蒲勝海，馬紅紅，馬興旺， 李 磐，涂永峰，李小偉，艾合買提·哈力克，李江峰

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091；2.農(nóng)業(yè)部西北綠洲農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830091；3. 新疆慧爾農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，新疆昌吉 831100；4.哈密市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆哈密 839000)

世界棉花看中國(guó)，中國(guó)棉花在新疆。2020年新疆棉花種植總面積、總產(chǎn)已連續(xù)27年位列全國(guó)首位，為中國(guó)巨大的棉花需求提供了有力保障[1]。氮肥施用對(duì)棉花產(chǎn)量的形成發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其占單產(chǎn)的比重達(dá)33.5%～56.1%[2-5]。然而，在棉花實(shí)際生產(chǎn)中農(nóng)戶為了追求產(chǎn)量，普遍存在氮肥過(guò)量施用，有的甚至高達(dá)400kg·hm-2[6-9]。氮肥施用過(guò)量，不但會(huì)造成棉花貪青晚熟[6,10]、產(chǎn)量降低[11]、纖維品質(zhì)下降[12]，硝態(tài)氮淋洗增加[13]，而且還會(huì)造成資源、能源浪費(fèi)、耕地質(zhì)量下降和環(huán)境污染等問(wèn)題[14]。因此，合理的氮肥運(yùn)籌管理是促進(jìn)新疆棉花產(chǎn)業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[15]。學(xué)者對(duì)棉花氮肥運(yùn)籌開展了大量研究。氮肥用量能有效調(diào)控棉花植株農(nóng)藝性狀[16]，影響棉花株型塑造[17]、群體冠層結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量[18]。隨著氮肥施用量的增加，棉花花鈴期葉面積指數(shù)和單株光合產(chǎn)物積累量呈先增后降[19]。合理施氮量能夠有效促進(jìn)棉株生長(zhǎng)發(fā)育，使得花鈴期葉面積指數(shù)、凈光合速率[20]、蒸騰速率及單株光合產(chǎn)物積累量適宜[19]，有效增加蕾鈴數(shù)，從而保證高產(chǎn)[21]。精細(xì)化水氮運(yùn)籌，可優(yōu)化棉花產(chǎn)量結(jié)構(gòu)[16]，促進(jìn)氮吸收利用效率，進(jìn)而改善品質(zhì)[9]。但目前有關(guān)滴灌棉田關(guān)鍵生育時(shí)期氮肥調(diào)控對(duì)棉花的產(chǎn)量及構(gòu)成要素、氮肥偏生產(chǎn)力的影響缺乏系統(tǒng)研究。

因此，本研究通過(guò)對(duì)棉花關(guān)鍵生育時(shí)期(蕾期、盛花期和盛鈴期)的氮肥調(diào)控，分析各時(shí)期不同氮肥調(diào)控對(duì)棉花三桃個(gè)數(shù)、單鈴質(zhì)量、單株鈴數(shù)、產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力的影響，明確各生育期棉花生長(zhǎng)對(duì)氮肥施用量的響應(yīng)，為生產(chǎn)中優(yōu)化施氮提供科學(xué)依據(jù)，研究具有一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年在新疆庫(kù)爾勒市包頭湖農(nóng)場(chǎng)新疆棉田面源污染防控技術(shù)研究示范基地(東經(jīng)85.87°，北緯41.68°)開展。試驗(yàn)區(qū)屬于典型干旱氣候，年平均降雨量56.2 mm，年平均蒸發(fā)量 2 497.4 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 878 h，≥10 ℃積溫 4 252.2 ℃，無(wú)霜期205 d，地下水位6.0～8.5 m，純灌溉農(nóng)業(yè)，棉花多年連作。供試土壤為壤土，中等肥力，0～30 cm土壤有機(jī)質(zhì)8.1g·kg-1，速效氮43.2 mg·kg-1，速效磷19.9 mg·kg-1，速效鉀129 mg·kg-1，pH 7.9。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)施氮量(CNF-100)為基礎(chǔ)，分別在蕾期、盛花期、盛鈴期按CNF-100的75%、100%、125%、150%和200%設(shè)計(jì)5個(gè)水平，共13個(gè)處理。蕾期CNF-100為19.05 kg·hm-2，盛花期CNF-100為69.75 kg·hm-2，盛鈴期CNF-100為28.5 kg·hm-2。各處理具體氮肥調(diào)控見表1。各處理重復(fù)3次，共計(jì)39個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積均為33.12 m2。

