旱堿地增施葉面肥對減氮棉田冠層光分布及產(chǎn)量的影響

平文超，蔣建勛，劉貞貞，曹平平，王長安，王安錄，趙光輝，張忠波*

（1.河北省滄州市農(nóng)林科學院/河北省農(nóng)作物耐鹽堿評價與遺傳改良重點實驗室，河北滄州061001；2.河北省孟村回族自治縣農(nóng)業(yè)技術推廣站，河北滄州064000；3.滄州職業(yè)技術學院，河北滄州061001）

合理的棉田群體結(jié)構(gòu)，是指能夠有效利用太陽輻射，盡量提高單位面積的光合產(chǎn)物并合理運輸分配，從而獲得在一定條件下最高經(jīng)濟產(chǎn)量的棉花群體；塑造合理的群體結(jié)構(gòu)，涉及諸多因素[1]。 黃春燕等[2-3]研究發(fā)現(xiàn)，可以利用吸收性光合有效輻射（Absorbed photosynthetically active radiation, APAR）與光合有效輻射截獲量（Fractional interception of absorbed photosynthetically active radiation, FAPAR）較好地估算葉面積指數(shù)、覆蓋度、地上部生物量鮮物質(zhì)質(zhì)量和地上凈初級生產(chǎn)力，冠層光合有效輻射截獲量能夠反映棉花不同生育期的生長狀況，決定棉花產(chǎn)量的形成；在黃河流域中等密度（4.5 萬株·hm－2）條件下，通過調(diào)控棉花整枝方式和冠層高度塑造不同的冠層結(jié)構(gòu)，研究表明高矮相間群體的單鈴重、籽棉和皮棉產(chǎn)量均顯著高于高冠層和矮冠層群體[4]；吳楊煥等[5]和曲海峰等[6]研究了不同密度對棉花冠層結(jié)構(gòu)的影響，不同類型的棉花品種均有其適宜的種植密度，株型緊湊、耐密性強的棉花品種冠層上部遮光面積小， 提高了冠層上部透光率，使照射光可以更合理地分配到冠層中下部葉層，有利于形成更高的產(chǎn)量；楊成勛等[7]研究了棉花噴施化學打頂劑對冠層結(jié)構(gòu)特性的影響，發(fā)現(xiàn)與人工打頂相比，化學打頂抑制了棉株的橫向伸長，具備調(diào)節(jié)棉花冠層結(jié)構(gòu)形成的重要作用，化學打頂處理的棉花葉面積指數(shù)與葉片葉綠素含量較高，中、下部冠層光吸收率高。 目前，有關冠層光分布的研究主要集中在西北內(nèi)陸滴灌條件下的高水肥、高密度棉花群體，有關濱海鹽漬土壤中氮肥用量對棉花群體光照影響的研究較少。隨著機采棉種植技術的推廣應用，旱堿地機采棉田現(xiàn)有氮肥用量是否適宜也值得進一步探究。因此，在磷鉀肥施用量一致的基礎上，研究河北濱海旱堿地條件下減施氮肥增施葉面肥對棉花冠層光分布及產(chǎn)量的影響，為河北植棉區(qū)栽培技術體系的創(chuàng)新與完善提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2019 年在河北省滄州市東光縣西小崔村旱堿地進行， 試驗田耕層土壤含鹽量0.37%～0.45%。該地位于河北省東南部，地處黑龍港流域下游，屬暖溫帶半濕潤大陸季風性氣候，四季分明，雨熱同期，年均日照時間2 736.6 h，無霜期200～220 d，年平均出現(xiàn)降水66.3 d，主要集中在7－8 月，平均年降水量522.6 mm[8]，土壤類型為鹽化潮土。 試驗田為連續(xù)植棉多年的一熟棉田，有機質(zhì)含量11.2 g·kg－1，速效氮79.5 mg·kg－1，速效磷15.1 mg·kg－1，速效鉀113.3 mg·kg－1。 供試棉花品種為滄州市農(nóng)林科學院自育品種滄棉666。

