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不同配肥模式对滴灌棉花氮素吸收利用规律研究引言【研究意义】2018年新疆棉花实播面积为230.47×104hm2(3457万亩),同比增长2.2%,其种植面积占全国总面积的比例为70%,是我国最大的优质商品棉生产基地滴灌是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式,滴灌条件下施用氮肥能够增加叶片叶绿素含量、促进光合速率,并且滴灌施肥能使肥效加快,养分利用率提高,既可节约氮肥又可保护环境[1]以N-W-N的滴灌水肥配施模式为基础,在滴灌棉花不同生育时期开展小区试验,研究不同施肥时段对氮素吸收利用的影响,分析滴灌棉花生长需求的最佳配肥时段,建立滴灌棉花不同生育时期的追肥制度,为提高滴灌棉花氮素利用效率提供理论和技术支撑前人研究进展】滴灌技术在新疆大面积推广以来,滴灌棉花的产量和氮素利用率得到显著提高[2]滴灌棉花早期的生长受水分与养分及其耦合效应的影响[3];而棉花后期生长发育主要受水、肥等土壤养分的影响[2]合理的氮肥运筹不仅减少盐分对作物生长和产量的不利影响[4],也减少因过量施氮造成的环境污染[5]目前我国棉花氮肥利用率仅为30%～40%[6],与发达国家氮肥利用率60%相比仍有较大差距,棉花生产中合理的氮肥运筹不仅可以提高棉花的产量和品质,还可以提高氮素的利用效率,减少因过量施氮造成的环境污染[7]。

棉花对氮素的吸收利用受水肥条件的影响很大,侯振安等[8,9]研究表明,不同的施肥策略显著影响棉花氮素的吸收量,氮肥在一次灌溉施肥的前期施用有利于提高氮肥的利用率,减少氮肥淋洗损失张国龙等[10]研究表明,棉花氮素吸收量和产量受施肥模式的影响,N-W-N处理质量含水率分布呈中间多两端少的趋势,施肥过程的前期和后期施氮肥中间1/3时间灌水(N-W-N),能够调节土壤水,使氮素集中分布在30～40cm土层利于棉花根系的吸收保持在中间土层,降低了氮素淋失的风险能够促进棉花生殖器官的生长发育,加植株全氮在生殖器官中的分配量,显著提高氮素的利用效率,而达到增加产量的效果本研究切入点】陶垿[11]研究不同滴灌施肥方式下,土壤硝态氮分布及棉株氮素利用率,在不同的施肥模式之间,N-W-N模式下的滴灌棉花氮素吸收总量高于其他的施肥模式;且N-W-N施肥模式下花铃中全氮含量占植株总氮量的比例最大、籽棉产量高于其他施肥模式,且差异性明显N-W-N施肥模式能够通过增加滴灌棉花氮素的吸收量和调节氮素在棉株体内的运移分配来提高氮肥的利用效率,实现棉花增产拟解决的关键问题】在滴灌大田试验,研究N-W-N模式下不同配肥时段,即W1(1/3时间浇水,1/3时间施肥,1/3时间浇水)处理、W2处理、W3处理、W4处理对滴灌棉花氮素利用率的影响,分析在高产下对N-W-N模式下不同配肥时段的灌溉技术进行优化。

分析滴灌棉花不同生育时期的最佳配肥时段,优化滴灌棉花追肥制度,为滴灌棉花氮肥高效利用提供理论支撑1、材料与方法1.1材料试验于2018年4～10月在新疆石河子市北泉镇145团场进行(E86°01′,N44°26.5′),该地海拔429m,年日照时数为2721～2818h,无霜期为168～171d,≥0℃的活动积温为4023～4118℃,≥10℃的活动积温为3570～3729℃,属典型的温带大陆性气候,冬季长而严寒,夏季短而炎热土壤质地为壤土,0～20cm土层有机质含量19.13g/kg,碱解氮50.8mg/kg,速效磷19.8mg/kg,速效钾160.1mg/kg,田间持水量29.6g/m3,耕层土壤容重为1.43g/cm3,作物为棉花品种新陆早50号1.2方法1.2.1试验设计小区设计为1膜6行,种植行距配置模式为610+66+10+66+10(cm),膜宽2.05m,膜间距0.5m,单因素设计,以N-W-N的水肥配施制度下进行研究从而建立棉花追肥制度(W表示滴水,N表示滴肥液),采用完全随机区组设计,,4个配肥梯度,即W1(1/3时间施肥,1/3时间浇水,1/3时间施肥)、W2(1/2时间施肥,1/4时间浇水,1/4时间施肥)、W3(1/4时间施肥,1/4时间浇水,1/2时间施肥)、W4(1/4时间施肥,1/2时间浇水,1/4时间施肥),每处理重复3次,以及空白对照,分为13个试验小区,模拟试验同步进行。

