摘 要：【目的】研究不同氮肥与密度互作对海岛棉生长发育的调控效应，为海岛棉合理密植及优化施氮提供理论依据。
【方法】在新疆南疆自然生态条件下，以海岛棉新78为材料，采用双因素试验设计，主区处理设2种种植密度，副区处理设4个施氮水平，研究氮肥与密度互作对海岛棉生长发育及产量和品质的影响。
【结果】海岛棉的株高、茎粗、果枝台数、主茎叶片数与施氮量呈正相关，但与种植密度呈负相关。海岛棉叶片SPAD值在整个生育期随着施氮量和密度的增加而增加。不同处理下海岛棉干物质积累动态曲线均符合Logistic模型，D24N2处理的干物质积累量最大，达到22 462 kg/hm2，但D20N0处理的生殖器官干物质积累分配占比最大，达到了72%。海岛棉的单株结铃数、单铃重与施氮量呈正相关，与种植密度呈负相关，但单位面积收获株数与种植密度呈正相关，在氮肥与密度互作条件下，D24N2处理的皮棉产量与籽棉产量最高，分别比较最低的D24N0处理增加了2 251.65、774.77 kg/hm2。种植密度与施氮量对海岛棉纤维品质的各项指标影响均不显著。
【结论】在新疆南疆机采棉种植模式下，种植密度为24×104株/hm2、施氮量为320 kg/hm2时，海岛棉的各项生长指标表现较好，且皮棉产量最高，达到2 122.62 kg/hm2。
关键词：海岛棉；种植密度；施氮量；生长发育；产量；品质
中图分类号：S562 ""文献标志码：A ""文章编号：1001-4330（2024）08-1821-11
收稿日期（Received）：2024-01-08
基金项目：新疆维吾尔自治区重大科技专项“棉花优质高产高效标准化生产技术集成示范”（2020A01002-4）
作者简介：张承洁（1998-），女，新疆伊犁人，硕士研究生，研究方向为棉花高产栽培，（E-mail）985487211@qq.com
通讯作者：张巨松（1963-） ，男，江苏人，教授，博士，硕士生/博士生导师，研究方向为棉花高产栽培与生理生态，（E-mail）xjndzjs@163.com
0 引 言
【研究意义】长绒棉纤维品质优异，但皮棉产量相对较低［1］。施氮量和种植密度是棉花生产中重要的可控因子，增施氮肥是提高棉花产量的有效途径之一［2］。施氮可使棉花获得理想的生育进程和农艺性状，氮肥施用量过多易造成棉株营养生长较旺而贪青晚熟［3］，营养器官的干物质积累增加可影响养分向蕾铃的充分转移，使生殖器官所占比减少，从而导致减产［2］。氮肥施用量过少则加速棉花叶片衰老，叶绿素SPAD值降低［4］，显著减少光合产物在叶片中分配，棉株干物质积累量降低，棉花的产量和品质也随之下降［5］。【前人研究进展】合理种植密度可以有效地提高棉花单株果枝数、成铃质量和纤维品质，影响棉株衰老进程，进而影响棉花群体光合效率和棉花产量，但密度过高则导致棉花单株结铃数降低，产量下降［6-7］。此外，氮肥和密度在一定范围内呈互补性效应，从而提高经济效益［8］。【本研究切入点】目前关于棉花种植密度与施氮量互作已有相关的报道，但研究对象多为陆地棉，有关海岛棉栽培的研究较少，需研究不同氮肥与密度互作对海岛棉生长发育的调控效应。【拟解决的关键问题】以海岛棉为材料，以不同施氮量与种植密度为主区和副区处理，测定海岛棉生长发育、产量、品质等相关指标，分析不同密度下海岛棉的最佳施氮量，为海岛棉合理密植及优化施氮水平提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验于2022年4～10月在新疆阿瓦提县新疆农业科学院经济作物研究所试验基地进行。该地处天山南簏，塔克拉玛干沙漠北缘，属暖温带大陆性干旱气候，年均气温10.40℃，年均日照时数2 750～3 029 h，无霜期183～211 d，年均降水量46.70 mm，年均蒸发量1 890.70 mm。供试品种为当地主栽海岛棉品种新78（由新疆农业科学院经济作物研究所提供）。表1
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
试验采用裂区试验，主区处理设2个种植密度，分别为D20（20×104株/hm2）和D24（24×104株/hm2），副区处理设4个施氮（纯N）水平，分别为N0（0 kg/hm2）、N1（160 kg/hm2）、N2（320 kg/hm2）和N3（480 kg/hm2），其中基肥比例均占各氮肥处理总量的20%，剩余80%作为追肥随水滴施，使用施肥罐控制施N量，纯磷（P2O5）118.6 kg/hm2和纯钾（K2O）80 kg/hm2均作基肥施用。
