不同海島棉品種產(chǎn)量及纖維品質(zhì)對(duì)氮肥的響應(yīng)

段松江,彭增瑩,申瑩瑩,木麗迪爾·拜波拉提,吳一凡,崔建平,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)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國唯一的海島棉生產(chǎn)基地[1],近年來總產(chǎn)穩(wěn)中有升[2]。但隨著產(chǎn)量的增加,氮肥的投入也隨之增加,會(huì)導(dǎo)致部分氮肥因淋溶而流失[3],氮素作為植物生長必需的三大營養(yǎng)元素之一,其對(duì)棉花的生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響受到關(guān)注,研究近20年來新疆育成的海島棉品種在不同氮肥水平下的產(chǎn)量及品質(zhì)的表現(xiàn),篩選優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的海島棉品種并為其搭配合理的施氮量,對(duì)海島棉選育和高產(chǎn)栽培均具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】研究表明[4]低氮條件下會(huì)顯著降低棉花株高和主莖節(jié)數(shù),并且主要通過降低單株結(jié)鈴數(shù)來降低產(chǎn)量。隨著施氮量的增加,棉花株高、主莖葉數(shù)、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)呈逐漸上升的趨勢(shì)[5],石洪亮等[6]研究表明,新疆南疆施氮量為300 kg/hm2時(shí),棉花單株結(jié)鈴數(shù)多,單鈴質(zhì)量大,籽棉產(chǎn)量高。作物的品種不同,對(duì)氮肥施用的反應(yīng)不盡相同[7]。對(duì)小麥[8,9]、水稻[10,11]、玉米[12,13]等作物不同品種間對(duì)氮肥響應(yīng)有相應(yīng)的結(jié)果。在不同氮肥水平下棉花種質(zhì)間氮素吸收效率等12個(gè)性狀指標(biāo)均存在顯著性差異[14],不同基因型棉花品種產(chǎn)量、品質(zhì)及生長發(fā)育存在差異[15]。婁善偉等[16]研究發(fā)現(xiàn),不同棉花品種在不同氮肥水平下均有差異,尤其在低氮水平下,優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的棉花品種能發(fā)揮自身潛力,保證產(chǎn)量。不同棉花品種產(chǎn)量與氮素利用率達(dá)到最優(yōu)時(shí)最佳施氮量有很大差異[17]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前針對(duì)有關(guān)海島棉研究甚少,陸地棉研究較多,陸地棉雖能獲得更高產(chǎn)量,但其纖維品質(zhì)相比較于海島棉差距大[18],而海島棉具有纖維細(xì)長、強(qiáng)度高,是紡織高檔織物的重要材料[19]。需在不顯著降低產(chǎn)量的情況下盡可能減少氮肥投入和提高纖維質(zhì)量[20]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以近20年來育成的12個(gè)海島棉品種為材料,研究不同氮肥水平下各海島棉品種間農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀及纖維品質(zhì)間的差異,分析性狀之間相關(guān)性,篩選出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的海島棉品種并科學(xué)搭配最優(yōu)施氮量,為提升海島棉品種增產(chǎn)潛力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

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)基地進(jìn)行,40°06′N,80°44′E,海拔 1 025 m,屬于溫暖帶大陸性干旱氣候。日照時(shí)間長,蒸發(fā)量大;土壤質(zhì)地為沙壤土。表1

表1 土壤基礎(chǔ)肥力

以近20年來育成的12個(gè)海島棉品種為材料。表2

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),主區(qū)為施氮水平:N0(0 kg/hm2)、N240(240 kg/hm2)、N480(480 kg/hm2),副區(qū)為12個(gè)海島棉品種。采用1膜6行(66+10)cm種植模式,株距為11 cm,膜寬2.1 m,滴灌毛管鋪設(shè)為1膜3管(滴孔間距20 cm,滴管出水量2.1 L/h),小區(qū)長7 m,寬2.3 m,面積32.2 m2,理論密度23.7×104株/hm2,播種時(shí)間2021年4月16日,打頂時(shí)間7月15日,其他田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

