马宗斌， 严根土， 刘桂珍， 黄 群， 李伶俐， 朱 伟

(1 河南农业大学农学院，河南郑州 450002； 2中国农业科学院棉花研究所，棉花生物学国家重点实验室，河南安阳 455000； 3 河南省种子管理站，河南郑州 450046)

氮肥分施比例对黄河滩地棉花叶片生理特性、干物质积累及产量的影响

马宗斌1， 严根土2*， 刘桂珍3， 黄 群2， 李伶俐1， 朱 伟1

(1 河南农业大学农学院，河南郑州 450002； 2中国农业科学院棉花研究所，棉花生物学国家重点实验室，河南安阳 455000； 3 河南省种子管理站，河南郑州 450046)

黄河滩地肥力较低，土质偏沙。为探讨黄河滩地棉花适宜的施氮方式，以转双价(BtCry1A+CpTI)基因抗虫杂交棉新品种中棉所72为试验材料，研究了4个氮肥不同分施比例[基肥 ∶花铃肥 ∶盖顶肥分别为0 ∶0.4 ∶0.6(T1)，0.2 ∶0.4 ∶0.4(T2)，0.4 ∶0.4 ∶0.2(T3)，0.6 ∶0.4 ∶0(T4)]对棉花叶片生理特性、干物质积累及产量的影响。结果表明，随着氮肥的前移，在叶片展开期，其氮代谢产物(游离氨基酸、可溶性蛋白和全氮)的含量呈增加趋势；在叶片功能期，氮代谢产物含量呈先上升再下降的趋势，氮肥分施比例为0.4 ∶0.4 ∶0.2的处理其含量最高；至衰老期和脱落期，氮代谢产物随着氮肥的前移呈下降趋势。在不同生育阶段，其叶片叶绿素含量以及谷氨酰胺合成酶(GS)、超氧化物歧化酶(SOD)活性与氮代谢产物含量的趋势相同，而叶片丙二酫(MDA)含量则表现相反。氮肥分施比例为0.4 ∶0.4 ∶0.2(T3)时，棉花生育中后期干物质积累量较大，且分配到生殖器官的比例较高；氮肥前移或后移则表现出相反的趋势。在本试验条件下，氮肥分施比例为0.4 ∶0.4 ∶0.2(T3)的处理子棉产量最高，分别比T1，T2和T4处理增加11.24%，4.15%和5.47%，且差异达显著水平。因此建议在黄河滩区肥力中等偏下、土质偏沙的地块，棉花施用基肥、花铃肥和盖顶肥的比例为0.4 ∶0.4 ∶0.2。

氮肥分施比例； 棉花； 叶片生理特性； 干物质积累； 产量

氮素是作物生长所必需的营养元素之一, 当前世界各产棉国在棉花施肥方面仍以氮肥为主[1-3]。在棉花生产中，合理运筹氮肥一方面可以提高产量、改善品质，同时，提高氮素利用率, 减少因过量施氮所造成的环境污染[4-5]。目前，有关棉花施氮量的研究较多[6-11]，表明不同生态和土壤条件下适宜的施氮量差异较大，但对棉花适宜的氮肥分施比例研究较少。马宗斌等[12]在黄河流域采用盆栽试验研究了氮肥基追比对抗虫杂交棉叶片衰老和产量的影响，Yang等[5]在长江流域棉区研究了棉花生长、产量和生物量对施氮比例的响应，汪玲等[13]在新疆棉区研究了氮肥施用策略对膜下滴灌棉花叶片叶绿素含量变化的影响，但各地由于生态等条件差异较大，研究结果也不尽一致。

前人开展施氮方式的研究主要是在一般大田或盆栽条件下进行。近年来，随着我国粮食生产战略的不断提升，传统的棉田越来越多的改种粮食作物，棉花生产布局逐渐向盐碱地和黄河滩区转移。但黄河滩地土壤条件与一般大田有较大差距，土壤肥力较低，且沙性较强，漏水、漏肥现象严重。在黄河滩地上种植棉花如何进行合理的氮肥运筹值得进一步研究。为此，研究了氮肥分施比例对棉花叶片生理特性、干物质积累及产量的影响，以期为在黄河滩地发展棉花生产提供施肥依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2010年在郑州市惠济区黄河滩区进行。试验地为春白地，土质偏沙，肥力较低(表1)。供试品种为转双价(BtCry1A+CpTI)基因抗虫杂交棉新品种中棉所72，由中国农业科学院棉花研究所提供。

