王寧，馮克云，南宏宇，叢安琪，張銅會

水分虧缺下有機(jī)無機(jī)肥配施比例對棉花水氮利用效率的影響

1甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，蘭州 730070；2中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000；3中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

【目的】探究不同水分條件下有機(jī)無機(jī)肥配施對棉花水氮利用效率和產(chǎn)量的影響，為河西走廊棉區(qū)合理利用有機(jī)肥提供理論依據(jù)?！痉椒ā坑?020—2021年進(jìn)行田間定位試驗(yàn)，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為充分灌溉（W1）和虧缺灌溉（W2）；副區(qū)為不施肥（CK）、單施化肥（CF）、25%有機(jī)肥+75%化肥（OF1）、50%有機(jī)肥+50%化肥（OF2）和75%有機(jī)肥+25%化肥（OF3），分析不同水分條件下施肥對棉花生育期土壤含水量、階段耗水量、干物質(zhì)和氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)分配、水氮利用效率、籽棉產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響。【結(jié)果】棉花籽棉產(chǎn)量和水氮利用特征受不同水肥處理及交互作用的顯著影響。虧缺灌溉下棉田土壤含水量、總耗水量、植株干物質(zhì)積累量、氮素積累量和籽棉產(chǎn)量顯著下降，而水分利用效率顯著提高。適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施處理能夠提高0—40 cm土層土壤含水量，降低棉花苗期和蕾期耗水，增加花鈴期耗水量，提高棉花干物質(zhì)和氮素積累量，并促進(jìn)其向生殖器官中分配。充分灌溉條件下，25%有機(jī)肥配施處理（OF1）籽棉產(chǎn)量最高，兩年平均較單施化肥（CF）提高10.5%；50%有機(jī)肥配施處理（OF2）與單施化肥（CF）無顯著差異，但75%有機(jī)肥配施處理（OF3）顯著降低。25%有機(jī)肥配施處理在各施肥處理中水氮利用效率最高，其中水分利用效率、氮素利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別較單施化肥提高8.9%、14.3%和28.9%。虧缺灌溉條件下，有機(jī)無機(jī)肥配施處理籽棉產(chǎn)量均高于單施化肥，其中50%有機(jī)肥配施處理表現(xiàn)最高，兩年籽棉平均產(chǎn)量較單施化肥提高12.9%，同時50%有機(jī)肥配施處理水氮利用效率也表現(xiàn)為最高，其中水分利用效率、氮素利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別較單施化肥提高6.3%、35.5%和31.6%?！窘Y(jié)論】適宜比例的有機(jī)無機(jī)肥配施能夠協(xié)調(diào)土壤-作物水分養(yǎng)分供需關(guān)系，提高棉花籽棉產(chǎn)量和水氮利用效率。綜合考慮產(chǎn)量、水氮利用效率和植棉效益，25%有機(jī)肥配施處理為河西走廊棉區(qū)適宜的有機(jī)肥配施模式。

棉花；有機(jī)肥；化肥；比例；籽棉產(chǎn)量；水氮利用效率

0 引言

【研究意義】棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位[1]。近年來，隨著我國棉花產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，棉花種植不斷向西北內(nèi)陸棉區(qū)轉(zhuǎn)移[2]。作為西北內(nèi)陸棉區(qū)的重要組成部分，甘肅河西走廊棉區(qū)具有光熱資源充足、晝夜溫差大以及降水稀少等適宜棉花種植的自然條件，是我國優(yōu)質(zhì)棉花生產(chǎn)區(qū)[3]。但該區(qū)域?yàn)榈湫偷母珊倒喔绒r(nóng)業(yè)區(qū)，由于氣候變化的影響以及水資源的不合理利用，區(qū)域地下水位不斷下降，水資源短缺是限制當(dāng)?shù)孛藁óa(chǎn)業(yè)發(fā)展以及威脅區(qū)域生態(tài)安全的主要因素之一[4]。此外，棉田長期大量單一施用化肥而有機(jī)質(zhì)投入不足，不僅造成土壤質(zhì)量不斷下降，氮素利用效率低下，而且導(dǎo)致一系列的環(huán)境問題，如土壤硝酸鹽的大量殘留和淋失、氮氧化物排放加劇、土壤酸化等[5-6]。因此，如何在水分虧缺下探究合理的施肥結(jié)構(gòu)，減少化肥施用，協(xié)同提高作物的水氮利用效率，對于緩解區(qū)域水資源短缺、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，推動當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】水資源短缺是影響干旱地區(qū)作物生產(chǎn)的主要因素[7]，水分虧缺不僅影響土壤中氮素的有效性，而且限制作物對氮素的吸收利用能力[8]，同時，良好的土壤氮素營養(yǎng)狀況能夠提高作物對水分脅迫的耐受性，提高作物水分利用效率[9]。因此，利用水肥耦合特性，通過合理的養(yǎng)分管理來調(diào)控作物的水分利用過程，實(shí)現(xiàn)以肥調(diào)水和以水促肥，是提高旱區(qū)作物水氮利用效率的關(guān)鍵[10-11]。廣泛研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施不僅具有培肥土壤、提高產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境等積極效應(yīng)[12-13]，而且能夠調(diào)控土壤水氮供應(yīng)過程，協(xié)調(diào)土壤-作物水氮供需關(guān)系。陶瑞等[14]研究發(fā)現(xiàn)，減少化肥配施有機(jī)肥能夠增加棉株對氮、磷養(yǎng)分的吸收，且顯著提高了氮肥利用率以及田間持水量。謝軍紅等[15]研究發(fā)現(xiàn)，等氮條件下適宜的有機(jī)肥與無機(jī)肥配施能夠協(xié)調(diào)土壤-玉米供需水關(guān)系，提高水氮利用效率。周慧等[16]研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施能夠調(diào)節(jié)鹽漬土在玉米生育期的氮素釋放，且適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)無機(jī)肥配施比例能顯著提高玉米水氮利用效率。程煜等[17]對鹽漬土向日葵施肥研究發(fā)現(xiàn)，化肥減量配施有機(jī)肥能夠改善作物根區(qū)土壤水鹽環(huán)境，提高作物產(chǎn)量及水氮利用效率?？梢?，通過有機(jī)無機(jī)肥配施是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)以及水肥資源高效利用的有效途徑，但由于有機(jī)無機(jī)肥配施對土壤氮素供應(yīng)以及作物產(chǎn)量的影響與土壤肥力、水分狀況等因素有關(guān)[18-19]，不合理的有機(jī)無機(jī)肥配施比例不僅會造成作物的減產(chǎn)[17,20]，還會造成氮素的淋溶損失[21]。因此，在特定的地區(qū)和作物系統(tǒng)中，不同水分條件下有機(jī)無機(jī)肥配施比例對作物水氮利用效率的影響，還需進(jìn)一步明確?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有機(jī)無機(jī)肥配施對作物水分或氮素利用效率以及產(chǎn)量形成的影響已有較多研究，但不同水分供應(yīng)條件下有機(jī)無機(jī)肥配施對土壤水氮利用效率和產(chǎn)量影響的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究通過田間試驗(yàn)，研究不同水分條件下有機(jī)無機(jī)肥配施對棉花水氮利用效率和產(chǎn)量的影響，明確有機(jī)無機(jī)肥配施在不同水分條件下對水氮吸收利用的調(diào)控效應(yīng)，為河西走廊棉區(qū)合理利用有機(jī)肥和提高水肥利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

