張?jiān)饰?，?宜，崔愛花，夏紹南*，楊 磊，魯速明，董合林

(1.江西省棉花研究所，江西 九江 332105;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 棉花研究所，河南 安陽 455000)

棉花是江西省的三大農(nóng)作物(水稻、油菜和棉花)之一，是江西農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)支柱。據(jù)江西農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，江西省常年植棉面積在8×104hm2左右，且70%集中在贛北地區(qū)，主要以棉花營養(yǎng)缽育苗移栽和雜交棉稀植種植形式為主。徐兆金等［1］和王志勇等［2］曾指出，我國棉花施肥存在有機(jī)肥投入不足，化肥用量不斷增加，養(yǎng)分施用不平衡，且單一施用化學(xué)肥料和氮肥不合理施用現(xiàn)象突出，造成氮肥利用率、棉花產(chǎn)量和品質(zhì)下降、生產(chǎn)成本增加和污染環(huán)境(氮肥已成為土壤乃至地下水潛在的硝酸鹽或亞硝酸鹽的污染源［3］)等一系列的問題。王平等［4］調(diào)查表明，南疆棉區(qū)農(nóng)戶對棉花實(shí)際施氮量在426～430 kg/hm2，顯著高出試驗(yàn)研究經(jīng)濟(jì)最佳施用量數(shù)據(jù)許多;而據(jù)作者對贛北棉區(qū)的調(diào)查，棉農(nóng)習(xí)慣氮肥施用量高的將近600 kg/hm2。因此，氮肥施用如何降本增效，成為當(dāng)前棉花生產(chǎn)的重要問題。近年來國內(nèi)許多研究者曾探討過不同條件下氮肥不同施用量對棉花產(chǎn)量和氮肥利用率的影響關(guān)系，如閔偉等［5］研究表明，施氮可顯著促進(jìn)棉花生長，增加干物質(zhì)質(zhì)量及氮素吸收量和產(chǎn)量，合理配施氮肥有助于促進(jìn)棉花生長，提高產(chǎn)量和水分利用率;王肖娟等［6］研究表明，隨著施氮量的增加，氮肥利用率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力均顯著降低，施氮量為360 kg/hm2時(shí)棉花產(chǎn)量最高;段云佳等［7］研究表明，過多過少施氮會推遲棉株干物質(zhì)積累起始時(shí)間和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間，均不利于棉花光合產(chǎn)物特征參數(shù)的協(xié)調(diào);董合林等［8］研究表明，棉田氮肥利用率會隨施氮量的增加而減少，黃河流域麥棉兩熟棉花氮肥經(jīng)濟(jì)最佳施用量為263.1 kg/hm2;候秀玲等［9］研究表明，隨氮肥投入的增加氮肥利用率降低，土壤供氮能力變化不大，氮肥對棉花產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率在施氮量達(dá)到300 kg/hm2后隨施氮量的增加而降低;田紹仁［10］研究表明，長江流域一熟高產(chǎn)棉田適宜施氮量為300 kg/hm2左右;但贛北棉區(qū)棉花高產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)施氮量缺乏確切的依據(jù)。為了江西棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和贛北棉區(qū)雜交棉高產(chǎn)栽培其氮肥的經(jīng)濟(jì)、高效、合理施用，作者根據(jù)國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系行業(yè)計(jì)劃部署，在贛北棉區(qū)開展了棉田氮肥不同施用量5 年定位試驗(yàn)。旨在明確贛北棉區(qū)棉花高產(chǎn)與高效氮肥最佳施用量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)設(shè)在江西省棉花研究所(北緯29°20'，東經(jīng)115°50')科研基地4 號地，于2008—2012 年連續(xù)5年定位。試驗(yàn)田為棉花一熟田，冬季空閑，土壤為沖積沙壤土，土壤耕層(0～20 cm)初始肥力為有機(jī)質(zhì)14.65 g/kg、全氮0.94 g/kg、有效磷16.08 mg/kg、有效鉀229.22 mg/kg、pH 7.67。試驗(yàn)地所在區(qū)域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候帶，氣候溫和，日照充足，雨量充沛，四季分明，無霜期長［11］;年平均氣溫17.0 ℃，年均無霜期276.0 d，年日照時(shí)數(shù)1 600～2 100 h，日照率43%，年降水量1 400～1 500 mm，降水時(shí)間主要集中在4—7 月。該地灌水和排水條件均較好。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)棉花施氮(N)量分別為0，150，300，450，600 kg/hm2，分別用N1、N2、N3、N4、N5表示，各個(gè)處理棉花氮肥按基肥、初花肥和花鈴肥各占30%、40%和30%的比例分次施入，即在棉苗移栽后打洞施基肥、7 月上旬打洞撮施初花肥和7 月下旬畦溝邊撒施花鈴肥。各處理每年均在施基肥時(shí)施鈣鎂磷1 250 kg/hm2(即P2O5150 kg/hm2)、氯化鉀375 kg/hm2(即K2O 225 kg/hm2)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次，小區(qū)面積為60 m2。棉花采用營養(yǎng)缽育苗移栽方式種植，品種為贛棉雜1 號，栽培密度為2.55×104株/hm2。每年分別于棉花移栽前、6 月中旬和7 月中旬3 次噴除草劑殺滅雜草，遇天氣干旱及時(shí)灌水抗旱，根據(jù)病蟲發(fā)生情況及時(shí)噴藥防病蟲。其他管理措施按當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)常規(guī)要求進(jìn)行。

