林 濤 ，吳鳳全，陳春帆，爾 晨，陳利軍，湯秋香

(1.新疆農業(yè)科學院經濟作物研究所，烏魯木齊 830091；2. 新疆農業(yè)大學農學院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】水資源短缺是制約新疆農業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一，如何充分利用有限的水資源，滿足農作物正常生長的需求是新疆農業(yè)生產面臨的重大問題[1]。水肥一體化技術可有效控制灌水及施肥的數量和頻率，及時滿足作物對水分及養(yǎng)分的需要，減少無效損耗，顯著提高水分及養(yǎng)分利用效率，具有節(jié)水、節(jié)肥、高產和高效等優(yōu)點[2]。在水分虧缺條件下，采用"以肥調水"技術能夠提高作物的農田水生產力，增強抗旱能力，促進作物對有限水資源的充分利用[3]。研究在不同水氮供應條件下對南疆機采棉干物質積累及產量形成的影響，對南疆機采棉地區(qū)棉田水肥高效利用技術的完善有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】在作物生長發(fā)育階段，合理的水肥調控能夠對作物光合特性和光合產物的積累與分配進行調節(jié)，是實現作物高產的重要措施之一[4]。在水分虧缺的條件下，適當施用氮肥能夠延長葉片的功能期，有效的提高葉片的凈光合速率[5，6]，保證籽粒對營養(yǎng)物質的需求，降低干旱脅迫的危害[7]，是防御早衰的有效措施[8]，不會降低作物產量[9]。徐國偉等[10]研究發(fā)現,適宜的水氮耦合調控，能夠創(chuàng)造良好的根系形態(tài)、提高根系活力和氮代謝酶活性，將更有利于提高產量及氮肥利用效率。此外，水分脅迫下，適當的施用氮肥有利于葉片生理特性的改變[11]，能夠提高棉花的干物質積累[12]，有利于提高作物產量及水分利用效率[13]。在水分充分條件下，增加氮素的供應，有利于地上部干物質、氮素積累、產量和水肥利用效率的增加[14]。鄧忠等[15]研究發(fā)現，灌水量過低會抑制氮肥增產效應的發(fā)揮，導致高氮限制了干物質在花鈴期至吐絮期的積累、導致棉花提早衰退，引起產量下降[14]。采用合理的灌溉和施肥技術不僅能維持植物較好的生長特性，而且能獲得較大經濟效益[16]?！緮M解決的關鍵問題】在南疆機采棉地區(qū)，比較不同水肥供應條件下棉花干物質積累及水肥利用效率的影響，為新疆機采棉田節(jié)水、灌溉、施肥技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

田間試驗于2018年4～10月在新疆阿瓦提縣農科院試驗站進行(N 40°06', E 80°44', 海拔1 025 m)。該區(qū)年均降水量46.4 mm，年日照時數2 679 h，≥10℃年積溫3 987.7℃，無霜期211 d，屬典型暖溫帶大陸性干旱氣候，農業(yè)生產完全依賴灌溉。試驗區(qū)土壤質地為沙質壤土，有機質含量8.3 g/kg，全氮0.5 g/kg，速效氮58.4 mg/kg，速效磷35.4 mg/kg，速效鉀130.7 mg/kg。試驗田地下水位40～50 m，地下水不能補給到作物根系分布層，向上補給量忽略不計。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用兩因素裂區(qū)試驗設計，主區(qū)設置3個灌溉量分別是2 250 m3/hm2(W1)、3 450 m3/hm2(W2)和4 650 m3/hm2(W3)，其中以4 650 m3/hm2為對照，副區(qū)為3個施純氮量分別為0 kg/hm2(N1)、300 kg/hm2(N2)和600 kg/hm2(N3)，以施純氮300 kg/hm2為對照，其中20%作為基肥，80%作為追肥，P2O5150 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2全部作基肥施用，供試氮肥為尿素(含氮量為46%)，磷肥為過磷酸鈣(P2O5含量為12%)，鉀肥為氯化鉀(K2O含量為45%)。試驗共9個處理，每個處理3個重復，共計27個小區(qū)，小區(qū)面積(6.5×7.2)m。供試品種為新陸中88號，種植模式采取常規(guī)一膜六行的機采棉配置模式，行距配置：(66+10)cm，株距為9.5 cm，密度27.7×104株/hm2。采用膜下滴灌方式，一水一肥，6月15日滴頭水，8月25日停水，灌溉頻率為7 d/次，共計10次，其它管理方式與該地區(qū)棉田基本一致。

