全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(7): 11051111 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家公益性行业(农业)科研专项经费项目(201203096)资助。
 通讯作者(Corresponding author): 周治国, E-mail: giscott@njau.edu.cn, Tel: 025-84396813
第一作者联系方式: E-mail: 2012101065@njau.edu.cn
Received(收稿日期): 2015-01-16; Accepted(接受日期): 2015-05-04; Published online(网络出版日期): 2015-05-14.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150514.1146.003.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.01105
不同栽培方式对长江下游棉田资源利用效率的影响
张常赫 戴艳娇 杨洪坤 张馨月 杜祥备 陈兵林 周治国*
南京农业大学农学院 / 农业部作物生长调控重点开放实验室, 江苏南京 210095
摘 要: 我国农业对自然环境依赖性强, 农业生产环境相对恶劣、资源利用效率低下, 作物栽培理论与技术需要不断
创新和完善。为建立与当前生产模式相匹配的作物高产高效栽培管理方式, 选用棉花品种泗杂 3 号, 于 2012—2013
年在长江下游棉区(江苏大丰)不同地力水平田块(高、低)进行麦棉两熟栽培管理方式定位试验, 设超高产栽培、常规
栽培和高产高效栽培, 系统测定棉花生物量、产量和生育期间的温光、氮肥资源利用效率。结果表明, 栽培方式和地
力水平显著影响棉花产量, 而产量的差异主要由温光、氮肥资源利用效率的差异造成。棉花产量提高的限制因子是
低下的资源利用效率。高产高效栽培较常规栽培产量提高 27.5%, 温光资源利用效率分别提高 27.7%、23.4%、氮肥
偏生产力提高 10.1%, 是长江下游较为适宜的栽培方式。因此未来生产中应进一步合理优化栽培方式来提高棉田资源
利用效率, 以达到高产高效的目标。
关键词: 棉花; 栽培管理方式; 产量; 资源利用效率
Effects of Different Cultivation Patterns on Cotton Field Resources Use Effi-
ciency in Yangtze River Valley
ZHANG Chang-He, DAI Yan-Jiao, YANG Hong-Kun, ZHANG Xin-Yue, DU Xiang-Bei, CHEN Bing-Lin,
ZHOU Zhi-Guo*
Key Laboratory of Crop Physiology & Ecology, Ministry of Agriculture / Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: The agricultural production in China is mainly dependent on nature environment. But the use efficiency of field re-
sources in China is lower than those in developed countries, and the current crop cultivation theory and technology need to be
innovated and improved continuously. The efficiency field stationary experiments using cotton cultivate Siza 3 with different cul-
tivation patterns were carried out in high and low soil fertility levels in Dafeng, Jiangsu province. The cultivation patterns in-
cluded super high cultivation patterns (SH), farmers practice cultivation (FP), high yield and high efficiency cultivation (HH). The
result showed that lint yield of cotton was significantly affected by cultivation patterns and soil fertility levels. Lint yield differ-
ence was correlated with the differences of temperature production efficiency (TPE), radiation use efficiency (RUE) and nitrogen
partial factor productivity (NPFP) under different cultivation patterns. Our results suggested that the key factor limited cotton
production is the lower resources use efficiency. The lint yield, temperature and radiation use efficiency and nitrogen partial factor
productivity of HH were 27.5%, 27.7%, 23.4%, and 10.1% higher than there of FP. Therefore, HH should be encouraged to extend
in the Yangtze River Valley, and field resources use efficiency in wheat-cotton double cropping system should be further improved
in the future for increasing cotton productivity.
Keywords: Cotton; Cultivation patterns; Yield; Resources use efficiency
棉花具有无限生长习性[1], 对环境条件和栽培管
理极端敏感[2]。适宜的温光水肥条件是棉花高产优质
的基础[3-4]; 合理的栽培管理措施如种植密度[5-6]、播
期[7-8]、施肥量[9-10]等可调节棉田温光、养分等资源
的分配利用[4,11-12]保证棉花高产优质。在当前全球气
候多变的背景下, 温光等资源的分配将有更大的不
确定性[13-14]; 同时肥料的不合理施用面临着环境污
染、资源浪费的困境[7]。通过合理的栽培管理方式来
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解决上述难题是实现棉花高产优质的重要途径[5,8,10]。
小麦-棉花两熟模式种植是我国长江流域棉区和黄
河流域棉区重要的种植制度[15], 现有的农民习惯常
规栽培管理方式(FP)难以满足现阶段棉花高产高效
栽培需求, 而通过提高施氮量来追求棉花超高产的
栽培管理方式(SH)也将面临着氮肥利用效率低下的
问题。通过研究麦棉两熟种植制度下不同栽培管理
方式棉田资源利用效率的差异, 探索与现阶段农民
生产模式相匹配的作物高产稳产高效新型栽培理论
和技术及其种植系统的优化, 将为农作物增产增效
提供强有力的科技支撑。然而, 前人的研究多集中在
单一的栽培措施对棉田单一资源利用效率的影响[5-12],
而限制棉花高产的因子相互关联, 研究单一的栽培
措施难以消除其他因子对产量和资源利用效率的影
响, 因此只有通过综合研究不同栽培方式对棉花产
量和资源利用效率的影响, 才能更好地优化棉花栽
培方式, 更大限度地提高棉花产量和资源利用效率。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验于 2012—2013年在江苏省大丰市大丰稻麦
原种场(120o28′ E, 33°12′ N)进行, 供试土壤为沙壤
土, 定位高、低地力田块各一块, 两年间重复处理,
0~20 cm土层有机质含量分别为 11.5 g kg–1、9.2 g
kg–1, 全氮含量分别为 1.3 g kg–1、1.0 g kg–1, 速效磷
含量分别为 30.5 mg kg–1、30.1 mg kg–1, 速效钾含量
分别为 188 mg kg–1、178 mg kg–1, pH分别为 8.25、
8.46。
试验设常规栽培管理方式(FP)、超高产栽培管
理方式(SH)和高产高效栽培管理方式(HH)(表 1)。在
HH处理中, 增加零氮肥对照区(N0)。采用完全随机
区组设计, 重复 4次, 小区面积 222 m2。

