全 文 ：　 　 倡 河南省科技攻关项目（０２２４０６００２６）部分研究内容
收稿日期 ：２００５唱１１唱０２ 　 改回日期 ：２００５唱１２唱２３
控释氮肥对棉花的增产效应研究 倡
李伶俐１ 　马宗斌１ 　林同保１ 　房卫平２ 　谢德意２
（１畅河南农业大学农学院 　 郑州 　 ４５０００２ ；２畅 河南省农业科学院棉花油料作物研究所 　郑州 　 ４５０００２）
摘 　要 　大田条件下 ，以普通尿素为对照 ，研究了控释 N肥对棉花光合特性和产量的影响及其肥效特点 。 结果表明 ：施
等量 N（１５０kg／ hm２ ）控释 N肥处理和对照相比 ，在棉花开花结铃期可有效增加叶面积 ，提高棉叶 PS Ⅱ 最大光化学效率
（Fv／ Fm） 、PS Ⅱ 实际光化学效率（ Φ PS Ⅱ ）和 PS Ⅱ 潜在光化学活性（ Fv／ Fo） ，改善叶肉细胞的光合能力 ，提高叶片光合效
率 ，从而提高群体光合效率 ，增加单株结铃数和铃重 ，子棉产量显著增加 １０畅３ ％ ，肥效提高 １０畅２ ％ 。而施 N量比对照减少
２０ ％的处理 ，子棉产量与对照平产 ，但其肥效比对照提高 ２９畅０ ％ ，且一次性基施免追肥 ，省工省时 。
关键词 　 棉花 　 控释 N 肥 　 光合特性 　 叶绿素荧光 　 产量
Effects of controlled release of N fertilizer on cotton yield ．L I Ling唱Li１ ，MA Zong唱Bin１ ，LI N Tong唱Bao１ ，FANG Wei唱
Ping２ ，XIE De唱Yi２ （１ ．College of Agronomy ，Henan Agricultural University ，Zhengzhou ４５０００２ ，China ；２ ．Cotton and Oil Crop
Research Institute ，Henan Academy of Agricultural Sciences ，Zhengzhou ４５０００２ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（３） ：４５ ～ ４７
Abstract 　 The effect of controlled release of nitrogenous fertilizer on photosynthesis and yield of cotton was studied under field
conditions ．The results show that controlled release N treatment at １５０kg／hm２ increases LAI ，Fv／ Fm ，ΦPS Ⅱ and Fv／ Fo in cotton
leaves at peak flowering and bolling stages ，which subsequently enhances the CAP and boll number per plant ，and boll weight ．The
yield of unginned cotton and fertilizer use efficiency increase by １０畅３ ％ and １０畅２ ％ ，respectively ，compared with that of CK ．Con唱
trolled release N treatment with less than １２０kg／hm２ of N gives almost the same yield as CK ，but increases fertilizer use efficiency
by ２９畅０ ％ ，and saves labor and time when used only as base fertilizer ．
