李志坤 賈文華 朱 偉 劉 偉,* 馬宗斌,*

1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 河南鄭州 450046; 2 浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 浙江杭州 310020; 3 河南省種業(yè)發(fā)展中心, 河南鄭州 450046

中國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)在世界上具有明顯的優(yōu)勢(shì), 表現(xiàn)為棉花單產(chǎn)較高, 總產(chǎn)占比較大, 紡織品和服裝出口量多, 但棉花生產(chǎn)也面臨產(chǎn)量和品質(zhì)的雙重制約。一方面原棉供不應(yīng)求, 需大量進(jìn)口[1]。另一方面, 高品質(zhì)原棉需求上升,優(yōu)質(zhì)棉花嚴(yán)重短缺, 不能滿足需求[2]。然而, 近些年, 黃河流域棉區(qū)的纖維長(zhǎng)度和比強(qiáng)度有所下降, 馬克隆值偏高, 預(yù)測(cè)在未來(lái)5至10年, 黃河流域纖維品質(zhì)仍呈明顯下降趨勢(shì)[3]。因此, 提高棉花產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)是提升我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的緊迫任務(wù)。

前人研究表明, 棉花的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)主要受品種[4-5]、生態(tài)條件[6]和栽培技術(shù)[7]的影響。其中, N肥是決定棉花產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[8], 適量施N或合理的氮磷鉀運(yùn)籌有利于棉花生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的提升, 過(guò)量施N會(huì)造成減產(chǎn)[9-11]。適量施N還能改善棉花纖維部分品質(zhì)指標(biāo), 過(guò)量施N反而降低品質(zhì)[12]。此外, 縮節(jié)胺(DPC)化控是棉花生產(chǎn)中普遍采用的管理措施[13-14]。合理使用DPC有利增加產(chǎn)量[15-16]并改善纖維品質(zhì), 但過(guò)量使用DPC會(huì)導(dǎo)致纖維品質(zhì)下降[17-18]。也有研究認(rèn)為, 使用DPC對(duì)棉花纖維品質(zhì)的主要指標(biāo)無(wú)顯著影響[19]。

棉花生產(chǎn)上, N肥與DPC往往是配合施用, 且高產(chǎn)棉田普遍存在施用N肥過(guò)量, 由此降低肥料利用率, 增加生產(chǎn)成本并污染環(huán)境[20], 又不得不大量使用DPC化控, 形成過(guò)量施N和過(guò)量噴施DPC的累加效應(yīng)。有研究表明, 在長(zhǎng)江流域棉區(qū), 春棉增施N肥同時(shí)適當(dāng)化控有利于產(chǎn)量、品質(zhì)和效益的提高[21], 而麥后直播棉, 合理施N配合DPC能提高根系活性、棉株碳氮代謝強(qiáng)度和光合效率, 有利于產(chǎn)量提高并能實(shí)現(xiàn)集中成鈴[22]; 在南疆棉區(qū), 適宜的施N量和DPC配合, 棉花干物質(zhì)積累量和籽棉產(chǎn)量達(dá)到最大值[23]。但N肥和DPC配施對(duì)棉花纖維品質(zhì)的影響研究較少。僅有報(bào)道, 滴施高劑量DPC與低N處理下, 棉花纖維品質(zhì)較好[24]。

棉花屬無(wú)限生長(zhǎng)作物, 結(jié)鈴持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。由于其不同時(shí)期成鈴的時(shí)間和空間差異, 生產(chǎn)上一般按棉花成鈴的時(shí)間將其分為伏前桃、伏桃和秋桃(簡(jiǎn)稱“三桃”)或伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃(簡(jiǎn)稱“四桃”)。研究發(fā)現(xiàn), 各品種不同果枝部位及“四桃”間纖維比強(qiáng)度均存在差異[24],伏桃和早秋桃為優(yōu)質(zhì)鈴[25], 其纖維品質(zhì)可能較優(yōu)。但棉花“四桃”的產(chǎn)量及纖維品質(zhì)的時(shí)間分布及其對(duì)施N量和DPC用量的響應(yīng)鮮有報(bào)道。為此, 開(kāi)展了N肥和DPC配施對(duì)棉花“四桃”纖維產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究, 以期完善棉花“四桃”的產(chǎn)量和品質(zhì)差異等相關(guān)理論, 并為棉花合理使用N肥和DPC以及“四桃”纖維的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2015—2017 年在鄭州市惠濟(jì)區(qū)黃河灘區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬為棉花, 一年一熟, 肥力中等偏低(表1),沙壤土。3 年棉花生長(zhǎng)期(4 月至10 月)基本氣象數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？傮w表現(xiàn)為3 年的日均氣溫相近, 但2015 年月均降水較少, 2015 年和2016 年月均日照時(shí)數(shù)較短。供試品種為百棉5 號(hào), 由河南科技學(xué)院提供。試驗(yàn)藥劑為98%的DPC 粉劑, 氮肥為尿素(N 46%), 當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)購(gòu)買(mǎi)。

表1 供試土壤養(yǎng)分狀況Table 1 Fertility status of test soil

表2 2015-2017 年河南省棉花生長(zhǎng)期月均基本氣象數(shù)據(jù)Table 2 Monthly basic meteorological data of cotton growing stage in Henan Province from 2015 to 2017