表1 各處理氮肥調(diào)控Table 1 Nitrogen fertilizer management of each treatment kg·hm-2

棉花生育期灌溉定額480 mm，共灌水9 次，灌水周期7～10 d。氮肥使用尿素，30%基施、70%追施。磷、鉀肥全部基施，施用量為重過(guò)磷酸鈣404.98 kg·hm-2，硫酸鉀168.74 kg·hm-2。具體灌水量和氮肥追施比例見表2。供試品種為‘新陸中73號(hào)’，棉花采用膜下滴灌，種植模式：66 cm+10 cm，株距9.5 cm，寬膜2.05 m，1膜3帶6行。試驗(yàn)地2021-04-21播種，4 月25 日滴出苗水，其他管理措施均相同。

表2 生育期灌水定額及氮肥施用比例Table 2 Irrigation quota and nitrogen fertilizer application ratio in growth period

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)與方法

三桃個(gè)數(shù)及三桃單鈴質(zhì)量：每小區(qū)分3次采收90個(gè)完全吐絮棉鈴，測(cè)定平均鈴質(zhì)量，7月15日所結(jié)的棉鈴為伏前桃，7月16日至8月15日所結(jié)的棉鈴為伏桃：秋桃則是8月16日以后所結(jié)的棉鈴。

產(chǎn)量：在吐絮期測(cè)定各小區(qū)內(nèi)所有株數(shù)及鈴數(shù)，同時(shí)隨機(jī)分別采集50朵上、中、下3個(gè)部位的棉花測(cè)定單鈴質(zhì)量，最后采收小區(qū)內(nèi)棉花記產(chǎn)。

氮肥偏生產(chǎn)力：氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)籽棉產(chǎn)量/施氮區(qū)施氮量。

經(jīng)濟(jì)效益：在其他投入相同、肥料投入有差異的前提下，經(jīng)濟(jì)效益(元·hm-2)=增產(chǎn)效益-增氮成本。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

用Microsoft Excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS20.0(SPSS Inc.USA)軟件One-way ANOVA對(duì)棉花產(chǎn)量、構(gòu)成因子，地上部吸氮量、三桃分布個(gè)數(shù)和單鈴質(zhì)量、偏生產(chǎn)力進(jìn)行方差分析。多重比較用Duncan’s法，統(tǒng)計(jì)顯著性假設(shè)為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥調(diào)控對(duì)棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表3可知，僅在蕾期對(duì)農(nóng)戶常規(guī)施氮量做75%～200%的5個(gè)梯度處理，即調(diào)整用量在 -4.80～19.05 kg·hm-2，農(nóng)戶常規(guī)施氮量處理的單鈴質(zhì)量、單株有效鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量最高；與農(nóng)戶常規(guī)施氮量相比，少施或多施氮的處理間棉花單株有效鈴數(shù)、產(chǎn)量有顯著差異；少施氮肥會(huì)導(dǎo)致單鈴質(zhì)量明顯降低，說(shuō)明當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶在蕾期施肥量較為合理。僅在盛花期對(duì)農(nóng)戶常規(guī)施氮量做75%～200%的 5個(gè)梯度處理，即調(diào)整用量在 -17.40～69.75 kg·hm-2，隨著施氮量增加，棉花單鈴質(zhì)量、單株有效鈴數(shù)和產(chǎn)量隨之增加，各處理間有明顯差異；與CNF-100相比，Nflower-200單鈴質(zhì)量、單株有效鈴數(shù)和產(chǎn)量均有顯著差異，分別增加16.55%、15.69%和11.24%，說(shuō)明當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶在盛花期應(yīng)適當(dāng)加大施氮量。僅在盛鈴期對(duì)農(nóng)戶常規(guī)施氮量做75%～200%的5個(gè)梯度處理，調(diào)整用量在-7.05～28.50 kg ·hm-2，隨著施氮量增加，棉花單鈴質(zhì)量呈降低趨勢(shì)，單株有效鈴數(shù)呈增加趨勢(shì)，產(chǎn)量CNF-100最高且顯著，說(shuō)明當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶在盛鈴期應(yīng)控制施氮量。

表3 氮肥調(diào)控下棉花產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力Table 3 Cotton yield and partial factor productivity of nitrogen under nitrogen fertilizer regulation

2.2 氮肥調(diào)控對(duì)三桃個(gè)數(shù)和單鈴質(zhì)量的影響

由表4可知，蕾期隨施氮量的逐漸增加，棉花三桃個(gè)數(shù)均減少；Nbud-75伏前桃、伏桃個(gè)數(shù)分別為3.76和1.43個(gè)，顯著高于增施氮處理，但秋桃個(gè)數(shù)在各處理間無(wú)顯著差異；各處理間伏前桃、伏桃和秋桃的單鈴質(zhì)量差異均不顯著；Nbud-200處理伏前桃單鈴質(zhì)量最大，Nbud-125處理伏桃單鈴質(zhì)量最大，CNF-100處理秋桃單鈴質(zhì)量最大。盛花期隨著施氮量增加，三桃個(gè)數(shù)呈先增加后減小趨勢(shì)；農(nóng)戶常規(guī)施氮處理三桃個(gè)數(shù)均最大，且伏前桃、伏桃個(gè)數(shù)與其他各處理差異顯著；隨著施氮量增加，三桃單鈴質(zhì)量均呈增加趨勢(shì)，Nflower-200處理最大且顯著。盛鈴期隨著施氮量增加，三桃個(gè)數(shù)上下波動(dòng)；Nboll-75的伏前桃和伏桃單鈴質(zhì)量最大，分別為5.97和6.18 g。

