彭增莹， 申莹莹， 段松江， 吴一帆， 李宗润， 郭仁松， 张巨松*

（1.新疆农业大学农学院，教育部棉花工程研究中心，乌鲁木齐 830052；2.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091）

棉花是我国重要的经济作物，其栽培管理在许多方面已实现机械化，但是一些地区的机械采收效果不理想。因此，选择适合的种植模式，或通过合理施肥及化控塑造适合机械采收的棉花冠层结构对实现机械化具有重要意义[1]。氮素作为作物生长发育必需的矿质元素，对植物的生长和生产力以及确保粮食安全起到了关键作用，充足的氮素有助于植物生长和胁迫耐受性的提高[2-3]。研究表明，追施氮肥可以增加棉花叶片叶绿素含量，提高叶片净光合速率，延缓叶片衰老[4]；在一定范围内增施氮肥，棉花的单株结铃数和单铃重增多，进而增加产量[5-6]；施氮量为300 kg·hm-2时棉花单株光合产物积累量适宜，对产量起到最大补偿作用,且节水26.3%[7]；施氮量过多则使棉花枝叶茂密，不利于通风透光，影响植株光合作用[8]；还会使棉花“源-库”比例不协调，造成产量、品质及氮肥利用率降低[9]。

农艺性状是判断植株生长状况的重要指标[10]，生产上常用缩节胺对棉花进行株型塑造，改善群体冠层结构[11]。喷施缩节胺可以显著降低棉花主茎生长速度、减小果枝夹角和叶片面积，对棉株上部主茎节间和中上部果枝具有抑制作用[12-13]；可以增强冠层下部光照，增加叶绿素含量，提高叶片光合速率，延长后期光合时间，增加霜前花率[14-15]；科学合理地使用缩节胺还可改善棉花生长，提高产量与品质[16]。依靠投入大量氮肥来保障粮食产量是我国农业生产的一大措施[17]，但近年来，国家提倡化肥农药“双减”政策[18]，倡议减氮减药。目前，前人研究多集中于不同用量的氮肥与缩节胺对棉花的影响，而关于缩节胺对高肥料投入下机采棉的研究较少。为此，本研究在新疆阿克苏地区阿瓦提县研究了缩节胺对不同施氮量机采棉冠层特性及产量的影响，欲探明不同肥料投入下缩节胺对棉花生长发育及产量的调控作用，筛选出不同肥力下适宜的缩节胺用量，为南疆棉区施肥化控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在新疆阿克苏地区阿瓦提县新疆农业科学院经济作物研究所试验基地（79°45′—81°05′E、39°31′—40°50′N）进行，该地区属暖温带大陆性干旱气候，日照时间长，蒸发量大；土壤质地为沙壤土，播前测定小区土壤基础肥力详见表1。

表1 土壤基础肥力Table 1 Basic fertility of soil

1.2 试验设计

供试品种为新陆中88 号，由新疆农业科学院提供；供试氮肥为尿素（N≥46%）。采用双因素裂区试验设计，以施氮量（N）为主区，分别设置320（N320，常规施氮量）和480 kg·hm-2（N480，高投入施氮量）2个水平；以缩节胺剂量（H）为副区，分别设置67.0（H1）、150.0（H2）、260.5（H3）和 371.0 g·hm-2（H4）4个剂量水平，具体用量详见表2 和表3。田间采用等行距机采棉种植模式，膜宽2.1 m，膜厚0.01 mm，滴灌毛管铺设为一膜三管（滴孔间距20 cm，滴管出水量2.1 L·h-1），行距配置76 cm，株距8 cm，小区面积（3 膜）44.85 m2，理论种植密度16.4 万株·hm-2，播种时间 2021年 4月 16日，封顶时间7月11日，其他田间管理同当地大田生产。

表2 施氮量及时间Table 2 Amount and time of nitrogen application

表3 缩节胺用量及时间Table 3 DPC dosage and time （g·hm-2）

1.3 测定项目与方法

1.3.1 株高日增长量 自棉花2 片真叶时开始调查株高；喷施缩节胺前每7 d 调查1 次；喷施缩节胺后每3～7 d调查1次，计算株高日增长量。

1.3.2 叶面积指数 分别于棉花盛蕾期、初花期、盛花期、盛铃期和吐絮期采用CI-110 数字式植物冠层结构分析仪在19:00 左右选择晴朗无风的天气测定叶面积指数（leaf area index，LAI）和群体散射辐射透过系数（transmission coefficient for radiation penetration，TR）[14]。

