等氮配施脲酶抑制剂对滴灌棉花生长发育和产量及品质的影响

known 发布于 2025-07-26 阅读(377)

摘"要:【目的】明确滴灌棉花生长发育及产量品质对等氮配施脲酶抑制剂乙酰氧肟酸(AHA)的响应特征,为滴灌棉花高效合理的氮肥管理提供依据。【方法】以“新陆早42号”为材料,设置施氮量0%(U)、施氮量1%(U+UI1%)、施氮量2%(U+UI2%)和施氮量5%(U+UI5%),4种AHA添加比例进行棉花田间试验。【结果】与U处理相比,添加AHA显著提高了棉花在花期、结铃期、盛铃期的生理生长,株高、茎粗、叶面积指数(LAI)、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度总体表现为U+UI2%>U+UI1%>U+UI5%。U+UI1%、U+UI2%、U+UI5%处理的籽棉产量较U处理分别显著提高4.59%、9.18%和4.65%,且U+UI2%处理与其他处理均有显著差异(P<0.05)。不同处理棉花品质均无显著差异(P>0.05)。相关性分析表明叶片净光合速率与棉花籽棉产量间呈最大正相关,棉花单铃重与籽棉产量呈负相关。【结论】尿素配施2%施氮量AHA的U+UI2%处理在棉花生长、生理和产量方面均表现最优,是滴灌棉花高稳定性氮素施配的最佳选择,研究结果将为新疆滴灌棉花氮肥高效管理提供数据支撑与理论参考。

关"键"词:棉花;脲酶抑制剂;生理生长;产量;品质

0"引言

【研究意义】棉花是世界上分布最广泛的纤维作物,也是我国最主要的经济作物之一[1]。棉花在生长过程中需要大量氮素,以调控植株生长、群体发育、提高水分利用效率[2]。为保证棉花产量,农民会选择较高的氮肥投入,但过量施用氮肥会使棉花营养器官生长过于旺盛,降低生殖器官比重,造成棉花减产[3];氮肥的不合理施用会导致农田N2O的排放量增加,加剧全球变暖;同时还会增加NH3挥发,加重雾霾[4]。新疆是中国最大的优质棉生产基地,棉花种植面积和产量分别全国占的78.9%和87.3%[5],其氮肥的不合理施用问题更为突出。因此,以保证棉花高产为前提,在新疆探索更优的氮肥管理措施对提高氮素利用效率,降低氮素损失减少环境污染,具有重要的意义。【前人研究进展】脲酶是土壤中唯一能够水解尿素的水解酶,因此其活性直接影响土壤中尿素的转化过程[6,7]。脲酶抑制剂能通过抑制脲酶活性进而调节尿素在土壤中的转化进程,合理地使用脲酶抑制剂能达到提高氮肥肥效的目的[8]。一项Meta分析[9]表明,与单施尿素相比尿素配施脲酶抑制剂能够使作物的产量平均增加5.3%。光合作用是作物生长发育的重要活动,其强弱与土壤的养分状况密切相关[10]。王月福等[11]研究表明提高氮素营养水平能够显著提高小麦叶片光合速率。连续定位不同施氮水平的田间试验表明当连续施氮量为270 kg/hm2时棉花的光合作用能力最强[12]。石洪亮等[13]研究表明随着施氮量的增加棉花净光合速率呈先增大后减小的变化趋势。与不同氮肥运筹方式相似尿素配施脲酶抑制剂能够改变土壤的养分状况[14]。【本研究切入点】前人已从不同的角度深入研究了棉花生产中的氮肥管理问题;但研究大多集中不同氮肥运筹方式对作物生长、产量和氮肥利用率影响的研究,而有关氮肥配施脲酶抑制剂对滴灌棉花生长、光合作用和产量品质的研究较少。【拟解决的关键问题】因此,本研究通过田间试验,设置不同用量脲酶抑制剂乙酰氧肟酸(AHA)处理,明确氮肥配施脲酶抑制剂AHA对滴灌棉花生长发育及产量的影响,筛选出最佳的AHA用量,为棉花生产中氮肥的高效调控和施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在新疆生产建设兵团第八师石河子大学节水灌溉试验站(44°19′28″N,85°59′47″E)进行。当地平均地面坡度6‰,无霜期为170 d左右,冬季严寒,夏季炎热,属于典型温带大陆性气候。2021年(4~10月)平均气温为19.46 ℃,降水量为93.6 mm,2021年空气温度和降雨量逐日变化见图1。土壤质地为壤土,土壤理化性质见表1,0~100 cm土壤平均容重1.60 g/cm3,地下水埋深>10"m.

