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施氮量对土壤–棉花系统中氮素吸收利用和氮素去向的影响

王士红 聂军军 李秋芝 尹会会 宋宪亮 孙学振

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施氮量对土壤–棉花系统中氮素吸收利用和氮素去向的影响

    作者简介: 王士红 E-mail:wshguyu@126.com;
    通讯作者: 宋宪亮, E-mail:xlsong@sdau.edu.cn ; 孙学振, E-mail:sunxz@sdau.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31601253);国家现代农业产业技术体系(棉花)建设专项(CARS-18-37);山东省现代农业产业技术体系(棉花)建设专项(SDAIT-03);山东省自然科学基金项目(ZR2016CQ20)。

Effects of nitrogen application rate on nitrogen absorption and utilization, and fate of nitrogen in soil-cotton system

    Corresponding author: SONG Xian-liang, E-mail:xlsong@sdau.edu.cn ;SUN Xue-zhen, E-mail:sunxz@sdau.edu.cn
  • 摘要:   【目的】  明确棉田施氮效应,为科学施氮提供理论依据。  【方法】  采用15N示踪法进行盆栽试验,以聊棉6号为材料,设N 0、2、4、6、8 g/pot (分别记作N0、N2、N4、N6、N8) 5个施氮量,研究施氮量对土壤–棉花系统中氮素吸收利用及氮素去向的影响。  【结果】  在收获期,随着施氮量的增加,籽棉产量先升高后降低,N2、N4处理籽棉产量和收获指数明显高于其他处理;干物质积累量和氮素吸收量增加,均以N8处理最大;氮肥农学利用率显著降低,而氮肥回收率则先升高后降低,以N4处理最大,其与N2处理差异不显著;棉株肥料15N吸收量显著升高,而15N回收率呈下降趋势;肥料15N残留量、15N损失量显著升高,15N残留率为21.87%~29.76%,15N损失率为17.68%~33.61%,与初花期相比,收获期15N残留量、15N损失量增加而15N残留率、15N损失率降低,花后对肥料15N吸收利用增强,15N回收率升高,15N残留率和15N损失率降低。棉株氮素来源于土壤氮的比例 (Ndfs) 为66.35%~81.87%,土壤氮素激发率为114.44%~125.86%,各施氮量间土壤氮素均产生正激发效应,且差异不显著。  【结论】  N2处理肥料15N回收率为58.65%、15N残留率为23.67%、15N损失率为17.68%,可在保证棉花高产基础上,减少氮肥投入,充分发挥土壤氮库的作用,提高氮肥吸收利用,降低损失,满足高产和环境友好的需求。
  • 图 1  施氮量对15N去向的影响

    Figure 1.  Effect of 15N rate on fate of 15N

    表 1  不同施氮量下棉花产量及其构成因素

    Table 1.  Cotton yield and its components under different N application rates

    处理
    Treatment
    单株铃数
    Bolls per plant
    铃重 (g/boll)
    Boll weight
    衣分 (%)
    Lint percentage
    籽棉产量 (g/plant)
    Seed cotton yield
    生物量 (g/plant)
    Biological yield
    收获指数 (%)
    Harvest index
    N013.30 c5.06 b42.15 a67.34 d229.79 c29.31 c
    N215.86 a5.44 a41.95 a86.27 a249.12 b34.66 a
    N415.77 a5.50 a42.14 a86.71 a264.95 a 32.75 ab
    N614.89 b5.52 a41.86 a82.12 b266.81 a 30.78 bc
    N814.39 b5.43 a42.10 a78.19 c268.72 a29.10 c
    注(Note):N0, N2, N4, N6 and N8 对应大田施氮量为 0、105、210、315、420 kg/hm2 ;同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著 (P< 0.05) 。N rates in N0, N2, N4, N6 and N8 are 0, 105, 210, 315, 420 kg/hm2. Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 2  不同施氮量下棉花氮肥吸收与利用

    Table 2.  Nitrogen absorption and utilization of cotton under different N application rates

