徐景麗，李亞兵，胡大鵬，周明園，梁潘潘，吳慧敏，張祥，陳源，陳德華*

（1.揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇揚(yáng)州225009；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/ 棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽455000）

棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一[1]，而長江流域是我國棉花生產(chǎn)主要產(chǎn)區(qū)之一， 過去主要采用營養(yǎng)缽育苗移栽種植技術(shù)[2]。 但是近年來隨著農(nóng)村勞動(dòng)力老齡化、城市化的進(jìn)程不斷加快，該技術(shù)用工成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題逐漸顯現(xiàn)出來[3]。 而麥后直播棉具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、輕簡、利于機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn)[4]。 研究表明：麥后直播棉技術(shù)可以緩解棉糧的爭地矛盾， 實(shí)現(xiàn)棉糧雙豐收[5]。 因此，近幾年在該棉區(qū)推廣的面積越來越大。

肥料運(yùn)籌是棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要調(diào)控措施之一，并影響其營養(yǎng)元素的吸收和利用[6]。我國耕地面積占全球耕地面積總量的7%左右， 但化肥施用量卻達(dá)到全球總量的30%[7]。 另外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的肥料利用率較低，氮肥當(dāng)季利用率僅有30%～35%，肥料利用率與發(fā)達(dá)國家相差十幾百分點(diǎn)[7-8]。為使棉花獲得更高的產(chǎn)量，傳統(tǒng)種植方法通常是基施加多次追肥，但施肥量大，利用率低，易造成面源污染, 不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 而且在追肥時(shí)還會(huì)對(duì)棉花果枝造成機(jī)械損傷，降低棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[9]。 緩釋肥是一種新型的肥料，因具有緩釋特性，肥料利用率高，不僅能降低施肥量，而且能減少施肥次數(shù)，已成為棉田減少肥料施用、實(shí)現(xiàn)輕簡高效施肥的主要研究方向[10]。胡偉等[11]認(rèn)為，與同等施氮量下的普通尿素處理相比，控釋尿素氮180 kg·hm－2的處理平均增產(chǎn) 21.47%，控釋尿素氮120 kg·hm－2的處理平均增產(chǎn)為14.76%，緩釋氮肥比普通氮肥減少30%的氮肥施用量不會(huì)引起棉花減產(chǎn)。 羿國香等[12]也認(rèn)為同等施氮量條件下，緩控釋尿素比普通尿素處理增產(chǎn)。 但是緩釋肥對(duì)于長江流域小麥后直播棉氮素吸收和利用研究較少，本文擬研究緩釋氮肥運(yùn)籌對(duì)小麥后直播棉產(chǎn)量及氮素吸收和利用的影響，以期明確緩釋肥最佳施用量和施用時(shí)間，為棉花輕簡高效生產(chǎn)提供理論與實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2016―2017 年在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行， 試驗(yàn)地為沙壤土， 土壤全氮含量1.23 g·kg－1、有機(jī)質(zhì)含量 19.6 g·kg－1、水解氮69.1 mg·kg－1、速效磷 35.8 mg·kg－1、速效鉀86.22 mg·kg－1。 采用小麥后直播方式播種，分別于 2016 年 6 月 13 日、2017 年 6 月 5 日播種，供試品種為中棉所50。試驗(yàn)用緩釋肥為緩釋長效肥聚氨酯包膜尿素（N：44%，由山東大茂生態(tài)肥業(yè)有限公司提供）。 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)氮素用量和施用時(shí)間2 個(gè)因素，以常規(guī)氮肥（CK1）和不施氮肥（CK2）為對(duì)照。 緩釋肥設(shè)3 個(gè)用量水平和2個(gè) 施 肥 時(shí) 期 。 純 氮 用 量 分 別 為 45 kg·hm－2（102.27 kg·hm－2緩釋氮肥）、90 kg·hm－2（204.55 kg·hm－2緩釋氮肥）和 135 kg·hm－2（306.82 kg·hm－2緩釋氮肥），分別以 A1、A2、A3 表示；2 個(gè)施肥時(shí)間分別為2 葉期和4 葉期施肥，分別以B1、B2 表示， 采用一次性施入的方式。 常規(guī)施肥為純氮90 kg·hm－2（肥料為尿素）， 分別于苗期 （2 葉 1心）和初花期施用，分別占比為40%、60%。 具體見表1。 磷、鉀肥為過磷酸鈣（P2O514%）和氯化鉀 （K2O 60 %）， 用量分別為 82.5 kg·hm－2、165 kg·hm－2。 試驗(yàn)共 8 個(gè)處理，3 次重復(fù)，5 行區(qū)， 小區(qū)面積 32.4 m2。 種植密度為 140 000 株·hm－2。 分別于 2016 年 10 月 20 日和 2017 年 10月 15 日噴施脫葉催熟劑 2 250 mL·hm－2（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)提供）。 其他管理措施按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)要求進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)及代號(hào)Table 1 Experimental design and code

