全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(7): 1257−1265 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30771279, 30971735), 国家公益性行业(农业)科研专项(3-5)和江苏省农业三新工程项目[SXGC(2012)
390]资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 陈兵林, E-mail: blchen@njau.edu.cn; 周治国, E-mail: giscott@njau.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: swcnjau@163.com
Received(收稿日期): 2012-11-12; Accepted(接受日期): 2013-03-11; Published online(网络出版日期): 2013-04-23.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130423.1838.018.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01257
初花后土壤碱解氮浓度对棉花生物量和氮素累积特征的影响
宋为超 刘春雨 徐 娇 睢 宁 陈兵林* 周治国*
南京农业大学 / 农业部作物生理生态与生产管理重点实验室, 江苏南京 210095
摘 要: 试验于 2009—2010 年分别在江苏省棉花科技示范基地东台市(120°19 E, 32°52 N)和大丰市(120°28 E,
33°12 N)进行。设置 6个水平(0、150、300、375、450和 600 kg hm–2)施氮量, 研究土壤碱解氮浓度变化特征及对棉
花生物量和氮素累积特征的影响。结果表明, 棉花初花后土壤碱解氮浓度的动态变化可用三次函数方程模拟, 棉花生
物量、氮素累积动态可用 Logistic方程拟合; 土壤碱解氮浓度快速下降期的平均速率、持续时间分别与棉株生物量、
氮素快速累积期的最大相对累积速率、持续时间有较高的相关性; 在 375 kg hm–2施氮量下, 土壤碱解氮浓度快速下
降期具最佳平均速率和持续时间, 棉株生物量和氮素快速累积期有最优的累积特征值, 棉花具有最优的生物量、氮素
累积特征值, 棉花产量最高、综合品质最优。高施氮量和低施氮量皆不利于棉花生物量和氮素的累积。因此, 适宜的
施氮量及施氮运筹可调节棉花初花后土壤碱解氮浓度的动态变化, 优化棉花生物量和氮素的累积以及提高棉花产量
和品质。
关键词: 棉花; 土壤碱解氮浓度; 生物量和氮素累积; 产量品质
Effects of Soil Alkaline Hydrolyzed Nitrogen Concentration on Biomass and
Nitrogen Accumulation Eigenvalues of Cotton after Initial Flowering
SONG Wei-Chao, LIU Chun-Yu, XU Jiao, SUI Ning, CHEN Bing-Lin*, and ZHOU Zhi-Guo*
Nanjing Agricultural University / Key Laboratory of Crop Physiology Ecology and Production Management, Ministry of Agriculture, Nanjing 210095,
China
Abstract: Two field experiments were conducted at Dongtai City (120°19 E, 32°52 N) and Dafeng City (120°28 E, 33°12 N) ,
Jiangsu Province, in 2009 and 2010, severally. Six nitrogen rates (0, 150, 300, 375, 450, and 600 kg ha–1) were set to study the
effects of soil alkaline hydrolyzed nitrogen concentration (SAHNC) on biomass and nitrogen accumulation of cotton. The result
showed that, the change of SAHNC could be simulated with a cubic function, biomass and nitrogen accumulation of cotton could
be simulated with logistic formula; average rate and duration of the SAHNC’s speedy reducing had significant correlation with the
biggest rate and duration of speedy accumulation period of cotton’s biomass and nitrogen. Under the nitrogen applied level of 375
kg ha–1, the SAHNC speedy reducing had optimal average rate and duration, cotton plant had optimal biomass and nitrogen ac-
cumulation eigenvalues, and had the highest fiber yield and optimal fiber qualities. Too high or too low nitrogen application was
not benefit for biomass and nitrogen accumulation of cotton. Therefore, optimal nitrogen applied level and nitrogen applied strat-
egy can adjust the dynamic change of SAHNC, and be beneficial for optimizing biomass and nitrogen accumulation eigenvalue
and the lint yield and qualities after initial flowering.
Keywords: Cotton; Alkaline hydrolyzed nitrogen concentration; Biomass and nitrogen accumulation of cotton; Lint yield and
qualities
棉花的生长发育受品种、生态环境和栽培措施
等诸多因素的影响, 其中氮素是影响棉花产量品质
的限制性因素之一[1]。棉花生长期长, 氮素需求量大,
生产上多倾向于增施氮肥以获得高产[2-3], 这不仅加
1258 作 物 学 报 第 39卷