试验设4个氮肥分施比例处理，即基肥 ∶花铃肥 ∶盖顶肥分别为 0 ∶0.4 ∶0.6 (T1)； 0.2 ∶0.4 ∶0.4(T2)； 0.4 ∶0.4 ∶0.2(T3)；0.6 ∶0.4 ∶0(T4)。T4为目前黄河滩地植棉主要的施氮方式。随机区组设计，重复3次。每小区为7行，行距1.2 m，行长9.0 m，小区面积为75.6 m2，密度37500 plant/hm2。施氮总量为300 kg/hm2，氮肥用尿素。在整地时，施入氮肥基肥，同时施过磷酸钙 600 kg/hm2、氯化钾 300 kg/hm2，花铃肥和盖顶肥分别在7月1日和7月30日施入。棉花4月20日播种，地膜覆盖，保留叶枝，其它管理按高产棉田进行。

1.2 测定项目与方法

于7月15日选定棉花当天新生的同一节位主茎叶片挂牌标记，在叶龄为10 d、35 d、60 d和叶片脱落期取样，分别代表叶片展开期、功能期、衰老期和脱落期的棉花叶片，用于测定叶片生理活性指标。

表1 供试土壤颗粒组成及养分状况Table 1 The soil particle constituents and nutrients contents in tested soils

叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性的测定参照《植物生理学实验指导》[14]的方法；叶片叶绿素(a+ b)含量采用乙醇提取法测定[14]；游离氨基酸用茚三酮比色法[14]；可溶性蛋白用考马斯亮蓝法[14]；全氮用凯氏定氮法[15]测定。

叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮蓝四唑(NBT)法[16]测定，以反应抑制氮蓝四唑光氧化还原50%的酶量为一个酶活力单位，以U/mg，FW表示；丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸比色法[16]测定,以 μmol/g，FW 表示。

叶面积指数(LAI)按叶面积= 叶长×叶宽× 0.75 计算。棉株营养器官和生殖器官的干物质重量采用烘干法测定。

每小区选定中间2行，调查成铃数。收获10株絮铃，测定铃重和衣分，测定棉花产量。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS 16.0进行方差分析，所有数据均为3次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1氮肥分施比例对棉花叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影响

GS是生物氮代谢的关键酶, 它的活性高低直接影响植物对氮素的同化与再循环能力。从图1可以看出，棉花叶片GS活性在功能期升至最高，随后下降，至脱落期降至最低。氮肥分施比例对叶片GS活性有一定的影响。在展开期，叶片的GS活性随着氮肥的前移而上升；在功能期，GS活性随着氮肥的前移先上升后下降，T3处理最大；而至衰老期和脱落期，GS活性随着氮肥的前移而下降。方差分析表明，在展开期，T4处理的叶片GS活性显著高于其余3个处理；在功能期，T3处理叶片中GS的活性高于T1和T2处理；至衰老期和脱落期，T1处理叶片的GS活性显著高于T4处理。

2.2 氮肥分施比例对棉花氮代谢产物的影响

2.2.1 氮肥分施比例对棉花叶片游离氨基酸含量的影响 图2表明，棉花叶片游离氨基酸含量在功能期升至最高，随后下降，至脱落期降至最低。在展开期，叶片的游离氨基酸含量随着氮肥的前移而上升；在功能期，游离氨基酸含量随着氮肥的前移先上升后下降，T3处理最大；而至衰老期和脱落期，游离氨基酸含量随着氮肥的前移而下降(脱落期T4处理除外)。方差分析表明，在展开期， T4处理的叶片游离氨基酸含量与T1和T2处理差异显著；在功能期，T2和T3处理的叶片中游离氨基酸含量与T1和T4差异达到极显著水平；至衰老期和脱落期，T1处理叶片中游离氨基酸含量显著高于T3和T4处理。

2.2.2 氮肥分施比例对棉花叶片可溶性蛋白含量的影响 由图3可以看出，棉花叶片可溶性蛋白含量在功能期升至最高，随后下降，至脱落期降至最低。在展开期，叶片的可溶性蛋白含量随着氮肥的前移而上升；在功能期，可溶性蛋白含量随着氮肥的前移先上升后下降，T3处理最大；而至衰老期和脱落期，可溶性蛋白含量随着氮肥的前移而下降。方差分析表明，在叶片展开期， T4处理的叶片可溶性蛋白含量与其余3个处理差异显著；在功能期，T3处理的叶片中可溶性蛋白含量显著高于T1和T4处理；至衰老期和脱落期， T1和T2处理叶片中可溶性蛋白含量显著高于T3和T4处理。

