• ISSN 1008-505X
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氮肥中不同硝化抑制剂DCD添加比例提高棉花生长发育及产量的效应

段文静 马彤彤 张永江 陈莉 江丹 刘连涛 孙红春 张科 白志英 李存东

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氮肥中不同硝化抑制剂DCD添加比例提高棉花生长发育及产量的效应

    作者简介: 段文静 E-mail:luckywj3@163.com;
    通讯作者: 白志英, E-mail:zhiyingbai@126.com ; 李存东, E-mail:nxylcd@hebau.edu.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划资助(2017YFD0201900):河北省现代农业产业技术体系棉花创新团队项目;河北省重点研发计划项目(20326409D)。

Effects of different nitrification inhibitor DCD addition ratios in nitrogen fertilizer on cotton growth and yield

    Corresponding author: BAI Zhi-ying, E-mail:zhiyingbai@126.com ;LI Cun-dong, E-mail:nxylcd@hebau.edu.cn
  • 摘要:   【目的】  棉花生长和品质对氮素施用量十分敏感,研究在氮肥中添加不同比例的硝化抑制剂双氰胺 (DCD) 改善棉花氮素营养,促进棉花生长发育及产量效果,为棉花生产提供可行的氮肥管理措施。  【方法】  以农大棉601为材料进行了田间试验。在施氮量240 kg/hm2条件下,设置在氮肥中添加双氰胺0(CK)、1.5% (C1.5) 和3% (C3) 3个处理,研究农大棉601的生长发育及产量变化。  【结果】  与CK相比,C1.5处理显著提高了棉花初花期、盛铃期、吐絮期株高,蕾期、盛铃期、吐絮期茎粗,蕾期、盛铃期叶面积指数,有利于形成良好的棉花形态特征。与CK相比,C1.5处理显著提高了蕾期棉花叶片叶绿素含量,蕾期、初花期和盛花期可溶性糖含量,蕾期和初花期可溶性蛋白质含量,表明氮肥配施适量DCD对棉花蕾期生理特征 (叶绿素含量、可溶性糖以及蛋白质含量) 产生了显著促进作用。与CK相比,C1.5处理显著提高了初花期、盛花期主茎功能叶干物质量,初花期和盛铃期果枝叶干物质量,5个生育时期茎干物质量;蕾期、初花期和盛铃期蕾干物质量,表明氮肥配施适量DCD对棉花干物质 (茎、叶、蕾) 产生了明显促进作用。但C3与CK相比,以上各指标之间基本无显著差异。两年产量结果显示,C1.5处理均显著高于CK,分别增产812 kg/hm2和633 kg/hm2;而C3处理理论产量与CK无显著差异。C1.5和C3处理的伏桃、伏前桃和秋桃棉铃纤维品质各项指标与CK均无显著差异。  【结论】  连续两年的田间试验表明,在不增加施氮量的前提下,在氮肥中配施1.5%双氰胺 (DCD) 可以调控氮素养分的供应强度和时间,不仅提高了棉花生育前期和中期株高、茎粗和叶面积指数,还增加了蕾期、花期叶片叶绿素含量、可溶性糖与可溶性蛋白质含量,提高了棉花的干物质积累和产量,对棉花纤维的品质没有显著影响。而当氮肥中DCD添加比例为3%时,有可能过度抑制了氮素的硝化反应,影响了棉花生育后期氮素的供应,削弱了DCD的有益作用。因此,在常规施氮量不变的前提下,添加1.5%双氰胺是促进棉花生长发育和产量的有效措施。
  • 图 1  2017和2018年棉花生育期月均降雨量和温度

    Figure 1.  Monthly rainfall and temperature during cotton growing period in 2017 and 2018

    图 2  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的株高 (2017—2018)

    Figure 2.  Plant height of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    图 3  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的茎粗 (2017—2018)

    Figure 3.  Stem diameter of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    图 4  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的叶面积指数 (2017—2018)

    Figure 4.  Leaf area index of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    图 5  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的叶绿素含量 (2017—2018)

    Figure 5.  Chlorophyll content of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    图 6  氮肥中添加不同比例硝化抑制剂处理棉花各生育期的可溶性糖含量 (2017—2018)

    Figure 6.  Soluble sugar content of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    图 7  添加不同量硝化抑制剂处理棉花各生育期的可溶性蛋白质含量 (2017—2018)

    Figure 7.  Soluble protein content of cotton affected by adding different amount of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    表 1  试验地0—20 cm土壤化学性质

    Table 1.  Chemical properties of 0-20 cm soil in experimental site

    年份
    Year
    有机质 (g/kg)
    Organic matter
    全氮 (g/kg)
    Total N
    有效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/kg)
    Available K
    碱解氮 (mg/kg)
    Alkaline N
    201714.361.3317.49132.1454.37
    201817.080.9019.36103.7387.92
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    表 2  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的干物质积累 (2017—2018)