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)設(shè)計(jì), 以N 肥用量為主區(qū), DPC 用量為副區(qū),3 次重復(fù)。N 肥用量設(shè)不施N 肥(N0)、常量N 肥(N1)和過(guò)量N 肥(N2) 3 個(gè)水平, 對(duì)應(yīng)純N 量分別為0、225 和450 kg hm–2。全生育期施3 次, 基肥和蕾肥各占1/4, 花鈴肥占1/2。DPC 用量設(shè)3 個(gè)水平, 分別為不噴DPC (D0)、常量DPC (D1)和過(guò)量 DPC (D2), 其用量分別為 0、75 和150 g hm-2。全生育期葉面噴施2 次, 即初花期占2/5, 花鈴期占3/5。

3 年棉花均在4 月22 日采用機(jī)播, 地膜覆蓋栽培。行距110 cm, 株距20 cm, 定苗密度為45,450 株hm–2。除N肥外, 播前耙地時(shí)施入過(guò)磷酸鈣600 kg hm–2和硫酸鉀180 kg hm–2作基肥。其他管理同一般大田。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.2.1 “四桃”纖維產(chǎn)量 分別在7 月15 日、8 月15 日、8 月25 日和9 月15 日調(diào)查每個(gè)小區(qū)的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃數(shù)量。在7 月2 日、7 月20 日、8 月10 日和8 月20 日選擇當(dāng)天開(kāi)放的花, 每個(gè)小區(qū)各100 朵, 用不同顏色的吊牌標(biāo)記, 成鈴后分別代表伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃; 棉鈴?fù)滦鹾髮⒚總€(gè)小區(qū)不同顏色吊牌標(biāo)記的棉鈴單收并記錄鈴數(shù), 單獨(dú)曬干、稱重并軋花, 計(jì)算鈴重和衣分, 折算出“四桃”的纖維產(chǎn)量。

1.2.2 “四桃”纖維品質(zhì) 將各小區(qū)采收的“四桃”分別軋花并進(jìn)行皮棉取樣, 由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定其纖維品質(zhì)。測(cè)定指標(biāo)為上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值及伸長(zhǎng)率。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

用SPSS 19.0 (SPSS Institute, Inc., 美國(guó))進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析, Duncan’s 法比較各處理間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 N 肥與DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維產(chǎn)量的影響

由表3 可知, N 肥和DPC 用量對(duì)“四桃”纖維產(chǎn)量有一定影響。年份對(duì)伏前桃、伏桃和早秋桃的纖維產(chǎn)量有極顯著的影響; N 肥用量對(duì)“四桃”纖維產(chǎn)量和總產(chǎn)有極顯著的影響, 但與年份無(wú)顯著的互作。其中, N1 和N2 處理的“四桃”纖維產(chǎn)量及總產(chǎn)均顯著高于N0 處理, N1 處理的伏桃纖維產(chǎn)量顯著高于N2 處理, N2 處理的早秋桃和晚秋桃纖維產(chǎn)量顯著高于N1 處理。N2 處理明顯增加中后期棉鈴的纖維產(chǎn)量, 但N1 和N2 處理的總產(chǎn)差異不顯著。3 年平均, 與N1 相比, N0 處理的總產(chǎn)減少36.79%, 而N2 減產(chǎn)幅度較小, 僅為3.27%; DPC 用量對(duì)“四桃”纖維產(chǎn)量及總產(chǎn)的影響均達(dá)到極顯著水平, 但與年份互作不顯著。其中,D1 和D2 處理比D0 處理的早秋桃、伏桃和早秋桃的纖維產(chǎn)量和總產(chǎn)顯著增加。與D1 相比, D0 和D2 處理的“四桃”纖維總產(chǎn)分別減少17.53%和8.50%。由此看出, N 肥對(duì)“四桃”纖維總產(chǎn)量的效應(yīng)大于DPC, 常量N 肥或常量DPC 有利于提高纖維產(chǎn)量, 不施N 肥比不噴施DPC 減產(chǎn)幅度更大, 但過(guò)量施N 比過(guò)量噴施DPC 減產(chǎn)幅度更小; N 肥與DPC 用量組合對(duì)早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量有極顯著的影響, 對(duì)總產(chǎn)的效應(yīng)也達(dá)到顯著水平, 但N 肥與DPC 用量組合與年份間無(wú)顯著互作。N1D1 組合的“四桃”的纖維總產(chǎn)最高, N0D0、N0D1、N0D2、N1D0、N1D2、N2D0、N2D1、N2D2 組合分別比N1D1 減產(chǎn)51.63%、37.82%、37.37%、18.15%、7.88%、15.85%、1.36%和16.91%。其中, 2015 年、2016 年和2017 年, 伏前桃的纖維產(chǎn)量分別以N1D2、N1D1 和N1D2 最高, 伏桃的產(chǎn)量分別以N1D1、N1D1 和N1D2 最高, 早秋桃的產(chǎn)量分別以N1D1、N1D1和N2D0 最高, 晚秋桃的產(chǎn)量均是N2D0 最高。說(shuō)明常量N 肥配合常量DPC 或過(guò)量DPC 有利前中期棉鈴的產(chǎn)量形成, 而過(guò)量N 肥在不施DPC 的條件下, 后期棉鈴的產(chǎn)量較高。

表3 N 肥與DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber yield of cotton “four peaches” (kg hm–2)

