姚青青，孫繪健，羅靜，杜珊珊，何忠盛，王東力，王國洪

（新疆巴音郭楞蒙古自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，新疆 庫爾勒 841000）

施氮對(duì)塑造理想的棉花群體冠層結(jié)構(gòu)、提高群體生物量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)具有決定性作用[1-4]。適宜的施氮水平能夠合理調(diào)控棉花群體結(jié)構(gòu)，促進(jìn)群體葉鈴協(xié)調(diào)生長；而過高或過低的施氮水平易導(dǎo)致棉花徒長或早衰，并且會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)量和纖維品質(zhì)[5-7]。張偉等[8-11]的研究表明，在低水肥條件下，棉花葉面積指數(shù) （leaf area index,LAI）降低、葉傾角增大、葉片直立且光能截獲率降低；而高水肥條件下，棉花LAI 增加、葉傾角變小、葉片平展且光能截獲率提高，但易導(dǎo)致棉花群體中下部通風(fēng)透光性變差、光合速率降低、群體下部葉片脫落加快，同時(shí)郁閉的棉田環(huán)境會(huì)使棉鈴成熟吐絮延遲。目前關(guān)于新疆膜下滴灌條件下棉花冠層結(jié)構(gòu)特征與產(chǎn)量相互關(guān)系的研究大多集中在北疆區(qū)域[1-3,8-15]，但對(duì)南疆尤其是新疆巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱為“巴州”）的相關(guān)研究報(bào)道較少。本研究對(duì)不同追氮量下棉花冠層結(jié)構(gòu)特征的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析，研究不同追氮量對(duì)棉花冠層結(jié)構(gòu)特征的影響，以期為完善新疆巴州棉花高產(chǎn)栽培技術(shù)、豐富科學(xué)施肥理論提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2021 年4－10 月在新疆庫爾勒市巴州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地 （41°74′N，86°12′E）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)日平均氣溫為10.7～11.2 ℃，年均≥10 ℃積溫在4 200 ℃以上，年均降水量為57 mm，無霜期170～227 d，年日照時(shí)間為2 762～3 186 h。2021年的氣候條件正常，無極端天氣發(fā)生。

該試驗(yàn)地長期連作棉花，土壤質(zhì)地為壤土，耕層0～30 cm 土壤含有機(jī)質(zhì)23.1 g·kg－1、全氮1.32 g·kg－1、堿 解 氮51.39 mg·kg－1、速 效 磷56.46 mg·kg－1、速 效 鉀304.41 mg·kg－1，pH 為6.96。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

各處理均在犁地時(shí)施入基肥，肥料種類和用量如下：尿素（N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)46%，下同）150 kg·hm－2，磷酸二銨 （N 和P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為18%和48%）375 kg·hm－2，硫酸鉀（K2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%）225 kg·hm－2。

供試材料為機(jī)采棉品種巴43541[16]。采用機(jī)采棉寬窄行種植模式 （行距配置為66 cm＋10 cm），株距為12 cm，使用機(jī)械覆膜精播，4 月24 日播種。采取膜下有壓滴灌技術(shù)，從6 月底開始滴水施肥?；瘜W(xué)調(diào)控技術(shù)、植保技術(shù)及其他栽培管理技術(shù)與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)棉田相同。

本試驗(yàn)共設(shè)置4 個(gè)追施氮肥水平。N0 處理：生育期不追施氮肥；N1 處理：生育期追施純氮112.5 kg·hm－2；N2 處理：生育期追施純氮225.0 kg·hm－2；N3 處理：生育期追施純氮337.5 kg·hm－2。各處理分別依次按5%、10%、14%、20%、20%、13%、10%和8%的比例分8 次隨水追施氮肥（表1），所用肥料為尿素。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，共計(jì)12 個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)長8 m，寬6 m，面積為48 m2。

表1 各處理氮肥的追施時(shí)間及用量

1.3 性狀調(diào)查

1.3.1棉花冠層結(jié)構(gòu)特征相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。于棉花盛蕾期（6 月29 日）、盛花期（7 月13 日）、花鈴期（7月27 日）、盛鈴期（8 月11 日）和吐絮期（8 月25日），使用CI-110 植物冠層數(shù)字圖像分析儀（美國CID 公司）測(cè)定棉花寬行中間、窄行中間的冠層結(jié)構(gòu)特征值，每個(gè)小區(qū)重復(fù)4～6 次。將安裝有魚眼探測(cè)頭的觀測(cè)棒平穩(wěn)放置在田間觀測(cè)位置，調(diào)好角度，從顯示屏上觀察無人影等其他外界影響時(shí)開始拍照，獲得冠層結(jié)構(gòu)圖像，并得到棉花冠層結(jié)構(gòu)特征值，分別為LAI、平均葉傾角 （mean leaf angle,MLA）、光合有效輻射（photosynthetically active radiation,PAR）和空隙透射系數(shù)（gap fraction transmission coefficient,GFTC）。