    Table 2.  Dry matter accumulation of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    年份
    Year
    日期 (month-day)
    Date
    处理
    Treatment
    主茎叶 (g)
    Main stem leaf
    果枝叶 (g)
    Fruit branch leaf
    茎 (g)
    Stem
    蕾 (g)
    Boll
    20176–18CK7.37 ± 1.48 b0.39 ± 0.01 b3.94 ± 0.74 b0.72 ± 0.21 b
    C1.510.43 ± 1.34 a1.76 ± 0.19 a8.03 ± 0.89 a1.35 ± 0.03 a
    C38.29 ± 1.35 ab0.53 ± 0.00 b4.43 ± 0.76 b0.81 ± 0.06 b
    7–03CK13.13 ± 0.72 b4.72 ± 10.50 b10.63 ± 0.80 b3.05 ± 0.61 b
    C1.515.95 ± 0.33 a8.16 ± 0.85 a15.98 ± 1.53 a4.58 ± 0.57 a
    C313.00 ± 0.81 b3.98 ± 0.28 b9.41 ± 0.63 bb2.29 ± 0.74 b
    7–24CK13.98 ± 1.19 b17.54 ± 0.51 b30.49 ± 4.17 b36.61 ± 5.10 a
    C1.516.46 ± 1.26 a20.58 ± 1.43 a34.99 ± 4.44 a38.24 ± 5.60 a
    C314.14 ± 1.43 b17.06 ± 1.21 b29.87 ± 2.78 b35.46 ± 5.38 a
    8–16CK8.83 ± 1.06 ab22.43 ± 2.31 b35.65 ± 1.07 b84.02 ± 4.00 b
    C1.510.67 ± 0.90 a25.93 ± 0.69 a43.47 ± 1.34 a101.03 ± 7.40 a
    C37.48 ± 1.08 b26.65 ± 1.36 a38.03 ± 3.09 b96.80 ± 3.22 a
    8–31CK8.50 ± 1.35 a28.72 ± 3.63 ab34.70 ± 0.44 b129.88 ± 1.62 ab
    C1.58.47 ± 0.85 a31.72 ± 1.13 a45.68 ± 2.83 a137.00 ± 1.75 a
    C37.97 ± 1.20 a24.33 ± 3.66 b39.75 ± 3.37 b122.77 ± 7.86 b
    20186–19CK10.47 ± 0.46 ab0.45 ± 0.07 b4.88 ± 0.44 b0.13 ± 0.02 b
    C1.511.43 ± 0.30 a0.60 ± 0.11 b5.72 ± 0.19 a0.20 ± 0.04 a
    C39.48 ± 1.52 b0.68 ± 0.14 a5.18 ± 0.39 ab0.19 ± 0.05 ab
    7–06CK17.86 ± 0.68 b5.88 ± 0.16 b16.15 ± 0.58 b4.92 ± 0.23 b
    C1.520.90 ± 0.42 a6.43 ± 0.33 a18.38 ± 0.88 a5.69 ± 0.35 a
    C320.16 ± 1.55 a6.28 ± 0.25 ab16.19 ± 1.04 b4.56 ± 0.12 b
    7–22CK18.55 ± 0.81 b13.05 ± 0.49 a23.01 ± 0.24 b19.63 ± 2.01 b
    C1.520.94 ± 0.48 a13.51 ± 1.86 a27.01 ± 0.69 a24.52 ± 1.25 a
    C319.63 ± 1.08 ab13.25 ± 1.86 a25.99 ± 0.68 a22.29 ± 1.01 ab
    8–07CK13.96 ± 1.00 b18.29 ± 0.77 b22.55 ± 2.34 b44.93 ± 3.15 b
    C1.516.87 ± 1.45 a22.68 ± 1.32 a33.32 ± 3.18 a55.18 ± 3.21 a
    C312.92 ± 1.22 b23.68 ± 1.85 a28.67 ± 1.98 a51.35 ± 1.40 a
    8–28CK11.25 ± 1.74 a26.84 ± 1.24 b41.31 ± 0.60 b93.55 ± 4.76 b
    C1.512.50 ± 1.89 a34.79 ± 1.35 a49.23 ± 1.25 a108.49 ± 6.96 a
    C313.21 ± 0.12 a34.04 ± 2.56 a43.74 ± 1.76 b104.08 ± 2.25 a
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一测定时期不同处理间差异显著 Different lowercase letters indicate significant differences among the treatments at the same measuring date (P<0.05).
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    表 3  添加不同硝化抑制剂处理棉花的产量 (2017—2018)

    Table 3.  Yield composition of contton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    单铃重 (g)
    Boll weight
    单株铃数
    Boll number per plant
    理论籽棉产量 (kg/hm2)
    Theoretical seed cotton yield
    实收籽棉产量 (kg/hm2)
    Actual seed cotton yield
    2017CK 6.10 a17.8 a4868.1 b4313.2 b
    C1.56.41 a18.6 a5348.3 a5124.9 a
    C3 6.28 a17.8 a5026.9 b4762.1 a
    2018CK 5.75 b18.6 a4793.1 b4569.3 b
    C1.56.20 a19.4 a5425.8 a4893.2 a
    C3 5.87 ab18.9 a 4997.1 ab 4676.9 ab
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示相同年份不同处理间差异显著 (P<0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among the treatments at the same year (P<0.05).
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    表 4  添加不同硝化抑制剂处理棉花的三桃纤维品质 (2017—2018)

    Table 4.  Fiber quality of three bolls of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

    年份
    Year
    棉桃
    Cotton boll
    处理
    Treatment
    马克隆值
    Micronaire reading
    整齐度指数 (%)
    Uniformity index
    断裂比强度
    Fracture strength
    伸长率 (%)
    Elongation
    2017伏前桃
    Bolls before July- 15
    CK 5.78 a83.19 a25.74 a4.86 a
    C1.55.56 a82.71 a25.47 a4.86 a
    C3 5.63 a83.39 a26.22 a4.73 a
    伏桃
    Bolls from July-15 to August-16
    CK 5.94 a84.25 a29.39 b4.99 a
    C1.55.91 a84.40 a28.62 b4.67 b
    C3 5.90 a83.74 a30.92 a4.98 a
    秋桃
    Bolls after August-16
    CK 5.43 ab83.45 b30.24 a4.39 a
    C1.55.52 a85.64 a26.00 b4.42 a
    C3 5.19 b 84.62 ab28.58 a4.31 a
    2018伏前桃
    Bolls before July一-15
    CK 5.29 a80.57 a26.67 a6.40 a
    C1.55.39 a82.83 a26.93 a6.53 a
    C3 5.24 a81.90 a25.60 a6.47 a
    伏桃
    Bolls from July一-15 to August 16
    CK 5.51 a82.93 c26.77 a6.60 a
    C1.55.82 a86.50 a26.23 a6.63 a
    C3 5.59 a84.43 b28.13 a6.60 a
    秋桃
    Bolls after August- 16
    CK 4.23 a86.03 a28.33 a6.60 a
    C1.53.39 a84.40 a28.43 a6.47 a
    C3 3.79 a85.13 a25.97 a6.60 a
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示相同年份不同处理间差异显著 (P<0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among the treatments at the same year (P<0.05).
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  • 收稿日期:  2020-02-26

