彭增瑩, 申瑩瑩, 段松江, 吳一帆, 李宗潤(rùn), 郭仁松, 張巨松*
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,教育部棉花工程研究中心,烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,烏魯木齊 830091)
棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物,其栽培管理在許多方面已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,但是一些地區(qū)的機(jī)械采收效果不理想。因此,選擇適合的種植模式,或通過合理施肥及化控塑造適合機(jī)械采收的棉花冠層結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化具有重要意義[1]。氮素作為作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的礦質(zhì)元素,對(duì)植物的生長(zhǎng)和生產(chǎn)力以及確保糧食安全起到了關(guān)鍵作用,充足的氮素有助于植物生長(zhǎng)和脅迫耐受性的提高[2-3]。研究表明,追施氮肥可以增加棉花葉片葉綠素含量,提高葉片凈光合速率,延緩葉片衰老[4];在一定范圍內(nèi)增施氮肥,棉花的單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴重增多,進(jìn)而增加產(chǎn)量[5-6];施氮量為300 kg·hm-2時(shí)棉花單株光合產(chǎn)物積累量適宜,對(duì)產(chǎn)量起到最大補(bǔ)償作用,且節(jié)水26.3%[7];施氮量過多則使棉花枝葉茂密,不利于通風(fēng)透光,影響植株光合作用[8];還會(huì)使棉花“源-庫(kù)”比例不協(xié)調(diào),造成產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率降低[9]。
農(nóng)藝性狀是判斷植株生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)[10],生產(chǎn)上常用縮節(jié)胺對(duì)棉花進(jìn)行株型塑造,改善群體冠層結(jié)構(gòu)[11]。噴施縮節(jié)胺可以顯著降低棉花主莖生長(zhǎng)速度、減小果枝夾角和葉片面積,對(duì)棉株上部主莖節(jié)間和中上部果枝具有抑制作用[12-13];可以增強(qiáng)冠層下部光照,增加葉綠素含量,提高葉片光合速率,延長(zhǎng)后期光合時(shí)間,增加霜前花率[14-15];科學(xué)合理地使用縮節(jié)胺還可改善棉花生長(zhǎng),提高產(chǎn)量與品質(zhì)[16]。依靠投入大量氮肥來(lái)保障糧食產(chǎn)量是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一大措施[17],但近年來(lái),國(guó)家提倡化肥農(nóng)藥“雙減”政策[18],倡議減氮減藥。目前,前人研究多集中于不同用量的氮肥與縮節(jié)胺對(duì)棉花的影響,而關(guān)于縮節(jié)胺對(duì)高肥料投入下機(jī)采棉的研究較少。為此,本研究在新疆阿克蘇地區(qū)阿瓦提縣研究了縮節(jié)胺對(duì)不同施氮量機(jī)采棉冠層特性及產(chǎn)量的影響,欲探明不同肥料投入下縮節(jié)胺對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的調(diào)控作用,篩選出不同肥力下適宜的縮節(jié)胺用量,為南疆棉區(qū)施肥化控提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2021年在新疆阿克蘇地區(qū)阿瓦提縣新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所試驗(yàn)基地(79°45′—81°05′E、39°31′—40°50′N)進(jìn)行,該地區(qū)屬暖溫帶大陸性干旱氣候,日照時(shí)間長(zhǎng),蒸發(fā)量大;土壤質(zhì)地為沙壤土,播前測(cè)定小區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力詳見表1。
表1 土壤基礎(chǔ)肥力Table 1 Basic fertility of soil
