氮素对棉花生长发育及产量的影响

氮素对棉花生长发育及产量的影响

棉花是世界上重要的原材料之一。棉花在经济和社会发展中发挥着重要作用。氮肥的合理使用一直是调控作物生长发育、产量和品质形成的重要措施之一。棉花具有生长期长且无限开花结铃的习性,与其他作物相比,需氮量相对较大。长期以来,在我国的棉花生产中以施氮肥为主,且常常倾向于增施氮肥以获得棉花高产,这不但加重了土壤氮淋洗和对环境的污染,而且导致了因营养体生长过旺而贪青晚熟,前期僵烂花,后期铃及霜后花比重增加,纤维品质大幅度降低。若能量化施肥将有助于提高氮肥的利用率和棉花的产量,对改善生态环境也具有十分重要的意义。以下将系统地阐述氮素对棉花生长发育及产量的影响,以探求在生产实践中实现棉花生产的节本与增效。1氮素对棉花生长发育的影响1.1不同化肥处理对棉花生长指标的影响棉花是一种对氮素敏感的作物,氮素对棉花的生长发育具有决定性的影响。有研究表明,棉花在出苗7d左右,不同氮素处理的株高基本一致,这表明在棉花生长初期,氮素对棉花生长没有多大影响;而在出苗35d左右,棉花苗株长势有了较大的差别,低氮处理的棉花由于氮肥不足而导致棉花植株生长受到阻滞,而高氮处理的棉花则由于土壤铵态氮和硝态氮含量不高,生成了大量的亚硝态氮并产生了大量的积累,而亚硝酸盐的积累对棉花产生了毒害作用,从而影响了棉花的生长。还有研究表明,不同氮肥处理间的棉花在苗期和蕾期没有明显差异,盛蕾期后不同氮肥水平处理间的株高差异随生育进程的推进而逐渐增大,主要表现为:高氮>中氮>低氮。赵双印等研究认为:在苗期,棉花主茎叶片数、倒4叶宽在不同氮素处理间无明显差异;蕾期棉花的主茎叶片数、倒4叶宽都比苗期有所增加,且中等施氮比低氮或高氮更能促进棉花倒4叶的生长,主茎叶片数、果枝数较多;铃期棉花营养成分主要供给其生殖器官,从而使棉铃迅速增大。1.2对叶绿素含量的影响氮素是叶绿素的重要组成部分,施氮一般能促进叶绿素的合成。氮素营养对棉花的生理及生长发育的效应首先表现在对“源”的影响上,在一定范围内,棉花叶面积的增加与氮素供给量成正比。孙红春等研究表明,低氮处理能够加速棉花果枝叶叶绿素含量的下降;高氮处理则增加了叶片的叶绿素含量,为叶片合成更多的营养物质提供了基本条件。还有研究表明,在棉花衰老过程中叶绿素含量下降很快,供氮不足会导致叶绿素合成能力减弱,含量稳定期大大缩短;同时,氮素营养缺乏还会引起叶片可溶性蛋白质含量大幅下降,丙二醛含量升高,加速了叶片的衰老进程。但氮素过多会加速下部叶片的衰老,而上部果枝叶则对氮素的缺乏最敏感;适量追施氮肥可提高植株生育后期的叶绿素含量和中下部叶片的光合速率,延缓叶片衰老,保证棉花生育后期光合产物的形成,从而使棉花达到高产的目的。1.3不同施氮量对叶片光合速率的影响关于氮素营养对棉花光合作用的调控已有较多报道,但结论不尽相同。Bondada等对不同施氮量对棉花影响的研究表明:氮素能显著影响棉花群体的光合速率和产量,群体光合速率与土壤含氮量呈显著正相关。但也有研究显示:叶片光合作用受氮素营养的影响不明显。孙红春等研究表明,施氮可以提高叶片的光合速率,中氮和高氮均高于低氮处理,可见,光合速率并不是随着施氮量的增加而增加。气孔作为水分和CO2进出叶片的通道,对光合作用具有重要的调节作用。刘瑞显等研究认为:适量施氮有利于增加棉花叶片的气孔导度,施氮不足或过高均降低了棉花叶片的气孔导度,胞间CO2浓度作为影响光合作用的另一个重要因素,其变化趋势等同于气孔导度。1.4棉花枝的生长棉花干物质的积累量直接影响着棉花的产量和品质,是养分吸收的有力证据,生物量的累积是以养分的吸收为前提。吴云康等研究表明:适量增施氮肥可以增加棉花的干物质,1kg氮素可以使棉花的干物质增加1.4kg/株。罗新宁、Michael等研究认为:棉花干物质的累积随生育期的推进而逐渐增强,苗期至蕾期积累缓慢,而花期至铃期则增长迅速,盛铃期达到高峰,进入吐絮期后增长又趋于缓慢。