施氮量和种植密度对东北特早熟棉区棉花生物量和氮素累积的影响

以辽棉19号和美棉33B为材料,于2008年在东北特早熟棉区设置不同的棉花种植密度(每公顷75000、97500、120000株)和施氮量(0、240、480 kg·hm^-2),研究了施氮量和种植密度对东北特早熟棉区棉花生物量、氮素累积特征和氮素累积利用率的影响.结果表明： 两个品种的棉花生物量和氮素累积量随棉花生育进程的动态变化均符合Logistic模型;种植密度和施氮量显著影响棉花氮素累积动态特征以及棉花产量和品质;氮素的快速累积起始日较生物量早13 d左右.在种植密度为每公顷97500株、240 kg·hm^-2施氮量处理下,两个品种棉花的生物量和氮素动态累积模型的特征参数最为协调,皮棉产量最高,纤维品质最优,氮素利用效率最高.在东北特早熟棉区,较早的生物量和氮素快速累积及较高的累积速率有利于棉花较高产量的形成.     

施氮量对麦后直播棉氮素吸收利用的影响

以早熟棉中棉所50为材料进行麦后直播棉花试验,研究施氮量(0、60、120、150、180、240 kg N·hm^-2)对棉株氮素吸收、利用和分配的影响.结果表明： 增施氮肥提高了麦后直播棉不同生育阶段的氮吸收量,以盛花到见絮期的氮积累增量最大,并且改变了不同生育期间氮吸收比例,使棉花出苗到盛花期的氮吸收比例降低,盛花到吐絮期的氮吸收比例升高;增施氮肥还降低了生育后期中上部位果枝氮浓度的下降速率.麦后直播棉氮素和生物量累积以中下部果枝为主,在150～180 kg N·hm^-2施氮量下棉花产量、氮肥表观利用率、各果枝部位干物质和氮在生殖器官中的分配比例较高,氮浓度和氮累积量动态特征参数比较协调.高于180 kg N·hm^-2的施氮量导致棉花中部和下部果枝生殖器官生物量和氮素累积量、产量增幅和氮肥利用率降低,而低于150 kg N·hm^-2施氮量降低棉花整株干物质和氮经济系数,不利于高产形成.综合分析,150～180 kg N·hm^-2施氮量可作为长江流域下游棉区麦后直播棉的推荐施氮量.     

水氮运筹对棉花花后生物量和氮素利用率的影响

在池栽和大田条件下,以‘美棉33B’为材料,研究不同水分(自然降水、自然降水 灌水)和氮素(0、240、480kgN/hm2)运筹下棉花花后生物量和养分累积及氮素利用率动态变化特征。结果表明:施氮使棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率增大且出现时间提前、累积量及皮棉产量增加。灌水使240 kgN/hm2处理棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率出现时间提前、最大累积速率和累积量增大、氮素累积利用率和产量提高;而使480 kgN/hm2处理棉花营养器官生物量和养分快速累积期持续时间延长、最大累积速率出现时间推迟、生物量和养分最大累积速率及累积量增大、氮素累积利用率提高,而生殖器官相应指标呈降低趋势;灌水对不施氮处理棉花生物量和养分累积各项特征参数影响较小。营养器官生物量和氮磷钾最大累积速率出现时间较生殖器官早23 d左右,而快速累积期持续时间长于生殖器官11 d左右。研究发现,水分和氮素运筹可通过影响棉花生物量和养分累积的动态特征参数来影响棉花生长,进而影响最终产量品质形成;在本实验条件下,以灌水的240 kgN/hm2处理棉花的生长特征参数最为协调,皮棉产量和氮素利用率最高,品质较优。     

