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Effects of nitrogen application rates on nitrogen uptake and utilization of direct-seeded cotton after wheat harvest.

施氮量对麦后直播棉氮素吸收利用的影响


以早熟棉中棉所50为材料进行麦后直播棉花试验,研究施氮量(0、60、120、150、180、240 kg N·hm-2)对棉株氮素吸收、利用和分配的影响.结果表明: 增施氮肥提高了麦后直播棉不同生育阶段的氮吸收量,以盛花到见絮期的氮积累增量最大,并且改变了不同生育期间氮吸收比例,使棉花出苗到盛花期的氮吸收比例降低,盛花到吐絮期的氮吸收比例升高;增施氮肥还降低了生育后期中上部位果枝氮浓度的下降速率.麦后直播棉氮素和生物量累积以中下部果枝为主,在150~180 kg N·hm-2施氮量下棉花产量、氮肥表观利用率、各果枝部位干物质和氮在生殖器官中的分配比例较高,氮浓度和氮累积量动态特征参数比较协调.高于180 kg N·hm-2的施氮量导致棉花中部和下部果枝生殖器官生物量和氮素累积量、产量增幅和氮肥利用率降低,而低于150 kg N·hm-2施氮量降低棉花整株干物质和氮经济系数,不利于高产形成.综合分析,150~180 kg N·hm-2施氮量可作为长江流域下游棉区麦后直播棉的推荐施氮量.

An  experiment was carried out to study the effects of different nitrogen application rates (0, 60, 120, 150, 180 and 240 kg N·hm-2) on the nitrogen uptake, utilization and distribution of short season cotton cultivar (CCRI50) which was directly seeded after wheat harvest. Results showed that nitrogen application increased the nitrogen uptake of cotton at different growth stages, with the highest increment at the peak floweringboll opening stage. Nitrogen application changed the percentages of nitrogen uptake among different growth stages. The percentages of nitrogen uptake decreased from seedling to peak flowering stage, but increased from peak flowering to boll maturing stage. In addition, nitrogen application reduced the decreasing speed of nitrogen concentration in middle and upper fruiting branches at later growth stages. Direct-seeded cotton had nitrogen and biomass accumulation in the lower and middle reproductive branches. With the nitrogen application of 150-180 kg·hm-2, the lint yield, NARE (nitrogen apparent recovery efficiency) and the economic coefficient of biomass and nitrogen were relatively higher, and the eigenvalues of dynamic model of nitrogen content and nitrogen accumulation were relatively coordinate. Excessively high nitrogen application (over 180 kg N·hm-2)  decreased biomass and nitrogen amount of reproductive organ in lower and middle branches, narrow rise of yield, and lower nitrogen use efficiency. However, excessively low nitrogen application (lower than 150 kg N·hm-2) also resulted in lower economic coefficient of biomass and nitrogen and yield. These results suggested the optimum nitrogen application rate 150-180 kg N·hm-2 for direct-seeded cotton after wheat harvest in lower reaches of Yangtze River.


全 文 :施氮量对麦后直播棉氮素吸收利用的影响
张国伟  杨长琴  倪万潮  刘瑞显∗
(江苏省农业科学院经济作物研究所 /农业部长江下游棉花与油菜重点实验室, 南京 210014)
摘  要  以早熟棉中棉所 50 为材料进行麦后直播棉花试验,研究施氮量(0、60、120、150、
180、240 kg N·hm-2)对棉株氮素吸收、利用和分配的影响.结果表明: 增施氮肥提高了麦后
直播棉不同生育阶段的氮吸收量,以盛花到见絮期的氮积累增量最大,并且改变了不同生育
期间氮吸收比例,使棉花出苗到盛花期的氮吸收比例降低,盛花到吐絮期的氮吸收比例升高;
增施氮肥还降低了生育后期中上部位果枝氮浓度的下降速率.麦后直播棉氮素和生物量累积
以中下部果枝为主,在 150~180 kg N·hm-2施氮量下棉花产量、氮肥表观利用率、各果枝部位
干物质和氮在生殖器官中的分配比例较高,氮浓度和氮累积量动态特征参数比较协调.高于
180 kg N·hm-2的施氮量导致棉花中部和下部果枝生殖器官生物量和氮素累积量、产量增幅
和氮肥利用率降低,而低于 150 kg N·hm-2施氮量降低棉花整株干物质和氮经济系数,不利
于高产形成.综合分析,150~180 kg N·hm-2施氮量可作为长江流域下游棉区麦后直播棉的推
荐施氮量.