    处理
    Treatment
    氮素吸收总量 (g/plant)
    Total N uptake
    棉籽氮素吸收量 (g/plant)
    Cottonseed N uptake
    氮素收获指数 (%)
    N harvest index
    氮肥农学利用率 (g/g)
    NAE
    氮肥回收率 (%)
    NRE
    N04.63 d3.30 d71.44 a
    N26.47 c 4.07 ab63.05 b9.47 a 57.82 a
    N47.76 b4.33 a55.76 c4.84 b 61.20 a
    N68.36 a 3.83 bc45.87 d2.46 c 50.76 ab
    N88.72 a 3.50 cd40.28 d1.36 d42.57 b
    注(Note):N0, N2, N4, N6 and N8 对应大田施氮量为 0、105、210、315、420 kg/hm2;同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著 (P< 0.05) 。N rates in N0, N2, N4, N6 and N8 are 0, 105, 210, 315, 420 kg/hm2. Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 3  不同施氮量下棉花吸收的土壤氮和肥料氮

    Table 3.  Effects of 15N rate on soil nitrogen and fertilizer nitrogen absorption

    生长期
    Growth stage
    处理
    Treatment
    来自土壤氮From soil nitrogen来自肥料氮From fertilizer nitrogen
    (g/plant) Ndfs (%) (g/plant) Ndff (%)
    初花期Initial floweringN01.89 d
    N22.46 a87.36 a0.36 c12.64 c
    N42.36 b75.52 b0.77 b24.48 b
    N62.31 b73.62 b0.83 b26.38 b
    N82.12 c68.77 c0.96 a31.23 a
    收获期HarvestingN04.63 c
    N25.29 b81.87 a1.17 d18.13 c
    N4 5.61 ab72.28 b2.15 c27.72 b
    N65.82 a69.58 b2.54 b30.42 b
    N85.79 a66.35 c2.93 a33.65 a
    注(Note):N0, N2, N4, N6 and N8 对应大田施氮量为 0、105、210、315、420 kg/hm2;同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著 (P< 0.05) 。N rates in N0, N2, N4, N6 and N8 are 0, 105, 210, 315, 420 kg/hm2. Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 4  不同施氮时期及施用量下土壤氮素激发率 (%)

    Table 4.  Priming effect of soil N under different application time and rates

    处理Treatment基施Basal application追施Topdressing总计Sum
    N2130.27 a103.50 b114.44 a
    N4125.15 b 118.55 ab121.23 a
    N6122.16 b128.42 a125.86 a
    N8112.08 c134.03 a125.05 a
    注(Note):N0, N2, N4, N6 and N8 对应大田施氮量为 0、105、210、315、420 kg/hm2;同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著 (P< 0.05) 。N rates in N0, N2, N4, N6 and N8 are 0, 105, 210, 315, 420 kg/hm2. Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    [15] 闵伟侯振安冶军柳欣茹李始龙吴梦喆 . 灌溉水盐度和施氮量对棉花产量和水氮利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(4): 858-867. doi: 10.11674/zwyf.2013.0411
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-31
  • 网络出版日期:  2020-05-29
  • 刊出日期:  2020-04-01

