封頂棉花在打頂后0～20 d營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)換較慢。自打頂后30 d開始，兩種打頂方式下，N0、N1和N2處理的棉花生殖器官干物質(zhì)積累量與施氮量成正比，而N3和N4處理卻表現(xiàn)出不同?；瘜W(xué)封頂棉花從打頂至打頂后60 d，N4處理棉花生殖器官干物質(zhì)積累量大于N3處理；而人工打頂方式下，棉花打頂后40 d開始，N3處理棉花生殖器官干物質(zhì)積累量高于N4。造成這種差異的原因可能是兩種打頂方式下，棉花施氮量過高，造成營養(yǎng)生長旺盛，影響了向生殖生長轉(zhuǎn)化。

圖2 不同處理下棉花生殖器官干物質(zhì)積累量的變化

2.3 施氮量對(duì)打頂棉花干物質(zhì)分配的影響

圖3顯示，自打頂后，所有處理均表現(xiàn)為隨時(shí)間推移，生殖器官干物質(zhì)分配比例逐漸增大的趨勢(shì)。同種打頂方式下，棉花在相同時(shí)間段內(nèi)基本表現(xiàn)出生殖器官干物質(zhì)分配比例與施氮量成反比，表明低施氮量可以使棉株更早地從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化，而高施氮量則會(huì)使?fàn)I養(yǎng)生長時(shí)間延長。同一施氮量下，在打頂后0～20 d，化學(xué)封頂棉花干物質(zhì)分配比例小于人工打頂；但從打頂后30 d開始，化學(xué)封頂棉花生殖器官干物質(zhì)分配比例與人工打頂基本一致，直至打頂后60 d(吐絮期)。

圖3 不同處理下棉花干物質(zhì)分配比例

2.4 施氮量對(duì)打頂棉花干物質(zhì)積累特征值的影響

表2結(jié)果表明，各處理下地上部分干物質(zhì)動(dòng)態(tài)累積均呈“S”型曲線，用Logistic生長函數(shù)模型進(jìn)行擬合，均達(dá)極顯著相關(guān)。人工打頂棉花干物質(zhì)進(jìn)入快速積累期時(shí)間(t1)、達(dá)到最大積累速率時(shí)間(t0)、結(jié)束快速積累時(shí)間(t2)均早于化學(xué)封頂棉花。最大積累速率(Vm)則表現(xiàn)出在N0和N1處理下人工打頂大于化學(xué)封頂，在N2、N3和N4處理下人工打頂小于化學(xué)封頂。表明當(dāng)施肥量多于200 kg·hm-2時(shí)，化學(xué)封頂棉花干物質(zhì)積累速率大于人工打頂棉花。人工打頂棉花快速積累期為出苗后56～100 d，化學(xué)封頂棉花快速積累期為出苗后59～109 d?；瘜W(xué)封頂棉花進(jìn)入快速積累期時(shí)間雖晚于人工打頂，但化學(xué)封頂棉花快速積累期持續(xù)時(shí)間長于人工打頂，這有利于更多地上部分干物質(zhì)的積累。兩種打頂方式下N3和N4處理各特征值均較為協(xié)調(diào)，人工打頂棉花快速積累期生長特征值N4處理雖大于N3，但其快速積累持續(xù)時(shí)間較長，最大積累速率小于N3，因此N3處理各特征值更為協(xié)調(diào)。化學(xué)封頂N4處理各特征值與N3相差較小，但應(yīng)綜合考慮產(chǎn)量及氮肥投入進(jìn)行選擇，從而在獲得最大干物質(zhì)積累量的同時(shí)，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 棉株干物質(zhì)積累的Logistic模型和其特征值

2.5 施氮量對(duì)打頂棉花氮素積累的影響

表3顯示，兩種打頂方式下各施氮處理棉株各器官氮素積累量隨打頂后生育進(jìn)程的變化而變化，各處理總氮素積累量在打頂后60 d達(dá)最大值。在打頂0 d時(shí)，棉花氮素積累總量表現(xiàn)出N4>N3>N2>N1>N0，在打頂后60 d化學(xué)封頂棉花仍表現(xiàn)出此特征，但人工打頂棉花表現(xiàn)出N3>N4>N2>N1>N0。表明化學(xué)封頂棉花在0～400 kg·hm-2氮肥施用量條件下，氮素積累量與施氮量成正比；人工打頂棉花在過多施氮量條件下不能有效利用氮素，造成N4氮素積累量少于N3。同等施氮量條件下，化學(xué)封頂棉花氮素吸收總量同樣高于人工打頂棉花，說明化學(xué)封頂可以提高棉花對(duì)氮素的積累量。打頂后10 d，化學(xué)封頂棉花在同等施氮量條件下，表現(xiàn)出氮素積累總量和營養(yǎng)器官氮素積累量略少于人工打頂?shù)默F(xiàn)象；打頂后20 d，化學(xué)封頂棉花氮素積累總量逐漸與人工打頂棉花持平，說明化學(xué)封頂劑在打頂后10 d內(nèi)對(duì)棉花氮素積累有抑制作用，之后抑制作用開始逐漸減弱。隨著打頂時(shí)間的推移，化學(xué)封頂棉花營養(yǎng)器官氮素積累量向生殖器官的轉(zhuǎn)移少于人工打頂棉花，這可能與棉花頂端仍有生長有關(guān)。

