全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(10): 1910−1915 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家“十二五”科技支撑计划(2011BAD11B01, 2011BAD11B02), 引进国际先进农业科学技术计划(948计划)(2006-G60), 山
东省农业重大应用技术创新项目(2009, 2010)和山东省农业良种工程重大课题(2008LZ03, 2009LZ03, 2010LZ005-01)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 孙学振, E-mail: sunxz@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8242487
第一作者联系方式: E-mail: lixuegang907@163.com
Received(收稿日期): 2011-03-16; Accepted(接受日期): 2011-06-25; Published online(网络出版日期): 2011-07-28.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20110728.1002.012.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01910
控释氮肥对棉花纤维品质、产量及氮肥利用效率的影响
李学刚 1,2 宋宪亮 1 孙学振 1,* 陈二影 1 张美玲 1 赵庆龙 1
1 作物生物学国家重点实验室 / 山东农业大学农学院, 山东泰安 271018; 2 滨州市农业局, 山东滨州 256600
摘 要: 设计 100%树脂包膜尿素基施、50%普通尿素+50%树脂包膜尿素基施和棉花专用肥基施 3 种控释氮肥处理,
以 100%普通尿素为对照, 研究等氮条件下, 不同控释氮肥处理对棉花(鲁棉研 28)不同开花期棉铃纤维品质、产量及
氮肥利用效率的影响。结果表明, 与对照相比, 100%树脂包膜尿素处理 7 月下旬棉铃纤维比强度和 8 月中、下旬棉
铃纤维马克隆值显著增大, 7月下旬棉铃纤维成熟度显著增加, 籽棉产量和皮棉产量分别增加 6.2%和 6.4%, 偏生产力
和农学效率均达极显著差异; 棉花控释专用肥处理棉花生育中、后期棉纤维长度、比强度和马克隆值显著增大, 成熟
度显著增加, 籽棉产量和皮棉产量分别增加 5.0%和 4.3%, 偏生产力和农学效率达显著或极显著差异; 而 50%普通尿
素+50%树脂包膜尿素处理仅 7 月下旬棉铃纤维比强度和 8 月中旬棉铃纤维马克隆值显著增大, 8 月中旬棉铃纤维成
熟度显著增加。上述结果表明, 100%树脂包膜尿素处理增产效果最显著, 氮肥利用效率最高, 而棉花专用肥处理纤维
品质较优。
关键词: 棉花; 控释氮肥; 开花期; 纤维品质; 氮肥利用效率
Effects of Controlled Release Nitrogen Fertilizer on Fiber Quality, Yield, and
Nitrogen Use Efficiency
LI Xue-Gang1,2, SONG Xian-Liang1, SUN Xue-Zhen1,*, CHEN Er-Ying1, ZHANG Mei-Ling1, and ZHAO
Qing-Long1
1 Agronomy College, Shandong Agricultural University, Key Laboratory of Crop Biology of China, Tai’an 271018, China; 2 Agriculture Bureau of
Binzhou, Binzhou 256600, China
Abstract: Controlled release fertilizers are paid attention because of their high efficiency. However, there is little information in the
effect of controlled release nitrogen fertilizer on cotton fiber quality. The objective of this study was to evaluate the differences be-
tween plain urea and controlled release urea. Cotton cultivar Lumianyan 28 was grown under field conditions with three types of
controlled release nitrogen fertilizers, including 100% pitch coated urea (PCU), 50% plain urea (PU)+50% pitch coated urea (PCU),
and 100% controlled release bulk blending fertilizer (CRBBF). The results indicated that fiber strength of 100% PCU treatment was
enhanced on 21 to 31 July compared with CK2, fiber micronaire on 11 to 31 Aug. was augmented, fiber maturity on 21 to 31 July was
improved. The seed cotton yield and lint cotton yield of 100% PCU treatment were increased by 6.2% and 6.4%, and those of PFPN
and AEN were significantly enhanced. For 100% CRBBF treatment, fiber length was increased on 21 to 31 Aug., fiber strength was
enhanced on 21 to 31 July and 21 to 31 Aug., fiber micronaire was augmented on 1 to 31 Aug., and fiber maturity was improved on 1
to 20 Aug.. The seed cotton yield and lint cotton yield of CRBBF treatment were increased by 5.0% and 4.3%, respectively, and those
of PFPN and AEN were also significantly enhanced. For 50% PU+50% PCU treatment, fiber strength was enhanced on 21 to 31 July,
micronaire was augmented on 11 to 20 Aug., fiber maturity was improved on 11 to 20 Aug. But there were no obvious differences on
yield and nitrogen use efficiency between 50% PU+50% PCU treatment and CK2. In conclusion, 100% PCU treatment has the most
obvious effect on yield and nitrogen use efficiency, while 100% CRBBF treatment could be better to improve fiber quality.