棉花花铃期短期干旱下氮素对干物质及氮素累积分配的影响

通过盆栽试验进行水分(正常灌水和干旱后复水)和施氮处理(0、240、480kgN·hm-2),研究花铃期短期干旱再复水后氮素对棉花各器官干物质重、氮素累积与分配及产量与品质的影响.结果表明:花铃期土壤干旱显著降低了棉株各器官的干物质重与氮素累积量,而增大了棉株各器官的氮素含量,同时亦降低了棉株干物质与氮素在叶片中的分配指数,但提高了在根系的分配指数,从而增大了根冠比;增施氮肥可以提高干旱条件下棉株的干物质重与氮素累积量,但亦增大水分胁迫指数.复水对干旱处理棉株生长具有明显的补偿效应,尤其是根系的干物质重与氮素累积量显著高于相应正常灌水处理,且增施氮肥可以提高棉株的补偿效应.花铃期干旱结束时与复水后第10天,干旱处理棉株均以240kgN·hm-2水平下的生殖器官干物质重与分配指数最高,而根冠比最小,地上部与地下部生长最为协调,最终籽棉产量最高、纤维品质最优;而施氮不足(0kgN·hm-2)或过量(480kgN·hm-2)均不利于棉花产量的提高与纤维品质的改善.     

施氮量对花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响

试验在黄河流域黄淮棉区的河南安阳和长江流域下游棉区的江苏南京棉花大田进行, 氮素设0（N₀）、120（N₁）、240（N₂）、360（N₃）、480（N₄） kg·hm^-2 5个水平,定量分析了不同施氮量对美棉33B花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响.结果表明： 不同施氮量下,两试验点棉株不同果枝部位营养器官、生殖器官、生物量累积时间变异特征均表现为Logistic曲线,空间变异特征存在明显差异.安阳点360 kg·hm^-2施氮量、南京点240 kg·hm^-2施氮量处理具有快速增长期起始时间早、持续时间短、最大速率大等特征,说明该施氮量水平有利于棉花生物量的快速累积,以形成较高的产量与品质;而施氮量过多或不足均不利于棉株不同果枝部位生物量的累积.可以通过不同的施氮量来调节棉株不同果枝部位快速生长期的生长特征值,以提高棉花的产量和品质.     

棉花铃期与棉籽干物质积累模拟模型

基于不同熟性棉花品种的异地分期播种试验,综合量化品种特性、主要气象条件（温度、太阳辐射）和栽培措施（施氮量）对棉花铃期与棉籽干物质积累的影响,基于生理发育时间,建立棉花铃期模拟模型,并基于棉籽生长的“库限制”假设,建立棉籽干物质积累模拟模型.通过量化棉铃对位叶氮浓度的变化,为模型构建氮素效应函数.利用不同生态点的品种、播期和施氮量田间试验资料对模型进行检验,结果表明：德夏棉1号、科棉1号和美棉33B的铃期预测值与实测值的根均方差（RMSE）分别为2.25 d、2.61 d和2.75 d,科棉1号和美棉33B的棉籽干物质模拟值与实测值的RMSE分别为9.5 mg·seed^-1和8.2 mg·seed^-1.表明该模型预测精度较高.     

棉花纤维发育关键酶对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系

大田栽培条件下,于2005～2006年在江苏南京（118°50′E,32°02′N,长江流域下游棉区）以美棉33B（平均比强度32cN／tex）和科棉1号（平均比强度35cN／tex）2个品种为材料,进行氮素水平（O（零氮）,240（适氮）和480kgN／hm^2（高氮））实验,研究棉花纤维发育关键酶（蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶）活性变化特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系．结果表明,棉纤维发育关键酶活性及其基因表达强度均受氮素影响,并影响棉纤维素的累积特征及纤维比强度的形成．蔗糖合成酶活性随铃龄增加呈单峰曲线,峰值出现在铃龄31天,其基因表达强度在7～21天维持较高水平;氮素水平间比较,以240kgN／hm^2处理的蔗糖合成酶活性及其基因表达强度最高,酶活性高表达持续时间长．β-1,3-葡聚糖酶活性随铃龄增加呈下降趋势,其基因表达在铃龄7～24天间呈单峰曲线,铃龄18天时达到峰值;氮素水平间比较,以240kgN／hm^2处理的β-1,3-葡聚糖酶活性最高,其基因表达量在纤维发育前期（铃龄9～12天）较低,之后大幅增加且稳定表达．240kgN／hm^2下棉纤维发育关键酶的上述变化促进纤维素累积持续期长且整个纤维发育过程中纤维素累积速率平缓,最终形成纤维比强度较高。     

