新疆滴灌机采棉生长及产量的最佳水氮组合

潘 洋,付秋萍,海 英,祁 通,洪 明,马英杰,潘俊杰

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院/新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室,乌鲁木齐 830052;2. 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】新疆棉花单产和总产位居全国首位[1]。新疆主要棉花产区地势平坦,机械化程度高[2]。2021年全疆棉花播种面积250.62×104hm2(3 759.26万亩)[3]。近年来新疆机采棉产业发展迅速,北疆棉花主产区机械采收率已经达到90%以上[4]。机采棉极大程度上节省了人工、提高了棉花生产效率,降低了生产成本[5]。因此,研究膜下滴灌机采棉最佳水氮组合对机采棉提质增效有现实意义。【前人研究进展】膜下滴灌棉花主要通过调控水分和氮素来提高产量[6-10]。通过水肥耦合可以在产量降低不多的条件下,显著提高水肥的综合效益,对于棉花水肥管理有重要意义[11-12]。张燕等[13]研究指出水肥对产量存在明显的交互作用,在灌水量为370 mm、施氮量为250 kg/hm2时,在获得最大产量94%的籽棉产量的同时可以节省15%的灌水量及16.7%的施肥量。罗新宁等[14]研究了棉花生物量积累与氮肥的使用量之间的关系,氮素的使用能够增加生物积累量,但是过多施氮量使植株同化物向营养生长转移过多,生殖生长受限以至于其快速生长推迟;过少的施氮量植株生长受限,难以达到高产[15]。水分严重亏缺情况下,作物的蒸腾作用降低,光合作用受限,叶片萎蔫,群体发育不良,产量降低;灌水量过多,根系呼吸作用受限,影响养分吸收,微生物滋生[16]。优化灌溉施肥制度,从而改善棉花植株生长,充分利用光热资源,是棉花获得高产和提高水氮利用效率最有效途径[17-18]。【本研究切入点】满足机械采收要求,棉花种植模式的改变、生育后期落叶与催熟,在棉花的种植管理尤其是水肥管理上与传统种植模式存在较大的差异。因此,需研究与机采棉相适宜的水肥运筹,避免棉花生长过程中出现植株徒长、贪青、产量和品质下降,提高机采棉生产过程中的水肥利用效率。【拟解决的关键问题】研究膜下滴灌不同水氮处理对机采棉生长及产量的影响,提出机采棉种植模式下机采棉最佳水肥管理策略,为新疆精准农业的发展提供一定的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2017年在新疆昌吉回族自治州呼图壁县大丰镇现代化灌溉示范地进行,试验地位于天山中段北麓(E 86.63°,N 44.18°),属于中温带大陆半荒漠干旱性气候,多年平均降雨量为167 mm,多年平均气温为5～6℃,日照实数为2 750～3 090 h。试验地土壤类型为沙壤土,土壤容重1.54 g/cm3,地下水埋深15 m。土壤有机质9.56 g/kg,全氮3.10 g/kg,碱解氮35.42 mg/kg,速效磷14.54 mg/kg,速效钾126.99 mg/kg,土壤体积田间持水率为35.64%。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用1膜3管6行的机采棉种植模式,作物行距(66+10) cm,1膜6行,宽窄行(66 cm+10 cm+66 cm)种植,株距10 cm,滴灌带分别布置在距第1行棉花垂直距离20、96和142 cm的位置。滴灌带管径16 mm,滴头流量1.8 L/h,滴头间距30 cm。

试验采用二因素完全随机区组设计,设置3个灌水水平,分别为低W1(3 000 m3/hm2)、中W2(3 525 m3/hm2)和高W3(4 200 m3/hm2);4个施氮水平分别为:对照N0(0 kg/hm2)、低N1(168 kg/hm2)、中N2(240 kg/hm2)、高N3(312 kg/hm2)。共12个处理,每个处理3次重复,计36小区。每个小区3个膜宽,即包含18行棉花、9条滴灌带,长度10 m。根据棉花生育期特点灌水8次,由水表控制灌水量,灌水及施肥日期为6月23日、7月1日、7月9日、7月22日、7月29日、8月7日、8月16日。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 株 高