供試品種為新陸中88 號(hào),由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供;供試氮肥為尿素(N≥46%)。采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),以施氮量(N)為主區(qū),分別設(shè)置320(N320,常規(guī)施氮量)和480 kg·hm-2(N480,高投入施氮量)2個(gè)水平;以縮節(jié)胺劑量(H)為副區(qū),分別設(shè)置67.0(H1)、150.0(H2)、260.5(H3)和 371.0 g·hm-2(H4)4個(gè)劑量水平,具體用量詳見表2 和表3。田間采用等行距機(jī)采棉種植模式,膜寬2.1 m,膜厚0.01 mm,滴灌毛管鋪設(shè)為一膜三管(滴孔間距20 cm,滴管出水量2.1 L·h-1),行距配置76 cm,株距8 cm,小區(qū)面積(3 膜)44.85 m2,理論種植密度16.4 萬(wàn)株·hm-2,播種時(shí)間 2021年 4月 16日,封頂時(shí)間7月11日,其他田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。
表2 施氮量及時(shí)間Table 2 Amount and time of nitrogen application
表3 縮節(jié)胺用量及時(shí)間Table 3 DPC dosage and time (g·hm-2)
1.3.1 株高日增長(zhǎng)量 自棉花2 片真葉時(shí)開始調(diào)查株高;噴施縮節(jié)胺前每7 d 調(diào)查1 次;噴施縮節(jié)胺后每3~7 d調(diào)查1次,計(jì)算株高日增長(zhǎng)量。
1.3.2 葉面積指數(shù) 分別于棉花盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期和吐絮期采用CI-110 數(shù)字式植物冠層結(jié)構(gòu)分析儀在19:00 左右選擇晴朗無(wú)風(fēng)的天氣測(cè)定葉面積指數(shù)(leaf area index,LAI)和群體散射輻射透過系數(shù)(transmission coefficient for radiation penetration,TR)[14]。
1.3.3 株型結(jié)構(gòu) 于盛鈴后期每處理選取6 株棉株,用刻度尺測(cè)定主莖節(jié)間長(zhǎng)度和果枝第1、2 果節(jié)長(zhǎng)度,計(jì)算均值,用電子數(shù)顯角度尺測(cè)定果枝夾角。
1.3.4 比葉重 于盛鈴后期(8月21日)每處理選取3株棉花,將葉片分為主莖葉、上部果枝葉(9及以上)、中部果枝葉(5~8)和下部果枝葉(1~4),分別選取較完整的葉片采用PG-250 型光電式葉面積儀測(cè)定其葉面積,測(cè)定后將其置于80 ℃烘箱烘干至恒重,電子天平稱量計(jì)算其比葉重。
1.3.5 SPAD 值 每處理均選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的10 株棉株,分別于苗期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴前期、盛鈴后期和吐絮期采用SPAD-502型便攜式葉綠素測(cè)定儀測(cè)定倒4葉葉片SPAD 值,每個(gè)葉片測(cè)量5次(避開主葉脈),取平均值。
1.3.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 各處理達(dá)吐絮標(biāo)準(zhǔn)后,每小區(qū)選取6.67 m2具有代表性的棉田,調(diào)查株數(shù)和結(jié)鈴數(shù),最后計(jì)算單株結(jié)鈴數(shù);分別取植株上部(9 果枝及以上)30 朵、中部(5~8 果枝)40 朵、下部(1~4 果枝)30 朵,共100 朵,測(cè)定其單鈴重和衣分,重復(fù)3次。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 19 軟件進(jìn)行方差分析,采用Duncan 法進(jìn)行處理間多重比較,利用Excel、Graph Pad整理數(shù)據(jù)并繪圖。
由圖1 所示,各處理主莖日增量整體呈“上升-下降”的單峰曲線,出苗后第53天主莖日增量下降,隨后日增量達(dá)到最高;出苗后83 d各處理主莖日增量均低于0.5 cm,株高幾乎不再增長(zhǎng)。N480處理的株高日增量整體高于N320處理,出苗后58 d,主莖日增量開始急速下降,表現(xiàn)為N480>N320,不同縮節(jié)胺用量間表現(xiàn)為H1>H2>H3>H4。N320水平下,不同縮節(jié)胺劑量間差異較?。籒480水平下,H4處理明顯低于H1、H2、H3處理,較H1、H2、H3分別降低40.4%、31.3%和37.3%。
圖1 不同處理的株高日增量Fig.1 Daily increment of plant height in different treatments
