張 宏，曾 雄，王愛蓮，哈麗哈什·依巴提，李青軍，張 炎

(1.阿瓦提縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，新疆阿瓦提 843200；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國棉花生產(chǎn)的重要基地[1]。據(jù)統(tǒng)計，2018 年新疆棉花種植面積 249.13 × 104hm2(3 737×104畝)，占全國總種植面積的74.31%，總產(chǎn)量514 × 104t，占全國總產(chǎn)量的84%[2]。合理施用化肥，在提高棉花產(chǎn)量、穩(wěn)固并提升棉產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的基礎(chǔ)上，提高肥料利用率，對新疆棉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】氮素是植物需求量最大的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，也是影響作物產(chǎn)量的重要元素之一[3]。氮肥合理施用是提高棉花產(chǎn)量的重要措施之一[4]。全球氮肥利用率每提高1%可節(jié)省11億美元[5]。Rochester等[6]研究表明，增施氮肥有利于棉花植株生物量積累，但過量施氮會導致棉花因營養(yǎng)生長過旺而貪青晚熟、品質(zhì)下降。有研究表明，隨著施氮量的增加，棉花株高、干物質(zhì)積累量呈逐漸上升的趨勢[7]。研究表明，棉花產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先增加后減小的趨勢[7-8]。増施氮肥促進了雜交棉干物質(zhì)和氮、磷、鉀的積累，但當施氮量增加到300 kg/hm2后，促進效果不顯著[9]?！颈狙芯壳腥朦c】因栽培品種、氣候條件及土壤肥力不同，不同棉區(qū)棉花的適宜施氮量差異較大[10-11]。合理施氮能顯著提高棉花產(chǎn)量和氮肥利用率，減少氮肥損失[12-13]，利于棉株對氮、磷、鉀的吸收，促進干物質(zhì)的積累，提高棉花產(chǎn)量、改善棉花品質(zhì)[14]。在覆膜滴灌條件下，研究不同施氮量對南疆陸地棉產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及氮素利用的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】試驗共5個施氮水平(0、110、220、330、440 kg/hm2)，于棉花吐絮期采集植株樣品，測定棉花產(chǎn)量、生物量、養(yǎng)分吸收和氮素利用，計算棉花養(yǎng)分吸收系數(shù)、氮素利用率和氮肥最佳施用量等參數(shù)，為新疆南疆棉花科學施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017～2019年安排在新疆阿瓦提縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站試驗站(40°38′58.46″N，80°23′29.78″E)，前茬作物為棉花。供試棉花品種為新陸中65號，采用膜下滴灌種植，1膜6行。2017年4月5日播種，株距11 cm，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為50 cm+20 cm，理論株數(shù)187 000株/hm2；2018年3月27日播種，株距10.5 cm，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為66 cm+10 cm，理論株數(shù)180 900株/hm2；2019年4月1日播種，株距10.5 cm，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為66 cm+10 cm，理論株數(shù)180 900株/hm2。供試肥料：尿素(46% N)，三料磷肥(46% P2O5)，硫酸鉀(30% K2O)。供試土壤基本農(nóng)化性狀pH 8.65，有機質(zhì)17.04 g/kg，全氮0.31 g/kg，全磷0.83 g/kg，全鉀8.46 g/kg，堿解氮41 mg/kg，速效磷43.2 mg/kg，速效鉀149 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個施氮處理，重復3次，小區(qū)面積33 m2，各處理磷肥和鉀肥總用量分別為130 kg/hm2(P2O5)和60 kg/hm2(K2O)。N0、N1、N2、N3、N4處理施氮量分別為0、110、220、330、440 kg/hm2，因2018年雨水較多，滴灌次數(shù)減少，30%氮肥未施入土壤，即N0、N1、N2、N3、N4處理施氮量分別為0、77、154、231、308 kg/hm2。磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入，氮肥作為追肥在棉花蕾期至盛鈴期隨水滴施。2017年氮肥分6次隨水滴施，分別以5月13日10%、6月14日20%、6月30日25%、7月29日25%、8月15日10%及8月24日10%的比例追施；2018年分別以6月23日14%、7月8日29%、7月23日43%及8月17日14%的比例4次追施；2019年以6月18日25%、7月9日30%、7月23日25%、8月4日10%及8月20日10%的比例分5次追施。

1.2.2 測定指標

土壤樣品：在試驗開展前，多點采集試驗地0～20 cm耕層土壤，測定土壤基本農(nóng)化性狀。土壤pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀分別采用pH計法、重鉻酸鉀法、半微量凱氏定氮法、HClO4-H2SO4-鉬銻抗比色法、NaOH熔融火焰光度計法、堿解擴散法、鉬銻抗比色法和醋酸銨-火焰光度法測定。