试验初期选择各处理平均水平的代表性植株10株,用标签牌做标记,测定棉株株高,每隔10 d观测一次,一直到花铃期机采棉株高不再生长为止。株高为第1片子叶到机采棉主茎顶部生长点的高度,用卷尺进行测量。

1.2.2.2 茎 粗

选择机采棉主茎距地10 cm处的茎粗,用电子游标卡尺测量,观测时间与株高观测相同。

1.2.2.3SPAD值

用手持式SPAD-502型叶绿素仪对机采棉叶片叶绿素相对含量SPAD值进行测定(每个小区重复3次)。测量时间与株高、茎粗一致,测倒四叶,避开叶脉。

1.2.2.4 叶面积指数

在各实验小区取代表性植株3棵,取其叶片,采用打孔法进行测定。

叶面积指数=单株叶面积×单位土地面积株数/单位土地面积。

1.2.2.5 产量和单株成铃数

采用样田法,在吐絮期选取长3 m宽2.4 m的小区进行测产(每个小区重复3次),取其均值,折算成产量,以代表该处理总产量。同时统计各小区株数和单株结铃数。

1.2.2.6 耗水量及水分利用效率(Water use efficiency, WUE)

棉花耗水量:

ET=P+I-R-Dp-ΔW.

式中,ET为耗水量(mm);P为降雨量(mm);I为灌水量(mm);R为地表径流(mm);DP为深层渗漏(mm);ΔW为全生育期始末土壤储水量的变化值(mm)。因试验地地下水位较深,且地势平坦降雨量少,故R和DP忽略不计。

水分利用效率:

WUE=Y/ET.

式中,Y为籽棉产量(kg/hm2);ET为全生育期土壤耗水量(m3/hm2)。

1.2.2.7 氮肥偏生产力(Partial factor productivity of nitrogen fertilizer, PFPN)

氮肥偏生产力(kg/kg):

PFPN=Y/FT.

式中,FT为氮肥的施入总量(kg/hm2)。

1.3 数据处理

使用Microsoft Excel 2019对数据处理与计算;应用SPSS 26.0统计软件进行双因素方差分析和DUNCAN新复极差法进行不同处理差异显著性分析;Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 不同水氮处理对机采棉生长特性的影响

研究表明,蕾期灌溉对机采棉株高影响极显著(P<0.01),施氮对机采棉株高影响不显著(P>0.05),水氮耦合也对机采棉株高影响不显著(P>0.05);在初花期和初铃期灌溉和施氮均对机采棉株高有极显著影响,但水氮耦合对机采棉株高影响不显著(P>0.05);在盛花期和盛铃期,灌溉和施氮对机采棉株高均有极显著影响(P<0.01),且水氮耦合对机采棉的株高影响均达到显著水平(P<0.05)。表1

表1 不同水氮处理对机采棉株高的显著性水平

蕾期,高、中、低灌水水平下,N0、N1、N2、N3施氮处理间株高差异不显著。在初花期,低灌溉水平下(W1),N3施氮处理株高显著高于N2处理,且显著高于N0、N1处理;中灌水水平下(W2),N0、N1处理间株高差异不显著,N2、N3处理间株高差异不显著,但N2、N3处理与N0、N1处理间株高差异均显著;高灌水水平下(W3),N0、N1、N2处理间差异不显著,但N3处理株高显著高于其它处理。在盛花期,在低、中、高灌水水平下N0、N1施氮处理株高差异不显著;低灌水和高灌水水平下,N2、N3处理株高差异显著,且均显著高于N0、N1处理;中灌水水平下,N2N3处理株高差异不显著,但显著高于N0、N1处理。初铃期和盛铃期,低灌水水平下,N0、N1处理株高差异显著,N3、N4处理株高差异不显著,且都显著高于N0、N1处理;中灌水水平下,N0、N1处理株高差异不显著,N3、N4处理株高差异不显著,且都显著高于N0、N1处理;在高灌水水平下,N0、N1处理株高差异不显著,N3、N4处理株高差异显著,且都显著高于N0、N1处理。图1