于2020—2021年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院敦煌試驗(yàn)站（甘肅省敦煌市肅州鎮(zhèn)魏家橋村，94°38′E，40°17′N）進(jìn)行田間定位試驗(yàn)。該地區(qū)海拔1 138 m，年均降雨量約39.9 mm，蒸發(fā)量2 486 mm，年平均氣溫10.5 ℃，無霜期145 d，屬典型的大陸干旱性氣候。試驗(yàn)區(qū)土壤為灌淤土，田間持水量19.5%、飽和持水量31.25%，凋萎含水量2.58%。播前1 m土體平均容重1.29 g·cm-3。連續(xù)兩年土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1，棉花生育期內(nèi)降雨量和平均氣溫見圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為灌溉處理，分別為充分灌溉（W1），生育期總灌溉量為520 mm（當(dāng)?shù)孛尢镎９喔攘浚?；虧缺灌溉（W2），生育期總灌溉量380 mm。副區(qū)為施肥處理，分別為不施肥（CK）、單施化肥（CF）、25%有機(jī)肥+75%化肥（OF1）、50%有機(jī)肥+50%化肥（OF2）、75%有機(jī)肥+25%化肥（OF3）。灌溉量用灌水管末端的水表控制計(jì)量，各處理在播前統(tǒng)一灌溉140 mm造墑以保證出苗，在棉花全生育期灌溉4次，于現(xiàn)蕾后（2020年6月18日，2021年6月25日）開始每隔15 d 灌水1 次，W1每次灌溉量為120 mm，W2 每次灌溉量為60 mm。施肥處理中有機(jī)無機(jī)肥配施比例根據(jù)肥料氮含量計(jì)算，除不施肥（CK）外，其余各施肥處理氮、磷、鉀含量保持相同，均為N 450 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 40 kg·hm-2，當(dāng)磷和鉀不足時用化肥補(bǔ)充。

試驗(yàn)所用商品有機(jī)肥由甘肅蘇地肥業(yè)有限公司生產(chǎn)，其主要原料為發(fā)酵腐熟的純羊糞，含有機(jī)質(zhì)450.0 g·kg-1、全氮72.4 g·kg-1、全磷26.7 g·kg-1、全鉀22.8 g·kg-1，在播種前作基肥施入；化肥為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O511%）、硫酸鉀（K2O 50%），其中磷、鉀以及50%化肥氮作底肥播前施入，剩余50%化肥氮按等比例分4次隨灌水施入。試驗(yàn)棉花品種為隴棉10 號，為當(dāng)?shù)刂髟云贩N。試驗(yàn)采用1膜4行等行距種植模式，行距40 cm，株距15 cm，膜寬140 cm，小區(qū)面積38.4 m2（8 m×4.8 m），各處理重復(fù)3次。理論種植密度為16.5萬株/hm2，小區(qū)間設(shè)2 m的隔離帶，并垂直鋪埋80 cm地膜以防水肥滲透。播種時底墑充足，以保證出苗齊整，其他田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)保持一致。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤水分及階段耗水量 在播種前、棉花苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期采用烘干法測定0—120 cm土層土壤含水量，每20 cm為一個層次，取樣點(diǎn)位于地膜中心位置，3次重復(fù)，其平均值作為每個處理的土壤含水量。

土壤貯水量計(jì)算公式：

SWS=θ×h×r×10

式中，SWS為土壤貯水量（mm），θ為土壤含水量（%），h為土層深度（cm），r為土壤容重（g·cm-3）。

耗水量采用水分平衡公式[22]計(jì)算：

ETi=Pi+Ii-ΔSi

式中，ETi為作物i階段耗水量；Pi為i 階段的降雨量；Ii為i 階段灌溉量；ΔSi為i 階段末與階段初的土壤貯水量差值（mm）。由于試驗(yàn)區(qū)地下水位在20 m以下，同時試驗(yàn)地地勢平坦，因此，忽略地下水上移補(bǔ)給、地表徑流和深層滲漏的影響。

1.3.2 干物質(zhì)及氮素積累量 在棉花苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期，各小區(qū)選取代表性植株5株，按莖、葉、蕾、鈴殼和纖維等不同器官分開，105 ℃殺青30 min，之后在80 ℃恒溫烘干至恒重，測定干物質(zhì)量，并將烘干的各組織樣品經(jīng)粉碎，采用H2SO4-H2O2消解，半微量凱氏定氮儀測定氮素含量。

表1 試驗(yàn)地播前0-20 cm土層土壤化學(xué)性質(zhì)

圖1 2020—2021年棉花生育期內(nèi)日平均降雨量和溫度

采用Logistic 方程y=k/[1+e(a+bt)] 對棉花干物質(zhì)積累過程進(jìn)行模擬[7]。以出苗后天數(shù)（t）為自變量，地上部干物質(zhì)量（y）為因變量，干物質(zhì)最大增長速率vm=-bk/4，干物質(zhì)最大增長速率出現(xiàn)時間t0=-a/b。

1.3.3 產(chǎn)量及水氮利用效率 在棉花成熟后各小區(qū)取5株代表性植株，考查記載單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重等產(chǎn)量構(gòu)成因素，按小區(qū)收獲籽棉產(chǎn)量計(jì)產(chǎn)。

水分利用效率WUE（kg·hm-2·mm-1）=籽棉產(chǎn)量（kg·hm-2）/生育期總耗水量（mm）；

氮肥利用率（NUE，%）=（施氮區(qū)植株總吸氮量-不施氮區(qū)植株總吸氮量）/施氮量×100；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（NAUE，kg·kg-1）=（施氮區(qū)籽棉產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽棉產(chǎn)量）/施氮量；

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）=（盛鈴期前營養(yǎng)體氮素積累量-吐絮期營養(yǎng)體氮素積累量）/盛鈴期前營養(yǎng)體氮素積累量×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析，SPSS 20.0軟件進(jìn)行處理間方差分析和顯著性檢驗(yàn)（Duncan’s），Origin Pro 2018軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同水肥處理下棉田土壤含水量變化

不同水肥處理下棉田0—120 cm土層重量含水量在棉花不同生育時期和不同土層具有明顯差異性（圖2）。虧缺灌溉W2下土壤含水量在盛蕾期、花鈴期和吐絮期均顯著低于充分灌溉W1。同時，各施肥處理土壤含水量均高于不施肥對照CK。W1條件下，不同生育時期各施肥處理0—40 cm土壤含水量差異顯著（＜0.05），其中，盛蕾期和花鈴期有機(jī)無機(jī)肥配施土壤含水量顯著高于單施化肥和不施肥處理，盛蕾期OF1、OF2、OF3較CF兩年平均分別提高4.1%、3.3%和2.5%，花鈴期分別提高7.1%、6.1%和5.9%。各施肥處理間60—120 cm土層含水量無顯著差異，吐絮期有機(jī)無機(jī)肥配施處理0—120 cm土層含水量均高于CK和CF處理，其中OF1土壤含水量在20—80 cm土層最高。W2條件下，有機(jī)無機(jī)肥配施處理在盛蕾期、花鈴期及吐絮期0—60 cm土層含水量均顯著高于CF和CK（＜0.05），其中，盛蕾期OF1、OF2、OF3較CF兩年平均分別提高7.3%、13.9%和9.9%，花鈴期分別提高5.6%、10.5%和6.4%，吐絮期分別提高5.4%、7.0%和2.5%。盛蕾期和花鈴期，各有機(jī)無機(jī)肥配施與單施化肥在深層80—120 cm中土壤含水量無顯著差異，而在吐絮期，OF1、OF2、OF3在80—120 cm土層含水量較CF兩年平均分別提高4.9%、4.3%和3.5%。各有機(jī)無機(jī)肥配施處理中，OF2在0—60 cm土層含水量最高，但與OF1和OF2間無顯著差異。綜合兩年試驗(yàn)結(jié)果，有機(jī)無機(jī)肥配施處理顯著提高了0—40 cm土層含水量，充分灌溉（W1）下，OF1土壤含水量最高，而在虧缺灌溉（W2）下，OF2土壤含水量最高。