表4 氮肥調(diào)控下棉桃分布和單鈴質(zhì)量Table 4 Boll distribution and quality of cotton under nitrogen fertilizer regulation

2.3 氮肥調(diào)控對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力、經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表3可以看出，在棉花蕾期、盛花期和盛鈴期分別調(diào)控施氮量時(shí)，氮肥偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加均呈單峰趨勢(shì)。農(nóng)戶常規(guī)施氮處理下氮肥偏生產(chǎn)力最高，與其相比，各時(shí)期調(diào)控施氮的CNF150%和200%處理的氮肥偏生產(chǎn)力均顯著降低。在相同的增氮調(diào)控水平下(減氮CNF-100的75%處理除外)，各時(shí)期增施氮肥偏生產(chǎn)力和產(chǎn)量均表現(xiàn)為：盛花期>盛鈴期>蕾期。在其他投入相同、肥料投入有差異的前提下，在盛花期增施氮肥農(nóng)戶將能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益(表5)。與CNF相比，盛花期增施200%的氮肥，可獲得純收益7 370.17元·hm-2。

3 討 論

3.1 不同時(shí)期施氮的增產(chǎn)效應(yīng)

氮肥施用量顯著影響棉花的生育進(jìn)程、品質(zhì)形成和產(chǎn)量提高，尤其是花鈴期[13,22]。本研究中，盛花期調(diào)控施氮量對(duì)單株有效鈴數(shù)和產(chǎn)量影響較大，盛鈴期調(diào)控施氮量對(duì)單鈴質(zhì)量和產(chǎn)量影響較大。蕾期隨著施氮量的增加，三桃個(gè)數(shù)減少，且Nbud75處理的三桃個(gè)數(shù)最多。盛花期隨著施氮量的增加伏前桃，伏桃和秋桃個(gè)數(shù)減少，且CNF-100處理的伏前桃、伏桃和秋桃個(gè)數(shù)最多?？赡茉?yàn)椋豪倨谑敲藁ㄉ成L(zhǎng)開始并日漸旺盛時(shí)期，葉片的光合作用和根系的吸收能力也都增強(qiáng)，適宜的施肥量促進(jìn)棉花蕾鈴分化發(fā)育，為花鈴期的生殖生長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)[23]。在前期保證營(yíng)養(yǎng)、生長(zhǎng)條件比較理想的狀態(tài)下，盛花期提供充足的營(yíng)養(yǎng)能極大促進(jìn)棉花產(chǎn)量的形成[24]，即使施肥量達(dá)到推薦施肥量的2倍也不會(huì)造成減產(chǎn)，表現(xiàn)出的卻是隨著施肥量增大產(chǎn)量增加的趨勢(shì)[8]。盛鈴期主要是生殖生長(zhǎng)，棉鈴的大小已經(jīng)不再變化，主要是纖維和種子在繼續(xù)成熟，對(duì)養(yǎng)分需求量較小，氮肥用量過(guò)多或過(guò)少影響棉花單鈴質(zhì)量。

在蕾期、盛花期和盛鈴期3個(gè)不同時(shí)期調(diào)控施氮量，產(chǎn)量的形成與棉花S型生長(zhǎng)曲線規(guī)律一致[6]。棉花從蕾期開始進(jìn)入生殖生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)并行時(shí)期，各個(gè)節(jié)位的花芽依次發(fā)育，這是形成產(chǎn)量的基礎(chǔ)時(shí)期，施肥量過(guò)多或過(guò)少均會(huì)使棉花發(fā)育遲緩，影響蕾鈴發(fā)育，因此最佳施肥量能獲得最高產(chǎn)量；進(jìn)入盛花期后棉花生殖生長(zhǎng)旺盛，營(yíng)養(yǎng)庫(kù)很大，有增產(chǎn)潛力，所以一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加棉花增產(chǎn)的空間就大[25]；到了盛鈴期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)開始減小，關(guān)鍵是纖維的發(fā)育成熟，因此過(guò)多的營(yíng)養(yǎng)有可能引起貪青，過(guò)少的營(yíng)養(yǎng)導(dǎo)致單鈴質(zhì)量小[6,26-29]。

