鄭曙峰，徐道青，陳 敏，劉小玲，王 維，闞畫春，李淑英

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，安徽合肥 230031)

0 引 言

【研究意義】一定范圍內(nèi)，作物產(chǎn)量隨著化肥投入量增加而增長。但近年來，過量的化肥投入并不能帶來作物產(chǎn)量正增長，高投入并不能獲得更高產(chǎn)量，同時(shí)過量的施用化肥不僅降低了肥料利用率、增加了生產(chǎn)成本，還帶來了土壤酸化、地下水污染等問題。緩釋肥料作為一種新型肥料，其養(yǎng)分釋放速率與作物需肥規(guī)律基本同步，一次性施肥可滿足作物整個(gè)生育期對(duì)養(yǎng)分的需求；減少養(yǎng)分損失，提高肥料利用率，緩釋肥料的研制與施用已成為當(dāng)期化肥減施技術(shù)的一個(gè)重要方向。緩釋肥料可減少施肥次數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增產(chǎn)增效[1-3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】棉花是一種對(duì)養(yǎng)分需求量較大的經(jīng)濟(jì)作物，其生長和光能利用率與群體冠層結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。合理施肥能夠協(xié)調(diào)群體與個(gè)體的生長關(guān)系，可使其群體結(jié)構(gòu)理想，最終達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。對(duì)不同作物群體冠層構(gòu)成研究表明，適宜的冠層結(jié)構(gòu)是構(gòu)建高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)[4-5]。陳寶燕[6]、李志強(qiáng)[7]等通過不同施肥量對(duì)棉花群體冠層結(jié)構(gòu)的研究表明，適宜的施肥量能構(gòu)造理想的群體結(jié)構(gòu)，提高光合生產(chǎn)率，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。【本研究切入點(diǎn)】控釋肥其做基肥一次施用，省工、環(huán)保已經(jīng)在生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證，但不同地區(qū)適宜施肥量不盡相同；其所塑造的棉花群體結(jié)構(gòu)是否合理，以及冠層結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量構(gòu)成的關(guān)系目前報(bào)道較少。研究一次性減量施用控釋肥對(duì)棉花群體冠層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量構(gòu)成的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】分析一次性施用不同量控釋肥條件下棉花群體冠層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量變化，研究該地區(qū)適宜的緩釋肥用量，為化肥高效利用、減施增效技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)分別于2017～2018年在安徽省東至縣大渡口鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行(N30°27′8.07″ E116°58′40.44″)，該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，年平均氣溫16.9℃左右，年平均降水量1 554.4 mm左右，無霜期223 d。試驗(yàn)田塊前茬作物為棉花，土壤基礎(chǔ)肥力中等，土壤有機(jī)質(zhì)為15.8 g/kg，堿解氮為116.2 mg/kg，速效磷為25.1 mg/kg，速效鉀為111.3 mg/kg，pH為7.7。

試驗(yàn)以中棉所63號(hào)F1為供試材料；采用營養(yǎng)缽育苗移栽，種植密度為2.7×104株/hm2。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，T1：不施氮肥對(duì)照，磷鉀肥于棉花移栽后1周內(nèi)一次性施用；T2：普通氮肥全量(300.0 kg/hm2)，其中40%與磷鉀肥摻混后于棉花移栽后1周內(nèi)條施，60%于盛花期條施；T3：控釋氮肥全量(300.0 kg/hm2)，一次性與磷鉀肥摻混后于棉花移栽后1周內(nèi)條施；T4：普通氮肥減量(225.0 kg/hm2)，其中40%與磷鉀肥摻混后于棉花移栽后1周內(nèi)條施，60%于盛花期條施；T5：控釋氮肥減量(225 kg/hm2)，一次性與磷鉀肥摻混后于棉花移栽后1周內(nèi)條施。其中一次性施用控釋氮肥為安徽省農(nóng)科院棉花所與合肥工業(yè)大學(xué)聯(lián)合研制的包膜尿素，釋放期為90 d。各處理磷鉀肥用量相同，分別為K2O 135.0 kg/hm2，P2O5270.0 kg/hm2。試驗(yàn)設(shè)4次重復(fù)，5行區(qū)，行長10.50 m，行寬1.27 m，小區(qū)面積66.7 m2，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

1.2.2 測定指標(biāo)

農(nóng)藝性狀：在大田選擇長勢均勻具有代表性的棉株連續(xù)10株，重復(fù)4次。調(diào)查棉花不同生育時(shí)期營養(yǎng)生長、生殖生長進(jìn)程。