圖2 不同生育時期各處理0—120 cm土層土壤含水量垂直變化

2.2 不同水肥處理下棉花階段耗水量變化

圖3顯示，不同水肥條件下棉花各生育階段耗水量總體呈先升高后降低的趨勢，其中花鈴期為耗水量最高的生育階段。充分灌溉（W1）下棉花各生育階段耗水量較虧缺灌溉（W2）增加，其中在花鈴期差異顯著（＜0.05）。W1條件下，各施肥處理在蕾期、花鈴期和吐絮期耗水量均顯著高于不施肥處理CK，各施肥處理中，CF在苗期和蕾期耗水量最高，而在花鈴期，OF1顯著高于其余各施肥處理，其中OF1較CF在花鈴期兩年耗水量分別提高9.2%和12.1%，OF2和OF3與CF在2020年無顯著差異，2021年OF2顯著高于CF，但與OF3差異不顯著。在吐絮期，各施肥處理間無顯著差異，但耗水量均顯著高于CK。W2條件下，苗期各施肥處理間耗水量無顯著差異，但均顯著高于CK，蕾期CF耗水量表現(xiàn)最高，顯著高于有機(jī)無機(jī)肥配施處理，而OF1、OF2和OF3之間無顯著差異。在花鈴期，有機(jī)無機(jī)肥配施處理均顯著高于CF，其中OF2、OF1和OF3較CF兩年平均分別提高16.8%、8.3%和7.2%，OF1與OF3無顯著差異。吐絮期OF2耗水量最高，顯著高于其余施肥處理，其中較CF兩年分別提高18.6%和13.3%，OF1、OF3及CF間無顯著差異。兩年試驗(yàn)結(jié)果顯示，有機(jī)無機(jī)肥配施能夠調(diào)節(jié)棉花耗水進(jìn)程，與單施化肥相比，有機(jī)無機(jī)肥配施下棉花在苗期和蕾期耗水量降低，而在花鈴期增加。同時，在不同灌水條件下各有機(jī)無機(jī)肥配施對階段耗水量的調(diào)控效應(yīng)不同，充分灌溉W1下，OF1在花鈴期和吐絮期耗水量最高，而在虧缺灌溉W2下，OF2在花鈴期和吐絮期耗水量最高。

同一生育時期不同小寫字母表示施肥處理間差異達(dá)0.05顯著水平。下同

2.3 不同處理下棉花干物質(zhì)積累與分配

不同水肥處理下棉花干物質(zhì)積累特征顯示（圖4），棉花苗期（0—29 d）各處理干物質(zhì)積累量差異不顯著，現(xiàn)蕾后不同施肥處理間開始出現(xiàn)差異，整個生育期干物質(zhì)積累動態(tài)呈“S”型。虧缺灌溉下棉花干物質(zhì)積累量在花鈴期（61—106 d）和吐絮期（107—130 d）顯著低于充分灌溉，W2條件下花鈴期和吐絮期兩年平均干物質(zhì)積累量較W1分別降低15.9%和19.8%。同一水分條件下，各施肥處理在花鈴期和吐絮期表現(xiàn)出明顯差異，其中充分灌溉下，單施化肥處理（CF）在蕾期（30—60 d）和花鈴期干物質(zhì)積累量表現(xiàn)最高，而到吐絮期，有機(jī)無機(jī)肥配施處理中OF1表現(xiàn)最高，兩年平均干物質(zhì)積累量較CF提高4.2%，OF2與CF干物質(zhì)積累量無顯著差異，而OF3較CF顯著降低。有機(jī)無機(jī)肥配施處理較單施化肥能夠提高干物質(zhì)在生殖器官中的分配比例（圖5），其中OF1、OF2和OF3分別較CF提高了10.7%、7.6%和5.4%。虧缺灌溉下，各施肥處理間干物質(zhì)積累量在花鈴期和吐絮期出現(xiàn)差異，各有機(jī)無機(jī)肥配施處理均高于單施化肥和不施肥對照，其中OF2處理在花鈴期和吐絮期表現(xiàn)最高，兩年平均干物質(zhì)積累量較CF分別提高7.3%和13.4%，同時OF2干物質(zhì)在吐絮期生殖器官中的分配比例最高，較CF提高了9.7%。干物質(zhì)積累特征結(jié)果顯示，適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施比例能夠提高干物質(zhì)積累量，同時促進(jìn)干物質(zhì)在生殖器官中的分配比例。

圖4 不同水肥處理下棉花干物質(zhì)積累動態(tài)

圖5 不同水肥處理下棉花吐絮期干物質(zhì)分配

干物質(zhì)積累速率能夠衡量作物干物質(zhì)積累快慢特征，不同水肥條件下干物質(zhì)積累速率存在顯著差異（圖4）。充分灌溉下干物質(zhì)最大增長速率較虧缺灌溉提高17.6%，最大增長速率的出現(xiàn)推遲4.2 d。充分灌溉條件下，各施肥處理中CF在生育前期較有機(jī)無機(jī)肥配施處理具有較高的積累速率，最大增長速率表現(xiàn)最高，且最大積累速率出現(xiàn)日期較有機(jī)無機(jī)肥配施處理提前4.2—7.6 d，隨著生育期的推進(jìn)，CF在花鈴期和吐絮期干物質(zhì)積累速率下降較快，而有機(jī)無機(jī)肥配施處理降低幅度較小，較單施化肥能保持較高的干物質(zhì)積累速率，其中OF1在花鈴期和吐絮期干物質(zhì)積累速率表現(xiàn)最高。虧缺灌溉下，CF和CK干物質(zhì)最大積累速率較有機(jī)無機(jī)肥配施處理顯著下降，且出現(xiàn)日期提前，各有機(jī)無機(jī)肥配施處理中OF2干物質(zhì)積累速率最大，兩年平均較CF提高13.3%，同時最大積累速率出現(xiàn)日期推遲5.1 d。干物質(zhì)積累特征結(jié)果顯示，有機(jī)無機(jī)肥配施雖然推遲了最大積累速率出現(xiàn)日期，但在花鈴期和吐絮期，能夠維持較高的干物質(zhì)積累速率，有利于提高干物質(zhì)積累量。

2.4 不同水肥處理對棉花氮素吸收與分配的影響

不同水肥處理下棉花吐絮期氮素吸收量存在顯著差異（圖6）。水分虧缺顯著影響植株對氮素的吸收，與W1相比，W2吐絮期氮素吸收量顯著下降，兩年分別降低9.9%和10.7%。W1條件下，施肥處理各器官氮素積累量均顯著高于CK，各施肥處理中，CF處理的營養(yǎng)器官（莖、葉）氮素積累量最高，而OF1在生殖器官（鈴殼、纖維）氮素積累顯著高于其余施肥處理，其中鈴殼氮素含量兩年分別提高16.1%和12.8%，纖維中氮素含量分別提高16.6%和16.8%，同時植株氮素吸收總量也顯著高于CF。W2條件下，各施肥處理間在營養(yǎng)器官（莖、葉）中氮素含量無顯著性差異，但均顯著高于CK。有機(jī)無機(jī)肥配施處理中OF2生殖器官（鈴殼、纖維）氮素含量表現(xiàn)最高，其次為OF1，均顯著高于CF，其中OF2較CF鈴殼氮素含量兩年分別提高7.9%和2.6%，纖維中氮素含量分別提高7.4%和9.9%。結(jié)果表明在水分虧缺下，適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施比例能夠提高生殖器官氮素吸收量。

花鈴期和吐絮期各器官氮素分配及轉(zhuǎn)運(yùn)受水分和施肥及交互作用的顯著影響（表2），與W1相比，W2條件下營養(yǎng)器官中氮素分配比例降低，同時花鈴期莖葉氮素轉(zhuǎn)移下降，但生殖器官中氮素分配比例提高。W1條件下，CF在花鈴期營養(yǎng)器官（莖、葉）中氮素分配比例最高，但在生殖器官（花、鈴）中氮素分配比例最低。CK生殖器官氮素分配比例最高，顯著高于施肥處理。各施肥處理中有機(jī)無機(jī)肥配施在生殖器官氮素分配比例均顯著高于CF，其中OF3表現(xiàn)最高，兩年分別較CF提高了23.5%和15.4%。有機(jī)無機(jī)配施處理較CF顯著提高了花鈴期莖葉氮素轉(zhuǎn)移率，其中OF1表現(xiàn)最高，較CF 莖葉兩年平均分別提高了23.3%和22.9%。吐絮期各器官氮素分配與花鈴期類似，在施肥處理中，有機(jī)無機(jī)肥配施較CF提高了氮素在生殖器官中的分配比例。W2條件下，花鈴期和吐絮期除CK外，其余各施肥處理在營養(yǎng)器官和生殖器官中氮素分配比例無顯著性差異，但有機(jī)無機(jī)肥配施提高了莖葉氮素轉(zhuǎn)移率，其中OF2莖葉氮素轉(zhuǎn)移率最高，較CF 2年平均分別提高了23.4%和15.7%。