图1 氮肥分施比例对棉花叶片GS活性的影响Fig.1 Effects of nitrogen split application ratio on the activities of GS in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0；同一生育时期图示标注的小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1，T2，T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0，respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

图2 氮肥分施比例对棉花叶片游离氨基酸含量的影响Fig.2 Effects of nitrogen split application ratio on the content of free amino acids in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0；同一生育时期图示标注的小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

2.2.3 氮肥分施比例对棉花叶片全氮含量的影响 由图4可以看出，棉花叶片全氮含量在展开期和功能期较高，随后下降，至脱落期降至最低。氮肥分施比例对叶片全氮含量影响较小。在展开期，叶片全氮含量随着氮肥的前移小幅上升；在功能期，全氮含量随着氮肥的前移先小幅上升，T3处理最大，T4处理有所下降；而至衰老期和脱落期，全氮含量随着氮肥的前移而略有下降。方差分析结果表明，在叶片展开期， T4处理的叶片全氮含量与T1处理差异显著；在功能期， T3处理的叶片全氮含量显著高于T1处理；至衰老期，T1和T2处理显著高于T3和T4处理；在脱落期，T1处理叶片全氮显著高于T4处理。

2.3氮肥分施比例对棉花叶面积指数(LAI)和叶片叶绿素含量的影响

2.3.1 氮肥分施比例对棉花LAI的影响 由表2可以看出，不同生育时期，棉花的LAI在8月15日达到最大，随后下降。在6月15日和7月15日，LAI随着氮肥前移而增加；8月15日，LAI先随着氮肥前移而增加，T3处理最大，T4处理有所降低；至9月15日，LAI随着氮肥前移而降低。方差分析表明，在7月15日，T4处理的LAI显著高于其余3个处理， T3处理的LAI显著高于T1处理；到8月15日，T3和T4处理的LAI显著高于T1和T2处理； 9月15日，T4处理的LAI又显著低于其余3个处理。

2.3.2 氮肥分施比例对棉花叶片叶绿素含量的影响

图5显示，棉花叶片叶绿素含量总体表现为从展开期开始缓慢上升，至功能期达到最大，随后下降。在展开期，叶片叶绿素含量随着氮肥前移呈增加的趋势；至衰老期和脱落期则表现相反。例如，在脱落期，T1处理的叶绿素含量比T2、T3和T4处理分别增加10.53%、35.48%和42.37%。说明氮肥后移，可以提高衰老期和脱落期的叶绿素含量，延缓衰老。方差分析表明，在展开期，T4处理与T1处理的叶绿素含量差异达到显著水平；在功能期，T3处理比T4的叶绿素含量显著增加；至衰老期，T1处理的叶绿素含量显著高于T3和T4处理；在脱落期，T1和T2处理显著高于T3和T4处理。

图3 氮肥分施比例对棉花叶片可溶性蛋白含量的影响Fig.3 Effects of nitrogen split application ratio on the content of soluble protein in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0；同一生育时期图示标注的小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

图4 氮肥分施比例对棉花叶片全氮含量的影响Fig.4 Effects of nitrogen split application ratio on the content of total N in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一生育时期图示标注的小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

处理Treatment测定日期Dateofmeasurement15-June15-July15-August15-SeptemberT1022±004aA126±003cC308±020cB274±020aAT2025±002aA134±002bcBC319±016bAB265±018aAT3027±003aA141±003bAB343±020aA261±017aAT4030±002aA153±004aA332±015aA238±016bB

注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一列数据后不同的小、大写字母表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters in the same column indicate significant at the 5% and 1% levels, respectively．

图5 氮肥分施比例对棉花叶片叶绿素(a+b)含量的影响Fig.5 Effects of nitrogen split application ratio on the content of chlorophyll(a+b)in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一生育时期图示标注的小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

2.4 氮肥分施比例对棉花叶片衰老特性的影响

2.4.1 氮肥分施比例对棉花叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响 由图6可见，棉花叶片SOD活性在展开期和功能期较强，随后下降，脱落期降至最低。在展开期，叶片SOD活性随着氮肥前移而增加；至衰老期和脱落期，叶片SOD活性则随着氮肥前移而呈下降的趋势。说明氮肥后移，可提高叶片中后期的SOD活性，延缓衰老。对叶片SOD活性进行的方差分析表明，在展开期，T4处理显著高于T1处理；在功能期，T1和T3处理显著高于T4处理；至衰老期，T1处理显著高于T3和T4处理；在脱落期，T1处理显著高于其余3个处理。