表1 2018年棉花生育期劃分
Table 1 Division of growth period for cotton year in 2018

年份Years苗期Seedling蕾期Bud stage花鈴期Boll setting stage吐絮期Boll opening stage全生育期Whole growth period201804/17～05/2005/21～06/2506/26～08/0708/08～09/0704/17～09/07

1.2.2 測定指標

1.2.1.1 農藝性狀調查

在每個試驗小區(qū)第二幅膜選取長勢均勻的10株，中邊行各5株。在棉花不同生育時期調查株高、葉片數、果枝數、蕾數、花數、鈴數等性狀指標，并采用SPAD-502葉綠素儀(Minolta，Jap)進行測定SPAD值，在棉花收獲時期進行測產。

1.2.2.2 棉花干物質

在試驗田內選擇長勢均勻具有代表性的區(qū)域設置取樣小區(qū)。于棉花苗期、蕾期、盛花期、盛鈴期、吐絮期選擇長勢均勻具有代表性植株6株(取邊行3株、中行3株)，將其分解成葉、莖、蕾鈴、根,105℃殺青30 min后80℃烘干至恒重，稱干重，重復3次。對邊行和中行的干重求其均值并計算營養(yǎng)器官干物質轉運狀況。

1.2.2.3 相關計算公式[17,18 ]

花后單株干物質積累量( Amount of dry matter per plant after anthesis，ADMA) = 成熟期單株干物質積累量-開花期單株干物質積累量;

花后單株干物質貢獻率( Contribution proportion of the dry matter after anthesis，CPDMA) = 花后單株干物質積累量/成熟期單株干物質積累量;

氮肥農學利用率( Nitrogen agronomic efficiency，NAE) = ( 施氮區(qū)籽棉產量-無氮區(qū)籽棉產量) / 施氮量;

灌溉水分利用效率(Irrigation water use efficiency)=籽棉產量/灌溉量。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2016軟件對數據進行處理及繪制圖表，采用DPS 7.05.50軟件，LSD法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 減量灌溉下不同施氮量對棉花形態(tài)指標的影響

研究表明,不在減量灌溉的條件下，不同施氮量對棉花生長均有顯著影響(P<0.05)，在蕾期，棉花在生長后期灌溉量和施肥量對棉花的開花結鈴影響較大。在蕾期，不同灌溉量下，隨著施氮量的增加棉花的株高和葉片數呈現遞增的趨勢，當棉花生長，隨著施氮量的增加呈現先增大后減少的趨勢；在W1的灌溉量下，不同施氮量棉花的蕾數呈現為N3>N2>N1，其中N3比N2、N1高1.22%、40.97%，W2灌溉量下，N2的蕾數比N3、N1高4.15%、41.54%，在W3灌溉量下施氮量的蕾數變化情況與W1的變化趨勢相似。在鈴期，W1灌溉量下，棉花結鈴狀況為N2>N1>N3，在W2和W3灌溉量下，隨著施氮量的增加，棉花的結鈴數越好，其中N2的結鈴數略低于N3，但二者之間無顯著性水平差異。從SPAD上看同一灌溉水平下，棉花的蕾期、花期和鈴期，SPAD值通過隨著施肥量的提高而有明顯的增加趨勢，但在W2灌溉量下，在三個不同施氮量下，各處理之間無顯著性水平差異。增加施氮量有利于棉花的開花結鈴，當灌溉量有W1增加到W2時，可顯著增加棉花的鈴數，當灌溉量持續(xù)增加到W3時，增加施氮量的正效應將會減少，在W2灌溉量下和N2的施氮量下有利于棉花的開花結鈴。表2