氮肥中不同硝化抑制剂DCD添加比例提高棉花生长发育及产量的效应

    作者简介:段文静 E-mail:luckywj3@163.com
    通讯作者: 白志英, zhiyingbai@126.com
    通讯作者: 李存东, nxylcd@hebau.edu.cn
  • 1. 河北农业大学生命科学学院,河北保定 071000
  • 2. 河北农业大学农学院/河北省作物生长调控重点实验室,河北保定 071000
  • 基金项目: 国家重点研发计划资助(2017YFD0201900):河北省现代农业产业技术体系棉花创新团队项目;河北省重点研发计划项目(20326409D)。
  • 摘要:   【目的】  棉花生长和品质对氮素施用量十分敏感,研究在氮肥中添加不同比例的硝化抑制剂双氰胺 (DCD) 改善棉花氮素营养,促进棉花生长发育及产量效果,为棉花生产提供可行的氮肥管理措施。  【方法】  以农大棉601为材料进行了田间试验。在施氮量240 kg/hm2条件下,设置在氮肥中添加双氰胺0(CK)、1.5% (C1.5) 和3% (C3) 3个处理,研究农大棉601的生长发育及产量变化。  【结果】  与CK相比,C1.5处理显著提高了棉花初花期、盛铃期、吐絮期株高,蕾期、盛铃期、吐絮期茎粗,蕾期、盛铃期叶面积指数,有利于形成良好的棉花形态特征。与CK相比,C1.5处理显著提高了蕾期棉花叶片叶绿素含量,蕾期、初花期和盛花期可溶性糖含量,蕾期和初花期可溶性蛋白质含量,表明氮肥配施适量DCD对棉花蕾期生理特征 (叶绿素含量、可溶性糖以及蛋白质含量) 产生了显著促进作用。与CK相比,C1.5处理显著提高了初花期、盛花期主茎功能叶干物质量,初花期和盛铃期果枝叶干物质量,5个生育时期茎干物质量;蕾期、初花期和盛铃期蕾干物质量,表明氮肥配施适量DCD对棉花干物质 (茎、叶、蕾) 产生了明显促进作用。但C3与CK相比,以上各指标之间基本无显著差异。两年产量结果显示,C1.5处理均显著高于CK,分别增产812 kg/hm2和633 kg/hm2;而C3处理理论产量与CK无显著差异。C1.5和C3处理的伏桃、伏前桃和秋桃棉铃纤维品质各项指标与CK均无显著差异。  【结论】  连续两年的田间试验表明,在不增加施氮量的前提下,在氮肥中配施1.5%双氰胺 (DCD) 可以调控氮素养分的供应强度和时间,不仅提高了棉花生育前期和中期株高、茎粗和叶面积指数,还增加了蕾期、花期叶片叶绿素含量、可溶性糖与可溶性蛋白质含量,提高了棉花的干物质积累和产量,对棉花纤维的品质没有显著影响。而当氮肥中DCD添加比例为3%时,有可能过度抑制了氮素的硝化反应,影响了棉花生育后期氮素的供应,削弱了DCD的有益作用。因此,在常规施氮量不变的前提下,添加1.5%双氰胺是促进棉花生长发育和产量的有效措施。

    English Abstract

    • 棉花是关系国计民生的大宗农产品和棉纺工业原料。西北内陆、黄河流域和长江流域是我国三大棉区,河北省是黄河流域棉区的主要产棉省之一,种植面积和总产稳居全国前三位。棉花的生长发育与水、肥等环境条件和农艺措施紧密相关。棉花对氮素较为敏感,适量氮肥能够协调好棉花群体干物质积累分配,提高棉花产量[1]。但过量使用氮肥,可能会通过氮淋洗和挥发造成环境污染,还会引起棉花营养生长过旺,致使棉株干物质积累量增多,而生殖器官积累量减少,产量降低,品质下降[2]。近年来,黄河流域棉花生产中氮肥投入过多,造成资源严重浪费和环境污染,因而提高氮肥利用率对增加棉花产量、减少环境污染意义重大[3]

      氮素是作物吸收利用的大量营养元素之一,而且是唯一的既可以被作物以阴离子 (NO3) 形式吸收,也可以被作物以阳离子 (NH4+) 形式吸收的营养元素[4]。不同铵硝配比在不同外界环境条件下对作物生长的影响各异[5]。双氰胺 (DCD) 是大田常用的硝化抑制剂,DCD又称二氰二氨或二聚氰胺,是胍的氨基衍生物,同时也是氰胺的二聚体,DCD硝化抑制作用明显,同时具有弱挥发性、强水溶性、完全降解性等优点[1]。氮肥配施硝化抑制剂对作物、蔬菜的形态特征以及干物质积累具有显著的调控效应。氮肥与DCD配施后能有效提高黄瓜氮素利用率,减少N2O排放[6]。在施用等量氮肥情况下,加入DCD显著提高了蕹菜株高[7]。尿素配施DCD显著提高了水稻氮肥利用率[8]。尿素加入硝化抑制剂明显提高了小麦和玉米的干物重以及籽粒产量[9-11]

      叶绿素是吸收光能的重要色素,其含量的高低不仅能够反映植物光合能力强弱,亦能反映田间氮素营养供应的状况[12]。可溶性糖和可溶性蛋白均为植物在抵御逆境胁迫时的有机渗透调节物质,常被用来评价农作物营养品质的高低。氮素是叶绿素、蛋白质、激素结构的基本元素,对植物生长发育,产量形成具有积极作用[13]。可溶性糖是植物碳代谢的主要物质。增铵营养对作物体内碳水化合物和含氮化合物的积累运输均产生了一定影响。研究表明,添加DCD能促进大豆幼苗叶绿素a和叶绿素b的合成[14]。氮肥配施DCD处理显著提高了油菜、芹菜的可溶性糖、可溶性蛋白质以及游离氨基酸含量[15-16]