采用机采棉种植模式，即：1膜6行宽窄行距（66 cm+10 cm），各小区长6.5 m，宽6.84 m，面积44.46 m2，8个处理重复3次，共24个小区，占地面积1 067.04 m2，小区随机排列。试验于4月11日播种，4月25日出苗。表2
1.2.2 测定指标
1.2.2.1 土壤背景值
播种前用五点取样法获取0～80 cm土层土样，每10 cm为一层，将取得的土样晾干研磨过筛后测定土壤全氮、速效N、有效P、速效K及有机质含量。
1.2.2.2 农艺性状
从棉株三叶期开始，每个处理定样点3个，每个样点标记10株棉花（边行5株、中行5株）；收获期在各大区选取长势一致的棉花10株（中行、边行各5株）定株测量棉花株高（子叶节至生长点）、茎粗、主茎叶片数和果枝台数。
1.2.2.3 叶片SPAD值
使用SPAD-502便携式叶绿素仪测定各生育时期不同处理棉花叶片SPAD值，在每个处理的中行、边行各选取5株棉花，测定功能叶片的SPAD值，每片叶重复5次取平均值。
1.2.2.4 地上部干物质积累与分配
各生育时期选取具有代表性的棉花6株（中间行3株、边行3株），按照营养器官（茎、叶）、生殖器官（蕾、花、铃）等分开，在105℃下杀青30 min，80℃下烘干后称重。
1.2.2.5 产量及其构成因素
当棉花完全吐絮时，测量小区内实收株数与铃数，得出收获株数和单株结铃数。同时在3个点取棉纤维样品（上部30朵、中部40朵、下部30朵）称量得出单铃重，分别轧花计算出衣分。棉纤维品质指标（纤维长度、纤维强度、马克隆值）在新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所测定。
1.3 数据处理
采用Excel与SPSS软件进行数据统计，进行方差分析，采用Origin作图。
2 结果与分析
2.1 氮肥与密度互作对海岛棉农艺性状的影响
研究表明，2个密度条件下海岛棉的农艺性状各项指标施氮与不施氮处理差异显著。在D20处理下，海岛棉的株高、茎粗与施氮量呈正相关，最大值均出现在N3处理，分别较最低的N0处理增加了57.5%、25.1%；主茎叶片数最大值N3处理较N0、N1和N2处理分别增加了2.6、0.8和2.4个；果枝台数则随着施氮量的增加呈先升高后降低的趋势，N2处理达到最大值，较最低的N0处理增加了4.3台。在D24处理下，海岛棉的株高、茎粗、果枝台数均与施氮量呈正相关，N3处理达最大值，分别比最低的N0处理增加了122.7%、47.2%和75.2%；主茎叶片数与施氮量无明显规律性，N3处理最大，较N0、N1和N2处理分别增加了5、2.2和3个。海岛棉的株高、茎粗、果枝台数随着密度的增加而增加，而主茎叶片数无明显的规律性，但D20较D24处理株高、茎粗、主茎叶片数、果枝数的平均值分别增加了3.85 cm、0.832 mm、0.55个和1.075台。种植密度与施氮量的交互作用对海岛棉的农艺性状有着不同程度的影响，二者的交互作用对株高和主茎叶片数显著，对茎粗和果枝数不显著；在D24N3组合下，海岛棉的株高、茎粗、主茎叶片数达最高，分别较最低的D24N0组合增加了60.1 cm、3.91 mm和5个，果枝台数在D20N2组合达最大，较最低的D24N0组合增加了5.5台，高密低氮不利于海岛棉的生长。表3
2.2 氮肥与密度互作对海岛棉叶片SPAD值的影响
研究表明，海岛棉叶片的SPAD值随着生育进程的推进呈增高-降低-增高的趋势，在盛蕾期开始降低，海岛棉由营养生长转为生殖生长，又在盛花期后快速上升，盛铃期后增长缓慢并达到最大值。海岛棉叶片SPAD值在施氮情况下显著高于不施氮处理，并且基本随着施氮量的增加而增加，在整个生育进程中N3处理为最大SPAD值。在施氮条件下，SPAD值整体表现为随着密度的增加而增加，但在不施氮条件下SPAD值与其相反。氮肥与密度互作条件下，D24N3处理的叶片SPAD值在整个生育期基本处于最大值，为叶片合成更多的营养物质提供了基本条件。图1
2.3 氮肥与密度互作对海岛棉干物质积累的影响