表 1 不同栽培管理方式试验设计
Table 1 Schematic representation of experimental design and treatments
栽培方式
Cultivation pattern
常规栽培
Farmers practice
超高产栽培
Super high cultivation
高产高效栽培
High yield and efficiency
棉花品种
Cotton variety
泗杂 3号
Siza 3
泗杂 3号
Siza 3
泗杂 3号
Siza 3
育苗方式
Seedling pattern
常规育苗
Conventional seedling
常规育苗
Conventional seedling
轻简育苗
Simply seedling
育苗期/移栽
Seedling/transplant date (month/day)
4/15–5/15 4/15–5/15 4/25–5/20
移栽密度
Transplant density (plant hm–2 )
18000 30000 30000
有机肥施用量
Organic fertilizer level (kg hm–2)
0 1500 1500
N用量
Nitrogen fertilizer level (kg hm–2)
300 525 375
N:P2O5:K2O 1.0:0.6:1.1 1.0:0.6:1.1 1.0:0.6:1.1
施用方法
Fertilizer application method
撒施
Broadcast
划沟埋施
Row application
划沟埋施
Row application
施用时期
Fertilizer application date
移栽 40%、盛花期 60%。
40% at transplanting
stage, 60% at bloom
flowing stage.
移栽 20%、初花期 25%、盛花期
40%、盖顶肥 15%。
20% at transplanting stage, 25% at
initial flowing stage, 40% at bloom
flowing stage, 15% at pinch top
stage.
移栽 20%、初花期 25%、盛花期
40%、盖顶肥 15%。
20% at transplanting stage, 25% at
initial flowing stage, 40% at bloom
flowing stage, 15% at pinch top stage.