重了因氮肥的流失而造成的环境污染, 还导致了棉
花贪青晚熟, 大幅度降低纤维品质[4]。棉花生长所需
的氮素来自土壤 , 土壤氮浓度显著影响棉花的生
长 [5], 研究土壤氮浓度的变化对棉花生物量和氮素
累积的影响, 在评价棉花氮素营养和合理施肥方面
具有重要意义。
土壤速效氮主要来自土壤有机质的矿化和施入
土壤肥料中的速效成分 [6], 可以直接被植物根系吸
收利用, 是评价土壤养分的重要指标[7-9]。但土壤中
速效氮容易受降雨而淋洗 , 短时间内下降明显 [10],
而碱解氮则相对稳定[11]。碱解氮包括矿物态的氮和
有机质中易分解、比较简单的有机态氮, 是作物氮
素营养的主要来源, 能被作物直接吸收。土壤碱解
氮主要集中在土壤表层, 其浓度受施氮量的影响较
大[12-13], 在棉花生育期内是动态变化的[13]。生物量
是棉花高产优质的基础[14], 而生物量的累积以养分
的吸收为前提, 养分的累积状况很大程度上决定了
棉花产量和品质 [15-16], 土壤养分含量的差异, 导致
棉花干物质和氮素累积量的不同[17]。前人关于氮素
对棉花生物量累积[18-20]和氮素累积[21-22]的影响研究
较多, 均指出棉花生物量和氮素累积随时间的变化
符合 Logistic 模型。但是有关氮肥施入土壤后土壤
碱解氮浓度的变化如何影响棉花生物量、氮素累积
特征值尚未见报道。
本研究拟在长江下游棉区通过设置不同施氮量
试验, 研究土壤碱解氮浓度变化特征与施氮量的关
系, 以及与棉花生物量和氮素累积的关系, 以期为
棉花高产优质栽培合理施用氮肥提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验于 2009年在江苏省东台市(120°19 E, 32°
52 N)和 2010 年在气候条件相似的江苏省大丰市
(120°28 E, 33°12 N)棉花科技示范基地进行, 供试
品种为湘杂棉 8号。土壤有机质分别为 26.10、11.70
g kg–1, 碱解氮分别含 52.95、63.78 mg kg–1, 速效磷
分别含 43.22、42.50 mg kg–1, 速效钾分别含 131.54、
230.00 mg kg–1。
根据全国棉田施氮状况和当地施氮经验, 本试
验设 0、150、300、375、450、600 kg hm–2 6个施氮
量, 重复 4次, 随机区组排列。总施氮量中, 基肥占
30%, 初花肥占 40%, 盛花肥占 30%, 两次花铃肥均
穴施于棉花根部, 氮肥种类为尿素; 磷肥、钾肥全部
基施, 用量分别为 150、225 kg hm–2。小区长 10 m,
宽 4 m, 4行区, 行距 1 m, 株距 0.40 m, 密度为每公
顷 24 900株。两试点均于 4月 5日左右播种育苗, 5
月 20日左右移栽, 8月 10日左右打顶。田间管理均
按当地高产栽培要求进行。
1.2 测定指标及方法
2009—2010 年分别于初花后 1、20、40、60、
80和 100 d和 1、15、30、45、60、75和 90 d取棉
株及土样。将棉株挖出, 迅速带回室内将棉株分解
为营养器官(茎、枝、叶、根)和生殖器官(蕾、花、
铃), 在 105℃杀青 30 min后, 70℃下烘至恒重, 称量
后粉碎。于棉花 0 行距(0R)、1/4 行距(1/4R)和 1/2
行距(1/2R)取 0~20 cm 土样, 自然风干后 100 目过
筛。用凯氏定氮法[23]分别测定棉花生殖器官、营养
器官全氮含量和土壤的碱解氮含量。
1.3 气象资料和数据统计分析
用Microsoft Excel 2003和 SPSS11.5统计软件对
上述测量结果进行作图及统计分析。
2 结果与分析
2.1 土壤碱解氮浓度变化特征
不同施氮量下棉花初花后土壤碱解氮浓度的动
态变化如图 1所示。0 kg N hm–2处理土壤碱解氮浓
度一直呈下降的趋势 , 可以用二次函数模拟。
150~600 kg N hm–2处理土壤碱解氮浓度则呈先上升
后迅速降低再略微上升的趋势, 存在明显的快速下
降期, 可以用三次函数模拟。在初花后的各个时期,
土壤碱解氮浓度随施氮量的增加呈增加的趋势, 且
距棉株越远, 土壤碱解氮浓度越低。
根据 Logistic 方程求曲线特征值的方法, 上述
函数中, 可求出土壤碱解氮浓度快速下降期的最高
值(Y1)和最低值(Y2), 及起(Tmin)止(Tmax)时间、持续时
间(ΔT= Tmax–Tmin)及平均速率[ΔV=(Y1–Y2)/ΔT]。从表
1可知, 随施氮量的增加 Tmin、Tmax、ΔT均呈先降后
升的趋势, ΔV 随施氮量的增加呈先升后降的趋势,
均在 375 kg hm–2施氮量处出现拐点。可见, 375 kg
hm–2 的施氮量下具有土壤碱解氮浓度快速下降期的
起止时间出现早、持续时间短、平均速率大的特点。
2.2 棉花生物量累积特征
棉株及生殖器官生物量累积变化可用 Logistic
方程进行拟合, 其方程为 W=Wm/(1+aebt)。式中: W
为单株生物量累积量(g), Wm为单株生物量累积理论
最大值(g), t为初花后天数(d), a、b为棉花生长参数。
对该方程求 1阶、2阶和 3阶导数, 可得生物量快速
累积期的起始时间(t1)、终止时间(t2)、持续时间(T)、
第 7期 宋为超等: 初花后土壤碱解氮浓度对棉花生物量和氮素累积特征的影响 1259


最大相对累积速率(Vm)及其出现时间(Tm)。
t1=
1
b
ln 2 3
a
+ t2= 1 2 3lnb a
−
Tm=
ln a
b
− Vm= m4
bW−
由表 2 和表 3 可知, 生殖器官生物量和棉株总
生物量的 t1、t2、T、Tm随施氮量的增加呈先降后升
的趋势, Vm和 Wm则呈先升后降的趋势, 均在 375 kg
hm–2的施氮量下出现拐点。相对于对照, 375 kg hm–2
施氮处理下总生物量 t1提前 8 d左右, t2提前 10 d左


图 1 不同施氮量下初花后土壤碱解氮浓度随棉花生育进程的动态变化(2009–2010)
Fig. 1 Dynamic changes of soil alkaline hydrolyzed nitrogen concentration with cotton growing process under different nitrogen
applied levels after initial flowering in 2009 and 2010