表 2 參試材料及供種單位

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 農(nóng)藝性狀

在海島棉花鈴期(打頂后10 d),每小區(qū)均選取長勢(shì)均勻的棉株10株,調(diào)查各小區(qū)棉花品種的株高、葉片數(shù)、果枝數(shù)、蕾鈴花個(gè)數(shù)。

1.2.2.2 蕾鈴脫落率

在8月15日(蕾鈴脫落峰期后),每小區(qū)選取10株長勢(shì)均勻的棉株,調(diào)查各小區(qū)總蕾鈴個(gè)數(shù)與干枯蕾鈴數(shù)。

蕾鈴脫落率=干枯蕾鈴數(shù)/總蕾鈴數(shù)×100%。

1.2.2.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

各處理吐絮后,每小區(qū)選取具有代表性的棉田,調(diào)查株數(shù),結(jié)鈴數(shù),最后計(jì)算得到單株結(jié)鈴數(shù),分上(11果枝及以上30朵)、中(6～10果枝40朵)、下(1～5果枝30朵)取樣,共100朵,測(cè)其單鈴重、衣分。

1.2.2.4 纖維品質(zhì)

各處理棉花樣品使用皮輥軋花機(jī)獲得皮棉,隨機(jī)選取20 g皮棉送往農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(烏魯木齊)檢測(cè),測(cè)其上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、伸長率、馬克隆值等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS19軟件進(jìn)行方差分析,采用Duncan法進(jìn)行處理間多重比較(P<0.5),利用Excel整理數(shù)據(jù)并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥水平下海島棉品種間農(nóng)藝性狀的差異

研究表明,不同氮肥水平對(duì)果枝數(shù)有極顯著影響,對(duì)葉片數(shù)和蕾鈴花有顯著性影響,而對(duì)株高無顯著影響。隨施氮量的增加,各品種株高、葉片數(shù)、果枝數(shù)總體呈逐漸上升的趨勢(shì),而蕾花鈴隨施氮量的增加呈先上升后降低趨勢(shì),N240、N480較N0各指標(biāo)分別增加1.2%、3.4%、6.9%、9.0%,1.8%、6.0%、7.8%和6.7%。果枝和蕾鈴花變異系數(shù)(CV)呈現(xiàn)下降趨勢(shì),氮肥可以將降低海島棉品種間果枝和蕾鈴花的變異程度。不同品種間株高、葉片數(shù)、果枝數(shù)、蕾花鈴均達(dá)到極顯著影響,株高和葉片數(shù)均表現(xiàn)為新海28號(hào)最好,果枝數(shù)和蕾鈴花則表現(xiàn)為棉城10號(hào)最好,而新海14號(hào)和新海35號(hào)各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)較差。表3

表 3 不同氮肥水平下不同品種農(nóng)藝性狀變化

2.2 不同氮肥水平下海島棉品種間蕾鈴脫落率的差異

研究表明,不同氮肥處理下平均蕾鈴脫落率表現(xiàn)為N240

圖 1 不同品種在不同施氮水平下

2.3 不同氮肥水平下海島棉品種間產(chǎn)量構(gòu)成因素差異

研究表明,氮肥對(duì)單株結(jié)鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量存在顯著影響,品種間單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重與籽棉產(chǎn)量均表現(xiàn)顯著影響,氮肥與品種互作均未達(dá)到顯著性影響。隨著施氮水平的提高,各品種單株結(jié)鈴數(shù)與籽棉產(chǎn)量均表現(xiàn)為逐漸上升或“上升-下降”的趨勢(shì),表現(xiàn)為N240>N480>N0,N240、N480水平下單株結(jié)鈴數(shù)與籽棉產(chǎn)量整體較N0分別增加9.0%、9.0%,12.0%、10.6%。單鈴重與衣分在各氮肥水平下無明顯變化規(guī)律,單株結(jié)鈴數(shù)與籽棉產(chǎn)量變異系數(shù)(CV)隨施氮量的增加呈下降趨勢(shì),施氮可以彌補(bǔ)各品種間單株結(jié)鈴數(shù)與籽棉產(chǎn)量的差距。品種間,棉城10號(hào)、新海28號(hào)在3個(gè)氮肥水平下單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重具有明顯優(yōu)勢(shì),均高于其他品種,籽棉產(chǎn)量高;新海14號(hào)、新海24號(hào)單株結(jié)鈴數(shù)與單鈴重表現(xiàn)較差,導(dǎo)致籽棉產(chǎn)量較低,棉城10號(hào)和新海28號(hào)較新海14號(hào)、新海24號(hào)籽棉產(chǎn)量增幅分別為33.9%、35.5%、36.3%、38.4%、43.0%、36.5%和24.5%、24.4%、19.0%、28.6%、31.3%和19.1%。籽棉產(chǎn)量在施氮量為332.2 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高,為5 025.1 kg/hm2。表4,圖2