1.2 生物量累积及产量测定
于 7 月 15 日、7 月 31 日、8 月 15 日、8 月 31
日、9 月 15 日在每小区随机选取有代表性的棉株 3
株, 按不同果枝部位、不同器官分样。用叶面积仪
(Li-3100C, Li-Cor Inc., Lincoln, NE, USA)测定叶面
积。样品在105℃杀青30 min, 80℃烘至恒重后称重。
吐絮期测产, 并于10月25日调查吐絮和成铃的分布
位置(顶、上、中、下和内、外)和数量, 用于计算各
部位成铃强度。取各部位吐絮棉铃各20个称重, 结
合成铃强度加权平均计算铃重。
第 7期 张常赫等: 不同栽培方式对长江下游棉田资源利用效率的影响 1107


1.3 资源利用效率测定与计算
参照 Du 等方法 [15], 利用冠层分析仪(Delta T
Devices Ltd., Cambridge, UK)测定棉花冠层光能截
获率。根据生育期 PAR截获率测定值的拟合多项式
计算得到棉株冠层每日光能截获率[16]。利用安装于
试验田中的气象观测站(Campbell AG800, Genetics,
USA)自动测定整个生育期内每天的入射光合有效
辐射(PAR)、空气温度、降雨量(表 2)等。
辐射利用效率(RUE)=累积生物量/∑生育期日截
获率×日入射有效辐射
温度生产效率(TPE)=累积生物量 /生育期累积
有效积温(≥12℃)
氮肥偏生产力 (NPFP)=施氮区籽棉产量 /施氮
量

表 2 棉花生育期间气象条件
Table 2 Meteorological factors of cotton growth period in 2012 and 2013
2012 2013
月份
Month 平均温度
MDT (℃)
降雨量
Rainfall (mm)
有效辐射
PAR (MJ m–2)
平均温
MDT ( )℃
降雨量
Rainfall (mm)
有效辐射
PAR (MJ m–2)
4月 April 15.3 77.5 7.0 12.3 21.2 9.8
5月 May 20.4 28.8 7.7 18.9 96.0 8.3
6月 June 22.8 21.0 5.5 22.2 77.3 7.8
7月 July 27.3 260.2 7.0 29.8 207.5 9.0
8月 August 27.5 68.8 6.8 29.5 68.6 9.1
9月 September 21.5 94.7 6.4 22.6 57.8 6.9
10月 October 16.9 28.8 6.9 17.3 45.2 6.6
MDT、PAR分别为日平均温度和有效辐射; 降雨量为每月累加值, 其他指标为平均值。
MDT and PAR stand for mean daily temperature and photosynthetically active radiation. Rainfall amounts are monthly total, other
values represent monthly average of daily values.

1.4 统计分析
采用Microsoft Excel处理数据, 用 Origin 8.0作
图; SPSS11.0 统计软件进行数据统计和方差分析 ,
LSD法检验显著性, 显著性水平均为 0.05。
2 结果与分析
2.1 麦棉两熟栽培管理方式对棉花产量的影响
从表 3 看出, 栽培管理方式显著影响了棉花产
量, 两年试验皮棉产量均表现为 SH>HH>FP>N0。不
同地力水平间也具有显著差异, 两年数据平均, 高
地力田皮棉产量比低地力田高 6.2%~8.0%。高地力
田 HH 和 SH 分别比 FP 增加 27.9%和 43.0%, 低地
力田分别增加 27.1%和 42.0%。对产量构成因子分析
发现, 栽培管理方式极显著影响棉株铃数, 两年结
果均表现为 SH>HH>FP>N0。衣分受栽培管理方式
影响显著, HH、SH显著高于 FP、N0。栽培管理方
式对铃重则无显著影响。地力水平也显著影响棉株
铃数, 高地力田铃数比低地力田高 5.6%~6.2%。地力
水平对铃重和衣分的影响未达显著水平。可见, 不
同栽培管理方式和地力水平间产量差异主要由铃数
不同造成。
2.2 麦棉两熟栽培管理方式对棉田温光资源利
用效率的影响
栽培管理方式显著影响棉花累积有效积温(≥
12℃大气温度)和截获辐射量(表4), 不同栽培管理
方式累积有效积温趋势表现为 SH>FP>HH>N0, 两
年规律一致。截获辐射量以 SH最高, FP与 HH差异
不显著。地力水平间累积积温差异不显著, 但高地
力田棉花累积截获的辐射量显著大于低地力田。比
较温光资源利用效率发现, 不同栽培管理方式间存
在显著差异, 2012年温度生产效率和辐射利用效率
均表现为 HH>SH>FP>N0, 2013年则表现为 SH>HH>
FP>N0。温光资源利用效率在不同地力水平间差异
显著 , 高地力田温度生产效率比低地力田高4.9%~
10.7%, 辐射利用效率高2.5%~37.8%。
2.3 麦棉两熟栽培管理方式对棉田氮肥利用效
率的影响
图 1 所示, 通过方差分析可知不同栽培管理方
式间棉田氮肥偏生产力差异显著。两年试验, 氮肥
偏生产力均表现为 HH>FP>SH。不同地力水平棉田
氮肥利用效率差异显著, 氮肥偏生产力在高地力田
比在低地力田高 7.7%~8.2%。
1108 作 物 学 报 第 41卷