1.3.3 株型结构 于盛铃后期每处理选取6 株棉株，用刻度尺测定主茎节间长度和果枝第1、2 果节长度，计算均值，用电子数显角度尺测定果枝夹角。

1.3.4 比叶重 于盛铃后期（8月21日）每处理选取3株棉花，将叶片分为主茎叶、上部果枝叶（9及以上）、中部果枝叶（5～8）和下部果枝叶（1～4），分别选取较完整的叶片采用PG-250 型光电式叶面积仪测定其叶面积，测定后将其置于80 ℃烘箱烘干至恒重，电子天平称量计算其比叶重。

1.3.5 SPAD 值 每处理均选取长势均匀的10 株棉株，分别于苗期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛铃前期、盛铃后期和吐絮期采用SPAD-502型便携式叶绿素测定仪测定倒4叶叶片SPAD 值，每个叶片测量5次（避开主叶脉），取平均值。

1.3.6 产量及产量构成因素 各处理达吐絮标准后，每小区选取6.67 m2具有代表性的棉田，调查株数和结铃数，最后计算单株结铃数；分别取植株上部（9 果枝及以上）30 朵、中部（5～8 果枝）40 朵、下部（1～4 果枝）30 朵，共100 朵，测定其单铃重和衣分，重复3次。

1.4 数据统计与分析

试验数据使用SPSS 19 软件进行方差分析，采用Duncan 法进行处理间多重比较，利用Excel、Graph Pad整理数据并绘图。

2 结果分析

2.1 缩节胺对不同施氮量棉花株高日增量的影响

由图1 所示，各处理主茎日增量整体呈“上升-下降”的单峰曲线，出苗后第53天主茎日增量下降，随后日增量达到最高；出苗后83 d各处理主茎日增量均低于0.5 cm，株高几乎不再增长。N480处理的株高日增量整体高于N320处理，出苗后58 d，主茎日增量开始急速下降，表现为N480＞N320，不同缩节胺用量间表现为H1＞H2＞H3＞H4。N320水平下，不同缩节胺剂量间差异较小；N480水平下，H4处理明显低于H1、H2、H3处理，较H1、H2、H3分别降低40.4%、31.3%和37.3%。

图1 不同处理的株高日增量Fig.1 Daily increment of plant height in different treatments

2.2 缩节胺对不同施氮量棉花株型结构的影响

将植株株型指标分上、中、下3部分，如表4所示，施氮量对上部主茎节间长度有极显著影响；缩节胺对下部、中部的果枝长度有显著或极显著影响；两者间的互作效应对中、上部果枝夹角有显著或极显著影响。各处理下、中部主茎节间长度无显著差异，N480水平的下部节间长度较N320水平增加18.6%；而N320水平的上部主茎节间长度整体略高于N480。相同施氮量下，上部主茎节间长度与缩节胺剂量呈反比，N320H1、N320H2 处理显著高于N480H1、N480H3 处理，其他处理间差异不显著。随着缩节胺剂量的增加，下部果枝长度无显著变化，中、上部果枝长度则随缩节胺剂量增多而减少，其中，N320H4 处理显著低于N320H1、N320H2、N480H1 和N480H2处理。N320水平下，不同缩节胺处理的中上部果枝夹角差异不显著，随缩节胺剂量增多有上升趋势；N480水平下，不同缩节胺处理的果枝夹角差异显著，表现为H4＞H3＞H2＞H1。

表4 不同处理的株型指标Table 4 Plant type indexes of different treatments

2.3 缩节胺对不同施氮量棉花冠层指标的影响

如图2 所示，全生育期叶面积指数呈先上升后下降的趋势，N320水平下，除H3处理外其他各处理的叶面积均在出苗后78 d 达到最大；N480水平下，H3 和H4 处理的叶面积在出苗后67 d 达到最大，H1 和H2 处理的叶面积在出苗后78 d 达到最大。出苗后67 d，N480水平下的叶面积指数显著高于N320，后期叶面积随缩节胺剂量增多呈下降趋势；出苗后99～114 d，N320水平下的叶面积下降幅度小于N480，其中，N320H4 处理的叶面积显著低于N320水平下的其他处理。综上，高施氮量水平下的叶面积指数略高于正常施氮水平，且叶面积会提前达到峰值；2 种施氮量水平下，叶面积指数均表现出随缩节胺剂量的增多而降低，而N320水平可以保持棉花后期叶面积指数。

整个生育期各处理的群体散射辐射透过系数（TR）呈先下降再上升的趋势（图2）。出苗后67～99 d，N480水平下的TR 低于 N320水平，较N320水平分别降低21.7%、9.5%、10.0%，说明在此时间段N480水平下的棉花植株较郁闭，通风透光性弱；随缩节胺剂量增多，TR 呈增大趋势，但处理间差异不显著。出苗后114 d，N320H2 处理的TR 最小，较N320水平下其他处理分别降低6.7%、8.9%、28.4%；N480H3 处理较N480水平下其他处理降低9.5%、41.2%、8.0%。出苗后 144 d，N320水平下的TR 较N480降低11.0%。