Keywords: Cotton; Controlled release nitrogen fertilizer; Blooming date; Fiber quality; Nitrogen use efficiency
第 10期 李学刚等: 控释氮肥对棉花纤维品质、产量及氮肥利用效率的影响 1911
棉花(Gossypium hirsutum L.)纤维品质是品种遗传特
性、资源环境和栽培措施共同作用的结果。Bradow和
Baure等[1-2]研究结果表明 , 棉纤维的品质主要由遗传因
素决定, 但由环境因素的影响而造成的马克隆值和成熟
度变异达 11%~34%, 长度和强度变异达 10%~24%。并认
为棉纤维价值(品质)的 72%由马克隆值、强度、成熟度和
长度决定。
氮素是棉花高产优质的主要限制因素之一 , 由于棉
花的无限开花结铃习性决定了不同开花期棉铃所处的环
境条件、生理年龄存在较大差异[3-4], 给棉纤维品质的氮
素调控带来一定的难度。目前 , 有关施氮量对棉铃纤维
品质生理基础及成熟棉纤维品质指标影响的研究已有较
多报道 [5-14], 但因土壤质地的差异及受化学氮在土壤中
流失、转化等因素的影响, 不同学者研究的结论也有差
异。
我国目前应用于棉田的肥料仍以速溶性复合肥为主,
由于棉花的生育期较长 , 需氮量相对较大 , 生产上常常
倾向于增施氮肥以获得高产, 这不但加重了土壤氮淋洗
和挥发对环境的污染 [15], 而且导致因营养体生长过旺而
贪青晚熟, 前期僵烂花、后期铃及霜后花比重增加, 纤维
品质大幅度降低[2,16]。棉花常规施肥技术以重施基肥合理
追肥为基本原则 , 但多次施肥不但费工 , 而且提高了植
棉成本。为此, 本试验设计棉花控释专用肥、控释氮肥及
控释氮肥和速效氮肥配施处理, 研究其对不同开花期棉
铃纤维品质、产量及氮肥利用效率的影响, 以期为棉花生
产上提高棉花产量、改善棉纤维品质的氮素调控途径提供
理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
棉花品种为鲁棉研 28。速效氮、磷、钾肥分别为尿
素(含纯 N 46%)、过磷酸钙(含 P2O5 14%)、硫酸钾(含 K2O
50%)。控释 4个月的树脂包膜尿素(含纯 N 42%), 控释棉
花专用肥(22-10-16)(由包膜肥与普通肥掺混而成, 控释 3
个月树脂包膜尿素的氮量约占专用肥总氮量的 29.1%; 控
释 5个月树脂包膜尿素的氮量约占专用肥总氮量的 38.9%;
控释 5 个月树脂包膜硫酸钾的钾量约占专用肥总钾量的
28.8%)。试验所用肥料均由金正大公司提供。
1.2 试验设计
试验在山东农业大学科技示范园大田进行。0~20 cm
土壤含有机质 15.38 g kg−1、全氮 0.84 g kg−1、碱解氮 71.01
mg kg−1、速效磷 15.91 mg kg−1、速效钾 70.21 mg kg−1。
设 2个对照和 3个控释肥处理(表 1)。4月 27日播种, 小
区面积 5.6 m×8 m, 行距 80 cm, 株距 33 cm, 3次重复, 随
机区组排列。7月 24日追肥, 7月 25日打顶, 田间管理按
常规高产栽培进行。
1.3 测定项目与方法
自 7 月 10 日至 8 月 31 日, 在每小区内固定 50 株棉
花, 每日对当天开花的棉株挂牌, 标记开花日期。挂牌棉
铃吐絮后分单铃摘拾 , 晒干后按单铃轧取皮棉 , 然后将
每个单铃纤维按开花期混合。将每个混合样品分成 3 份,
作为 3次重复, 用 HVI900纤维测定仪测定纤维品质。
表 1 试验设计
Table 1 Design of experiment
处理
Treatment
N-P2O5-K2O
(kg hm−2)
氮肥组成
Nitrogen fertilizer composition
施肥方式
Method of application
CK1 0-81.75-130.95 0 —
CK2 180-81.75-130.95 100%PU
50%氮肥基施+50%氮肥追施
Half PU as base fertilizer and another half PU as topdressing fertilizer
T1 180-81.75-130.95 100%PCU 全部基施 PCU as base fertilizer