表 1 施氮量对棉花初花后土壤碱解氮浓度变化特征值的影响
Table 1 Effects of nitrogen applied levels on soil alkaline hydrolyzed nitrogen concentration eigenvalues of cotton after initial flowering
0R 1/4R 1/2R 施氮量
Nitrogen rate
(kg hm–2)
Tmin
(d)
Tmax
(d)
ΔT
(d)
ΔV
(mg d–1)
Tmin
(d)
Tmax
(d)
ΔT
(d)
ΔV
(mg d–1)
Tmin
(d)
Tmax
(d)
ΔT
(d)
ΔV
(mg d–1)
2009
0 1.0 100.0 99.0 0.124 1.0 100.0 99.0 0.119 1.0 100.0 99.0 0.107
150 20.2 74.5 54.3 0.183 21.9 78.6 56.7 0.163 22.4 81.3 58.9 0.142
300 18.6 70.8 52.2 0.207 19.8 75.7 55.9 0.187 20.5 76.9 56.4 0.154
375 16.4 68.2 51.8 0.276 17.3 71.5 54.2 0.223 17.8 73.1 55.3 0.186
450 17.6 69.6 52.0 0.243 18.2 72.7 54.5 0.208 18.8 74.7 55.9 0.163
600 18.2 71.5 53.3 0.221 19.6 75.3 55.7 0.197 20.3 76.4 56.1 0.157
2010
0 1.0 99.0 89.0 0.098 1.0 99.0 89.0 0.092 1.0 99.0 89.0 0.083
150 17.1 86.0 68.9 0.136 18.6 87.8 69.2 0.123 19.4 89.7 70.3 0.116
300 15.9 82.2 66.3 0.154 17.2 85.6 68.4 0.148 17.5 86.7 69.2 0.134
375 14.7 76.1 61.4 0.184 15.8 79.4 63.6 0.163 16.5 82.2 65.7 0.151
450 15.5 78.0 62.5 0.162 16.5 79.3 62.8 0.156 16.9 81.3 64.4 0.144
600 16.3 81.0 64.7 0.156 17.1 82.3 65.2 0.152 18.2 85.0 66.8 0.136
Tmin: 土壤碱解氮浓度快速下降期的起始时间; Tmax: 终止时间; ΔT: 持续时间; ΔV: 平均速率。
Tmin: starting day; Tmax: terminating day; ΔT: duration; ΔV: average rate for the soil alkaline hydrolyzed nitrogen concentration reducing, rapidly.
1260 作 物 学 报 第 39卷

表 2 施氮量对棉花初花后生殖器官生物量累积特征值的影响
Table 2 Effects of nitrogen applied levels on the biomass accumulation eigenvalues of productive organs of cotton after initial flowering
施氮量
Nitrogen rate (kg hm–2)
方程
Equation
R2 Pt1 (d)
Pt2
(d)
PT
(d)
PVm
(g d–1)
PTm
(d)
2009
0 W=276.630/(1+546.0879e–0.1056t) 0.9769** 47.21 72.15 24.94 7.30 59.69
150 W=292.143/(1+513.8428e–0.1065t) 0.9665** 46.24 70.97 24.73 7.78 58.61
300 W=303.090/(1+463.8034e–0.1075t) 0.9746** 44.86 69.36 24.50 8.15 57.11
375 W=326.077/(1+329.7005e–0.1087t) 0.9958** 41.23 65.45 24.23 8.86 53.06
450 W=298.589/(1+439.3633e–0.1076t) 0.9877** 44.32 68.79 24.48 8.03 56.56
600 W=283.420/(1+447.9094e–0.1059t) 0.9787** 45.21 70.08 24.87 7.50 57.64
2010
0 W=274.570/(1+567.8934e–0.1008t) 0.9493** 49.85 75.98 26.13 6.92 62.92
150 W=278.294/(1+514.8596e–0.1049t) 0.9767** 46.97 72.07 25.11 7.30 59.52
300 W=283.210/(1+458.3992e–0.1066t) 0.9476** 45.13 69.84 24.71 7.55 57.48
375 W=317.813/(1+393.5108e–0.1102t) 0.9764** 42.27 66.17 23.90 8.76 53.99
450 W=286.802/(1+440.1485e–0.1078t) 0.9841** 44.25 68.68 24.43 7.73 56.47
600 W=283.752/(1+467.6019e–0.1054t) 0.9729** 45.83 70.82 24.99 7.48 58.33
Pt1: 生殖器官生物量快速累积期的起始时间; Pt2: 终止时间; PT: 持续期; PVm: 最大相对累积速率; PTm: 最大相对累积速率出
现时间(2009年, n=6, R20.05=0.6584, R20.01=0.8413; 2010年: n=7, R20.05=0.5693, R20.01=0.7653)。
Pt1: starting day; Pt2: terminating day; PT: duration; PVm: maximum relative accumulation rate; PTm: starting day for the maximum
relative accumulation rate of the period of biomass rapidly accumulated in productive organs. (2009, n=6, R20.05=0.6584, R20.01=0.8413; 2010,
n=7, R20.05=0.5693, R20.01=0.7653).