施氮量对土壤–棉花系统中氮素吸收利用和氮素去向的影响

    作者简介:王士红 E-mail:wshguyu@126.com
    通讯作者: 宋宪亮, xlsong@sdau.edu.cn
    通讯作者: 孙学振, sunxz@sdau.edu.cn
  • 1. 山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室,山东泰安 271018
  • 2. 聊城市农业科学研究院,山东聊城 252000
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31601253);国家现代农业产业技术体系(棉花)建设专项(CARS-18-37);山东省现代农业产业技术体系(棉花)建设专项(SDAIT-03);山东省自然科学基金项目(ZR2016CQ20)。
  • 摘要:   【目的】  明确棉田施氮效应,为科学施氮提供理论依据。  【方法】  采用15N示踪法进行盆栽试验,以聊棉6号为材料,设N 0、2、4、6、8 g/pot (分别记作N0、N2、N4、N6、N8) 5个施氮量,研究施氮量对土壤–棉花系统中氮素吸收利用及氮素去向的影响。  【结果】  在收获期,随着施氮量的增加,籽棉产量先升高后降低,N2、N4处理籽棉产量和收获指数明显高于其他处理;干物质积累量和氮素吸收量增加,均以N8处理最大;氮肥农学利用率显著降低,而氮肥回收率则先升高后降低,以N4处理最大,其与N2处理差异不显著;棉株肥料15N吸收量显著升高,而15N回收率呈下降趋势;肥料15N残留量、15N损失量显著升高,15N残留率为21.87%~29.76%,15N损失率为17.68%~33.61%,与初花期相比,收获期15N残留量、15N损失量增加而15N残留率、15N损失率降低,花后对肥料15N吸收利用增强,15N回收率升高,15N残留率和15N损失率降低。棉株氮素来源于土壤氮的比例 (Ndfs) 为66.35%~81.87%,土壤氮素激发率为114.44%~125.86%,各施氮量间土壤氮素均产生正激发效应,且差异不显著。  【结论】  N2处理肥料15N回收率为58.65%、15N残留率为23.67%、15N损失率为17.68%,可在保证棉花高产基础上,减少氮肥投入,充分发挥土壤氮库的作用,提高氮肥吸收利用,降低损失,满足高产和环境友好的需求。

    English Abstract

    • 氮肥是制约棉花高产的关键因素[1]。黄河流域棉区是我国棉花主产区,为保障棉花高产稳产,氮肥投入快速增加,一般高产棉田氮肥施入量为240~350 kg/hm2[2-6],氮肥利用率低、损失严重,既容易造成环境污染又增加了植棉成本。根据棉花生长需求,减少施氮量,提高氮肥利用率,充分发挥土壤氮库增产潜力是当前棉花生产亟需解决的问题。氮肥利用率通常采用差值法计算,但对作物吸收的氮是来源于肥料氮还是土壤氮未能给出明确识别。用同位素示踪法测定氮肥利用率已成为普遍使用的方法[7-9],该方法不仅可以明确氮素来源,还可通过氮素在植株各器官的分布状况反映植株长时间对氮素的利用,以及氮素在植株体内代谢和运转的综合信息[10]。利用同位素示踪法研究棉花氮素吸收利用已有报道[11-14],但主要集中在研究不同施肥方式、不同肥水条件互作、不同土壤肥力等对棉花氮素吸收利用的影响,而关于土壤-棉花系统氮素流动,肥料氮对土壤氮的激发效应,肥料氮真实损失情况还少有报道。本研究以聊棉6号为试验材料,利用15N示踪法研究施氮量对肥料氮和土壤氮的吸收利用以及肥料氮去向的影响,旨在为棉花高产增效提供理论依据和技术参考。

      • 盆栽试验于2016年在山东农业大学棉花科研基地聊城市茌平县振兴办事处 (36°31′N、116°16′E) 进行,供试土壤为粘土,取自耕层0—20 cm土壤,将土壤中的杂物清除后,风干过筛备用。试验用盆为白色塑料花盆,上部内直径38 cm、底部内直径30 cm、高40 cm,装盆时土壤含水量15.7%,每盆装干土40 kg,并埋入土壤中,花盆按行距76 cm摆放,每盆1株,四周设置5 m相同密度保护行。

      • 设5个施氮量,分别为每盆施纯氮0、2、4、6、8 g (对应大田施氮量为0、105、210、315、420 kg/hm2,分别记作N0、N2、N4、N6、N8),氮肥全部来源为15N同位素标记尿素 (丰度10.16%,上海化工研究院生产),按照本地施肥习惯将氮肥分两次施入,基追比1∶1,每处理重复12次,随机区组设计。于4月28日播种,地膜覆盖,每盆P2O5 (过磷酸钙) 和K2O (硫酸钾) 施用量均为2 g (对应大田用量为105 kg/hm2),基施氮肥和全部磷钾肥播种时集中施入深10 cm土壤中,剩余50%氮肥于初花期追施。