1.2 试验材料与设计

供试棉花品种为“新陆早42号”。脲酶抑制剂乙酰氧肟酸(AHA)设置4个添加比例:不添加(U)、添加1%(U+UI1%)、添加2%(U+UI2%)和添加5%(U+UI5%)。进行大田小区试验,共4个处理,3次重复,12个小区,小区面积为6.75 m×8 m,种植密度约2.3×106株/hm2。各处理施肥量均为 N 240 kg/hm2、P2O5"180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2,供试氮肥为颗粒状尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O5"16%)和硫酸钙(K2O 51%),磷钾肥一次性基施,本试验氮肥全部追施,分6次随水施肥同时配施不同剂量AHA,氮肥施肥比例为15%、20%、20%、20%、15%、10%。种植模式采用“一膜三带六行”,其中膜宽2.05 m,宽窄行间距分别为66 cm和10 cm见图2。试验过程中所有处理的棉花均采用相同的水肥管理,其余田间管理等农艺措施与常规棉田管理措施相同。2021年4月13日播种,7月18日打顶,9月30日收获。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 株高、茎粗、叶面积指数、地上部生物量

在棉花苗期(5月28日)、蕾期(6月25日)、花期(7月8日)、结铃期(7月28日)、盛铃期(8月8日)、吐絮期(8月28日),各小区随机选取3株长势一致并具有代表性的棉花植株标记,测量其株高、茎粗、叶面积等。同时,每小区取3株长势一致并具代表性的棉花植株,将棉花植株样品分为叶、茎、蕾,105 ℃烘箱杀青30 min,75 ℃烘至恒重,测量各部位干重。叶面积指数采用如下公式[15]计算:

(1)

式中LAI为叶面积指数,m2/m2;ρ为棉花密度,株/m2;m为测定的株数,n为单株叶片总数;L和B分别为叶片长度和宽,cm。

1.3.2净光速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)

在晴朗无云的天气,于11:00—13:00每个小区选取3株长势一致有代表性的棉花植株,采用Li-6800便携式光合作用测量系统(Li-Cor,USA)测定其主茎倒四叶的光合参数,包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)等。设置气体流速为500 μmol/s,3 cm×2 cm LED红蓝光光源。测量过程中无遮掩,以免影响测定结果的准确性。

1.3.4 产量与品质

在棉花完全吐絮后于9月30号收获,在每个小区选取6.15 m2面积,统计收获株数、单株结铃数;连续收取50株吐絮铃测其单铃重。以各小区实收棉花计产,每个小区各选取棉桃10个,依据ASTMD5867-95《HVI900大容量纤维测试仪试验方法》,委托中国农业科学院棉花研究所(河南安阳)检测纤维长度、整齐度、马克隆值、伸长率、断裂比强度等指标。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2020和SPSS 20.0分析,利用Duncan法进行处理间的差异检验,采用 Origin Pro 2021作图。

2 结果与分析

2.1 添加脲酶抑制剂对棉花生长的影响

2.1.1 添加不同剂量脲酶抑制剂对棉花株高、茎粗的影响

由图3a与图3b可知,棉花株高与茎粗随着生育期的推进呈现逐渐增长的趋势。AHA的施加对棉花的株高和茎粗均有显著影响(P<0.05)。在苗期和蕾期,各处理株高与茎粗均无显著差异(P>0.05)。棉花株高在花期至吐絮期表现为U+UI2%>U+UI1%>U+UI5%>U处理,棉花茎粗在花期至吐絮期表现为U+UI2%>U+UI5%>U+UI1%>U处理。在所有处理中,U+UI2%处理株高与茎粗在花期至吐絮期均高于其他处理,与U处理相比U+UI2%处理株高与茎粗在花期至吐絮期分别显著提高5.76%~7.69%与4.37%~8.68%。结果表明AHA能够促进棉花株高与茎粗生长且U+UI2%处理的作用效果最好。