关键词  麦后直播棉; 施氮量; 氮吸收利用; 产量
Effects of nitrogen application rates on nitrogen uptake and utilization of direct⁃seeded cotton
after wheat harvest. ZHANG Guo⁃wei, YANG Chang⁃qin, NI Wan⁃chao, LIU Rui⁃xian∗ ( Insti⁃
tute of Economic Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences / Ministry of Agriculture Key Labo⁃
ratory of Cotton and Rapeseed, Nanjing 210014, China) .
Abstract: An experiment was carried out to study the effects of different nitrogen application rates
(0, 60, 120, 150, 180 and 240 kg N·hm-2) on the nitrogen uptake, utilization and distribution
of short season cotton cultivar (CCRI⁃50) which was directly seeded after wheat harvest. Results
showed that nitrogen application increased the nitrogen uptake of cotton at different growth stages,
with the highest increment at the peak flowering⁃boll opening stage. Nitrogen application changed
the percentages of nitrogen uptake among different growth stages. The percentages of nitrogen uptake
decreased from seedling to peak flowering stage, but increased from peak flowering to boll maturing
stage. In addition, nitrogen application reduced the decreasing speed of nitrogen concentration in
middle and upper fruiting branches at later growth stages. Direct⁃seeded cotton had nitrogen and bi⁃
omass accumulation in the lower and middle reproductive branches. With the nitrogen application of
150-180 kg·hm-2, the lint yield, NARE (nitrogen apparent recovery efficiency) and the econom⁃
ic coefficient of biomass and nitrogen were relatively higher, and the eigenvalues of dynamic model
of nitrogen content and nitrogen accumulation were relatively coordinate. Excessively high nitrogen
application (over 180 kg N·hm-2) decreased biomass and nitrogen amount of reproductive organ
in lower and middle branches, narrow rise of yield, and lower nitrogen use efficiency. However, ex⁃
cessively low nitrogen application (lower than 150 kg N·hm-2) also resulted in lower economic co⁃
efficient of biomass and nitrogen and yield. These results suggested the optimum nitrogen application
rate 150-180 kg N·hm-2 for direct⁃seeded cotton after wheat harvest in lower reaches of Yangtze
River.
Key words: direct⁃seeding cotton after wheat harvest; nitrogen application rate; nitrogen uptake
and utilization; yield.
本文由江苏省农业三新工程项目(SXGC[2014]299)、江苏省科技支撑计划项目(BE2014389)和江苏省农业科技自主创新资金项目[SCX(13)
5071]资助 The work was supported by the Jiangsu Province Three⁃New Agricultural Innovation Project (SXGC[2014]299), the Jiangsu Province Sci⁃
ence and Technology Support Program (BE2014389), and the Jiangsu Province Agricultural Science and Technology Innovation Fund [SCX(13)5071].
2015⁃04⁃14 Received, 2015⁃11⁃19 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: liuruixian2008@ 163.com
应 用 生 态 学 报  2016年 1月  第 27卷  第 1期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2016, 27(1): 157-164                    DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201601.037
    棉花是我国重要的经济作物,长期以来育苗移
栽一直是长江流域棉区主要的植棉方式,但是传统
的营养钵育苗移栽技术存在用工多、劳动强度大、不
利于机械化操作等缺陷,而麦后棉花直播技术具有
省工、简化、利于机械化操作等优点[1-2] .研究表明,
采用合适的品种和调控措施,麦后直播棉模式可以
实现粮棉双丰收,解决粮棉争地矛盾[3-4] .因此,有必
要加强麦后直播棉优质高产配套栽培技术研究,为
麦后直播棉的推广提供技术支撑.施氮是棉花优质
高产的重要调控措施[5-6] .麦后棉直播技术以早熟棉
为种植品种,具有生育期短、生长速度快、单株生物
量低、开花结铃吐絮集中等特性,其栽培措施与传统
育苗移栽棉存在较大差异[7-8] .此外,在长江流域下
游棉区,棉农长期倾向于增施氮肥以获得高产,导致
肥料利用率低下,肥料流失严重[1,7] .因此,必须明确
长江流域下游棉区麦后直播棉花氮素的吸收利用规
律,并制定合理的氮肥运筹措施.