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

在大田栽培条件下,分别在长江流域下游棉区(江苏南京)和黄河流域黄淮棉区(河南安阳)设置棉花氮素水平试验,定量研究氮素水平对花后棉株生物量、氮素累积特征及氮素累积利用率动态变化的影响,结果表明:棉株总生物量和氮素累积量随花后棉株生育进程的动态变化符合S型曲线,安阳、南京试点分别以360kg.hm-2、240kg.hm-2氮素水平的总生物量、氮素累积最多,其动态累积模型的特征参数值最为协调,皮棉产量最高。因此,可以通过改变施肥量来调节初花后棉株生长特征值,从而获得高产。棉株氮素累积利用率随初花后棉花生育进程的推进,呈现为不规则的S型曲线变化趋势,计算两试点的氮素累积利用率、瞬时利用率,安阳试点以360 kg.hm-2的施氮水平为最优,南京以240 kg.hm-2最高;施肥过多不仅利用率低,而且易造成营养器官比例加大,棉株虽可获得较大的干物质和氮素累积,但不能适时向生殖器官转移,皮棉产量降低。     

棉花蕾花铃生物量、氮累积特征及临界氮浓度稀释模型

在大田栽培条件下,于河南安阳（黄河流域黄淮棉区）和江苏南京（长江流域下游棉区）设置了棉花氮素水平试验,对不同氮素水平条件下棉花蕾花铃的生物量、氮素累积及氮浓度的动态变化进行分析,并依据Justes的临界氮浓度稀释模型确定方法,研究棉花蕾花铃临界氮浓度稀释模型。结果表明：棉花蕾花铃的生物量增长和氮吸收累积均受氮素水平的影响,其动态变化符合S型曲线,氮累积的快速起始时间较生物量早1～5d;氮浓度过高或过低均不利于产量形成,蕾花铃等器官存在氮奢侈消费现象;氮浓度随施氮量的增加而升高、随生育进程的推移而降低,其生物量累积量与氮浓度间符合幂函数关系,两试点蕾花铃氮稀释曲线模型形式相同,但模型参数a不同,不同生态区存在独立的临界氮稀释曲线模型。由于临界稀释模型具有明确的生物学意义,可以作为定量诊断蕾花铃氮营养动态变化的指标之一。     

不同施氮水平下加工番茄植株生长和氮素积累与利用率的动态模拟

通过3年的大田试验,设置不同的氮素水平(0、75、150、300、450、600 kg·hm^-2)对不同施氮量下加工番茄地上部生物量、氮素累积及利用率的动态变化进行模拟.结果表明: 加工番茄地上部生物量、氮素累积量和氮素利用率随出苗后累积生理发育时间(PDT)的动态变化符合Logistic模型,氮素快速累积起始时间较地上部生物量快速累积起始时间早4～6 d(PDT);瞬时氮利用率随出苗后累积生理发育时间的动态变化呈先增加后降低的单峰曲线.不同施氮水平下,300 kg·hm^-2处理的氮累积量和地上部生物量最多,产量最高.根据Quadratic模型得出,北疆地区加工番茄滴灌栽培的理论适宜施氮量为349～382 kg·hm^-2.     

棉花临界需氮量动态定量模型

在大田栽培条件下,于江苏南京和河南安阳两个生态区设置棉花氮素水平试验,基于作物临界氮浓度稀释模型和干物质动态累积模型,建立了棉花花后动态临界氮吸收速率、临界氮需求量的定量化模型.结果表明,两生态区的临界最大氮吸收速率均出现在花后42 d,分别为5.3和4.4 kg·hm^-2·d^-1,临界快速氮累积期分别在花后的23～59 d和23～61 d,安阳的最大临界日需氮量明显大于南京.根据模型得到：安阳生态区适宜施氮量在240～360 kg·hm^-2 之间,且360 kg·hm^-2 条件下其氮累积接近临界需求,南京生态区240 kg·hm^-2施氮量的氮累积与临界值相近.两区域基肥施用量分别占总施肥量的26%和27%,且适宜的追肥时间应在花后22 d左右.由于模型的建立是基于不同氮处理试验,有合理可靠的生理依据,为定量确定不同气候区域的动态施肥量提供了理论依据.     

