氮素水平對(duì)雜交棉生物量、氮素吸收及產(chǎn)量的影響

氮素水平對(duì)雜交棉生物量、氮素吸收及產(chǎn)量的影響

作物肥料的用量約為60%，對(duì)棉花產(chǎn)量的影響最大，但低氮利用率（30%40%）限制了棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。氮肥的合理運(yùn)籌可在提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí)提高氮素利用率,減少因過量施氮而造成環(huán)境污染。較高的生物量是作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的前提,生物量的積累又以養(yǎng)分吸收為基礎(chǔ)。作物生物量的積累對(duì)養(yǎng)分吸收的動(dòng)態(tài)變化較為敏感。Rochester等研究表明,氮素的增加雖然有利于棉株生物量的積累和養(yǎng)分的吸收,但過量施氮會(huì)導(dǎo)致棉花因營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)過旺而貪青晚熟、品質(zhì)下降。薛曉萍等研究發(fā)現(xiàn),施氮有利于棉花生長(zhǎng)前期生物量的快速積累,可以調(diào)節(jié)快速生長(zhǎng)期的早晚和持續(xù)的時(shí)間,亦可改變干物質(zhì)積累速率。也有研究表明,適宜的施氮水平可以獲得大的養(yǎng)分吸收速率以及早的最大速率出現(xiàn)日,合理的氮肥施用可以調(diào)節(jié)棉花干物質(zhì)積累過程,優(yōu)化棉花各部位干物質(zhì)的積累和分配。前人對(duì)棉田氮肥運(yùn)籌也進(jìn)行了一定的研究,并逐步探索出適合滴灌棉田的氮肥模型。近年來,雜交棉因產(chǎn)量高、抗逆性強(qiáng)、品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)得到大范圍推廣,目前我國(guó)雜交棉的播種面積約占棉花推廣面積的20%。結(jié)鈴性強(qiáng)、單株有效鈴多、鈴重大等特點(diǎn)使雜交棉增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)明顯,同期育成的品種增產(chǎn)幅度均超過15%。雜交棉的相關(guān)研究近年主要集中在光合產(chǎn)物利用規(guī)律、高產(chǎn)生理機(jī)制以及養(yǎng)分吸收分配特點(diǎn)等方面,而對(duì)滴灌條件下施肥管理方面的研究較少,并且在雜交棉種植過程中因過量施肥而導(dǎo)致氮素利用率過低,生產(chǎn)成本增加,造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的現(xiàn)象同樣存在。因此,研究不同氮素水平對(duì)雜交棉生物量的積累、氮素吸收及產(chǎn)量的影響,有助于了解和調(diào)控其生長(zhǎng)發(fā)育,并根據(jù)生長(zhǎng)需求施用氮肥,在實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的同時(shí)提高氮肥利用率,為雜交棉生產(chǎn)科學(xué)施用氮肥提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1施n處理水平試驗(yàn)于2008年和2009年在新疆石河子市總場(chǎng)農(nóng)田進(jìn)行。試驗(yàn)地多年連作棉花,土壤質(zhì)地為中壤土,含有機(jī)質(zhì)15.6g·kg-1,堿解氮65.2mg·kg-1,速效磷19.7mg·kg-1,速效鉀263.5mg·kg-1。采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)5個(gè)施N處理(水平),分別為N0(0kg·hm-2)、N1(135kg·hm-2)、N2(270kg·hm-2)、N3(405kg·hm-2)、N4(540kg·hm-2),3次重復(fù)。