圖 2 施氮水平與籽棉產(chǎn)量的關(guān)系

2.4 不同氮肥水平下海島棉品種間纖維品質(zhì)差異

研究表明,氮肥對(duì)海島棉上半部平均長度有顯著性影響,而海島棉品種間品質(zhì)性狀均達(dá)到極顯著性水平。上半部平均長度表現(xiàn)為隨施氮量的增加而降低,且變化較為明顯,其他性狀在不同氮肥水平下無明顯的變化規(guī)律。不同品種間,上半部平均長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值在3個(gè)氮肥水平下均以新海45號(hào)、新海28號(hào)最好,平均分別在40 mm、88%、45 cN/tex以上,且馬克隆值達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。而伸長率表現(xiàn)則相反,新海14號(hào)和新海21號(hào)顯著高于其他品種,3個(gè)氮水平下平均為12.3%,新海28號(hào)、新海45號(hào)表現(xiàn)較差,分別為9.2%、3.8,9.0%和3.8。表5

2.5 農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀及纖維品質(zhì)相關(guān)性

研究表明,果枝數(shù)與蕾鈴花呈極顯著(P<0.01)相關(guān),與單株結(jié)鈴數(shù)呈顯著性(P<0.05)相關(guān)水平,籽棉產(chǎn)量與株高存在顯著(P<0.05)相關(guān),與單株結(jié)鈴數(shù)、衣分達(dá)到極顯著(P<0.01)相關(guān)性,海島棉品種通過提高株高獲得更多果枝數(shù)與單株結(jié)鈴數(shù),最終達(dá)到增產(chǎn)目的,但會(huì)降低其衣分。上部平均長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度三者之間均存在極顯著(P<0.01)正相關(guān),均與伸長率、馬克隆值均存在負(fù)相關(guān)性,但與馬克隆值存在極顯著負(fù)(P<0.01)相關(guān)性,而伸長率只與斷裂比強(qiáng)度存在極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)性。籽棉產(chǎn)量與纖維品質(zhì)兩者未達(dá)到顯著相關(guān),單鈴重與衣分、馬克隆值呈顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān)。表6

表 4 不同氮肥水平下不同海島棉品種籽棉產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化

3 討 論

農(nóng)藝性狀是判斷植株生長發(fā)育的重要指標(biāo)[16]。適宜的施氮量不僅能提高株高、葉片數(shù)、果枝數(shù)及結(jié)鈴數(shù)[21],還能降低蕾鈴脫落率[22]。爾晨等[23]研究發(fā)現(xiàn),施肥量高于300 kg /hm2,株高、葉片數(shù)及單株結(jié)鈴數(shù)無顯著差異。研究表明,各項(xiàng)農(nóng)藝指標(biāo)隨施氮量的增加顯著提高,株高、葉片數(shù)、果枝數(shù)總體呈逐漸上升的趨勢(shì),蕾鈴花呈“上升-下降”趨勢(shì);不同品種間各個(gè)農(nóng)藝指標(biāo)表現(xiàn)迥異,可能由于品種遺產(chǎn)特性不同,性狀表現(xiàn)不同。棉花有效鈴數(shù)與施氮量呈正相關(guān),蕾鈴脫落率與施氮量達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)性[24],研究與其結(jié)果一致,各品種單株結(jié)鈴數(shù)均表現(xiàn)為施氮處理大于不施氮處理,與蕾鈴脫落呈負(fù)相關(guān),各品種蕾鈴脫落率表現(xiàn)為施氮處理顯著小于不施氮處理,施肥增加單株結(jié)鈴數(shù)原因是降低了蕾鈴脫落率。