2.4.2 氮肥分施比例对棉花叶片丙二醛 (MDA)含量的影响 从图7可以看出，棉花叶片的MDA含量从展开期开始缓慢下降，至功能期降至最低，随后迅速上升，至脱落期升至最大。在展开期，叶片MDA含量随着氮肥前移而下降；在功能期，氮肥不同分施比例处理间差异较小；至衰老期和脱落期，叶片MDA含量有随着氮肥前移而有上升的趋势。方差分析表明，在展开期，T1处理的 MDA含量显著高于T4处理；在功能期，T2处理的MDA含量显著高于T4处理；在衰老期，T4处理MDA含量显著高于T1和T2处理；至脱落期，T1处理的MDA含量显著低于T2和T4处理。说明在生育中后期施入一定量的氮肥，能够降低膜脂过氧化作用，进而延缓叶片的衰老。

2.5 氮肥分施比例对棉花干物质积累的影响

由表3可以看出，在7月15日，随着氮肥的前移，棉花营养器官和生殖器官的干重逐渐增加。8月15和9月15日的调查结果显示，随着氮肥的前移，棉花营养器官干重则呈下降趋势，而生殖器官干重则呈先上升再下降的趋势，T3处理最大；生殖器官干重占全株干重的比例与生殖器官干重表现出相同的趋势。方差分析表明，7月15日，T3和T4处理营养器官和生殖器官的干重显著高于T1和T2处理(T2处理营养器官干重除外)；8月15日，T1处理的营养器官干重显著高于T3和T4处理，而T3处理的生殖器官的干重显著高于其余3个处理；9月15日，T4处理的营养器官干重显著低于其余3个处理，T2和T3处理生殖器官的干重显著高于T1和T4处理。说明在黄河滩地的生产条件下，氮肥的过分前移或后移均不利于棉花生殖器官的发育，影响棉花产量的形成。

图6 氮肥分施比例对棉花叶片SOD活性的影响Fig.6 Effects of nitrogen split application ratio on the activities of SOD in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一生育时期图示标注的小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels, respectively．]

图7 氮肥分施比例对棉花叶片MDA含量的影响Fig.7 Effects of nitrogen split application ratio on the content of MDA in leaves of cotton [注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0；同一生育时期图示标注的小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1，T2，T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0，respectively. Different small and capital letters at the same growth and development stage indicate significant at the 5% and 1% levels，respectively．]

处理Treatment营养器官(kg/hm2)Vegetativeorgans15-Jul．15-Aug．15-Sep．生殖器官(kg/hm2)Reproductiveorgans15-Jul．15-Aug．15-Sep．生殖器官/全株(%)Reproductiveorgans/totalplant15-Jul．15-Aug．15-Sep．T1122741b457864a491727a19096b138584c200957b134623232901T2127925ab448665ab489457a18944b142726c217828a129024133080T3129855a421789c489556a20688a159461a225483a137427433153T4132063a429836bc451569b21252a151695b195734b138626093024

注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6，0.2 ∶0.4 ∶0.4，0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一列数据后不同的小、大写字母表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0, respectively. Different small and capital letters in the same column indicate significant at the 5% and 1% levels, respectively．

2.6 氮肥分施比例对棉花产量的影响

随着施氮前移，棉花总成铃数和铃重以及籽棉和皮棉产量有先增加再下降趋势(表4)，T3处理达到最高，至T4处理又有所下降。其中，T3处理 比T1处理的总成铃数、铃重和籽棉产量、皮棉产量分别增加7.97%、2.94%和11.24%、12.01%。T3处理 比T2处理的总成铃数、铃重和籽棉、皮棉产量分别增加3.10%、1.02%和4.15%、3.73%。T3处理 比T4处理的总成铃数、铃重和籽棉、皮棉产量分别增加4.92%、0.51%和5.47%、5.65%。方差分析表明，T3处理的总成铃数和籽棉产量显著高于其它3个处理，其铃重显著高于T1处理，皮棉产量显著高于T1和T4处理。因此，氮肥前移或后移均不利于提高产量，基肥 ∶花铃肥 ∶盖顶肥为0.4 ∶0.4 ∶0.2有利于棉花高产。