1.3.2產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測(cè)定。在棉花吐絮期（9月上旬），調(diào)查試驗(yàn)測(cè)產(chǎn)區(qū)域內(nèi)6.67 m2的結(jié)鈴數(shù)，計(jì)算單位面積結(jié)鈴數(shù)；棉花完全吐絮后 （10 月中旬），在各小區(qū)連續(xù)選取棉株上部（第7 果枝及以上部分）、中部（第4～6 果枝）、下部（第1～3 果枝）完全吐絮棉鈴各100 個(gè)，測(cè)定鈴重和衣分，根據(jù)單位面積結(jié)鈴數(shù)與鈴重計(jì)算籽棉單產(chǎn)，并根據(jù)籽棉單產(chǎn)和衣分計(jì)算皮棉單產(chǎn)[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Microsoft Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及圖表繪制，應(yīng)用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用最小顯著差數(shù)法（least significant difference, LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，采用皮爾遜（Pearson）積差相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同追氮量對(duì)棉花冠層結(jié)構(gòu)特征的影響

2.1.1不同追氮量對(duì)棉花冠層LAI 的影響。各處理（N0、N1、N2、N3）棉花冠層LAI 在整個(gè)生育期呈單峰曲線，峰值出現(xiàn)在花鈴期或盛鈴期，其中N0、N1 和N2 處理的棉花冠層LAI 峰值出現(xiàn)在盛鈴期，N3 處理棉花冠層LAI 峰值出現(xiàn)在花鈴期（圖1）。N2 處理的LAI 在各個(gè)生育時(shí)期均高于其他處理。在盛花期、花鈴期和吐絮期棉花LAI 均表現(xiàn)為N2＞N3＞N1＞N0；而盛鈴期N3 處理的LAI 急劇下降，各處理LAI 表現(xiàn)為N2＞N1＞N0＞N3。但在各生育時(shí)期不同處理的棉花冠層LAI 均無顯著差異。

圖1 不同追氮量處理下棉花冠層LAI 的比較

2.1.2不同追氮量對(duì)棉花冠層MLA 的影響。追施氮肥在促進(jìn)棉花葉片生長的同時(shí)，使MLA 發(fā)生了變化（圖2）。在整個(gè)生育期N1、N3 處理的棉花冠層MLA 均呈單峰曲線，峰值出現(xiàn)在盛鈴期；N2 處理的棉花冠層MLA 在盛花期和盛鈴期達(dá)到最大值；而N0 處理的棉花冠層MLA 呈波動(dòng)增長趨勢(shì)，盛蕾期至盛花期逐漸增大，而后至花鈴期有所下降，花鈴期至吐絮期逐漸升高達(dá)到最大值。各生育時(shí)期不同處理的棉花冠層MLA 均無顯著差異。說明追施氮肥可以在一定程度上調(diào)節(jié)棉花冠層葉傾角，使其在盛鈴期處于最大值，該時(shí)期葉片直立有利于提高棉田封行后的冠層透光性能。

圖2 不同施氮量處理下棉花冠層MLA 的比較

2.1.3不同追氮量對(duì)棉花冠層PAR 的影響。各處理的棉花冠層PAR 在整個(gè)生育期的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)幾乎一致（圖3）。各生育時(shí)期不同處理的棉花冠層PAR 均無顯著差異。N0、N1、N2、N3 處理的PAR均在盛蕾期處于最高水平，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，PAR 呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。其中，N0 和N3 處理的PAR 在花鈴期降至最低水平，N1 和N2 處理的PAR 值在盛鈴期降至最低水平，其后至吐絮期又逐漸升高。說明適量追施氮肥能夠?qū)⒚藁ㄈ后w冠層PAR 降至最低水平的時(shí)期推遲到盛鈴期，延緩棉花群體中下部葉片衰老脫落，利于提高群體光合速率。