      近年来,人们在关注施氮提高作物产量和改善品质的同时,空气质量问题也日益受到关注。尿素中添加硝化抑制剂可以提高作物产量以及氮素利用率,同时也可以降低空气中氨气以及一氧化二氮气体的排放量[17]。棉花是对氮素较为敏感的经济作物,我们前期研究了増铵营养对棉花幼苗光合作用以及干物质积累的影响[4-5],但有关硝化抑制剂对棉花生长发育以及产量的影响研究较少。因此,本研究通过田间试验,设置不同DCD处理,明确氮肥配施硝化抑制剂DCD对农大棉601生长发育及产量的影响,筛选出适宜的DCD用量,为棉花生产中氮肥的高效调控和施用提供依据。

      • 试验于2017年和2018年在河北农业大学清苑试验站 (河北保定) 进行,该试验站位于河北保定清苑区 (N38°53′、E115°28′),年平均气温为13.8℃,年光照时间为2400~2800 h,无霜期为200~240天,属于温带半湿润大陆性季风气候。土质为壤土,基础地力见表1。两年温度和降雨量见图1,在棉花生育期内两年平均温度相差不大,2017和2018年的年平均温度分别为19.15℃和19.61℃,2017年降雨量为522.3 mm,2018年降雨量为430.6 mm,2017年降雨量较大,多集中在6月、7月、8月和10月。

        表 1  试验地0—20 cm土壤化学性质

        Table 1.  Chemical properties of 0-20 cm soil in experimental site

        年份
        Year
        有机质 (g/kg)
        Organic matter
        全氮 (g/kg)
        Total N
        有效磷 (mg/kg)
        Available P
        速效钾 (mg/kg)
        Available K
        碱解氮 (mg/kg)
        Alkaline N
        201714.361.3317.49132.1454.37
        201817.080.9019.36103.7387.92

        图  1  2017和2018年棉花生育期月均降雨量和温度

        Figure 1.  Monthly rainfall and temperature during cotton growing period in 2017 and 2018

      • 供试棉花品种为农大棉601。双氰胺DCD处理设置3个添加比例:不添加 (CK)、添加1.5% (C1.5) 和添加3% (C3)。三个处理施肥量均为N 240 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 87.53 kg/hm2,供施氮肥为粉状尿素 (N 46%)、过磷酸钙 (P2O5 16%) 和硫酸钾 (K2O 51%),磷钾肥一次性基施,氮肥分2次进行,60%基施,40%花铃期追施。DCD与尿素混匀后随氮肥施入。随机区组设计,3次重复,小区面积58.4 m2,种植密度密度45000株/hm2,等行距76 cm种植。播种方式为开沟穴播,为保持土壤温度和湿度,播种后地膜覆盖,长至8叶后揭膜,其余管理同常规棉田管理措施。2017年4月24日播种,2018年4月29日播种,同年11月中旬收获。

      • 在棉花蕾期、初花期、盛花期、盛铃期、吐絮期,各小区随机选取5株长势一致并具有代表性的棉花幼苗,测量其株高、茎粗、叶面积等。同时,取棉花主茎叶,95%乙醇浸提法测定叶绿素含量,蒽酮比色法测定可溶性糖含量,考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量。将棉花植株样品分为叶、茎、蕾,105℃烘箱杀青30 min,80℃烘至恒重,测量各部位干重。

      • 每个小区选取长势有代表性的两行棉花共50株,分别在伏前桃 (7月15日)、伏桃 (8月15日) 和秋桃 (9月10日) 上挂牌,计算三桃单株挂牌数量。棉铃吐絮后,分别进行收获,计算三桃的平均单铃重。按照这三类棉桃数、重量及株数计算理论产量。

        各小区再选取未经取样调查的4行棉花植株,分别于9月、10月和11月收获伏前桃、伏桃和秋桃,晒干后称重轧花,计算其单株平均产量,实收产量=单株平均产量 × 每公顷株数。

        每个小区三类桃各选取30个,依据ASTMD5867-95《HVI900大容量纤维测试仪试验方法》,委托农业部棉花品质监督检验测试中心检测纤维长度、整齐度、马克隆值、伸长率、断裂比强度等指标。

      • 利用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 21软件对数据进行统计分析。

      • 图2可知,在2017年,随着生育期的进行,不同处理的棉花株高均呈现逐渐递增的趋势,在吐絮期 (8月31日) 达到最高;随着DCD用量的增加,株高呈现先增高后降低的趋势。在蕾期 (6月18日)、盛花期 (7月24日),C1.5处理的棉花株高与CK无显著差异,其余时期C1.5处理均显著高于CK;除初花期 (7月3日) 外,C1.5处理均显著高于C3处理。C3处理株高在初花期 (7月3日)、盛花期 (7月24日) 显著低于CK,其余时期二者之间无显著差异。结果显示,C1.5处理有效促进了棉花株高生长,C3处理对棉花株高甚至具有抑制作用。

        图  2  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的株高 (2017—2018)

        Figure 2.  Plant height of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

        2018年,棉花株高的变化趋势与2017年基本一致。除蕾期 (6月19日) C1.5与CK处理无显著性差异外,其余时期C1.5处理均显著高于CK;C3处理在初花期 (7月6日)、吐絮期 (8月28日) 均显著高于CK,其它时期无显著差异。两年结果表明,DCD对棉花株高具有促进作用,但具有剂量效应,C1.5促进作用较为显著。