4月覆膜播种,整个棉花生育期分4次追施氮肥,9月底收获图1图1小区设计1.2.2测定指标1.2.2.1棉花各器官全氮测定及棉花全氮分别在棉花花铃期、盛铃期、吐絮期采集植株地上部样品,每个小区取3株长势均一的棉花植株,在室内分器官(茎、叶、花蕾、花铃)将植株分开,105℃杀青30min后于烘箱中80℃烘干至恒重,称量并记录干物质重烘干的植株样经粉碎后过0.5mm筛,待测,选取经过烘干磨细预处理后的植株叶片0.1000g,采用H2SO4-H2O2消煮,用凯氏定氮法获取棉花各器官全氮含量公式为:全氮=C(V-V0)×0.014×D×1000/m.注:V1为样品测定所消耗标准酸体积(mL);V0为空白试验所消耗标准酸体积(mL);C表示标准酸的当量浓度(mol/L);14表示氮原子的摩尔质量(g/mol);100表示第1次定容体积(mL);10表示吸取体积(mL);m为棉株样本各器官的质量(g)1.2.2.2氮肥利用率氮肥农学利用率(g/g)=(施氮棉花植株籽棉产量-不施氮棉花植株籽棉产量)/施氮量;氮肥偏生产力=施氮区产量/施氮量1.3数据处理运用MicrosoftExcel2010软件进行数据计算和SigmaPlot12.5作图,采用SPSS19.0软件进行方差分析和差异显著性检验。

2、结果与分析2.1不同配肥时段对棉花全氮吸收的影响研究表明,不同处理下棉花对氮素吸收量随生育期增长而逐渐降低,在棉花吐絮期的测量中发现在各个处理下的棉花植株全氮量出现2次高峰的现象W1处理下的棉花氮素吸收影响效果在棉花生长发育后期明显高于其他各处理,在棉花发育前期和后期W3处理下的对滴灌棉花氮素的吸收量都相对其他处理较低,在花铃期(7月14日)、铃期前期(7月20日)、盛铃期(7月24日)都表现出W2处理下对滴灌棉花氮素的吸收影响效果的优越性,对比的生育前期各阶段配肥方式对氮素吸收的影响均不同,表现为W2>W4>W1>W3,W2处理对滴灌棉花氮素的吸收效果最佳,W3处理对滴灌棉花氮素的吸收效果相对最差在盛铃期(7月31日、8月5日)时,均没有表现出在各自生长时期下应有处理的优越性,可能是与因为生育前期向生育后期的转换,使W2处理在生育后期失去了在前期的优越性,而W1处理还没有表现出滴灌棉花生长后期的优越性在棉花生育后期的铃后期(8月10日、8月15日)、吐絮期(8月20日)W1处理均表现出对滴灌棉花氮素吸收的优越性,滴灌棉花氮素的吸收量表现为W1>W3>W4>W2棉花盛铃期(8月5日)W3方式对氮素吸收效果最佳,但吐絮盛期及吐絮后期W1方式对氮素吸收效果最佳。

图2图2不同处理下各生育时期的棉花植株全氮不同处理下棉花对氮素的吸收量随生育期的增长而逐渐降低,在花铃期(7月14日)、铃前期(7月20日)、盛铃期(7月31日)时,各处理之间的滴灌棉花氮素的吸收影响效果显著性差异不明显在铃前期(7月20日),W1处理下对滴灌棉花氮素的吸收影响效果最佳在滴灌棉花生长发育前期,W1处理下的滴灌棉花氮素的吸收影响效果最佳在铃后期(8月10日、8月15日)、吐絮期(8月20日)W1处理下对滴灌棉花氮素的吸收影响效果最佳,W4处理下对滴灌棉花氮素的吸收影响效果最差,盛铃期(8月5日)表现出W3处理最佳在滴灌棉花生长发育后期,W1处理表现出了滴灌棉花氮素的吸收影响效果最佳,W4处理下的滴灌棉花氮素的吸收影响效果最差在滴灌棉花生长发育过程中,均表现出W1处理下滴灌棉花氮素吸收效果的优越性,W4处理下的滴灌棉花氮素的吸收影响效果最差表1表1不同处理下各生育时期之间植株全氮指标变化2.2不同配肥时段对棉花氮素分配规律影响2.2.1茎研究表明,茎的氮素吸收量在滴灌棉花生长发育整个生育时期表现为随生育期的增加而降低,在后期处于相对平衡状态在滴灌棉花生长发育前期,对氮素的吸收量表现出W4>W3>W2>W1,W4处理下的茎的氮素吸收影响效果最佳,W1处理下的茎的氮素吸收影响效果最差。