圖6 不同水肥處理對棉花地上部各器官氮素累積與分配的影響

表2 不同水肥處理對棉花各器官氮素分配率和轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響

2.5 不同水肥處理對棉花產(chǎn)量和水氮利用率的影響

由表3可知，棉花籽棉產(chǎn)量受水分、施肥及兩因素間互作效應(yīng)的顯著影響。W1條件下籽棉產(chǎn)量顯著高于W2，兩年分別提高14.8%和16.6%，各施肥處理籽棉產(chǎn)量均顯著高于CK。同一水分條件下，不同施肥處理對籽棉產(chǎn)量影響不同。W1下，各施肥處理籽棉產(chǎn)量隨有機(jī)肥配施比例的增加先升高再下降，其中OF1籽棉產(chǎn)量顯著高于其余施肥處理，兩年分別較CF提高9.8%和11.1%，OF2與CF無顯著差異，而OF3籽棉產(chǎn)量較CF在2021年無顯著差異，但2020年顯著低于CF；W2下各施肥處理中，有機(jī)無機(jī)肥配施處理棉花籽棉產(chǎn)量均高于CF，其中OF1和OF2與CF差異達(dá)到顯著水平（＜0.05），OF2籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)最高，較CF兩年分別提高16.0%和13.7%。

W1下棉花生育期耗水量顯著高于W2，在W1下，各施肥處理中OF1耗水量最高，顯著高于OF2、OF3和CK，但和CF無顯著差異；W2下，OF2耗水量顯著高于其余各施肥處理，而CF與OF1和OF3之間無顯著差異。不同水肥處理及兩因素的交互效應(yīng)對水分利用效率的影響均達(dá)到顯著水平，W1下棉花水分利用效率低于W2。同一水分處理中，W1下，OF1水分利用效率顯著高于其余各處理，兩年平均較CF提高8.9%，OF1、OF2與CF無顯著差異；W2下，2020年各有機(jī)無機(jī)肥配施處理均顯著高于CF，2021年OF1和OF2顯著高于CF，而OF3與CF無顯著差異。

水分對棉花氮素利用率的影響存在年際間不一致結(jié)果，2020年W2下氮素利用效率高于W1，而2021年W1高于W2。W1下，隨有機(jī)肥配施比例的提高，氮素利用率先升高后下降，其中OF1表現(xiàn)最高，顯著高于其余施肥處理，較CF 2年分別提高14.2%和14.4%；W2下OF2為最高的氮肥利用率施肥處理，較CF兩年分別提高10.4%和6.9%。W1條件下氮肥農(nóng)學(xué)利用效率顯著高于W2，兩年分別提高12.3%和4.8%。與氮素利用率趨勢一致，W1條件下各施肥處理中OF1氮肥農(nóng)學(xué)利用效率表現(xiàn)最高，較CF兩年分別提高26.3%和31.4%，而W2下OF2為最高的氮肥利用率施肥處理，較CF 2年分別提高38.7%和32.3%。結(jié)果總體顯示，水肥處理對棉花籽棉產(chǎn)量及水氮利用效率有顯著影響，同時兩因素表現(xiàn)出交互效應(yīng)。與W1相比，W2下棉花籽棉產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率降低，而水分利用效率提高。W1下，OF1處理籽棉產(chǎn)量和水氮利用效率表現(xiàn)最高，而W2下OF2處理籽棉產(chǎn)量和水氮利用效率表現(xiàn)最高。結(jié)果表明，適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施比例較單施化肥能夠提高棉花產(chǎn)量和水氮利用效率，特別是在水分虧缺下，能緩解水分虧缺的影響，促進(jìn)棉花對水氮的吸收利用，最終提高產(chǎn)量。

表3 不同處理棉花籽棉產(chǎn)量及水氮利用效率

Y：籽棉產(chǎn)量；NUE：氮肥利用率；NAUE：氮肥農(nóng)學(xué)利用率；ET：耗水量；WUE：水分利用效率。W：土壤水分；F：施肥；W×F：水分與施肥交互效應(yīng)；同一水分條件下，不同小寫字母表示施肥處理間差異顯著（P＜0.05）；*表示差異顯著（P＜0.05），**表示差異極顯著（P＜0.01），ns 表示差異不顯著（P＞0.05）。下同

Y: Seed cotton yield; NUE: Nitrogen use efficiency; NAUE: Nitrogen agronomic use efficiency; ET: Evapotranspiration; WUE: Water use efficiency. W: Soil water condition; F: Fertilization; W×F: Interaction effects between soil water condition and fertilization. The different lowercase letters means significant difference among fertilizer treatments at the 0.05 level under the same soil water condition. * Indicates significance (P＜0.05), ** Indicates highly significance (P＜0.01), ns: Indicates no significance (P＞0.05). The same as below

2.6 棉花籽棉產(chǎn)量與水氮利用效率的相關(guān)性

籽棉產(chǎn)量與水氮利用效率的相關(guān)性分析結(jié)果顯示（圖7），兩年籽棉產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量、氮素積累量、生育期總耗水量呈極顯著正相關(guān)，與水分利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率呈顯著正相關(guān)。干物質(zhì)積累量與氮素積累量和總耗水量呈極顯著正相關(guān)，氮素積累量與總耗水量呈極顯著正相關(guān)，與水分利用效率呈顯著正相關(guān)，氮肥利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率呈顯著的正相關(guān)。適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施比例能夠通過協(xié)調(diào)棉花對水分和養(yǎng)分的吸收利用，促進(jìn)對干物質(zhì)和氮素的積累并向生殖器官中的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高水氮利用率最終實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

DA：干物質(zhì)積累量；NA：氮素積累量

2.7 不同水肥處理棉花經(jīng)濟(jì)效益

由表4可知，受水分、化肥和商品有機(jī)肥投入量、籽棉產(chǎn)量和年際間籽棉價(jià)格等因素影響，不同處理間總投入、總收入和凈收益也不同。W1處理水分投入較W2高600元/hm2，但由于總體產(chǎn)量較高，最終凈效益較W2處理顯著提高23.2%。由于有機(jī)無機(jī)肥配施的價(jià)格較單施化肥高，因此，隨有機(jī)肥配施比例的增加，其生產(chǎn)資料總成本也隨之增加。W1條件下，OF1施肥處理凈效益最高，兩年較CF分別提高3.9%和9.5%，其余有機(jī)無機(jī)肥配施處理較CF凈效益均降低。2020年籽棉價(jià)格較低，W2條件下，由于OF2和OF3凈收益均顯著低于CF，而OF1與CF無顯著差異。2021年籽棉價(jià)格較高，其中OF1和OF2凈收益與CF無顯著差異，但OF3凈收益在各施肥處理中表現(xiàn)最低?？傮w來看，充分灌溉和虧缺灌溉下，OF1凈收益與CF凈收益均無顯著性差異，而OF2在水分虧缺下，當(dāng)籽棉價(jià)格較高（11. 0元/kg）時才與CF具有無顯著差異的凈收益，OF3由于投入成本較高，凈收益較CF均呈顯著下降。

表4 不同水肥處理棉花經(jīng)濟(jì)效益

生產(chǎn)資料包括種子（1 500 元/hm2）、地膜（750元/hm2）、灌溉水電費(fèi)（W1：1 500元/hm2，W2：900元/hm2）、施肥（CK：0，CF：4 200元/hm2，OF1：6 300元/hm2，OF2：8 400元/hm-2，OF3：10 500元/hm2）、農(nóng)藥（150元/hm2）；田間管理成本包括播種、灌溉及收獲用工或機(jī)械（3 000元/hm2）及植保措施（200元/hm2）。2020年和2021年當(dāng)?shù)刈衙奘召弮r(jià)格分別為6.0和11.0元/kg