      • 图3可知,2017年,随着生育期的进行,棉花茎粗逐渐增加,在吐絮期 (8月31日) 达到最高。C1.5处理除盛花期 (7月24日) 与CK之间茎粗无显著差异外,其余时期均显著高于CK,C3与CK相比,茎粗则无显著性差异。结果显示,C1.5处理有效促进了棉花茎粗增加,C3处理对棉花茎粗无明显促进作用。2018年茎粗变化趋势与2017年基本类似。C1.5处理,除初花期 (7月6日)、盛花期 (7月22日) 与CK处理无显著差异外,各时期均显著高于CK;C3处理除盛铃期 (8月7日) 茎粗显著高于CK外,其他各时期亦无显著差异。两年试验结果说明,DCD在棉花不同生育时期对茎粗的影响不同,DCD用量对棉花茎粗均有不同程度的促进作用,其中C1.5处理促进效果较为显著。

        图  3  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的茎粗 (2017—2018)

        Figure 3.  Stem diameter of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

      • 叶面积指数能够有效影响作物对光的截获,影响群体光合产物的形成,因而常用来衡量群体的生长状况。由图4可知,2017年,随着棉花生育进程,棉花叶面积指数呈现先升高后降低的变化趋势,在盛铃期 (8月16日) 达到最大,此期较大的叶面积指数有利于棉花进行光合作用,充分制造养分,以满足大量结铃的需要;随着DCD用量的增加,农大棉601叶面积指数呈现先增后降的趋势,在盛花期 (7月24日)、盛铃期 (8月16日),C1.5处理叶面积指数显著大于CK,其他时期差异均不显著;C3处理在各个时期与CK之间无显著差异,表明C1.5处理在花铃期有效促进了棉花叶面积生长,而C3处理促进作用并不明显。

        图  4  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的叶面积指数 (2017—2018)

        Figure 4.  Leaf area index of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

        2018年,随DCD用量的增加,叶面积指数呈现先增加后降低的趋势,C1.5处理的叶面积指数除盛花期 (7月22日) 与CK无显著差异外,其余各时期均显著高于CK;C3与CK处理在各时期均无显著性差异。两年结果表明,DCD对棉花叶面积产生了调控效应,但不同时期、不同浓度效果不同,C1.5处理有效促进了叶面积指数增加 (图4)。

      • 图5可知,随着棉花生育期的进行,叶绿素含量呈现先升高后降低的趋势,在盛花期 (7月24日) 达到最大。随着DCD用量的增加,叶绿素含量基本呈现递增的趋势。2017年,在蕾期 (6月18日),C1.5、C3处理的叶绿素含量均显著高于CK;在盛铃期 (8月16日),C1.5处理的叶绿素含量显著高于CK,其他时期各处理间均无显著差异,表明C1.5处理在蕾期与盛铃期有效促进了棉花叶面积生长,C3处理在蕾期有效促进了棉花叶面积生长。

        图  5  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的叶绿素含量 (2017—2018)

        Figure 5.  Chlorophyll content of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

        2018年 (图5),在蕾期 (6月19日),C1.5、C3处理的叶绿素含量显著高于CK,其他各时期各处理间无显著性差异。两年结果显示,随着DCD用量的增加,叶绿素含量有增加的趋势,表明DCD可能对棉花的叶绿素含量具有促进作用,但不同时期效果不一,C1.5与C3处理均在蕾期促进效果显著。

      • 图6可知,2017年,随着棉花生育时期的进行,可溶性糖含量基本呈现先升后降的趋势,在盛花期 (7月24日) 达到最高;随着DCD用量的增加,可溶性糖含量呈现先升后降的趋势。2017年,在蕾期 (6月18) 与盛花期 (7月24日),C1.5处理的可溶性糖含量均显著高于CK和C3,在初花期 (7月3日),C1.5处理的可溶性糖含量显著高于CK,其他各处理之间无显著差异。结果显示,C1.5处理在蕾期与花期对棉花可溶性糖含量的促进效果显著,而C3处理促进作用并不明显。2018年棉花可溶性糖的变化趋势与2017年基本相似,在蕾期 (6月19日)、初花期 (7月6日) 与盛花期 (7月22日),C1.5处理的可溶性糖含量均显著高于C3与CK,但C3与CK之间无显著差异,其他时期各处理间无显著差异。两年试验结果表明,C1.5处理对棉花蕾期、花期的可溶性糖含量影响较为显著,但对盛铃期与吐絮期无明显效应,C3处理效果亦不明显。

        图  6  氮肥中添加不同比例硝化抑制剂处理棉花各生育期的可溶性糖含量 (2017—2018)

        Figure 6.  Soluble sugar content of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

      • 图7可知,2017年,随着棉花生育时期的进行,可溶性蛋白质含量基本呈现先下降后升高的趋势,盛花期 (7月24日) 可溶性蛋白质含量达到最低,表明此期的可溶性蛋白被大量消耗 ;随着DCD用量的增加,可溶性蛋白含量呈现先升后降的趋势。在蕾期 (6月18日) 与初花期 (7月3日),C1.5、C3处理的可溶性蛋白质含量均显著高于CK;在吐絮期 (8月31日),C1.5处理的可溶性蛋白质含量显著高于CK,其他时期各处理之间无显著差异,表明DCD在棉花的不同生育时期,对可溶性蛋白含量的影响不同,C1.5、C3处理均在蕾期、初花期有效促进了可溶性蛋白质含量增加。

        图  7  添加不同量硝化抑制剂处理棉花各生育期的可溶性蛋白质含量 (2017—2018)

        Figure 7.  Soluble protein content of cotton affected by adding different amount of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

        2018年,可溶性蛋白含量变化趋势与2017年相似。在蕾期 (6月19日) 与初花期 (7月6日),C1.5与C3处理可溶性蛋白含量均显著高于CK,其他时期各处理之间无显著差异。两年结果显示,C1.5、C3处理均在蕾期、初花期促进可溶性蛋白质含量增加效果明显,而后面时期效果并不明显。