2.2 減量灌溉下不同施氮量對棉花干物質動態(tài)積累的影響

研究表明,在減量灌溉的條件下，不同施氮量下棉花干物質積累過程的總變化趨勢一致，即隨著生育進程的推進干物質積累總量逐漸增加，且均呈現"慢-快-慢"的趨勢，其中從出苗至蕾期前積累緩慢，從蕾期至盛鈴期增長迅速，之后進入吐絮期增長又趨于緩慢。在不同灌溉量下，隨著施氮量的不同，干物質積累狀況不同，在W1灌溉量下，棉花從盛花期到盛鈴期，N3的干物質積累量顯著高于其他兩個處理，隨著棉花生長到吐絮期，各處施氮量處理之間差異不顯著；W2灌溉量下，在生育前期干物質積累量差異不顯著，而到了吐絮期干物質積累出現N2>N3>N1,其中N2比N3、N1分別高23.69%、32.65%；在W3處理下，在生育前期與W2的基本一致，但在盛鈴期N2、N3顯著高于N1，在吐絮期，施氮量的干物質積累量無明顯差異。綜上所述，隨著灌溉量的增加，在生育前期干物質積累量影響不大，在生育后期，W2干物質積累速率的加快，有利于干物質的快速積累。而在該灌溉量下，N2的干物質積累量最大，有利于棉花的生長。圖1

對在減量灌溉的條件下，不同施氮量的干物質積累采用Logistic方程進行模擬，其擬合效果較好(R2>0.99)。干物質快速積累時間出現在出苗后91.85～123.02 d，快速積累持續(xù)時間為25.09～64.24 d，在不同灌溉量下，隨著施氮量的增加干物質快速積累速率呈上升趨勢，其中N2的快速積累速率在1.20～2.03 g/(plant·d),在干物質快速積累量上，在同一灌溉量下，隨著施氮量的增加呈現先增大后減少的趨勢，在施氮量N2下，快速積累量最大在71.93～92.09 g/plant。其中在W2灌溉量下最大為92.09 g/plant，綜上灌溉量和施氮量二者，其中一個過高或者過低均會影響棉花干物質的積累速率和快速積累量，研究發(fā)現在W2灌溉量下，施氮量為N2時，有利于棉花干物質的快速積累。表3,圖1

表2 不同處理下單株棉花農藝形狀變化
Table 2 Effects of different treatments on the agronomic shape of individual cotton

生育時期Childbearing stage灌溉量Irrigation施氮量Nitrogen株高Height of Plant/cm葉片數Number of leafs果枝數Number of fruit branch蕾數Buds鈴數BollsSPAD蕾期Bud stageN120.70c6.77d4.32a1.93d/47.03abW1N224.83a7.47abc3.63ab3.23bc/41.67efN323.86ab7.67ab3.12bc3.27bc/41.17fN123.83ab7.78a3.13bc1.97d/41.13fW2N220.15c7.17bcd3.01bc3.37bc/44.00cdeN321.43bc6.97cd3.00bc3.23bc/47.47aN119.33c6.97cd2.42cd2.73cd/42.67defW3N223.69ab7.57ab1.93d3.73ab/45.93abcN324.88a7.58ab1.95d4.57a/44.70bcd花期Flowering stage N160.63d11.93a8.37a12.13ab0.61d55.97aW1N284.48abc12.23a8.47a14.00a0.82d58.00aN384.06abc12.367a9.27a11.10b1.64bcd55.73abN180.22c12.333a9.67a10.33b24abc51.93cdW2N282.96bc12.333a8.23a10.40b1.45cd52.33bcdN380.08c12.35a9.30a11.43ab2.87a55.23abcN181.00c13.333a8.70a10.83b2.70abc48.83dW3N290.88a13.333a9.07a13.73a2.81abc55.07abcN388.47ab12.66a8.33a13.80a2.69ab55.63ab鈴期BollstageN1///4.23ab6.22bc61.47bcW1N2///5.67ab7.14abc66.77aN3///4.67ab5.74c63.83abN1///4.33ab6.56abc60.60bcW2N2///6.41a6.66abc62.60abcN3///4.45ab7.34ab64.57abN1///3.67ab5.92bc58.40aW3N2///4.12ab6.48abc62.93ab N3///3.33b7.84a64.73ab