2.1.3 添加脲酶抑制剂对棉花叶面积指数的影响

由图3c可知,各处理叶面积指数均随着生育期的推移呈现先上升后下降的趋势,在盛铃期达到峰值。在花期、结铃期、盛铃期与吐絮期U+UI1%处理较U处理相比分别显著提高了5.05%、7.29%、4.54%、5.85%。除苗期与蕾期外其余各生育期U+UI2%处理较U处理相比均有显著差异;在花期、结铃期、盛铃期、吐絮期分别提高了7.92%、9.58%、8.93%、8.88%。与U处理相比U+UI5%处理在花期、结铃期、盛铃期、吐絮期分别提高了4.04%、4.59%、4.87%、4.51%。结果表明,AHA的施用能够有效促进棉花叶面积的增长。

2.1.4 添加脲酶抑制剂对棉花地上部生物量的影响

作物地上部生物量是光合作用的产物,是表征作物生长状况的基本特征之一。随着生育期的推进,棉花地上部生物量指数增加趋势。由图3d可知在蕾期,各处理相间地上部生物量无显著差异。在花期与结铃期,U+UI2%处理较U处理,地上部生物量分别提高了17.18%、26.10%;其余处理间差异不显著。在盛铃期U+UI1%、U+UI2%和U+UI5%与U处理相比,地上部生物量分别提高了11.49%、30.66%、9.94%。在吐絮期U+UI1%、U+UI2%和U+UI5%与U处理相比,地上部生物量分别提高了6.95%、15.46%、7.98%。试验表明,AHA的施加能够有效地提高棉花地上部生物量,且促进效果具有剂量效应:其中U+UI2%处理的作用

2.2 添加脲酶抑制剂对棉花叶片光合特性的影响

图4表明AHA的施加增大了棉花功能叶的净光合速率Pn、气孔导度Gs和蒸腾速率Tr,且随AHA施用量的增加,呈现U+UI2%>U+UI1%>U+UI5%的趋势。AHA处理的Pn除蕾期外与U处理均有显著差异(P<0.05),U+UI2%处理在蕾期、花期、结铃期、盛铃期、吐絮期较U分别提高4.15%、9.11%、7.8%、8.13%和6.9%。AHA处理的Gs与Tr相较于U处理在各个生育期的差异有所不同,但U+UI2%处理Gs在各生育期较U分别提高2.55%、8.25%、9.18%、11.04%和4.93%;U+UI2%处理Tr在各生育期较U分别提高4.45%、6.08%、7.38%、8.16%和10.86%。

2.3 添加脲酶抑制剂对棉花产量构成及纤维品质的影响

2.3.1 添加脲酶抑制剂对棉花产量构成的影响

由表2可知,各处理间收获株数无显著性差异。与U处理相比,U+UI1%、U+UI2%和U+UI5%处理的单株结铃数分别增加了3.61%、9.75%和4.87%。U+UI1%、U+UI2%与U+UI5%较U处理的籽棉产量相比分别提高了4.59%、9.18%和4.65%。不同处理的棉花单铃重与衣分并无显著差异。由此表明,脲酶抑制剂的添加增加了棉花单株结铃数,同时提高了棉花产量。

棉花的生长发育情况是影响棉花产量的关键因素。表3表明,棉花籽棉产量与棉花净光合速率、单株结铃数、株高、地上部生物量、茎粗之间呈极显著正相关(Plt;0.01)其中棉花产量与植株净光合速率间的正相关系数最高,达0.882。棉花产量与叶面积指数间具有显著正相关(Plt;0.05),与单铃重之间呈负相关。

2.3.2 添加脲酶抑制剂对棉花纤维品质的影响

由表4可以看出,各处理的棉花马克隆值、整齐度、断裂比强度、伸长率没有显著差异(P>0.05)。U+UI1%处理的各项品质指标均为最优。脲酶抑制剂的施加增加了棉花纤维整齐度、断裂比强度、伸长率,在脲酶抑制剂处理间没有明显剂量效应。