      • 表2可知,2017年,对于主茎功能叶而言,随着生育期的推移,棉花的干物质量呈现先增后降的趋势,在盛花期 (7月24日) 达到最高,之后逐渐降低,随着DCD用量的增加,在蕾期 (6月18)、初花期 (7月3日) 和盛花期 (7月24日),C1.5处理干物质显著高于CK,之后各个时期C1.5和CK之间无显著差异,C3和CK处理在各个时期亦无显著差异,表明C1.5处理有效促进了主茎功能叶干物质量积累。对于果枝叶而言,其干物质量随着生育期的推移呈现逐渐递增的趋势,在蕾期、初花期、盛花期和盛铃期,C1.5的处理均显著高于CK;C3和CK之间仅在盛铃期 (8月16日) 显著高于CK,其它时期均无显著差异,表明C1.5处理有效促进了果枝叶干物质量积累。对于茎部干物质量而言,农大棉601亦随着生育期的推移逐渐升高,各时期C1.5处理均显著高于CK,C3和CK之间在各个时期均无显著差异;对于蕾的干物质量而言,农大棉601除盛花期和吐絮期C1.5处理的干物质量与CK无显著差异外,其他各时期C1.5处理均显著高于CK,C3和CK之间仅在盛铃期 (8月16日) 显著高于CK外,其它时期均无显著差异,表明C1.5处理有效促进了茎与蕾的干物质量积累。

        表 2  添加不同硝化抑制剂处理棉花各生育期的干物质积累 (2017—2018)

        Table 2.  Dry matter accumulation of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

        年份
        Year
        日期 (month-day)
        Date
        处理
        Treatment
        主茎叶 (g)
        Main stem leaf
        果枝叶 (g)
        Fruit branch leaf
        茎 (g)
        Stem
        蕾 (g)
        Boll
        20176–18CK7.37 ± 1.48 b0.39 ± 0.01 b3.94 ± 0.74 b0.72 ± 0.21 b
        C1.510.43 ± 1.34 a1.76 ± 0.19 a8.03 ± 0.89 a1.35 ± 0.03 a
        C38.29 ± 1.35 ab0.53 ± 0.00 b4.43 ± 0.76 b0.81 ± 0.06 b
        7–03CK13.13 ± 0.72 b4.72 ± 10.50 b10.63 ± 0.80 b3.05 ± 0.61 b
        C1.515.95 ± 0.33 a8.16 ± 0.85 a15.98 ± 1.53 a4.58 ± 0.57 a
        C313.00 ± 0.81 b3.98 ± 0.28 b9.41 ± 0.63 bb2.29 ± 0.74 b
        7–24CK13.98 ± 1.19 b17.54 ± 0.51 b30.49 ± 4.17 b36.61 ± 5.10 a
        C1.516.46 ± 1.26 a20.58 ± 1.43 a34.99 ± 4.44 a38.24 ± 5.60 a
        C314.14 ± 1.43 b17.06 ± 1.21 b29.87 ± 2.78 b35.46 ± 5.38 a
        8–16CK8.83 ± 1.06 ab22.43 ± 2.31 b35.65 ± 1.07 b84.02 ± 4.00 b
        C1.510.67 ± 0.90 a25.93 ± 0.69 a43.47 ± 1.34 a101.03 ± 7.40 a
        C37.48 ± 1.08 b26.65 ± 1.36 a38.03 ± 3.09 b96.80 ± 3.22 a
        8–31CK8.50 ± 1.35 a28.72 ± 3.63 ab34.70 ± 0.44 b129.88 ± 1.62 ab
        C1.58.47 ± 0.85 a31.72 ± 1.13 a45.68 ± 2.83 a137.00 ± 1.75 a
        C37.97 ± 1.20 a24.33 ± 3.66 b39.75 ± 3.37 b122.77 ± 7.86 b
        20186–19CK10.47 ± 0.46 ab0.45 ± 0.07 b4.88 ± 0.44 b0.13 ± 0.02 b
        C1.511.43 ± 0.30 a0.60 ± 0.11 b5.72 ± 0.19 a0.20 ± 0.04 a
        C39.48 ± 1.52 b0.68 ± 0.14 a5.18 ± 0.39 ab0.19 ± 0.05 ab
        7–06CK17.86 ± 0.68 b5.88 ± 0.16 b16.15 ± 0.58 b4.92 ± 0.23 b
        C1.520.90 ± 0.42 a6.43 ± 0.33 a18.38 ± 0.88 a5.69 ± 0.35 a
        C320.16 ± 1.55 a6.28 ± 0.25 ab16.19 ± 1.04 b4.56 ± 0.12 b
        7–22CK18.55 ± 0.81 b13.05 ± 0.49 a23.01 ± 0.24 b19.63 ± 2.01 b
        C1.520.94 ± 0.48 a13.51 ± 1.86 a27.01 ± 0.69 a24.52 ± 1.25 a
        C319.63 ± 1.08 ab13.25 ± 1.86 a25.99 ± 0.68 a22.29 ± 1.01 ab
        8–07CK13.96 ± 1.00 b18.29 ± 0.77 b22.55 ± 2.34 b44.93 ± 3.15 b
        C1.516.87 ± 1.45 a22.68 ± 1.32 a33.32 ± 3.18 a55.18 ± 3.21 a
        C312.92 ± 1.22 b23.68 ± 1.85 a28.67 ± 1.98 a51.35 ± 1.40 a
        8–28CK11.25 ± 1.74 a26.84 ± 1.24 b41.31 ± 0.60 b93.55 ± 4.76 b
        C1.512.50 ± 1.89 a34.79 ± 1.35 a49.23 ± 1.25 a108.49 ± 6.96 a
        C313.21 ± 0.12 a34.04 ± 2.56 a43.74 ± 1.76 b104.08 ± 2.25 a
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一测定时期不同处理间差异显著 Different lowercase letters indicate significant differences among the treatments at the same measuring date (P<0.05).