      • 于初花期、收获期取样,棉株样品置于电热恒温干燥箱内105℃杀青30 min,80℃烘干至恒重,称量生物量,粉碎待用。土壤样品自然风干后磨碎,过0.25 mm筛备用。每两周收集脱落器官,分别归入初花期和收获期样品中,称重并粉碎。棉株和土壤全氮含量用半微量凯氏定氮法测定,15N丰度用ZHT-03质谱计测定。

      • 棉株氮素来源于肥料15N的比例 (Ndff,%) = 植株样品中15N肥料原子百分超/标记肥料的15N原子百分超 × 100;

        棉株氮素来源于土壤的比例 (Ndfs,%) = 1 – Ndff;

        棉株氮素吸收量 (g) = 单株干重 × 棉株含氮量;

        棉株氮素来源于肥料15N的量 (g) = 棉株氮素吸收量 × Ndff;

        棉株氮素来源于土壤氮的量 (g) = 棉株氮素吸收量 × Ndfs;

        15N回收率 (%) = 棉株吸收的肥料氮量/施氮量 × 100;

        15N残留量 (g) = 土样干重 × 土壤全氮含量 × 土壤15N原子百分超 × 100;

        15N残留率 (%) = 土壤氮肥残留量/施氮量 × 100;

        15N损失量 (g) = 施氮量 – 棉株吸收的肥料氮量 – 土壤氮肥残留量;

        15N损失率 (%) = (施氮量 – 棉株吸收的肥料氮量 – 土壤氮肥残留量)/施氮量 × 100;

        土壤氮素激发率 (%) = 施氮处理植株氮素来源于土壤氮的量/不施氮处理植株总吸氮量 × 100;

        氮肥农学利用率 (N agricultural efficiency, NAE,g/g) = (施氮处理籽棉产量 – 不施氮处理籽棉产量)/施氮量;

        氮肥回收率 (N recovery efficiency, NRE,%) = (施氮处理氮素吸收量 – 不施氮处理氮素吸收量)/施氮量× 100。

      • 试验数据处理和图表制作采用Microsoft Excel 2007,统计分析采用SPSS Statistics 23.0,多重比较采用LSD (Least Significant Difference) 法,差异显著水平为0.05 (P < 0.05)。

      • 表1可知,供试施氮量范围内,籽棉产量和铃数以N4和N2处理较高,二者均显著高于其他处理,铃重N2、N4、N6、N8处理均高于N0,各施氮处理间差异不显著,而衣分则无显著变化,可见铃数、铃重是获得高产的重要因素。但生物量N4、N6和N8处理显著高于N2处理,N2又显著高于N0,收获指数N2处理显著高于N6和N8处理,与N4处理差异不显著,可见施氮量超过N4处理后,氮素主要增加了生物量,而没有增加籽棉产量,收获指数反而降低。

        表 1  不同施氮量下棉花产量及其构成因素

        Table 1.  Cotton yield and its components under different N application rates

        处理
        Treatment
        单株铃数
        Bolls per plant
        铃重 (g/boll)
        Boll weight
        衣分 (%)
        Lint percentage
        籽棉产量 (g/plant)
        Seed cotton yield
        生物量 (g/plant)
        Biological yield
        收获指数 (%)
        Harvest index
        N013.30 c5.06 b42.15 a67.34 d229.79 c29.31 c
        N215.86 a5.44 a41.95 a86.27 a249.12 b34.66 a
        N415.77 a5.50 a42.14 a86.71 a264.95 a 32.75 ab
        N614.89 b5.52 a41.86 a82.12 b266.81 a 30.78 bc
        N814.39 b5.43 a42.10 a78.19 c268.72 a29.10 c
        注(Note):N0, N2, N4, N6 and N8 对应大田施氮量为 0、105、210、315、420 kg/hm2 ;同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著 (P< 0.05) 。N rates in N0, N2, N4, N6 and N8 are 0, 105, 210, 315, 420 kg/hm2. Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 表2可知,随着施氮量增加,棉株氮素吸收量呈升高趋势,以N8处理最大,与N6处理差异不显著,与其他处理差异显著;棉籽氮素吸收量则呈先升高后降低的趋势,以N4处理最大,与N2处理差异不显著,但显著高于其他处理;各施氮处理中氮素收获指数和氮肥农学利用率均以N2处理最高,显著高于其他处理;氮肥回收率N2和N4处理接近,二者均显著高于N8处理。可见,N2处理棉籽中吸收的氮素与N4处理没有显著差异,但显著高于N8处理,而N6和N8处理虽然棉株总吸氮量显著高于N2和N4处理,但在棉籽中的分配却不及N2和N4处理,因此,N2和N4处理有较高的氮肥农学利用率和氮肥回收率。

