摘 要: 为探明缩节胺与氮肥对棉花农艺性状的互作效应, 试验采用双因素随机区组设计, 设置 150 (N1)、300 (N2)、 450 kg hm–2 (N3) 3 个施氮(纯 N)水平, 525 (D1)、1050 (D2)、2100 g hm–2 (D3) 3 个缩节胺水平, 交互共 9 个处理。研究滴施不同剂量氮肥与缩节胺对棉花农艺性状、棉铃时空分布、干物质积累及分配、产量及纤维品质的影响。结果表明, 缩节胺与氮肥互作效应对棉花农艺性状影响显著, 在低氮状态下缩节胺对棉花生长的延缓作用减弱甚至消失。 N1 处理下, D3 处理相比 D1 处理棉株的株高、果枝始节高、第 4 果枝长、第 7 果枝长分别增加 12.07、1.54、1.28 和 1.20 cm。在正常或高氮状态下缩节胺对棉花生长产生一定的延缓作用, 其控制效果并不随缩节胺剂量增加而增强, N3 处理下, D3 处理相比 D1 处理棉株的株高、第 1 果枝长、第 2 果节间平均长度分别降低 1.05、1.68 和 1.52 cm。棉株的株高、茎粗与果枝数随施氮量增加而增加, N3 处理相比 N1 处理分别增加 3.30 cm、0.75 mm 与 0.29 台; 其果枝长与果节间长在不同施氮量间无明显差异。D2 处理相比 D1 与 D3 处理有利于干物质积累及向生殖器官的转运, 促进伏前桃与伏桃的生长, 但滴施缩节胺不同剂量对棉花的产量及纤维品质等方面无明显影响。N1 处理下干物质积累量高于其他处理 13.14%~44.50%; 生殖器官占比较 N3 处理增长 2.05%~6.30%。D3 处理与 N1 处理下棉花纤维品质较好, 籽棉产量、单株铃数与单铃重最高、增产效果较好。因此, 北疆棉区推荐随水滴施用量为 1050~2100 g hm–2 缩节胺与 150 kg hm–2 氮肥。
关键词: 棉花; 缩节胺; 氮肥; 果枝长度; 干物质; 产量
新疆是中国目前最大的棉花种植区域, 其棉花总产量占全国的 87.3%, 产值占全疆农业总产值的 45% [1]。随着棉花产业的发展, 棉花种植用工多、投入大、效益低的问题凸显[2], 棉花轻简化栽培技术的快速发展与广泛应用已成为我国棉花产业的必然趋势, 其中以新疆棉区水肥一体化技术因其高度的可控性与精确性而被广泛应用[3]。同时, 部分学者根据实际生产要求提出“水肥药一体化技术”[4-11], 即通过灌溉系统将肥液、药液和灌溉水均匀、准确地输送到作物的根部土壤, 然后把水分、养分、药物按照作物全生育周期的需求进行设计, 定量、定时按比例直接提供给作物, 最终实现省水、省肥、省药、省工和高效的目的。在新疆棉区已有部分地区进行水肥药一体化的探索及应用实践, 吕宁等[12]、罗燕娜等[13]、娄善伟等[14]与罗静静等[15]开展通过滴施生物药剂进行棉花黄萎病防治研究; 张亚林等[16]、李号宾等[17]、时婷等[18]针对棉田重要害虫棉蚜及二斑叶螨的随水滴施防治策略开展了多项研究; 同时, 赵冰梅等[19]研究结果表明, 在棉田随水滴施技术中, 部分剂型的除草剂相对于传统施用方法防治效果更佳。除棉田随水滴施杀菌剂、杀虫剂、除草剂等常用农药外, 也有研究人员进行了针对土壤酸碱调理剂、养分平衡剂、生物菌肥等的随水滴施效果研究。