表3 施氮量对棉花初花后总生物量累积特征值的影响
Table 3 Effects of nitrogen applied levels on the total biomass accumulation eigenvalues of cotton after initial flowering
施氮量
Nitrogen rate (kg hm–2)
方程
Equation
R2 Ct1 (d)
Ct2
(d)
CT
(d)
CVm
(g d–1)
CTm
(d)
2009
0 W=487.467/(1+36.1512e–0.0794t) 0.9647** 28.60 61.77 33.17 9.68 45.19
150 W=549.506/(1+32.1634e–0.0811t) 0.9753** 26.56 59.03 32.47 11.14 42.80
300 W=585.658/(1+28.6293e–0.0827t) 0.9707** 24.64 56.48 31.85 12.11 40.56
375 W=604.499/(1+21.7170e–0.0841t) 0.9461** 20.94 52.26 31.32 12.71 36.60
450 W=577.330/(1+24.5304e–0.0812t) 0.9232** 23.19 55.62 32.43 11.72 39.41
600 W=542.864/(1+28.2630e–0.0781t) 0.9783** 25.92 59.65 33.72 10.60 42.79
2010
0 W=529.857/(1+42.4966e–0.0754t) 0.9774** 32.26 67.19 34.93 9.99 49.73
150 W=551.216/(1+39.3062e–0.0765t) 0.9765** 30.78 65.20 34.43 10.54 47.99
300 W=576.728/(1+36.4647e–0.0789t) 0.9624** 28.89 62.27 33.38 11.38 45.58
375 W=610.321/(1+27.7365e–0.0812t) 0.9805** 24.70 57.14 32.43 12.39 40.92
450 W=575.580/(1+35.4583e–0.0798t) 0.9701** 28.21 61.22 33.00 11.48 44.72
600 W=556.022/(1+36.1480e–0.0786t) 0.9638** 28.89 62.40 33.51 10.93 45.64
Ct1: 棉株生物量快速累积期的起始时间; Ct2: 终止时间; CT: 持续期; CVm: 最大相对累积速率; CTm: 最大相对累积速率出现时
间(2009年, n=6, R20.05=0.6584, R20.01=0.8413; 2010年: n=7, R20.05=0.5693, R20.01=0.7653)。
Ct1: starting day; Ct2: terminating day; CT: duration; CVm: maximum relative accumulation rate; CTm: starting day for the maximum
relative accumulation rate of the period of total cotton biomass accumulated rapidly. (2009, n=6, R20.05=0.6584, R20.01=0.8413; 2010, n=7,
R20.05=0.5693, R20.01=0.7653).

右, T减少 2 d左右, Vm提高 20%。可知, 375 kg hm–2
的施氮量下具有生物量快速累积期起止时间早、持
续时间短、最大相对生长速率大及出现时间早、氮
素累积理论最大值大的特点。
第 7期 宋为超等: 初花后土壤碱解氮浓度对棉花生物量和氮素累积特征的影响 1261


2.3 棉花氮素累积特征
不同施氮量下棉株氮素累积变化亦符合“S”型
曲线, 利用 Logistic方程对其拟合及求导, 同样可得
到相应曲线的特征值 , 即氮素累积量理论最大值
(NWm, mg 株–1)、快速累积期的起(Nt1)止(Nt2)时间、
持续时间(NT)最大相对生长速率(NVm)及其出现时
间(NTm)。由表 4和图 5 可知, 生殖器官氮素累积和
整株氮素累积的 Nt1、Nt2、NT、NTm 随施氮量的增

表4 施氮量对棉花初花后生殖器官氮素累积特征值的影响
Table 4 Effects of nitrogen applied levels on the nitrogen accumulation eigenvalues of productive organs of cotton after initial flowering
施氮量
Nitrogen rate (kg hm–2)
方程
Equation
R2 PNt1 (d)
PNt2
(d)
PNT
(d)
PNVm
(mg d–1)
PNTm
(d)
2009
0 W=2243.289/(1+286.8550e–0.0916t) 0.9937** 47.40 76.15 28.75 51.37 61.78
150 W=2445.232/(1+224.0495e–0.0921t) 0.9927** 44.46 73.06 28.60 56.30 58.76
300 W=2485.432/(1+154.9417e–0.0956t) 0.9855** 38.98 66.53 27.55 59.40 52.75
375 W=2659.481/(1+83.6585e–0.0979t) 0.9838** 31.77 58.67 26.90 65.09 45.22
450 W=2540.613/(1+96.0924e–0.0958t) 0.9758** 33.91 61.40 27.49 60.85 47.65
600 W=2389.331/(1+105.8759e–0.092t) 0.9742** 36.01 64.36 28.35 55.49 50.19
2010
0 W=2462.583/(1+114.6767e–0.0809t) 0.9854** 42.34 74.89 32.56 49.81 58.62
150 W=3275.233/(1+84.6041e–0.0832t) 0.9961** 37.51 69.17 31.66 68.12 53.34
300 W=3655.430/(1+70.7461e–0.0855t) 0.9846** 34.41 65.21 30.80 78.13 49.81
375 W=4053.652/(1+52.4108e–0.0887t) 0.9857** 29.79 59.48 29.69 89.89 44.63
450 W=3823.072/(1+61.9080e–0.0854t) 0.9862** 32.89 63.73 30.84 81.62 48.31
600 W=3361.580/(1+68.1546e–0.0847t) 0.9952** 34.30 65.39 31.09 71.18 49.84
PNt1: 生殖器官氮素快速累积期的起始时间; PNt2: 终止时间; PNT: 持续期; PNVm: 最大相对累积速率; PNTm: 最大相对累积速
率出现时间(2009年, n=6, R20.05=0.6584, R20.01=0.8413; 2010年: n=7, R20.05=0.5693, R20.01=0.7653)。
PNt1: starting day; PNt2: terminating day; PNT: duration; PNVm: maximum relative accumulation rate; PNTm: starting day for the
maximum relative accumulation rate of the period of nitrogen rapidly accumulated in productive organs. (2009, n=6, R20.05=0.6584,
R20.01=0.8413; 2010, n=7, R20.05=0.5693, R20.01=0.7653).