        表 2  不同施氮量下棉花氮肥吸收与利用

        Table 2.  Nitrogen absorption and utilization of cotton under different N application rates

        处理
        Treatment
        氮素吸收总量 (g/plant)
        Total N uptake
        棉籽氮素吸收量 (g/plant)
        Cottonseed N uptake
        氮素收获指数 (%)
        N harvest index
        氮肥农学利用率 (g/g)
        NAE
        氮肥回收率 (%)
        NRE
        N04.63 d3.30 d71.44 a
        N26.47 c 4.07 ab63.05 b9.47 a 57.82 a
        N47.76 b4.33 a55.76 c4.84 b 61.20 a
        N68.36 a 3.83 bc45.87 d2.46 c 50.76 ab
        N88.72 a 3.50 cd40.28 d1.36 d42.57 b
        注(Note):N0, N2, N4, N6 and N8 对应大田施氮量为 0、105、210、315、420 kg/hm2;同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著 (P< 0.05) 。N rates in N0, N2, N4, N6 and N8 are 0, 105, 210, 315, 420 kg/hm2. Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 表3可知,随着施氮量的增加,不同时期棉株对土壤氮和肥料氮的吸收存在一定差异。初花期,棉株氮素来源于土壤氮的量随着施氮量增加先升高后降低,以N2处理最大,与其他处理差异显著,而各施氮处理来源于土壤氮的比例 (Ndfs) 则为N2处理显著高于其他处理;棉株氮素来源于肥料氮的量和比例 (Ndff) 均随着施氮量增加而增加,N8处理显著高于其他处理,N4与N6处理差异不显著。收获期,棉株对不同来源氮素吸收的变化趋势与开花期相同,但棉株氮素来源于土壤氮的量最大值出现在N6处理,且N6处理与N4、N8处理差异不显著,与其他处理差异显著,来源于土壤氮的比例 (Ndfs) 范围是66.35%~81.87%;棉株氮素来源于肥料氮的量在N4、N6、N8处理中分别比N2处理升高了83.76%、117.09%、150.43%,来源于肥料氮的比例 (Ndff) 范围是18.13%~33.65%。

        表 3  不同施氮量下棉花吸收的土壤氮和肥料氮

        Table 3.  Effects of 15N rate on soil nitrogen and fertilizer nitrogen absorption

        生长期
        Growth stage
        处理
        Treatment
        来自土壤氮From soil nitrogen来自肥料氮From fertilizer nitrogen
        (g/plant) Ndfs (%) (g/plant) Ndff (%)
        初花期Initial floweringN01.89 d
        N22.46 a87.36 a0.36 c12.64 c
        N42.36 b75.52 b0.77 b24.48 b
        N62.31 b73.62 b0.83 b26.38 b
        N82.12 c68.77 c0.96 a31.23 a
        收获期HarvestingN04.63 c
        N25.29 b81.87 a1.17 d18.13 c
        N4 5.61 ab72.28 b2.15 c27.72 b
        N65.82 a69.58 b2.54 b30.42 b
        N85.79 a66.35 c2.93 a33.65 a
        注(Note):N0, N2, N4, N6 and N8 对应大田施氮量为 0、105、210、315、420 kg/hm2;同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著 (P< 0.05) 。N rates in N0, N2, N4, N6 and N8 are 0, 105, 210, 315, 420 kg/hm2. Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 表4可知,不同时期肥料15N对土壤氮素激发率不同,各处理均产生正激发效应,其变化范围为114.44%~125.86%。基施肥料15N后土壤氮素激发率随施氮量增加呈下降趋势,N2处理显著高于其他处理,N4、N6处理差异不显著,与N2处理相比,N4、N6、N8处理分别下降了5.12、8.11、18.19个百分点,可见生育前期增施肥料15N会抑制棉株从土壤中吸收氮素。追施肥料15N后土壤氮素激发率则随施氮量增加呈上升趋势,以N8处理最大,与N4、N6处理差异不显著,与N2处理差异显著,与N2处理相比,N4、N6、N8处理分别提高了15.05、24.92、30.53个百分点,与基施肥料15N相比,追施肥料15N后N6、N8处理从土壤中吸收氮素量上升,激发效应增强。