表3 棉花各器官氮素積累與分配

2.6 施氮量對(duì)打頂棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

從表4可以看出，各處理的棉花單位面積株數(shù)(即密度)均無顯著差異。兩種打頂方式下，單鈴重均隨著施氮量的增加呈先增后減的趨勢(shì)，表明棉花單鈴重在達(dá)到某一水平后不再隨施氮量增加而增加，甚至?xí)霈F(xiàn)相反趨勢(shì)。人工打頂棉花單株結(jié)鈴數(shù)隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢(shì)，在施氮量為300 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最大值，化學(xué)封頂棉花單株結(jié)鈴數(shù)隨施氮量的增加而增加。在衣分方面，兩種打頂方式下N4處理均為最小，且在化學(xué)封頂下與其他處理表現(xiàn)出顯著差異。在籽棉產(chǎn)量方面，人工打頂處理隨施氮量先增加后減少，而化學(xué)封頂處理則表現(xiàn)出隨施氮量增加，產(chǎn)量有增加趨勢(shì)，但N4處理僅比N3處理增加5.4 kg·hm-2。在霜前花率方面，兩種打頂方式棉花均表現(xiàn)出隨著施氮量增加霜前花率降低的特點(diǎn)，且在同等施氮量條件下，化學(xué)封頂棉花霜前花率低于人工打頂。

表4 不同處理下棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

3 討論

前人研究表明，施氮量對(duì)棉花干物質(zhì)積累起到了重要作用，增加氮肥施入量可提高棉花干物質(zhì)量，但氮肥施入過多易造成棉花生殖器官干物質(zhì)量和產(chǎn)量降低[23-25]。李伶俐等[26]研究表明，當(dāng)施氮量超過300 kg·hm-2后，在追施氮肥對(duì)雜交棉地上部分干物質(zhì)積累及氮吸收促進(jìn)效果不再顯著；侯秀玲等[27]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量達(dá)到300 kg·hm-2時(shí)，再增加氮肥投入，對(duì)棉花產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率降低。本研究兩種打頂方式棉花地上部分干物質(zhì)積累及養(yǎng)分吸收與前人基本一致，人工打頂方式下施氮量達(dá)到300 kg·hm-2時(shí)，棉花生殖器官干物質(zhì)積累量、氮素積累量以及產(chǎn)量開始降低；而化學(xué)封頂方式下施氮量達(dá)到300 kg·hm-2時(shí)，棉花生殖器官干物質(zhì)積累量和氮素積累量仍有增長。比較發(fā)現(xiàn)在施氮量為300 kg·hm-2時(shí)，化學(xué)封頂棉花從打頂后30 d開始至打頂后60 d，地上部分干物質(zhì)積累量及氮素積累量均高于人工打頂棉花，表明在適施氮量條件下，化學(xué)封頂棉花可以提高干物質(zhì)積累量及氮素積累量，為棉花產(chǎn)量的提升奠定基礎(chǔ)。

打頂后，人工打頂棉花葉片干物質(zhì)積累達(dá)到峰值所用天數(shù)少于化學(xué)封頂，可能是因?yàn)槿斯ご蝽敽螅钌喜恐髑o葉及果枝葉快速生長；而化學(xué)封頂棉花受打頂劑影響，上部葉片生長緩慢。打頂后30 d，化學(xué)封頂棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量逐漸大于人工打頂。打頂后40 d，化學(xué)封頂棉花各施氮處理莖枝干物質(zhì)積累量均高于人工打頂，因?yàn)榇蝽敽笕斯ご蝽斆藁v向生長受到抑制，莖枝干物質(zhì)積累量增加依靠莖枝增粗和果枝伸長，而化學(xué)封頂棉花還有除上述原因外，主莖仍會(huì)繼續(xù)增長。在打頂后60 d，化學(xué)封頂棉花葉片干物質(zhì)量均高于人工打頂，化學(xué)封頂棉花噴施打頂劑后頂端仍有生長，導(dǎo)致主莖葉和果枝葉數(shù)量增加。化學(xué)封頂棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量雖大于人工打頂，但化學(xué)封頂棉花生殖器官與營養(yǎng)器官干物質(zhì)比例與人工打頂基本一致，未造成較大差異，表明化學(xué)封頂棉花生殖器官與營養(yǎng)器官干物質(zhì)較為協(xié)調(diào)。通過氮素積累量變化同樣可以看出，打頂后60 d施氮量為300 kg·hm-2時(shí)，化學(xué)封頂棉花生殖器官氮素積累量與人工打頂無顯著性差異。說明化學(xué)封頂未造成因棉花后期營養(yǎng)器官生長較人工打頂旺盛而導(dǎo)致氮素的流失，反而可以提供更多養(yǎng)分從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而避免棉花早衰。

目前人工打頂棉花氮肥運(yùn)籌研究眾多，而化學(xué)封頂棉花氮肥運(yùn)籌研究較少。本研究初步探究了氮肥對(duì)化學(xué)封頂棉花干物質(zhì)積累及養(yǎng)分運(yùn)移的影響，雖然兩者大部分結(jié)論基本一致，但仍然存在差異。如何更加合理利用化學(xué)封頂棉花后期干物質(zhì)積累量多、氮素積累量多的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)，還有待進(jìn)一步研究。