在棉花种植过程中, 以缩节胺为代表的棉花化控技术不可或缺, 但在缩节胺的施用方式中绝大部分仍为机械喷施, 在棉花生产中仅为喷施缩节胺而进行机械作业会导致棉株受损、倒伏, 间接传播病虫害, 进而影响产量。叶面喷施缩节胺的有效期只有 14 d 左右, 因此滴灌棉田全生育期一般需喷施 4~ 5 次, 这不仅增加成本, 也不利于技术的标准化。滴灌棉田全生育期一般滴水 8~10 次, 平均 7~10 d 滴水 1 次, 几乎覆盖棉花全部化控时期。缩节胺的滴施可以减少农机资金投入, 避免机耕道对棉花的损伤, 节约成本。当前关于缩节胺的随水滴施研究较为缺乏, 杨建荣等[20]通过盆栽试验表明随水滴施缩节胺对棉花幼苗无显著影响。前人对缩节胺和氮肥对棉花的影响研究已经很多, 但将滴施缩节胺与氮肥共同调控棉花生长的研究成果鲜有报道, 为此, 本试验将化控技术与膜下滴灌相结合, 探索缩节胺的新的施用模式, 研究随水滴施下氮肥与缩节胺对棉花株型及产量的影响, 旨在为棉花生产全程简化栽培与节本增效提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验于 2017 年与 2018 年在新疆昌吉回族自治州玛纳斯县六户地镇进行。试验地块前茬为棉花, 土质为壤土, 棉花播前 0~20 cm耕层土壤 pH 8.3, 含有机质 11.1 mg kg–1、速效氮 23.2 mg kg–1、速效磷 6.8 mg kg–1、速效钾 255 mg kg–1。试验地块除氮肥外磷钾肥作为基肥一次施用, 磷肥(P2O5)用量为 160 kg hm–2, 钾肥(K2O)施用量为 80 kg hm–2 (2 年用量基本一致)。棉花品种为新陆早 57 号(2017 年)与新陆早 60 号(2018 年), 由新疆农业科学院提供。试验药剂为 98%缩节胺原药, 由新疆农业大学农学院提供; 氮肥为尿素(N46%), 于当地市场购买。
1.2 试验设计
试验利用施肥罐滴肥的原理, 各小区均安装 15 L 小型施肥罐, 同时在施肥罐上设置控水阀门, 并可由此阀门向施肥罐内注入, 以控制水量。在棉花蕾期开始滴头水并施缩节胺, 头水不施肥, 头水后每隔 10 d 左右滴水 1 次, 全生育期滴水 9 次, 氮肥施用 8 次。试验采用随机区组试验设计, 设施氮量和缩节胺用量 2 个处理因素。设置 150 (N1)、300 (N2)、450 kg hm–2 (N3) 3 个施氮(纯 N)水平, 525 (D1)、1050 (D2)、2100 g hm–2 (D3) 3 个缩节胺水平, 施用时期为蕾期至盛花期, 分 4 次滴施, 滴施时间与剂量详见表 1和表 2 (2017年与 2018年时期相近)。试验地块种植模式为 1膜 6行, 行距为 66 cm+10 cm, 株距 10 cm。交互共 9 个处理, 每处理 3 次重复, 每小区面积为 69 m2 。中耕、脱叶等其他栽培措施参照一般高产田要求进行。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 农艺性状 在棉花收获期(9 月 10 日)进行农艺性状的调查, 测量棉花株高(子叶节至顶端)、茎粗、果枝台数、第 1、第 4 与第 7 果枝长度、果节间长度及主茎节间长度等农艺性状。每个处理选取长势均匀具有代表性的 10 株棉花(边行、中行各 5 株), 重复 3 次。
1.3.2 棉铃时空分布 分别于 7 月 15 日、8 月 15 日及 9 月 5 日调查各处理棉铃个数, 统计伏前桃、伏桃和秋桃的数量。于 9 月 10 日对不同处理的棉株进行成铃几何空间调查, 调查内围铃与外围铃铃数及比例。
1.3.3 干物质积累 自棉花蕾期至吐絮期间的各个生育时期, 各小区选取长势均匀的 10 株棉花按照茎、叶(营养器官)、蕾、花、铃(生殖器官)等分开, 放入电热恒温鼓风干燥箱 105 30 min, ℃ 然后 80℃恒温至恒重, 记录重量。
1.3.4 产量及构成因素 于棉花吐絮期在每个处理选取 6.67 m2 的样点, 重复 3 次, 调查样点内全部株数和铃数, 计算出棉花密度和单株结铃数并估算产量; 同时在每个试验小区选择长势一致的棉株 5 株, 每株分层取上、中、下吐絮棉铃 15 个, 进行称重及轧花, 测定铃重及衣分。