小區(qū)面積30m2,試驗(yàn)地凈面積450m2。供試棉花品種為雜交棉標(biāo)雜A1。4月20日播種,覆膜種植,1膜4行,鋪設(shè)2條滴灌管,膜上行距(25+40+25)cm,膜間距50cm,株距13cm,種植密度為20.5萬(wàn)株·hm-2,收獲株數(shù)為17.2萬(wàn)株·hm-2。6月15日開始滴水灌溉,生育期滴水10次,總量為480mm,施P2O5總量為135kg·hm-2(其中60%作為基肥在播前施入),全部N肥和40%的P2O5作為追肥于6月15日開始隨水滴施,生育期共隨水滴肥8次。其它管理措施同一般大田。1.2全氮含量測(cè)定播前取0~30cm土層混合土樣用于測(cè)定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì),采用重鉻酸鉀法測(cè)定有機(jī)質(zhì),堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮,鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷,火焰光度法測(cè)定土壤速效鉀。分別在2008年和2009年的6月20日(蕾期)、7月4日(初花期)、7月19日(盛花期)、8月9日(盛鈴期)和9月22日(吐絮期)取植株樣,每小區(qū)隨機(jī)取3株(蕾期取5株)分器官放入105℃烘箱殺青30min,再以80℃烘干,稱干重,粉碎后以H2SO4-H2O2消解,用BUCHI-350全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定棉株全氮含量。田間調(diào)查結(jié)鈴情況,各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn),吐絮期取上、中、下各30朵棉花測(cè)定鈴重和衣分。1.3統(tǒng)計(jì)分析方法所獲數(shù)據(jù)用EXCEL處理后進(jìn)行圖表制作,方差分析和方程擬合用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,處理間平均數(shù)用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。2結(jié)果與分析2.1不同施氮處理對(duì)棉株地上部分生物量的影響施氮處理雜交棉植株地上部分和各器官生物量在進(jìn)入初花期(7月4日)后與N0處理差異開始顯著(P<0.01),中氮處理(N2)和高氮處理(N3、N4)棉株生物量隨生育進(jìn)程積累較多,與N0、N1處理差異均顯著(P<0.01),但N2與N3、N4處理間差異較小(表1)。生育期內(nèi),各施氮處理棉株地上部分總生物量較N0處理分別高22.77%(N1)、41.15%(N2)、49.93%(N3)和48.74%(N4),其中,莖和葉的總生物量較N0處理增加了8.20%~28.69%,蕾花鈴增加了29.78%~60.16%。以上結(jié)果說明,雜交棉生物量隨氮素水平的增加雖有不同程度的增加,但當(dāng)施氮量超過270kg·hm-2時(shí),增加的幅度開始降低,當(dāng)施氮量超過405kg·hm-2時(shí),生物量反而有所減少,并且氮素水平對(duì)雜交棉蕾、花、鈴生物量積累的影響更大。2.2對(duì)棉株總吸氮量的影響施氮處理與不施氮處理(N0)棉株在進(jìn)入初花期后(7月4日)吸氮量差異開始顯著(P<0.01),N2與N3、N4處理間差異較顯著(P<0.05),而N3與N4處理間差異不顯著(表2)。生育期內(nèi),各施氮處理棉株地上部分總吸氮量較N0處理分別高34.62%(N1)、60.92%(N2)、75.43%(N3)和71.87%(N4)。由此可知,當(dāng)施氮量從270kg·hm-2增加到405kg·hm-2時(shí),棉株吸氮量雖有增加但幅度開始降低,當(dāng)施氮量超過405kg·hm-2時(shí),棉株吸氮量有所減少。