注：同一列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著

Note: Values with in a column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level

2.3 減量灌溉下不同施氮量對棉花干物質轉運量的影響

研究表明,花期干物質積累量受到灌溉量和施氮量二者交互作用不明顯，但分別受灌溉量和施氮量的影響顯著 (P< 0.01)，隨著灌溉量的增加，花期干物質積累量明顯增加，在不同灌溉量下，隨著施氮量的增加花期干物質積累量越大，但灌溉量為W3時，當施氮量達到N3時，花期干物質積累效果增加不顯著?；ê蟾晌镔|積累隨著灌溉量的增加呈現先增加后減小的變化趨勢，灌溉量為W2時，隨著氮肥使用量的增加，花后干物質積累量呈現先增大后減小的趨勢，當施氮量為N2時，達到最大值為79.99 g，在花后干物質貢獻率上，施氮量對花后干物質貢獻率的影響較大(P<0.05)，隨著施氮量在W1、W2灌溉量下，花后干物質貢獻率呈現先增大后減小的趨勢，在N2處理下花后干物質貢獻率達到60.02%～67.49%，與在W2灌溉量和N1施肥量下的花后干物質貢獻率無明顯差異。在不同灌溉量下，對棉花干物質影響較大，而施肥量對干物質積累影響較大，同時對花后干物質貢獻率影響較大，在灌溉量W2和施氮量N2的條件下，能提高花后干物質的貢獻率，有利于產量的提高。表4

表3 不同處理下棉花總干物質積累模型方程
Table 3 Model equation for total dry matter accumulation of cotton under different treatments

灌溉量Irrigation施氮量Nitrogen回歸方程Regression enquatiaoR2Vm(g/(plant·d))T/dt1/dt2/d△t/dGT(g/plant)W1N1y=93.38/(1+e(5.29-0.043t))0.998 61.00123.0292.40153.6561.2661.49N2y=112.05/(1+e(5.03-0.043t))0.997 11.20116.9886.34147.6061.2673.78N3y=82.02/(1+e(5.97-0.065t))0.997 41.3391.8571.58112.1140.5354.01W2N1y=107.32/(1+e(4.84-0.042t))0.998 51.10118.0585.92150.1764.2470.67N2y=140.00/(1+e(6.41-0.058t))0.999 82.03110.5287.81133.2245.4192.19N3y=101.57/(1+e(9.83-0.105t))0.995 82.6693.76181.08106.1625.0966.88W3N1y=137.14/(1+e(5.54-0.046t))0.999 91.57120.4391.80149.0757.2690.31N2y=109.24/(1+e(6.33-0.064t))0.996 61.7498.9178.33119.4841.1671.93N3y=116.08/(1+e(5.90-0.058t))0.998 41.68101.7279.02124.4345.4176.44

注：t：棉花出苗后時間(d)；y：單株棉花干物質積累量(g)；t0：干物質積累最大速率出現時間；t1和t2分別為Logistic生長函數的2個拐點；△t：干物質快速積累持續(xù)時間；Vm：干物質最大增長速率；R2：決定系數

Note:t: times after the emergence of cotton;y: cotton dry matter accumulation;t0: days of accumulation rate of maximum dry matter;t1 andt2 are two inflexions of the logistic equations respectively; △t: times of dry matter rapid accumulation;Vm: maximum increase rate of dry matter;R2: determination coefficient

圖1 不同處理下棉花干物質動態(tài)積累變化
Fig.1 Effects of different treatments on dynamic accumulation of cotton dry matter