圖3 不同施氮量處理下棉花冠層PAR 的比較

2.1.4不同追氮量對(duì)棉花冠層GFTC 的影響?？傮w來看，N0、N1 和N3 處理的棉花冠層GFTC 均呈現(xiàn)先增大后降低的單峰曲線，峰值出現(xiàn)在盛花期，最低值出現(xiàn)在吐絮期；N2 處理的棉花冠層GFTC 則呈現(xiàn)先增大后降低再增大的變化趨勢(shì)，峰值也出現(xiàn)在盛花期，但最低值出現(xiàn)在盛鈴期（圖4）。同一生育時(shí)期各處理的棉花冠層GFTC 均無顯著差異。

圖4 不同施氮量處理下棉花冠層GFTC 的比較

2.2 棉花群體冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)間及其與產(chǎn)量性狀的相關(guān)分析

2.2.1棉花冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)間的相關(guān)分析。對(duì)整個(gè)生育期棉花群體冠層結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)LAI 與MLA 呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與PAR 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；MLA 與PAR 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；而GFTC 與LAI、MLA、PAR 之間的相關(guān)關(guān)系均不顯著（表2）。隨著棉花群體冠層LAI和MLA 的增大，群體中下部光合有效輻射降低，表明棉花葉片大小和葉傾角能夠調(diào)控群體內(nèi)部的通風(fēng)透光性能，影響群體吸收光能的效率。因此，推測(cè)通過調(diào)節(jié)棉花群體LAI 和MLA 塑造相對(duì)理想的棉花群體冠層結(jié)構(gòu)是可行的。

表2 棉花冠層結(jié)構(gòu)特征各指標(biāo)間的相關(guān)性

2.2.2棉花冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)分析。進(jìn)一步對(duì)不同生育時(shí)期的棉花冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素（單位面積結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分、籽棉單產(chǎn)和皮棉單產(chǎn)）進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明：蕾期，棉花MLA 與衣分呈顯著正相關(guān)關(guān)系；盛鈴期，棉花LAI 與單位面積結(jié)鈴數(shù)、籽棉單產(chǎn)及皮棉單產(chǎn)均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，PAR 與單位面積結(jié)鈴數(shù)、籽棉單產(chǎn)及皮棉單產(chǎn)均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（表3）。以上結(jié)果表明通過調(diào)控棉花群體冠層結(jié)構(gòu)會(huì)影響棉花產(chǎn)量的形成，其中以盛鈴期的棉花冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響最具有代表性。

表3 不同生育時(shí)期棉花冠層結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

膜下滴灌條件下，不同的水肥調(diào)控措施能夠?qū)γ藁ㄈ后w的生長發(fā)育及冠層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響[1-12]。生育期內(nèi)適宜的施肥及農(nóng)業(yè)管理措施，可以塑造良好的棉花群體冠層結(jié)構(gòu)，使棉花獲得較為適宜的LAI 和MLA，改善群體中下部通風(fēng)透光環(huán)境，提高群體光合速率，最終達(dá)到提高棉花產(chǎn)量和改善纖維品質(zhì)的目的[13-22]。根據(jù)本研究及前期研究結(jié)果[17]，在追施純氮112.5 kg·hm－2（N1 處理）條件下，整個(gè)生育期內(nèi)巴43541 群體冠層的LAI 均處于較高水平，MLA 在盛鈴期達(dá)到最大值，盛花期至吐絮期的群體GFTC 均高于其他處理，改善了群體中下部通風(fēng)透光性能，同時(shí)PAR 在盛鈴期降至最低水平，延緩了棉花群體中下部葉片衰老脫落進(jìn)程，能夠使棉花葉片在生育期接受更多光能，增強(qiáng)光合速率，從而提高單位面積結(jié)鈴數(shù)和鈴重，提高氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率，最終獲得相對(duì)較高的籽棉及皮棉單產(chǎn)。但隨著追氮量的增加（N2 處理），巴43541 LAI 持續(xù)增大，MLA 減小，群體冠層葉片大且平展出現(xiàn)相互遮擋，導(dǎo)致其GFTC 于盛鈴期提前降到最低值，群體中下部光照環(huán)境變差，棉株中下部葉片接受PAR 的能力減弱，最終使其產(chǎn)量低于N1 處理[17]。

已有研究表明，棉花群體冠層結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間存在顯著相關(guān)性，并且不同生育時(shí)期的棉花LAI 與產(chǎn)量之間也存在線性正相關(guān)性，尤其在棉花生育后期，LAI 與產(chǎn)量的線性正相關(guān)性達(dá)到顯著水平[5,23-25]。本研究結(jié)果顯示，巴43541 群體冠層的LAI、MLA 與PAR 均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且盛鈴期的棉花LAI、PAR 與單位面積結(jié)鈴數(shù)、籽棉單產(chǎn)及皮棉單產(chǎn)具有顯著相關(guān)性。