        2018年,主茎叶干物质量变化趋势与2017年相似。除蕾期和吐絮期C1.5与CK处理无显著差异外,其他各时期C1.5处理均显著高于CK;果枝叶干物质量除蕾期和盛花期C1.5与CK无显著差异外,其他各时期C1.5处理均显著高于CK;主茎和蕾干物质量C1.5处理均显著高于CK。两年结果表明,常规施肥情况下,C1.5处理显著促进了棉花植株的干物质积累,而C3处理作用并不显著 (表2)。

      • 表3可知,2017年,农大棉601的单铃重以及单株铃数在三个处理间均无显著差异;理论籽棉产量C1.5处理显著高于CK和C3处理,但C3和CK之间则无显著差异;实收籽棉产量C1.5和C3处理均显著高于CK,分别增产812 kg/hm2和449 kg/hm2,C1.5处理和C3处理无显著差异,但C1.5处理较C3处理增产363 kg/hm2,表明C1.5处理下,农大棉601增产效果显著,C3处理无明显作用。

        表 3  添加不同硝化抑制剂处理棉花的产量 (2017—2018)

        Table 3.  Yield composition of contton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        单铃重 (g)
        Boll weight
        单株铃数
        Boll number per plant
        理论籽棉产量 (kg/hm2)
        Theoretical seed cotton yield
        实收籽棉产量 (kg/hm2)
        Actual seed cotton yield
        2017CK 6.10 a17.8 a4868.1 b4313.2 b
        C1.56.41 a18.6 a5348.3 a5124.9 a
        C3 6.28 a17.8 a5026.9 b4762.1 a
        2018CK 5.75 b18.6 a4793.1 b4569.3 b
        C1.56.20 a19.4 a5425.8 a4893.2 a
        C3 5.87 ab18.9 a 4997.1 ab 4676.9 ab
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示相同年份不同处理间差异显著 (P<0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among the treatments at the same year (P<0.05).

        2018年,C1.5处理的单铃重显著高于CK,C3与CK处理之间无显著差异;三个处理之间单株铃数均无显著差异;理论籽棉产量和实收籽棉产量均为C1.5处理显著高于CK处理,分别增产633 kg/hm2和324 kg/hm2,C3处理与CK之间则无显著差异。两年试验表明,C1.5处理对农大棉601的增产效果较为显著,C3处理效应并不明显 (表3)。

      • 马克隆值、整齐度指数、断裂比和伸长率等均可作为评定棉花品质优劣的质量指标[18]。马克隆值是反映棉纤维成熟度和粗细的综合指标,直接影响棉纤维的色泽、天然性、可纺性和弹性等。由表4可知,2017年和2018年,农大棉601伏前桃、伏桃和秋桃的马克隆值在各处理之间均无显著差异,表明DCD处理对三桃的马克隆值并未产生显著影响。

        表 4  添加不同硝化抑制剂处理棉花的三桃纤维品质 (2017—2018)

        Table 4.  Fiber quality of three bolls of cotton affected by the addition of DCD in nitrogen fertilizer in 2017 and 2018

        年份
        Year
        棉桃
        Cotton boll
        处理
        Treatment
        马克隆值
        Micronaire reading
        整齐度指数 (%)
        Uniformity index
        断裂比强度
        Fracture strength
        伸长率 (%)
        Elongation
        2017伏前桃
        Bolls before July- 15
        CK 5.78 a83.19 a25.74 a4.86 a
        C1.55.56 a82.71 a25.47 a4.86 a
        C3 5.63 a83.39 a26.22 a4.73 a
        伏桃
        Bolls from July-15 to August-16
        CK 5.94 a84.25 a29.39 b4.99 a
        C1.55.91 a84.40 a28.62 b4.67 b
        C3 5.90 a83.74 a30.92 a4.98 a
        秋桃
        Bolls after August-16
        CK 5.43 ab83.45 b30.24 a4.39 a
        C1.55.52 a85.64 a26.00 b4.42 a
        C3 5.19 b 84.62 ab28.58 a4.31 a
        2018伏前桃
        Bolls before July一-15
        CK 5.29 a80.57 a26.67 a6.40 a
        C1.55.39 a82.83 a26.93 a6.53 a
        C3 5.24 a81.90 a25.60 a6.47 a
        伏桃
        Bolls from July一-15 to August 16
        CK 5.51 a82.93 c26.77 a6.60 a
        C1.55.82 a86.50 a26.23 a6.63 a
        C3 5.59 a84.43 b28.13 a6.60 a
        秋桃
        Bolls after August- 16
        CK 4.23 a86.03 a28.33 a6.60 a
        C1.53.39 a84.40 a28.43 a6.47 a
        C3 3.79 a85.13 a25.97 a6.60 a
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示相同年份不同处理间差异显著 (P<0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among the treatments at the same year (P<0.05).

        棉花纤维整齐度指数是反映棉纤维长度分布的集中性和分散性的重要指标。2017年,农大棉601三个处理间伏前桃、伏桃的整齐度指数无显著差异,C1.5处理秋桃整齐度指数显著高于CK,C3处理与CK无显著差异。2018年,C1.5处理伏桃整齐度指数显著高于C3和CK,而伏前桃、秋桃的整齐度指数在三个处理间未呈现显著差异,表明DCD处理对三桃的纤维整齐度指数亦无显著影响。

        棉花断裂比强度可以衡量纤维抵抗拉伸能力强弱;断裂伸长率指棉花抵抗外力拉伸时所达到的形变程度。2017年,农大棉601伏前桃的断裂比强度和伸长率在三个处理之间均无显著差异;就伏桃而言,C3处理的断裂比强度显著高于CK和C1.5,CK和C1.5之间则无显著差异;C1.5处理的伏桃伸长率显著低于其他两个处理。C1.5处理的秋桃断裂比强度最差,伸长率在3个处理之间无显著差异。2018年,各处理伏前桃、伏桃、秋桃之间的断裂比强度和伸长率均无显著差异。2017年10月棉花收获期经常有雨,可能导致了两年的棉花纤维品质不一。总体来说,施加DCD对农大棉601三桃纤维品质影响并不显著。