棉株生物量：在棉花吐絮期，每個小區(qū)隨機選取有代表性的棉株3株，于105℃溫度下殺青后，在70℃溫度下烘干，測定生物量。

植株養(yǎng)分：將吐絮期采集的棉株樣品分為莖+葉+殼、棉纖維、棉籽分別殺青、烘干、稱重、粉碎制樣。植株樣用H2SO4-H2O2消煮，全氮采用奈氏比色法，全磷采用鉬銻抗比色法，全鉀采用火焰光度法進行測定。

棉花產(chǎn)量：棉花吐絮期在各小區(qū)調(diào)查6.67 m2內(nèi)的棉花株數(shù)、鈴數(shù)及單株鈴數(shù)，并在每個小區(qū)定點分3次采收上、中、下部30、40、30朵完全吐絮棉桃，測定單鈴重和衣分，計算棉花產(chǎn)量。

1.2.3 計 算

1.2.3.1 氮素利用率[15-16]

氮素農(nóng)學效率(kg/kg)=(Y-Y0)/F.

氮素偏生產(chǎn)力(kg/kg)=Y/F.

氮素表觀利用率(%)=(N-N0)/F×100.

氮素貢獻率(%)=(Y-Y0)/Y×100.

式中，Y和Y0分別為施氮處理和不施氮處理獲得的籽棉產(chǎn)量，N和N0分別為施氮處理和不施氮地上部總吸氮量，F(xiàn)為施氮量。

1.2.3.2 養(yǎng)分吸收量[17]

養(yǎng)分吸收量=植株干重×植株養(yǎng)分含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用WPS 2019和方差分析2013軟件整理和分析，多重比較采用LSD法(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對棉花產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

研究表明，施氮處理棉花產(chǎn)量顯著高于不施氮處理，產(chǎn)量增幅為7.85%～44.02%。2017年N4處理產(chǎn)量最高，但與N2和N3處理差異不顯著，N2處理分別較N0和N1處理顯著增加28.72%和10.12%。處理間棉花增產(chǎn)率、產(chǎn)值與產(chǎn)量呈現(xiàn)一致規(guī)律。N2處理棉花地上部生物量最高，分別較N0和N1處理顯著增加36.81%和10.49%，與N3和N4處理差異不顯著。處理間純收益與棉花生物量規(guī)律一致，N2處理純收益最高，為34 197.05元，分別較N0和N1處理顯著增加30.45%和10.36%，但與N3和N4處理差異不顯著。2018年N3處理產(chǎn)量最高，其次為N2處理，二者差異不顯著，分別較N1處理顯著增加16.93%和15.72%。N2處理生物量最大，與N3和N4處理差異不顯著，較N0和N1處理顯著增加45.64%和15.38%。N3處理純收益最高，分別較N0和N1處理顯著增加48.89%和17.46%，但與N2和N4處理差異不顯著。2019年N2處理產(chǎn)量最高，其次為N3處理，除N0外，各處理間產(chǎn)量差異不顯著。N3處理生物量最高，其次為N4和N2處理，三者差異不顯著。N2處理生物量較N0和N1處理顯著增加25.08%和7.81%。N1、N2和N3處理純收益分別較N0處理顯著增加12.03%、11.36%和9.40%。表1

表1 不同施氮量下棉花產(chǎn)量及經(jīng)濟效益變化Table 1 Effects of different nitrogen applicaton rate on cotton yield and economic benefit

2.2 不同施氮量對棉花氮、磷、鉀吸收的影響

研究表明，施氮顯著提高棉花對氮的吸收，隨著施氮量的增加，棉花地上部吸氮量呈先增后減的趨勢。2017年N1、N2、N3和N4處理棉花地上部吸氮量分別較N0處理顯著增加26.65%、55.65%、56.76%和47.37%，N2、N3和N4處理分別較N1處理顯著增加22.90%、23.78%和16.36%。2018年N1、N2、N3和N4處理棉花地上部吸氮量分別較N0處理顯著增加27.54%、50.95%、55.93%和59.47%，N2、N3和N4處理分別較N1處理顯著增加18.36%、22.26%和25.04%。2019年N1、N2、N3和N4處理棉花地上部吸氮量分別較N0處理顯著增加18.01%、39.66%、49.47%和41.97%，N2、N3和N4處理分別較N1處理顯著增加18.34%、26.65%和20.30%。3年平均N3處理吸氮量最高，分別較N0、N1處理顯著增加53.97%、24.22%，較N2處理增加3.62%，但差異不顯著。