作物的高产以较高的生物量为前提,而生物量
的累积是以养分吸收为基础[9] .有研究认为,棉花生
物量或氮素累积特征符合 Logistic模型,施氮对其增
长模型的基本形态影响较小,但对增长速率影响较
大[10-11],因此,可以通过不同的施氮量来调节快速
生长期的生长特征值,以提高作物产量和品质.薛晓
萍等[12]和王子胜等[13]分别研究长江流域下游棉区
育苗移栽棉花和东北特早熟棉区棉花氮素吸收利用
规律,确定了适宜的施氮量,但针对长江流域下游棉
区麦后直播棉花氮素吸收利用的研究未见报道.本
文基于长江流域下游棉区麦后直播棉生长特性,以
早熟棉中棉所 50为材料,研究不同施氮量对麦后直
播棉花不同果枝氮素吸收利用的影响,以期为制定
长江流域下游棉区麦后直播棉田合理的养分管理技
术提供科学依据.
1  材料与方法
1􀆰 1  试验设计
试验于 2013和 2014年在江苏省南京市江苏省
农业科学院试验站(32°02′ N, 118°50′ E)进行,供
试土壤为粘质土,2 年试验 0 ~ 20 cm 土层土壤 pH
值分别为 6. 0 和 5. 9,分别含有机质 12. 8 和 13􀆰 1
g·kg-1、全氮 1.01和 1.08 g·kg-1、速效氮(铵态氮
和硝态氮之和)21.5 和 20.8 mg·kg-1、速效磷 36.8
和 36􀆰 1 mg·kg-1、速效钾 152.5和 153.1 mg·kg-1 .
中棉所 50为长江流域下游棉区麦后直播棉适
宜品种[14] .本研究以中棉所 50为试验材料,设置 0、
60、120、150、180和 240 kg N·hm-2 6 个施氮量,重
复 3次,随机区组排列.氮肥在作物生育期的分配为
基肥和花铃肥分别占 50%.P 2O5、K2O 用量分别为
80、160 kg·hm-2,全部作为基肥.小区长 4 m、宽
3 m,5 行区,根据机采棉要求和前期研究结果,
设置行距 0.76 m、株距 0. 20 m,折合密度 66000
株·hm-2 [2] .前茬作物为小麦,小麦收获后秸秆直接
粉碎埋入地下 5~15 cm.2013和 2014年分别于 6 月
8日和 6 月 7 日直播棉花,不整枝,8 月 15 日打顶,
全生育期间用缩节胺化控 3次,总量为 90 g·hm-2 .
1􀆰 2  测定项目与方法
分别于初花期 7 月 30 日后 1、10、20、30、40、50
和 57 d在每小区取生长发育一致的棉株,3次重复,
参照邹方刚等[14]的方法,将棉株分为下(1~5 果枝,
L)、中(6~10果枝,M)、上(≥11 果枝,U)3 部位调
查生物量与养分空间分布,在 105 ℃杀青 30 min
后,80 ℃烘至恒量,称生物量.样品粉碎后用凯氏定
氮法测定全氮含量,再根据各部位的干物质量计算
棉花氮素累积量.收获时对每小区定点的 20 株棉花
按照不同部位分收棉铃,测定产量.
1􀆰 3  棉花氮素累积特征值的计算方法
棉株氮素累积量的增长符合 Logistic曲线,其基
本模型为 W =Wm / (1+aebt),分别对模型求 1 阶、2
阶和 3阶导数,可得相应生长曲线的最大相对生长
速率(Vm)及其出现时间( tm)、快速累积期持续时间
(T)等特征参数[12] .
1􀆰 4  棉花氮肥利用率的计算方法[15]
生物量经济系数 =吐絮期生殖器官生物量 /吐
絮期棉株生物量
氮的经济系数 =吐絮期生殖器官氮累积量 /吐
絮期棉株氮累积量
氮肥表观利用率(NARE)= (施氮区棉株吸氮
量-不施氮区棉株吸氮量) /施氮量×100%
氮肥农学利用率(NAE,kg·kg-1)= (施氮区皮
棉产量-不施氮区皮棉产量) /施氮量
氮肥偏生产力(NPP,kg·kg-1)=施氮区单位面
积产量 /单位面积施氮量
氮素生产效率(NPE,kg·kg-1)=单位面积皮棉
产量 /成熟期单位面积棉株吸氮量
1􀆰 5  数据处理
利用 SPSS 11.0 软件进行单因素方差分析,采
用最小差异显著法(LSD)进行多重比较(α = 0.05).