冠層結(jié)構(gòu)：采用美國CD公司生產(chǎn)的CI-110數(shù)字式冠層結(jié)構(gòu)分析儀測定，測定時(shí)期分別為：播種55 d后每間隔20 d測定1次，直至棉花吐絮。每處理小區(qū)選取3點(diǎn)，選擇陰天或晴天的傍晚，將安裝有魚眼探測頭的觀測棒分別定點(diǎn)在行間和株間中央，距地表約1 cm，調(diào)好水平，從計(jì)算機(jī)顯示屏上觀察，當(dāng)無人影等其它外界影響時(shí)開始拍照。通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)字化處理，用專用軟件分析后，可得到冠層葉面積指數(shù)(LAI)、平均葉簇傾斜角度(MFIA)、散射輻射透過系數(shù)(TC)等參數(shù)。

葉片葉綠素含量用采用日本生產(chǎn)的SPAD-502測定儀測定棉花倒四葉葉片的SPAD值，每個(gè)葉片測不同位置的5～7個(gè)點(diǎn)，取平均值。

冠層葉綠素密度用葉綠素含量SPAD值與對(duì)應(yīng)時(shí)間所測得的棉花葉面積指數(shù)的乘積表示。

產(chǎn)量及構(gòu)成因素調(diào)查在不同吐絮時(shí)期給小區(qū)重復(fù)收取正常吐絮棉鈴50個(gè)進(jìn)行考種，測定單鈴重、衣分等指標(biāo)，籽棉產(chǎn)量以實(shí)收產(chǎn)量為準(zhǔn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理與分析采用Excel 2013、處理間差異顯著采用SPSS 20.0軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)棉花群體冠層結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 不同處理對(duì)棉花葉面積指數(shù)的影響

研究表明，各處理LAI(leaf area index)隨棉花的生育進(jìn)程表現(xiàn)出的趨勢一致，即先增加后減少，在播種后115 d左右達(dá)到峰值，各處理間LAI差異較大，以T2值最大，對(duì)照T1最小，T2比T1大47.1%。隨棉花生育進(jìn)程推進(jìn)，處理間最大差值也在不斷加大，播種后55～115 d內(nèi)，各調(diào)查時(shí)期棉花葉面積指數(shù)極差分別為0.30、0.51、1.21、1.24、1.14，并均已不施氮肥T1處理最??；除播種后115 d時(shí)期外，其它時(shí)期均已T3處理葉面積指數(shù)最大。播種115 d后各處理LAI開始下降，處理間下降速率不盡相似，T2下降最快，T4次之；這可能與施用常規(guī)肥料不能持續(xù)提供養(yǎng)分，造成棉花養(yǎng)分供應(yīng)不足，棉株體內(nèi)碳氮代謝減弱，葉片衰老和光合功能衰退加速。播種后95～135 d，一次性施用控釋肥處理T3、T5變化幅度較小，極差分別為0.72、0.63；常規(guī)肥料處理T2、T4變化幅度較大，極差分別為1.40、1.27， T1處理極差為0.94。緩控釋肥能夠延長葉片葉綠素含量較高的持續(xù)時(shí)間，減緩葉片老化和光合功能衰退速度。圖1

圖1 平均葉面積指數(shù)變化Fig. 1 The change of LAI

2.1.2 不同處理對(duì)棉花平均葉簇傾斜角度影響

研究表明，各處理棉花平均葉簇傾角與葉面積指數(shù)基本相似，均隨生育進(jìn)程推進(jìn)先增后減，呈現(xiàn)單峰曲線變化。棉花生長前期，MFIA逐漸增加，葉片逐漸由平展變得直立，利于透光，可以促進(jìn)棉花中下層葉片截獲更多的光能，形成較為合理的冠層結(jié)構(gòu)，至播種后115 d達(dá)到峰值；播種135 d前后，因養(yǎng)分耗損，棉花綠葉面積減少，光合功能衰退，葉片開始變得平展，MFIA值開始下降。從55～135 d，不施氮肥對(duì)照處理T1MFIA變化最小，最大變化值僅為16.45°，其生育過程一直處于養(yǎng)分虧損狀態(tài)中，葉片保持較一致的狀態(tài)截獲光能。T3在棉花播種115 d MFIA最大，此后下降幅度亦較小；降幅最大的為T4處理， 115～135 d范圍內(nèi)其MFIA值下降了42.71°。播種后115 d各處理葉簇傾角大小順序?yàn)門3>T2>T5>T4>T1，播種后135 d各處理葉簇傾角大小順序?yàn)門3>T2>T5>T1>T4。圖2