研究表明，氮肥与密度互作下海岛棉干物质积累速率随生育进程呈慢-快-慢的趋势。在D20密度下，N0处理干物质快速积累开始与结束时期出现最早，N3处理则出现最晚，N2处理的干物质快速积累持续时间最长，较N0、N1和N3处理分别多了15.81、6.7和7.09 d，N3处理干物质最大增长速率最大，较N0、N1和N2处理分别增加了41.86%、15.31%和14.28%，N2处理的快速增长期生长特征值最大，较N0、N1和N3处理分别增加了85.00%、16.48%和2.63%；在D24处理下N0处理干物质快速积累开始时期与结束时期出现的最早并且N1处理出现的最晚，N2的干物质快速积累持续时间最长较N0、N1和N3处理分别多了24.78、2.97和12.39 d，N3处理干物质最大增长速率最大，较N0、N1和N2处理分别增加了51.44%、15.07%和8.39%，N2处理的快速增长期生长特征值最大，较N0、N1和N3处理分别增加了113.13%、10.74%和11.45%。在同一密度条件下，干物质快速积累持续时间与快速增长期生长特征值随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，干物质最大增长速率增加。在同一施氮量条件下，D20较D24处理干物质快速积累开始与结束时期出现的早，随着密度的增加干物质快速积累持续时间与快速增长期生长特征值均增加，干物质最大增长速率则降低。在两因素交互作用下，D24N2处理干物质积累量最高，快速积累期最长，达71.94 d，不同密度条件下，在施氮量为N3处理（480 kg/hm2）时，可缩短干物质快速积累时间，积累特征值亦下降，导致海岛棉干物质的积累量降低。表4
施氮量显著影响海岛棉的单位面积干物质积累量，在整个生育期，无论是高密度还是低密度均以N2处理为最大值；在初花期以前不同施氮处理间的单位面积干物质积累量差异不显著，在盛花期2个密度处理时干物质积累量均为N2处理最高且显著高于其他处理。在施氮条件下，D24处理的单位面积干物质积累量较D20处理高，但在不施氮条件下现蕾期至盛花期的干物质积累量处理为D20＞D24，在盛铃期及吐絮期处理D24＞D20。密度与施氮量互作条件下吐絮期的单位面积干物质积累量为D24N2处理最大，达到22 462 kg/hm2。图2
2.4 氮肥与密度互作对海岛棉干物质分配的影响
研究表明，在整个生育期，海岛棉的生殖器官干物质积累量占比在盛蕾期后呈快速上升的趋势，盛铃期后增加缓慢趋于平稳。施氮量和种植密度对海岛棉的生殖器官干物质积累量有显著的影响，在同一密度下，吐絮期生殖器官的干物质积累量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，并且施氮处理显著高于不施氮处理，总体表现为处理N2＞N3＞N1＞N0，但生殖器官占比则是N0处理为最大值；在同一施氮量条件下，吐絮期生殖器官的干物质积累量表现为处理D24＞D20，并且差异显著，而生殖器官占比却表现为处理D20＞D24。在氮肥与密度互作条件下，海岛棉的生殖器官干物质积累量在D24N2处理最大，为12 485.2 kg/hm2，而生殖器官最大占比则为D20N0处理，达到了72%。图3
2.5 氮肥与密度互作对海岛棉产量及产量构成因子的影响
研究表明，施氮量对海岛棉的产量有显著影响，施氮条件下海岛棉的单株结铃数、单铃重、籽棉产量与皮棉产量与不施氮处理差异显著，在D20处理下，N1处理的单株结铃数最高，较最低的N0处理增加了1.87个，单铃重N3处理最高，较最低的N0处理增加了19.93%，籽棉产量最大值出现在N3处理，分别较N0、N1和N2增产35.84%、0.37%和2.19%，皮棉产量为N1处理最高，较最低的N0处理增加了32.65%；在N24处理下，N2处理的单株结铃数、籽棉产量与皮棉产量均为最大值，较最低的N0处理分别增加了29.63%、57.16%和57.48%，但单铃重为N3最高，比N0处理增加了27.24%；而收获株数与衣分未受施氮量的影响，N0处理也有最大值出现。在同一施氮量条件下，收获株数随着密度的增加而增加，D24比D20处理平均增加了4.01×104株/hm2，但单株结铃数随着密度的增加而减少，D20较D24处理平均增加了1.27个；单铃重在N0、N2和N3处理下表现为随着密度的增加而减少，但N1处理下的单铃重则表现为D24＞D20；籽棉产量与皮棉产量基本表现为D24＞D20，但在N0处理下，D24的产量小于D20处理；各处理之间衣分差异不显著且无规律性。在密度与施氮量双因子交互作用下，D24N2处理的籽棉产量与皮棉产量最高，分别比最低的D24N0处理增加了57.16%、57.48%，D20N3处理的皮棉产量与D24N1处理的产量相近，而皮棉产量低于D24N1处理，在一定范围内，增施氮肥可以有效地提高海岛棉产量，并且增加密度的同时减少氮肥施用量可以保证海岛棉的皮棉不减产。表5
2.6 氮肥与密度互作对海岛棉纤维品质的影响
