棉花植株氮素含量与干物质积累的相关性

娄善伟，马腾飞，托合提·艾买提，张怀军，王大光， 边 洋，司地克江，张鹏忠

(1.国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091；2.精河县农业技术推广中心，新疆精河 833300)

0 引 言

【研究的意义】新疆植棉面积在166.67×104hm2(2 500万亩)以上，2016年棉花产量达359×104t，超过全国总产量的67%，植棉地位极其重要。氮是植物生长所必须的大量元素之一，也是棉花增产的关键因素，由于棉农对棉花产量的持续追求，导致施肥增加，投入量已超过400 kg/hm2[1]。研究表明，同一物种不同基因型品种存在氮效率的差异，而如何判断氮效的高低，植株干物质量是其一个重要的指标，通过分析干物质重和氮素积累量之间的关系，可以更好的指导施肥，减少肥料浪费，同时也为筛选氮高效品种探索新的方法和方式。【前人研究进展】关于棉花干物质与养分的研究相对较多，棉花干物质和养分积累是器官分化和产量形成的物质基础[2]，了解棉花干物质积累分配及养分吸收规律，对于棉花合理施肥具有指导意义。叶欣等[3]通过不同品种棉花干物质积累差异对比研究，得出开花期至吐絮期是干物质积累的关键时期，盛铃期对氮肥需求量最大。郭仁松等[4]研究发现干物质在生长前期主要分配于根、茎和叶等营养器官，后期分配于蕾铃等生殖器官；养分的吸收与分配则是前期逐渐增加，吐絮后下降，但受不同栽培方式的影响。郑德明等[5]对南疆棉花干物质积累展开研究，发现高产棉花一生中的干物质积累总趋势前期略快，花铃期较健，后期下降缓慢。【本研究切入点】上述研究都比较深入的讨论了干物质和养分的变化规律，但二者之间相关联系的研究却甚少。氮素的消耗很大程度上是用于植株的生长即物质积累，所以，物质的积累情况影响到氮效，首先，氮素含量与干物质积累量在一定范围内应当成正比；其次，根、茎、叶干物质的分配情况应当影响着氮素的积累；不同生长时期以及生殖生长会对氮素积累的产生影响。研究棉株氮素含量与干物质积累之间的相关性。【拟解决的关键问题】棉株氮素含量与干物质积累之间的相关性不明，通过对其关系研究，为植株氮素转化机理的探索提供理论基础和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2016年在库尔勒地区进行，库尔勒属暖温带大陆性干旱气候，总日照数2 990 h，无霜期平均210 d，年平均气温11.4℃，最低为-28℃，年平均降水量58.6 mm，年最大蒸发为2 788.2 mm，主导风向东北风适宜多种农作物生长。试验点土壤为壤土,耕层土壤有机质含量为17.5 g/kg,碱解氮26.6 mg/kg,速效磷24.4 mg/kg ,速效钾175 mg/kg。棉花品种为4个，分别为：富全3号、中棉48号、中棉35号、天杂2号，其中中棉48号和天杂2号为杂交棉，其他为普通陆地棉。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用单因子随机区组设计，重复3次。4月11日播种，基肥为尿素270 kg/hm2，磷酸二铵225 kg/hm2，硫酸钾75 kg/hm2，追施尿素330 kg/hm2，采用宽膜覆盖，一膜六行，小区面积22.5 m2，试验地总长度为31 m，总宽度为10 m，其他管理不变。

1.2.2 测定项目1.2.2.1 生育进程与农艺性状

调查各处理的生育期，自3叶期开始调查测定各处理在不同生育时期的株高、主茎叶片数、果枝数、叶枝数、现蕾数、成铃数。

1.2.2.2 干物质积累

从3叶期开始，选6株棉花分根、茎、叶、蕾、花铃等器官放入烘箱内于105℃下杀青0.5 h后调温至75℃～80℃下烘干48 h，待冷却称重。

1.2.2.3 植株养分吸收

结合干物质的测定，将棉株各器官分根、茎、叶、蕾、铃等分开，样品进行室内钾测定。植株全钾的测定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度计法。