The production materials include seeds (1 500 yuan/hm2), plastic film (750 yuan/hm2), irrigation water and electricity costs (W1: 1 500 yuan/hm2, W2: 900 yuan/hm2), fertilizer (CK: 0, CF: 4 200 yuan/hm2, OF1: 6 300 yuan/hm2, OF2: 8 400 yuan/hm2, OF3:10 500 yuan/hm2). Field management includes sowing, irrigation, harvesting labor or machinery (3 000 yuan/hm2) and plant protection measures (200 yuan/hm2). The local price of seed cotton in 2020 and 2021 was 6.0 and 11.0 yuan/kg, respectively

3 討論

3.1 土壤-棉花水分供需特征及水分利用效率

土壤水分虧缺是限制干旱地區(qū)作物生長的主要因子，直接影響作物生長及對養(yǎng)分的吸收利用[23]，協(xié)調(diào)土壤水分和養(yǎng)分的供應(yīng)以及提高水分養(yǎng)分利用效率是干旱地區(qū)作物高產(chǎn)高效的關(guān)鍵[24]。有機(jī)無機(jī)肥配施能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，有效調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱關(guān)系，從而提高土壤蓄水保水性[25]。本研究結(jié)果顯示，有機(jī)無機(jī)肥配施較單施化肥提高了盛蕾期、花鈴期和吐絮期0—40 cm土層含水量，與已有研究結(jié)果一致[17, 20]。有機(jī)肥能夠降低土壤容重和孔隙度，有利于水分入滲和持水量的增加[17]，同時可以抑制蒸發(fā)[26]，最終提高土壤有效含水量?；ㄢ徠谑敲藁I養(yǎng)生長和生殖生長同時進(jìn)行的重要生育階段，充足的水分供應(yīng)是保證干物質(zhì)積累與產(chǎn)量形成的必要條件，本研究中有機(jī)無機(jī)肥配施能夠在水分虧缺條件下提高土壤含水量，一定程度上有利于緩解干旱脅迫對棉花生長發(fā)育的影響。本研究中，不同比例的有機(jī)無機(jī)肥配施在充分灌溉和虧缺灌溉下0—40 cm土層含水量不同，其中充分灌溉下25%有機(jī)肥配施處理土壤含水量最高，而虧缺灌溉下50%有機(jī)肥配施處理土壤含水量表現(xiàn)最高，其原因可能是充足的水分條件下，低比例的有機(jī)肥配施處理，由于化肥氮比例高，較其他比例的有機(jī)肥配施處理生長發(fā)育旺盛，干物質(zhì)積累速率以及積累量高，具有較大的冠層，對土壤的遮陰面積大，抑制土壤蒸發(fā)效果較好；而在水分虧缺下，高比例的化肥氮進(jìn)一步降低了土壤水勢，同時過高的有機(jī)肥配施比例導(dǎo)致氮素營養(yǎng)供應(yīng)缺乏，導(dǎo)致干物質(zhì)積累速率及積累量較低，棉花生長發(fā)育較慢，冠層面積較小，土壤蒸發(fā)較大。

調(diào)節(jié)作物耗水進(jìn)程是提高水分利用效率和抵御生育期干旱的主要途徑之一[11]。本研究結(jié)果表明，在棉花苗期和蕾期單施化肥耗水量高于有機(jī)無機(jī)肥配施，而在花鈴期，適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施比例顯著提高了花鈴期棉花耗水量，其原因可能是有機(jī)肥中的有機(jī)氮必須礦化為無機(jī)氮才能被作物吸收利用[27]，有機(jī)肥的氮素礦化是由多種微生物和土壤酶參與的一系列過程，受土壤溫度、水分及質(zhì)地等的影響[28]。在棉花生育前期，單施化肥處理其氮素釋放較快，充足的氮素營養(yǎng)有利于棉花前期生長發(fā)育，干物質(zhì)積累速率以及干物質(zhì)積累量較高，植株生長發(fā)育旺盛，對土壤水分的消耗利用較多，而有機(jī)無機(jī)肥配施在棉花生長前期，由于土壤溫度較低，土壤酶活性及微生物活性受到影響使有機(jī)肥氮素礦化速率較低，影響了土壤前期氮素供應(yīng)，其干物質(zhì)積累速率較低，棉花生長發(fā)育較為緩慢。進(jìn)入花鈴期，隨著土壤溫度的上升，土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量發(fā)生改變，有機(jī)肥氮素礦化速率也隨之增加[27]，釋放的大量有效氮素養(yǎng)分有利于促進(jìn)了棉花在花鈴期的生長，干物質(zhì)積累速率上升，從而增加了花鈴期的耗水量。因此，適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施比例能夠通過對棉花生長發(fā)育進(jìn)程的影響從而協(xié)調(diào)棉花不同生育階段耗水特性，提高水分利用效率。

3.2 棉花氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及氮素利用效率

作物對氮素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、積累和分配與作物產(chǎn)量形成密切相關(guān)[16]。水分不僅影響土壤中氮素的有效性，而且影響著作物生長發(fā)育中氮素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和同化。水分對作物氮素的吸收和利用的影響，與不同生育期干旱程度有關(guān)，嚴(yán)重干旱會影響植株對氮素的吸收利用，而作物后期的輕度干旱反而能夠促進(jìn)氮素的積累[29]。本研究中水分虧缺主要在生長發(fā)育關(guān)鍵階段花鈴期，因此在虧缺灌溉下棉花植株對氮素的積累量顯著降低，雖然在水分虧缺下氮素在生殖器官中分配比例提高，但由于植株總體氮素含量較低，最終影響生殖器官氮素含量，與已有研究結(jié)果一致[7,24]。謝軍等[30]研究表明，等氮條件下有機(jī)氮替代化肥氮能促進(jìn)玉米對氮素的吸收和向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高了氮的利用效率。高洪軍等[31]研究表明，長期有機(jī)無機(jī)配施，不僅能有效調(diào)節(jié)氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，還能提高氮肥利用效率。本研究結(jié)果與相關(guān)研究結(jié)果一致，適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施比例不僅能夠提高棉花花鈴期莖葉氮素轉(zhuǎn)移率，而且增加了植株總氮素的積累與向生殖器官中的氮素分配。其原因主要是一方面有機(jī)無機(jī)肥配施能夠調(diào)控土壤含水量和作物耗水量間的供需關(guān)系，促進(jìn)作物在關(guān)鍵生育期對水分的吸收利用；另一方面有機(jī)無機(jī)肥配施能夠改善土壤對氮素的供應(yīng)過程[15]，使土壤養(yǎng)分能夠平穩(wěn)釋放[31]，能夠在關(guān)鍵期滿足棉花的養(yǎng)分需求，實(shí)現(xiàn)水肥協(xié)調(diào)。

棉花氮素利用率受不同灌溉方式和施氮量等因素的顯著影響。王肖娟等[32]研究表明，滴灌能夠促進(jìn)土壤與作物氮素供需在時間和空間的同步，降低氮素淋溶損失，較漫灌能顯著提高棉花氮素吸收利用率。鄒芳剛等[33]等研究表明，長江流域下游濱海鹽土區(qū)施氮量以300—374 kg·hm-2為理論適宜施氮量，可以兼顧較高的氮素利用率和產(chǎn)量效益。廖歡等[34]研究表明，新疆機(jī)采棉灌水量控制在80%ETc時，施氮量為300 kg·hm-2可實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)量和水氮利用率綜合效益最大化。秦宇坤等[35]研究表明，黃河流域低肥力棉田最佳施氮量為277 kg·hm-2，超過360 kg·hm-2時，氮肥利用率降低，棉花增產(chǎn)效果不明顯。本研究主要基于河西走廊棉區(qū)農(nóng)戶習(xí)慣性灌溉及施肥模式，其氮素利用率與已有研究結(jié)果相比表現(xiàn)較低，分析其原因主要有，一方面本研究采用漫灌方式，增加了氮肥在土壤中轉(zhuǎn)化的時間及損失的強(qiáng)度；另一方面所采用的氮肥用量為當(dāng)?shù)刂裁迏^(qū)多年來與漫灌相匹配的習(xí)慣性施氮量，較目前主要植棉區(qū)滴灌模式下推薦施氮量偏高。因此，需要在提高當(dāng)?shù)氐乩眯实难芯恐羞M(jìn)一步探討不同灌溉方式下最優(yōu)施氮量，以實(shí)現(xiàn)減肥增效。