由表3 可知, 棉花“四桃”對(duì)纖維產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率有較大差異。3 年平均, 在N0 處理下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量占比分別為12.65%、47.83%、28.92%和10.60%, 在N1 處理下分別為9.19%、47.70%、31.00%和12.10%, 在N2 處理下分別為9.88%、38.91%、35.24%和15.96%。即隨著施N 量的增加, 早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量占比增加; 而在D0 處理下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量占比分別為 9.13%、43.72%、31.54%和15.62%, 在D1 處理下分別為9.96%、44.10%、32.76%和13.18%, D2 處理下分別為11.70%、45.53%、31.79%和10.98%。表現(xiàn)出隨著DPC 用量增加, 棉花早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量占比下降; 至于N 肥和DPC 用量組合, N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纖維產(chǎn)量占比分別為11.11%、52.05%、23.43%和13.41%, N1D1的“四桃”纖維產(chǎn)量占比分別為8.85%、45.40%、33.34%和12.41%, N2D2“四桃”纖維產(chǎn)量占比分別為 11.45%、42.02%、34.97%和11.56%。由此看出, 伏桃和早秋桃是纖維產(chǎn)量的主體, 且早秋桃形成產(chǎn)量的強(qiáng)度明顯大于其他棉鈴。N1D1 組合比其他組合的伏前桃占比少, 但伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量占比大, 達(dá)到91.15%。

2.2 N 肥與DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維品質(zhì)的影響

2.2.1 纖維上半部平均長(zhǎng)度 由表4 可知, “四桃”的纖維上半部平均長(zhǎng)度(簡(jiǎn)稱纖維長(zhǎng)度, 下同)對(duì)N 肥和DPC用量響應(yīng)不同。試驗(yàn)?zāi)攴輰?duì)“四桃”的纖維長(zhǎng)度有極顯著的影響; N 肥用量對(duì)伏前桃的纖維長(zhǎng)度影響顯著, N 肥用量與年份對(duì)早秋桃有顯著互作效應(yīng)。其中, N0 處理比N1 和N2 處理的伏前桃纖維長(zhǎng)度顯著增加, N1 處理比N2 處理的早秋桃纖維長(zhǎng)度顯著增加; DPC 用量對(duì)伏桃的纖維長(zhǎng)度有極顯著影響, 對(duì)晚秋桃纖維長(zhǎng)度有顯著影響, 且DPC用量與年份對(duì)伏桃和晚秋桃的纖維長(zhǎng)度有顯著的互作。其中, 伏桃的纖維長(zhǎng)度表現(xiàn)為D0 顯著長(zhǎng)于D1 和D2, D1 處理伏桃的纖維長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于D2, D0 的晚秋桃纖維長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于D2?？傮w表現(xiàn)出隨著施N 量或DPC 用量的增加,纖維長(zhǎng)度呈縮短的趨勢(shì), 尤其是過(guò)量使用DPC 對(duì)纖維長(zhǎng)度影響較大; N 肥與DPC 用量組合對(duì)“四桃”纖維長(zhǎng)度的影響不顯著, 與年份的互作也不顯著。

表4 N 肥與DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維長(zhǎng)度的影響Table 4 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber length of cotton “four peaches” (mm)

棉花“四桃”之間的纖維長(zhǎng)度也存在差異, 且受到 N肥與DPC 用量處理的影響。3 年平均, 在N0 處理下的晚秋桃的纖維長(zhǎng)度(28.94 mm)和N2 處理下伏前桃的纖維長(zhǎng)度(28.93 mm)較短, 為國(guó)標(biāo)28 mm 級(jí); 在D2 處理下,伏前桃、伏桃和晚秋桃的纖維長(zhǎng)度較短, 均為國(guó)標(biāo)28 mm 級(jí)。N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纖維長(zhǎng)度分別為29.38、30.10、29.53 和29.39 mm, 伏桃的纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)。生產(chǎn)上常規(guī)使用N1D1 組合的“四桃”纖維長(zhǎng)度分別為29.21、29.66、29.55 和29.37 mm。N2D2組合的“四桃”纖維長(zhǎng)度分別為 28.73、28.72、29.14 和28.78 mm。由此看出, 過(guò)量施氮配合過(guò)量噴施DPC 不利棉花“四桃”的纖維伸長(zhǎng)。方差分析表明, 2015 年, N0D0組合的伏桃纖維長(zhǎng)度比伏前桃和早秋桃顯著增加; 2016年, N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃的纖維長(zhǎng)度較晚秋桃顯著增加, N0D1 組合的伏前桃和早秋桃纖維長(zhǎng)度較晚秋桃顯著增加, N1D2 組合的早秋桃纖維長(zhǎng)度較伏前桃、伏桃和晚秋桃顯著增加, N2D0 組合的伏桃纖維長(zhǎng)度較晚秋桃顯著增加, N2D2 組合的早秋桃纖維長(zhǎng)度較晚秋桃顯著增加; 2017 年, N1D0 和N1D1 組合的伏桃纖維長(zhǎng)度較早秋桃顯著增加(表4)。