采用 Excel软件作图.
851 应  用  生  态  学  报                                      27卷
2  结果与分析
2􀆰 1  施氮量对棉花产量的影响
由图 1 可知,皮棉产量对施氮量的响应可用二
次曲线进行拟合,对拟合方程求导可以得到皮棉产
量边际产量(每增加 1 kg 施氮量所增加的皮棉产
量)的变化曲线,2013和 2014 年皮棉产量的边际产
量分别在 175.4和 168.8 kg N·hm-2时降低为 0,此
施氮量为皮棉产量最高时的理论施氮量,当施氮量
进一步增加,边际产量为负,实际产量降低.
图 1  棉花皮棉产量和边际产量与施氮量的关系
Fig.1  Relationships between lint yield and marginal yield and
nitrogen application rate.
∗∗P<0.01. 下同 The same below.
2􀆰 2  施氮量对棉株生物量和氮素累积分配的影响
由表 1 可知,施氮量显著影响棉花生物量累积
分配.整株和中部果枝棉株和生殖器官生物量在 180
kg N·hm-2时最大,下部果枝在 150 kg N·hm-2时
最大,上部果枝则随施氮量增加而持续增大.随着施
氮量增加,下部果枝生物量经济系数呈降低趋势,整
株、中部和上部果枝则呈先升高后降低趋势,其中整
株和上部果枝在 150 kg N·hm-2时最大,中部果枝
在 180 kg N·hm-2时最大.
由表 2可知,随施氮量增加,整株和中部果枝氮
累积量均呈升高趋势,并在升高至一定程度后趋于
稳定;下部果枝氮积累量随施氮量增加呈先升高后
降低趋势,且在 150 kg N·hm-2(2013 年)或 180
kg N·hm-2(2014年)时最高,上部果枝氮积累量则
随施氮量增加而持续增大.整株、下部和中部果枝生
殖器官生物量均随施氮量增加呈先上升后降低趋
势,上部果枝呈持续升高趋势.整株和中部果枝氮经
济系数随施氮量增加呈先升高后降低趋势,下部果枝
在<120 kg N·hm-2时变化较小,>120 kg N·hm-2时
则持续降低,上部果枝氮经济系数在升高至一定程
度后趋于稳定.
2􀆰 3  施氮量对棉株不同部位氮含量及氮素累积动
态的影响
由图 2 可见,不同施氮量处理下棉株各部位的
氮浓度均随生育进程而逐渐降低,且各部位在同一
时期的氮浓度以上部最高、中部次之、下部最低.不
同果枝部位氮浓度随时间的变化趋势可以用负指数
函数(y = ae-bx)拟合.由表3可知,随施氮量增加,各
表 1  施氮量对棉株生物量累积和分配的影响
Table 1  Effects of nitrogen application rates on biomass accumulation and allocation of cotton plant

Year
施氮量
Nitrogen
application rate
(kg N·hm-2)
棉株生物量
Biomass per
plant (g)
TP L M U
生殖器官生物量
Biomass of reproductive
organ per plant (g)
TP L M U
生物量经济系数
Economic coefficient
of biomass
TP L M U
2013 0 43.3e 24.5e 18.9e - 19.6e 12.5e 7.2f - 0.44c 0.51a 0.38d -
60 71.3d 35.4d 32.9d 2.9e 32.7d 17.3cd 14.4e 1.0d 0.45bc 0.49b 0.44c 0.33d
120 94.5c 41.2b 44.0c 9.3d 42.6c 19.8b 18.9d 4.0c 0.45bc 0.48b 0.43c 0.42c
150 106.3b 44.6a 47.3b 14.5c 48.9ab 21.4a 20.8c 6.7b 0.47a 0.48b 0.44c 0.46a
180 110.6a 42.7ab 50.9a 17.1b 50.9a 18.3c 24.9a 7.7a 0.46ab 0.43c 0.49a 0.45ab
240 106.3b 38.3c 49.2ab 18.8a 46.7b 16.1d 22.5b 8.2a 0.44c 0.42c 0.46b 0.44b
2014 0 40.4e 25.1e 15.3d - 18.0e 12.5d 6.5e - 0.43b 0.50a 0.43c -
60 76.3d 36.7d 36.2c 3.4e 32.1d 16.8b 15.3d - 0.42b 0.46b 0.42c -
120 100.4c 44.7b 47.6b 8.1d 43.2c 18.5a 20.9c 3.9c 0.45ab 0.41c 0.44c 0.47c
150 109.3b 46.7ab 50.2a 12.4c 51.4a 18.0a 26.3a 7.1b 0.47a 0.39c 0.52a 0.57a
180 115.6a 49.5a 51.0a 15.1b 49.2a 16.7b 25.0ab 7.6b 0.42b 0.34d 0.51a 0.49bc
240 109.4b 41.8c 50.3a 16.6a 46.2b 13.7c 24.0b 8.5a 0.42b 0.33d 0.47b 0.51b
TP: 整株 Total plant; L: 下部果枝 Lower fruiting branch; M: 中部果枝 Middle fruiting branch; U: 上部果枝 Upper fruiting branch. 同列不同字母
表示差异显著(P<0.05)Different letters in the same column meant significant difference at 0.05 level. 下同 The same below.