研究表明，种植密度与施氮量对海岛棉纤维品质有影响但差异不显著。在D20处理下，棉花上半部平均长度、整齐度、断裂比强度与纺织参数随着施氮量的增加而增加，在N3处理达到最大值，较最低的N0处理分别增加了3.55%、1.32%、0.47%和3.74%，断裂伸长率在N1处理达最大值，较N0处理增加了8.70%，马克隆值在N2处理达到B级；在D24处理下，棉花上半部平均长度、整齐度、断裂比强度与纺织参数在N1处理达到最大值，较最低的N0处理分别增加了4.21%、1.62%、5.92%和7.73%，断裂伸长率在N3处达最大值，较最低的N0处理分别增加了10.12%，而马克隆值为N2处理最优（为A级）。密度对海岛棉纤维品质影响不大且无规律性。种植密度与施氮量对海岛棉纤维品质的各项指标影响均不显著，在D24N2组合下，海岛棉纤维品质较好。表6
3 讨 论
3.1
农艺性状是判断棉花生长状况的重要指标，对棉花后期产量的形成有重要影响［9］。施氮显著影响棉花的农艺性状，与不施氮相比，施氮显著增加棉花的株高、茎粗、果枝始节高度和倒四叶宽［10］。王海洋等［10］研究发现，随着施氮量的增加，棉花株高、果枝数、单株果节数均呈先增加后降低的趋势。石洪亮等［11］研究表明，在新疆南疆机采棉种植模式下，施氮量为300 kg/hm2时能获得较为理想的农艺性状。随密度的增加，棉花株高增高，主茎节间数减少，叶面积指数增高、果枝数减少［12-13］。试验研究结果与前人研究一致，海岛棉的农艺性状随着施氮量的增加而增加，N3处理达最大值，密度对海岛棉农艺影响不显著，当施氮量为320 kg/hm2时海岛棉的农艺性状较为理想，当施氮量为480 kg/hm2时海岛棉棉株旺长，干物质积累量达最大值，其营养器官干物质积累量增加，降低生殖器官干物质占比。
3.2
SPAD值用于表达叶片叶色情况，可较直观反映出叶片中光合色素的含量［14］，进而间接反映棉株光合作用情况。罗新宁等［15］认为，追施氮肥可以提高棉株叶片叶绿素含量，提高光合产物的生产能力，延缓叶片衰老。张娜等［16］研究表明随着种植密度的增加，叶片SPAD值在各生育时期均呈先升后降的趋势。试验结果表明，海岛棉叶片SPAD值在整个生育期呈增高-降低-增高的趋势，并于盛铃期后趋于稳定，随着施氮量和密度的增加，SPAD值也呈增加趋势，与前人研究结果基本一致。吐絮期D24N3处理SPAD值最大，为后期光合物质的合成提供物质基础，但SPAD值过高容易导致海岛棉生长过旺并贪青晚熟，不利于上部棉铃的发育，从而导致减产。
3.3
马腾飞等［17］研究表明，棉株干物质累积随施氮量增加呈先增加后降低的趋势，施氮量过高或过低的均不利于干物质积累。适当的施用氮肥，有利于棉株群体的合理生长，最终达到增产目的，但如果施用过量的氮肥，则容易造成营养生长过旺，影响养分向蕾铃的充分转移，使生殖器官所占比例减少，导致减产［2］。王士红等［18］研究表明，群体干物质随种植密度的增加而升高，且群体干物质最大值出现在密度8.25×104株/hm2处理。试验研结果与上述试验结果一致，海岛棉的单位面积地上部分干物质积累量与生殖器官的干物质积累量均为D24N2处理达到最大值，生殖器官与营养器官的分配比例接近1∶1，而N0处理的生殖器官占比为最大值，增加密度可以增加群体干物质积累量，但降低施氮量可以增加生殖器官的占比；当施氮量为480 kg/hm2时海岛棉棉株旺长，干物质积累量达最大值，其营养器官干物质积累量与占比增加，而其生殖器官干物质积累量与占比降低，导致海岛棉产量降低。
3.4
施氮肥可以有效地提高棉花的单铃重和单株结铃数，对衣分无显著影响，单铃重随着施氮量的增加而增加，当施氮量过高时，棉花冠层中上部的叶片发育较好致使冠层郁闭，导致中下部的棉铃大量脱落，因此单株结铃数随着施氮量的增加呈先上升后下降的趋势［19-20］。石洪亮等［11］研究发现，在新疆南疆机采棉种植模式下，籽棉产量随着施氮量的增加呈先上升后下降的趋势，施氮量为300 kg/hm2时，单株结铃数与单铃重最大，籽棉产量最高，达到5 781.7 kg/hm2。种植密度主要是通过提高单位面积铃数来提高棉花的籽棉产量，随着密度的增加棉花的果枝数、单株结铃数减少，铃重减轻［21-22］。李鹏程等［23］认为在一定密度范围内棉花的单位面积铃数随着密度的增加而增加。新疆南疆棉花种植密度为18×104株/hm2时皮棉产量最高［24-25］，与试验结果不同。种植密度为24×104株/hm2且施氮量为320 kg/hm2时海岛棉的皮棉产量与籽棉产量均为最大值，最适种植密度不同。
3.5