        表 4  不同施氮时期及施用量下土壤氮素激发率 (%)

        Table 4.  Priming effect of soil N under different application time and rates

        处理Treatment基施Basal application追施Topdressing总计Sum
        N2130.27 a103.50 b114.44 a
        N4125.15 b 118.55 ab121.23 a
        N6122.16 b128.42 a125.86 a
        N8112.08 c134.03 a125.05 a
        注(Note):N0, N2, N4, N6 and N8 对应大田施氮量为 0、105、210、315、420 kg/hm2;同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著 (P< 0.05) 。N rates in N0, N2, N4, N6 and N8 are 0, 105, 210, 315, 420 kg/hm2. Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 图1所示,不同时期肥料15N去向存在一定差异。初花期,随着施氮量增加,15N吸收量增加,N2处理显著低于其他处理,N4和N6处理差异不显著,15N回收率则先升高后降低,以N4处理最大,与N2处理差异不显著,与其他处理差异显著;15N残留量和15N损失量则显著升高,15N残留率N6处理最大,与N4处理差异显著,与其他处理差异不显著,15N损失率呈上升趋势,N8处理显著高于其他处理,而N4、N6、N8处理间差异不显著。收获期,15N吸收量的变化趋势与初花期相同,15N回收率则呈下降趋势,以N2处理最大,与N4处理差异不显著,与其他处理差异显著;15N残留量、15N损失量的变化趋势与初花期也相同,15N残留率则呈先降低后升高的趋势,N6、N8处理显著高于N4处理。与初花期相比,收获期15N吸收量、15N回收率升高,15N残留量、15N损失量升高,15N残留率、15N损失率下降,15N残留率为21.87%~29.76%,15N损失率为17.68%~33.61%。表明花后对肥料15N的吸收利用增强,15N回收率升高,15N残留率和15N损失率降低,其中,N2处理时15N回收率为58.65%,15N残留率为23.65%,15N损失率为17.68%。

        图  1  施氮量对15N去向的影响

        Figure 1.  Effect of 15N rate on fate of 15N

      • 施氮量是调节棉花干物质积累和分配的重要手段,对棉花生长发育和产量潜力具有调控作用。李永旗等[11]研究发现,棉花叶片喷施1% 15N-尿素,苗期干物质积累量和收获期籽棉产量最高;张文等[12]采用15N微区试验研究发现,施氮量由240 kg/hm2增大到360 kg/hm2时,籽棉产量增加4.73%。李鹏程等[13]利用15N示踪研究表明,低肥力土壤条件下,施氮量为225 kg/hm2时,棉花单株干物质积累量、籽棉产量最高。本研究发现,随着施氮量增加,籽棉产量、铃数和铃重先升高后降低,N2、N4处理高产,N8处理干物质积累量获得最大值,干物质积累量是棉花高产的基础,铃数、铃重则是高产的重要因素,生产中应重视铃数、铃重协同提高,加大干物质积累向生殖器官的分配比例,提高收获指数是棉花高产的重要保证。