9511期                        张国伟等: 施氮量对麦后直播棉氮素吸收利用的影响         
表 2  施氮量对棉株氮素累积和分配的影响
Table 2  Effects of nitrogen application rates on nitrogen accumulation and allocation of cotton plant
年份
Year
施氮量
Nitrogen
application rate
(kg N·hm-2)
氮累积量
Nitrogen accumulation
(kg·hm-2)
TP L M U
生殖器官氮累积量
Nitrogen accumulation amount of
reproductive organ (kg·hm-2)
TP L M U
氮经济系数
Economic coefficient
of nitrogen
TP L M U
2013 0 40.9e 22.9d 18.0e - 26.6e 16.7e 9.9f - 0.64bc 0.73a 0.55d -
60 74.5d 35.3c 34.5d 4.7e 49.8d 25.4d 22.4e 2.0e 0.67b 0.72ab 0.65c 0.42c
120 108.8c 45.0b 50.2c 13.6d 73.6c 32.4b 34.6d 6.5d 0.68a 0.72ab 0.69b 0.48b
150 131.6b 47.9a 58.8b 24.9c 89.6b 34.0a 42.9c 12.7c 0.68a 0.71b 0.73a 0.51a
180 144.5a 46.9a 67.4a 29.6b 94.1a 31.1c 48.5a 14.7b 0.65b 0.65c 0.72a 0.50a
240 144.1a 43.0b 67.9a 33.8a 90.6b 30.4c 45.5b 17.7a 0.63c 0.63d 0.68b 0.51a
2014 0 39.8e 22.5d 17.3e - 25.2e 16.0e 9.2f - 0.63b 0.71a 0.54c -
60 77.5d 37.6c 35.2d 4.7e 50.3d 26.3d 23.9e - 0.65a 0.70a 0.68b -
120 111.8c 48.5a 49.3c 14.0d 72.5c 33.0a 34.0d 5.5d 0.65a 0.68b 0.69b 0.39b
150 136.4b 49.8a 60.2b 26.4c 90.5b 33.9a 43.9c 12.7c 0.66a 0.68b 0.73a 0.48a
180 147.6a 48.9a 68.3a 30.4b 95.9a 31.3b 49.9a 14.7b 0.65a 0.64c 0.73a 0.49a
240 145.9a 45.5b 66.2a 34.2a 90.5b 27.8c 45.7b 17.0a 0.62b 0.61d 0.69b 0.49a
图 2  施氮量对棉花不同部位氮浓度的影响
Fig.2  Effects of nitrogen application rates on nitrogen content of cotton plant in 2013.
L: 下部果枝 Lower fruiting branch; M: 中部果枝 Middle fruiting branch; U: 上部果枝 Upper fruiting branch. N0: 对照 Control; N60: 60
kg N·hm-2; N120: 120 kg N·hm-2; N150: 150 kg N·hm-2; N180: 180 kg N·hm-2; N240: 240 kg N·hm-2 . 下同 The same below.