將植株株型指標(biāo)分上、中、下3部分,如表4所示,施氮量對(duì)上部主莖節(jié)間長(zhǎng)度有極顯著影響;縮節(jié)胺對(duì)下部、中部的果枝長(zhǎng)度有顯著或極顯著影響;兩者間的互作效應(yīng)對(duì)中、上部果枝夾角有顯著或極顯著影響。各處理下、中部主莖節(jié)間長(zhǎng)度無(wú)顯著差異,N480水平的下部節(jié)間長(zhǎng)度較N320水平增加18.6%;而N320水平的上部主莖節(jié)間長(zhǎng)度整體略高于N480。相同施氮量下,上部主莖節(jié)間長(zhǎng)度與縮節(jié)胺劑量呈反比,N320H1、N320H2 處理顯著高于N480H1、N480H3 處理,其他處理間差異不顯著。隨著縮節(jié)胺劑量的增加,下部果枝長(zhǎng)度無(wú)顯著變化,中、上部果枝長(zhǎng)度則隨縮節(jié)胺劑量增多而減少,其中,N320H4 處理顯著低于N320H1、N320H2、N480H1 和N480H2處理。N320水平下,不同縮節(jié)胺處理的中上部果枝夾角差異不顯著,隨縮節(jié)胺劑量增多有上升趨勢(shì);N480水平下,不同縮節(jié)胺處理的果枝夾角差異顯著,表現(xiàn)為H4>H3>H2>H1。
表4 不同處理的株型指標(biāo)Table 4 Plant type indexes of different treatments
如圖2 所示,全生育期葉面積指數(shù)呈先上升后下降的趨勢(shì),N320水平下,除H3處理外其他各處理的葉面積均在出苗后78 d 達(dá)到最大;N480水平下,H3 和H4 處理的葉面積在出苗后67 d 達(dá)到最大,H1 和H2 處理的葉面積在出苗后78 d 達(dá)到最大。出苗后67 d,N480水平下的葉面積指數(shù)顯著高于N320,后期葉面積隨縮節(jié)胺劑量增多呈下降趨勢(shì);出苗后99~114 d,N320水平下的葉面積下降幅度小于N480,其中,N320H4 處理的葉面積顯著低于N320水平下的其他處理。綜上,高施氮量水平下的葉面積指數(shù)略高于正常施氮水平,且葉面積會(huì)提前達(dá)到峰值;2 種施氮量水平下,葉面積指數(shù)均表現(xiàn)出隨縮節(jié)胺劑量的增多而降低,而N320水平可以保持棉花后期葉面積指數(shù)。
整個(gè)生育期各處理的群體散射輻射透過系數(shù)(TR)呈先下降再上升的趨勢(shì)(圖2)。出苗后67~99 d,N480水平下的TR 低于 N320水平,較N320水平分別降低21.7%、9.5%、10.0%,說(shuō)明在此時(shí)間段N480水平下的棉花植株較郁閉,通風(fēng)透光性弱;隨縮節(jié)胺劑量增多,TR 呈增大趨勢(shì),但處理間差異不顯著。出苗后114 d,N320H2 處理的TR 最小,較N320水平下其他處理分別降低6.7%、8.9%、28.4%;N480H3 處理較N480水平下其他處理降低9.5%、41.2%、8.0%。出苗后 144 d,N320水平下的TR 較N480降低11.0%。
圖2 不同處理的冠層指標(biāo)Fig.2 Canopy index for different treatments
如表5所示,施氮量和縮節(jié)胺劑量及兩者間互作對(duì)棉花主莖葉片及果枝上、中部葉片的比葉重影響不顯著,對(duì)果枝下部葉片的比葉重有顯著或極顯著影響。N480H4處理下部果枝葉的比葉重顯著高于其他處理,其余各處理主莖及果枝上、中、下部葉片的比葉重均無(wú)顯著差異,但都隨縮節(jié)胺劑量增多呈“上升”趨勢(shì),說(shuō)明噴施縮節(jié)胺可以增加葉片比葉重。
表5 不同處理各部位葉片的比葉重Table 5 Specific leaf weight of each part under different treatments
如圖3 所示,各處理葉片SPAD 值隨著植株的生長(zhǎng)發(fā)育表現(xiàn)為“上升-下降-上升”的趨勢(shì)。出苗后 67 d,N320、N480處理的葉片 SPAD 值無(wú)明顯差異;相同施氮量水平下,葉片SPAD 值表現(xiàn)為H4>H3>H2>H1,表明施用縮節(jié)胺可以增加葉片葉綠素含量。出苗后78 d,N320水平下不同縮節(jié)胺劑量間差異不顯著;N480水平下,不同縮節(jié)胺劑量間葉片SPAD值差異明顯,表現(xiàn)為H4>H3>H2>H1。各施氮量下H4處理在出苗后108 d葉片SPAD值達(dá)峰值,而其他處理均在出苗后123 d達(dá)到最大值,說(shuō)明高劑量的縮節(jié)胺可提高葉片葉綠素含量,且提前葉綠素峰值出現(xiàn)的時(shí)間。整個(gè)生育時(shí)期不同施氮量下SAPD值趨勢(shì)相同,噴施縮節(jié)胺可增加葉綠素含量,N320水平有利于葉片SAPD值在全生育期保持較穩(wěn)定的增長(zhǎng),而N480水平在H1、H2 處理下葉片SAPD值較N320水平有所降低,說(shuō)明施氮量過多會(huì)降低葉片葉綠素含量,加大縮節(jié)胺用量可補(bǔ)償其影響。