表4 氮肥分施比例对棉花产量及产量构成因素的影响Table 4 Effects of nitrogen split application ratios on the yield and its components of cotton

注(Note): T1、T2、T3和T4分别表示基肥以及花铃肥和盖顶肥所占的比例为0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2和0.6 ∶0.4 ∶0.0; 同一列数据后不同的小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。T1, T2, T3 and T4 indicate the N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage are 0.0 ∶0.4 ∶0.6, 0.2 ∶0.4 ∶0.4, 0.4 ∶0.4 ∶0.2 and 0.6 ∶0.4 ∶0.0，respectively. Different small and capital letters in the same column indicate significant at the 5% and 1% levels, respectively．

3 讨论

叶片光合产物是产量形成的基础，而叶片光合性能与其生理特性密切相关，氮肥运筹又对棉花叶片生理特性产生重要影响[2,17-18]。目前，有关施氮水平对棉花叶片生理特性的影响报道较多[1-2,19-20]，而氮肥分施比例对棉花叶片生理特性影响的研究较少。马宗斌等[12]采用盆栽方法，研究了氮肥基追比对棉花叶片衰老的影响。结果表明，与基肥和追肥比例为1 ∶1和2 ∶1相比，基追比为1 ∶2的处理棉花生育后期叶片叶绿素和可溶性蛋白质含量以及SOD、POD活性相对较高，而MDA含量较低。汪玲等[13]在南疆棉区采用膜下滴灌研究了追肥对棉花生理特性的影响，结果表明，在蕾期、初花期、盛花期、花铃期和盛铃期多次追肥时，各次施氮量相对均衡的处理叶片SPAD值较高。本研究结果表明，在叶片展开期，叶绿素含量、SOD活性和氮代谢产物(游离氨基酸、可溶性蛋白和全氮)的含量随着氮肥的前移而上升；至衰老期和脱落期，则表现出相反的趋势。而在叶片功能期，氮代谢产物随着氮肥的前移先上升再下降，基肥以及花铃期和盖顶肥的比例为0.4 ∶0.4 ∶0.2时达到最大。叶片MDA含量与SOD活性表现相反。GS/GOGAT(谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶)循环是植物同化氮的主要途径[21]，本研究结果显示，氮肥分施比例对叶片GS活性的影响与氮代谢产物的表现一致。

棉花的高产是以较高的生物量为前提，但目前有关氮肥分施比例对棉花干物质积累影响的报道较少。Yang等[5]在盆栽条件下，研究了氮肥减量条件下，减少基肥增加盛花肥的比例对棉花生物量积累的影响，其结果表明， 氮肥分次施用的比例可以改变生物量的积累进程。当施氮量从300 kg/hm2减为225 kg/hm2时，随着棉花基肥增加和盛花期施肥量的减少，生物量的快速积累期提前，但生物量积累总量较低。在本研究中，随着氮肥的前移，棉花营养器官干重呈下降趋势，而生殖器官干重则呈先上升再下降的趋势，与以上研究有相似之处。

马宗斌等[12]在黄河流域进行了棉花氮肥基追比的盆栽试验。结果表明，基追比为1 ∶2时的皮棉产量分别比1 ∶l和2 ∶l处理增加3.66%和7.33%。Yang等[5]的研究认为，基肥 ∶初花期 ∶盛花肥为0 ∶4 ∶6时，可提高棉花生物量、收获指数和产量。汪玲等[13]在新疆干旱棉区棉花膜下滴灌的试验表明，在满足棉花水分需要的前提下，基施氮肥40%时，氮肥追施策略为蕾期2次分别追施5.96%和4.47%、花铃期前期2次追施18.63%和16.4%、花铃期盛期2次追施4.47%和9.69%时能获得最高产量。本研究在黄河滩区特定的生态条件下，得出氮肥基肥 ∶花铃肥 ∶盖顶肥的分施比例为0.4 ∶0.4 ∶0.2时棉花产量最高，其增产的主要原因是叶片功能期的GS活性、SOD活性和叶绿素含量较高，MDA含量较低；氮碳代谢能力强，氮代谢产物如游离氨基酸、可溶性蛋白、全氮的含量较高，光合产物积累量较多，且分配到生殖器官的比例较高。目前，黄河滩地植棉规模较大，追肥主要是采用机械化，氮肥分施比例多为0.6 ∶0.4 ∶0.0，如果采用0.4 ∶0.4 ∶0.2的比例，要增加一次盖顶肥，但此时棉田已封行，机械追肥难度较大。胡伟等[22]在新疆棉区的研究表明，在控释氮肥全部做基肥，播种前深翻，普通氮肥按当地习惯将70%作为基肥，30%在现花期追施的条件下，将控施氮肥数量下调至126 kg/hm2仍可以达到普通氮肥180 kg/hm2时的产量水平。因此，在黄河滩区植棉规模较大、以机械化追肥为主、而土壤漏肥又较为严重的条件下，应用缓释肥进行简化施肥的方法值得进一步研究。