1.2 調(diào)查與測定項(xiàng)目

1.2.1產(chǎn)量及其構(gòu)成。產(chǎn)量：于9 月20 日調(diào)查每小區(qū)中間2 行的棉鈴個(gè)數(shù)， 計(jì)算單株成鈴數(shù)；11月1 日一次采收并計(jì)實(shí)產(chǎn)。鈴重、衣分：11 月1 日每小區(qū)選取連續(xù)10 株代表性植株， 待吐絮后稱取50 個(gè)棉鈴籽棉重，計(jì)算鈴重，軋花后稱取纖維重，計(jì)算衣分。

1.2.2田間取樣。兩年均于 7 月 30 日、8 月 15日、8 月 30 日、9 月 15 日進(jìn)行棉株取樣， 各處理每期取棉株5 株，帶回實(shí)驗(yàn)室后采用常壓烘箱干燥法對(duì)樣品進(jìn)行處理，105 ℃殺青 0.5 h，80 ℃烘干至恒重，然后測干物質(zhì)質(zhì)量及氮素含量。

1.2.3氮素積累量、干物質(zhì)積累量、利用率。氮素含量：用奈氏比色法測定[13]；氮素積累量：干物質(zhì)質(zhì)量×氮素含量[13-14]。氮肥回收利用率NARE（%）＝（施氮區(qū)地上部分吸收的氮量－無肥區(qū)地上部分吸收的氮量）/施氮量×100[13-14]。氮肥農(nóng)學(xué)利用效率 NAE （kg·kg－1）＝（施氮區(qū)棉花皮棉產(chǎn)量－無氮區(qū)的棉花皮棉產(chǎn)量）/ 施氮量[13-14]。 氮肥偏生產(chǎn)力：NPFP （kg·kg－1）＝棉花產(chǎn)量 / 施氮量[13-14]。氮肥生理利用率：NPE （kg·kg－1）＝（施氮區(qū)籽棉產(chǎn)量－無氮區(qū)的籽棉產(chǎn)量）/ （施氮區(qū)植株吸氮量－無氮區(qū)的植株吸氮量）[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013、SPSS19.0 等軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 緩釋氮肥對(duì)小麥后直播棉產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表2 表明，不同處理對(duì)產(chǎn)量有明顯影響。 隨著氮素用量的增加，籽棉和皮棉產(chǎn)量呈先增加后降低的特征， 其中A2B1、A2B2 處理籽棉產(chǎn)量明顯高于其它處理， 且分別比CK2 處理高9.1%、25.0%（2016 年）；14.4%、9.6%（2017 年）。 說明緩釋肥氮素90 kg·hm－2時(shí)有利于提高產(chǎn)量水平。兩個(gè)施肥時(shí)期相比，2016 年表現(xiàn)為B2 （4 葉期）施用產(chǎn)量高，2017 年結(jié)果正好相反。 上述結(jié)果表明緩釋肥施氮 90 kg·hm－2，并于 2 葉期或 4 葉期施用有利于小麥后直播獲得高的產(chǎn)量。