表 3  不同施氮量处理棉花不同果枝部位氮浓度拟合方程参数
Table 3  Parameters of equations for nitrogen content of different fruiting branches in cotton under different nitrogen appli⁃
cation rates (2013, n=7)
施氮量
Nitrogen application
rate (kg N·hm-2)

a b R2

a b R2

a b R2
0 2.232 0.0159 0.96∗∗ 2.990 0.0176 0.98∗∗ - - -
60 2.371 0.0132 0.93∗∗ 3.215 0.0166 0.99∗∗ 3.285 0.0114 0.91∗∗
120 2.477 0.0123 0.92∗∗ 3.412 0.0157 0.99∗∗ 3.514 0.0112 0.96∗∗
150 2.645 0.0127 0.91∗∗ 3.522 0.0149 0.97∗∗ 3.751 0.0111 0.95∗∗
180 2.723 0.0128 0.90∗∗ 3.682 0.0151 0.97∗∗ 3.833 0.0107 0.95∗∗
240 2.812 0.0132 0.90∗∗ 3.861 0.0158 0.99∗∗ 3.835 0.0102 0.94∗∗
∗∗P<0.01. a) 氮浓度衰减方程初始值 Initial value of attenuation equation of nitrogen concentration; b) 氮浓度衰减方程下降速率 Decreasing rate
of attenuation equation of nitrogen concentration. 下同 The same below.
061 应  用  生  态  学  报                                      27卷
图 3  施氮量对棉株不同部位氮累积量的影响
Fig.3  Effects of nitrogen application rates on nitrogen accumulation amounts of cotton plant in 2013.
表 4  施氮量对不同部位氮累积动态特征值的影响
Table 4  Effects of nitrogen application rates on eigenvalues of nitrogen accumulation models in different parts of cotton
plant (2013)
施氮量
Nitrogen application
rate (kg N·hm-2)
最大累积速率
Vmax (kg·hm-2·d-1)
L M U
最大累积速率出现时间
tm (d)
L M U
快速累积持续时间
T (d)
L M U
0 0.42 0.38 - 10.44 17.21 - 36.58 34.65 -
60 0.60 0.66 0.11 11.94 19.60 29.71 41.80 37.09 30.95
120 0.74 0.94 0.46 12.84 20.55 30.26 43.18 38.17 31.47
150 0.76 1.07 0.58 13.98 22.03 32.03 44.64 39.90 33.05
180 0.75 1.15 0.60 15.51 23.99 35.21 46.21 43.18 36.28
240 0.76 1.15 0.60 18.19 23.91 36.95 47.89 41.80 36.94
Vmax: 最大累积速率 Maximal speed of accumulation; tm: 最大累积速率出现时期 Time reached maximal accumulation rate; T: 快速累积持续期
Duration of fleetly accumulation.
果枝部位氮浓度衰减方程的 a 值(初始值)均持续
升高,即氮浓度升高, b 值 (下降速率)变化相对
复杂,对于下部和中部果枝,b 值表现为随施氮量
增加呈先降低后升高的趋势,且分别在 120 和 150
kg N·hm-2时最低,上部果枝则呈持续降低趋势.
随生育进程推进,棉株各部位氮累积量变化符
合 Logistic 生长曲线(图 3),氮累积动态模型(表
4),各部位最大累积速率随施氮量增加而升高,而
且升高到一定量后趋于稳定,下部和上部最大累积
速率出现时间和快速累积持续时间随施氮量增加
而持续升高,中部的最大累积速率出现时间在 180
kg N·hm-2时最迟,之后趋于稳定,而快速累积持续
时间则在 180 kg N·hm-2时最长,之后显著降低.
由表 5 可见,下部果枝生物量和氮经济系数与
a值、tm(最大累积速率出现时期)和 T(快速累积持
续期)呈显著负相关,中部果枝生物量和氮经济系
数与 a值、Vmax(最大累积速率)、tm和 T 呈显著正相
关,而与 b值呈显著负相关,上部果枝生物量和氮经
表 5  不同部位生物量和氮经济系数与氮累积特征参数的
相关系数
Table 5  Correlation coefficients between economic coeffi⁃
cients of biomass and nitrogen with eigenvalue of nitrogen
accumulation parameters of cotton plant (2013, n=6)
参数
Parameter
生物量经济系数
Economic coefficient
of biomass
L M U
氮经济系数
Economic coefficient
of nitrogen
L M U
a -0.920∗∗ 0.819∗ 0.901∗ -0.872∗ 0.812∗ 0.946∗
b 0.486 -0.975∗∗-0.663 0.307 -0.999∗∗-0.685
Vmax -0.716 0.936∗∗ 0.985∗∗ -0.578 0.933∗∗ 0.991∗∗
tm -0.957∗∗ 0.887∗ 0.666 -0.941∗∗ 0.846∗ 0.702
T -0.898∗ 0.877∗ 0.681 -0.816∗ 0.840∗ 0.707
∗P<0􀆰 05; ∗∗P<0.01.