N2、N3、N4處理棉株莖、葉、蕾花鈴吸氮量差異隨生育進(jìn)程逐漸減小,說明在270kg·hm-2的氮素水平上繼續(xù)增加氮素供應(yīng)對(duì)各器官氮素含量的影響會(huì)減小。整個(gè)生育期,各施氮處理棉株莖葉的總吸氮量較N0處理增加了14.29%~35.88%,蕾花鈴的總吸氮量增加了43.26%~92.31%。由此分析,氮素水平對(duì)雜交棉蕾花鈴氮素吸收的影響大于莖、葉。2.3氮素吸收速率對(duì)雜交棉生殖器官積累的影響由圖1可知,雜交棉植株地上部分和各器官的生物量積累與氮素吸收速率的變化趨勢(shì)相同。氮素的增加在一定程度上提高了雜交棉莖葉的生物量積累和氮素吸收速率,但影響較小,而對(duì)蕾花鈴生物量積累和氮素吸收速率提高的影響較大,尤其是在播種后75d至155d期間,說明氮素的增加對(duì)雜交棉生殖器官維持較高的生物量積累和氮素吸收速率的貢獻(xiàn)更大。同一時(shí)期棉株生物量積累和氮素吸收速率隨氮素水平的增加而提高,大小為N3、N4>N2>N1>N0,N3和N4處理間差異較小,說明當(dāng)施氮量超過405kg·hm-2時(shí),棉株生物量積累和氮素吸收速率逐漸趨于平穩(wěn)。2.4各施氮處理間產(chǎn)量、施氮量及施氮素用量變化施氮顯著提高了雜交棉單株鈴數(shù)、鈴重和產(chǎn)量,但對(duì)衣分的影響不顯著(表3)。4個(gè)氮素水平下,雜交棉單株鈴數(shù)、鈴重和產(chǎn)量大小順序?yàn)?N3>N2>N4>N1。各施氮處理雜交棉單株鈴數(shù)較N0處理增加了1.1~2.6個(gè)(P<0.01),鈴重增加了0.19~0.45g(P<0.05)。其中,高氮處理(N3、N4)與中氮處理(N2)單株鈴數(shù)和鈴重差異較小,說明當(dāng)施氮量超過270kg·hm-2時(shí),雜交棉單株結(jié)鈴數(shù)和鈴重逐漸趨于穩(wěn)定。各施氮處理間子棉和皮棉產(chǎn)量與N0處理差異均顯著(P<0.01),產(chǎn)量最高的為N3處理,子棉產(chǎn)量較N4、N2、N1、N0處理分別高13.09%、6.30%、36.20%、82.24%,皮棉產(chǎn)量分別高12.18%、4.52%、34.96%、80.91%。研究數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)施氮量超過270kg·hm-2時(shí),產(chǎn)量沒有隨氮素的增加而顯著增加,當(dāng)施氮量超過405kg·hm-2時(shí),產(chǎn)量反而有所降低。說明在新疆的栽培條件下,270kg·hm-2的施氮量基本滿足雜交棉獲得高產(chǎn)的全生育期的氮肥需求。雜交棉氮肥表觀利用率隨氮素水平的增加而降低,但下降幅度不同(表3)。氮素水平從N1增加到N2時(shí),氮肥表觀利用率降低了6.22%,增加到N3時(shí),又降低了7.96%,繼續(xù)增加時(shí)降低幅度為5.36%。說明氮肥表觀利用率在N2和N3之間有一個(gè)拐點(diǎn),初步推斷施氮量在270~405kg·hm-2之間雜交棉能獲得最高產(chǎn)量。對(duì)氮素用量(N)與雜交棉子棉產(chǎn)量(Y)進(jìn)行擬合,得到回歸方程為:Y=3770.5+16.314N-0.021N2(F=31.0236**,n=15,R2=0.9688);對(duì)氮素用量(N)與皮棉產(chǎn)量(Y)進(jìn)行擬合,得到回歸方程為:Y=1562.0286+6.8018N-0.0088N2(F=33.1082**,n=15,R2=0.9707)。由此推算,本試驗(yàn)條件下雜交棉獲得最高產(chǎn)量的理論施氮量為386.5~388.4kg·hm-2。3施氮量對(duì)棉產(chǎn)量、肥產(chǎn)量和分配的影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的一生是干物質(zhì)持續(xù)增長(zhǎng)的一生,也是養(yǎng)分吸收持續(xù)增長(zhǎng)的一生。