图2 不同处理的冠层指标Fig.2 Canopy index for different treatments

2.4 缩节胺对不同施氮量棉花比叶重的影响

如表5所示，施氮量和缩节胺剂量及两者间互作对棉花主茎叶片及果枝上、中部叶片的比叶重影响不显著，对果枝下部叶片的比叶重有显著或极显著影响。N480H4处理下部果枝叶的比叶重显著高于其他处理，其余各处理主茎及果枝上、中、下部叶片的比叶重均无显著差异，但都随缩节胺剂量增多呈“上升”趋势，说明喷施缩节胺可以增加叶片比叶重。

表5 不同处理各部位叶片的比叶重Table 5 Specific leaf weight of each part under different treatments

2.5 缩节胺对不同施氮量棉花SPAD值的影响

如图3 所示，各处理叶片SPAD 值随着植株的生长发育表现为“上升-下降-上升”的趋势。出苗后 67 d，N320、N480处理的叶片 SPAD 值无明显差异；相同施氮量水平下，叶片SPAD 值表现为H4＞H3＞H2＞H1，表明施用缩节胺可以增加叶片叶绿素含量。出苗后78 d，N320水平下不同缩节胺剂量间差异不显著；N480水平下，不同缩节胺剂量间叶片SPAD值差异明显，表现为H4＞H3＞H2＞H1。各施氮量下H4处理在出苗后108 d叶片SPAD值达峰值，而其他处理均在出苗后123 d达到最大值，说明高剂量的缩节胺可提高叶片叶绿素含量，且提前叶绿素峰值出现的时间。整个生育时期不同施氮量下SAPD值趋势相同，喷施缩节胺可增加叶绿素含量，N320水平有利于叶片SAPD值在全生育期保持较稳定的增长，而N480水平在H1、H2 处理下叶片SAPD值较N320水平有所降低，说明施氮量过多会降低叶片叶绿素含量，加大缩节胺用量可补偿其影响。

图3 不同处理的SPAD值Fig.3 SPAD values of different treatments

2.6 缩节胺对不同施氮量棉花产量及产量构成影响

如表6 所示，施氮量对产量影响显著；缩节胺剂量对单铃重有显著影响，对单株结铃数和产量有极显著影响；两者间互作对衣分和产量有显著影响。N320水平下的单株结铃数较N480水平平均增加0.42个。相同施氮量水平下，单株结铃数随缩节胺剂量的增多呈先升高后降低趋势，N320H2处理的单株结铃数显著高于除N320H3外的其他处理。单铃重随缩节胺剂量增多呈先增加后降低的趋势，其中，N320H3 处理显著高于N320H1 处理。N320H4 处理的衣分显著大于N480H1 处理，其他处理间差异不显著。N320水平下的籽棉产量较N480水平提高7.1%；相同施氮量下，籽棉产量随缩节胺剂量增多呈先上升再下降的趋势，N320H2 和N320H3 处理的产量显著高于其他处理，其中，N320H3 产量最高，较其他处理分别提高37.8%、0.7%、14.2%、31.7%、15.2%、14.4%、17.1%。

表6 不同处理的棉花产量及产量构成因素Table 6 Yield and yield components of different treatments

2.7 主要冠层指标与产量构成因素的相关关系

将产量及产量构成因素与冠层结构相关指标进行相关性分析，结果（表7）表明，叶面积指数与散射辐射透过系数呈极显著负相关；主茎叶比叶重与叶片SPAD 值呈极显著正相关，与单株结铃数、单铃重和产量呈显著正相关；单铃重与产量呈显著正相关；单株结铃数与产量呈极显著正相关。

表7 不同处理主要冠层指标与产量性状各指标间的相关关系Table 7 Correlation between main canopy indexes and yield traits in different treatments。

