长江流域由春播移栽棉转型到夏直播棉是传统精耕细作植棉方式转向轻简化栽培技术的标志[1],该模式以麦(油)后机械直播,缩短生产周期及大幅度提高密度为特征,提高了植棉机械化水平[2]。由于该模式密度的提高,前期施肥容易导致营养生长过度,提高病、虫、草害管理难度,浪费资源；夏直播棉采用的是早熟常规品种,更快开花和成熟,开花后3 周是土壤施肥的时间节点,超过该节点再通过土壤施肥对棉花产量形成被证明是无效的,即常规花铃肥不适宜夏直播棉生长发育的需要,棉花肥料运筹需要优化,王强等[3-4]通过系统研究夏直播棉需肥规律,发现在棉花养分吸收的第2个临界期到来时(初花期),于见花当天一次施肥,该效果与常规分次施肥相比,棉花产量没有显著差异,肥料利用率显著提高,并简化了施肥次数；此外,由于生产周期缩短及密度的提高,夏直播棉对肥料需求量明显下降,特别是氮肥需要量下降。

氮肥是棉花最重要的肥料,氮肥用量直接影响棉花的产量和品质。氮肥用量不足会降低产量和品质,氮肥施用过多会导致棉花疯长、烂铃、贪青晚熟、脱叶困难及产量品质下降等问题[5]。当前长江流域棉花生产中,增施氮肥对棉花增产效果不显著,却增加了物质成本投入；同时,高氮水平下棉花贪青晚熟及过长的生产周期极易遭遇长江流域在10月份出现阴雨寡照天气,导致棉花田间郁蔽,烂桃,严重影响产量,脱叶困难,难以一次机械采收[6]。因此,在棉花受控衰老及简化施肥双重需求下,减少施肥次数、降低氮肥投入及提高氮肥利用率而实现“减投不减产”已经成为夏直播棉主要的研究方向之一[7-8]。

一般认为,长江流域中下游棉区棉花适宜氮肥用量为300 kg/hm2,在迟播高密下可减少为225 kg/hm2,而不影响产量[2, 9]。李飞等[10]对长江流域油棉连作模式下氮肥用量研究中发现最佳施氮量为250～270 kg/hm2;刘芳等[11]对长江流域油后直播棉花施氮量研究得出最佳施氮量为228 kg/hm2,而氮肥表观利用率、偏生产力和农学利用率均随施氮量的增加而显著降低,宋兴虎等[12]研究发现在中等肥力棉田迟播高密度下于见花期一次性施用氮肥,快速累积期生殖器官生物质累积强度增加,氮肥用量减为180 kg/hm2 对产量性状和品质性状没有不利影响,文明等[13]研究发现棉花高氮条件下会造成棉花中后期营养生长过旺,不利于干物质向生殖器官分配,适量减氮不会显著降低棉花产量。为了更好控制棉花后期长相,避免贪青晚熟,也为了能提高氮肥当季利用率,最大可能降低氮肥投入,对夏棉适宜氮肥用量范围值得深入研究。为此,我们在湖北棉花主产区开展了一年多点的适宜施氮量试验研究,以期为本地区夏直播机采棉高效栽培提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地情况

于2018年分别在武昌、襄阳、荆门、荆州、黄冈等地同步实施。前茬作物,襄阳、荆州为小麦,黄冈、荆门为油菜,武昌为冬闲田。土壤类型,襄阳为黄褐土,荆州为壤土,黄冈为潮土,荆门和武昌均为黏土。

1.2 试验设计

设置5个氮肥用量(处理),其代号及内容为：① N120(120 kg/hm2)；② N150(150 kg/hm2)；③ N180(180 kg/hm2)；④ N210(210 kg/hm2)；⑤ N240(240 kg/hm2)。品种选用晶华116,磷肥用量(P2O5)54.0 kg/hm2,钾肥用量(K2O)180.0 kg/hm2。

小区面积30.4 m2,长10 m,宽3.04 m,4行区。种植密度为7.5株/m2,行距0.76 m。随机区组排列,重复3次。

1.3 田间管理

播种施肥：各试验点于5月25-28日点播,每穴播种2～3粒。6月5日左右出苗,喷施生石灰半量式波尔多液,3叶期定苗。即采用尿素(46.4% N),过磷酸钙(12% P2O5),氯化钾(59% K2O),硼砂(10% B)(15 kg/hm2),全部肥料混合均匀后于见花期在厢面2行中间开10 cm以上沟施入,覆土。