1.3 測定項(xiàng)目及其方法

分別于7 月15 日、8 月15 日和9 月15 日調(diào)查棉花的生長發(fā)育和農(nóng)藝性狀;10 月初收100 棉鈴測定單鈴質(zhì)量和纖維品質(zhì);按小區(qū)分次收花記錄產(chǎn)量，以11 月10 日前的收花量為霜前花;7 月中旬每小區(qū)選擇代表該小區(qū)長勢的棉株1 株，套尼龍袋收集掉落的葉片和棉絮，于10 月20 日左右取出全株棉花樣，剪成段并用恒溫箱烘干，送中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所采用硫酸-混合加速劑消煮，蒸餾滴定法測定全株全氮含量［8］。相關(guān)參數(shù)及計(jì)算方法［14］:

最高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量計(jì)算:以2008—2012 年試驗(yàn)各處理平均施氮量(x，kg/hm2)為自變量，5 年籽棉平均值(y，kg/hm2)為依變量，進(jìn)行模擬可得出氮肥效應(yīng)方程:y=b0+b1x+b2x2+b3x3。當(dāng)邊際產(chǎn)量(增加單位量氮肥所增加的產(chǎn)量，即dy/dx=b1+2b2x+3b3x2)等于零時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最大值，此時(shí)的施氮量即為最高產(chǎn)量施氮量;當(dāng)邊際產(chǎn)量等于氮肥與籽棉的價(jià)格比值(即dy/dx=px/py)時(shí)，單位面積的施肥利潤最大，此時(shí)的施肥量即為經(jīng)濟(jì)最佳施氮量;將最大產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量分別帶入氮肥效應(yīng)方程可求出相應(yīng)的最高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel 軟件和DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，顯著水平為5%和1%。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表1 表明，單株成鈴數(shù)是N3、N4、N5顯著高于N2，極顯著高于N1，而N3、N4、N5之間差異不顯著;單鈴質(zhì)量是不施氮處理(N1)極顯著低于各施氮處理，而各施氮處理間差異不顯著;霜前花率是不施氮處理顯著高于各施氮處理，而施氮處理間差異不顯著。

從表1 還可以看出，5 年平均籽棉產(chǎn)量一是N1 極顯著低于N2、N3、N4、N5;二是N2顯著低于N3、N4、N5;三是N3、N4、N5之間差異不顯著，說明棉田施氮量達(dá)到N3后產(chǎn)量出現(xiàn)穩(wěn)定。

表1 施氮量對棉花籽棉產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Tab.1 Effect of N application rate on seed cotton yield and yield components

表2 施氮量對各年籽棉產(chǎn)量的影響Tab.2 Cotton nitrogen fertilizer long-term consistent application location test(2008—2012)seed cotton yield statistics

從表2 可以看出，5 個(gè)年份均以處理N1 籽棉產(chǎn)量最低，2008 年是定位試驗(yàn)的第一年，N1產(chǎn)量顯著低于N3、N4，而與N2、N5產(chǎn)量差異不顯著，4 個(gè)施氮處理間籽棉產(chǎn)量差異不顯著，說明該年施氮的增產(chǎn)效應(yīng)較小。2009—2012 年均是N1產(chǎn)量極顯著低于N2、N3、N4、N5;處理N2產(chǎn)量除2010 年與N5無顯著差異外，其他年均是極顯著低于N3、N4、N5，而極顯著高于N1;除2010 年的N5外，處理N3、N4、N5之間差異不顯著。各處理的產(chǎn)量表現(xiàn)有幾個(gè)特點(diǎn):一是2008 年和2011 年受災(zāi)年(2008 年降水量少、雨日多、光照不足，并受臺風(fēng)“風(fēng)神”、“鳳凰”、“北冕”的影響;2011 年積溫少、降水量少，并6 月份降雨多并集中出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象影響)，各處理產(chǎn)量均較低，2009 年降雨和氣溫均有利棉花生長，為豐收年，各處理產(chǎn)量均較高，其他兩年氣候適中，產(chǎn)量表現(xiàn)也適中;二是N1的籽棉產(chǎn)量年際間比較是2009 年和2010年比上年迅速遞減，2011 年和2012 年趨于穩(wěn)定;三是N3和N4的籽棉產(chǎn)量在各年均表現(xiàn)較高。