表5 施氮量对棉花初花后总氮素累积特征值的影响
Table 5 Effects of nitrogen applied levels on the total nitrogen accumulation eigenvalues of cotton after initial flowering
施氮量
Nitrogen rate (kg hm–2)
方程
Equation
R2 CNt1 (d)
CNt2
(d)
CNT
(d)
CNVm
(mg d–1)
CNTm
(d)
2009
0 W=4766.211/(1+24.7610e–0.0793t) 0.9875** 23.86 57.07 33.21 94.49 40.47
150 W=4911.823/(1+21.5066e–0.0822t) 0.9825** 21.31 53.35 32.04 100.94 37.33
300 W=5057.018/(1+18.4074e–0.0912t) 0.9801** 17.50 46.38 28.88 115.30 31.94
375 W=5284.594/(1+14.3593e–0.0989t) 0.9848** 13.62 40.25 26.63 130.66 26.94
450 W=5171.672/(1+17.5182e–0.0931t) 0.9830** 16.61 44.90 28.29 120.37 30.75
600 W=5053.905/(1+18.3834e–0.0874t) 0.9871** 18.24 48.38 30.13 110.43 33.31
2010
0 W=5264.762/(1+19.0815e–0.0691t) 0.9898** 23.61 61.73 38.11 118.59 42.67
150 W=6272.356/(1+16.1964e–0.0726t) 0.9941** 20.22 56.50 36.28 139.25 38.36
300 W=6308.264/(1+14.8006e–0.0765t) 0.9875** 18.01 52.44 34.43 147.42 35.22
375 W=6642.506/(1+11.0198e–0.0832t) 0.9882** 13.01 44.67 31.66 167.28 28.84
450 W=6442.830/(1+12.9804e–0.0782t) 0.9821** 15.94 49.62 33.68 153.33 32.78
600 W=6339.049/(1+13.6014e–0.0746t) 0.9720** 17.34 52.64 35.30 144.33 34.99
CNt1: 棉株总氮素快速累积期的起始时间; CNt2: 终止时间; CNT: 持续期; CNVm: 最大相对累积速率; CNTm: 最大相对累积速率
出现时间(2009年, n=6, R20.05=0.6584, R20.01=0.8413; 2010年: n=7, R20.05=0.5693, R20.01=0.7653)。
CNt1: starting day; CNt2: terminating day; CNT: duration; CNVm: maximum relative accumulation rate; CNTm: starting day for the
maximum relative accumulation rate of the period of total nitrogen accumulated rapidly. (2009, n=6, R20.05=0.6584, R20.01=0.8413; 2010, n=7,
R20.05=0.5693, R20.01=0.7653).
1262 作 物 学 报 第 39卷