Key words 　 Cot ton ，Controlled release of N fertilizer ，Photosynthesis ，Chlorophyll fluorescence ，Yield
（Received Nov ．２ ，２００５ ；revised Dec ．２３ ，２００５）
控释 N 肥可显著降低 N 素的挥发和淋失 ，大幅度提高 N 素利用率 ，减少 N 肥施用对环境和地下水的污
染［５］ 。 由于环保可持续农业发展的要求 ，在生产上推广和应用控释化肥势在必行 。 近几年我国在水稻 、小
麦大田作物上施用控释 N 肥增产效应研究多有报道［１ ，２］ ，但在棉花上的应用研究报道较少 。 本试验以普通
尿素为对照 ，研究了控释 N 肥等 N 量施用和减 ２０ ％ N 量施用在棉花上的增产效应和生理机理 ，以期为包膜
控释 N 肥在棉花上的科学应用和推广提供理论依据 。
1 　 试验材料与方法
试验于 ２００３ 年和 ２００４ 年在河南省农业科学院郑州试验农场进行 ，试验地土壤为沙壤土 ，肥力中等 ，土
壤有机质 ９畅３g／kg ，碱解氮 ６０mg／kg ，速效磷 １８mg／kg ，速效钾 ９８mg／kg 。 供试控释 N 肥由河南农业大学土
壤化学教研室提供（含 N ３０ ％ ） ，供试棉花品种为“豫杂 ３５”（河南省农业科学院棉花油料作物研究所提供） 。
试验设 ３ 个处理 ，即 CK（尿素 ３２６kg／hm２ ，折 N １５０kg／hm２ ，以 ４∶６ 基追施） 、T１（控释 N 肥 ５００kg／hm２ ，折 N
１５０kg／hm２ ，全部作基肥）和 T２（控释 N 肥 ４００kg／hm２ ，折 N １２０kg／hm２ ，全部作基肥） ，采用随机区组设计 ，３
次重复 ，６ 行区 ，小区面积 ３０m２ 。 棉花播种前 １ 周开沟深施基肥 ，每 hm２ 施 １５０kg 氯化钾 、６７５kg 过磷酸钙 ，
棉花于 ４ 月 ２０ 日播种 ，１００cm 等行距 ，密度为 ３畅７５ 万株／hm２ ，其他管理同大田 。
选晴天上午 ９ ：００ ～ １１ ：００ 用美国CID唱３０１PS便携式光合测定仪 ，每处理定株取 １０ 片主茎倒 ４ 叶测定光
合速率（ Pn ） 、气孔导度 （C ） 、蒸腾强度 （E） 、大气 CO２ 浓度 （Cn ） 、细胞间隙 CO２ 浓度 （Ci ）等 。 用美国
CID唱３０１PS便携式光合测定仪 ，采用密闭气路 ，自制同化箱体积为 １m × １m × １m ，铝合金框架 ，用聚酯薄膜密
封 ，箱内对角安装 ２ 个 １４W 的轴流风机 ，以混合同化箱内的空气 ，选晴天上午 ９ ：００ ～ １１ ：００ 测定 ，根据表观
第 １５卷第 ３ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol畅１５ 　 No畅３
２ ０ ０ ７ 年 ５ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture May ，　 ２００７
光合加上土壤呼吸 ，计算群体净光合速率 。 选晴天用英国 Hansatech 公司生产的 FMS唱２ 脉冲调制式荧光仪 ，
定 ５ 株测定棉花主茎倒 ４ 叶片在光适应下最大荧光 Fm摧、最小荧光 Fo摧和稳态荧光 Fs ，测定叶片在暗适应夹
中适应 ２０min 后的暗适应下初始荧光 Fo 和最大荧光 Fm ，计算 PS Ⅱ 最大光化学效率［ Fv／ Fm ＝ （ Fm －
Fo）／ Fm］ 、PS Ⅱ 实际光化学效率［ ΦPS Ⅱ ＝ （ Fm摧 － Fs）／ Fm摧］ 、PS Ⅱ 潜在光化学活性［ Fv／ Fo ＝ （ Fm － Fo）／
Fo］［３］ 。 每小区定 １０ 株 ，棉花开花后每 １５d 用长 、宽乘积法测定叶面积 ；每小区定 ２ 行 ，调查棉花 ４ 桃 ，收获