2.4 減量灌溉下不同施氮量對棉花產量及水肥利用效率的影響

研究表明,籽棉產量受二者交互作用影響不顯著，但受灌溉量和施氮量分別的影響顯著 (P<0.01)。不同灌溉量下，棉花的單鈴重和單株結鈴數隨著施氮量的增加均呈現先增大后減少的變化趨勢，其中在W2灌溉量下，N2的單株結鈴數和單鈴重分別比N3多0.33個、0.18 g,籽棉產量與單株結鈴數的變化趨勢基本一致。，其中，N2比N3多3.69%～8.86%。當灌溉量從W1增加到W3時，籽棉產量也隨著增加，當灌溉量由W2增加到W3時，籽棉產量的增加幅度減小，甚至低于W2的籽棉產量。在水分利用效率上受灌溉量和施氮量的影響顯著 (P<0.01)，受二者交互作用影響不顯著。隨著灌溉量的增加，水分利用效率逐漸減少。而在同一灌溉量下，隨著施氮量的增加水分利用效率呈現先增大后減小的趨勢，在W2灌溉量下，N2的水分利用效率為1.66，比N1、N3分別高出10.84%、3.61%。在氮肥農學利用效率上，在不同灌溉量下，N2的農學利用效率最高，其中在W1、W3的灌溉量下，N2的氮肥農學利用效率達到2.44、2.86。而在W2處理下N2的氮肥農學利用效率達到1.47，三者無顯著性水平差異。在同一灌溉量下，施氮過多不利于棉花產量和水肥利用效率的提高，在W2灌溉量下，施肥量為N2時，能夠提高棉花產量及水肥利用效率。表5

表4 不同處理下棉花花后干物質積累特性
Table 4 Characteristics of dry matter accumulation after cotton flowering under different treatments

灌溉量Irrigation施氮量Nitrogen花期干物質積累量Dry matter accumulation during flowering(g)成熟期干物質積累量Dry matter accumulationDuring mature(g)花后單株干物質積累量ADMGA(g/plant)花后單株干物質貢獻率CPDMGA(%)N118.36e73.67c62.2bc66.00abcW1N226.29cd81.15bc62.7bc66.02abcN336.28a75.35c49.62c57.46cN124.60de83.18bc55.52c58.84bcW2N228.60bcd123.51a79.99a67.49abN333.68ab94.25b64.26bc58.86bcN126.72cd82.24bc55.51c61.21bcW3N231.24abc94.03b72.19ab71.02aN333.25ab91.44b58.15bc59.60bc兩因素分析 (F 值) Two-way ANOVA (F value)灌溉量Irrigation(W)1.67ns18.95???1.84ns0.39ns施氮量Nitrogen application(N)17.71???5.21??2.06ns4.33?灌溉量×施氮量(W×N)1.78ns8.45???3.96?2.36ns

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著 (P< 0.05)；ns、*、**、***分別表示灌溉量、施氮量和二者交互作用對棉株干物質特性的影響不顯著、5%、1% 和 0.1% 顯著水平

Note: Different lowercase letters indicate the difference between treatments (P< 0.05); ns,*,**,***indicate the amount of irrigation, the amount of nitrogen applied, and the interaction between the two on cotton plant dry matter. The effects of the characteristics were not significant, with significant levels of 5%, 1%, and 0.1%

表5 不同處理下棉花產量及水肥利用效率變化
Table 5 Effects of different treatments on cotton yield and water and fertilizer use efficiency

灌溉量Irrigation施氮量Nitrogen單株結鈴數Bolls per plant單鈴質量(g)Single boll weight衣分(%)Lint percent籽棉產量(kg/hm2) Cotton yield水分利用效率(m3/kg)WUE氮肥農學利用效率(kg/kg)NAEW1N15.36c4.41d43.69a5 267.24e1.87bN25.98ab4.86c43.37a6183.12cd2.19a2.44abN35.64bc4.53d43.11a5 635.54de2.00b0.49cW2N15.53c5.12b43.51a6 373.41bc1.48dN26.08a5.37a43.78a7 153.08a1.66c1.47abcN35.75abc5.19ab43.51a6 925.06ab1.60cd1.03bcW3N16.06ab5.10b43.34a6 237.76c1.07fN25.97ab5.32ab43.74a7 311.48a1.25e2.86aN36.01ab5.31ab43.47a7 041.84a1.21e1.07bc兩因素分析 (F 值) Two-way ANOVA (F value)灌溉量Irrigation(W)4.96?76.96???0.56ns38.3???263.35???0.97ns施氮量Nitrogen application(N)5.08?9.67??0.11ns17.21???17.65???10.54??灌溉量×施氮量(W×N)1.99ns3.57?1.24ns1.39ns2.18ns1.26ns