3.3 棉花產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益

有機(jī)無機(jī)肥配施或替代對作物產(chǎn)量的影響會因不同的配施比例而存在顯著差異[19]。申長衛(wèi)等[36]研究表明，施用有機(jī)肥替代20%化肥氮能顯著增加小麥產(chǎn)量，而有機(jī)肥比例為40%時會出現(xiàn)減產(chǎn)。呂鳳蓮等[19]研究表明，有機(jī)氮替代75%化肥氮能夠顯著提高作物產(chǎn)量，而100%有機(jī)肥替代時會出現(xiàn)減產(chǎn)。本研究中在充分灌溉條件下，25%有機(jī)肥配施處理較單施化肥顯著增加了籽棉產(chǎn)量，而50%和75%有機(jī)肥配施處理，籽棉產(chǎn)量較單施化肥出現(xiàn)不同程度下降，而在虧缺灌溉下，50%有機(jī)肥配施處理產(chǎn)量及水氮利用率表現(xiàn)最高，其余有機(jī)無機(jī)肥配施處理籽棉產(chǎn)量雖然高于單施化肥處理，但水氮利用效率與單施化肥無顯著差異甚至降低。不同試驗(yàn)結(jié)果的差異性與土壤本身的肥力及水熱環(huán)境等因素有關(guān)[19,37]。充分灌溉條件下，25%有機(jī)肥配施處理不僅在生育前期具有較高的干物質(zhì)積累速率，同時在生育中后期較單施化肥能夠維持較高的干物質(zhì)積累速率，使其下降緩慢，有利于干物質(zhì)的積累與最終產(chǎn)量的形成。在水分虧缺下，高比例的化肥氮配施處理進(jìn)一步降低了土壤水勢，同時過高的有機(jī)肥配施比例由于氮素營養(yǎng)供應(yīng)缺乏，50%有機(jī)肥配施處理能夠同時降低兩者不利因素，既能保證生育前期較高的干物質(zhì)積累速率，同時在生育后期具有較高的氮素供應(yīng)能力以維持較高的干物質(zhì)積累速率，有利于在水分虧缺下提高籽棉產(chǎn)量。因此，不同水分條件下需要合理的有機(jī)肥配施比例，以提高棉花產(chǎn)量。

植棉效益的高低是影響商品有機(jī)肥推廣使用的重要因素。本研究結(jié)果顯示，25%有機(jī)肥配施處理能夠達(dá)到與單施化肥無顯著差異的植棉效益，同時在籽棉價(jià)格較高的條件下能夠顯著提高凈收益。50%有機(jī)肥配施僅僅在籽棉價(jià)格較高的前提下與單施化肥凈收益無顯著差異，隨著有機(jī)肥配施比例的進(jìn)一步提高，植棉效益也逐漸降低，顯著低于單施化肥。因此，綜合考慮產(chǎn)量、資源利用效率及植棉效益等因素，25%有機(jī)肥配施化肥處理為河西走廊棉區(qū)適宜的有機(jī)肥配施比例。

4 結(jié)論

與單施化肥相比，適宜的有機(jī)無機(jī)肥配施比例能夠提高棉花生育期0—40 cm土層含水量，降低棉花苗期和蕾期耗水，增加花鈴期耗水量，提高棉花干物質(zhì)積累速率和莖葉氮素轉(zhuǎn)移率，植株干物質(zhì)和氮素積累量，并促進(jìn)干物質(zhì)和氮素向生殖器官中的分配。充分灌溉下25%有機(jī)肥配施處理以及虧缺灌溉下50%有機(jī)肥配施處理不僅能夠提高籽棉產(chǎn)量，而且能夠協(xié)同提高水氮利用效率。綜合考慮產(chǎn)量、水氮利用效率及植棉效益等因素，25%有機(jī)肥配施化肥為河西走廊棉區(qū)有機(jī)肥配施的最佳比例。

[1] 喻樹迅, 范術(shù)麗, 王寒濤, 魏恒玲, 龐朝友. 中國棉花高產(chǎn)育種研究進(jìn)展. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(18): 3465-3476. doi: 10.3864/ j.issn.0578-1752.2016.18.001.

YU S X, FAN S L, WANG H T, WEI H L, PANG C Y. Progresses in research on cotton high yield breeding in China. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(18): 3465-3476. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752. 2016.18.001. (in Chinese)

[2] 盧秀茹, 賈肖月, 牛佳慧. 中國棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(1): 26-36. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752. 2018.01.003.

LU X R, JIA X Y, NIU J H. The present situation and prospects of cotton industry development in China. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(1): 26-36. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.01.003. (in Chinese)

[3] 張宣, 劉雪瑩, 胡迪, 袁向群, 馮克云, 康波, 張軍, 羅進(jìn)倉, 南宏宇, 李怡萍. 河西走廊棉田主要害蟲發(fā)生動態(tài)及植物源殺蟲劑防治技術(shù). 植物保護(hù)學(xué)報(bào), 2021, 48(5): 1125-1138.

ZHANG X, LIU X Y, HU D, YUAN X Q, FENG K Y, KANG B, ZHANG J, LUO J C, NAN H Y, LI Y P. Occurrence dynamics of major pests in cotton areas and the control techniques with botanical pesticides in the Hexi Corridor, China. Journal of Plant Protection, 2021, 48(5): 1125-1138. (in Chinese)

[4] 馮克云, 王寧, 南宏宇, 高建剛. 水分虧缺下化肥減量配施有機(jī)肥對棉花光合特性與產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報(bào), 2021, 47(1): 125-137.

FENG K Y, WANG N, NAN H Y, GAO J G. Effects of chemical fertilizer reduction with organic fertilizer application under water deficit on photosynthetic characteristics and yield of cotton. Acta Agronomica Sinica, 2021, 47(1): 125-137. (in Chinese)

[5] 馬忠明, 王平, 陳娟, 包興國. 適量有機(jī)肥與氮肥配施方可提高河西綠洲土壤肥力及作物生產(chǎn)效益. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(5): 1298-1309.

MA Z M, WANG P, CHEN J, BAO X G. Combined long-term application of organic materials with nitrogen fertilizer in suitable amount could improve soil fertility and crop production profit in He-xi Oasis of Gansu Province. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(5): 1298-1309. (in Chinese)

[6] 閔迪, 王增紅, 李援農(nóng), 張舵. 不同灌水和施氮水平對河西春玉米水氮利用效率和經(jīng)濟(jì)效益的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2020, 38(5): 153-160.

MIN D, WANG Z H, LI Y N, ZHANG D. Effects of different irrigation and nitrogen application levels on the yield and water and nitrogen use efficiency of spring maize. Agricultural Research in the Arid Areas, 2020, 38(5): 153-160. (in Chinese)

[7] 石洪亮, 張巨松, 嚴(yán)青青, 李春艷, 李健偉. 氮肥對非充分灌溉下棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的補(bǔ)償作用. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(1): 134-145.

SHI H L, ZHANG J S, YAN Q Q, LI C Y, LI J W. Compensation effects of nitrogen fertilizer on yield and quality of cotton under insufficient irrigation. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(1): 134-145. (in Chinese)

[8] QUEMADA M, GABRIEL J L. Approaches for increasing nitrogen and water use efficiency simultaneously. Global Food Security, 2016, 9: 29-35.

[9] COSSANI C M, SLAFER G A, SAVIN R. Nitrogen and water use efficiencies of wheat and barley under a Mediterranean environment in Catalonia. Field Crops Research, 2012, 128: 109-118.

[10] SANDHU S S, MAHAL S S, VASHIST K K, BRAR A S, SINGH M. Crop and water productivity of bed transplanted rice as influenced by various levels of nitrogen and irrigation in northwest India. Agricultural Water Management, 2012, 104: 32-39.

[11] 張緒成, 于顯楓, 王紅麗, 侯慧芝, 方彥杰, 馬一凡. 半干旱區(qū)減氮增鉀、有機(jī)肥替代對全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯水肥利用和生物量積累的調(diào)控. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(5): 852-864. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.005.