在滴灌棉花生长发育后期,对氮素的吸收量表现出W1>W2>W3>W4,W1处理下的茎的氮素吸收影响效果最佳,W4处理下的茎的氮素吸收影响效果最差2.2.2花蕾研究表明,花蕾的氮素吸收量在滴灌棉花生长发育前期表现为随生育期的增加而下降,在后期处于相对平衡状态在滴灌棉花生长发育前期,对氮素的吸收量表现出W1>W2>W3>W4,W1处理下的花蕾的氮素吸收影响效果最佳,W4处理下的花蕾的氮素吸收影响效果最差在滴灌棉花生长发育后期,对氮素的吸收量表现出W1>W3>W4>W2,W1处理下的花蕾的氮素吸收影响效果最佳,W2处理下的花蕾的氮素吸收影响效果最差2.2.3叶研究表明,叶的氮素吸收量在滴灌棉花生长发育整个生育时期表现为随生育期的增加而先升高后降低滴灌棉花生长发育前期,对氮素的吸收量表现出W1>W2>W4>W3,W1处理下的叶的氮素吸收影响效果最佳,W3处理下的叶的氮素吸收影响效果最差在滴灌棉花生长发育后期,对氮素的吸收量表现出W2>W1>W4>W3,W2处理下的叶的氮素吸收影响效果最佳,W3处理下的叶的氮素吸收影响效果最差2.2.4花铃研究表明,花铃的氮素吸收量在滴灌棉花生长发育整个生育时期表现为随生育期的增加而降低。

在滴灌棉花生长发育前期,对氮素的吸收量表现出W2>W4>W1>W3,W1处理下的花铃的氮素吸收影响效果最佳,W3处理下的花铃的氮素吸收影响效果最差在滴灌棉花生长发育后期,对氮素的吸收量表现出W1>W3>W4>W2,W1处理下的花铃的氮素吸收影响效果最佳,W2处理下的花铃的氮素吸收影响效果最差滴灌棉花的含氮量随生育期呈递减趋势,不同处理下棉花各器官对氮素的吸收量均随生育期的增长而逐渐降低在滴灌棉花生长发育前期,W1处理下对茎、花蕾、叶以及花铃等滴灌棉花器官的氮素吸收影响效果最佳在滴灌棉花生长发育后期,W1处理下对茎、叶以及花铃的氮素吸收影响效果最佳,对花蕾的氮素吸收影响效果最佳的是W3处理,但花蕾的氮素吸收在滴灌棉花生长后期是不需要的在滴灌棉花生长发育时期,W1处理下的滴灌棉花各器官氮素的吸收影响效果最佳,前期W3处理下不利于滴灌棉花各器官氮素的吸收,后期W2处理下不利于滴灌棉花各器官氮素的吸收表2整株棉花的含氮量随生育期呈递减趋势,不同处理下除花蕾外棉花各器官对氮素的吸收量均随生育期的增长而逐渐降低,在棉花生育后期中各器官都出现了2次高峰,花蕾对氮素的吸收量表现出先升高后降低再升高再降低的状态。

叶片中氮素含量所占比例最高,花蕾中氮素仅次于叶子中的含氮量,铃中的含氮量有比花蕾的低但比茎秆中的高,茎秆中的含氮量所占的比例最少,整体表现为叶片>铃>花蕾>茎秆图3图3不同配肥时段对棉花氮素各器官分配规律表2不同处理下各生育时期之间含氮量指标变化2.3不同配肥模式对滴灌棉花氮素利用率的影响研究表明,用360kg/hm2的纯氮处理和N-W-N灌溉模式下设置不同灌溉时段处理,W1和W3的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均较高,W2和W4处理下的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均相对较低,其各处理间的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力都表现为W1>W3>W2>W4,且W1处理下相比其他处理更好,W1处理下的滴灌棉花对氮素的吸收是最好的与通过对不同配肥时段对棉花氮素分配规律影响研究分析发现,W1处理与其他各处理差异显著,优于其他处理,茎秆、叶片和花铃都在W1处理下的含氮量与其他处理呈明显差异优于其他处理,W1处理下的棉花各器官对氮素的吸收是最好的W1处理。