3 讨论

施肥与化学调控是塑造合理株型结构的重要手段，在“双减”政策下，如何高效利用化学肥料和农药来构造合理株型获得高产并减少不必要的药肥投入具有重要研究意义。氮肥投入过少或过多都可能对棉花冠层结构与养分吸收分配产生影响[19]。缩节胺作为抑制型植物生长调节剂，在生育后期喷施可以有效降低株高增长速度，塑造合理株型，提高生殖器官干物质占比[16]。研究表明，施氮量为270 kg·hm-2时，棉花叶面积指数、SPAD值、产量较高，继续增加施氮量各指标都逐渐降低[20]。本研究表明，N480水平下的叶面积指数略高于N320水平，出苗后58 d 的株高日增量也大于N320水平，与前人结果略有不同，可能是由于前期缩节胺对N320水平起了较好的控制作用，使棉花前期株高增长略慢，随着后期花铃期肥量增多，施氮量差距增大，氮肥的效果大于缩节胺，使高氮量下的棉花继续保持较高的增长速度。高施氮量水平下棉花叶片的SAPD 值较常规施氮量有些许降低，与前人研究结果一致。张特等[21]以滴施缩节胺剂量与施氮量为因素，研究发现在正常及高施氮量下缩节胺对棉花生长有延缓作用，但作用不会随缩节胺剂量的增加而增强；而在低施氮量下缩节胺对棉花生长的延缓作用较弱甚至消失。本研究在常规施氮量与高投入施氮量下喷施缩节胺对棉花均有抑制效果，与前人结果一致。罗宏海等[22]研究表明，相同密度下棉花的叶面积指数、叶倾角、群体光合速率随缩节胺用量的增加显著降低，群体散射辐射透过系数能保持较高水平。本研究表明，叶面积指数在2个施氮量水平下均随缩节胺剂量的增多而下降，群体散射辐射透过系数则升高，与前人结果一致。张鑫磊等[23]认为，高施氮量（240～480 kg·hm-2）可以使棉花生育期后期的叶片维持一定的光合能力，且在适宜施氮量下，喷施增效缩节胺可以增加植株叶面积和叶绿素含量，提高棉花对光能的截获和吸收能力[24]。本研究结果表明，高施氮量（N480）下的叶面积指数高于常规施氮量（N320），说明氮肥投入多会使棉花枝叶生长茂密；2个施氮量水平下喷施缩节胺都可增加叶片叶绿素含量，但叶面积指数下降；常规施氮量能更好地维持后期叶面积指数，而高施氮量下的叶面积指数在盛铃期后开始迅速下降。何庆雨等[11]研究表明，延迟喷施低剂量缩节胺可提升棉花叶片的比叶重和叶绿素相对含量，进而使冠层结构更合理。本研究表明，2个施氮水平下各部位叶片的比叶重差异不显著，但均随缩节胺剂量的增多呈上升趋势，说明喷施缩节胺可以增加各部位叶片的比叶重，进而增加叶片叶绿素相对含量。

本研究不同处理间的中下部节间长度差异不显著，与前人研究略有不同[25]，可能是由于前期未进行缩节胺喷施或计量差异较小导致处理间差异不明显，其中，上部节间长度有随缩节胺剂量增多而下降。2个施氮量水平间在中上部果枝长度上也无明显差异，但喷施缩节胺可抑制中上部长度，与前人研究一致[26]。产量是各指标综合的结果，本研究显示，常规施氮量水平下的籽棉产量最高，达6 426.18 kg·hm-2，较高施氮量水平提高7.13%，说明过量施氮肥并不能达到增产的效果，与前人研究结果一致[20]。高施氮量使棉花群体生长过旺，一方面使生殖器官与营养器官比例不协调，另一方面使冠层空间密闭，通风透光性较差，导致蕾铃脱落数量增加[27]。而喷施适量缩节胺可控制棉花旺长，抑制棉花株高以及果枝长度，最终使棉花叶面积指数维持在合适的水平，同时也增加了生殖器官的占比，有利于干物质向生殖器官的运转和积累，提高单株结铃数与单铃重。籽棉产量随缩节胺剂量的增多呈先上升再下降趋势，说明缩节胺用量应合适，过多会抑制产量形成，与前人研究结果一致[20-28]。

缩节胺剂量与施氮量呈互增性促控关系,即缩节胺用量应随施氮量的增多而增多[29]。本研究发现，高投入施氮量会使棉花营养生长过旺，在生育中期叶面积指数过高使田间通风透光性较差，而后期叶面积指数又下降过快，影响棉铃发育，最终使生殖器官占比降低，而缩节胺在高施氮量水平下对棉株的抑制作用更明显，如抑制植株果枝及主茎节间伸长，进而塑造合理的冠层结构，增加叶片的叶绿素含量，提高养分向棉铃运输。适量缩节胺还可以增加单株结铃数与单铃重，从而提高籽棉产量。综上，高施氮量下的棉田可通过增加缩节胺剂量来控制棉花生长，塑造紧凑株型，但只有适合的缩节胺剂量才能使产量达到最高；常规施氮量棉田建议缩节胺剂量为260.5 g·hm-2，此时株型较好，有利于高产；在南疆地区常规施氮量与高施氮量水平下，推荐全生育期喷施缩节胺剂量为150.0～260.5 g·hm-2。