Ma等［26］认为棉花的纤维长度、整齐度指数、断裂比强度随着施氮量的增加呈先增加后递减的趋势，但各处理间无显著性差异。但郭小琰等［27］研究发现，随施氮量的增加，棉纤维马克隆值呈上升趋势，而纤维长度、纤维整齐度和伸长率未呈规律性变化。不同密度处理之间的棉花纤维品质上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值和伸长率差异均不显著，纤维品质主要受遗传特性的影响［25］。周永萍等［28］研究发现，只有马克隆值随着密度的增加呈先增后降的趋势，其他指标无显著差异。试验研究表明，种植密度与施氮量对棉花纤维品质的各项指标影响均不显著，在D24N2组合下，海岛棉纤维品质较好。
4 结 论
增加施氮量可以显著提高海岛棉的农艺性状、叶片SPAD值、单位面积干物质积累量、单株结铃数与单铃重，进而提高产量，施氮量为480 kg/hm2时棉株营养体生长过旺，生殖器官分配占比降低，从而造成减产；种植密度与海岛棉的农艺性状呈负相关，与叶片SPAD值与单位面积干物质积累量呈正相关，增加种植密度虽然降低了单株结铃数，但其显著增加海岛棉的单位面积收获株数，从而增加单位面积铃数，使海岛棉的群体产量增加，进而增加产量。在种植密度为24×104株/hm2且施氮量为320 kg/hm2时，海岛棉的各项生长指标表现较好，且皮棉产量最高，达到2 122.62 kg/hm2，新疆南疆海岛棉的种植密度为24×104株/hm2，施氮量为320 kg/hm2时海岛棉产量最高。
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Effects of nitrogen-dense interaction on growth， development，
yield and quality of Gossypium barbadense L.
ZHANG Chengjie， HU Haoran， DUAN Songjiang， WU Yifan， ZHANG Jusong
（Cotton Engineering Research Center of the Ministry of Education /College of Agronomy， Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052， China）
Abstract：【Objective】 The objective of this study is to study the regulatory effects of different nitrogen fertilizations and densities on the growth and development of cotton in the hope of providing a theoretical basis for rational dense planting and optimal nitrogen application of s Gossypium barbadense L. in the future.
【Methods】 Under the natural ecological conditions in southern Xinjiang， the effects of nitrogen-dense interaction on the growth， development， yield and quality of sea-island cotton were studied by using Xin 78 as the material and a two-factor experimental design， with two planting densities in the main area and four nitrogen application levels in the secondary area.