1.2 方法

1.2.1試驗設計。試驗以不施氮肥為對照（CK），設置6 個施氮水平， 分別為60 （N1）、90（N2）、120（N3）、150（N4）、180（N5）、225 kg·hm－2（N6）純氮，其中N5 為當?shù)孛揶r(nóng)常規(guī)施氮量。 磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）施用量均為112.5 kg·hm－2。采用隨機區(qū)組排列，重復3 次，共21 個小區(qū)。 田間種植采用機采棉一膜雙溝起壟種植模式（已獲發(fā)明專利，專利號：ZL201510400595.4），行寬（10＋66）cm，一膜4 行，小區(qū)長15 m， 面積22.8 m2， 設計密度7.5 萬株·hm－2。 氮磷鉀肥料一次性基施，N1、N2、N3 和N4處理均 于6 月15 日、6 月25 日、7 月8 日和7 月22 日，結(jié)合棉蚜、綠盲蝽防治和化控噴施復合型葉面肥（含多種微量元素及氨基酸、腐殖酸等有機營養(yǎng)成分），施用濃度300 倍液，共計施用4 次。 其他栽培措施按照大田管理要求進行。

1.2.2測定項目葉面積指數(shù)。在最后一次葉面噴肥后3 d（花鈴期），選擇晴天中午11∶00～13∶00，使用AccuPARLP－80 植物冠層分析儀測定距植株上方0.3 m 處自然光，再分別測定寬行和窄行底部光照，平均后計算出葉面積指數(shù)（Leaf area index,LAI）。

冠層光分布。 葉面積指數(shù)測定后，同時測定冠層中間和底部的光分布，使用AccuPAR LP－80 植物冠層分析儀測定距植株上方0.3 m 處自然光總量IO（探桿面水平向上）、冠層反射光強度IN（探桿面水平向下）、入射到冠層底部的光照強度IL，植株高度1/2 處的光照強度IM[9]。 冠層光截獲率的計算方法[10]：冠層光總截獲率＝（1－IN/Io－IL/Io）×100%，上層光截獲率＝（1－IN/Io－IM/Io）×100%，下層光截獲率＝（IM/Io－IL/Io）×100%。

籽棉產(chǎn)量。 收獲期各小區(qū)全部收獲計產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理，SPSS 20.0 軟件進行方差分析， 不同處理之間所得的均值采用Duncan 新復極差法（SSR）進行多重比較，采用Origin8.0 進行繪圖。

2 結(jié)果分析

2.1 不同處理對棉花花鈴期葉面積指數(shù)的影響

機采模式相同種植密度下，棉花花鈴期葉面積指數(shù)有隨施氮量減少而降低的趨勢（圖1）。 與N6相比，施氮量N5～CK 處理花鈴期群體葉面積指數(shù)降低了3.5%～14.2%， 但N1～N5 處理與CK、N6處理差異均未達到顯著水平，N6 處理群體葉面積指數(shù)顯著高于CK。 相較于當?shù)爻Ｒ?guī)施氮量N5，N4～N1 處理葉面積指數(shù)降低了0.7%～5.5%，處理之間差異未達到顯著水平，說明減施氮肥后增施葉面肥有減緩葉面積指數(shù)降低的作用。

圖1 不同處理棉花花鈴期葉面積指數(shù)（LAI）

2.2 不同處理對棉花花鈴期冠層光分布的影響

由圖2 可知，隨著施氮量的減少，棉花花鈴期冠層光總截獲率逐漸降低、光透射率逐漸上升。 與常規(guī)施氮量處理N5 相比，施氮量N4～CK 處理花鈴期冠層光總截獲率降低了0.2～1.7 百分點，但各處理之間差異未達到顯著水平（圖2A）；圖2B 顯示，從光透射率來看，施氮量N5～CK 處理花鈴期冠層光透射率逐漸升高，分別為N6 處理的1.03～1.55 倍，N5、N6 處理較對照顯著降低了冠層光透射率； 減施氮肥增施葉面肥后，N4～N1 處理冠層透射率逐漸升高， 較N5 升高了0.2～0.8 百分點；對群體冠層分層測定發(fā)現(xiàn)，各處理上層葉片光截獲率均大于82.7%，下層葉片光截獲率均小于9.8%，但差異均不顯著。

2.3 不同處理下葉面積指數(shù)與分層截獲率的相關關系

圖2 不同處理棉花花鈴期群體光分布情況

由表1 可看出，CK 處理群體葉面積指數(shù)與冠層光總截獲率相關性不顯著，N1～N6 氮肥處理群體葉面積指數(shù)與冠層光總截獲率呈極顯著正相關關系，即葉面積指數(shù)越大，冠層葉片光截獲率越高；N1～N4 處理的葉面積指數(shù)與上層葉片的光截獲率相關性達到顯著或極顯著水平；各處理群體葉面積指數(shù)與冠層下層葉片的光截獲率則呈現(xiàn)負相關關系，但只有N4 和N6 處理達到顯著水平。