两行絮铃并计数 ，测定铃重和衣分 ，最后小区单收计产 。
2 　 结果与分析
2畅1 　 不同处理棉田叶面积动态
表 1 　 不同处理叶面积指数（LAI）动态
Tab畅１ 　 Changes of LAI of cotton under different treatments
处 　 理
T rea tments
叶面积指数 LAI
调查日期（月唱日） Invest igating da te（month唱day）
０６唱１０ ０７唱０５ ０７唱１６ ０８唱０１ ０８唱１５ ０９唱０５ ０９唱２０
T１ ０畅７０ ２畅３２ ３畅２６ ３畅９６ ３畅７６ ３畅０５ １畅８６
T２ ０畅６６ ２畅２６ ３畅２０ ３畅９２ ３畅６５ ２畅８６ １畅７１
CK ０畅８８ ２畅３６ ３畅２６ ３畅９８ ３畅５０ ２畅６４ １畅５８
　 　 由表 １ 可知 ，与对照相比 ，处理 T１ 和
T２ 的 LAI 在棉花开花期前低 ，但开花后
增长明显加快 ，并持续维持较高的叶面
积 ，且衰减速度慢 ，特别是处理 T１ 的 LAI
在棉花吐絮后明显高于 CK 和 T２ 处理 。
据观察 ，在苗期 CK 处理棉苗生长快而旺
长 ，而控释 N 肥两处理的棉苗生长敦实健
壮 ；吐絮后 T１ 处理棉株绿叶面积较大 ，CK
　 　 　 　 　 　下部黄落多而早衰 。 由此可知控释 N 肥的缓释控释效果
较好 ，在棉花苗蕾期可缓慢释放 N ，使棉苗不旺长 ；开花期
进入 N 释放高峰 ，有效促进其叶面积增长 ；后期持效长而
延缓早衰 。
2畅2 　 不同处理棉花群体光合速率（CAP）
作物群体光合速率高 ，则群体生产高 ，产量也随之提
高 。 由表 ２ 可知 ，T１ 和 T２ 处理的 CAP 在 ６ 月 ２９ 日分别
比 CK 低 ３畅１ ％ 和 ５畅０ ％ ，这可能是由于其群体叶面积较
　 　 　 　 　 　
表 2 　 不同处理棉花群体光合速率（CAP）
Tab畅２ 　 CAP of cotton under differen t t reatments
处 　 理
T rea tments
群体光合速率／μmo l·m － ２· s － １ CAP
调查日期 （月唱日） Investigating date（month唱day）
０６唱２９ ０７唱１６ ０７唱３１ ０８唱２２ ０９唱１５
T１ １８畅８５ ２３畅４１ ３１畅６９ ２７畅２１ １５畅６５
T２ １８畅４８ ２２畅５７ ３０畅４８ ２６畅６３ １４畅５６
CK １９畅４６ ２１畅３４ ２９畅２０ ２５畅４８ １４畅１６
CK 的低所致 ；但 ７ 月 １５ 日以后 T１ 和 T２ 处理的 CAP均高于 CK ，特别是 T１ 处理 ，明显高于 CK ，这有利于
增加棉桃数和提高铃重 ，为高产奠定基础 。
2畅3 　 不同处理对棉花叶片光合速率（Pn）及气体交换参数的影响
在正常条件下 ，气孔导度（C）和蒸腾速率（E）增大 ，有利于气体交换 ，改善叶肉细胞的光合能力 ，使叶片
Pn 提高 。 由表 ３ 可知 ，７ 月 １ 日 T１ 和 T２ 两处理的 Pn 和 C 比 CK 的稍低 ，但差异不显著 ；以后各时期棉叶
的 Pn 和气体交换参数均以 T１ 的最高 ，特别是到后期 T１ 的 Pn 和气体交换参数显著高于 CK ，但 T２ 和 CK
间差异很小 ，这与同期各处理 CAP变化基本相符 。
表 3 　 不同处理对棉花叶片光合速率（Pn）及气体交换参数的影响（μmol·m － ２·s － １ ） 倡
Tab畅３ 　 Effects of different treatments on Pn and gas exchange parameters in cot ton leaves
处 　 理
T rea tments
日期 （月唱日 ） Date（month唱day）
０７唱０１
P n E C
０７唱２８
Pn E C