T2 180-81.75-130.95 50%PU +50%PCU 全部基施 PU and PCU as base fertilizer
T3 180-81.75-130.95 CRBBF 全部基施 CRBBF as base fertilizer
PU、PCU、CRBBF分别表示普通尿素、树脂包膜尿素、控释专用肥。
PU, PCU, and CRBBF denote plain urea, pitch coated urea, and controlled release bulk blending fertilizer, respectively.
参照 Fageria和Baligar[17]的偏生产力和农学效率的计
算方法, 偏生产力(partial factor productivity from fertilizer,
PFP), 是指投入的单位肥料所能生产的作物籽粒产量 ,
即 PFP=Y/F, 式中, Y为施肥后所获得的作物产量; F代表
肥料的投入量。农学效率(agronomic efficiency of fertilizer,
AE), 是指单位施肥量所增加的作物产量 , 即 AE=
(Y–Y0)/F, 式中, Y为施肥后所获得的作物产量; Y0为不施
肥条件下作物的产量; F代表化肥的投入量。
1.4 数据统计与分析
采用 Microsoft Excel 2003 和 DPS (Data Processing
System)软件分析试验数据。
2 结果与分析
2.1 不同开花期棉铃纤维品质
2.1.1 纤维长度 由表 2 可以看出, 7 月中、下旬和 8
月上旬各处理间虽有差异, 但均未达显著水平。8月中旬,
T3极显著长于 CK1, CK2和 T1显著长于 CK1, 各施氮处理
间差异不显著。8 月下旬, T3极显著长于 CK1、CK2、T1
和 T2, 其余处理间差异不显著。
2.1.2 纤维比强度 由表 3可以看出, 7月中旬和 8月
上旬各处理间虽有差异, 但均未达显著水平。7月下旬, T3
极显著高于 CK1、CK2, T1和 T2均显著高于 CK1、CK2, 控
1912 作 物 学 报 第 37卷
释肥处理间差异不显著。8 月中旬, T1 和 T3 极显著高于
CK1, CK2和 T2显著高于 CK1, 各施氮处理间差异不显著。
8月下旬, T1和 T3显著高于 CK1, 其余各施氮处理与 CK1
差异不显著, 等氮条件下, 除 T3显著高于 CK2外, 其他各
施氮处理间均无显著差异。
2.1.3 纤维马克隆值 由表 4可以看出, 7月中旬各处
理间均无显著差异。7月下旬, CK2、T3极显著大于 CK1, T1
和 T2显著大于 CK1, 各施氮处理间差异不显著。8月上旬,
T3极显著大于 CK1和 CK2、显著大于 T1和 T2, T1和 T2显
著大于 CK1, CK2、T1和 T2间均未达显著差异。8月中旬,
T3极显著大于 CK1、CK2, T1和 T2显著大于 CK1、CK2, T1
与 T2差异不显著。8月下旬, T3极显著大于 CK1、CK2和
T2, T1极显著大于 CK1、显著大于 CK2和 T2, T2极显著大
于 CK1, CK2显著大于 CK1。
表 2 控释氮肥对不同开花期棉铃纤维长度的影响
Table 2 Effects of controlled release N fertilizer on fiber length in different blooming stages (mm)
开花期 Blooming stage (month/day) 处理
Treatment 7/11–7/20 7/21–7/31 8/1–8/10 8/11–8/20 8/21–8/31
CK1 28.00 Aa 29.20 Aa 29.51 Aa 27.95 Bb 27.38 Bb
CK2 27.88 Aa 28.72 Aa 29.53 Aa 28.61 ABa 27.45 Bb
T1 28.22 Aa 29.37 Aa 29.51 Aa 28.48 ABa 27.31 Bb
T2 27.77 Aa 29.11 Aa 29.91 Aa 28.45 ABab 27.00 Bb
T3 27.68 Aa 28.80 Aa 29.56 Aa 28.91 Aa 28.71 Aa
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01水平上差异显著。