表1 不同處理的葉面積指數(shù)與冠層不同位置光截獲率的相關關系

2.4 不同處理對棉花籽棉產(chǎn)量的影響

由圖3 可知， 分析氮肥用量與產(chǎn)量相關性，擬合施氮量對棉花產(chǎn)量的效應關系，施氮量與籽棉產(chǎn)量是二次曲線關系，y＝－0.013 3x2＋8.411 3x＋3 187.7（R2＝0.990 5）。 本試驗條件下，籽棉產(chǎn)量隨施氮量的減少而降低，減肥處理（N1～N4）比當?shù)爻Ｒ?guī)施氮量N5 處理的籽棉產(chǎn)量下降了2.8%～14.0%，但N5 與N2～N4 處理差異不顯著。 根據(jù)擬合公式得出，本試驗條件下棉花最高產(chǎn)量和相應的施氮量分別為4 517.59 kg·hm－2和316.21 kg·hm－2。

不同小寫字母表示不同處理間在5%水平差異顯著。

3 討論與結(jié)論

氮素施用量對棉花LAI 動態(tài)具有調(diào)控作用，施氮量在一定范圍內(nèi)與LAI 呈正相關關系，顯著影響群體平均葉面積指數(shù)、最大葉面積指數(shù)及二者的比值[11-13]，供氮不足或過量均不利于棉花發(fā)育[14-15]。 研究發(fā)現(xiàn)，不同生育期棉花群體LAI 隨施氮量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢，施氮量270、360 kg·hm－2處理棉花在盛鈴期群體LAI 較適宜，籽棉產(chǎn)量與施氮量間呈二次曲線關系，施氮量360 kg·hm－2時，籽棉平均產(chǎn)量最高[16]。 李春艷等[17]研究了機采種植模式下種植密度與施氮量對LAI 的交互影響， 密度為24萬株·hm－2、 施氮量320 kg·hm－2處理的LAI 最大值出現(xiàn)時間早， 有利于光合作用及干物質(zhì)的積累，增產(chǎn)效果最好。 本試驗結(jié)果顯示，棉花花鈴期葉面積指數(shù)隨施氮量減少而降低， 與前人研究結(jié)果一致[14-16]；與當?shù)爻Ｒ?guī)施氮量180 kg·hm－2相比，60～150 kg·hm－2處理葉面積指數(shù)降低了0.7%～5.5%，但差異不顯著，說明適量增施葉面肥對減施氮肥后的棉花葉面積指數(shù)有一定的補償作用。籽棉產(chǎn)量隨施氮量的減少而降低，但90～150 kg·hm－2減肥處理與180 kg·hm－2處理差異均未達到顯著水平；由氮肥用量與產(chǎn)量擬合可知，籽棉產(chǎn)量與施氮量相關性較強（R2＝0.990 5），本研究條件下施氮量316.21 kg·hm－2時籽棉產(chǎn)量最高，與李春艷等人[17]的研究結(jié)果相近，但與李鵬程等[16，18-19]的研究結(jié)果有差異，這些差異可能是由于土壤環(huán)境、氣候條件及種植密度不同造成的。

有研究表明， 皮棉產(chǎn)量達到4 000 kg·hm－2的超高產(chǎn)棉田冠層中、 下層光吸收率的分布比例增大，冠層各層葉片光合貢獻率呈均勻分布，中、下層葉片的光合生產(chǎn)力提高，群體光合速率較高且高值持續(xù)時間增加[19-20]。 也有研究發(fā)現(xiàn)，棉花群體冠層上、中部LAI 大于下部，光合有效輻射截獲量占主要地位[3,5]，與前者研究結(jié)果有差異。本研究中，棉花群體冠層光總截獲率隨氮素減少而降低，與當?shù)爻Ｒ?guī)施氮量處理180 kg·hm－2相比， 施氮量60～150 kg·hm－2處理花鈴期冠層光總截獲率降低了0.2～1.7 百分點，冠層光透射率升高0.2～0.8 百分點，但各處理間差異不顯著；各處理冠層上層葉片光截獲率均大于82.7%， 施氮量60～150 kg·hm－2處理與群體LAI 顯著正相關， 下層葉片光截獲率與群體LAI 則呈負相關，驗證了黃春燕等[3]與吳楊煥等[5]的研究結(jié)果，與馮國藝等[10]研究結(jié)果的差異可能是由于測定時間差造成的。