2.2.2 纖維長(zhǎng)度整齊度 由表5 可知, N 肥和DPC 用量影響纖維長(zhǎng)度整齊度(簡(jiǎn)稱整齊度, 下同)。試驗(yàn)?zāi)攴輰?duì)“四桃”的整齊度有極顯著的影響; N 肥用量對(duì)早秋桃和晚秋桃的整齊度影響顯著, 但N 肥用量對(duì)“四桃”整齊度影響與試驗(yàn)?zāi)攴莼プ鞑伙@著。其中, N1 處理伏桃的整齊度顯著高于N2 處理, N1 處理比N0 處理的早秋桃和晚秋桃整齊度顯著提高; DPC 用量對(duì)伏桃的整齊度影響達(dá)到極顯著水平, 但DPC 用量與試驗(yàn)?zāi)攴輰?duì)“四桃”整齊度無(wú)顯著互作。其中, D2 處理伏桃的整齊度顯著低于D0 和D1 處理; 不同N 肥與DPC 用量組合對(duì)“四桃”的整齊度影響均不顯著。

表5 N 肥與DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維長(zhǎng)度整齊度的影響Table 5 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber length uniformity of cotton “four peaches” (%)

此外, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維長(zhǎng)度整齊度也有一定差異且受到N 肥和DPC 用量的影響。3 年平均, 不同N 肥或DPC 用量下, 整齊度均表現(xiàn)為伏桃和早秋桃較高, 晚秋桃居中, 伏前桃較低; 不同N 肥和DPC用量組合也表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。其中, N0D0 組合伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的整齊度分別為81.08%、83.28%、82.48%和 82.12%, N1D1 組合 “四桃”的整齊度分別為81.43%、83.30%、83.18%和82.78%, N2D2 組合 “四桃”的整齊度分別為79.72%、82.06%、83.00%和81.72%。經(jīng)方差分析, 2015 年, N 肥用量對(duì)伏桃和晚秋桃的整齊度影響分別達(dá)到顯著和極顯著水平; DPC 用量對(duì)伏桃的整齊度影響達(dá)到極顯著水平, 對(duì)早秋桃和晚秋桃整齊度的影響達(dá)到顯著水平; N 肥與DPC 用量對(duì)伏桃和晚秋桃整齊度的互作效應(yīng)顯著。2016 年, N 肥用量、DPC 用量以及兩者的互作對(duì)“四桃“的整齊度影響均不顯著。2017 年, 僅DPC用量對(duì)伏桃、早秋桃和晚秋桃的整齊度影響達(dá)到顯著水平(表5)。

2.2.3 纖維斷裂比強(qiáng)度 由表6 可知, “四桃”的纖維斷裂比強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱比強(qiáng)度, 下同)不受年份的影響, 但N 肥與DPC 用量的對(duì)其有顯著的調(diào)控效應(yīng); N 肥用量對(duì)伏前桃、伏桃和晚秋桃的比強(qiáng)度影響達(dá)到極顯著水平, 對(duì)早秋桃的比強(qiáng)度影響達(dá)到顯著水平, 且對(duì)伏桃和早秋桃比強(qiáng)度的影響與年份有顯著互作。除N2 處理的早秋桃外, N1 的“四桃”比強(qiáng)度均顯著大于N0 和N2 處理; DPC 用量對(duì)“四桃”的比強(qiáng)度影響均達(dá)到極顯著水平, 且與年份的互作對(duì)伏桃和晚秋桃的比強(qiáng)度的效應(yīng)達(dá)到極顯著。其中, D1 和D0 處理的“四桃”比強(qiáng)度均顯著高于D2 處理, D1 處理比D0 處理伏桃和早秋桃的比強(qiáng)度也顯著增加; N 肥與DPC用量的互作對(duì)伏桃比強(qiáng)度的影響顯著, 對(duì)晚秋桃的比強(qiáng)度影響達(dá)到極顯著水平, 且N 肥與DPC 用量與年份的互作對(duì)晚秋桃的比強(qiáng)度影響達(dá)到顯著水平。3 年平均, N1D1 處理的“四桃”比強(qiáng)度均為最高, 而N2D2 處理的“四桃”比強(qiáng)度均為最低。說(shuō)明常量N 肥與常量DPC 噴施有利于形成高強(qiáng)度的纖維, 而過(guò)量N 肥與過(guò)量的DPC 噴施較為不利。

表6 N 肥與DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維比強(qiáng)度的影響Table 6 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber strength of cotton “four peaches” (cN tex-1)

由表6 還可以看出, 棉花“四桃”的纖維比強(qiáng)度有明顯差異。3 年平均, 在不同N 肥用量或不同DPC 處理下, 均以早秋桃和晚秋桃的比強(qiáng)度最高, 伏桃居中, 伏前桃最低。不同N 肥與DPC 用量組合均表現(xiàn)出伏前桃的比強(qiáng)度較低, 而伏桃、早秋桃和晚秋桃的比強(qiáng)度較高。其中,N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃比強(qiáng)度分別為26.38、28.15、28.59 和28.70 cN tex-1, N1D1 組合的“四桃”比強(qiáng)度分別為29.41、30.57、29.30 和30.78 cN tex-1,N2D2 組合的“四桃”比強(qiáng)度分別為25.98、26.65、27.42 和26.68 cN tex-1。經(jīng)方差分析, 2015 年, 晚秋桃的比強(qiáng)度總體表現(xiàn)最優(yōu), 其次是伏桃和早秋桃, 伏前桃最差。其中,N1D1 組合的晚秋桃和伏桃比強(qiáng)度顯著高于伏前桃和早秋桃; 2016 年, 早秋桃的比強(qiáng)度總體表現(xiàn)最優(yōu), 伏桃和晚秋桃居中, 伏前桃較差。其中, N1D1 組合的晚秋桃和伏桃比強(qiáng)度顯著高于伏前桃和早秋桃; 2017 年, 晚秋桃的比強(qiáng)度總體表現(xiàn)優(yōu)于伏前桃、伏桃和早秋桃。其中, N1D1 組合的“四桃”比強(qiáng)度差異均不顯著。