加呈先降后升的趋势 , NVm 和氮素理论最大值则
呈先升后降的趋势, 均在 375 kg hm–2的施氮量下出
现拐点。相对于对照, 375 kg hm–2的施氮量下总氮
累积量 Nt1提前 10 d左右, Nt2提前 17 d左右, NT减
少 7 d左右, NVm提高 40%, 具有氮素快速累积期起
始时间早、持续时间短、最大相对累积速率大、最
大相对累积速率出现时间早、累积理论最大值大的
特点。
2.4 土壤碱解氮浓度变化特征值与棉花生物量、
氮素累积特征值的相关性分析
表 6 和表 7 表明, ΔV 与 t1、Nt1、t2、Nt2、T、
NT、Tm、NTm呈显著负相关, 与 Vm、NVm呈显著正
相关。Tmin、Tmax、ΔT与 t1、Nt1、t2、Nt2、T、NT、
Tm、NTm呈显著正相关, 与 Vm、NVm呈显著负相关。
说明 , 土壤碱解氮浓度快速下降期的起始时间早 ,
下降速率快, 持续时间短, 则棉花生物量和氮素快
速累积期起始时间可以提前 , 持续时间可以缩短 ,
最大相对累积速率可以升高, 就有利于棉花生物量
和氮素累积在短时间内完成。
由表 2至表 5可知, 在 375 kg hm–2的施氮量下,
棉花有最优的生物量和氮素累积特征值。ΔV、ΔT分
别与 Vm、NVm、T、NT 有较高的相关性, 它们之间
可用一次函数拟合(拟合方程的 R2 均达到显著水平,
图略), 根据此函数关系可求出棉花最优的生物量和
氮素累积特征值时的ΔV 值和ΔT 值, 2009 年 0R、
1/4R、1/2R处最有利于棉花生物量、氮素累积的ΔV、
ΔT值分别为 0.273 mg d–1和 51.4 d、0.228 mg d–1和
54.6 d、0.186 mg d–1和 55.2 d, 2010年分别为 0.188
mg d–1和 62.1 d、0.176 mg d–1和 62.8 d、0.163 mg d–1
和 64.8 d, 可以看出, 随施肥点距离的增加, ΔV呈递
减趋势, ΔT呈递增趋势。
2.5 施氮量对棉花产量和品质的影响
随着施氮量的增加, 皮棉产量呈先升后降的趋
势(表 8), 在 375 kg hm–2施氮量下, 棉花产量最高,
较 0 kg hm–2施氮处理产量增 51% (2009年)和 27%
(2010 年)。纤维马克隆值、比强度随着施氮量增加
均呈先升后降的趋势, 都在 375 kg hm–2施氮量下有
最优值。施氮量对纤维长度无显著影响。
3 讨论
不同施氮量下, 棉花初花后土壤碱解氮浓度的
动态变化可用三次函数来模拟, 且存在明显的快速
下降期。适氮(375 kg hm–2)条件下, 土壤碱解氮浓度
快速下降期的起止时间最早、持续时间最短、下降
的速率最大。而高氮(600 kg hm–2)和低氮(0 kg hm–2)
下, 土壤碱解氮浓度快速下降期的起止时间出现的
晚、持续时间延长、下降的速率较小, 说明在高氮
和低氮条件下 , 土壤碱解氮的吸收利用出现滞后
性。0R、1/4R 和 1/2R 处的土壤碱解氮浓度动态变
化规律相同。生物量是作物高产优质的基础, 生物
量和氮素的累积以养分的吸收为前提[14-15], 土壤氮
的充足供应对棉花生物量和氮素的累积至关重要。
和适氮条件相比 , 高氮条件下棉花生殖器官生物
量、氮素累积理论最大值 2009 年分别下降了
13.08%、10.16%, 2010年分别下降了 11.81%、17.07%,
低氮条件下两年分别下降了 15.16%、15.65%和
13.61%、39.25%; 高氮条件下起始时间 2009年分别
推迟了 3.98、4.24 d, 2010年分别推迟了 3.56、4.51 d,
低氮条件下 2年分别推迟了 5.98、15.63 d和 7.58、
12.55 d; 高氮条件下持续时间 2009 年分别延长了
2.27、1.40 d, 2010年分别延长了 1.00、1.50 d, 低氮
条件下两年分别延长了 0.71、1.85 d和 2.23、2.87 d;
高氮条件下最大累积速率 2009年分别降低了 1.36 g
d–1、9.60 mg d–1, 2010年分别降低了 1.28 g d–1、18.71
mg d–1, 低氮条件下两年分别降低了 1.56 g d–1、
13.72 mg d–1和 1.84 g d–1、40.08 mg d–1。棉花总生
物量和氮素累积动态规律同生殖器官。这说明高氮
和低氮条件下, 棉株生殖器官生物量和氮素累积的
起始时间晚、持续时间长、最大累积速率小, 不利
于棉株生物量和氮素的累积在短时间内完成, 进而
影响棉花的产量和品质。而 375 kg hm–2施氮量处理
棉株生物量和氮素快速累积期的起始时间较早, 持
续时间较短, 最大累积速率较大, 最大累积速率出
现的时间较早, 棉花产量最高, 综合纤维品质就最
优。可见, 保持适宜的土壤碱解氮浓度有助于棉花
生物量、氮素的快速累积以及产量和品质的提高。
氮对棉花生物量、氮素的累积有很大的调节作
用, 已有研究指出[5,13], 在适氮条件下, 生物量和氮
素快速累积期持续时间缩短、最大累积速率出现时
间提前、理论最大累积量和最大累积速率增大。棉
纤维来源于棉花生殖器官, 因此要保证棉花产量和
品质, 就必须保证棉花生殖器官的发育。本研究表
明, 棉花生殖器官生物量、氮素快速累积期的持续
时间、最大相对累积速率与土壤碱解氮浓度快速下
降期的持续时间、下降速率皆呈显著正相关, 说明
初花后棉花生殖器官生物量、氮素快速累积期的特
表6 棉花生物量累积特征值与土壤碱解氮浓度变化特征值的相关性
Table 6 Correlation coefficients between the soil alkaline hydrolyzed nitrogen concentration eigenvalues and the biomass accumulation eigenvalues of cotton
生殖器官生物量累积特征值
Biomass accumulation eigenvalues of productive organs
总生物量累积特征值
Total biomass accumulation eigenvalues of cotton
行距
Row
distance
土壤碱解氮变化特征值
Eigenvalues of SAHNC
Pt1 Pt2 PT PVm PTm Ct1 Ct2 CT CVm CTm
Tmin 0.646* 0.674* 0.684* –0.672* 0.686* 0.692* 0.687* 0.649* –0.635* 0.643*
Tmax 0.777** 0.774** 0.717* –0.726** 0.767** 0.814** 0.802** 0.703* –0.809** 0.809**
ΔT 0.681* 0.677* 0.639* –0.634* 0.670* 0.699* 0.686* 0.691* –0.764** 0.693*
0R
ΔV –0.799** –0.784** –0.647* 0.774** –0.788** –0.945** –0.925** –0.779** 0.747** –0.937**
Tmin 0.686* 0.643* 0.673* –0.653* 0.654* 0.679* 0.683* 0.637* –0.633* 0.690*
Tmax 0.788** 0.783** 0.735** –0.723* 0.777** 0.814** 0.800** 0.695* –0.806** 0.807**
ΔT 0.676* 0.671* 0.659* –0.645* 0.664* 0.678* 0.664* 0.678* –0.754** 0.672*
1/4R
ΔV –0.807** –0.797** –0.708* 0.746** –0.795** –0.931** –0.911** –0.780** 0.706* –0.921**
Tmin 0.667* 0.659* 0.657* –0.679* 0.685* 0.678* 0.678* 0.641* –0.650* 0.683*
Tmax 0.782** 0.775** 0.698* –0.716* 0.770** 0.829** 0.813** 0.701* –0.797** 0.821**
ΔT 0.669* 0.663* 0.596* –0.657* 0.657* 0.682* 0.666* 0.732** –0.747** 0.674*
1/2R
ΔV –0.906** –0.900** –0.819** 0.828** –0.898** –0.921** –0.913** –0.821** 0.832** –0.917**
*和**表示相关的显著性分别达 0.05和 0.01水平 (n=10, R0.05=0.632, R0.01=0.725)。* and ** indicate significance of correlations at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

表7 棉花氮素累积特征值与土壤碱解氮浓度变化特征值的相关性
Table 7 Correlationship between the soil alkaline hydrolyzed nitrogen concentration eigenvalues and the nitrogen accumulation eigenvalues of cotton
生殖器官氮累积特征值 Nitrogen accumulation eigenvalues of productive organs 总氮累积特征值 Total nitrogen accumulation eigenvalues of cotton 行距
Row
distance
土壤碱解氮变化特征值
Eigenvalues of SAHNC
PNt1 PNt2 PNT PNVm PNTm CNt1 CNT2 CNT CNVm CNTm
Tmin 0.681* 0.664* 0.699* –0.661* 0.674* 0.665* 0.662* 0.685* –0.680* 0.674*
Tmax 0.648* 0.775** 0.653* –0.869** 0.703* 0.766** 0.876** 0.790** –0.662* 0.859**
ΔT 0.696* 0.724* 0.678* –0.800** 0.671* 0.713* 0.780** 0.672* –0.661* 0.776**
0R
ΔV –0.679* –0.739** –0.843** 0.961** –0.634* –0.691* –0.920** –0.942** 0.667* –0.860**
Tmin 0.649* 0.687* 0.655* –0.683* 0.675* 0.691* 0.695* 0.682* –0.680* 0.660*
Tmax 0.638* 0.798** 0.637* –0.869** 0.731** 0.786** 0.884** 0.783** –0.681* 0.871**
ΔT 0.661* 0.728** 0.698* –0.785** 0.681* 0.717* 0.769** 0.647* –0.648* 0.770**
1/4R
ΔV –0.688* –0.758** –0.832** 0.929** –0.655* –0.714* –0.927** –0.932** 0.685* –0.873**
Tmin 0.659* 0.691* 0.655* –0.677* 0.684* 0.695* 0.694* 0.679* –0.677* 0.660*
Tmax 0.640* 0.792** 0.669* –0.888** 0.719** 0.771** 0.892** 0.812** –0.657* 0.871**
ΔT 0.674* 0.726** 0.671* –0.792** 0.676* 0.709* 0.770** 0.658* –0.656* 0.768**
1/2R
ΔV –0.638* –0.829** –0.761** 0.922** –0.742** –0.821** –0.962** –0.887** 0.723* –0.935**
*和**表示相关的显著性分别达 0.05和 0.01水平(n=10, R0.05=0.632, R0.01=0.725)。* and ** indicate significance of correlations at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
1264 作 物 学 报 第 39卷