1.4 数据分析
利用 Microsoft Excel 2010 软件整理数据, 采用 SPSS 19.0 软件进行双因素方差分析, 采用邓肯新复极差检验法对不同处理之间所得的均值进行多重比较, 然后经过 t 检验(α=0.05), 采用 SigmaPlot 12.5 软件作图。
2 结果与分析
2.1 滴施缩节胺与氮肥对棉株农艺性状的影响
2.1.1 对棉株主茎农艺性状的影响 由表 3 可知, 滴施缩节胺与氮肥对棉花株高、茎粗与果枝始节高产生显著影响, 对主茎叶片数与果枝台数影响较小。D1 与 D2 处理下棉花株高随施氮量的增加而增加; 低氮(N1)处理下, D3 处理的株高均显著高于 D1 与 D2 处理, 平均增长 12.07 cm; 高氮(N3)处理下, D3 处理的株高显著低于 D1 处理(2018)或与 D1 及 D2 处理无显著差异(2017)。2018 年各处理与 2017 年 D2 处理下, 棉花茎粗随施氮量增加而增加。除 2018 年 D1 处理外, 同一氮肥水平下, 茎粗会随缩节胺用量增加而增加, D3 处理的茎粗相比 D2 处理平均增加 0.54 mm。果枝始节高在不同缩节胺处理下存在极显著差异, D1 处理的果枝始节高度最低, 相比 D2 与 D3 处理分别降低 3.15 cm 与 2.33 cm。主茎叶片数与果枝台数在 2018 年滴施缩节胺各处理间存在极显著差异, 但在 2017 年并无相似表现, 可能是由于外部环境或采样棉株差异造成。
2.1.2 对棉株果枝与果节间长度的影响 由图 1 可知, 2018 年各处理棉花的第 1 果枝长与第 4 果枝长无显著差异且无明显规律。同一缩节胺水平下, 2017 年 N1 处理的第 1 果枝长与第 4 果枝长均为最高, 相比 N2 与 N3 处理, 第 1 果枝分别平均增长 0.33 cm、0.70 cm; 第 4 果枝分别平均增长 0.56 cm、 0.81 cm。缩节胺使用量对第 4 果枝长存在显著影响, 随缩节胺用量的增加而增加, D3 处理的平均长度较 D1 处理增加 1.54 cm。2018 年 D1、D3 处理与 2017 年 D2、D3 处理下, N1 处理的第 7 果枝长显著高于 N3 处理。同时 2017 年 D2 与 D3 处理的平均第 7 果枝长相比 D1 处理显著增长 1.68 cm、1.54 cm。
由表 4 可知, 各处理对第 1 果枝第 1 果节间长度无明显影响, 但氮肥处理对其第 2 果节存在较为显著的影响, 但 2 年数据规律相反。第 1 果枝第 2 果节间长度在 2018 年随氮肥用量增加而增加, N2、 N3 处理相比 N1 处理长度增加 2.40~3.12 cm; 在 2017 年随氮肥用量而减少, N1 处理相比 N2、N3 处理长度增加 1.03~1.27 cm。2017 年缩节胺用量对第 4果枝第 1果节间长度存在显著影响, D1处理下其长度较 D2 与 D3 处理减少 1.36 cm 与 1.81 cm。2017 年与 2018 年第 2 果节均在 D2 与 D3 处理下随氮肥用量的增加而减少。第 7 果枝的第 1 果节(2017)与第 2 果节(2018)均受到缩节胺与氮肥互作的极显著影响, 同时 2 年试验中第 1 果节受缩节胺影响较大且规律较为一致, 表明棉花中上部果枝长度受到氮肥与缩节胺的影响较大。
2.2 滴施缩节胺与氮肥对棉铃时空分布的影响