在相同施氮水平下,随着灌水量的增加株高呈逐渐增大的趋势;在相同灌水量下,随着施氮量的增加株高呈逐渐增大的趋势,但是当施氮量增加到一定水平后,对株高的促进作用会减弱。

在整个生育期灌水对机采棉叶面积指数的影响均极显著(P<0.01),蕾期-初铃期和吐絮期施氮对机采棉叶面积指数影响极显著(P<0.01),在盛铃期施氮对机采棉叶面积指数影响显著(P<0.05)。在整个生育期水氮耦合对机采棉叶面积指数影响不显著(P>0.05)。表2

表 2 不同水氮处理对机采棉叶面积指数显著性水平

蕾期和盛花期,低灌水水平下,N0、N1处理叶面积指数差异不显著,N2、N3处理叶面积指数差异不显著,但显著大于N0处理;中、高灌水水平下,N1、N2、N3处理叶面积指数差异不显著,但都显著大于N0处理。初铃期,低、中、高灌水水平下,N2处理叶面积指数显著大于N0处理,其它施氮处理间差异不显著。盛铃期和吐絮期,低、中灌水水平下各施氮处理间叶面积指数差异不显著;高灌水水平下N2处理叶面积指数显著大于N0处理,其它施氮处理间叶面积指数均无显著差异。

相同施氮处理下,随着灌水量的增加叶面积指数呈逐渐增大的趋势,且各个灌水处理间叶面积指数差异显著,增加灌水量会使机采棉的叶面积指数增大。在相同灌水处理下,在低、中灌水水平下,随着施氮量的增加叶面积指数呈逐渐增加的趋势,但当施氮量增加到一定水平后叶面积指数反而呈减小的趋势,施氮量达到一定水平后继续增加施氮量会抑制机采棉叶面积指数的增大,且施氮对叶面积指数的促进作用小于灌水处理对叶面积指数的促进作用。图2

图 1 不同水氮处理下机采棉株高变化

图 2 不同水氮处理下机采棉叶面积指数变化

蕾期灌水对机采棉茎粗的影响不显著(P>0.05),在其它4个生育期灌水对机采棉茎粗的影响均达到极显著水平(P<0.01);施氮对机采棉茎粗的影响在整个生育期均达到极显著水平(P<0.01);水氮耦合在蕾期和盛花期对机采棉茎粗的影响显著(P<0.05),在初花期灌水施氮的交互作用对机采棉茎粗的影响不显著(P>0.05),在盛铃期和花铃后期水氮耦合作用对机采棉茎粗的影响显著(P<0.05)。表3

表 3 不同水氮处理对机采棉茎粗的显著性水平

低灌水水平下(W1),N1、N2、N3施氮处理间茎粗差异不显著,但N2、N3施氮处理茎粗都显著大于N0处理;中、高灌水水平下(W2、W3),N0、N1、N3施氮处理间茎粗差异不显著,但N2施氮处理的茎粗显著大于其它三个施氮处理。在低灌水水平下(W1),N1、N2、N3施氮处理间机采棉茎粗差异不显著,但都显著大于N0处理;中、高灌水水平下(W2、W3),N0、N1、N3施氮处理间茎粗差异不显著,但N2施氮处理的茎粗显著大于其它3个施氮处理。低灌水水平下,N0、N1施氮处理间茎粗差异不显著,N1、N2、N3施氮处理间茎粗差异不显著,但N2、N3施氮处理茎粗显著大于N0处理;中、高灌水水平下(W2、W3),N0、N1、N3施氮处理间茎粗差异不显著,但N2施氮处理茎粗显著大于其它3个处理。图3