圖3 不同處理的SPAD值Fig.3 SPAD values of different treatments
如表6 所示,施氮量對(duì)產(chǎn)量影響顯著;縮節(jié)胺劑量對(duì)單鈴重有顯著影響,對(duì)單株結(jié)鈴數(shù)和產(chǎn)量有極顯著影響;兩者間互作對(duì)衣分和產(chǎn)量有顯著影響。N320水平下的單株結(jié)鈴數(shù)較N480水平平均增加0.42個(gè)。相同施氮量水平下,單株結(jié)鈴數(shù)隨縮節(jié)胺劑量的增多呈先升高后降低趨勢(shì),N320H2處理的單株結(jié)鈴數(shù)顯著高于除N320H3外的其他處理。單鈴重隨縮節(jié)胺劑量增多呈先增加后降低的趨勢(shì),其中,N320H3 處理顯著高于N320H1 處理。N320H4 處理的衣分顯著大于N480H1 處理,其他處理間差異不顯著。N320水平下的籽棉產(chǎn)量較N480水平提高7.1%;相同施氮量下,籽棉產(chǎn)量隨縮節(jié)胺劑量增多呈先上升再下降的趨勢(shì),N320H2 和N320H3 處理的產(chǎn)量顯著高于其他處理,其中,N320H3 產(chǎn)量最高,較其他處理分別提高37.8%、0.7%、14.2%、31.7%、15.2%、14.4%、17.1%。
表6 不同處理的棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 6 Yield and yield components of different treatments
將產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素與冠層結(jié)構(gòu)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果(表7)表明,葉面積指數(shù)與散射輻射透過系數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān);主莖葉比葉重與葉片SPAD 值呈極顯著正相關(guān),與單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重和產(chǎn)量呈顯著正相關(guān);單鈴重與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān);單株結(jié)鈴數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。
表7 不同處理主要冠層指標(biāo)與產(chǎn)量性狀各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系Table 7 Correlation between main canopy indexes and yield traits in different treatments。
施肥與化學(xué)調(diào)控是塑造合理株型結(jié)構(gòu)的重要手段,在“雙減”政策下,如何高效利用化學(xué)肥料和農(nóng)藥來(lái)構(gòu)造合理株型獲得高產(chǎn)并減少不必要的藥肥投入具有重要研究意義。氮肥投入過少或過多都可能對(duì)棉花冠層結(jié)構(gòu)與養(yǎng)分吸收分配產(chǎn)生影響[19]??s節(jié)胺作為抑制型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,在生育后期噴施可以有效降低株高增長(zhǎng)速度,塑造合理株型,提高生殖器官干物質(zhì)占比[16]。研究表明,施氮量為270 kg·hm-2時(shí),棉花葉面積指數(shù)、SPAD值、產(chǎn)量較高,繼續(xù)增加施氮量各指標(biāo)都逐漸降低[20]。本研究表明,N480水平下的葉面積指數(shù)略高于N320水平,出苗后58 d 的株高日增量也大于N320水平,與前人結(jié)果略有不同,可能是由于前期縮節(jié)胺對(duì)N320水平起了較好的控制作用,使棉花前期株高增長(zhǎng)略慢,隨著后期花鈴期肥量增多,施氮量差距增大,氮肥的效果大于縮節(jié)胺,使高氮量下的棉花繼續(xù)保持較高的增長(zhǎng)速度。高施氮量水平下棉花葉片的SAPD 值較常規(guī)施氮量有些許降低,與前人研究結(jié)果一致。張?zhí)氐萚21]以滴施縮節(jié)胺劑量與施氮量為因素,研究發(fā)現(xiàn)在正常及高施氮量下縮節(jié)胺對(duì)棉花生長(zhǎng)有延緩作用,但作用不會(huì)隨縮節(jié)胺劑量的增加而增強(qiáng);而在低施氮量下縮節(jié)胺對(duì)棉花生長(zhǎng)的延緩作用較弱甚至消失。