圖2 平均葉簇傾角變化Fig.2 The change of MFLA

2.1.3 不同處理對(duì)散射輻射透過系數(shù)的影響

研究表明，隨棉花生育進(jìn)程推進(jìn)，TCDP在播種后55～115 d快速下降，至播種后115 d各處理均達(dá)到最小值，后逐漸上升，各處理間最小值差異較小。播種后95～115 d，處理T3、T5、T2變化較小，散射輻射透過系數(shù)分別減小了5.6%、9.5%、12.5%； T1處理變化最大，減少了25%；播種后115～135 d，散射輻射透過系數(shù)上升最快的為T4、T2處理，分別增加了105.9%、81.0%。135 d各處理散射輻射透過系數(shù)大小為T2>T4>T1>T5>T3，T2比T3處理大46.1%；緩釋肥能減少棉花中后期群體冠層漏光損失，增加群體光合速率，從而增加產(chǎn)量。圖3

圖3 群體散射輻射透過系數(shù)變化Fig.3 The change of canopy TCDP

2.2 不同氮肥處理對(duì)棉花群體光合作用的影響

2.2.1 不同氮肥處理在棉花各生育期對(duì)主莖功能葉葉片葉綠素的影響

研究表明，2017～2018年所測得的葉片葉綠素含量中，盛花期、盛鈴期均以不施氮肥T1處理的SPAD值最低。2017年棉花生長盛花期各處理間差異不顯著，最大差值僅為2.1；盛鈴期各處理間差異達(dá)顯著，T1處理與其它處理均達(dá)極限值水平，T3與T4處理達(dá)顯著水平，最大差值為T3與T1之間，兩者相差12.4。2018年為2017年基礎(chǔ)上的重復(fù)試驗(yàn)，各試驗(yàn)處理小區(qū)位置不變。各處理在棉花盛花期、盛鈴期均存在不同的差異，棉花盛花期T1處理與其它各處理達(dá)顯著水平，與T2、T3、T5均達(dá)極顯著水平，T3與T4處理達(dá)顯著水平，各處理SPAD大小順序?yàn)門3>T5>T2>T4>T1；棉花盛鈴期T1處理與其它各處理均達(dá)極顯著水平，T2與T4處理達(dá)顯著水平，各處理SPAD大小順序?yàn)門2>T3>T5>T4>T1，其中SPAD值最大的T2處理比T1處理高31.1%。表1

表1 不同氮肥下棉花葉片SPAD值變化Table 1 Effects of different nitrogen fertilizer applications on SPAD value of leaf of cotton

2.2.2 棉花冠層葉綠素密度

研究表明，棉花兩生育時(shí)期冠層葉綠素密度均以T1最低；盛花期棉花冠層葉綠素密度以T3最高、T2次之，其中T3>T2、T5>T4；進(jìn)入盛鈴期，各處理棉花冠層葉綠素密度均增加，增幅最大的為T2處理、比盛花期增加了67.6%，增幅最小的為對(duì)照T1處理、增加了30.8%，其中T2>T3、T4>T5。圖4

圖4 不同氮肥下棉花葉綠素密度變化Fig.4 Effects of different nitrogen fertilizer on chlorophyll density of cotton