由表 5 可知, 2018 年伏前桃占比随氮肥增加而增加, N3 处理相比 N1 处理增长幅度为 4.73%~ 12.56%, 同时 D1 处理的伏前桃占比远高于 D2 与 D3 处理。伏桃占比与伏前桃占比略呈相反趋势。 2017 年伏前桃占比与伏桃占比无明显规律。同一缩节胺水平下, 高氮(N3)处理的秋桃占比较高, 相比 N1 与 N2 处理增加 0.74%~3.39%。缩节胺对 2017 年秋桃占比产生较大影响, D1 处理的秋桃占比相比 D2 与 D3 处理增加 4.50%左右。
由表 6 可知, 内外围铃分布方面, 除 D3N3 处理较为异常外, 内围铃占比随缩节胺与氮肥用量的减少而增加, D1N1 的内围铃占比最高, 为 90.00% (2018) 和 81.71% (2017)。外围铃占比规律与其相反。说明较高的缩节胺与氮肥用量有利于外围铃的形成与发育。
2.3 滴施缩节胺与氮肥对棉株干物质积累与分配的影响
由图 2 可知，缩节胺施用量对干物质积累总量影响较大，D2 处理相较于 D1、D3 处理有明显增长。 2018 年处理后 25~55 d 与 2017 年处理后 10~50 d， D2 处理的干物质积累总量相比其他处理分别增长 6.09%~32.43%与 10.43%~29.94%。氮肥用量对棉花前期的干物质积累总量有较大影响，N1 处理后 0~15 d (2018 年)与 0~10 d (2017 年)分别高于其他处理 13.14%~29.86%与 14.18%~44.50%。在生育后期 N1 处理的干物质积累量与 N2、N3 处理无明显差异，仅在 2017 年 N1 处理后 20~50 d，相比其他处理增加 13.41%~20.98%。同时，棉花的干物质积累速率仅在2017 年不同缩节胺用量下存在一定差异，D2 处理的积累速率较高，相比 D1 与 D3 处理在各阶段平均增加 32.64%与 37.51%。
干物质分配比例方面，2018 年处理后 0~25 d， D2 与 D3 处理的生殖器官干物质占比较 D1 处理增加 1.98%~8.64%;处理后 35~55 d，其在缩节胺处理间无显著差异。2017 年处理后 20~50 d，D2 与 D3 处理的生殖器官占比较高，相对 D1 处理增长幅度达到 3.67%~9.27%。氮肥处理间生殖器官占比规律较为一致，N1 处理的生殖器官干物质占比较高，2 年试验中，其占比相比 N3 处理增长 2.05%~6.30%。
2.4 滴施缩节胺与氮肥对棉花产量及纤维品质的影响
由表 7 可知, 2018 年棉花单株结铃数在各缩节胺处理间存在极显著差异, 可能是由于其密度不均所造成的, 各处理对其他产量构成因素及最终产量无显著影响。部分处理在衣分方面出现显著差异, D3N1 处理的衣分相比 D1N1 显著增加 2.13%, 同时 D3 处理的平均衣分比 D1 处理高 0.81%。因此 D3 处理的平均籽棉与皮棉产量较高, 相比 D1 处理增加 7.26% 与 9.46%。2017 年不同氮肥处理对棉花的单株结铃数、单铃重、籽棉产量与皮棉产量产生显著或极显著影响, 以上产量构成均随氮肥用量的减少而增加。N1 处理的单株结铃数与单铃重相比N3处理增加15.71% 与 7.01%; 籽棉与皮棉产量增加 11.46%与 11.48%。缩节胺处理对产量及其构成因素无显著影响, 但对籽棉产量存在一定的影响, D3 处理的籽棉产量相比 D2 与 D1 处理增加 3.89%~7.25%。
由表 8 可知, 除 2017 年棉纤维马克隆值受缩节胺处理的显著性影响外, 缩节胺处理与氮肥处理对其他棉花纤维品质指标无显著影响, 两者互作对棉花纤维的长度整齐度与纺织一致性有显著影响 (2018)。2017 年 D1 处理的马克隆值较 D2、D3 处理增加, 而品级降低。2 年试验数据中 D3N1 处理的棉花纤维品质在纤维长度, 断裂比强度、长度整齐度与纺织一致性方面均有较好表现, 而 D1N1 (2018) 与 D3N3 (2017)处理的部分纤维品质较差。