图 3 不同水氮处理下机采棉茎粗变化

在相同施氮处理下,机采棉的茎粗随着灌水量的增加而增加,但当施氮量达到一定水平后随着灌水量的增加机采棉茎粗呈逐渐减小的趋势,在高氮水平下会抑制机采棉茎粗的增加。相同灌水水平下,在低灌水处理(W1)下,茎粗随着施氮量的增加呈逐渐增加的趋势;但在中、高灌水处理下(W2、W3),机采棉茎粗随着施氮量的增加先增加后减小,且N3处理茎粗显著小于N2处理。在低灌水水平下,增加施氮量对茎粗增加有促进作用;在中、高灌水水平下,当施氮量增加到一定程度后反而会对茎粗的增加出现抑制作用。

2.2 不同水氮处理对机采棉叶片SPAD值影响

研究表明,3个灌水水平下除了不施氮处理以外其它处理的SPAD值均呈先下降后上升的趋势,7月4日之后,各处理机采棉叶片的SPAD值随着生育期的推进而增加。在低灌水水平下,相比W1N0处理,棉花叶片的SPAD值随着施氮量的增加而增加,且N3施氮处理的SPAD值最大值显著大于其它施氮处理。在中灌水水平下,施氮量对各处理机采棉叶片的SPAD值的影响不大,但不施氮处理在8月4日以后呈逐渐下降的趋势,且N3施氮处理的SPAD值最大值显著大于其它施氮处理。在高灌水水平下,在8月4日以后不施氮处理和高施氮处理(N0、N3)的SPAD值逐渐下降,W3N2处理的SPAD值最大值明显高于其他处理。图4

图4 不同水氮处理下机采棉叶片SPAD值变化

低、中灌水水平下高施氮量可以促进叶片叶绿素含量的增加,从而增强光能转化作用。但在高灌水水平下,中施氮(N2)处理SPAD值最大值达到最大,机采棉叶片转化光能能力最强。

2.3 不同水氮水平对机采棉产量的影响

研究表明,影响机采棉产量的主要因素有单铃重和单株有效成铃数,其中单株有效成铃数对产量影响最大,单铃重次之。灌水和施氮对机采棉籽棉产量的影响均显著(P<0.05),灌水和施氮的交互作用对籽棉产量的影响不显著(P>0.05)。施氮对机采棉单株有效成铃数的影响极显著,灌水及水氮交互作用对机采棉的单株有效成铃数和衣分的影响均不显著(P>0.05);灌水对机采棉单铃重影响不显著(P>0.05),施氮对单铃重的影响显著(P<0.05),灌水和施氮的交互作用对单铃重的影响不显著(P>0.05)。表4

表 4 不同水氮水平处理下机采棉产量变化

低灌水水平下,机采棉的籽棉产量施氮量的先增加后减小,不施氮处理的籽棉产量明显低于施氮处理,低施氮和高施氮处理间籽棉产量差异不显著,但中施氮处理的籽棉产量显著大于高施氮处理,相比于不施氮处理处理籽棉产量增加了211.2、365.4、90.45 kg/hm2;中灌水水平下,不施氮处理与高施氮处理间的籽棉产量差异不显著,中施氮处理的籽棉产量显著大于不施氮、高施氮处理,与低施氮处理间的差异不显著,相比于不施氮处理处理籽棉产量增加了283.95、442.8和214.65 kg/hm2;高灌水水平下,中施氮处理的籽棉产量显著大于其它3个处理,但其它3个处理间差异不显著,相比于不施氮处理籽棉产量增加了3.3、374.1和-57 kg/hm2。