０８唱２１
Pn E C
０９唱１３
Pn E C
T１ １６畅９a ８畅５a ４１２畅６a ２４畅５a ９畅１a ４２６畅３a １８畅８a ８畅０a ３８３畅８a １５畅７a ７畅５a ３９５畅２a
T２ １６畅１a ８畅８a ４１２畅２a ２３畅８ab ８畅８a ４１０畅５ab １７畅８ab ７畅２b ３７２畅０ab １４畅７b ７畅０b ３７０畅８ab
CK １７畅１a ８畅６a ４２０畅６a ２３畅１ab ８畅９a ４０８畅１ab １７畅３b ７畅４b ３６３畅２b １４畅７b ７畅０b ３６２畅７b
　 　 倡 同列不同字母表示差异达显著水平 ，下同 。
2畅4 　 不同处理对棉花叶片 Fv／ Fm 、Fv／ Fo 和 Φ PS Ⅱ 的影响
PS Ⅱ 最大光化学效率 Fv／ Fm 和 PS Ⅱ 潜在光化学活性 Fv／ Fo值大 ，说明 PS Ⅱ 反应中心的能量捕捉效率
高［３］ ；实际光化学效率 ΦPSⅡ是 PSⅡ反应中心部分关闭时的光化学效率 ，其值高 ，说明光合结构电子传递能力强 ，
吸收的光能被用于光化学反应的份额大 ，有利于提高叶肉细胞的光合能力［６］ 。 从各时期测定结果看（表 ４） ，７
月 ７ 日各处理间 Fv／ Fm 、Fv／ Fo和 ΦPSⅡ差异不显著 ；之后各期处理间 Fv／ Fm 差异不大 ，但 Fv／ Fo和 ΦPSⅡ值
表现为 T１ 显著高于 CK ，T２略高于 CK而不显著 。可见控释 N 肥处理 ，特别是 T１处理可有效提高中后期棉花
４６　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
叶肉细胞的光合活性 ，从而有利于提高叶片光合效率 ，这与同期测定的叶片 Pn高于 CK 相吻合（表 ３） 。
表 4 　 不同处理对棉花叶片 Fv／Fm 、Fv／ Fo和 Φ PS Ⅱ 的影响
Tab畅４ 　 Effects of different treatments on Fv／ Fm ，Fv／ Fo and ΦP S Ⅱ in cotton leaves
处 　 理
T rea tments
调查日期 （月唱日） Invest igating da te（month唱day）
０７唱０７
F v／ Fm Fv ／ Fo Φ PS Ⅱ
０７唱２７
Fv ／ Fm Fv／ Fo Φ PS Ⅱ
０８唱２２
F v／ F m Fv ／ Fo Φ PS Ⅱ
０９唱１３
Fv ／ Fm Fv／ Fo Φ PS Ⅱ
T１ ０畅７７１a ３畅３７２a ０畅４９８a ０畅７８５a ３畅６７２a ０畅５２８a ０畅８１２a ４畅３４６a ０畅５９１a ０畅８３８a ５畅１６７a ０畅５３１a
T２ ０畅７７１a ３畅３７１a ０畅４９７a ０畅７７０a ３畅３６７b ０畅５１１ab ０畅７９７a ３畅９１６b ０畅５３２bc ０畅８１８a ４畅８９１b ０畅４８８b
CK ０畅７７５a ３畅４０４a ０畅５０２a ０畅７５９a ３畅１５６b ０畅４９１b ０畅７９２a ３畅７９９b ０畅５０８c ０畅８１５a ４畅８８６b ０畅４８８b
2畅5 　 不同处理对棉花产量的影响及肥效比较
　 　 由表 ５ 可知 ，T１
比 CK 的单株铃数和
铃重高 ，子棉显著增
产 １０畅３ ％ ，肥效 （单
位纯 N 生产子棉量）
提高 １０畅２ ％ ；T２ 与
CK 平产 ，但肥效比
CK 提高 ２９畅０ ％ 。 总
的看 ，缓控 N 肥可以
　 　
表 5 　 不同处理棉花产量及肥效比较 倡
Tab畅５ 　 Comparison of cotton yield and fer tilizer utilizing efficiency among dif ferent treatments
处 　 理
Treatments
实收密
度／株·hm － ２
Density
铃数 ／个