3 讨论
3.1 滴施缩节胺与氮肥对棉花农艺性状的影响
农艺性状是判断棉花生长状况的重要指标, 对棉花后期的产量形成有重要影响[21]。李春燕等[22]试验结果表明, 棉花株高、茎粗随着施氮量的增加呈逐渐增加的趋势, 且存在显著性差异, 果枝始节高差异不显著, 与本试验研究结果相似。众多研究已表明缩节胺对棉花株高、果枝长度及果枝始节高的抑制作用。赵文超等[23]研究表明, 常规施用缩节胺时剂量越大, 株高降低幅度越大。本试验中缩节胺在随水滴施下剂量之间的差别并不机械遵守剂量越大、控制效果越强的预期, 在低施氮量下 D3 处理相比 D1 与 D2 处理棉株株高较高, 在中高施氮量下 D3 处理株高较低或相近。McConnell 等[24]研究表明, 134 kg hm–2 氮肥下缩节胺处理的棉花株高抑制率为 11.82%, 相比 202 kg hm–2 氮肥处理其降低 9.87%。同时秦鸿德等[25]、黎芳[26]试验结果表明, 施氮量对棉花果枝及果节长度无显著影响, 低氮量处理下棉株的中下部果枝长略高于较高施氮量处理, 本试验在果枝长度方面均为低施氮量处理下其长度较长, 与其结论较为一致。表明缩节胺与氮肥在滴施状态下存在极显著的互作效应; 氮肥施用量会影响棉花对缩节胺的响应程度, 在低氮状态下缩节胺对棉花的延缓生长作用减弱甚至消失, 在正常或较高氮状态下缩节胺对棉花产生一定的延缓生长作用, 但其控制程度与剂量之间尚未明晰。
本试验中 D3 处理下棉株的株高、果枝始节高、第 4 果枝长与第 7 果枝长较 D1 处理均有不同程度的增长。前人研究表明, 缩节胺处理会提高棉花根系活力、改善根系细胞的 ROS 代谢, 增加根系对于 N、P、 K 的吸收[27-28], 且棉花的叶柄硝态氮含量随缩节胺用量的增加呈现上升趋势[24]。同时姜益娟等[29]试验证明叶柄硝态氮含量与棉花的株高呈极显著正相关关系。故笔者猜想本试验中滴施高剂量缩节胺或可促进棉花根系的生长及对氮素的吸收, 进而促进棉花株高及果枝的伸长。赵强等[30]研究表明, 缩节胺处理的棉花后期存在“反跳”现象, 相比对照棉花上部主茎长度与株高显著增加, 本试验中棉花的株高与果枝长度规律与其相似。上述提出的 2 种关于试验中规律的可能性, 依据本试验中数据不能将其较好的区分, 需在后续研究中对棉花主茎进行持续性测量或测定棉株内氮含量或可明晰该规律的具体原因。
3.2 滴施缩节胺与氮肥对棉花棉铃时空分布的影响
缩节胺与氮肥对棉花的“三桃”比例有一定影响, 本试验中较低的氮肥用量与较高的缩节胺用量均能促进伏桃占比的增加, 进而促进生育期的提前; 而较高的氮肥施用量与低缩节胺用量则有利于秋桃的形成, 与刘燕等[31]、徐新霞等[32]试验结果较为一致。试验中 D1N1 内围铃占比较高可能是由于棉株受氮素供应限制, 150 kg hm–2 氮肥施用量导致棉花生育期提前, 无法为外围铃的形成提供足够的时间与养分; 同时由于超量的化控(2100 g hm–2 缩节胺用量) 促进有限的同化物优先向棉铃运输, 进而提高了外围铃占比与单铃重, 这与前人研究结果基本一致。各处理对果枝第 2 果节的影响结合“三桃”比例规律, 表明随水滴施缩节胺对于棉株的果枝发育中期与成铃前中期有较为明显的影响, 而氮肥处理对果枝发育及成铃后期产生明显影响。
3.3 滴施缩节胺与氮肥对棉花干物质积累与分配的影响