3 讨论

3.1 添加脲酶抑制剂对棉花株高、茎粗、叶面积指数及地上部生物量的影响

棉花的株高、茎粗、叶面积指数是反映棉花长势及光合能力的重要指标[16]。地上部生物量是光合作用的最终产物,与棉花产量密切相关[17]。周丽娜等[18]研究表明普通尿素+脲酶抑制剂处理显著提高了春玉米株高与地上部生物量。万年鑫等[19]研究表明脲酶抑制剂能显著提高秋马铃薯块茎形成期干物质、叶面积及产量。王静等[20]研究发现在相同施肥条件下与普通施肥相比配施脲酶抑制剂能够显著提高水稻生物量。本试验结果表明,尿素中配施2% AHA提高了棉花的株高、茎粗、叶面积和地上部生物量,随着AHA用量的增加,株高、茎粗和叶面积指数呈现先增后降的趋势,脲酶抑制剂作为一种氮肥增效剂,其施加比例会影响氮肥释放速率及氮肥损失量,合理的氮肥释放速率与较低的氮肥损失能够促进作物生长[21]。

3.2 添加脲酶抑制剂对棉花生理特性的影响

本研究中,AHA的添加增加了叶面积指数的同时显著提升了棉花净光合速率,但万年鑫等[19]研究发现脲酶抑制剂对马铃薯光和能力的影响主要表现在对叶面积的影响上,对净光合速率的影响较弱。这可能与作物间的差异性、种植模式以及自然环境等因素有关[22]。王艳华等[23]研究发现在相同施氮水平下与传统施肥相比脲酶抑制剂配施尿素能够提高花生的净光合速率、蒸腾速率、和气孔导度,这和本研究结果相似。脲酶抑制剂配施尿素能改善土壤供氮条件,适宜的土壤供氮条件能够增强棉花体内氮素代谢,增加功能叶叶绿素含量,提升光合速率[12, 14]。各处理棉花的生长指标在蕾期之后才开始出现显著差异,而U+UI2%处理在蕾期的净光合速率就已经显著高于其他处理,这表明脲酶抑制剂的添加首先对棉花的光合作用产生了影响进而促进棉花的生长。

3.3 添加脲酶抑制剂对棉花产量和品质的影响

作物氮素营养特性及其生长周期和土壤温度、降雨量等环境因素可能会造成脲酶抑制剂对不同作物增产效果的差异[24]。王静等[20]研究发现脲酶抑制剂与氮肥减量20%配施脲酶抑制剂处理能够显著提高水稻产量达10377.9 kg/hm2,增产2.79%。一项Meta分析[25]表明,4种不同氮肥增效剂添加肥料相较于传统氮肥均能显著提高作物产量,其中脲酶抑制剂的添加对作物产量增幅最大。本研究表明,常规施肥条件下,U+UI1%、U+UI2%和U+UI5%处理对“新陆早42”的产量具有显著促进效果,较U处理相比分别提高了4.59%、9.18%、4.65%。脲酶抑制剂处理对棉花产量均有显著提高,且存在剂量效应,这可能是由于适量的脲酶抑制剂在减缓尿素水解减少NH3挥发损失的同时,也有利于土壤氮素的持续供应[24],增加“新陆早42”净光合速率,提高氮素利用速率,进而增加了棉花地上部生物量的积累,最终增加了棉花产量。在一定范围内脲酶抑制剂的抑制效果随用量的增加而增加[26],少量或过量AHA可能会影响氮素的供应状况,导致氮素利用速率降低,进而表现为对棉花产量促进效果的差异。相关研究[27, 28]认为棉花品质的主要因素依次是棉花品种、日均温、太阳辐射。本研究表明,在相同施氮条件下配施AHA并不会对棉花纤维品质造成显著影响,这可能与棉花的品种有关。

4"结论

(1)在等量施氮的前提下,尿素配施AHA自花期开始对棉花株高、叶面积指数和茎粗产生促进作用,提升了棉花主要生育期内的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度,增加了棉花的地上部生物量和产量。与U处理相比U+UI2%处理株高与茎粗在花期至吐絮期分别显著提高5.76%~7.69%与4.37%~8.68%。除苗期与蕾期外U+UI2%其余各生育期处理LAI较U处理相比均有显著差异;在花期、结铃期、盛铃期、吐絮期分别提高了7.92%、9.58%、8.93%、8.88%。U+UI1%、U+UI2%、U+UI5%处理的籽棉产量较U处理分别显著提高4.59%、9.18%和4.65%。在花期与结铃期,U+UI2%处理较U处理,地上部生物量分别提高了17.18%、26.10%。但对棉花的纤维品质影响不显著(P>0.05)。各指标随AHA施用量的增加整体表现为先增大后降低。