2.2.4 纖維馬克隆值 由表7 可知, N 肥與DPC 用量對(duì)纖維馬克隆值(簡(jiǎn)稱馬克隆值, 下同)有明顯影響。伏前桃的馬克隆值受年份顯著影響, 年份對(duì)伏桃和晚秋桃的馬克隆值也有極顯著的影響; N 肥用量對(duì)“四桃”的馬克隆值均有極顯著影響, 且與年份互作對(duì)伏前桃和伏桃的馬克隆值有極顯著效應(yīng)?？傮w來(lái)看, N1 處理的“四桃”馬克隆值優(yōu)于N0 和N2 處理, 表現(xiàn)為N1 處理比N0 處理的伏前桃馬克隆值顯著降低, 其伏桃和早秋桃的馬克隆值顯著低于N0 和N2 處理, 其晚秋桃的馬克隆值也顯著低于N2 處理; DPC 用量對(duì)“四桃”的馬克隆值均有極顯著影響, 其與年份互作對(duì)伏前桃的馬克隆值有顯著影響。不同DPC 用量下馬克隆值從優(yōu)到劣的順序?yàn)镈0、D1 和D2, 其中, D0和D1 處理的“四桃”馬克隆值均顯著低于D2 處理, D0 的伏前桃、早秋桃和晚秋桃的馬克隆值顯著低于D1 處理; N肥與DPC 用量互作對(duì)伏前桃和早秋桃的馬克隆值有極顯著影響, 并與年份互作對(duì)伏前桃和晚秋桃的馬克隆值有極顯著影響。

表7 N 肥與DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維馬克隆值的影響Table 7 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber micronaire value of cotton “four peaches”

由表7 還可看出, 棉花“四桃”的馬克隆值也有差異。在不同N 肥或 DPC 用量下, 3 年平均, “四桃”的馬克隆值從優(yōu)到劣的順序總體表現(xiàn)為伏前桃、晚秋桃、伏桃和早秋桃。從DPC 處理來(lái)看, D0 處理下伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的馬克隆值分別為4.40、4.73、4.65 和4.51, D1處理下分別為4.57、4.70、4.83 和4.63, D2 處理下分別為4.93、4.99、5.17 和4.87?？傮w來(lái)看, 不使用DPC 的處理,其“四桃”馬克隆值較優(yōu), 而過(guò)量使用DPC 導(dǎo)致馬克隆值明顯變差, 常量DPC 處理的馬克隆值居中; 不同N 肥與DPC 用量組合的馬克隆值表現(xiàn)與N 肥或 DPC 用量一致。其中, N0D0 組合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的馬克隆值分別為4.56、4.86、4.69 和4.40, N1D1 組合的“四桃”的馬克隆值分別為4.32、4.50、4.58 和4.46, N2D2 組合的“四桃”馬克隆值分別為4.95、5.03、5.22 和5.06。方差分析表明, 2015 年, N0D0 組合的伏前桃、早秋桃和晚秋桃的馬克隆值顯著低于伏桃; N0D1 組合的晚秋桃馬克隆值顯著低于伏前桃; N2D0 組合的伏前桃和伏桃的馬克隆值顯著低于晚秋桃; N2D1 組合伏前桃的馬克隆值顯著低于伏桃、早秋桃和晚秋桃; N2D2 組合伏前桃和伏桃的馬克隆值顯著低于早秋桃和晚秋桃; 而N1D1 組合“四桃”的馬克隆值差異不顯著。2016 年, 晚秋桃的馬克隆值總體較伏前桃、伏桃和早秋桃低。其中, N1D1 組合晚秋桃的馬克隆值顯著低于伏桃和早秋桃。2017 年, 伏前桃的馬克隆值總體表現(xiàn)較低。其中, N1D1 組合伏前桃的馬克隆值顯著低于伏桃、早秋桃和晚秋桃。

2.2.5 纖維伸長(zhǎng)率 由表8 可知, N 肥和DPC 用量對(duì)纖維伸長(zhǎng)率(簡(jiǎn)稱伸長(zhǎng)率, 下同)影響較小, 但年份對(duì)“四桃”伸長(zhǎng)率的影響達(dá)到極顯著水平。N 肥用量、DPC 用量、N肥與DPC 用量組合以及它們與年份的互作對(duì)“四桃”的伸長(zhǎng)率影響均達(dá)不到顯著水平。不同N 肥用量或DPC 用量下, “四桃”的伸長(zhǎng)率差異均不顯著。3 年平均, N0、N1 和N2 處理的平均伸長(zhǎng)率(按產(chǎn)量加權(quán), 下同)分別為5.44%、5.42%和5.43%, D0、D1 和D2 處理的伸長(zhǎng)率均為5.43%,伸長(zhǎng)率基本保持穩(wěn)定。N 肥與DPC 組合N0D0、N0D1、N0D2、N1D0、N1D1、N1D2、N2D0、N2D1 和N2D2 的平均伸長(zhǎng)率分別為5.44%、5.42%、5.46%、5.42%、5.43%、5.41%、5.42%、5.43%和5.43%, 組合間差異也較小。說(shuō)明伸長(zhǎng)率易受氣候等因素的影響, 但不易受到 N 肥與DPC 用量的影響。