1.2.2.4 经济产量

吐絮后实收小区产量，并选取50吐絮铃(分上、中、下果枝部位)测其铃重和衣分。

1.3 数据处理

采用Excel与DPS软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种棉花的干物质积累和氮素积累

研究表明，在相同的水肥管理条件下，不同品种的氮素积累量存在一定的差异，其中天杂2号品种氮素积累量在花铃期(6月中旬至8月中旬)相比常规棉品种要略高，最高时可高出131 mg/株，其次为中棉所35号，一直保持较高的氮素积累量，但各品种氮素积累量的趋势一致。在干物质积累上，各品种随着生长时间的推移积累量不断增加，中棉所35号和天杂2号一直保持较高的干物质积累量，尤其是盛花后，与其他品种差距逐渐增大，最大分别高出富全3号3 769和3 510 kg/hm2。图1，图2

图1 不同品种氮素积累
Fig.1 Accumulation of nitrogen in different varieties

图2 不同品种的干物质积累
Fig.2 Accumulation of dry matter in different varieties

2.2 营养生长阶段棉花干物质积累与氮素积累的关系

研究表明，各棉花品种在营养生长阶段单株氮素的积累量与干物质积累呈显著正相关，相关系数在0.899以上，其中天杂2号的相关性最高，相关系数达到了0.999 8，其次为中棉所35号，这与二者在花铃期前干物质积累维持较高趋势相一致，说明营养生长阶段氮素的吸收积累很大程度是维持了植株生长，增加了植株的干物质量，在一定范围内，氮素积累的越多，植株生长量越高。图3～6

图3 富全3号干物质与单株N含量关系
Fig.3 Relationship between dry matter and individual plant N content in Fu Cheng 3

图4 中棉48号干物质与单株N含量关系
Fig.4 Relationship between dry matter and individual plant N content in Zhong Mian 48

图5 中棉35号干物质与单株N含量关系
Fig.5 Relationship between dry matter and individual plant N content in Zhong Mian 35

图6 天杂2号干物质与单株N含量关系
Fig.6 Relationship between dry matter and individual plant N content in Tian Za 2

2.3 生殖生长阶段棉花干物质积累与氮素积累的关系

研究表明，进入生殖阶段后，各品种的植株氮素含量明显下降，富全2号降低了271 mg/株，其次为中棉48号和35号，分布降低了247和297 mg/株，天杂2号下降最大，达到410 mg/株，而干物质积累却依然持续增加，其中天杂2号增加了5 342 kg/hm2，其次为中棉35号，这说明干物质积累量与氮素积累之间的关系发生改变，不再具有线性关系，生殖生长引起氮素分配的变化，在此阶段氮素的吸收、利用变的复杂，无法通过干物质重来判断氮素量。图7～10

图7 富全3号干物质与单株N含量变化
Fig.7 The changes of N content in dry matter and individual plant about Fu Quan3

图8 中棉48号干物质与单株N含量变化
Fig.8 The changes of N content in dry matter and individual plant about Zhong Mian48

图9 中棉35号干物质与单株N含量变化
Fig.9 The changes of N content in dry matter and individual plant about Zhong Mian 35

图10 天杂2号干物质与单株N含量变化
Fig.10 The changes of N content in dry matter and individual plant about Tian Za2

2.4 地上部不同器官干物质与氮素含量情况

研究表明，蕾期氮素含量与干物质积累量以叶片最高，其次为茎，生殖器官最少，且不同器官氮素与干物质含量呈正相关；不同品种中，中棉35号氮素和干物质的积累量最高，分别为10.36 g/hm2和1 549.88 kg/hm2，说明其植株健壮，现蕾快。花铃期生殖器官的氮素含量明显增加，比重超过总量的50%，其次为叶片，茎次之，干物质积累上茎、叶和生殖器官所占比重基本相当，氮素与干物质二者的相关性不在明显；品种间中棉48号氮含量最高，为53.29 g/hm2，中棉35号干物质量最高，为8 886.38 kg/hm2，此阶段营养生长与生殖生长旺盛，是棉花生产的关键时期。到见絮时，氮素含量仍以生殖器官为最高，但总量有所下降，茎、叶器官具有相同趋势，而干物质积累上生殖器官明显增多，茎、叶则变化不大；品种间天杂2号的氮素含量和干物质积累量最高，此阶段以生殖生长为主，对产量影响很大。表1