ZHANG X C, YU X F, WANG H L, HOU H Z, FANG Y J, MA Y F. Regulations of reduced chemical nitrogen, potassium fertilizer application and organic manure substitution on potato water-fertilizer utilization and biomass assimilation under whole field plastics mulching and ridge-furrow planting system on semi-arid area. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(5): 852-864. doi: 10.3864/j.issn. 0578- 1752.2016.05.005. (in Chinese)

[12] LIU J A, SHU A P, SONG W F, SHI W C, LI M C, ZHANG W X, LI Z Z, LIU G R, YUAN F S, ZHANG S X, LIU Z B, GAO Z. Long-term organic fertilizer substitution increases rice yield by improving soil properties and regulating soil bacteria. Geoderma, 2021, 404: 115287.

[13] HAN J Q, DONG Y Y, ZHANG M. Chemical fertilizer reduction with organic fertilizer effectively improve soil fertility and microbial community from newly cultivated land in the Loess Plateau of China. Applied Soil Ecology, 2021, 165: 103966.

[14] 陶瑞, 李銳, 譚亮, 褚貴新. 減少化肥配施有機(jī)肥對滴灌棉花N、P吸收和產(chǎn)量的影響. 棉花學(xué)報(bào), 2014, 26(4): 342-349.

TAO R, LI R, TAN L, CHU G X. Effects of application of different organic manures with chemical fertilizer on cotton yield, N and P utilization efficiency under drip irrigation. Cotton Science, 2014, 26(4): 342-349. (in Chinese)

[15] 謝軍紅, 柴強(qiáng), 李玲玲, 張仁陟, 王林林, 劉暢. 有機(jī)氮替代無機(jī)氮對旱作全膜雙壟溝播玉米產(chǎn)量和水氮利用效率的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2019, 30(4): 1199-1206.

XIE J H, CHAI Q, LI L L, ZHANG R Z, WANG L L, LIU C. Effects of the substitution of inorganic nitrogen by organic nitrogen fertilizer on maize grain yield and water and nitrogen use efficiency under plastic film fully mulched ridge-furrow in semi-arid area. Chinese Journal of Applied Ecology, 2019, 30(4): 1199-1206. (in Chinese)

[16] 周慧, 史海濱, 徐昭, 郭珈瑋, 付小軍, 李正中. 有機(jī)無機(jī)肥配施對鹽漬土供氮特性與作物水氮利用的影響. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2020, 51(4): 299-307.

ZHOU H, SHI H B, XU Z, GUO J W, FU X J, LI Z Z. Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on nitrogen supply and crop water and nitrogen utilization in salinized soils. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2020, 51(4): 299-307. (in Chinese)

[17] 程煜, 喬若楠, 丁運(yùn)韜, 董勤各, 馮浩, 張?bào)w彬. 化肥減量和有機(jī)替代對重度鹽漬土水鹽特性及向日葵水氮利用效率的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2021, 27(11): 1981-1992.

CHENG Y, QIAO R N, DING Y T, DONG Q G, FENG H, ZHANG T B. Effects of chemical fertilizer reduction and organic substitution on water and salt characteristics of high salinity soil and water and nitrogen use efficiency of sunflower. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2021, 27(11): 1981-1992. (in Chinese)

[18] 宿順順, 馮浩, 吳淑芳, 胡亞瑾, 陳光杰, 陳霽菲. 虧缺灌溉與有機(jī)肥結(jié)合對夏玉米水分及產(chǎn)量影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2020, 34(2): 165-172.

SU S S, FENG H, WU S F, HU Y J, CHEN G J, CHEN J F. Effect of deficit irrigation combined with organic fertilizer on water content and yield of summer maize. Journal of Soil and Water Conservation, 2020, 34(2): 165-172. (in Chinese)

[19] 呂鳳蓮, 侯苗苗, 張弘弢, 強(qiáng)久次仁, 周應(yīng)田, 路國艷, 趙秉強(qiáng), 楊學(xué)云, 張樹蘭. 塿土冬小麥–夏玉米輪作體系有機(jī)肥替代化肥比例研究. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(1): 22-32.

Lü F L, HOU M M, ZHANG H T, QIANG J, ZHOU Y T, LU G Y, ZHAO B Q, YANG X Y, ZHANG S L. Replacement ratio of chemical fertilizer nitrogen with manure under the winter wheat–summer maize rotation system in Lou soil. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(1): 22-32. (in Chinese)

[20] ZHAI L C, WANG Z B, ZHAI Y C, ZHANG L H, ZHENG M J, YAO H P, LV L H, SHEN H P, ZHANG J T, YAO Y R, JIA X L. Partial substitution of chemical fertilizer by organic fertilizer benefits grain yield, water use efficiency, and economic return of summer maize. Soil and Tillage Research, 2022, 217: 105287.

[21] 蓋霞普, 劉宏斌, 翟麗梅, 楊波, 任天志, 王洪媛, 武淑霞, 雷秋良. 長期增施有機(jī)肥/秸稈還田對土壤氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(12): 2336-2347. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752. 2018. 12.010.

GAI X P, LIU H B, ZHAI L M, YANG B, REN T Z, WANG H Y, WU S X, LEI Q L. Effects of long-term additional application of organic manure or straw incorporation on soil nitrogen leaching risk. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(12): 2336-2347. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2018.12.010. (in Chinese)

[22] CHAI Q, GAN Y T, TURNER N C, ZHANG R Z, YANG C, NIU Y N, SIDDIQUE K H M. Water-saving Innovations in Chinese Agriculture. Advances in Agronomy. Amsterdam: Elsevier, 2014. 149-201.

[23] 張智猛, 戴良香, 慈敦偉, 張冠初, 田家明, 秦斐斐, 徐揚(yáng), 丁紅. 生育后期干旱脅迫與施氮量對花生產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響. 中國油料作物學(xué)報(bào), 2019, 41(4): 614-621.

ZHANG Z M, DAI L X, CI D W, ZHANG G C, TIAN J M, QIN F F, XU Y, DING H. Drought effects at late growth stage and nitrogen application rate on yield and N utilization of peanut. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2019, 41(4): 614-621. (in Chinese)

[24] 祁有玲, 張富倉, 李開峰. 水分虧缺和施氮對冬小麥生長及氮素吸收的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 20(10): 2399-2405.

QI Y L, ZHANG F C, LI K F. Effects of water deficit and nitrogen fertilization on winter wheat growth and nitrogen uptake. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(10): 2399-2405. (in Chinese)

[25] 李永平, 田艷, 史向遠(yuǎn), 周靜, 張曉晨, 朱教寧, 林琭, 趙麗. 施用畜禽糞肥對土壤呼吸和玉米產(chǎn)量的影響及其增效分析. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2017, 32(1): 193-200.

LI Y P, TIAN Y, SHI X Y, ZHOU J, ZHANG X C, ZHU J N, LIN L, ZHAO L. Effects of animal manures on soil respiration and maize yield and economic analysis. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2017, 32(1): 193-200. (in Chinese)

[26] 王艷麗, 吳鵬年, 李培富, 王西娜, 朱旭. 有機(jī)肥配施氮肥對滴灌春玉米產(chǎn)量及土壤肥力狀況的影響. 作物學(xué)報(bào), 2019, 45(8): 1230-1237.

WANG Y L, WU P N, LI P F, WANG X N, ZHU X. Effects of organic manure combined with nitrogen fertilizer on spring maize yield and soil fertility under drip irrigation. Acta Agronomica Sinica, 2019, 45(8): 1230-1237. (in Chinese)

[27] 張國娟,濮曉珍, 張鵬鵬, 張旺鋒. 干旱區(qū)棉花秸稈還田和施肥對土壤氮素有效性及根系生物量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(13): 2624-2634. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.020.

ZHANG G J, PU X Z, ZHANG P P, ZHANG W F. Effects of stubble returning to soil and fertilization on soil nitrogen availability and root biomass of cotton in arid region. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(13): 2624-2634. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.020. (in Chinese)

[28] 李玲玲, 李書田. 有機(jī)肥氮素礦化及影響因素研究進(jìn)展. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(3): 749-757.