表8 N 肥與DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維伸長(zhǎng)率的影響Table 8 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber elongation of cotton “four peaches” (%)

從表8 可以看出, “四桃”的伸長(zhǎng)率仍有一定差異。不同N 肥用量或不同DPC 用量下, 伏前桃的伸長(zhǎng)率明顯低于伏桃、早秋桃和晚秋桃。不同N 肥與DPC 用量組合對(duì)“四桃”伸長(zhǎng)率的影響與不同N 肥用量表現(xiàn)一致。不同N肥與DPC 用量組合的伸長(zhǎng)率表現(xiàn)與N 肥或 DPC 用量一致。其中, N0D0 組合伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的伸長(zhǎng)率分別為5.17%、5.50%、5.43%和5.46%, N1D1 組合“四桃”的伸長(zhǎng)率分別為5.31%、5.36%、5.49%和5.60%, N2D2組合“四桃”的伸長(zhǎng)率分別為5.14%、5.36%、5.55%和5.61%。經(jīng)方差分析, 2015 年, 同一N 與DPC 處理組合下, 伏桃、早秋桃和晚秋桃的伸長(zhǎng)率均顯著優(yōu)于伏前桃。2016 年“四桃”的伸長(zhǎng)率與2015 年趨勢(shì)基本一致, 但2017 年, 全部N肥與DPC 用量組合“四桃”的伸長(zhǎng)率均無(wú)顯著差異。

3 討論

3.1 N 肥及DPC 配施對(duì)棉花纖維產(chǎn)量時(shí)間分布的影響

施用N 肥和噴施DPC 是棉花生產(chǎn)上重要的管理措施。眾多研究表明, 適量施用 N 肥[9-10]或適量噴施DPC[15-16]有利于提高棉花產(chǎn)量, 過(guò)量使用N 肥或DPC 則起到相反的效果。本研究也表明, N 肥用量或DPC 用量對(duì)纖維總產(chǎn)有極顯著的影響。與常量施N 相比, 不施N 肥和過(guò)量施N 分別減產(chǎn)36.79%和3.27%; 與常量DPC 相比,不噴DPC 和過(guò)量噴施DPC 分別減產(chǎn)17.53%和8.50%。本研究還顯示, N 肥用量與DPC 用量對(duì)纖維總產(chǎn)量的效應(yīng)不同, 表現(xiàn)為不施N 肥比不噴施DPC 減產(chǎn)幅度更大, 但過(guò)量施N 比過(guò)量噴施DPC 減產(chǎn)幅度更小。因此, 在生產(chǎn)上,應(yīng)更加注重低肥力地塊的補(bǔ)施N 肥, 同時(shí), 也要防止棉田過(guò)量噴施DPC 造成減產(chǎn)。不同N 肥與DPC 用量組合對(duì)纖維總產(chǎn)的影響也達(dá)到顯著水平, 其中, N1D1 組合纖維總產(chǎn)最高, 其余組合減產(chǎn)幅度為1.15%～51.53% (表3), 這與前人關(guān)于N 肥與DPC 配施對(duì)棉花產(chǎn)量影響[21-23]的研究結(jié)果基本一致。

棉鈴是重要的產(chǎn)量器官, 根據(jù)成鈴的時(shí)間可將其分為“四桃”。目前關(guān)于棉花“四桃”產(chǎn)量的占比及其對(duì)N 肥及DPC 用量的響應(yīng)鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究表明, N 肥用量對(duì)“四桃”的纖維產(chǎn)量均有極顯著的影響(表3)。3 年平均, N0 條件下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量占比分別為12.49%、48.30%、28.42%和10.79%; 常量施N 時(shí), “四桃”的纖維產(chǎn)量分別為12.49%、48.30%、28.42%和10.79%;N2 處理時(shí), “四桃”的纖維產(chǎn)量分別為9.87%、39.18%、35.11%和15.84%。表現(xiàn)出隨著施N 量的增加, 中后期成鈴的纖維產(chǎn)量占比增加。主要是因?yàn)殡S著施N 量增加, 中后期葉片生理活性較高[9]以及更多的N 素向葉片分配積累[26], 棉花衰老較晚, 中后期成鈴量大。經(jīng)方差分析, N1處理伏桃的纖維產(chǎn)量顯著高于N2 處理, N2 處理早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量顯著高于N1 處理。此外, DPC 用量對(duì)“四桃”的纖維產(chǎn)量也有極顯著的影響(表3)。D0 條件下,伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量占比分別為9.34%、45.33%、30.17%和15.15%; 噴施常量DPC 時(shí), “四桃”的纖維產(chǎn)量分別為10.29%、44.54%、32.38%和12.79%;D2 處理時(shí), “四桃”的纖維產(chǎn)量占比分別為 11.89%、45.45%、31.89 和10.77%。即隨著DPC 用量增加, 棉花中后期成鈴的纖維產(chǎn)量占比下降, 這說(shuō)明噴施DPC 能促進(jìn)棉花集中成鈴并實(shí)現(xiàn)早熟[26]。經(jīng)方差分析, D1 和D2 處理比D0 處理的早秋桃、伏桃和早秋桃纖維產(chǎn)量顯著增加。本研究還表明, N 肥與DPC 用量組合對(duì)早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量有極顯著的影響(表3)。全部N 肥與DPC 用量組合3 年平均, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量占比分別為10.51%、45.11%、31.48%和12.90%。其中,N1D1 組合的“四桃”纖維產(chǎn)量占比分別為8.89%、45.35%、33.41%和12.36% (表3)?？傮w表現(xiàn)為常量N 肥配合常量DPC 或過(guò)量DPC 時(shí), 伏前桃和伏桃的產(chǎn)量較高, 而過(guò)量N 肥在不施DPC 的條件下, 早秋桃和晚秋桃的纖維產(chǎn)量較高。此外, 伏桃和早秋桃是形成產(chǎn)量的主體[25,27], 但早秋桃的產(chǎn)量形成強(qiáng)度最大。這可能是隨著氣候的變化, 伏天的高溫、多雨和病蟲(chóng)害等災(zāi)害較多, 導(dǎo)致伏桃比例下降。而早秋時(shí)節(jié), 早秋桃成產(chǎn)的光溫條件有所改善。