4 结论

氮肥分施比例对棉花叶片生理特性有明显影响。随着氮肥的前移，叶片展开期的GS活性、SOD活性和叶绿素、游离氨基酸、可溶性蛋白、全氮含量均呈上升的趋势；至衰老期和脱落期，则表现为下降趋势；而在叶片功能期，随着氮肥的前移，上述生理指标呈先上升再下降的趋势，基肥 ∶花铃肥 ∶盖顶肥比例为0.4 ∶0.4 ∶0.2时最高；在叶片不同生育阶段，随着氮肥的前移，其MDA含量与上述生理指标表现相反。

在基肥 ∶花铃肥 ∶盖顶肥为0.4 ∶0.4 ∶0.2时，棉花生育后期干物质积累量较大，且分配到生殖器官的比例较高；氮肥前移或后移，则表现出相反的趋势。因此在黄河滩区肥力中等偏下、土质偏沙的地块，棉花氮肥以基肥 ∶花铃肥 ∶盖顶肥为0.4 ∶0.4 ∶0.2时有利于提高产量。

[1] 刘瑞显, 郭文琦, 陈兵林, 等．氮素对花铃期干旱及复水后棉花叶片保护酶活性和内源激素含量的影响[J].作物学报,2008, 34(9):1598-1607. Liu R X, Guo W Q, Chen B Letal.Effects of nitrogen on the antioxidant enzyme activities and endogenous hormone contents of cotton leaves under drought stress and after soil re-watering during the flowering and boll forming stage[J]. Acta Agron. Sin., 2008, 34(9):1598-1607.

[2] 刘连涛, 李存东, 孙红春, 等．氮素营养水平对棉花不同部位叶片衰老的生理效应[J]. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(5): 910-914. Liu L T, Li C D, Sun H Cetal. Physiological efects of nitrogen nutrition on the senescence of cotton leaves at diferent positions[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2007,13(5): 910-914.

[3] Hou Z, Li P, Li Betal. Effects of fertigation scheme on N uptake and N use efficiency in cotton[J]. Plant Soil, 2007, 290: 115-126.

[4] 凌启鸿．作物群体质量[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2000. 178-197. Ling Q H. Crop population quality[M]. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 2000. 178-197.

[5] Yang G Z, Tang H Y, Nie Y C, Zhang X L.Responses of cotton growth, yield, and biomass to nitrogen split application ratio[J]. Eur. J. Agron., 2011, 35(3): 164-170.

[6] 赵新华, 束红梅, 王友华, 等．施氮量对棉铃干物质和氮累积及分配的影响[J].植物营养与肥料学报, 2011, 17(4): 888- 897. Zhao X H, Shu H M, Wang Y Hetal. Effects of nitrogen fertilization on accumulation and distribution of dry weight and nitrogen of cotton bolls[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2011, 17 (4) : 888- 897.

[7] 谢志良, 田长彦．膜下滴灌水氮耦合对棉花干物质积累和氮素吸收及水氮利用效率的影响[J].植物营养与肥料学报, 2011, 17(1): 160- 165. Xie Z L, Tian C Y.Coupling effects of water and nitrogen on dry matter accumulation, nitrogen uptake and water-nitrogen use efficiency of cotton undermulched drip irrigation[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2011, 17(1): 160- 165.

[8] 薛晓萍, 王建国, 郭文琦, 等．氮素水平对初花后棉株生物量、氮素累积特征及氮素利用率动态变化的影响[J].生态学报, 2006, 26(11) : 3631-3640. Xue X P, Wang J G, Guo W Qetal. Effect of nitrogen applied levels on the dynamics of biomass, nitrogen accumulation and nitrogen fertilization recovery rate of cotton after initial flowering[J]. Acta Ecol. Sin., 2006, 26(11) : 3631-3640.