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著 (P< 0.05)；ns、*、**、***分別表示灌溉量、施氮量和二者交互作用對棉花產量的影響不顯著、5%、1% 和 0.1% 顯著水平

Note: Different lowercase letters after the same data indicate significant difference between treatments (P< 0.05); ns,*,**,***indicate the amount of irrigation, nitrogen application and the interaction of the two on cotton yield not significant, 5%, 1%, and 0.1% significant levels

3 討 論

3.1 水氮供應對棉花干物質積累及分配的影響

水分不足和養(yǎng)分虧缺是限制干旱、半干旱地區(qū)農業(yè)生產的兩大主要因素，不僅直接影響植物的生長也影響植物對水分、肥料的吸收利用狀況[19]。有研究表明，水分虧缺會抑制植物正常生長[20]，若適當的增施氮肥，利用氮肥的補償效果能夠顯著提高干物質的積累[21]。而在干旱地區(qū)增施氮肥能夠促進同化物的形成，提高干物質對籽粒的貢獻率[22]。研究與前人研究結果一致，隨著灌溉量的增加，有助于干物質的正常積累，在3種灌溉量下，均以施氮量(純氮)300 kg/hm2的干物質積累量最大。在3 450 m3/hm2灌溉量下，施氮量(純氮)300 kg/hm2的干物質積累量相比其他兩個灌溉水平分別提高了23.86%、34.25%。

3.2 水氮供應對棉花產量及水肥利用效率影響

在減量灌溉條件下，不同施氮量對作物產量及水肥利用效率也有較大的影響。王寅等[23]試驗發(fā)現，適當施肥是作物干旱脅迫下正常生長發(fā)育和提高產量的有效措施。郝樹榮等[24]研究發(fā)現，水肥過量并不一定高產，輕度干旱與低量施肥具有明顯的協(xié)同互作效應，在保產的同時達到節(jié)水的目的，可顯著提高水肥利用效率。谷曉博等[13]研究顯示，適宜增施氮肥對水分脅迫存在補償效應，對產量表現出一定的補償效應，補償效果隨施氮量的增加先增加后降低，且顯著提高作物水肥利用效率，研究發(fā)現，在同一灌溉量下，隨著施氮量的增加，籽棉產量及水分利用效率呈現先增加后減小的趨勢，當施氮量達到300 kg/hm2時，施氮量的正效應將會減少，這一研究結果與前人研究結果類似[25]。此外，在研究過程中，由于是田間試驗，肥隨水滴施的過程與土壤結構緊密相關，故入滲過程具有隨機性，對于滴灌而言，還涉及到滴灌的灌水均勻度和灌水穩(wěn)定性等影響，導致肥水在滲透過程存在不確定性。還需要進一步開展田間試驗對棉花水肥供應的研究。

4 結 論

在不同灌溉量下，隨著灌溉量的增加，有利于干物質的快速積累，滴灌量3 450與4 650 m3/hm2相比快速積累時間縮短5～10 d，但最大干物質積累速率提高了14.28%～36.84%，干物質積累量和花后干物質貢獻率上，隨著施氮量的增加呈現先升后降的趨勢，以300 kg/hm2處理最為協(xié)調，有利于棉花營養(yǎng)生長及時向生殖生長轉化，促進產量的形成。在三個不同灌溉量下籽棉產量和水分利用效率差異較為明顯，灌溉量過低，籽棉產量較低，水分利用效率越大，但隨著灌溉量的增加，籽棉產量逐漸增加，當灌溉量由3 450增加到4 650 m3/hm2時，降低了其增產效果。在灌溉量為3 450 m3/hm2下，隨著施氮量的增加呈先增后降的趨勢，以 N2 處理最高達到7 153.08 kg/hm2。南疆機采棉田在灌溉量為3 450 m3/hm2的條件下，施氮量(純N)為300 kg/hm2，有利于提高當地的棉花產量及水肥利用效率。