2.3 不同處理對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

研究表明，2年均以T5處理最多、T3次之，T1處理最少，T1與各施氮肥處理差異達(dá)極顯著水平，2018年T4處理的總成鈴數(shù)顯著少于T3、T5；2年試驗(yàn)結(jié)果顯示低施肥量常規(guī)肥料處理T4分別比高施肥量處理T2減少1.61%、11.53% ，而一次性減量施用控釋肥處理T5分別比高施肥量處理T3增加4.34%、0.33%，差異均未達(dá)顯著水平。測定分析各處理棉花單鈴重，2年不施氮肥T1處理單鈴重均最小，分別與其它處理差異達(dá)極顯著水平；T4處理單鈴重2017年與T3、T5處理差異達(dá)顯著水平，2018年僅與T3達(dá)顯著水平；2年試驗(yàn)結(jié)果均以T3處理單鈴重最大，T5次之，兩者間差異均不顯著。在棉花生長后期調(diào)查分析各處理僵爛鈴比例，2017年因吐絮期雨水較少，各處理僵爛鈴比例均較小，處理間差異顯著，T1處理僵爛鈴比例極顯著低于其它處理，T2處理最高，顯著高于T3、T52處理、比最低的T1處理高52.3%；2018年T1處理僵爛鈴比例同樣最低，與T2、T3、T4達(dá)極顯著水平，T5處理僵爛鈴比例僅高于T1處理、與T2和T32處理達(dá)極顯著水平，僵爛鈴比例最高的為T2處理，比最低的T1處理高135.5%。各小區(qū)重復(fù)隨機(jī)稱取3.0 kg籽棉進(jìn)行軋花、測定各處理衣分，表中可知2017年各處理棉花衣分均高于2018年對(duì)應(yīng)的處理，2017年以T4處理最高、2018年以T1處理最高，但2年各處理間差異均未達(dá)顯著水平。分析2年各處理皮棉產(chǎn)量，均已T1產(chǎn)量最低，分別與其它處理達(dá)極顯著水平；2年皮棉產(chǎn)量最高的均為T5處理、T3處理次之，2017年T4處理與T5處理間差異達(dá)顯著水平，2018年T4處理與T2、T3、T53處理均達(dá)顯著差異；2年各處理皮棉產(chǎn)量大小順序均為T5>T3>T2>T4>T1，T5處理皮棉產(chǎn)量與T3、T2、T4、T1比較，2017年分別高4.95%、7.34%、9.96%、41.44%，2018年分別高0.83%、3.72%、19.82%、60.48%。表2

表2 不同氮肥下棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因子變化Table 2 Effects of different nitrogen on yield and yield components of cotton

2.4 棉花群體葉面積指數(shù)與產(chǎn)量及其構(gòu)成因子相關(guān)性

研究表明，棉花現(xiàn)蕾期葉面積指數(shù)與各產(chǎn)量構(gòu)成因子均未達(dá)顯著相關(guān)；初花期葉面積指數(shù)與單鈴重達(dá)顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.92；盛花期葉面積指數(shù)與單鈴重、單位面積成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量均達(dá)極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.96以上；盛鈴期與棉花僵爛鈴占比極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99；研究還顯示棉花吐絮前期與單鈴重、畝成鈴數(shù)達(dá)極顯著相關(guān)，與籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.96以上。表3

表3 葉面積指數(shù)與棉花產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between LAI and cotton yield parameters

3 討 論

3.1 一次性減量施用控釋肥對(duì)棉花冠層結(jié)構(gòu)的影響

植物光合作用的冠層形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)作物群體光分布和光合能力有重要的影響[8]，合理的肥水調(diào)控技術(shù)可有效改善作物冠層結(jié)構(gòu)，增加作物群體光合作用，提高作物產(chǎn)量[9-10]。葉片是棉花進(jìn)行光合作用的最主要器官，研究表明，隨生育進(jìn)程推移，棉花冠層葉面積指數(shù)呈先增后減趨勢，這與前人[6-7,11]研究結(jié)果一致；棉花生長至盛花期，一次性施用控釋肥處理LAI高于對(duì)應(yīng)施肥量的常規(guī)肥料處理并趨于穩(wěn)定；進(jìn)入棉花盛鈴期，各處理棉花葉面積指數(shù)達(dá)到峰值，隨后一次性施用控釋肥處理LAI緩慢下降、常規(guī)肥料處理快速下降；其中盛花期至吐絮期，常規(guī)肥料處理葉面積指數(shù)先快速上升，至盛鈴期后快速下降，此時(shí)期其對(duì)應(yīng)的棉花冠層葉綠素密度也高于對(duì)應(yīng)的一次性施用控釋肥處理；這一現(xiàn)象可能為常規(guī)肥料處理第2次施肥所致，但其肥效、時(shí)效較短，加之棉花生長后期耗肥量較大，導(dǎo)致LAI快速下降。對(duì)棉花群體冠層光能截獲和葉片分布狀況分析，一次性施用控釋肥處理在整個(gè)棉花生育時(shí)期MFIA均高于對(duì)應(yīng)施肥量的常規(guī)肥料處理；同時(shí)施肥量高的一次性施用控釋肥處理整個(gè)棉花生育時(shí)期的散射透過系數(shù)均低于對(duì)應(yīng)施肥量的常規(guī)肥料處理，施肥量低的一次性施用控釋肥處理在棉花中后期散射透過系數(shù)低于常規(guī)肥料處理，保持較低的透過系數(shù)，有效提高了光能利用，合理的冠層結(jié)構(gòu)有利于棉花群體光合作用，為形成高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。試驗(yàn)說明同等氮素條件下，緩釋肥能夠保持較長時(shí)間的理想葉面積指數(shù)和群體冠層結(jié)構(gòu)，能夠延緩葉片衰老、提高棉花群體光合速率。