内蒙古西部旱区机采棉膜下滴灌水氮耦合效应

为探明内蒙古西部旱区机采棉膜下滴灌水氮耦合对棉花生长发育、产量、品质,以及水分与氮素利用效率的影响,在内蒙古阿拉善盟阿拉善左旗,设置3种灌溉定额(216、288、360 mm,分别记为W₁、W₂、W₃)和3种施氮水平(127.5、195、262.5 kg·hm^-2,分别记为N₁、N₂、N₃)的完全组合处理,进行了大田棉花膜下滴灌试验.结果表明: 水分是膜下滴灌棉花生长的决定因素,增加灌水量可以促进棉花株高增加,提高棉花各部分干物质积累量,但降低生殖器官与地上部干物质比例.W₃处理单株成铃数较W₁和W₂分别提高25.4%和17.5%,单铃质量分别降低5.8%和4.6%,籽棉产量分别增加18.1%和11.9%;单株成铃数提高是籽棉产量增加的主要因素.水氮调控对籽棉产量的互作效应显著,W₁与W₂灌水量下N₁处理籽棉产量最高;W₃灌水量下N₂处理较N₁、N₃籽棉产量分别增加8.5%和31.9%.水氮调控对纤维品质整体无显著影响.W₁N₁处理水分利用效率最高,为1.37 kg·m^-3,与W₃N₂处理差异不显著;W₃N₁处理氮肥偏生产力最高,为51.35 kg·kg^-1.在本试验条件下,灌水增产效应显著,施氮则在水分充足条件下对籽棉产量形成有促进作用.其中,灌水360 mm、施氮195 kg·hm^-2处理显著促进地上部干物质积累,籽棉产量最高,水分利用效率和氮肥偏生产力分别达1.30 kg·m^-3和36.41 kg·kg^-1,节水增产效果显著,是内蒙西部旱区较理想的机采棉水氮调控模式.     

Response of the enzymes to nitrogen applications in cotton fiber (Gossypium hirsutum L.) and their relationships with fiber strength

To investigate the response of key enzymes to nitrogen (N) rates in cotton fiber and its relationship with fiber strength, experiments were conducted in 2005 and 2006 with cotton cultivars in Nanjing. Three N rates 0, 240 and 480 kgN/hm2, signifying optimum and excessive nitrogen application levels were applied.The activities and the gene expressions of the key enzymes were affected by N, and the characteristics of cellulose accumulation and fiber strength changed as the N rate varied. Beta-1,3-glucanase activity in cotton fiber declined from 9 DPA till boll opening, and the beta-1, 3-glucanase coding gene expression also followed a unimodal curve in 12—24 DPA. In 240 kgN/hm² condition, the characteristics of enzyme activity and gene expression manner for sucrose synthase and beta-1,3-glucanase in developing cotton fiber were more favorable for forming a longer and more steady cellulose accumulation process, and for high strength fiber development.     

施氮方式对转基因棉花Bt蛋白含量及产量的影响

为研究氮肥运筹对棉花叶片、棉蕾和棉铃不同器官中Bt蛋白含量的影响,2009—2010年,以抗虫杂交棉中棉所72为试验材料,在大田条件下进行了不同基肥：花铃肥：盖顶肥施氮比例（分别为0:0.4:0.6、0.2:0.4:0.4、0.4:0.4:0.2、0.6:0.4:0）的试验。结果表明,施氮方式对棉花不同器官中Bt蛋白含量有明显影响。总体表现为随着氮肥前移,棉花幼嫩器官中Bt蛋白含量呈明显增加的趋势,而老熟器官中Bt蛋白含量呈明显降低的趋势。施氮方式对棉花幼嫩器官中Bt蛋白含量的影响比老熟器官明显,尤其是对幼嫩叶片Bt蛋白含量的影响大于幼小的棉蕾和棉铃器官。抗虫棉采用基肥：花铃肥：盖顶肥为0.4:0.4:0.2的施氮方式,总体能提高前中期棉花器官Bt蛋白的含量,有利于提高其抗虫性能;减少后期棉花器官Bt蛋白的含量,减轻对环境的压力;而且比其余3种施氮方式的籽棉产量和皮棉产量分别增加4.15%—11.24％、3.73%—12.01%。     