產(chǎn)量構(gòu)成分析進(jìn)一步表明，各處理間群體成鈴數(shù)存在顯著差異，其中2017 年A2B1、A2B2 處理顯著高于其他處理。 在鈴重、衣分方面，各處理間差異不顯著。 上述結(jié)果說明不同處理間籽棉產(chǎn)量的差異主要由群體成鈴數(shù)引起，提高小麥后直播棉產(chǎn)量應(yīng)主攻群體成鈴數(shù)。

2.2 緩釋氮肥對(duì)小麥后直播棉干物質(zhì)積累的影響

圖1 表明，2 年試驗(yàn)的群體營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量均隨生育進(jìn)程呈增加的趨勢，且緩釋氮肥處理營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量總體上均高于CK1、CK2。 緩釋氮肥處理間相比，A3B1 處理最高，A2B1、A3B2 其次，A1B2 最低。 施氮量相同條件

下，2 葉期緩釋氮肥處理營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量均大于4 葉期處理。 施肥時(shí)期相同條件下，營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量隨施氮量的增加而增加。 可見，緩釋肥氮素施用量和施用時(shí)期均對(duì)小麥后直播棉花群體營養(yǎng)器官生物量有顯著影響。

表2 不同處理對(duì)小麥后直播棉產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Table 2 Effect of different treatments on yield and component factor of direct seeded cotton after wheat

圖1 不同處理對(duì)棉花群體營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累的影響Fig.1 Effect of different treatments on dry matter accumulation of vegetative organs

圖2 表明，群體生殖器官干物質(zhì)積累均隨生育進(jìn)程呈不斷增加，尤其以秋桃形成期增長幅度更大。施氮量相同條件下，2 葉期緩釋氮肥處理的營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量均大于4 葉期緩釋氮肥處理。施肥時(shí)期相同條件下，生殖器官干物質(zhì)積累量總體表現(xiàn)隨施氮量的增加呈先增加后下降的趨勢。此外，秋桃形成期（8 月 30 日— 9 月20 日），處理 A2B1、A2B2 生殖器官干物質(zhì)積累量都能保持較高的水平。 說明緩釋肥氮素用量90 kg·hm－2更利于生育后期生殖器官干物質(zhì)積累。

圖2 不同處理對(duì)棉花生殖器官干物質(zhì)積累的影響Fig.2 Effect of different treatments on dry matter accumulation of reproductive organs

表3 表明，不同處理間群體總干物質(zhì)積累量有顯著差異，且2 年基本表現(xiàn)為：施氮量相同條件下，2 葉期緩釋氮肥處理的干物質(zhì)積累量大于4 葉期緩釋氮肥處理。在施肥時(shí)期相同條件下，施肥量90 kg·hm－2的處理干物質(zhì)積累量總體上高于其他處理。 不同處理間 A2B1、A2B2、A3B1 顯著大于CK2，其他處理與CK2 差異不明顯。 說明緩釋肥中高氮素處理更有利于小麥直播棉群體總干物質(zhì)積累量增加，且促進(jìn)群體總干物質(zhì)積累有利于產(chǎn)量提高。

2.3 緩釋氮肥對(duì)小麥后直播棉氮素積累量的影響

圖3 表明，不同處理營養(yǎng)器官氮素積累量隨生育進(jìn)程而不斷增加。 緩釋氮肥處理間比較，施氮量相同時(shí)，2 葉期緩釋氮肥處理的營養(yǎng)器官氮素積累大于4 葉期處理。 施肥時(shí)期相同時(shí)，秋桃形成期（8 月 30 日－9 月 20 日），氮素積累量表現(xiàn)為A2＞A3＞A1。 至有效結(jié)鈴臨界期（9 月 20日）， 緩釋肥中高氮素處理更有利于營養(yǎng)器官氮素吸收積累。 如 2017 年 A2B1、A2B2、A3B1 處理分別比 CK2 高 22.6 kg·hm－2、22.2 kg·hm－2、18.2 kg·hm－2，且差異達(dá)顯著水平。 相關(guān)分析進(jìn)一步表明營養(yǎng)器官氮素積累量與干物重呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān) （2016 年、2017 年的相關(guān)系數(shù)分別為0.862 7**、0.845 3**）。 因此氮素吸收過多會(huì)引起營養(yǎng)器官生物量過多，不利于產(chǎn)量形成。