與吸氮量相似，施磷顯著提高棉花對磷的吸收，棉花地上部吸磷量隨著施氮量的增加呈先增后減的趨勢。2017年N1、N2、N3和N4處理棉花吸磷量分別較N0處理顯著增加24.87%、49.80%、43.18%和35.73%，N2處理分別較N1和N4處理顯著增加19.97%和10.37%，N2和N3處理間吸磷量差異不顯著。2018年各施肥處理間棉花吸磷量無顯著差異，但N1、N2、N3和N4處理分別較N0處理顯著增加26.08%、39.95%、27.17%和25.10%。2019年N1、N2、N3和N4處理棉花吸磷量分別較N0處理顯著增加25.80%、43.62%、43.94%和36.65%，N2和N3處理分別較N1處理顯著增加14.17%和14.42%。3年平均吸磷量N2處理最高，較N0、N1、N3和N4處理顯著增加44.72%、15.27%、4.44%和8.97%。

與N0處理相比，施氮各處理棉花吸鉀量顯著增加，N2、N3和N4處理間差異不顯著。2017年N2處理棉花吸鉀量最高，分別較N0和N1處理顯著增加35.86%和9.34%。2018年N2處理吸鉀量分別較N0和N1處理顯著增加46.23%和14.88%。2019年N2處理吸鉀量分別較N0和N1處理顯著增加27.81%和6.34%。3年平均N2處理吸鉀量較其他處理高，分別較N0和N1處理顯著增加35.92%和9.95%。

不同處理棉花氮、磷、鉀吸收系數(shù)不同。N3處理氮吸收系數(shù)最高，但與N2和N4處理差異不顯著，N2、N3和N4處理氮吸收系數(shù)分別較N0處理顯著增加16.20%、20.73%和19.50%，較N1處理顯著增加10.17%、14.47%和13.30%。N2處理磷吸收系數(shù)最高，較N0處理顯著增加13.48%。施氮處理鉀吸收系數(shù)較N0處理顯著增加，但施氮處理間差異不顯著，N2處理較N0處理顯著增加7.18%。當施氮量為220 kg/hm2時，形成100 kg籽棉，吸收N 4.25 kg、P2O51.14 kg、K2O 3.61 kg。表2

表2 不同施肥量下棉花氮、磷、鉀吸收變化Table 2 Effects of fertilization levels on uptakes of N,P2O5 and K2O in cotton

2.3 不同施氮量對棉花氮素利用率的影響

研究表明，隨著施氮量的增加，氮素農(nóng)學效率和氮素偏生產(chǎn)力呈遞減趨勢。2017年N2處理氮素農(nóng)學效率較N1降低14.96%，較N3和N4處理顯著增加62.56%和92.54%；與N1處理相比；N2、N3和N4處理氮素偏生產(chǎn)力分別顯著降低44.94%、63.93%和72.23%。2018年N2處理氮素農(nóng)學效率較N1處理降低8.21%，較N3和N4處理顯著增加44.93%和122.92%；N2、N3和N4處理氮素偏生產(chǎn)力分別較N1處理顯著降低42.14%、61.02%和71.96%。2019年N2處理氮素農(nóng)學效率較N1處理顯著降低46.62%，較N4處理顯著增加217.45%；N2、N3和N4處理氮素偏生產(chǎn)力分別較N1處理顯著降低49.65%、66.53%和75.86%；3年平均氮素農(nóng)學效率和氮素偏生產(chǎn)力隨施氮量增加呈顯著遞減趨勢，與N1處理相比，N2、N3和N4處理農(nóng)學效率分別顯著降低18.51%、46.11%和63.22%，偏生產(chǎn)力分別顯著降低45.30%、63.60%和73.24%。

氮素表觀利用率和氮素貢獻率呈先增后減趨勢。2017年N2處理氮素表觀利用率最高，與N1處理差異不顯著，較N3和N4處理顯著增加47.06%和134.96%；N2處理氮素貢獻率較N1處理顯著增加54.69%，與其他處理差異不顯著。2018年N2處理氮素表觀利用率較N1處理減少7.49%，較N3和N4處理顯著增加36.65%和71.36%；N2處理氮素貢獻率較N1處理顯著增加59.24%。2019年N2處理氮素表觀利用率最高，較N4處理顯著增加88.98%；N2處理氮素貢獻率分別較N1、N3和N4處理增加5.11%、1.44%和51.98%。3年平均N2處理氮素表觀利用率較N1處理增加0.22%，較N3和N4處理顯著增加35.27%和93.05%，N2處理氮素貢獻率較N1顯著增加44.75%。表3