Values within a column followed by a different small or capital letter are significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
表 3 控释氮肥对不同开花期棉铃纤维比强度的影响
Table 3 Effects of controlled release N fertilizer on fiber strength in different blooming stages (cN tex–1)
开花期 Blooming stage (month/day) 处理
Treatment 7/11–7/20 7/21–7/31 8/1–8/10 8/11–8/20 8/21–8/31
CK1 27.90 Aa 27.40 Bb 29.60 Aa 25.15 Bb 24.25 Ac
CK2 28.40 Aa 27.30 Bb 30.40 Aa 27.40 ABa 24.90 Abc
T1 28.65 Aa 28.70 ABa 30.20 Aa 28.90 Aa 25.60 Aab
T2 28.15 Aa 28.60 ABa 30.55 Aa 27.50 ABa 25.00 Aabc
T3 27.80 Aa 29.55 Aa 30.65 Aa 28.80 Aa 26.25 Aa
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01水平上差异显著。
Values within a column followed by a different small or capital letter are significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
表 4 控释氮肥对不同开花期棉铃纤维马克隆值的影响
Table 4 Effects of controlled release N fertilizer on fiber micronaire in different blooming stages
开花期 Blooming stage (month/day) 处理
Treatment 7/11–7/20 7/21–7/31 8/1–8/10 8/11–8/20 8/21–8/31
CK1 4.45 Aa 4.10 Bb 3.05 Bc 2.50 Bc 2.05 Cc
CK2 4.30 Aa 4.90 Aa 3.40 Bbc 2.60 Bc 2.65 BCb
T1 4.50 Aa 4.80 ABa 3.80 ABb 3.70 ABab 3.15 ABa
T2 4.25 Aa 4.70 ABa 3.60 ABb 3.40 ABb 2.75 Bb
T3 4.35 Aa 4.90 Aa 4.35 Aa 4.25 Aa 3.50 Aa
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01水平上差异显著。
Values within a column followed by a different small or capital letter are significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
2.1.4 纤维成熟度 由表 5可以看出, 7月中旬各处理
间虽有差异, 但均未达显著水平。7月下旬, 除 T3显著高
于CK1外, 其余施氮处理与 CK1均未达显著水平, 各施氮
处理间差异不显著。8月上旬, T3极显著高于 CK1、显著
高于 CK2和 T2, T1显著高于 CK1, CK1、CK2和 T2间未达
显著差异。8月中旬, T3极显著高于 CK1、CK2和 T2、显
著高于 T1, T1极显著高于 CK1和 CK2, T1和 T2间未达显著
差异。8月下旬, 控释肥处理 T1、T2和 T3显著高于 CK1, 施
氮处理间差异不显著。
2.1.5 纤维整齐度 由表 6 可以看出, 除 7 月下旬外,
各处理间虽有差异但均未达显著水平; 7 月下旬, CK2 和
T1显著高于 CK1, 其余施氮处理与 CK1未达显著差异, 施
氮处理间差异不显著。
2.2 棉花产量及氮肥利用率
棉花产量包括籽棉产量和皮棉产量。施氮提高了棉
花的籽棉产量和皮棉产量, 各施氮处理与 CK1均达极显