化学调控：不整枝,5叶期喷施缩节胺,盖顶喷、两侧喷,大苗多喷、小苗少喷,塑造紧凑株型。连续喷施3次,间隔15 d(或每增加5叶),缩节胺用量(g/hm2)分别为7.5～15.0,15.0～30.0,30.0～45.0。8月5日前打小顶(去掉展开叶以上生长点),喷缩节胺60 g/hm2。10月10日前喷施乙烯利3.0～4.5 L/hm2催熟。

病虫草防治：杂草坚持阈值管理原则；苗、蕾期中耕松土、除草、灭茬、破除板结,花铃期灌水抗旱、防治病虫。

1.4 数据调查与方法

1.4.1 生育进程 为连续统计一行中长势均匀一致的棉株15株,分别统计子叶平展、现蕾、开花、吐絮的株数,以达到50%为标准,记为该生育时期的日期。

1.4.2 棉花长相 8月15日连续统计一行中长相均匀一致的棉株15株,果枝始节位、小铃(含白花)、大铃、烂铃数；9月15 日调查棉花株高、果枝数、成铃数；10月20日调查棉花絮铃数,实际密度及无效棉株数。

1.4.3 棉花产量和纤维品质 分2～3次按小区收获吐絮铃、晒干称质量,累计实收产量,并收取正常吐絮棉铃50个,考察铃质量、衣分,取20 g皮棉测定纤维品质5项指标。并以铃质量、衣分及9月15日调查的铃数为依据计算理论产量。

1.5 数据分析

以地点和处理为固定因素,用SPSS 17.0对数据进行方差分析和平均数比较,平均数比较时使用Duncan 氏多重比较。

2 结果与分析

2.1 氮肥用量对棉花产量及其构成的影响

不同氮肥处理的产量和产量构成性状不存在显著差异,氮肥施用量对产量无显著影响；不同试验点的产量及其构成性状存在显著差异。棉花产量及其构成没有受到环境与氮肥用量互作的影响(表 1)。

注：不同小写字母表示其在0.05水平上存在差异。图1、表2-4同。

Note：Different lowercase letters mean significantly different at the 0.05 probability level.The same as Fig.1,Tab.2-4.

通过有效株调查分析,不同氮肥处理的实际密度没有显著差异,均在7.5 株/m2。单株成铃数和单位面积成铃数没有显著差异,单株成铃11～12个,单位面积成铃83～87 个/m2。单铃质量和衣分均没有显著差异,单铃质量5 g左右,衣分40%左右。因此,理论核算后,不同氮肥用量处理间理论籽棉、皮棉产量没有差异,随氮肥用量增加,趋势为先增后减,理论皮棉最高处理N210为1 844 kg/hm2,最低处理N240理论皮棉产量为1 691 kg/hm2。4个不同地点上,不同氮肥用量处理对产量的影响趋势比较一致,都是先升后降(图 1),黄冈点产量最高处理为N180,荆州处理产量最高处理为N150,武昌点产量最高处理为N210,襄阳点产量最高处理为N150,4个试验点不同氮肥用量处理间都没有显著差异。

实际产量随氮肥用量增加,棉花实际籽棉和皮棉产量呈现先增加后减少的趋势(图2),其中N120处理实际皮棉产量最高为1 498 kg/hm2,但是处理间差异不显著(P>0.05)。

而不同地点间产量及其产量构成存在极显著差异,产量大小按照黄冈、襄阳、武昌、荆州依次递减。但是氮肥用量与环境之间没有互作,仅环境因素独立影响棉花产量及其构成。

2.2 氮肥用量对棉花纤维品质的影响

氮肥对棉花纤维品质的影响表现为：不同氮肥用量处理间不存在显著差异,上半部平均长度为30 mm左右,整齐度指数为86%左右,断裂比强度为31～32 cN/tex,马克隆值5.3～5.4,伸长率6.8%(表 2)。

不同地点间棉花品质指标中整齐度和伸长率没有显著差异,但是长度、强度和马克隆值略有差异。上半部平均长度黄冈的最长为31.3 mm,其次为襄阳30.4 mm,最短的为武汉28.7 mm；断裂比强度也按照黄冈>襄阳>荆州>武昌依次递减,马克隆值差异小,均在C2级。