      • 棉花株高与器官形成具有很好的同步性,同时也与棉株内部的生理变化紧密相关。株高能够直接反映棉株的生长发育状况,是诊断体系中较易获得的一种指标[19]。茎是棉花整个生长发育的支撑系统,其高度、粗度以及节间距直接影响棉花的株型、抗倒伏能力等,从而影响棉花的产量。叶面积指数是体现棉花群体光合能力大小的主要因素,影响叶对光能的截留以及产生的干物质效率,进而影响棉花的高产[20]。研究表明,硝化抑制剂DCD (双氰胺) 对作物形态影响显著。郭艳杰[16]研究了两种氮源配施双氰胺对温室芹菜的影响,发现尿素 + 双氰胺处理增加了芹菜株高,但处理间差异不显著。洪瑜[21]研究发现,随着双氰胺用量的增加,水稻株高呈现先升高后降低的趋势,其中DCD为尿素用量的3%时,株高最高。何盈[7]研究表明,添加10% DCD可显著提高蕹菜的株高与单株重,这是由于适量DCD能够抑制土壤铵态氮向硝态氮转化,使氮肥较长时间以铵态氮形式保留在土壤中,从而减少硝态氮积累。本试验结果表明,常规施肥情况下,尿素中添加1.5% DCD提高了棉花的株高、茎粗和叶面积指数;随着DCD用量的增加,株高、茎粗和叶面积指数呈现先增后降的趋势,表明适量DCD能够减弱氮素的硝化作用,维持铵硝配比平衡,促进棉花生长,而过量DCD产生了较多的铵态氮,对棉花生长产生了抑制作用。

      • 主茎叶和果枝叶是棉铃养分的主要供给者,其叶绿素含量与有机养料的形成和干物质的积累有着密不可分的关系,合理施氮可使棉花保持较高的叶绿素含量,利于光合产物的形成[12]。可溶性糖可为棉花的生长发育提供能量和代谢中间产物,叶片内的可溶性蛋白质大多是具有活性的酶类,这些酶类参与呼吸、光合等许多生理代谢过程,在植物体内氮素代谢中充当代谢库的作用,二者都直接或间接影响棉花的生长发育以及产量形成[13]

        研究发现,低浓度的双氰胺处理能促进大豆幼苗叶绿素a和叶绿素b的合成,但双氰胺含量达到一定浓度时,大豆幼苗叶绿素a和叶绿素b的合成受到了抑制,这也说明低浓度DCD能够抑制氮素硝化作用,保证氮素供应充分,促使叶绿素含量升高[12, 14]。施加DCD后,番茄的可溶性糖和蛋白质含量在各处理间差异并不显著[22]。DCD用量为纯氮用量的1%、2%和3%时,油菜的可溶性糖含量比只施氮磷钾肥提高了1.15%~29.86%,随着DCD用量的增加,可溶性糖含量呈现下降趋势,但各处理间亦无显著差异[15]。邢承华[23]则认为添加DCD处理明显提高了芹菜可溶性糖的含量,但认为与DCD引起的铵硝比减少关系并不紧密。本试验结果表明,1.5% DCD处理对农大棉601蕾期、花期的叶绿素含量、可溶性糖与可溶性蛋白质含量具有显著促进作用,其他时期效果并不明显。这也说明,氮肥配施DCD对不同发育时期棉花生理性状的调控效应并不一致,并且亦存在剂量调控效应,有关其调控机理还有待于进一步研究。

      • 棉花干物质量的积累是经济产量形成的基础,生物量是代表植物生长发育的数量指标。氮肥与硝化抑制剂 (DCD) 配施增加了作物干重。王少先等[24]研究表明,低剂量的双氰胺能显著改善根系的吸收性能,改善水稻植株下部叶片光合性能,有利于水稻植株干物质积累,进而增加产量,而随双氰胺用量的增加,水稻植株干物质积累减少,产量下降;双氰胺用量为水稻配方肥的2%左右最宜。章淑艳[25]结果表明,DCD添加量为氮肥用量的1.5%时,小豆在苗期到花期干物质量差别不大,而在收获期,DCD处理的小豆干物质量、氮素积累量、产量均显著增高。王艳群[11]发现,尿素中配施DCD不仅能够有效降低硝态氮的流失、减少N2O气体的排放,而且显著提高小麦、玉米、水稻等作物产量,这可能是由于DCD能够减缓尿素水解,降低了尿素水解产物氨向NO3-的转化速度,导致土壤中较长时间保持高浓度NH4+,从而促进了氮素吸收量,提高了作物产量。本研究表明,常规施肥条件下,C1.5处理对农大棉601的干物质量积累具有显著促进作用,产量比对照提高了14.6%;而C3处理对干物质积累促进作用并不明显,产量比对照仅增加了4.6%,这可能由于施加适量DCD (C1.5处理) 减少了氮肥的硝化损失,提高了农大棉601叶绿素、可溶性糖与可溶性蛋白质含量,提高了氮素吸收利用速率,增强了干物重和产量;而过量DCD (C3处理) 导致过度抑制硝化作用,致使氮素利用速率降低,影响了棉花的氮素营养供应,对棉花产量促进作用减弱,这与前人研究结果是一致的[26]

        综合考虑棉花形态指标、生理性状以及产量等,常规施肥 (总N量240 kg/hm2) 配施1.5%DCD的氮肥管理方式在生产上可以运用。

      • 在不增加施氮量的前提下,在氮肥中配施1.5% DCD提高了棉花生育前期和中期株高、茎粗和叶面积指数,增加了蕾期、花期叶片叶绿素含量、可溶性糖含量与可溶性蛋白质含量,提高了棉花的干物质积累量和产量,对棉花的纤维品质影响不显著,是生产上可以推广应用的技术措施。而氮肥中DCD添加比例为3%会对棉花生长、籽棉产量及棉花质量起到副作用。

    参考文献 (26)
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