第 10期 李学刚等: 控释氮肥对棉花纤维品质、产量及氮肥利用效率的影响 1913
著水平。籽棉产量, T1和 T3分别比 CK2增产 6.2%和 5.0%,
达极显著差异, T2与 CK2间无显著差异, 但显著低于 T1、
T3。皮棉产量, T1比 CK2增产 6.4%, 达极显著差异, T3
比 CK2增产 4.31%, 达显著差异, T2与 CK2间无显著差
异。
从表 7可以看出, 以籽棉产量统计的偏生产力和农学
效率, 表现为 T1极显著高于 CK2; T3显著高于 CK2; T1和
T3显著高于 T2; T2与 CK2差异不显著。以皮棉产量统计
的偏生产力和农学效率, T1极显著高于 CK2、T2、T3; T3
极显著高于 CK2、T2; T2与 CK2差异不显著。
表 5 控释氮肥对不同开花期棉铃纤维成熟度的影响
Table 5 Effects of controlled release N fertilizer on fiber maturity in different blooming stages
开花期 Blooming stage (month/day) 处理
Treatment 7/11–7/20 7/21–7/31 8/1–8/10 8/11–8/20 8/21–8/31
CK1 0.88 Aa 0.89 Ab 0.83 Bc 0.79 Dc 0.77 Ab
CK2 0.89 Aa 0.91 Aab 0.84 ABbc 0.80 CDc 0.79 Aab
T1 0.89 Aa 0.92 Aab 0.86 ABab 0.85 ABb 0.80 Aa
T2 0.88 Aa 0.91 Aab 0.85 ABbc 0.83 BCb 0.80 Aa
T3 0.91 Aa 0.94 Aa 0.89 Aa 0.87 Aa 0.80 Aa
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01水平上差异显著。
Values within a column followed by a different small or capital letter are significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
表 6 控释氮肥对不同开花期棉铃纤维整齐度的影响
Table 6 Effects of controlled release N fertilizer on fiber uniformity in different blooming stages (%)
开花期 Blooming stage (month/day) 处理
Treatment 7/11–7/20 7/21–7/31 8/1–8/10 8/11–8/20 8/21–8/31
CK1 82.00 Aa 81.50 Ab 81.65 Aa 79.40 Aa 78.35 Aa
CK2 82.65 Aa 83.40 Aa 81.80 Aa 79.55 Aa 78.55 Aa
T1 82.55 Aa 83.25 Aa 82.45 Aa 80.30 Aa 79.55 Aa
T2 81.70 Aa 82.65 Aab 82.15 Aa 80.00 Aa 78.50 Aa
T3 82.30 Aa 83.00 Aab 83.35 Aa 81.10 Aa 79.85 Aa
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01水平上差异显著。
Values within a column followed by a different small or capital letter are significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
表 7 氮肥运筹对棉花产量及氮肥利用效率的影响
Table 7 Effects of nitrogen fertilizer application regimes on yield and nitrogen use efficiency
处理
Treatment
籽棉产量
Seed cotton yield
(kg hm−2)
偏生产力
PFP
(kg kg−1)
农学效率
AE
(kg kg−1)
皮棉产量
Lint cotton yield
(kg hm−2)
偏生产力
PFP
(kg kg−1)