本研究在常規(guī)施氮量與高投入施氮量下噴施縮節(jié)胺對(duì)棉花均有抑制效果,與前人結(jié)果一致。羅宏海等[22]研究表明,相同密度下棉花的葉面積指數(shù)、葉傾角、群體光合速率隨縮節(jié)胺用量的增加顯著降低,群體散射輻射透過系數(shù)能保持較高水平。本研究表明,葉面積指數(shù)在2個(gè)施氮量水平下均隨縮節(jié)胺劑量的增多而下降,群體散射輻射透過系數(shù)則升高,與前人結(jié)果一致。張?chǎng)卫诘萚23]認(rèn)為,高施氮量(240~480 kg·hm-2)可以使棉花生育期后期的葉片維持一定的光合能力,且在適宜施氮量下,噴施增效縮節(jié)胺可以增加植株葉面積和葉綠素含量,提高棉花對(duì)光能的截獲和吸收能力[24]。本研究結(jié)果表明,高施氮量(N480)下的葉面積指數(shù)高于常規(guī)施氮量(N320),說(shuō)明氮肥投入多會(huì)使棉花枝葉生長(zhǎng)茂密;2個(gè)施氮量水平下噴施縮節(jié)胺都可增加葉片葉綠素含量,但葉面積指數(shù)下降;常規(guī)施氮量能更好地維持后期葉面積指數(shù),而高施氮量下的葉面積指數(shù)在盛鈴期后開始迅速下降。何慶雨等[11]研究表明,延遲噴施低劑量縮節(jié)胺可提升棉花葉片的比葉重和葉綠素相對(duì)含量,進(jìn)而使冠層結(jié)構(gòu)更合理。本研究表明,2個(gè)施氮水平下各部位葉片的比葉重差異不顯著,但均隨縮節(jié)胺劑量的增多呈上升趨勢(shì),說(shuō)明噴施縮節(jié)胺可以增加各部位葉片的比葉重,進(jìn)而增加葉片葉綠素相對(duì)含量。
本研究不同處理間的中下部節(jié)間長(zhǎng)度差異不顯著,與前人研究略有不同[25],可能是由于前期未進(jìn)行縮節(jié)胺噴施或計(jì)量差異較小導(dǎo)致處理間差異不明顯,其中,上部節(jié)間長(zhǎng)度有隨縮節(jié)胺劑量增多而下降。2個(gè)施氮量水平間在中上部果枝長(zhǎng)度上也無(wú)明顯差異,但噴施縮節(jié)胺可抑制中上部長(zhǎng)度,與前人研究一致[26]。產(chǎn)量是各指標(biāo)綜合的結(jié)果,本研究顯示,常規(guī)施氮量水平下的籽棉產(chǎn)量最高,達(dá)6 426.18 kg·hm-2,較高施氮量水平提高7.13%,說(shuō)明過量施氮肥并不能達(dá)到增產(chǎn)的效果,與前人研究結(jié)果一致[20]。高施氮量使棉花群體生長(zhǎng)過旺,一方面使生殖器官與營(yíng)養(yǎng)器官比例不協(xié)調(diào),另一方面使冠層空間密閉,通風(fēng)透光性較差,導(dǎo)致蕾鈴脫落數(shù)量增加[27]。而噴施適量縮節(jié)胺可控制棉花旺長(zhǎng),抑制棉花株高以及果枝長(zhǎng)度,最終使棉花葉面積指數(shù)維持在合適的水平,同時(shí)也增加了生殖器官的占比,有利于干物質(zhì)向生殖器官的運(yùn)轉(zhuǎn)和積累,提高單株結(jié)鈴數(shù)與單鈴重。籽棉產(chǎn)量隨縮節(jié)胺劑量的增多呈先上升再下降趨勢(shì),說(shuō)明縮節(jié)胺用量應(yīng)合適,過多會(huì)抑制產(chǎn)量形成,與前人研究結(jié)果一致[20-28]。
縮節(jié)胺劑量與施氮量呈互增性促控關(guān)系,即縮節(jié)胺用量應(yīng)隨施氮量的增多而增多[29]。本研究發(fā)現(xiàn),高投入施氮量會(huì)使棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過旺,在生育中期葉面積指數(shù)過高使田間通風(fēng)透光性較差,而后期葉面積指數(shù)又下降過快,影響棉鈴發(fā)育,最終使生殖器官占比降低,而縮節(jié)胺在高施氮量水平下對(duì)棉株的抑制作用更明顯,如抑制植株果枝及主莖節(jié)間伸長(zhǎng),進(jìn)而塑造合理的冠層結(jié)構(gòu),增加葉片的葉綠素含量,提高養(yǎng)分向棉鈴運(yùn)輸。適量縮節(jié)胺還可以增加單株結(jié)鈴數(shù)與單鈴重,從而提高籽棉產(chǎn)量。綜上,高施氮量下的棉田可通過增加縮節(jié)胺劑量來(lái)控制棉花生長(zhǎng),塑造緊湊株型,但只有適合的縮節(jié)胺劑量才能使產(chǎn)量達(dá)到最高;常規(guī)施氮量棉田建議縮節(jié)胺劑量為260.5 g·hm-2,此時(shí)株型較好,有利于高產(chǎn);在南疆地區(qū)常規(guī)施氮量與高施氮量水平下,推薦全生育期噴施縮節(jié)胺劑量為150.0~260.5 g·hm-2。