LI L L, LI S T. A review on nitrogen mineralization of organic manure and affecting factors. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(3): 749-757. (in Chinese)

[29] 劉恩科, 梅旭榮, 龔道枝, 嚴(yán)昌榮, 莊嚴(yán). 不同生育時期干旱對冬小麥氮素吸收與利用的影響. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 34(5): 555-562.

LIU E K, MEI X R, GONG D Z, YAN C R, ZHUANG Y. Effects of drought on N absorption and utilization in winter wheat at different developmental stages. Chinese Journal of Plant Ecology, 2010, 34(5): 555-562. (in Chinese)

[30] 謝軍, 趙亞南, 陳軒敬, 李丹萍, 徐春麗, 王珂, 張躍強(qiáng), 石孝均. 有機(jī)肥氮替代化肥氮提高玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用效率. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(20): 3934-3943. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752. 2016.20.008.

XIE J, ZHAO Y N, CHEN X J, LI D P, XU C L, WANG K, ZHANG Y Q, SHI X J. Nitrogen of organic manure replacing chemical nitrogenous fertilizer improve maize yield and nitrogen uptake and utilization efficiency. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(20): 3934-3943. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.20.008. (in Chinese)

[31] 高洪軍, 朱平, 彭暢, 張秀芝, 李強(qiáng), 張衛(wèi)建. 等氮條件下長期有機(jī)無機(jī)配施對春玉米的氮素吸收利用和土壤無機(jī)氮的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(2): 318-325.

GAO H J, ZHU P, PENG C, ZHANG X Z, LI Q, ZHANG W J. Effects of partially replacement of inorganic N with organic materials on nitrogen efficiency of spring maize and soil inorganic nitrogen content under the same N input. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2015, 21(2): 318-325. (in Chinese)

[32] 王肖娟, 危常州, 張君, 董鵬, 王娟, 朱齊超, 王金鑫. 灌溉方式和施氮量對棉田氮肥利用率及損失的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 23(10): 2751-2758.

WANG X J, WEI C Z, ZHANG J, DONG P, WANG J, ZHU Q C, WANG J X. Effects of irrigation mode and N application rate on cotton field fertilizer N use efficiency and N losses. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(10): 2751-2758. (in Chinese)

[33] 鄒芳剛, 郭文琦, 王友華, 趙文青, 周治國. 施氮量對長江流域?yàn)I海鹽土棉花氮素吸收利用的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(5): 1150-1158.

ZOU F G, GUO W Q, WANG Y H, ZHAO W Q, ZHOU Z G. Effects of nitrogen application rate on the nitrogen uptake and utilization of cotton grown in coastal saline fields of Yangtze River Valley. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2015, 21(5): 1150-1158. (in Chinese)

[34] 廖歡, 甘浩天, 劉凱, 殷星, 劉少華, 唐新愿, 侯振安. 機(jī)采棉氮素吸收及產(chǎn)量的最佳水氮組合. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2021, 27(12): 2229-2242.

LIAO H, GAN H T, LIU K, YIN X, LIU S H, TANG X Y, HOU Z A. Optimal water scheme and N rate for high N uptake and yield of machine-harvested cotton. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2021, 27(12): 2229-2242. (in Chinese)

[35] 秦宇坤, 李鵬程, 鄭蒼松, 孫淼, 劉帥, 董合林, 徐文修. 施氮量對低肥力棉田土壤氮素及棉花養(yǎng)分吸收利用影響. 棉花學(xué)報(bào), 2019, 31(3): 242-253.

QIN Y K, LI P C, ZHENG C S, SUN M, LIU S, DONG H L, XU W X. Effects of nitrogen application rates on soil nitrogen content, nutrient uptake and utilization of cotton in low fertility fields. Cotton Science, 2019, 31(3): 242-253. (in Chinese)

[36] 申長衛(wèi), 袁敬平, 李新華, 張帥壘, 任秀娟, 王菲, 劉星, 張影, 歐行奇, 陳錫嶺. 有機(jī)肥氮替代20%化肥氮提高豫北冬小麥氮肥利用率和土壤肥力. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2020, 26(8): 1395-1406.

SHEN C W, YUAN J P, LI X H, ZHANG S L, REN X J, WANG F, LIU X, ZHANG Y, OU X Q, CHEN X L. Improving winter wheat N utilization efficiency and soil fertility through replacement of chemical N by 20% organic manure. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(8): 1395-1406. (in Chinese)

[37] LI H, FENG W T, HE X H, ZHU P, GAO H J, SUN N, XU M G. Chemical fertilizers could be completely replaced by manure to maintain high maize yield and soil organic carbon (SOC) when SOC reaches a threshold in the Northeast China Plain. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(4): 937-946.

Effects of Combined Application of Organic Manure and Chemical FertilizerRatio on Water and Nitrogen Use Efficiency of Cotton Under Water Deficit

1Institute of Crop Sciences, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070;2Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000;3University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049

【Objective】The aim of this study was to explore the effects of combined application of organic manure and chemical fertilizer on water and nitrogen use efficiency and yield of cotton under different water conditions, so as to provide a theoretical basis for the rational use of organic fertilizer in the cotton area of Hexi corridor.【Method】Field experiments were carried out from 2020 to 2021. The experiment was designed by split block, the main plot treatment consisted of full irrigation (W1) and deficit irrigation(W2), and the split-plot treatment was composed of five fertilizer treatments: no fertilizer (CK), single application of chemical fertilizer (CF), 25% organic manure with 75% chemical fertilizer (OF1), 50% organic manure with 50% chemical fertilizer (OF2) and 75% organic manure with 25% chemical fertilizer (OF3), while the nutrient content of each fertilization treatment was equal. The effects of fertilization under different water conditions on soil water content, periodical evapotranspiration, dry matter accumulation, nitrogen accumulation, transport and distribution, water and nitrogen use efficiency, seed cotton yield and economic benefits were analyzed.【Result】The seed cotton yield, water and nitrogen utilization characteristics of cotton were significantly affected by different water and fertilizer treatments and interactions. Soil water content, total evapotranspiration, dry matter accumulation, total nitrogen uptake and seed cotton yield decreased significantly, while water use efficiency increased significantly under deficit irrigation. The suitable combined application of organic manure and chemical fertilizer treatment could increase the soil water content of 0-40 cm soil layer, and reduce the evapotranspiration at seedling stage and budding stage, while increase the evapotranspiration at flower-boll stage, increase dry matter and nitrogen accumulation, and promote distribution to reproductive organs. Under the condition of full irrigation, the yield of the OF1 treatment was the highest in all fertilization treatments, with an average increase of 10.5% over single application of chemical fertilizer in two years, there was no significant difference between OF2 and CF, while the treatment of OF3 was significantly lower than that under single application of chemical fertilizer. The treatment of OF1 had the highest water and nitrogen use efficiency in each fertilization treatment, in which water use efficiency, nitrogen use efficiency and nitrogen agronomic use efficiency were 8.9%, 14.3% and 28.9% higher than CF, respectively.Under the condition of deficit irrigation, the seed cotton yield of the combined application of organic manure and chemical fertilizer treatments were higher than that of CF among which OF2 was the highest, and the average seed cotton yield of two years was 12.9% higher than that of CF, meanwhile, the treatment of OF2 also had the highest water and nitrogen use efficiency, in which the water use efficiency, nitrogen use efficiency and nitrogen agronomic use efficiency were 6.3%, 35.5% and 31.6% higher than that of CF, respectively.【Conclusion】The appropriate proportion of combined application of organic manure and chemical fertilizer could coordinate the supply and demand relationship of soil and crop for water and nutrients, and improve the seed cotton yield and the water and nitrogen use efficiency. Considering yield, water and nitrogen use efficiency and economic benefits, the treatment of 25% organic manure was the suitable mode of organic fertilizer application in Hexi corridor.

cotton; organic manure; chemical fertilizer; ratio; seed cotton yield; water and nitrogen use efficiency

2022-03-28；

2022-04-19

國家自然科學(xué)基金（32060466）、甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020GAAS26）

王寧，E-mail：wangning@nieer.ac.cn。通信作者馮克云，E-mail：fengkymh@163.com。通信作者張銅會，E-mail：zhangth@lzb.ac.cn

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.08.009

（責(zé)任編輯 李云霞）