生產(chǎn)中對(duì)棉花品質(zhì)的重視程度不斷提升[25]。毛樹春等[26]已分析過2018～2020年新疆棉花三年間馬克隆值、平均長度整齊度、斷裂比強(qiáng)度平均值表現(xiàn)。研究[27]發(fā)現(xiàn)纖維長度、馬克隆值隨施氮水平的增加呈開口向下的單峰曲線,300～450 kg/hm2的氮肥投入增產(chǎn)效果最顯著,纖維品質(zhì)較優(yōu),過高則會(huì)顯著降低纖維的強(qiáng)力。在施氮量為300～375 kg/hm2時(shí)能獲得最佳的纖維品質(zhì)[28]。研究表明,氮肥只對(duì)上半部纖維長度有顯著性影響,在不同氮肥水平下各品種均值表現(xiàn)為上半部纖維長度與整齊度隨施氮量的增加逐漸降低,馬克隆值與伸長率呈“二次曲線”關(guān)系,而斷裂比強(qiáng)度表現(xiàn)為隨施氮量的增加緩慢上升,而品種間均存在極顯著性差異,棉花纖維品質(zhì)主要由遺傳特性決定。

合理施用氮肥不僅是挖掘棉花增產(chǎn)潛力的重要措施,也是在最大程度上減少氮肥投入的重要手段[29]。產(chǎn)量構(gòu)成因素主要由單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分決定,其中單株結(jié)鈴數(shù)對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大[30],研究也表現(xiàn)為氮肥主要通過改變單株結(jié)鈴數(shù)來獲得更高的籽棉產(chǎn)量,對(duì)單鈴重與衣分無顯著影響,在施氮量為240 kg/hm2時(shí)總體產(chǎn)量達(dá)到最大,平均為4 983.7 kg/hm2;不同海島棉品種單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重及籽棉產(chǎn)量達(dá)顯著性差異,不同品種籽棉產(chǎn)量主要受單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重的影響,棉城10號(hào)與新海28號(hào)籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)較好,尤其棉城10號(hào)產(chǎn)量最高,最高達(dá)6 164.4 kg/hm2。棉花產(chǎn)量構(gòu)成與品質(zhì)受多種因素控制,不僅與施氮量有關(guān),還受品種遺產(chǎn)特性影響,施氮顯著提高了單鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量,但不同品種對(duì)增產(chǎn)的響應(yīng)不同[31]。氮素和棉花品種水平對(duì)株高、籽棉單鈴重和籽棉產(chǎn)量均有顯著影響,氮素水平與棉花品種間的交互作用對(duì)株高和成鈴數(shù)無顯著影響,對(duì)單鈴重和籽棉產(chǎn)量有顯著影響[32]。研究略有不同,氮肥水平與品種交互只對(duì)農(nóng)藝指標(biāo)有顯著影響,而對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素與品質(zhì)無顯著影響。

4 結(jié) 論

施氮量為240 kg/hm2時(shí)海島棉能獲得最高產(chǎn)量,超過其施氮量產(chǎn)量有下降趨勢(shì),在332.2 kg/hm2的施氮水平下海島棉籽棉產(chǎn)量達(dá)到最高,為5 025.1 kg/hm2;新海28號(hào)、棉城10號(hào)農(nóng)藝性狀綜合表現(xiàn)優(yōu)異,能在不同氮肥水平下保持相對(duì)較低的蕾鈴脫落率來保證結(jié)鈴數(shù);新海28號(hào)、新海45號(hào)在不同氮肥水平下獲得較高產(chǎn)量的同時(shí)保證較好的纖維品質(zhì);棉城10號(hào)、新海28號(hào)在不同氮肥水平下籽棉產(chǎn)量均表現(xiàn)突出。