播期对内蒙古西部荒漠区棉花产量、品质及养分吸收利用的影响

于2014—2015年在内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善左旗内蒙古棉花综合实验站设置大田试验,以‘中棉所50’为材料,采用“一膜三管六行”机采棉配套栽培技术种植,研究播期(4月20日、4月30日和5月10日)对棉花产量、品质及养分吸收的影响.结果表明: 随着播期推迟,棉花生育时期推迟,生育期缩短,铃期日均温降低,收获密度增加;播期显著影响棉株干物质累积、养分吸收与分配,以及产量和品质形成,4月30日播种条件下,棉株干物质和养分在经济器官中的分配比例、养分总积累量及养分的皮棉生产效率较高,籽棉和皮棉产量最高,达6505.9和2660.9 kg·hm^-2,且纤维品质较优;4月20日播期下,收获密度、生物量和养分累积量最低,虽然生物量和养分经济系数最高,但最终籽棉和皮棉产量仍较4月30日播期降低10.9%～14.0%和11.1%～14.2%;5月10日播期,虽然可以避开种子萌发期低温冷害,但棉铃发育期日均温偏低,尽管生物量和养分累积量最高,但是生物量和养分经济系数、养分的皮棉生产效率最低,最终籽棉和皮棉产量较4月30日播期降低32.5%～34.7%和35.9%～36.2%,且纤维品质最差.综合分析, 4月30日左右为内蒙古西部荒漠旱区棉花种植的最佳播期.     

施氮量对麦后直播棉钾素吸收利用的影响

以早熟棉‘中棉所50’为材料,于2013—2014年在南京市江苏省农业科学院棉花试验站进行麦后直播棉花试验,研究施氮量(0、60、120、150、180、240 kg N·hm^-2)对棉株钾素吸收和利用的影响.结果表明: 增施氮肥提高了麦后直播棉不同生育阶段的钾吸收量,以盛花到见絮期的钾积累增量最大;并且改变了麦后直播棉不同生育时期的钾吸收比例,使棉花出苗到盛花期的钾吸收比例降低,盛花到吐絮期的钾吸收比例升高;增施氮肥还降低了生育后期上部位果枝钾浓度的下降速率,但加速了中下部果枝钾浓度的下降速率.随施氮量增加,钾吸收的边际效应呈先升高后降低趋势,而钾的皮棉生产效率均呈线性降低,其降低趋势表现为下部果枝最大,上部果枝次之,中部果枝最低.麦后直播棉钾素和生物量累积以中、下部果枝为主,在150~180 kg N·hm^-2下棉花各果枝部位干物质和钾在生殖器官中的分配比例较高,钾浓度和钾累积量动态特征参数比较协调,利于产量形成;高于180 kg N·hm^-2导致皮棉产量增幅下降,氮素对钾吸收的边际效应和钾的皮棉生产效率较低;低于150 kg N·hm^-2时,中下部果枝干物质和钾的经济系数较低,不利于高产形成.     

水氮供应对夏棉产量、水氮利用及土壤硝态氮累积的影响

通过田间试验,研究了黄淮地区水氮供应对夏棉生长、产量及水氮利用效率的影响,探索在保证产量的同时提高水氮利用效率、减少农田水氮排放的管理模式.试验设置5个氮素水平(0、60、120、180、240 kg·hm^-2,分别记为N₀、N₁、N₂、N₃、N₄)和3个灌水水平(滴灌,灌水定额30、22.5、15 mm,分别记为I₁、I₂、I₃),使用裂区设计,主区为氮用量,裂区为灌水水平,共15个处理,3次重复.结果表明: 氮素和水分施用对夏棉生长和产量都有明显促进作用,但氮素影响更显著,是该地区调控夏棉生长和籽棉产量的主要因素.随着施氮量和灌水量的增加,花铃期生殖器官积累量、地上部干物质积累量和籽棉产量在开始阶段都逐步增加,当施氮量超过180 kg·hm^-2时,进一步增施氮肥会导致生殖器官积累量、地上部干物质积累量和籽棉产量减小.籽棉产量在N₃I₁处理达到最大,为4016 kg·hm^-2.增加施氮量能显著提高地上部总吸氮量和茎叶含氮量,但会降低氮肥偏生产力.灌溉水利用效率和田间水分利用效率分别在N₃I₃和N₃I₁处理最大,分别为5.40和1.24 kg·m^-3.随着施氮量的增加,土壤硝态氮含量明显增加,且硝态氮累积区域有下移趋势.综合考虑对地上部干物质积累、产量、水氮吸收利用及土壤硝态氮累积等的影响,N₃I₁处理可作为试验区夏季棉花生产的最优水氮管理方案.