棉花现蕾后,其总生物量的动态积累曲线亦符合Logistic生长曲线,气候、施肥等因子并不能改变作物的生长模型,但可以改变特征参数。也有学者指出,在整个生育过程中,单株地上部总干物质增长速率变化趋势为“慢—快—慢”的特征,同样符合logistic方程的作物生长S型曲线,且达到极显著水平,低氮处理的线性增长期持续时间最长,但其最大增长速率低,最大增长速率出现的时间晚,导致线性增长期的干物质积累量和最大干物质积累量最低,高氮处理则相反,中氮处理居中。郭文琦等研究认为:施氮可显著影响棉花整株、营养器官、生殖器官生物量累积的各项特征参数,使其快速累积期持续时间缩短、最大累积速率出现时间提前、最大累积速率和理论最大累积量增加。2棉棉花粉的施氮量棉花产量的高低主要受两方面的影响:一是源的养分供应的持续期及强度,二是受到库强和库容的影响。前者主要与叶片的光合能力及根系活力有关,后者则与生殖器官——花、蕾、铃的发育及光合产物的运输分配有关。氮素与棉花的产量紧密相关,适宜的氮素水平可以对这两个方面进行合理的调节,使“叶—蕾—铃系统”关系协调,而不合理的施氮则是导致棉花生长发育失调、形成早衰或徒长的主要原因,从而严重影响了棉花的产量和品质。不同地区的皮棉产量对施氮量的反应也不一致,有的地区随施氮量的增加而呈线性增长,并且存在年际间的变化。在不同类型土壤上,施氮量对衣分的影响也不相同,在粘壤土上表现出具有明显降低衣分的作用,而在沙壤土上却表现不明显。王洪江等进行了棉花产量与氮肥之间的量化试验,结果表明:棉花产量与氮肥之间的关系呈二次抛物线型。2.1施氮量对棉种马铃薯生物量的影响棉铃是由多元成分构成的较为复杂的有机统一体,又是构成棉花产量、品质的基本单位,棉铃生物量的形成除受遗传因素和生态因素影响外,还受调控措施的影响。周桃华等认为:氮营养不足,单铃重较小,棉籽发育不良,增施氮素有利于棉铃种子和纤维的发育,单铃重增加,单铃种子数增多,单株纤维重提高。Leffler等研究表明,氮素营养不足,棉株发育不良,干物质积累少,且铃壳厚,铃柄重,籽棉发育所需营养供应不足;充足的氮营养对提高单铃重、增加单铃成熟的种子数至关重要。也有研究表明,增施氮肥能显著提高棉花的单铃重,从而增加棉花的产量,在一定范围内,棉铃生物量随施氮量的增加而升高,但高出一定范围时,增加施氮量则会造成棉花贪青晚熟,并且叶片中可溶性糖含量较低,碳代谢迟缓,不利于光合产物向棉铃运输,导致铃重降低,从而严重影响棉花的产量与品质。Boquet等指出:施用最适量的氮肥有利于棉株在获得较多铃数的基础上,通过进一步增大棉铃而提高产量,各时期单铃重均以中氮处理的最高,其中各处理间的伏桃和秋桃单铃重差异较为明显;中氮处理的伏桃单铃重分别比高氮、低氮处理的高8.6%、25.2%,秋桃单铃重分别比高氮、低氮处理高4.77%、14.5%。2.2对棉铃结构的影响胡明芳等研究表明,氮素营养对有效棉铃数和蕾铃脱落有显著的影响。棉花现蕾总数与施氮量并没有相关关系,但有效铃数与施氮量呈显著正相关,蕾铃脱落率与施氮量呈显著负相关,这在Gerik等学者的研究中也得以证实,表明施用氮肥能显著增加有效铃数的根本原因不是增加了现蕾的数量而是减少了蕾铃的脱落。也就是说,充足的氮素营养是增加有效铃数和降低脱落率的必要条件。有研究表明,在不同的氮素处理中,低氮时棉花第1棉株层成铃较多,第2、3棉株层成铃少;而高氮时,第2、3棉株层成铃较多,第1棉株层成铃较少。此外,氮素营养对棉铃形成与脱落时期有一定影响,不施氮肥的对照的棉铃增长时期较短,而施用氮肥则延长了棉铃增长的时间,且相对滞后了脱落率上升的趋势,从而保证了较高的有效铃数。氮素营养对棉铃分布有一定影响。施用氮肥增加了各部位的有效铃数,尤其提高了中下部果枝上有效铃所占的比重,棉铃脱落随果枝薹数的增加而增加,施用氮肥能明显降低中下部果枝上蕾铃的脱落,这与许德威等的