表8 施氮量对棉花纤维产量和品质的影响
Table 8 Effects of nitrogen rates on fiber yield and fiber qualities
年份
Year
施氮量
Nitrogen rate (kg hm–2)
皮棉产量
Lint yield (kg hm–2)
纤维长度
Fiber length (mm)
纤维马克隆值
Micronaire
纤维比强度
Strength (cN tex–1)
0 1007.4 e 29.9 a 4.38 b 28.1 c
150 1188.5 d 30.3 a 4.48 b 29.1 b
300 1432.8 b 30.5 a 4.69 ab 30.2 ab
375 1668.9 a 30.6 a 4.82 a 31.6 a
450 1445.8 b 30.3 a 4.70 ab 30.4 ab
2009
600 1314.7 c 30.3 a 4.58 ab 29.7 bc
0 1191.2 e 30.3 a 3.80 b 27.2 b
150 1295.4 de 30.4 a 4.00 ab 27.8 ab
300 1559.3 b 30.7 a 4.00 ab 29.0 a
375 1708.6 a 30.7 a 4.20 a 29.1 a
450 1490.4 c 30.5 a 3.90 ab 27.6 ab
2010
600 1336.3 d 30.3 a 3.90 b 28.5 ab
同一列数据后不同字母表示在 0.05水平上差异显著。
Values followed by different letters with a column are significantly different at the 0.05 probability level.

征值与土壤碱解氮浓度快速下降期的特征值具有显
著的相关性 , 即当土壤碱解氮浓度较低或较高时 ,
土壤碱解氮浓度快速下降期持续时间延长、平均速
率下降, 棉花生殖器官生物量、氮素快速累积的持
续期也相应延长 , 最大相对累积速率也相应降低 ,
棉株表现为生长缓慢或旺长。因此棉花初花后适宜
的土壤碱解氮浓度有助于协调土壤碱解氮浓度快速
下降期的下降速率及持续时间, 有利于棉花生殖器
官生物量、氮素的快速协调累积。
2010年土壤基础碱解氮含量略高于 2009年, 相
同施氮量下 2010年土壤碱解氮浓度快速下降期的平
均速率略低于 2009年、持续时间略长于 2009年, 并
且两年土壤碱解氮浓度快速下降期的特征值与 375
kg hm–2 施氮处理非常接近。可见, 本试验条件下,
375 kg hm–2施氮量下棉花初花后土壤碱解氮浓度快
速下降期具有最适的平均速率及持续时间。
施肥方式也会影响棉花的生长[24]。本研究采用
生产上育苗移栽棉最常用的花铃肥两次分施方式 ,
对于早熟直播棉花铃肥一次施用或一次全部基施是
否也有类似的结论, 有待于进一步深入研究。
4 结论
棉花初花至盛絮期土壤碱解氮浓度存在快速下
降期 , 棉株生物量和氮素累积动态存在快速累积
期。土壤碱解氮浓度过低或过高, 令其快速下降期
的平均速率降低及持续时间延长。棉株生物量、氮
素快速累积期的特征值与土壤碱解氮浓度快速下降
期的特征值具有较高的相关性。棉株生物量和氮素
快速累积期所具有的最佳的特征值与 375 kg hm–2施
氮量下土壤碱解氮浓度快速下降期的特征值非常接
近。棉花初花后保持适宜的土壤碱解氮浓度和特征
值, 有利于棉花生物量和氮素的快速累积及产量和
品质的提高。
References
[1] Tewolde H, Fernandez C J, Foss D C. Maturity and lint yield of
nitrogen and phosphorus deficient pima cotton. Agron J, 1994, 86:
303–309
[2] Boquet D J, Breitenbeck G A. Nitrogen rate effect on partitioning
of nitrogen and dry matter by cotton. Crop Sci, 2000, 40:
1685–1693
[3] Blaise D, Singh J V, Bonde A N, Tekale K U, Mayee C D. Effects
of farmyard manure and fertilizers on yield, fiber quality and nu-
trient balance of rainfed cotton (Gossypium hirsutum L.). Biores
Technol, 2005, 96: 345–349
[4] Rochester I J, Peoples M B, Constable G A. Estimation of the N
fertilizer requirement of cotton grown after legume crops. Field
Crops Res, 2001, 70: 43–53
[5] Xue X-P(薛晓萍), Guo W-Q(郭文琦), Wang Y-L(王以琳),
Zhang L-J(张丽娟), Zhou Z-G(周治国). Research on dynamic
increase characteristics of dry matter of cotton at different nitro-
gen levels. Cotton Sci (棉花学报), 2006, 18(6): 323–326 (in
Chinese with English abstract)
[6] Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences (中国科
学院南京土壤研究所). Soil Physics and Chemises Analysis (土
壤理化分析). Shanghai: Shanghai Scientific &Technical Pub-
lisher, 1978 (in Chinese)
[7] Kersebaum K C, Lorenz K, Reuter H I, Schwarzc J, Wegehenkela
第 7期 宋为超等: 初花后土壤碱解氮浓度对棉花生物量和氮素累积特征的影响 1265