表3 不同施肥量對棉花氮素利用率變化Table 3 Effects of fertilization levels on nitrogen use efficiency in cotton

3 討 論

不同棉區(qū)因栽培品種、氣候條件及土壤肥力不同，棉花適宜施氮量不同[18-19]。鄧忠等[7]通過膜下滴灌水氮調(diào)控對南疆棉花產(chǎn)量及水氮利用率研究表明，施氮量為300 kg/hm2時，棉花生長健壯，株型結(jié)構(gòu)優(yōu)化，顯著促進了干物質(zhì)向生殖器官的運轉(zhuǎn)，有效鈴數(shù)、單鈴重和衣分增加，產(chǎn)量達到最高。楊媚等[20]研究表明，當施氮量為360 kg/hm2時，滴灌棉花生物量和籽棉產(chǎn)量最高。當施氮量在0～220 kg/hm2時，隨著施氮量的增加，棉花產(chǎn)量、生物量和產(chǎn)值顯著增加，當施氮量大于220 kg/hm2時各研究指標增加不顯著，棉花增產(chǎn)率也不顯著。

施氮量不同，棉花對氮、磷、鉀的吸收不同。有研究表明，適宜的施氮量有利于棉花對養(yǎng)分的吸收[14,17,21]。孫永健等[22]研究表明，在一定施氮范圍內(nèi)，氮、磷、鉀在作物生殖器官中的分配隨施氮量的增加而提高，但過量施氮會使氮、磷、鉀在生殖器官中的分配下降。李伶俐等[9]研究表明，増施氮肥促進了雜交棉氮、磷、鉀的積累，但當施氮量高于300 kg/hm2時，促進效果不顯著。當施氮量在0～220 kg/hm2時，隨著施氮量的增加，棉花對氮、磷、鉀的吸收顯著增加，當施氮量超過220 kg/hm2時，棉花對氮、磷、鉀的吸收增加不顯著，說明過量施用氮肥并沒有增加棉花對養(yǎng)分的吸收，反而會造成氮肥的損失。

作物品種和施肥措施不同，作物的養(yǎng)分吸收系數(shù)不同。吳海華等[23]研究發(fā)現(xiàn)，全立架露地栽培甜瓜的氮、磷、鉀吸收系數(shù)分別為207.0、43.1和536.6 g/100kg。哈麗哈什·依巴提等[24]研究表明，在養(yǎng)分專家系統(tǒng)的推薦施肥條件下，棉花氮、磷、鉀吸收系數(shù)分別為3.96、1.03和2.52 kg/100kg，農(nóng)戶習慣施肥條件下則分別為4.25、1.14和2.52 kg/100kg。施氮量為220 kg/hm2時，棉花氮、磷、鉀吸收系數(shù)均較不施肥處理顯著增加，當施氮量大于220 kg/hm2時則差異不顯著。當施氮量為220 kg//hm2時，每形成100 kg籽棉，需吸收N 4.25 kg、P2O51.14 kg、K2O 3.61 kg。

林濤等[25]研究表明，當施氮量為300 kg/hm2時，南疆機采棉田氮肥農(nóng)學利用效率最高。有研究表明，隨著施氮量的增加，棉花氮素利用率呈下降趨勢[9,20]，棉花氮肥利用率和氮肥貢獻率隨氮肥用量的增加表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，施氮量為350 kg/hm2的處理顯著高于其他施氮處理[26]。棉花氮素偏生產(chǎn)力和農(nóng)學效率隨著施氮量的增加而顯著降低。氮素表觀利用率和氮素貢獻率隨著施氮量增加呈先增后減趨勢，當施氮量大于220 kg/hm2時氮素貢獻率差異不顯著。適宜的施氮量可促進棉花對氮素的利用，提高氮素對棉花產(chǎn)量的貢獻率。

4 結(jié) 論

4.1當施氮量在0～220 kg/hm2時，隨著施氮量的增加，棉花產(chǎn)量、生物量、產(chǎn)值和氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收顯著增加，當施氮量大于220 kg/hm2時增加不顯著。當施氮量為220 kg/hm2時，形成100 kg籽棉，需吸收N 4.25 kg、P2O51.14 kg、K2O 3.61 kg。

4.2棉花氮素偏生產(chǎn)力和農(nóng)學效率隨施氮量增加顯著降低。當施氮量在0～220 kg/hm2時，氮素表觀利用率增加不顯著，氮素貢獻率顯著增加，當施氮量大于220 kg/hm2時，氮素表觀利用率顯著降低，氮素貢獻率差異不顯著。

4.3供試棉田氮肥的合理推薦量為220 kg/hm2。