表1 不同器官干物质和氮素含量变化
Table 1 Contents of dry matter and nitrogen in different organs

处理Treat茎 Stem叶 Leaf生殖器官 ReproductiveorganN(g/hm2)干物质Drymatter(kg/hm2)N(g/hm2)干物质Drymatter(kg/hm2)N(g/hm2)干物质Drymatter(kg/hm2)蕾期Floweringperiod富全3号14745075733834750541575中棉48号1483618842768063035975中棉35号22256550713955131012925天杂2号1644320072677138032863花铃期FlowerandBollStage富全3号40229458111922145941997240413中棉48号60131708115412467693187266063中棉35号38036005614622811382634247444天杂2号21237788813032584132309235688初絮期Bollopeningstage富全3号2741693137021546881094550800中棉48号2352022756401823631322623175中棉35号2502853006542125501215729563天杂2号3143117389172306631233632663

3 讨 论

棉花干物质的累积是以养分的吸收为前提，所以二者之间有着千丝万缕的联系，但实际研究中却很少涉及二者之间关系。物质积累是一个动态变化过程，其间物质分配与协调的好坏直接影响到棉花群体结构及产量的形成[6-7]。祝珍珍等[8]分析了国内棉花干物质的积累与分配，宁志真等[9]对南疆膜下滴灌棉花干物质积累规律进行了研究，结果表明，干物质积累过程均可用Logistic曲线方程表达。而从棉花生长发育各时期的干物质积累百分比来看，棉花苗期生长缓慢，干物质积累占1.5%～2%，蕾期干物质积累迅速增加，占总量的13%～16%，花铃期是积累干物质最多的时期，占棉花一生总干物质积累量的65%～70%，吐絮期下降到占总量的16%～18%，也符合“S”型增长曲线[10-11]，而研究尽管品种不同，之间干物质最大值相差达3 769 kg/hm2，但干物质积累趋势相同，均属于上述模式，明确了干物质积累的基本规律。在氮素研究方面，关注点则多在氮素的利用方面，褚坤燕等[12]研究过棉花氮肥利用效率，分析了氮与叶绿素、植株生物量及产量构成因素的关系。谢德意等[13]通过添加有机肥发现，养分利用效率和氮肥利用率随施氮量增加而下降，而配施鸡粪的氮肥利用率比施等氮量化肥处理略有提高。张旺锋等[14]对氮肥与高产棉花群体光合性能做过研究，发现随氮肥量的增加群体光合速率增强。而我国氮肥的利用效率普遍在30%左右，相比发达国家并不高[15]。结合干物质，薛晓萍等[16]研究了不同施氮水平下棉花生物量动态增长特征，得出棉花生物量的增长对氮肥施用量较为敏感，合理施氮棉田具有快速增长期启动早、持续时间短、增长速率大等特征，但未进一步分析二者之间关系。氮素的消耗很大程度上是用于植株的生长即物质积累，所以，物质的积累情况影响到氮效。进一步研究表明，棉花氮素累积量总体呈增加趋势，但植株中氮素相对含量随生育期延长而降低，其变化趋势为前期积累少，蕾期迅速增大，初花期减缓，花铃期达到高峰，见絮期又有所减少，且蕾期前的生育阶段干物质与氮素呈线性关系，相关系数可高达0.999 8，叶片氮素含量最高，茎次之，进入花铃期后，蕾花铃等生殖器官的氮素积累变为最高，而氮素与干物质积累不再有相关性。

4 结 论

4.1 杂交棉在氮素和干物质积累上与普通陆地棉相比具有一定的优势。

4.2 在营养生长阶段，干物质积累量与氮素含量之间存在线性关系，可以通过施氮促进棉株生长，反之，可以通过植株生物量来判断不同品种的氮效率。

4.3 蕾期氮素含量与干物质积累量以叶片最高，其次为茎，生殖器官最少，花铃期后生殖器官最高，叶次之，茎最少。

>4.4 花铃期营养生长与生殖生长旺盛，是棉花生产的关键时期，养分与物质分配在各器官中比较均衡，进入生殖生长后，干物质积累量不断增加，但氮素的分配变的复杂。

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