1611期                        张国伟等: 施氮量对麦后直播棉氮素吸收利用的影响         
表 6  施氮量对棉株不同生育阶段氮吸收量和吸收比率的影响
Table 6  Effects of nitrogen application rates on nitrogen uptake and percentage of uptake at different growth stages of
cotton (2013)
施氮量
Nitrogen
application
rate
(kg N·
hm-2)
出苗⁃初花期
Seedling⁃initial
flowering stage
N吸收量
N uptake
(kg·hm-2)
N吸收比例
Percentage of
N uptake
初花⁃盛花期
Initial flowering⁃
peak flowering stage
N吸收量
N uptake
(kg·hm-2)
N吸收比例
Percentage of
N uptake
盛花⁃见絮期
Peak flowering⁃
boll opening stage
N吸收量
N uptake
(kg·hm-2)
N吸收比例
Percentage of
N uptake
吐絮期
Boll maturing stage
N吸收量
N uptake
(kg·hm-2)
N吸收比例
Percentage of
N uptake
0 8.04e 19.66a 14.15e 34.59a 17.74f 43.38d 0.97f 2.37d
60 13.41d 18.00b 24.58d 32.99b 34.71e 46.59c 1.80e 2.42d
120 18.52c 17.03c 32.84c 30.18c 51.98d 47.77b 5.46d 5.02c
150 20.91b 15.89d 37.73b 28.67d 65.78c 49.98a 7.18c 5.46c
180 22.75a 15.79d 40.04a 27.79e 71.00b 49.27a 10.31b 7.15b
240 22.58a 15.55d 39.17ab 26.98f 72.15a 49.62a 11.41a 7.86a
初花、盛花、见絮和吐絮期分别为花后第 1、20、50和 57 天 Initial flowering, peak flowering, boll opening and boll maturing stages meant 1st, 20th,
50th and 57th day after initial flowing, respectively.
图 4  施氮量对棉花氮肥利用效率的影响
Fig.4  Effects of nitrogen application rates on nitrogen utiliza⁃
tion of cotton plant.
济系数与氮含量回归方程的 a 值和 Vmax呈显著正
相关.
2􀆰 4  施氮量对棉株不同生育阶段的氮素吸收量和
吸收比率的影响
由表 6 可知,随施氮量升高,出苗到初花期和初
花到盛花期的氮吸收量呈升高趋势,且在升高至一
定程度后趋于稳定,而盛花到见絮期和吐絮期则持
续升高.随施氮量增加,氮的吸收比例变化规律在不
同生育期间差异较大,在出苗到初花期呈降低趋势,
并在>150 kg N·hm-2施氮量处理时趋于稳定,在初
花到盛花期持续降低,在盛花到见絮期逐渐升高,且
在>150 kg N·hm-2施氮量处理时趋于稳定,在吐絮
期则持续升高.
2􀆰 5  施氮量对棉花氮肥利用率的影响
由图 4 可见,氮肥表观利用率随施氮量的变化
呈先升高后降低的趋势,其对施氮量的响应可用二
次曲线进行拟合,得到最高氮素表观利用率的理论
施氮量为 170 kg N·hm-2(2013)和 165 kg N·hm-2
(2014);氮素利用效率、氮肥农学利用率和氮肥偏
生产力均随施氮量的增加而降低,三者对施氮量的
响应均符合负指数方程(y=ae-bx).
3  讨    论
合理施氮是调控棉花生长发育与产量形成的重
要措施之一.本研究中,长江流域下游棉区麦后直播
棉的皮棉产量和氮素表观利用率最高时的施氮量分
别在 168~175和 165~170 kg N·hm-2,兼顾生产和
环境因素效益,结合土壤肥力 (本试验田肥力水
平对于长江流域下游棉区肥力具有较强代表
性[7,14,16]),本研究表明,150 ~ 180 kg N·hm-2为该
区麦后直播棉适宜的施氮量.该施氮量低于长江流
261 应  用  生  态  学  报                                      27卷
域下游棉区育苗移栽棉 240 kg N·hm-2的适宜施氮
量水平[11-12],其原因与麦后直播棉与育苗移栽棉生
育特性不同有关,麦后直播棉较育苗移栽棉生育期
短、开花结铃集中、栽培密度大、群体生物量大、果枝
数高[1-3,17-18] .