圖4 表明， 生殖器官氮素積累呈先緩慢增加、后快速增加的趨勢，且2 年間趨勢基本相似。緩釋氮素用量相同情況下，2 葉期緩釋氮肥處理的生殖器官氮素積累量明顯高于4 葉期處理。 施肥時(shí)期相同條件下，A2 生殖器官氮素積累量最高，A3 其次，A1 最低。 至有效結(jié)鈴臨界期（9 月20 日），緩釋肥中高氮素處理同樣有利于生殖器官氮素吸收積累。多元回歸分析（圖5）進(jìn)一步表明，兩年吸收氮素在 80～140 kg·hm－2時(shí)，群體生殖器官干物質(zhì)積累量最高。 因此保持適宜的氮素供給有利于產(chǎn)量器官的發(fā)育， 獲得更高的產(chǎn)量。

表3 不同處理對(duì)小麥后直播棉群體總干物質(zhì)積累量的影響Table 3 Dry matter accumulation of direct seeded cotton after wheat harvest under different treatments/（kg·hm－2）

圖3 不同處理對(duì)小麥后直播棉營養(yǎng)器官氮素積累的影響Fig.3 Effect of different treatments on nitrogen accumulation in vegetative organs of direct seeded cotton after wheat harvest

圖4 不同處理對(duì)小麥后直播棉生殖器官氮素積累的影響Fig.4 Effect of different treatments on nitrogen accumulation in reproductive organs of directseeded cotton after wheat harvest

圖5 小麥后直播棉生殖器官氮素積累與干物質(zhì)積累量的關(guān)系Fig.5 Relationship between nitrogen accumulation and yield in reproductive organs of direct seeded cotton after wheat harvest

2.4 緩釋氮肥對(duì)小麥后直播棉氮素吸收利用效率的影響

表4 表明，氮肥回收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥生理利用率在施肥時(shí)期相同條件下，隨著施氮量的增加呈現(xiàn)下降的趨勢。 緩釋肥氮素 45 kg·hm－2時(shí)，氮肥回收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥生理利用率最大。施氮量相同時(shí)，2 葉期施用的氮肥回收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力明顯高于4 葉期。 氮肥生理利用率則表現(xiàn)出相反的趨勢。 不同處理間利用率差異顯著，總體均表現(xiàn)為：A1B1、A1B2、A2B1 顯著高于CK2，A2B2 與 CK2 差異不顯著， 但 A3B1、A3B2 卻顯著低于CK2。 說明每公頃施用45～90 kg 氮肥時(shí)，更有利于提高小麥后直播棉對(duì)氮素的吸收利用。

表4 緩釋氮肥對(duì)小麥后直播棉氮素吸收利用率的影響Table 4 Effect of slow-release nitrogen fertilizer on nitrogen absorption and utilization of direct seeded cotton after wheat harvest

回歸分析表明： 兩年的氮肥回收利用率都與籽棉產(chǎn)量呈顯著的拋物線關(guān)系， 其中y2016＝－1.2062x2＋99.474x＋1421.3 （r＝0.7391**）；y2017＝－1.195 6x2＋132.16x＋260.05（r＝0.772 7**），上述2 個(gè)方程表明， 氮素回收利用率在53%～58%時(shí)， 籽棉產(chǎn)量高。 因此保持適宜的氮素吸收效率更有利于提高產(chǎn)量。