氮肥用量与环境互作对上半部平均长度有显著影响,可能与土壤肥力有关,黄冈和襄阳土壤肥力比武昌和荆门好。因此,土壤越肥,对棉花品质形成越有利。

2.3 氮肥用量对棉花生育进程及田间长相的影响

见花一次施肥的时间为初花期,氮肥用量对夏直播棉播种-出苗期、苗期、蕾期没有产生显著影响。不同氮肥用量处理间由于花铃期差异不显著,全生育期也就没有显著差异。不同试验点间生育进程差异显著(表3)。播种出苗期,武昌最长(9.1 d),其次是荆州和襄阳(8.0 d),黄冈最短(6.0 d)；苗期长短顺序为襄阳>武昌>荆州>黄冈；蕾期长短顺序为黄冈>荆州>武昌>襄阳；花铃期长短顺序为襄阳>黄冈>荆州；生育期长短顺序为襄阳>黄冈>荆州。氮肥处理与环境互作对棉花生育进程没有显著影响,地点间的差异独立影响棉花的生育进程。

在见花一次施肥下,不同氮肥处理对苗期没有产生作用,因此,对果枝始节位没有显著影响(现蕾时还没有施肥),但是不同地点间存在差异,果枝始节位变化特征与不同地点间苗期长短一致,苗期长的果枝始节位就越高。

不同氮肥处理对棉花株高没有显著影响,但是不同地点间差异比较显著,两者互作对棉花株高没有显著影响。地点间棉花长相差异主要受土壤肥力和天气的影响,黄冈土肥,长势旺,襄阳伏旱质量,对棉花的营养生长与生殖生长均十分不利,棉花植株普遍较往年偏矮,因此黄冈点株高最矮。

注：/.数据缺失。

Note：/.Missing data.

2.4 氮肥用量对棉花成铃结构的影响

夏直播模式下,由于晚播,所以没有伏前桃,伏桃与秋桃比例接近1∶2,产量组成主要是秋桃,成铃高峰期后延,这是与春播棉最大的区别。见花1次施肥量对此模式伏桃和秋桃没有显著影响。不同地点对伏桃和秋桃数量有显著影响,伏桃较少的产量较低,但是产量与成铃结构间的关系并没有规律(表4)。

3 讨论

氮肥用量对棉花产量一般表现为棉花产量随氮肥施用量先增加后下降的规律,春播棉最大产量对应氮肥用量为360 kg/hm2[14-15],夏播高密条件下,棉花产量最大值为270 kg/hm2[11],本试验结果也有同样的规律。本试验中,氮肥用量设置的范围为120～240 kg/hm2,5个处理间产量没有显著性差异,但是4个试验点和综合结果来看都显示棉花产量随着氮肥施用量先增后减的规律,黄冈点产量最高处理为N180,荆州处理产量最高处理为N150,武昌点产量最高处理为N210,襄阳点产量最高处理为N150,4个点平均产量最高处理为N150,即夏直播棉在一次施肥措施下最佳氮肥用量出现在120～240 kg/hm2。棉花产量构成因子主要是单位面积成铃数、单铃质量和衣分,本试验氮肥施用范围对这3个因子都没有显著影响。晚播见花一次施肥技术的特点是氮肥后移,氮肥施入土壤后,没有被利用的部分成为下季作物的土壤氮,研究发现,该技术氮肥的后效作用对棉花产量不构成显著影响,氮肥后效可以忽略[12]。因此,基于Yang等[4]“减投不减产”夏棉低耗高效植棉策略考虑,在本试验栽培模式及湖北省植棉生态环境下,推荐施氮量不超过150 kg/hm2为宜。

实际产量与理论产量存在较大差异,主要原因一方面是由于实际收花时最上面1～3个桃由于开裂比较晚,最后没有计入产量,另一方面测量单铃质量和衣分时取样部位为中部桃,得到的单铃质量和衣分比全株单铃质量和大样衣分要高。

棉花纤维品质性状比较稳定,主要由品种特性决定,特别是伸长率和整齐度；栽培因素和土壤肥力及气候因素对长度、强度及马克隆值有比较显著的影响。一般研究认为氮肥过少或者过多都会显著影响棉花的品质形成。宋为超等[16]研究发现纤维马克隆值、比强度随着施氮量增加均呈先升后降的趋势, 都在375 kg/hm2 施氮量下有最优值；Rochhester等[5]研究发现马克隆值随施氮量的增加而降低。本试验氮肥施用量范围对夏直播棉产量5个指标皆没有显著影响,在晚播见花一次施肥栽培技术条件下,氮肥施用120～240 kg/hm2 对纤维品质都没有产生影响,夏直播条件下棉花纤维在本试验一次见花施氮量范围内品质稳定。