表 3 不同栽培管理方式对棉花产量及产量构成的影响
Table 3 Influence of different cultivation patterns on cotton yield and yield components
地力水平
Fertility level
栽培管理方式
Cultivation pattern
铃数
Boll No. (×104 hm–2)
铃重
Boll weight (g)
衣分
Lint percentage (%)
皮棉产量
Lint yield (kg hm–2)
2012
零氮肥对照区 N0 65.0 d 5.63 a 36.8 c 1347 d
高产高效栽培管理方式 HH 79.6 b 5.91 a 41.8 a 1966 b
常规栽培管理方式 FP 69.4 c 5.74 a 39.2 b 1562 c
低地力 Low
超高产栽培管理方式 SH 90.2 a 5.70 a 42.1 a 2165 a
零氮肥对照区 N0 67.8 d 5.76 a 37.1 b 1449 d
高产高效栽培管理方式 HH 85.6 b 5.94 a 41.8 a 2125 b
常规栽培管理方式 FP 73.9 c 5.76 a 38.7 b 1647 c
高地力 High
超高产栽培管理方式 SH 96.0 a 5.96 a 41.6 a 2380 a
方差分析 Analysis of variance
地力水平 Fertility level (FL) * ns ns *
栽培管理方式 Cultivation pattern (CP) ** ns ** **
FL×CP ns ns ns ns
2013
零氮肥对照区 N0 66.5 d 5.21 a 37.4 c 1296 d
高产高效栽培管理方式 HH 98.7 b 5.30 a 41.9 a 2192 b
常规栽培管理方式 FP 82.3 c 5.22 a 39.3 b 1688 c
低地力 Low
超高产栽培管理方式 SH 112.4 a 5.31 a 41.6 a 2483 a
零氮肥对照区 N0 66.8 d 5.32 a 37.7 c 1341 d
高产高效栽培管理方式 HH 104.0 b 5.38 a 41.7 a 2333 b
常规栽培管理方式 FP 89.2 c 5.31 a 39.3 b 1861 c
高地力 High
超高产栽培管理方式 SH 119.9 a 5.26 a 41.2 a 2601 a
方差分析 Analysis of variance
地力水平 Fertility level (FL) * ns ns *
栽培管理方式 Cultivation pattern (CP) ** ns ** **
FL×CP ns ns ns ns
表中同一列中不同字母表示 0.05水平差异显著。*和**分别表示在 0.05、0.01水平上显著, ns表示差异不显著。
N0: cultivation without nitrogen as control; HH: high yield and high efficiency cultivation; FP: farmers practice cultivation; SH: super
high cultivation patterns. Values followed by different letters within a column are significantly different at the 0.05 probability level. * and **:
significant differences at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively; ns: no significant difference (P<0.05).