[9] 张顺, 陈刚, 房卫平, 等．施氮量对抗虫棉Bt 蛋白表达和降解的影响[J].华北农学报, 2011, 26(6):148-153. Zhang S,Chen G,Fang W Petal. Effects of nitrogen fertilizer rates on expression and degradation of Bt-protein in transgenic cotton[J]. Acta Agric. Boreali-Sin., 2011, 26(6):148-153.

[10] 李伶俐, 房卫平, 谢德意, 等．施氮量对杂交棉干物质积累、分配和氮磷钾吸收、分配与利用的影响[J]. 棉花学报, 2010, 22(4)： 347-353. Li L L, Fang W P, Xie D Yetal. Effects of nitrogen application rate on dry matter accumulation and N, P, K uptake and distribution in different organs and utilization of hybrid cotton under high-yield cultivated condition[J]. Cott. Sci., 2010, 22(4): 347-353.

[11] Rochester I, Ceeney S, Maas Setal. Monitoring nitrogen use efficiency in cotton crops[J]. Aust. Cott. Grower, 2009, 30 (2): 42-43.

[12] 马宗斌, 房卫平, 谢德意, 等．氮肥基追比对抗虫杂交棉叶片衰老和产量的影响[J]. 西北植物学报, 2008, 28(10): 2062-2066. Ma Z B, Fang W P, Xie D Yetal. Effects of different ratios of base and topdressing nitrogen fertilizer on the leaves senescence and yield of insect-resistant hybrid cotton[J]. Acta Bot. Bor-Occid. Sin., 2008, 28 (10): 2062-2066.

[13] 汪玲, 朱靖蓉, 杨涛, 等．氮肥施用策略对膜下滴灌棉花叶片叶绿素含量变化的影响[J]. 棉花学报, 2010, 22(5): 454-459. Wang L, Zhu J R, Yang Tetal. Efects of N fertilize strategies on chlorophyll content in leaves of cotton under mulch-film drip irrigation[J]. Cott. Sci., 2010, 22(5): 454-459.

[14] 邹琦．植物生理学实验指导[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000. 72-75. Zou Q. Handbook of plant physiological experiment[M]. Beijing: China Agculture Press, 2000.72-75.

[15] 鲍士旦．土壤农化分析(第三版)[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000. Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[16] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京：高等教育出版社, 2000. Li H S. Principles and techniques of plant physiology and biochemistry experiment[M].Beijing: Higher Education Press, 2000.

[17] 马宗斌, 房卫平, 谢德意, 等．氮肥和DPC用量对棉花叶片叶绿素含量和SPAD值的影响[J]. 棉花学报, 2009, 21(3):224-229. Ma Z B, Fang W P, Xie D Yetal. Effects of nitrogen application rates and DPC sparing doses on content of chlorophyll and SPAD value in leaves of cotton (GossypiumhirsutumL.)[J]. Cott. Sci., 2009, 21(3):224-229.

[18] 张海娜, 李存东, 肖凯．氮素对不同衰老特性棉花品种光合特性和细胞保护酶活性的影响[J]. 华北农学报, 2008, 23(5): 170-174. Zhang H N, Li C D, Xiao K.The effects of nitrogen on photosynthesis and activities of cellular protection enzymes in cotton cultivars with diferent senescing properties[J]. Acta Agric. Boreali-Sin., 2008, 23(5):170-174.

[19] 朱建芬, 张永江, 孙传范, 等．氮钾营养对棉花主茎功能叶衰老的生理效应研究[J]. 棉花学报, 2010, 22(4): 354-359. Zhu J F, Zhang Y J, Sun C Fetal. Physiological effects of nitrogen and potassium nutrition on the senescence of cotton functionaI leaves[J]. Cott. Sci., 2010, 22(4): 354-359.

[20] 勾玲, 闫洁, 韩春丽, 等．氮肥对新疆棉花产量形成期叶片光合特性的调节效应[J].植物营养与肥料学报, 2004,10(5): 488-493. Gou L,Yan J, Han C Letal. Effects of nitrogen rates on photosynthetic characteristics and yield of high-yielding cotton in Xinjiang[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2004, 10(5): 488-493.

[21] 莫良玉, 吴良欢, 陶勤南．高等植物GS/GOGAT循环研究进展[J]. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(2): 223-231. Mo L Y, Wu L H, Tao Q N. Research advances on GS/GOGAT cycle in higher plants[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2001, 7(2): 223-231.