3.2 肥料減施條件下棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因子變化

一定范圍內(nèi)，棉花產(chǎn)量隨施肥量的增加而增加，但過量施肥會(huì)對(duì)棉花產(chǎn)量造成不利影響，同時(shí)導(dǎo)致肥料利用率低下，環(huán)境污染嚴(yán)重[12-13]。尹彩俠[14]、陳敏[15]等研究表明，適量減少控釋氮肥施用量，作物產(chǎn)量不受影響。研究通過2年試驗(yàn)結(jié)果分析，一次性減量施用控釋肥與對(duì)應(yīng)施氮量的常規(guī)肥料比較，能提高棉花總成鈴數(shù)、單鈴重及產(chǎn)量；并以75%施氮量的控釋肥處理總成鈴數(shù)、產(chǎn)量最高，同時(shí)減量控釋肥處理能減少棉花僵爛鈴比重，提高棉花品質(zhì)。研究結(jié)果顯示，與農(nóng)民習(xí)慣施肥比較，氮肥減量25%條件下，施用控釋肥沒有降低作物產(chǎn)量，并實(shí)現(xiàn)了棉花一次性施肥，達(dá)到了棉花生產(chǎn)輕簡高效的目的，這與芮秋治等[16]研究結(jié)果相吻合。

3.3 棉花群體冠層結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量構(gòu)成因子間的關(guān)系

構(gòu)建高光效的冠層結(jié)構(gòu)是獲得高產(chǎn)的前提，冠層葉面積指數(shù)能有效反映作物群體光合效能。研究對(duì)棉花不同生育時(shí)期LAI與產(chǎn)量構(gòu)成因子間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，棉花生長前期對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因子的相關(guān)性不顯著，進(jìn)入生殖生長旺盛期，特別是盛花期后，各產(chǎn)量構(gòu)成因子與LAI顯著相關(guān)，這與李春艷[17]、姚青青[18]等專家研究結(jié)果基本一致。盛花期、吐絮前期均與單鈴重、畝總成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量達(dá)到顯著相關(guān)或極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.96以上；盛鈴期LAI則與僵爛鈴比重極顯著相關(guān)，與籽棉產(chǎn)量顯著相關(guān)，而與單鈴重、畝總成鈴數(shù)、皮棉產(chǎn)量相關(guān)性不顯著，這可能與常規(guī)肥料第2次施肥造成盛鈴期棉花短暫快速生長，特別是短暫的高肥量誘導(dǎo)棉花營養(yǎng)器官迅猛生長，LAI指數(shù)迅速上升，中下層葉片受光弱、通透性差，冠層光能分布不均勻有關(guān)，這也導(dǎo)致了棉花僵爛鈴增多。

4 結(jié) 論

一次性適度減量施用控釋肥能構(gòu)建合理的棉花群體光合冠層結(jié)構(gòu)，能在棉花進(jìn)入生殖生長后快速保持較適宜的葉面積指數(shù)，延緩棉花葉片衰老進(jìn)程，達(dá)到棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)要求。一次性減量施用控釋氮肥(225 kg/hm2)，能在棉花盛花期后達(dá)到較適宜的高葉面積指數(shù)且持續(xù)時(shí)間長，延長了棉花葉片光合功能期，提高了中下層透光性、增強(qiáng)了光能截獲能力、減少了群體漏光損失，顯著增加了單株成鈴數(shù)和棉花產(chǎn)量，與一次性施用300 kg/hm2控釋氮肥及300 kg/hm2的常規(guī)尿素比較，產(chǎn)量有所增加；與施用等量的常規(guī)尿素比較，皮棉產(chǎn)量平均增加14.89%。

棉花生長中后期LAI與產(chǎn)量及其構(gòu)成因子具有較好的相關(guān)性。研究表明，盛花期是棉花產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，其LAI與單位面積成鈴數(shù)、單鈴重及產(chǎn)量極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.96以上；盛鈴期LAI與僵爛鈴比重極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99。