农学效率
AE
(kg kg−1)
CK1 3172.11 Cc — — 1234.90 Cc — —
CK2 3400.77 Bb 18.89 Bb 1.28 Bb 1322.22 Bb 7.35 Cc 0.49 Cc
T1 3610.80 Aa 20.06 Aa 2.44 Aa 1407.49 Aa 7.82 Aa 0.96 Aa
T2 3447.53 ABb 19.16 ABb 1.53 ABb 1321.44 Bb 7.34 Cc 0.48 Cc
T3 3571.21 Aa 19.84 ABa 2.22 ABa 1379.21 ABa 7.67 Bb 0.80 Bb
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01水平上差异显著。
Values within a column followed by a different small or capital letter are significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
3 讨论
3.1 控释氮肥对不同开花期棉纤维品质的影响
棉花是对氮素敏感的植物 , 氮素代谢状况显著影响
纤维品质。大量研究结果表明, 施氮量对棉纤维伸长率、
绒长、马克隆值影响比较显著, 对比强度、整齐度影响较
小[5-6], 适宜施氮可以改善棉纤维品质[2,9-11], 优化氮肥管
理措施能够显著提高纤维长度和比强度, 并确保马克隆
值处于最优的品质范围内, 但对伸长率和整齐度无影响[12]。
前人的研究多是关于施氮对棉花整个生育期内成熟纤维
品质的影响, 关于施氮对某具体时间段内棉铃纤维品质
的影响却鲜有报道。本研究表明, 施氮处理增加了 8月中
旬棉铃纤维长度和 8月份棉铃纤维成熟度, 增大了 7月中
旬以后的棉铃纤维马克隆值, 增强了 7月下旬和 8月中旬
棉铃纤维比强度, 但对纤维整齐度无显著影响。控释氮肥
改变了普通氮肥速效、短效的特点, 持续稳定地释放出养
分 [18], 显著提高植物叶片叶绿素含量 , 改善叶肉细胞的
光合能力 , 提高叶片光合效率 [19-20], 为棉花生育中后期
1914 作 物 学 报 第 37卷
棉铃发育提供了较理想的环境。本研究发现, 与普通氮肥
处理相比, 3 个控释氮肥处理均显著增大了普通氮肥追肥
前(7 月下旬)棉铃的纤维比强度和 8 月中旬棉铃的纤维马
克隆值, 增加了 8月中旬棉铃的纤维成熟度。此外, 100%
树脂包膜尿素处理还显著增大了 8月下旬棉铃的纤维马
克隆值 ; 棉花专用肥处理显著增大了 8 月上旬棉铃的纤
维马克隆值和 8月下旬棉铃纤维长度、纤维比强度、纤维
马克隆值, 增加了 8月上旬棉铃的纤维成熟度。其余开花
期各施氮处理间差异不显著, 这可能是由于某些开花期
棉株尚处于轻度缺氮情况, 有限的光合物质优先分配到
生殖器官[17], 有利于纤维品质形成。
3.2 控释氮肥对棉花产量及氮肥利用效率的影响
关于控释氮肥对作物产量影响的研究已有较多报道,
但在棉花上的应用研究报道较少[19,21]。孙强生等[21]报道,
每千克土施用 0.2 g和 0.4 g纯氮时, 包膜控释肥比普通复
合肥具有显著的增产作用。李伶俐等[19]研究表明, 等氮条
件下 , 控释肥提高了单株结铃数和单铃重 , 籽棉显著增
产 10.3%。本试验也表明, 施氮极显著增加了籽棉产量和
皮棉产量。等氮条件下, 棉花专用肥处理籽棉产量和皮棉
产量分别比普通氮肥处理增加 5.0%和 4.31%, 达显著差
异水平; 100%树脂包膜尿素基施处理籽棉产量和皮棉产
量分别比普通氮肥处理增加 6.2%和 6.4%, 达极显著水平;
从而显著或极显著地提高了以籽棉和皮棉产量统计的偏
生产力和农学效率。这是由于 100%树脂包膜尿素基施处
理和棉花专用肥处理延缓了 45 d和 60 d叶片中叶绿素的
分解, 增加了叶绿素含量, 改善了棉花叶片的光合特性,
单株结铃数显著或极显著的增加了 0.77 个和 0.84 个[20],
50%普通尿素+50%树脂包膜尿素基施处理与普通氮肥处
理比较, 籽棉产量、皮棉产量和氮肥利用效率差异均不显
著, 且显著或极显著低于 100%树脂包膜尿素基施处理和
棉花专用肥处理, 其原因有待进一步探讨。
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