干物质积累量是形成产量的基础, 合理的化控技术可以显著增加棉花干物质生产和积累, 协调营养生长和生殖生长。Zhao 等[33]研究显示, 缩节胺化控技术可促进棉花干物质积累, 能够增加棉花地上部分干物质重。在本试验中滴施 1050 g hm–2 缩节胺处理下棉花的干物质积累总量、积累速率及生殖器官占比较高, 可能是由于 1050 g hm–2 缩节胺在滴施状态下可以促进棉花根系生长, 增强棉花根系吸收能力, 具体影响因素有待在后续研究中探明。
马宗斌等[34]研究表明, 施氮量过低时, 干物质积累量较少; 施氮量过高时, 有利于营养器官生长。阿丽艳·肉孜等[35]研究指出, 不同施氮量下棉花干物质累积存在显著差异, 氮素缺乏或过量均影响其干物质在不同生育时期的累积量。本试验结果表明, 棉花生殖器官干物质分配系数随施氮量逐渐升高而降低, 这与代英男等[36]、马一学等[37]研究结果一致。在本试验中, 低氮量处理棉花的干物质累积量在生育前期较高, 在后期差异减小; 随施氮量的增加, 棉花干物质积累增加幅度较小, 与前人研究有较大差异, 可能是由于试验地前期常年大量施用氮肥, 导致土壤全氮含量较高, 较低施氮量或可获得较高的干物质积累量。
3.4 滴施缩节胺与氮肥对棉花产量及纤维品质的影响
本试验各处理的产量构成因素中, 随水滴施 2100 g hm–2 缩节胺有利于增加棉花单株结铃数与单铃重, 同时虽然其收获株数间并无显著差异, 但 D3N3 与 D3N1 处理的收获株数有较为明显的减少, 或可使试验结果产生一定的偏差, 可能由此导致该处理的棉花株型规律异常。在各处理中 300 kg hm–2 氮肥施用量与 2100 g hm–2 缩节胺处理(2018 年)的产量表现较为优异, 其中 D3N3 的籽棉产量与皮棉产量均为最高。棉纤维品质方面, D1N1 处理棉花的各项指标均为最低, 可能是由于其棉株早衰, 部分棉铃发育较差。其余各处理间无明显差异, 缩节胺及氮肥处理均对棉纤维品质无显著影响。
田晓莉等[38]试验表明, 缩节胺作为一种安全性较高的易降解农药 , 在土壤中的降解半衰期为 7.2~13.0 d, 同时缩节胺进行常规喷施时可增加棉花侧根数, 提高根系活力。本试验中缩节胺与氮肥均进行膜下滴灌与棉花根系密切接触, 缩节胺在降解过程中或可对根系产生更为有效及持久的影响。新疆棉花品种繁多, 对缩节胺的敏感度不同, 随水滴施缩节胺可能对敏感品种的苗期与蕾期化控有较高的容错率, 可尽量避免因缩节胺喷施不当造成的棉花畸形及产量降低等风险。目前除缩节胺系统化控措施外, 缩节胺包衣缓释技术及化学打顶技术已成为新疆棉区较为广泛应用的技术, 在今后研究过程中, 可将随水滴施缩节胺与两者结合, 简化栽培措施, 降低生产成本, 形成机采棉提质增效新技术。
本试验将缩节胺使用剂量设置为 525~2100 g hm–2, 在此范围内棉花株型变化规律不明显, 如果继续增大缩节胺施用量, 会产生何种变化, 还有待进一步的试验验证。本研究为新疆干旱区膜下滴灌棉田 2 年的研究结果, 在不同膜下滴灌年限下, 随水滴施缩节胺的应用效果还需进一步研究与验证。
4 结论
随水滴施缩节胺用量在 1050~2100 g hm–2 时, 均可对棉花株高、果枝始节高、果枝长度起到抑制作用, 其作用效果与应用剂量之间无明显的线性关系 , 同时对产量与品质无明显影响。施氮量为 150 kg hm–2 时, 棉花的株高、茎粗、果枝长等表现较好, 生殖器官占干物质总量比例较多。随水滴施 1050~2100 g hm–2 缩节胺与 150 kg hm–2 氮肥(纯氮)时, 棉花纤维品质较好, 籽棉产量、单株铃数与单铃重最高、增产效果优。因此, 随水滴施模式下, 北疆棉区推荐用量为 1050~2100 g hm–2 缩节胺与 150 kg hm–2 氮肥。 ——论文作者：张 特 王蜜蜂 赵 强*
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