3 討論與結(jié)論

3.1 高密度（140 000株·hm－2）并于2葉期施用氮用量90 kg·hm－2的緩釋肥能提高小麥后直播棉產(chǎn)量

前人研究表明，每公頃施用緩釋肥氮素用量150～375 kg 時(shí)， 可提高移栽棉產(chǎn)量及氮肥利用率[16-18]。 但是本文研究結(jié)果則表明，在小麥后直播條件下，均以2 葉、4 葉期施入的緩釋肥氮素用量90 kg·hm－2產(chǎn)量較高。 這與前人研究結(jié)果并不完全一致。 這可能是由于前人采用的主要為育苗移栽種植方式，其主要通過“小、壯、高”途徑來實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)培育大個(gè)體，通過提高肥料用量提高單個(gè)植株的生長發(fā)育來促進(jìn)產(chǎn)量增加[19－20]。 而本文采用的小麥后直播種植方式，其主要通過“矮、密、早”途徑實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)通過合理協(xié)調(diào)個(gè)體和群體發(fā)育來實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，肥料用量有所下降。 由群體干物質(zhì)積累量結(jié)果表明， 在高密度條件下，小麥后直播棉施入緩釋肥氮素用量為90 kg·hm－2時(shí)其群體總干物質(zhì)積累量達(dá)到約11 000 ～14 000 kg·hm－2，明顯高于低施肥處理，與高施肥處理相差不大；且該施肥條件下棉花群體營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量達(dá)到約5 500～8 500 kg·hm－2、生殖器官積累量達(dá)到約 4 000～6 000 kg·hm－2，說明群體干物質(zhì)積累量分配到生殖器官的比例也大，有利于高產(chǎn)。 而移栽棉干物質(zhì)積累量與之相似，產(chǎn)量水平也基本相當(dāng)，但移栽棉純氮施用量則達(dá)到了 300 kg·hm－2左右且施用了 3～4 次[21]。由此可見，小麥后直播棉栽培通過高密度配合緩釋肥并于苗期一次施用，降低施用量，且施用時(shí)期前移，同樣能獲得與移栽棉相似的干物質(zhì)生產(chǎn)量。 此外兩年試驗(yàn)結(jié)果表明2016 年產(chǎn)量比2017年產(chǎn)量低，2016 年4 葉期處理產(chǎn)量高； 主要是由于2 葉期受臺(tái)風(fēng)影響，2 葉期處理由于當(dāng)時(shí)長勢長相更好，在花鈴期反而受臺(tái)風(fēng)影響更大，因而產(chǎn)量更低。 而2017 年屬于正常的年份，2 葉期處理產(chǎn)量雖與4 葉期沒有顯著差異，但產(chǎn)量水平更高且更有利于早熟（吐絮率和吐絮強(qiáng)度更高），從而有利于集中采收和機(jī)采，因此我們認(rèn)為2 葉期施用緩釋肥更好。 綜上， 應(yīng)用緩釋肥氮素用量90 kg·hm－2并于2 葉期一次施肥既可實(shí)現(xiàn)施肥技術(shù)的輕簡化，又能獲得較高的產(chǎn)量水平，達(dá)到輕簡高效的目的。

3.2 高密低肥條件下氮素利用效率的顯著提高是該種植方式高產(chǎn)的營養(yǎng)基礎(chǔ)

傳統(tǒng)的育苗移栽棉氮肥利用率通常在30%～35%，且施肥次數(shù)多，施肥量大[22]。 這樣的施肥方式不僅用工量大，肥料流失多，易對(duì)環(huán)境造成不良影響，不利于棉花生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。 本研究則表明，在小麥后直播棉的種植方式下，緩釋肥的應(yīng)用，氮肥回收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力等吸收利用效率得到了顯著提高。 在施用緩釋肥氮素用量90 kg·hm－2時(shí)，兩年回收利用率達(dá)到45.95%～60.89%，且氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和生理利用率也顯著提高。 可見氮肥吸收利用效率的大幅度提高是該高密低肥種植方式同樣高產(chǎn)的重要營養(yǎng)基礎(chǔ)。

綜合群體營養(yǎng)器官、生殖器官氮素積累量與產(chǎn)量的關(guān)系表明， 在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，2 葉施純氮90 kg·hm－2的緩釋肥能有效提高了氮素利用效率，特別是回收利用率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)率和生理利用率的提高，從而促進(jìn)生殖器官和群體總生物量積累，為高產(chǎn)養(yǎng)分利用基礎(chǔ)。 因此，該肥料運(yùn)籌方式可為長江流域麥后直播棉肥料合理運(yùn)籌提供實(shí)踐指導(dǎo)。