2.2 棉花最高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量

根據(jù)5 年試驗(yàn)各處理的平均施氮量和平均籽棉產(chǎn)量進(jìn)行模擬。得出籽棉產(chǎn)量與氮肥施用量間的擬合方程為y=2 043.835 7+10.581 7x-0.024 040x2+0.000 017x3，決定系數(shù)(R2)=0.999 5＊＊，計(jì)算出棉花最高產(chǎn)量施氮量和相應(yīng)的產(chǎn)量分別為350.1 kg/hm2和3 531.4 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)最佳施氮量和相應(yīng)的產(chǎn)量為308.7 kg/hm2和3 519.6 kg/hm2。其中純氮價(jià)格(Px)按2 013年贛北市場平均售價(jià)5.0 元/kg，籽棉價(jià)格(Py)按2 013年贛北平均收購8.34 元/kg。

2.3 施氮量對棉花產(chǎn)值和效益增加量的影響

從表3 可以看出，5 年平均的棉花產(chǎn)值以N4最高，但與N3和N5之間差異不明顯，該3 處理極顯著高于N2和N1，而N2又極顯著高于N1;相對不施氮處理(N1)，氮肥效益增加量以N3最高，N3和N4之間差異不顯著，它們均極顯著高于N2和N5，施氮增值效應(yīng)則以低量施氮(N2)處理最高，并隨著施氮量的增加而降低，除N4和N5之間為顯著差異外，其他之間均存在極顯著差異。

表3 施氮量對棉花產(chǎn)值和效益增加量的影響Tab.3 Effect of N application rate on output value and increasing benefit of cotton

表4 施氮量對棉花氮肥利用率的影響Tab.4 Effect of N application rate on nitrogen fertilization efficiency of cotton

2.4 施氮量對棉花氮肥利用率的影響

表4 表明，棉株氮吸收量和單位面積的氮積累量均是以N4最高，但與N3和N5之間差異不明顯，3處理極顯著高于N2和N1，而N2又極顯著高于N1，這與產(chǎn)量和產(chǎn)值結(jié)果較一致。相對不施氮處理，氮肥表觀利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用率均以低量施氮處理(N2)最高，并隨著施氮量的增加而降低;氮肥表觀利用率是N2與N4和N5、N3與N5有極顯著差異，N3與N4、N4與N5有顯著差異;氮肥偏生產(chǎn)力是施氮處理相互之間均有極顯著差異;氮肥農(nóng)學(xué)利用率是N4與N5為顯著差異外，其他施氮處理之間均有極顯著差異。

3 結(jié)論與討論

前人研究表明，棉田氮肥利用率會隨施氮量的增加而減少［6，13］，施氮能顯著增加棉花產(chǎn)值，顯著提高棉花產(chǎn)量和單株成鈴數(shù)，氮肥利用率隨施氮量的增加而降低［12，14-16］，棉花氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率也隨施氮量的增加而降低［6，12，14-16］。本研究表明，施氮能顯著增加棉花單株成鈴數(shù)、產(chǎn)量和產(chǎn)值，氮肥表觀利用率、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率均隨施氮量的增加而顯著降低，這同前人研究結(jié)果較一致。同時(shí)還表明，隨著施氮量的增大會降低棉花的霜前花率;施氮增值效應(yīng)隨著施氮量的增加而顯著降低。

本研究模擬尋優(yōu)得出，贛北棉區(qū)棉花高產(chǎn)施純氮量為350.1 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)最佳施純氮量為308.7 kg/hm2;該兩個(gè)施氮量高于董合林等［8］研究的黃河流域麥棉兩熟棉花氮肥經(jīng)濟(jì)最佳施用量為263.1 kg/hm2，略高于田紹仁［10］研究的長江流域棉花高產(chǎn)適宜施氮量為300 kg/hm2的結(jié)果，但低于王肖娟等［6］研究的新疆滴灌棉田高產(chǎn)適宜施氮量360 kg/hm2。這是由于不同棉區(qū)的生態(tài)條件、種植方式、密度及產(chǎn)量水平差異所致?？v觀前人［13，17］研究的結(jié)果，棉花高產(chǎn)的科學(xué)施氮量受土壤肥力、品種、密度、氣候、氮磷鉀配比和前茬作物施肥情況等多種因素影響，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)上述情況參照高產(chǎn)施氮量和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量靈活應(yīng)用。

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