低灌水水平下单株有效成铃数随着施氮量的增加而增加,与W1N0相比W1N1、W1N2和W1N3处理的单株有效成铃数分别增加了0.18、0.5和0.5个,不施氮处理的单株有效成铃数显著低于施氮处理,且各施氮处理间单株有效成铃数差异;中灌水水平下,机采棉的单株有效成铃数随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势,中施氮处理的单株有效成铃数显著大于其它3个处理,但其它3个处理间差异不显著;高灌水水平下,单株有效成铃数随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势,不施氮及低中施氮处理间的差异不显著,但是高施氮处理下的单株有效成铃数显著小于其它3个处理,每株分别减少了0.7、1.26、1.39个。

低灌水水平下,机采棉的单铃重随着施氮量的先增加后减小,与不施氮处理相比单铃重分别增加了0.12、0.51和0.34 g,且中施氮处理的单铃重显著大于不施氮及低氮处理,但与高施氮处理间差异不显著;中灌水水平下,不施氮处理的单铃重明显小于其它3个施氮处理,与不施氮处理相比单铃重分别增加了0.06、0.52和0.27 g,中施氮(N2)处理的单铃重显著大于不施氮及低施氮处理,与高施氮处理相比差异不显著;高灌水水平下,机采棉的单铃重随着施氮量的先增加后减小,中施氮(N2)处理的单铃重显著大于不施氮及低施氮处理,分别增加了0.48、0.4g。表4

2.4 不同水氮水平对机采棉水氮利用效率影响

研究表明,灌水对水分利用效率影响极显著(P<0.01),施氮对耗水量的影响不显著(P>0.05),灌水及施氮的交互作用对耗水量的影响不显著(P>0.05);灌水及施氮对水分利用效率的影响均极显著(P<0.01),但水氮耦合对水分利用效率的影响不显著(P>0.05);灌水对耗水量影响极显著(P<0.01),但施氮及水肥交互作用对耗水量的影响不显著(P>0.05)。

机采棉的耗水量随着灌水量的增加而明显增加;在灌水量相同时,不施氮处理的耗水量明显低于施氮处理的耗水量,但不同施氮处理间的差异不显著;施氮量相同时,不同灌水处理的耗水量间的耗水量差异显著,且随着灌水量的增加耗水量也显著增加。与低灌水处理相比,中、高灌水处理的耗水量分别增加了56.62、56.97 mm,分别增加了12.26%、12.34%。

在3种灌水水平下,水分利用效率均随着施氮量的增加先增加后减小,在N2施氮处理下达到最大值。在低灌水水平下,N2、N3施氮处理的水分利用效率显著大于N0、N3处理但N2、N3处理间差异不显著,与W1N0处理相比,W1N1、W1N2和W1N3处理的水分利用效率提高了0.04、0.07和0.01,说明在低灌水水平下,适当的增加氮肥促进机采棉的水分利用效率提升;在中灌水水平下,与W2N0处理相比,W2N1、W2N2和W2N3处理的水分利用效率提高了0.05、0.08和0.04,N2施氮处理的水分利用效率显著大于其它处理,在中灌水水平下,水分利用效率随着施氮量的增加,但当施氮量达到一定水平后水分利用效率反而会减小。在高灌水水平下,N2施氮处理的水分利用效率显著大于其它处理。与N0处理相比N3处理的水分利用效率出现负增长,在高灌水水平下,过量的适用氮肥会降低机采棉的水分利用效率。

不同灌水水平下,随着施氮量的增加氮肥偏生产力逐渐减小。相同施氮水平下,随着灌水量的增加氮肥偏生产力呈先增加后减小的趋势。与W1处理相比,W2、W3处理的氮肥偏生产力分别增加了1.24、0.09,分别增长了4.7%、0.34%。在中灌水水平下平均氮肥偏生产力最高,低施氮下的氮肥偏生产力最大。

耗水量随灌水量的增加显著增加,不同施氮处理间耗水量差异不显著;在3种灌水水平下,水分利用效率都在N2处理下的达到最大且在低水水平下平均水分利用效率最大,在低灌水水平下施氮作用对水分利用效率的促进作用较大;在3种灌水水平下,随着施氮量的增加氮肥偏生产力逐渐减小,3种灌水处理下的平均氮肥偏生产力在W2灌水水平下达到最大,中灌水水平时对氮肥吸收的促进作用较强。表5