M, Wendrothd O. Operational use of agro-meteorological data
and GIS to derive site specific nitrogen fertilizer recommenda-
tions based on the simulation of soil and crop growth processes.
Physics Chem Earth, 2005, 30: 59–67
[8] Malhi S S, Harapiak J T, Nyborg M, Gregorich E G, Monreal C
M. Light fraction organic N, ammonium, nitrate and total N in a
thin black chernozemic soil under brome grass after 27 annual
applications of different N rates. Nutr Cycl Agroecosyst, 2003, 65:
201–210
[9] Malhi S S, Brandt S A, Ulrich D. Lemke R, Gill K S. Accumula-
tion in the soil profile under various alternative cropping system.
J Plant Nutr, 2002, 25: 2499–2520
[10] Zhang Q-L(张庆利 ), Zhang M(张民 ), Tian W-B(田维彬 ).
Leaching characteristics of controlled release and common no ni-
trogen fertilizers and their effects on soil and ground water quality.
Soil Environ Sci (土壤与环境), 2001, 10(2): 98–103 (in Chinese
with English abstract)
[11] Wang Y-J(王艳杰), Fu H(付桦). The relationships among organic
matter, total nitrogen and alkaline nitrogen of soil in Wuling
Mountain. J Agro-Environ Sci (农业环境科学学报 ), 2005,
24(suppl-1): 85–90 (in Chinese with English abstract)
[12] Shi C-J(施春健), Zhuang Q-L(庄秋丽), Li Q(李琪), Liang
W-J(梁文举), Jiang Y(姜勇). Profile distribution of alkali hydro-
lyzed nitrogen in farm land soils of Northeast China along a lati-
tudinal gradient. Chin J Ecol (生态学杂志 ), 2007, 26(4):
501–504 (in Chinese with English abstract)
[13] Zheng D-M(郑德明), Jiang Y-J(姜益娟), Liu W-Y(柳维扬). The
spatio-temporal variability of soil available nutrients of cotton
fields in Xinjiang. Cotton Sci (棉花学报), 2006, 18(1): 23–26 (in
Chinese with English abstract)
[14] Watt M S, Clinton P W, Whitehead D, Richardson B, Mason E G,
Leckie A C. Above-ground biomass accumulation and nitrogen
fixation of broom (Cytisus scoparius L.) growing with juvenile
Pinus radiation a dry land site. For Ecol Manag, 2003, 184:
93–104
[15] Xue X-P(薛晓萍), Wang J-G(王建国), Guo W-Q(郭文琦), Chen
B-L(陈兵林), You J(尤军), Zhou Z-G(周治国). Effect of nitro-
gen applied levels on the dynamics of biomass, nitrogen accumu-
lation and nitrogen fertilization recovery rate of cotton after ini-
tial flowering. Acta Ecol Sin (生态学报 ), 2006, 26(11):
3631–3640 (in Chinese with English abstract)
[16] Rochester J, Peoples M B, Hulugalle N R, Gault R R, Constable G
A. Using legumes to enhance nitrogen fertility and soil condition in
cotton cropping systems. Field Crops Res, 2001, 70: 27–41
[17] Yang Z-B(杨志彬), Chen B-L(陈兵林), Zhou Z-G(周治国). Spa-
tial and temporal variability of available nutrient in cotton field at
flower and boll stage and its effect on lint yield and fiber quality.
Acta Agron Sin (作物学报), 2008, 34(8): 1393–1402 (in Chinese
with English abstract)
[18] Liu S-R(刘生荣), Liu D-P(刘党培), Jia T(贾涛). Effect of N P K
basal dressing on vegetative organ development, dry matter ac-
cumulation and yield of transgenic pest-resistant cotton. Plant
Nutr Fert Sci (植物营养与肥料学报), 2005, 11(2): 282–284 (in
Chinese with English abstract)
[19] Hu G-Z(胡国智), Zhang Y(张炎), Li Q-J(李青军), Hu W(胡伟),
Meng F-X(孟凤轩), Feng G-P(冯广平). Effect of nitrogen fertilizer
management on the dry matter accumulation uptake and utiliza-
tion and yield in cotton. Plant Nutr Fert Sci (植物营养与肥料学
报), 2011, 17(2): 397–403 (in Chinese with English abstract)
[20] Bange M P, Milroy S P. Growth and dry matter partitioning of
diverse cotton genotypes. Field Crops Res, 2004, 87: 73–87
[21] Song Z-W(宋志伟), Liu S-T(刘松涛), Cao W-M(曹雯梅), Wang
H-M(王汉民), Fang W-P(房卫平), Li C-H(李潮海). Study on the
characteristics of N P K absorption and distribution of hybrid
cottons. Cotton Sci (棉花学报), 2006, 18(2): 89–93 (in Chinese
with English abstract)
[22] Wang Z-S(王子胜), Xu M(徐敏), Liu R-X(刘瑞显), Wu X-D(吴
晓东), Zhu H(朱鹤), Chen B-L(陈兵林), Zhou Z-G(周治国).
Effects of nitrogen rates on biomass and nitrogen accumulation of
cotton with different varieties in growth duration. Cotton Sci (棉
花学报), 2011, 23(6): 537–544 (in Chinese with English abstract)
[23] Bremner J M. Determination of nitrogen in soil by the Kjeldahl
method. J Agric Sci, 1960, 55: 11–33
[24] Yang G, Tang H, Nie Y, Zhang X. Responses of cotton growth,
yield, and biomass to nitrogen split application ratio. Eur J Agron,
2011, 35: 164–170