氮肥过量或施肥不足均易导致棉花旺长或贪青晚熟,这在棉花生产中是常见的现象。在夏直播一次见花施肥栽培技术体系中,见花前不施肥料氮,苗期和蕾期仅吸收土壤氮,生长偏弱较好地预防了棉花旺长,降低了前期田间管理难度。在棉花需肥最旺的花铃期来临前一次施肥,不但简化了施肥次数,也提高了肥料利用率[8]。本试验氮肥用量范围内,对夏直播棉生育进程没有显著影响,对田间长相(株高)也没有显著影响,不同地点间的长相差异主要来源于天气和土壤肥力。因此,本栽培技术体系氮肥施用在120～240 kg/hm2相对安全,简化了棉花田间管理。

夏直播植棉模式由于晚播,区别于春播棉或移栽棉的特点在成铃结构上最为明显。移栽棉由伏前桃、伏桃和秋桃组成,三者最适合的比例为1∶2～6∶2～3为宜[17],高产棉田讲究三桃齐结,伏前桃为主动桃,是保证稳长稳产的标志[18-20]；夏直播模式下没有伏前桃,由伏桃和秋桃组成,主要是成铃盛期后移所致,在长江流域成铃盛期后移有利于避开夏天异常高温天气,可避免花粉高温败育和降低高温导致的落蕾落铃率,对不耐高温品种有更好的适应性。本试验氮肥用量范围对棉花成铃结构没有显著影响,且在没有伏前桃构成下田间营养生长偏旺的现象没有出现,即在湖北省植棉生态区夏直播棉见花一次施肥措施下氮肥施用范围120～240 kg/hm2是适宜的,没有增加棉田管理难度。

综上所述,湖北棉区夏直播棉见花一次施氮肥量在120～240 kg/hm2可以获得比较稳定的产量和纤维品质,对田间长相、生育期等也没有显著影响,简化了施肥及棉田管理难度。不同氮肥用量处理间产量没有显著差异,但是该施肥方式最大产量处理出现在本次设置的氮肥用量之间,因此,基于“减投不减产”增效路径的植棉策略出发,氮肥用量降至150 kg/hm2是可行的。

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The Effects of Different Nitrogen Application Rates on Cotton Yield and Quality Saw in Summer

ZHANG Youchang1, RONG Yihua2, HUANG Xiaoli3, HU Aibing4, LI Hongju5,FENG Changhui1, YAN Xianhui2, LI Wei3, ZHANG Xianhong4, LUO Yanping5, YANG Guozheng6

(1.Cash Crop Institute, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430070, China; 2.Xiangyang Academy of Agricultural Sciences, Xiangyang 441057, China; 3.Huanggang Academy of Agricultural Sciences, Huanggang 438000,China; 4.Jingzhou Academy of Agricultural Sciences, Jingzhou 434000,China; 5.Jingmen (China Agricultural Valley)Academy of Agricultural Sciences, Jingmen 448000, China;6.College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

Abstract： Experiment was carried out to study the effects of five different nitrogen rates(120, 150, 180, 210, 240 kg/ha) applied once fertilization when seeing first flower on cotton yield and quality saw in summer in five trials where are in the main cotton producing areas of Hubei Province in 2018.The results showed that the cotton lint yield increased firstly and then decreased with the increase of nitrogen application rate. And the highest lint yield treatment was N150 by 1 498 kg/ha without significant difference compared with the five nitrogen treatments. That means a relatively stable yield could be obtained within large range nitrogen fertilizer level; There was no significant difference in fiber quality among the five different nitrogen treatments, did also in cotton growth characteristics and field growth. Therefore, under the conditions of cotton planting in summer, it can be obtained stable yield and quality when nitrogen application rate is among 120-240 kg/ha. In order to improve the efficiency of cotton planting according to the strategy of ″reducing investment without reducing production″, and it is feasible to apply nitrogen rate without exceeding 150 kg/ha in Hubei Province.

Key words: Cotton saw in summer; Fertilization when seeing first flower; Nitrogen application rate; Yield; Quality

中图分类号：S143.1

文献标识码：A

文章编号：1000-7091(2019)增刊-0235-07

doi:10.7668/hbnxb.20190465

收稿日期：2019-06-21

作者简介：张友昌(1984-),男,湖北黄石人,助理研究员,硕士,主要从事棉花栽培生理研究。

通讯作者：杨国正(1961-),男,湖北监利人,教授,博士,博士生导师,主要从事棉花高产高效生产及氮肥高效利用研究。