2.4 棉花产量与生物量的影响因子
表 5 表明, 皮棉产量与 GDD、LAImax和 IPAR
呈显著正相关关系, 生物量与 GDD、LAImax 和 LI
呈极显著正相关, 与 IPAR呈显著正相关。比较各因
素对产量的影响, 发现生物量和 IPAR对产量形成影
响最大, 而其中有效积温和 LAImax对生物量累积影
响最大。
3 讨论
3.1 资源利用效率是棉花产量的主要限制因素
温、光、氮肥等资源是作物生产的先决条件, 其
有效利用为单位面积耕地上获得较高的产量提供可
能[17-18]。作物产量与温光[19]、氮肥[20]资源利用效率
呈正相关。本研究发现不同栽培管理方式下限制棉
花生产力的主要因素为 GDD、IPAR和 LAImax, 三者
显著影响棉花的 RUE 和 TPE。2 年数据平均, 高地
力条件下 HH的 RUE、TPE分别比 FP提高了 34.0%、
31.1%, SH比 FP提高了 33.5%、24.7%; 低地力条件
下HH提高了21.2%、16.3%, SH提高了21.4%、14.6%。
施氮量与产量显著正相关, HH的 NPEP比 FP提高了
8.9%~12.6%, SH的NPEP比 FP降低了 20.3%~26.3%。
说明合理施氮有利于氮肥利用效率的提高。
第 7期 张常赫等: 不同栽培方式对长江下游棉田资源利用效率的影响 1109


表 4 麦棉两熟栽培管理方式对棉田温光资源利用效率的影响
Table 4 Influence of cultivation patterns on cotton temperature production efficiency and radiation use efficiency
地力水平
Fertility level
栽培管理方式
Cultivation pattern
生物量
Biomass
(kg hm–2)
有效积温
GDD
(℃ d)
温度生产效率
TPE
(kg hm–2 ℃ d)
辐射截获量
Intercepted PAR
(MJ hm–2)
辐射利用效率
RUE
(g MJ–1)
2012
零氮肥对照区 N0 6365 d 1093 d 5.82 c 544 c 1.17 b
高产高效栽培管理方式 HH 8438 b 1188 c 7.10 a 640 b 1.32 a
常规栽培管理方式 FP 6904 c 1211 b 5.70 d 639 b 1.08 c
低地力 Lower
超高产栽培管理方式 SH 9302 a 1343 a 6.93 b 769 a 1.21 d
零氮肥对照区 N0 7253 d 1074 d 6.75 c 576 c 1.26 b
高产高效栽培管理方式 HH 9686 b 1160 c 8.35 a 687 b 1.41 a
常规栽培管理方式 FP 8215 c 1213 b 6.77 c 684 b 1.20 c
高地力 Higher
超高产栽培管理方式 SH 9974 a 1300 a 7.67 b 804 a 1.24 b
方差分析 Analysis of variance
地力水平 Fertility level (FL) ** ns ** * **
栽培管理方式 Cultivation pattern (CP) ** * ** ** *
FL×CP ns ns ns ns ns
2013
零氮肥对照区 N0 7177 d 1263 b 5.68 b 536 c 1.34 b
高产高效栽培管理方式 HH 10280 b 1259 b 8.16 a 584 b 1.76 a
常规栽培管理方式 FP 7489 c 1316 a 5.69 b 590 b 1.27 b
低地力 Lower
超高产栽培管理方式 SH 10952 a 1322 a 8.28 a 637 a 1.72 a
零氮肥对照区 N0 8778 d 1288 c 6.81 d 578 c 1.52 d
高产高效栽培管理方式 HH 13211 b 1350 b 9.78 b 654 b 2.02 b
常规栽培管理方式 FP 11429 c 1395 a 8.19 c 653 b 1.75 c
高地力 Higher
超高产栽培管理方式 SH 15020 a 1430 a 10.50 a 702 a 2.14 a
方差分析 Analysis of variance
地力水平 Fertility level (FL) ** ns ** * **
栽培管理方式 Cultivation pattern (CP) ** * ** ** *
FL×CP ns ns ns ns ns
表中同一列中不同字母表示 5%水平差异显著。*和**分别表示在 0.05、0.01水平上显著, ns表示差异不显著。
N0: cultivation without nitrogen as control; HH: high yield and high efficiency cultivation; FP: farmers practice cultivation; SH: super
high cultivation patterns. Values followed by different letters within a column are significantly different at 5% probability level. * and **:
significant differences at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively; ns: no significant difference (P<0.05).