已有研究表明,施氮量對(duì)棉花氮素吸收具有顯著的影響,同一生育時(shí)期,棉株氮素含量和積累量均隨施氮量的增加而提高。婁長(zhǎng)安等研究結(jié)果得出雜交棉各器官干物質(zhì)重隨施氮量的增加而呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)。本研究結(jié)果則表明,施氮顯著提高了雜交棉的生物量和吸氮量,在一定范圍內(nèi),棉株生物量和吸氮量隨氮素水平的增加而有不同程度的增加,其積累和吸收速率也有不同程度的提高,并且氮素水平對(duì)雜交棉生殖器官生物量積累和氮素吸收的影響大于營(yíng)養(yǎng)器官。本研究同時(shí)也發(fā)現(xiàn),當(dāng)施氮量超過270kg·hm-2時(shí),生物量和吸氮量并未顯著增加,當(dāng)施氮量超過405kg·hm-2時(shí)反而有所減少,其生物量積累和氮素吸收速率也不再增加。這與前人的研究結(jié)果有所不同,可能是因?yàn)槊拗耆后w對(duì)養(yǎng)分的空間競(jìng)爭(zhēng)使其對(duì)氮素的吸收存在一個(gè)閾值,生物量的積累又以養(yǎng)分吸收為基礎(chǔ),因而生物量也不會(huì)隨氮素的增加而持續(xù)增加。Hearn研究發(fā)現(xiàn)棉株鈴數(shù)的減少與氮吸收量減少直接相關(guān)。Well等也指出棉花鈴數(shù)對(duì)產(chǎn)量起決定性作用。Blaise等則在棉田養(yǎng)分平衡試驗(yàn)中得出氮素能顯著增加鈴數(shù)。Bange等研究報(bào)道,棉株蕾鈴數(shù)的變化與各施氮處理的干物重的變化密切相關(guān),且產(chǎn)量與蕾鈴數(shù)存在密切關(guān)系。本研究結(jié)果得出,施氮極顯著地增加了雜交棉單株鈴數(shù)和產(chǎn)量,這與上述研究結(jié)果一致。侯秀玲等對(duì)新疆超高密度棉田氮肥運(yùn)籌對(duì)產(chǎn)量和氮肥利用的影響研究結(jié)果表明,施氮極顯著地增加了棉花的產(chǎn)量與單株鈴數(shù),但對(duì)鈴重和衣分的影響不顯著。本研究結(jié)果則得出,施氮極顯著地增加了雜交棉單株鈴數(shù)和產(chǎn)量,對(duì)鈴重的增加影響較顯著,對(duì)衣分影響不顯著,與上述結(jié)果有所不同。這是因?yàn)槌Ｒ?guī)棉在超高密度栽培條件下,由于棉株對(duì)養(yǎng)分的空間競(jìng)爭(zhēng),使其無法進(jìn)一步滿足鈴重的提高。而本試驗(yàn)是在17.2萬(wàn)株·hm-2的雜交棉正常種植密度下,棉花群體養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)較小,施氮是通過單株鈴數(shù)和鈴重的共同增加來提高棉花產(chǎn)量的。氮素的增加雖然使雜交棉生殖器官積累了大量的光合產(chǎn)物和養(yǎng)分,增加了單株鈴數(shù)和鈴重,為高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ),但是當(dāng)?shù)厮匠^一定限度,養(yǎng)分會(huì)向棉株?duì)I養(yǎng)體集中,向生殖器官的轉(zhuǎn)移量相對(duì)降低,不利于棉花高產(chǎn)。羅新寧等研究發(fā)現(xiàn),施肥過多易造成營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)旺盛,雖然生物量和氮素積累量大,但不能及時(shí)向生殖器官轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致皮棉產(chǎn)量降低。本研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)施氮量超過405kg·hm-2時(shí),雜交棉生物量和吸氮量有所減少,并且以生殖器官生物量和吸氮量的減少為主。這說明過量施氮在一定程度上降低了雜交棉成鈴,進(jìn)而導(dǎo)