(2)在等量施氮的前提下,U+UI2%处理能够有效地提高棉花地上部生物量,棉花株高与茎粗,且促进效果具有剂量效应。综合考虑棉花生理生长、产量和品质,尿素配施2%施氮量的AHA可达到滴灌棉花增产提效的目的。

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Effects of Equal Nitrogen Applied with Urease Inhibitor on Cotton Growth, Yield,"and Quality umder mulched drip irrigation

ZHANG Zehua1,2,3;YE Hanchun1,2,3;LI Wenhao1,2,3,LI Haiqiang1,2,3,LIU Jian1,2,3,

WANG Zhenhua1,2,3※

(1.College of Water Conservancy and Architecture Engineering, Shihezi University, Shihezi Xinjiang 832000, China; 2.Key Laboratory of Modern Water-Saving Irrigation of Xijiang Production and Construction Group, Shihezi Xinjiang 832000, China; 3.Key Laboratory of Northwest Oasis Water-saving Agriculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Shihezi Xinjiang 832000, China)

Abstract:"【Objective】"The aim of this study was to clarify the response of equal nitrogen applied with urease inhibitor Acetohydroxamic acid (AHA) on cotton growth, development, yield, and quality mulched drip irrigation,"in"order"to provide a theoretical basics for efficient and reasonable nitrogen management of cotton. 【Method】"Field experiments were conducted by using Xinluzao 42 under four kinds of AHA addition ratios (the addition amount is 0% of the nitrogen application amount (U), the addition amount is 1% of the nitrogen application amount (U + UI1%), the addition amount is 2% of the nitrogen application amount (U + UI2%) and the addition amount is 5% of the nitrogen application amount (U + UI5%). 【Results】"Compared with U, AHA significantly improved the physiological growth of cotton at flowering stage, bolling stage and full boll stage. Plant height, stem diameter, leaf area index, net photosynthetic rate, transpiration rate and stomatal conductance in the key period (flowering stage,bolling stage and full boll stage)was U + UI2%"gt; U + UI1%"gt; U + UI5%"treatment. The seed cotton yield of U + UI1%, U + UI2%"and U + UI5%"treatments was significantly higher than that of U by 4.59%, 9.18% and 4.65%, and there was significant difference between U + UI2%"and other treatments (P lt; 0.05). There was no significant difference in cotton quality among different treatments (P gt; 0.05). Correlation analysis showed that there was the largest positive correlation between net photosynthetic rate of leaves and seed cotton yield, and there was a negative correlation between single boll weight and seed cotton yield. 【Conclusion】"The U + UI2%"treatment of urea combined with 2 % nitrogen application AHA showed the best performance in cotton growth, physiology and yield, which was the best choice for high stability nitrogen application of drip irrigation cotton. The results will provide data support and theoretical reference for efficient management of drip irrigation cotton nitrogen fertilizer in Xinjiang.

Keywords:"cotton; urease inhibitor; physiological growth; yield; quality

基金项目:兵团重大科技项目(2021AA003-1);国家“十四五”重点研发计划课题(2022YFD1900405);石河子大学高层次人才科研启动项目(2022CK009);国家“十四五”重点研发计划专题(2021YFD1900802-2);石河子大学科技特派员团队服务项目(KJTP202310)

作者简介:张泽华(1996-),男, 辽宁人,硕士研究生,从事干旱区水肥调控方向研究。(E-mail)luckyzzh2022@163.com

通信作者:王振华(1979-),男,河南人,教授,博士生导师,主要从事干旱区节水灌溉理论与技术研究。(E-mail)wzh2002027@163.com

Fund project: Corps major scientific and technological projects(2021AA003-1);National 14th Five-Year key research and development plan project(2022YFD1900405);Shihezi University high-level talent research start-up project(2022CK009);

National 14th Five-Year key R amp; D plan project(2021YFD1900802-2); Shihezi University Science and Technology Commissioner Team Service Project(KJTP202310)

Author abstract: ZHANG Zehua(1996-), male, Liaoning, Postgraduate, Research on the direction of water and fertilizer regulation in arid areas,"(E-mail)"luckyzzh2022@163.com

Corresponding author: WANG Zhenhua(1979-), male, Henan, Professor, Ph.D., Mainly engaged in arid area water-saving irrigation theory and technology research,"(E-mail)"wzh2002027@163.com

标签:  棉花 

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