3.2 N 肥及DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維品質(zhì)的影響

前人研究表明, 施N 量或DPC 用量對(duì)棉花纖維品質(zhì)有顯著影響, 總體表現(xiàn)為適量施N 時(shí), 棉花主要纖維品質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)較佳, 過(guò)量施N 時(shí)纖維品質(zhì)呈下降趨勢(shì)[12]。適量噴施DPC 能提高棉花纖維品質(zhì), 高劑量噴施則降低纖維品質(zhì)[17,18,28]。但也有報(bào)道, 施用DPC 對(duì)棉花纖維品質(zhì)的主要指標(biāo)無(wú)顯著影響[19,24]。前人研究棉花纖維品質(zhì)基本上均是棉株混合采樣, 本研究則是將“四桃”分別采樣。不同N 肥用量的研究結(jié)果表明, N1 處理的纖維長(zhǎng)度、整齊度、比強(qiáng)度和馬克隆值表現(xiàn)最優(yōu), 這與前人的研究結(jié)果基本一致。但N 肥用量對(duì)“四桃”不同纖維品質(zhì)指標(biāo)的影響有較大差異。其中, N0 處理比N1 和N2 處理伏前桃的纖維長(zhǎng)度顯著增加, N1 處理比N2 處理早秋桃的纖維長(zhǎng)度顯著增加(表4); N1 處理的伏桃整齊度顯著高于N2 處理, N1 處理比N0 處理早秋桃和晚秋桃的整齊度顯著提高(表5); 除N2 處理的早秋桃外, N1 處理“四桃”的比強(qiáng)度均顯著大于N0 和N2 處理(表6); N1 處理比N0 處理伏前桃的馬克隆值顯著降低, 其伏桃和早秋桃的馬克隆值顯著低于N0 和N2 處理, 其晚秋桃的馬克隆值也顯著低于N2 處理(表7);N 肥用量對(duì)“四桃”的伸長(zhǎng)率影響均達(dá)不到顯著水平(表8)。不同DPC 用量的研究顯示, 總體表現(xiàn)為常量噴施DPC 處理“四桃”的綜合品質(zhì)表現(xiàn)最優(yōu)(除馬克隆值外), 過(guò)量使用DPC 下, 纖維長(zhǎng)度、整齊度、比強(qiáng)度和馬克隆值表現(xiàn)較差,這與前人的研究結(jié)果基本一致。但DPC 用量對(duì)“四桃”不同纖維品質(zhì)指標(biāo)的影響有較大差異。其中, D0 處理伏桃的纖維長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于D1 和D2 處理, D1 伏桃的纖維長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于D2, D0 晚秋桃的纖維長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于D2 (表4); D2處理伏桃的整齊度顯著低于D0 和D1 處理(表5); D1 和D0 處理“四桃”的比強(qiáng)度均顯著高于D2 處理, D1 處理比D0 處理伏桃和早秋桃的比強(qiáng)度也顯著增加(表6); 不同DPC 用量下馬克隆值從優(yōu)到劣的順序?yàn)镈0、D1 和D2(表7); DPC 用量對(duì)“四桃”的伸長(zhǎng)率影響均達(dá)不到顯著水平(表8)。

棉花生產(chǎn)上, N 肥與DPC 配施對(duì)纖維品質(zhì)有互作效應(yīng)。但目前N 肥和DPC 配施對(duì)棉花“四桃”纖維品質(zhì)的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究表明, N 肥與DPC 用量互作對(duì)“四桃”的纖維長(zhǎng)度、整齊度和伸長(zhǎng)率的影響均不顯著, 但對(duì)伏桃比強(qiáng)度的影響達(dá)到顯著水平, 對(duì)晚秋桃的比強(qiáng)度以及伏前桃和早秋桃的馬克隆值有極顯著影響, 對(duì)“四桃”伸長(zhǎng)率的影響均達(dá)不到顯著水平(表4～表8)。但不同年份間“四桃”伸長(zhǎng)率差異極顯著, 說(shuō)明伸長(zhǎng)率易受氣候等因素的影響, 但不易受到N 肥與DPC 用量的影響, 同一年份相對(duì)穩(wěn)定。3 年平均, N1D1 處理“四桃”的比強(qiáng)度最高, 且馬克隆值最優(yōu), 而N2D2 處理“四桃”的比強(qiáng)度均為最低, 馬克隆值表現(xiàn)最差。