表 5 不同水氮处理下机采棉水、氮利用效率变化

2.5 水氮耦合效应对籽棉产量、水分利用效率和氮肥偏生产力的影响

以灌水量和施氮量为自变量,籽棉产量、水分利用效率、氮肥偏生产力为因变量,分别建立二元二次回归方程。籽棉产量、水分利用效率、氮肥偏生产力难以同时达到最大值,当灌水量为3 604.86 m3/hm2,施氮量为234.84 kg/hm2,籽棉产量可达到最大6 310.24 kg/hm2;当灌水量为3 500 m3/hm2,施氮量为233.60 kg/hm2,水分利用效率可达到最大为1.22;当灌水量为3 594 m3/hm2,施氮量为240 kg/hm2,氮肥偏生产力可达到最大为26.28。设定80%ηmax与90%ηmax两个优化梯度,寻找3项指标的重叠区域。可得到各优化目标达到最大值的80%、90%以上时所对应的灌水与施氮区间。表6,图5

图 5 水氮互作与各优化指标间的关系

表 6 籽棉产量、水分利用效率、氮肥偏生产力与水氮处理的非线性回归方程及其达到最高值对应的水氮组合

当灌水量为3 050～4 050 m3/hm2时,施氮量为225～312 kg/hm2时,此时可使籽棉产量、水分利用效率、氮肥偏生产力同时达到最大值的80%以上;当灌水量为3 600～4 200m3/hm2时,施氮量为160～312 kg/hm2时,此时可使籽棉产量、水分利用效率、氮肥偏生产力同时达到最大值的90%以上,此时为试验研究区的最佳灌水量及施氮量区间。表6,表7

表 7 水氮投入区间寻优方案

3 讨 论

3.1株高是衡量作物生长发育情况的重要指标之一[19],干旱地区灌溉农业的最终目的是满足作物的生长需水和所需养分,实现作物的高产[20]。水分和养分因子是影响作物形态发育及产量的重要环境因素[21-23]。株高、茎粗、叶面积指数是反映田间作物长势的重要指标,膜下滴灌技术作为局部灌水技术,灌水量和施氮量会影响作物生长,从而影响作物产量[24-25]。研究表明合理的水肥调控措施可以调节植株株高、减轻并延缓叶片衰老获得适宜的叶面积指数,从而增加作物产量[26]。株高是机采棉的先决条件之一,机采棉模式下棉花的适宜株高为75～80 cm[11]。试验中灌水量为3 525 m3/hm2,施氮量为240 kg/hm2时,机采棉获得的株高为71 cm左右、茎粗为10.94 cm左右和叶面积指数为5.72左右。在人工打顶之前,水和氮肥对株高的增长有较大的影响,可以通过适当的调整水和氮肥的使用量来配合缩节胺等对棉花株高生长进行控制[27-28]。张寄阳等[29]对筒栽棉花茎粗进行研究发现茎粗的日增长量随着水分亏缺程度的增加而减少。但试验结果表明,灌水量的增加会促进棉花茎粗的增加,但是过量的水会导致棉株旺长,从而导致棉花茎粗减少。王娟等[30]研究发现棉花叶片的叶绿素含量与SPAD值呈线性相关,且通过SPAD值能够较好的预测棉花的氮素营养状况。汪铃等[31]研究发现棉花叶片SPAD值在蕾期较小并逐渐增长,在花铃期升至最大值,在盛铃期开始下降;且在低灌水水平下,棉花的SPAD值随着施氮量的增加而增加,在中灌水水平和高灌水平下,氮素对SPAD值的影响不大;与试验结果一致[32]。冯国艺等[33]研究发现棉花的叶面积指数生长呈现先增大后减小的趋势。王娇等[34]对不同施氮水平的棉花叶面积指数研究发现,棉花的施氮量的增加能够促进棉花的叶面积指数的增加。而试验结果表明,在低灌水水平和高灌水水平时,棉花的叶面积指数随着施氮量的增加而增加;而在中灌水水平时,施氮量对棉花叶面积指数的不明显,由于中等水平下棉花的株高的变化量不大造成的。