图 1 不同栽培管理方式棉田氮肥偏生产力(NPFP)
Fig. 1 Cotton field nitrogen partial factor productivity (NPFP)
in different cultivation patterns
HH: high yield and high efficiency cultivation pattern; FP: farmers
practice cultivation pattern; SH: super high yield cultivation pattern.
不同栽培管理方式棉田资源利用效率差异形成
的原因不同。FP 因种植密度偏小(18 000 株 hm–2),
群体冠层结构不合理 , 导致温光资源利用效率低 ;
SH 由于氮肥过量施用限制了棉花氮肥利用效率的
提高; HH比 FP和 SH拥有更加合理的冠层结构, 同
时肥料施用合理, 拥有较高的资源利用效率。因此,
较高的资源利用效率是棉花高产的保障。限制棉花
产量提高的主要因子是资源利用效率较低, 未来生
产中进一步提高棉花产量的措施应采取合理的栽培
措施提高棉田的资源利用效率。
3.2 合理的栽培管理方式选择及提高措施
合理的资源利用是现代可持续高产高效农业的
基础。本研究中 SH产量最高, 温光资源利用效率较
高, 但由于氮肥过量投入导致氮肥利用效率低, 同
1110 作 物 学 报 第 41卷


表 5 棉花产量与资源截获和利用效率的相关分析
Table 5 Correlation coefficients among lint yield, biomass, growth degree day (GDD), maximum leaf area index (LAImax), light
interception (LI) and cumulative intercepted PAR (IPAR)
Lint yield Biomass GDD LAImax LI IPAR
皮棉产量 Lint yield 1.000
生物量 Biomass 0.819** 1.000
累积积温 GDD 0.569* 0.740** 1.000
最大 LAI LAImax 0.570* 0.837** 0.582* 1.000
光能截获率 LI 0.401 0.652** 0.680** 0.577* 1.000
截获 PAR IPAR 0.604* 0.550* 0.410 0.492 0.146 1.000
相关系数临界值: n=16, r0.05=0.497, r0.01=0.623. The critical value of correlation coefficients: n=16, r0.05=0.497, r0.01=0.623.

时存在着种植成本高和有环境污染等问题, 与现代
高产高效农业相违背; FP 产量最低, 氮肥利用效率
较高, 但温光资源利用效率低, 不能充分利用生态
资源、发挥土地生产潜力。HH具有较高的产量, 同
时拥有较高的温光、氮肥资源利用效率, 能够充分
利用资源, 达到高产高效的目的, 是当前长江流域
棉区较为适宜的栽培管理方式。
本研究发现, 提高棉花生产力的重点是提高资
源的利用效率。高产高效栽培管理方式具有较高的
资源利用效率, 因此在实际生产中可以在 HH 栽培
管理方式的基础上进一步优化, 探究出棉花高产优
质、资源高效利用的栽培管理方式。生产中可通过
一系列的栽培措施来进一步提高资源的利用效率 ,
提高产量。如可用减小行距、增大密度、化控、轻
简育苗移栽等措施构建合理的冠层结构[21], 提高温
光资源利用效率[15,22]。同时生产中可采用合理的肥
料施用量[23]、分施[24-25]、氮磷钾平衡施肥[26]、精准
施肥[27]等肥料管理措施提高氮肥的利用率, 减少肥
料损失, 增加棉花产量, 提高植棉效益。
4 结论
不同栽培管理方式下棉花产量的差异主要由温
光、氮肥资源利用效率的差异造成, SH由于氮肥大
量施用导致偏生产力下降, HH较 FP提高产量 27.5%,
温光、氮肥资源利用效率分别提高 27.7%、23.4%和
10.1%, 满足高产高效栽培要求。不同地力水平棉田
资源利用效率差异显著。高地力田块比低地力田块
拥有更高的资源截获率和利用效率, 生产力较高。
在生产中需要针对不同地力水平在棉花栽培管理方
式上做出调整, 如以合理密植、调整移栽期、增施
有机肥等措施来缩小地力水平间的产量差。高产高
效栽培管理方式拥有较高的资源利用效率, 产量较
高, 是较为适宜的栽培管理方式。
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