目前, 我國(guó)廣大棉區(qū)均存在纖維馬克隆值升高的趨勢(shì)[3,29]。一般認(rèn)為, 氣候變暖和品種差異是主要原因[29]。本研究還表明, N 肥用量或DPC 用量對(duì)“四桃”的馬克隆值均有極顯著影響, N 肥用量與年份互作對(duì)伏前桃和伏桃的馬克隆值有極顯著影響, DPC 用量與年份互作對(duì)伏前桃的馬克隆值有顯著影響。表現(xiàn)為常量施N 或不噴DPC 處理“四桃”的馬克隆值最優(yōu), 過(guò)量施N 或過(guò)量噴施DPC 的馬克隆值最差。N 肥與DPC 用量互作對(duì)伏前桃和早秋桃的馬克隆值也有極顯著效應(yīng), 且其與年份互作對(duì)伏前桃和晚秋桃馬克隆值的影響也達(dá)到極顯著水平。常量施N 配合常量噴施DPC 的馬克隆值最優(yōu), 過(guò)量施N 配合過(guò)量使用DPC 的處理馬克隆值最差(表7)。由此看出, 近些年來(lái),由于棉花增加密度、簡(jiǎn)化栽培以及提高產(chǎn)量等需要, 棉田管理時(shí)過(guò)量施N 和過(guò)量噴施DPC[26], 也是造成纖維馬克隆值升高的原因之一。

3.3 棉花“四桃”纖維品質(zhì)的差異

前人研究棉花纖維品質(zhì)時(shí), 通常是“四桃”混合采收。棉花“四桃”由于時(shí)空分布的差異, 纖維發(fā)育過(guò)程中的生態(tài)條件不同[6], 進(jìn)而可能導(dǎo)致纖維品質(zhì)差異, 但尚無(wú)相關(guān)研究報(bào)道。本研究表明, 棉花“四桃”的纖維長(zhǎng)度、整齊度、比強(qiáng)度、馬克隆值和伸長(zhǎng)率均存在差異, 且受到N 肥與DPC 用量的影響。全部N 肥與DPC 用量組合3 年平均, 總體表現(xiàn)為伏桃和早秋桃的纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)、整齊度較優(yōu)、比強(qiáng)度較大, 但其馬克隆值比晚秋桃和伏前桃較差; “四桃”的伸長(zhǎng)率數(shù)值差異較小, 表現(xiàn)為早秋桃和晚秋桃略高于伏前桃和伏桃。其中, 生產(chǎn)上常量施N 配合常量噴施DPC處理(N1D1)的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纖維長(zhǎng)度分別為29.21、29.66、29.55 和29.37 mm (表4), 整齊度分別為81.43%、83.30%、83.18%和82.78% (表5), 比強(qiáng)度分別為29.41、30.57、29.30 和30.78 cN tex-1(表6), 馬克隆值分別為4.32、4.50、4.58 和4.46 (表7), 伸長(zhǎng)率分別為5.31%、5.36%、5.49%和5.60% (表8)。綜合評(píng)價(jià), 伏前桃的纖維品質(zhì)除馬克隆值表現(xiàn)最優(yōu)外, 其余品質(zhì)指標(biāo)最差; 伏桃和早秋桃的纖維長(zhǎng)度、整齊度和比強(qiáng)度最優(yōu),但馬克隆值表現(xiàn)較差, 伸長(zhǎng)率居中; 晚秋桃則是伸長(zhǎng)率最優(yōu), 其余品質(zhì)指標(biāo)均居中。一般認(rèn)為, 晚秋桃由于成熟時(shí)間晚, 并非優(yōu)質(zhì)鈴[25], 纖維品質(zhì)較差。但本研究表明, 晚秋桃的綜合品質(zhì)與伏前桃和早秋桃較為接近。原因是晚秋桃在成鈴的空間上有優(yōu)勢(shì), 通風(fēng)透光好。雖然在成鈴時(shí)間上處于劣勢(shì), 但近幾十年來(lái), 全球氣候變暖趨勢(shì)明顯, 加速了棉花生育進(jìn)程, 緩解了晚秋桃成熟時(shí)間較晚、成熟時(shí)溫度較低這一劣勢(shì)[27,30]。因此, 在棉花產(chǎn)品的采摘和收購(gòu)環(huán)節(jié), 應(yīng)根據(jù)“四桃”纖維品質(zhì)的特色, 堅(jiān)持“分收分曬,優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià), 優(yōu)棉優(yōu)用”。

附表1 123份玉米自交系和8份測(cè)驗(yàn)種的基因型Table S1 The genotype of 123 maize inbred lines and eight testers

附圖1 26 個(gè)候選基因在不同組織的表達(dá)量Fig.S1 Relative expression level of 26 candidate genes in different tissues