本研究中,随施氮量的增加,氮肥表观利用率呈
先升高后降低的趋势,而氮素生产效率、氮肥农学利
用率和氮肥偏生产力则呈降低趋势.氮素生产效率
降低表明棉株吸收的氮素向营养器官分配比例增
多,而向生殖器官分配比例降低,进而导致氮肥对产
量的贡献率降低[19-21],而何虎等[22]研究表明,晚稻
的氮肥表观利用率随着施氮量增加而升高,这与其
氮肥运筹有关.此外,麦后直播棉中下部果枝生殖器
官生物量和氮积累量显著高于上部,这表明麦后直
播棉产量的形成以中下部为主,这与长江流域育苗
移栽棉中养分累积和产量以中上部为主存在一定差
异[23-24],因此,施氮量对麦后直播棉氮素向生殖器
官转运的影响主要体现在中下部果枝.进一步研
究表明,随施氮量增加,下部和中部果枝生殖器官
氮累积量呈先升高后降低趋势,且在 150 ~ 180
kg N·hm-2时最高,上部果枝氮累积量则持续升高,
<120 kg N·hm-2时对下部果枝氮向生殖器官分配影
响较小,<150和 180 kg N·hm-2处理则分别促进了
氮素向中部和上部生殖器官分配,>180 kg N·hm-2
处理下,氮素倾向于向上部果枝营养器官分配,这也
导致营养生长过旺,霜后花比例增多.
植物体内氮浓度的变化与碳水化合物的形成和
养分向生殖器官的运输密切相关[25-26] .本研究表
明,随生育进程,麦后直播棉各部位的氮浓度变化可
用负指数方程拟合,且不同部位果枝生物量和氮经
济系数均与氮浓度衰减方程特征值呈显著相关,说
明氮浓度的变化过程可以通过影响生物量和氮的生
殖分配而影响棉花产量.进一步分析表明,棉花氮素
的吸收动态可用 Logistic生长曲线描述,对于下部果
枝,较早的最大累积速率出现时间和较短的快速累
积期持续时间有利于光合产物和氮素向生殖器官的
转运;对于中部果枝,较高的最大累积速率、较迟的
最大累积速率出现时间、较长的氮素快速累积持续
时间有利于光合产物和氮素向生殖器官的转运,对
于上部果枝,较高的最大累积速率利于光合产物向
生殖器官的转运.
棉花生育前期吸收的氮主要是促进棉株营养器
官发育,中后期吸收的氮素则对产量和品质形成至
关重要[27-28] .本研究中,施氮过低增加了麦后直播
棉盛花期之前氮的吸收比例,降低了盛花期之后的
氮吸收比例,导致后期氮供应不足;过量施氮增加了
棉花吐絮期氮的吸收比例, 使吐絮期氮的浓度和吸
收量显著增加,造成棉花贪青晚熟、产量降低、品质
变劣[29] .
综上所述,施氮量通过调控棉花不同果枝部位
氮含量和氮累积量的动态影响氮和生物量的累积和
转运,进而影响棉花产量.当施氮量为 150 ~ 180
kg N·hm-2时,棉花产量和氮肥表观利用率相对较
高,各果枝部位干物质和氮在生殖器官中的分配比
例相对较高,氮浓度和氮累积量动态特征参数比较
协调,可以作为长江流域下游棉区麦后直播棉的推
荐施氮量.
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作者简介  张国伟,男,1981 年生,博士, 副研究员. 主要从
事棉花栽培生理研究. E⁃mail: zgw_0721@ 163.com
责任编辑  孙  菊
张国伟, 杨长琴, 倪万潮, 等. 施氮量对麦后直播棉氮素吸收利用的影响. 应用生态学报, 2016, 27(1): 157-164
Zhang G⁃W, Yang C⁃Q, Ni W⁃C, et al. Effects of nitrogen application rates on nitrogen uptake and utilization of direct⁃seeded cotton
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461 应  用  生  态  学  报                                      27卷