Bolls per
plant
铃重／g
Boll
weight
衣分 ／ ％
Lint
percent
子棉／kg·hm － ２
Yield of
unginned cot ton
施 N 量／kg·hm － ２
Application rate
of nit rogen
肥效／kg·kg － １（N）
Fertilizer
ef ficiency
T１ ３７２３０ １８畅６ab ４畅３６a ４０畅４８ ３０１９畅２a １５０畅０ ２０畅１３
T２ ３７２８５ １７畅８b ４畅２６a ４１畅０５ ２８２７畅２b １２０畅０ ２３畅５６
CK ３７２９３ １７畅４b ４畅２２a ４０畅８７ ２７３８畅４b １５０畅０ １８畅２６
　 　 倡 肥效 ＝ 单位面积子棉产量 ÷ 单位面积施 N 量 。
明显提高肥效 ，在同等施 N 水平下 ，缓控 N 肥处理比对照显著增产 ；在比对照减少 N 量 ２０ ％ 的水平下获得
平产 ，肥效显著提高 。
3 　 讨 　 论
作物群体和叶片光合作用效率与产量呈正相关 ，叶绿素荧光与光合作用效率密切相关 ，任何环境因素
对光合作用的影响都可以通过叶绿素荧光反映出来 ，因此可通过叶绿素荧光诊断光合结构运转状况 ，分析
估计光合机构量子效率和光合能力［６］ 。 从本试验结果看 ，与常规尿素相比 ，控释 N 肥 T１ 在棉花开花后 ，有
效提高了叶片 Fv／ Fm 、ΦPS Ⅱ 和 Fv／ Fo ，改善了叶肉细胞的光合活性 ，这可能与控施 N 肥在这一阶段能够均
衡足量的供给 N 营养有关 ，使棉叶具有较高的 PS Ⅱ 活性和光化学效率 ，进而提高群体和叶片光合速率 ，为
获得高产奠定了物质基础 。
棉花高产群体适宜的叶面积指数动态为见蕾时 ０畅５ 左右 、见花时 ２畅０ 左右 、盛花时 ３畅０ 左右 、盛铃时
４畅０ 左右 、吐絮期 ２畅０ ～ ２畅５［４］ 。 从叶面积指数动态看 ，各处理在蕾期和花期的 LAI 均发展较快 ，较早达到最
大 LAI ，表明控施 N 肥释放高峰来的早 ；盛铃期 LAI 开始衰减 ，吐絮盛期均低于 ２畅０ ，表明后期 N 供给不足 。
总的看 ，该控施 N 肥的 N 释放与棉花的需肥规律基本吻合 ，只是后期略显不足 ，可通过中后期补施常规尿素
或后期叶面补施 N 肥解决 。
参 　 考 　 文 　 献
１ 　 符建荣 ．控施氮肥对水稻的增产效应及提高肥料利用率的研究 ．植物营养与肥料学报 ，２００１ ，７（２） ：１４５ ～ １５２
２ 　 王新民 ，侯彦林 ，介晓磊 ，等 ．冬小麦施用控释氮肥增产效应研究初报 ．中国生态农业学报 ，２００４ ，１２（２） ：９８ ～ １０１
３ 　 许大全 ．光合作用效率 ．上海 ：上海科学技术出版社 ，２００２ ．２９ ～ ３７
４ 　 凌启鸿 ．作物群体质量 ．上海 ：上海科学技术出版社 ，２０００ ．２９３ ～ ３０９
５ 　 Whalen S ．C ．Influence o f N and non唱N salts on atmospheric methane o xida tion by upland boreal fo rest and tundr a soils ．Biol ．Fert il ．Soils ，
２０００ ，３１（３／４） ：２７９ ～ ２８７
６ 　 Genty B ．， Briant ais J ． M ．，Baker N ．R ．T he relat ionship bet w een the quantum yield o f phot osynthetic electron transport and quenching of
chlo rophyll fluorescence ．Biochim ．Biophys ． Act a ，１９８９ ，９９０（１） ：８７ ～ ９２
第 ３期 李伶俐等 ：控释氮肥对棉花的增产效应研究 ４７