[22] 胡伟, 张炎, 胡国智, 等．控释氮肥对棉花植株N素吸收、土壤硝态氮累积及产量的影响[J]. 棉花学报, 2011, 23(3): 253-258. Hu W, Zhang Y, Hu G Zetal. Effects of controlled release of N fertilizer on plant tissue N absorption and accumulation of soil nitrate nitrogen and yield of cotton[J]. Cott. Sci., 2011, 23(3): 253-258.

Effectsofsplitnitrogenfertilizationonphysiologicalcharacteristicsofleaves，drymatteraccumulationandyieldofcottoncultivatedintheYellowRiverbottomland

MA Zong-bin1， YAN Gen-tu2*， LIU Gui-zhen3， HUANG Qun2， LI Ling-li1, ZHU Wei1

(1CollegeofAgronomy,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China;2InstituteofCottonResearch,ChineseAcademyofAgriculturalSciences/StateKeyLaboratoryofCottonBiology,Anyang,Henan455000,China; 3SeedAdministrationStationofHenanProvince,Zhengzhou450046,China)

Soils in the Yellow River bottomland of Zhengzhou city’s section are sandy and poor in fertility. To investigate the effects of nitrogen(N)split application ratios on main physiological characteristics of leaves，dry matter accumulation and yield of cotton cultivated in the Yellow River bottomland, we conducted a field experiment using transgenicBtCry1A+CpTIhybrid cotton cultivar, CCRI (China Cotton Research Institute) 72, in 2010. The contents of soil organic matter, total N, available N, available phosphorous and available potassium in 0—20 cm layer are 6.06 g/kg, 0.44 g/kg, 70.80 mg/kg, 9.27 mg/kg and 115.26 mg/kg, respectively. The contents of soil particles (< 0.002 mm, 0.002-0.02 mm and 0.02-2.00 mm) in 0—20 cm soil layer are 12.3%, 28.0%, and 59.7%, respectively. The N split application ratios before the sowing, at the flowering stage and peaking bolls setting stage were 0 ∶0.4 ∶0.6 (T1)，0.2 ∶0.4 ∶0.4 (T2)，0.4 ∶0.4 ∶0.2 (T3) and 0.6 ∶0.4 ∶0(T4), respectively. The amount of N fertilizer was 300 kg/ha of pure N. The experiment was carried out with a completely randomized design with three repetitions. The results show that the contents of N metabolism products (free amino acids, soluble protein and total N) in growing leaves of transgenic cotton tend to be increased with the advanced N fertilization, the N metabolism products tend to be increased firstly then decreased in functional leaves, and the contents of the N metabolism products are highest in leaves under the N split application ratio of 0.4 ∶0.4 ∶0.2 (T3). The contents of the N metabolism products tend to be decreased at the aging stage and shed stage. The content of chlorophyll and the activities of glutamine synthetase (GS), superoxide dismutase (SOD) in leaves appear the similar trends with the N metabolism products, while the content of malondialdehyde (MDA) is just the opposite. The N split application ratio of 0.4 ∶0.4 ∶0.2 (T3) is of advantage to the dry matter accumulation of cotton plant and to the distribution to reproductive organs in the middle and late cotton growing period, and an opposite tendency is displayed with the advanced or postponing N fertilization. Moreover, under the experimental condition of this study, the N split application ratio of 0.4 ∶0.4 ∶0.2 (T3) could increase seed cotton yield by 11.24%，4.15% and 5.47% compared to the ratios of 0 ∶0.4 ∶0.6 (T1), 0.2 ∶0.4 ∶0.4 (T2) and 0.6 ∶0.4 ∶0 (T4), respectively. We suggest that the N split application ratio of 0.4 ∶0.4 ∶0.2 should be used in transgenic cotton fields in the Yellow River bottomland.

nitrogen split application ratio; transgenic cotton; main physiological characteristics of leaves; dry matter accumulation; yield

2012-12-27接受日期2013-03-20

国家农业科技成果转化资金项目(2011GB23260002)；转基因生物新品种培育重大专项(2011ZX08005-003)；河南省科技成果转化计划项目(122201110025)资助。

马宗斌(1965—)，男，河南光山人，博士，教授，主要从事棉花生理生态研究。Tel: 0371-63558122, E-mail: zongbinma@163.com * 通信作者 Tel: 0372-2562287, E-mail: yangentu@163.com

S562.062.01

A

1008-505X(2013)05-1092-10