      • 棉花氮素吸收是干物质积累的前提[15],研究证实棉花氮素的吸收与干物质积累趋势一致,呈线性正相关[16-17]。本研究表明,随着施氮量增加,棉株氮素吸收量呈升高趋势,分配到棉籽的氮素量则先升高后降低,氮素收获指数显著降低。氮肥农学利用率随着施氮量增加显著降低,与N2处理相比,N4、N6、N8处理分别下降48.85%、73.98%、85.67%,氮肥回收率则为N2、N4处理显著高于N8处理,棉株获得高产不仅要通过增加氮素吸收量,而且还要解决好氮素在营养器官和生殖器官中分配与利用的问题,施氮量过大不利于氮肥的高效利用。

      • 棉株吸收利用的氮素一部分来源于肥料氮,另一部分来源于土壤氮[18-19]。前人[11-13]研究认为,适宜的施氮量可以增加棉株对肥料15N的吸收量,提高棉株的肥料15N回收率。本试验条件下,随着施氮量增加,棉株氮素来源于肥料15N的量显著升高,15N回收率呈下降趋势,而来源于土壤氮的量先升高后降低,来源于土壤氮的比例 (Ndfs) 呈下降趋势,范围为66.35%~81.87%(收获期)。无论施氮量多少,土壤提供氮素的主导地位没变,仍然是植物最大的供氮源,这与山楠等[20]的研究结果一致。与此同时,各施氮处理土壤氮素均产生正激发效应,基施15N土壤氮素激发率N2处理显著高于其他处理,表明生育前期增施肥料15N会抑制棉株从土壤中吸收氮素。追施15N土壤氮素激发率则呈上升趋势,可见高氮处理从土壤中吸收氮素量上升,激发效应增强。基施15N与追施15N土壤氮素激发率表现趋势相反,表明生育前期施氮量过大会增大碳氮比,降低土壤氮素激发效应,而生育中后期随着生长高峰的到来,棉株加大了对土壤氮素的吸收,提高微生物活性,降低碳氮比,增加土壤氮素激发效应。

      • 未被棉株吸收利用的肥料15N一部分残留土壤,另一部分则以不同形态损失。马丽娟等[21]研究发现,滴灌棉花土壤15N残留率为16.75%~22.41%。李鹏程等[13]研究表明,低等肥力棉田,土壤15N残留率为11.7%~27.0%。本试验条件下,随着施氮量增加,肥料15N残留量显著升高,残留率先降低后升高,各施氮处理分别为23.67%、21.87%、27.36%、29.76%,与朱兆良[22]总结发现国内氮肥残留率为15%~30%相符。研究[23-24]报道,随施氮量增加,肥料15N损失量显著升高,巨晓棠等[25]研究表明,当施氮量由120 kg/hm2增加至360 kg/hm2时,损失率由10.20%升高到55.90%。本研究条件下,随着施氮量增加,肥料15N损失量显著增加,损失率上升。初花期肥料15N去向表现为损失量 > 残留量 > 吸收量,收获期为吸收量 > 损失量 > 残留量。由此可见,生育前期肥料15N损失占据主导地位,生育后期棉株吸收占据主导地位,这可能与基施肥料15N位于表层土壤有关,应改进施肥管理措施,尽量深施减少气态N损失[26]。也可能与本试验将棉株全生育期内脱落器官收回有关,尤其是花后大量蕾铃脱落器官的收回增加了肥料15N吸收量,减少了肥料15N损失量,但在实际生产中,如何明确氮肥的主要损失途径和减少氮损失仍需进一步研究。

      • 在收获期,棉株吸收的氮素源于土壤氮的比例为66.35%~81.87%,土壤是供氮主体,是棉株最大供氮源。各施氮处理土壤氮素均产生正激发效应,土壤氮素激发率为114.44%~125.86%。因此在保证棉花高产基础上,应减少氮肥投入,充分发挥土壤氮库的重要作用,提高氮肥吸收利用,降低损失,施氮量为N2处理时15N回收率为58.65%、15N残留率为23.67%、15N损失率为17.68%,既可实现高产又满足环境友好的需求。

    参考文献 (26)

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