棉花生育期精細(xì)化氮肥管理，可對(duì)棉花植株農(nóng)藝性狀進(jìn)行有效調(diào)控[30]，能顯著增加單株鈴數(shù)[21]，有利于提高鈴質(zhì)量和衣分[7]，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化棉花產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，增加棉花產(chǎn)量[9,16,18,31-32]。本研究發(fā)現(xiàn)，在蕾期、盛花期和盛鈴期下調(diào)控施氮量，3個(gè)時(shí)期棉花單株鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量不同，導(dǎo)致最終產(chǎn)量存在較大差異。本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在棉花生長(zhǎng)的不同時(shí)期施肥均能影響單株鈴數(shù)，但各時(shí)期對(duì)伏前桃、伏桃和秋桃的影響程度不同，蕾期施肥能顯著影響三桃數(shù)量，對(duì)單鈴質(zhì)量沒(méi)有影響，盛花期和盛鈴期施肥影響的是伏桃和秋桃數(shù)量，以及伏前桃的單鈴質(zhì)量。因此在生產(chǎn)中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的正常管理或補(bǔ)救措施，以保證足夠的單株鈴數(shù)，并增大單鈴質(zhì)量。作物氮素的高效吸收利用是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量高效的重要途徑[33]。王士紅等[34]研究表明隨著生育進(jìn)程，氮素積累量呈“慢-快-慢”的 S 型曲線，棉花生育中后期氮素積累量升高，氮素的累積吸收量與各自施氮量成正比[35]。本研究中，僅對(duì)棉花關(guān)鍵生育時(shí)期不同施氮量的伏前桃、伏桃和秋桃個(gè)數(shù)，單鈴質(zhì)量和氮肥偏生產(chǎn)力進(jìn)行了研究，對(duì)于植株在關(guān)鍵生育時(shí)期對(duì)不同氮肥量的吸氮量沒(méi)有涉及，且本研究只關(guān)注了棉花生長(zhǎng)的表觀特征，因此，下一步亟需對(duì)植株吸氮量進(jìn)行測(cè)定分析以便明確植株在關(guān)鍵生育時(shí)期的養(yǎng)分需求規(guī)律。

3.2 氮肥偏生產(chǎn)力

氮肥偏生產(chǎn)力是衡量氮肥生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)，對(duì)深入理解農(nóng)田氮肥利用過(guò)程及其機(jī)理具有重要理論意義[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，棉花的氮肥偏生產(chǎn)力逐漸降低，通過(guò)比較蕾期、盛花期、盛鈴期3個(gè)不同時(shí)期施肥后的氮肥偏生產(chǎn)力，發(fā)現(xiàn)農(nóng)戶常規(guī)施氮的氮肥偏生產(chǎn)力最大，且盛花期的氮肥偏生產(chǎn)力高于盛鈴期和蕾期。本研究中盡管盛花期增施200%氮肥處理的氮肥偏生產(chǎn)力不及農(nóng)戶常規(guī)施氮，但可獲得純收益 7 370.17元·hm-2。因此，農(nóng)戶在生產(chǎn)中科學(xué)確定最佳施肥量以實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)效率的同時(shí)，也應(yīng)兼顧農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益。有研究表明，棉花N素吸收量最大時(shí)為初花期[37]，初花期追施氮肥利于形成高產(chǎn)[38]。本研究設(shè)定的施肥時(shí)期僅3個(gè)，因此需要更深入地研究初花期、吐絮期等時(shí)期氮肥偏生產(chǎn)力，以便更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

農(nóng)戶在棉花的蕾期常規(guī)施氮量適宜，可以避免因施氮過(guò)量或不足，導(dǎo)致的單鈴質(zhì)量、單株有效鈴數(shù)、產(chǎn)量降低。盛花期增施氮肥有利于產(chǎn)量形成，農(nóng)戶常規(guī)施氮量的2倍處理(Nflower-200， 386.85 kg·hm-2)，單鈴質(zhì)量和有效鈴數(shù)最高，分別為6.62、5.90個(gè)；盛鈴期隨著施氮量增加，單鈴質(zhì)量呈降低趨勢(shì)，單株有效鈴數(shù)呈增加趨勢(shì)，農(nóng)戶常規(guī)施氮量的單鈴質(zhì)量和籽棉產(chǎn)量最高，分別為 5.68 g、6 747.65 kg·hm-2。氮肥偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加，呈逐漸降低趨勢(shì)。農(nóng)戶常規(guī)施氮量處理的氮肥偏生產(chǎn)力最大，為21.28 kg·kg-1；但盛花期增施200%氮肥處理的經(jīng)濟(jì)效益增加明顯，可獲得純收益7 370.17 元·hm-2。因此，科學(xué)確定最佳施肥量以實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)效率的同時(shí)，也應(yīng)兼顧農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益，建議當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶在棉花盛花期適當(dāng)加大氮肥施用量，可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。