3.2提高农作物的水氮利用效率和产量,有利于农业、园艺、林业等领域的资源利用[35]。相关研究表明水氮存在明显的互作效应,水氮互作不仅可以促进棉花的生殖生长,调节棉花的营养生长、合理分配到棉株的各个器官,还可以发挥个体优势,增加单株成铃数与单铃重,实现增产[36]。试验结果表明低灌水水平下,氮肥可通过增加单株有效铃数和单铃重提高籽棉产量;中灌水水平下,氮肥主要通过增加机采棉的有效铃数来增加产量;在高灌水水平下,过量施肥将导致棉花减产,当灌水量为3 525 m3/hm2、施氮量为240 kg/hm2时,单株成铃数及单铃重均达到最大,不同水氮处理会影响机采棉的产量构成因素,从而决定机采棉的最终产量。

3.3灌溉量和施氮量在一定范围内时,增加灌溉量可以促进氮肥利用率,但是过量的灌溉会将植物根部的养分淋洗,进而降低氮肥利用率,水分利用效率也比较低,与此同时还会造成作物的减产[37-38]。在试验中,灌水及施肥及二者的交互作用对机采棉籽棉产量及水氮利用效率的影响显著,耗水量随着灌水量的增加逐渐增加,水分利用效率随着灌水量的增加逐渐减小。随着灌水量的逐渐增大,氮肥偏生产力先增大后减小,过量灌溉会降低氮素的利用效率。与杨黎等[39]和Wang H等[40]的研究结果相一致,水分利用率与灌水量呈现出明显的负相关关系,且随着施氮量的提高,作物的产量和氮素利用率变化趋势为先增加后降低。但上述许多研究所得最佳水氮组合无法满足各优化目标同时达到最大值,研究采用籽棉产量、水分利用效率、氮肥偏生产力3个评价指标,当灌水量为3 600～4 200 m3/hm2时,施氮量为160～312 kg/hm2时,此时可使籽棉产量、水分利用效率、氮肥偏生产力同时达到最大值的90%以上,此时为试验研究区的最佳灌水量及施氮量区间。但研究只为一年试验结果,还需在后续研究进一步验证,进而获得最佳的灌水与施氮策略。

4 结 论

4.1随着灌水量和施氮量的增加,机采棉株高呈逐渐增长的趋势;机采棉叶面积指数随着灌水量和施氮量的增加逐渐增加,但增加到一定水平后再继续增加施氮量会显著减小机采棉的叶面积指数;机采棉茎粗随灌水量的增加逐渐增加,随着施氮量的增加先增加后减小。

4.2适当的灌水量及施氮量有利于机采棉单株铃数、单铃重的增加。适宜的灌水量或者施氮量可以促进机采棉衣分的增加。低灌水水平下,增加施氮量可以显著增加籽棉产量;但较高灌水水平下,增加施氮量会降低籽棉产量。当灌水量为3 525 m3/hm2、施氮量为240 kg/hm2时,单株铃数、单铃重达到最大。

4.3灌水量及施氮量对机采棉的生长、水分利用效率、氮肥偏生产力及产量具有显著的交互作用。当灌水量为3 525 m3/hm2时可满足机采棉整个生育期的水分需求,施氮240 kg/hm2时单株结铃数及单铃重也优于其他施氮处理,综合考虑产量和水、氮利用率3个评价指标及机采棉的适应性状,灌水量为3 600～4 200 m3/hm2、施氮量为160～312 kg/hm2处理为试验研究区机采棉最适宜的水氮组合区间。