【Results】 The results showed that the plant height， stem diameter， number of fruit branches and the number of main stem leaves were positively correlated with nitrogen application rate， but negatively correlated with planting density. The SPAD value of leaves increased with the increase of nitrogen application rate and density during the whole growth period. The dynamic curves of dry matter accumulation of Gossypium barbadense L. under different treatments were in line with the logistic model， and the dry matter accumulation of D24N2 was the largest， reaching 22，462 kg/hm2， but the dry matter accumulation and distribution of D20N0 in the reproductive organs accounted for the largest proportion， reaching 72%. The number of boll per plant and the weight of each boll were positively correlated with nitrogen application rate， and negatively correlated with planting density， but the number of plants harvested per unit area was positively correlated with planting density， and the lint yield and seed cotton yield of D24N2 combination were the highest， which increased by 2，251.65 kg/hm2 and 774.77 kg/hm2， respectively compared with the lowest D24N0 combination. Planting density and nitrogen fertilization rate had no significant effect on the fiber quality of sea-island cotton.
【Conclusion】 Under the planting mode of machine picking cotton in southern Xinjiang， when the planting density is 240，000 plants/hm2 and the nitrogen application rate is 320 kg/hm2， the growth indexes of sea-island cotton performed well， and the lint yield is the highest， reaching 2，122.62 kg/hm2.
Key words：Gossypium barbadense L.；plant density；fertilizer rate；growth and development；yield；quality
Fund projects：The Major Science and Technology Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region\"Integration Demonstration of High Quality， High yield and High Efficiency Standardized Production Technology of Cotton\" （2020A01002-4）
Correspondence author：ZHANG Jusong （1963-）， male， from Jiangsu， professor， Ph.D.， master / doctoral supervisor， research direction：high-yield cultivation and physiological ecology of cotton， （E-mail）xjndzjs@ 163.com
