氮肥和缩节胺对棉花纤维产量及品质时间分布的影响

李志坤 贾文华 朱 伟 刘 伟,* 马宗斌,*

1 河南农业大学农学院, 河南郑州 450046; 2 浙江省农业技术推广中心, 浙江杭州 310020; 3 河南省种业发展中心, 河南郑州 450046

中国棉花产业在世界上具有明显的优势, 表现为棉花单产较高, 总产占比较大, 纺织品和服装出口量多, 但棉花生产也面临产量和品质的双重制约。一方面原棉供不应求, 需大量进口[1]。另一方面, 高品质原棉需求上升,优质棉花严重短缺, 不能满足需求[2]。然而, 近些年, 黄河流域棉区的纤维长度和比强度有所下降, 马克隆值偏高, 预测在未来5至10年, 黄河流域纤维品质仍呈明显下降趋势[3]。因此, 提高棉花产量、改善纤维品质是提升我国棉花产业竞争力的紧迫任务。

前人研究表明, 棉花的产量和纤维品质主要受品种[4-5]、生态条件[6]和栽培技术[7]的影响。其中, N肥是决定棉花产量和质量的关键因素之一[8], 适量施N或合理的氮磷钾运筹有利于棉花生长发育和产量的提升, 过量施N会造成减产[9-11]。适量施N还能改善棉花纤维部分品质指标, 过量施N反而降低品质[12]。此外, 缩节胺(DPC)化控是棉花生产中普遍采用的管理措施[13-14]。合理使用DPC有利增加产量[15-16]并改善纤维品质, 但过量使用DPC会导致纤维品质下降[17-18]。也有研究认为, 使用DPC对棉花纤维品质的主要指标无显著影响[19]。

棉花生产上, N肥与DPC往往是配合施用, 且高产棉田普遍存在施用N肥过量, 由此降低肥料利用率, 增加生产成本并污染环境[20], 又不得不大量使用DPC化控, 形成过量施N和过量喷施DPC的累加效应。有研究表明, 在长江流域棉区, 春棉增施N肥同时适当化控有利于产量、品质和效益的提高[21], 而麦后直播棉, 合理施N配合DPC能提高根系活性、棉株碳氮代谢强度和光合效率, 有利于产量提高并能实现集中成铃[22]; 在南疆棉区, 适宜的施N量和DPC配合, 棉花干物质积累量和籽棉产量达到最大值[23]。但N肥和DPC配施对棉花纤维品质的影响研究较少。仅有报道, 滴施高剂量DPC与低N处理下, 棉花纤维品质较好[24]。

棉花属无限生长作物, 结铃持续时间较长。由于其不同时期成铃的时间和空间差异, 生产上一般按棉花成铃的时间将其分为伏前桃、伏桃和秋桃(简称“三桃”)或伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃(简称“四桃”)。研究发现, 各品种不同果枝部位及“四桃”间纤维比强度均存在差异[24],伏桃和早秋桃为优质铃[25], 其纤维品质可能较优。但棉花“四桃”的产量及纤维品质的时间分布及其对施N量和DPC用量的响应鲜有报道。为此, 开展了N肥和DPC配施对棉花“四桃”纤维产量和品质影响的研究, 以期完善棉花“四桃”的产量和品质差异等相关理论, 并为棉花合理使用N肥和DPC以及“四桃”纤维的合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

试验于2015—2017 年在郑州市惠济区黄河滩区进行。试验地前茬为棉花, 一年一熟, 肥力中等偏低(表1),沙壤土。3 年棉花生长期(4 月至10 月)基本气象数据见表2。总体表现为3 年的日均气温相近, 但2015 年月均降水较少, 2015 年和2016 年月均日照时数较短。供试品种为百棉5 号, 由河南科技学院提供。试验药剂为98%的DPC 粉剂, 氮肥为尿素(N 46%), 当地市场购买。

表1 供试土壤养分状況Table 1 Fertility status of test soil

表2 2015-2017 年河南省棉花生长期月均基本气象数据Table 2 Monthly basic meteorological data of cotton growing stage in Henan Province from 2015 to 2017

1.1 试验设计

采用裂区设计, 以N 肥用量为主区, DPC 用量为副区,3 次重复。N 肥用量设不施N 肥(N0)、常量N 肥(N1)和过量N 肥(N2) 3 个水平, 对应纯N 量分别为0、225 和450 kg hm–2。全生育期施3 次, 基肥和蕾肥各占1/4, 花铃肥占1/2。DPC 用量设3 个水平, 分别为不喷DPC (D0)、常量DPC (D1)和过量 DPC (D2), 其用量分别为 0、75 和150 g hm-2。全生育期叶面喷施2 次, 即初花期占2/5, 花铃期占3/5。

3 年棉花均在4 月22 日采用机播, 地膜覆盖栽培。行距110 cm, 株距20 cm, 定苗密度为45,450 株hm–2。除N肥外, 播前耙地时施入过磷酸钙600 kg hm–2和硫酸钾180 kg hm–2作基肥。其他管理同一般大田。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 “四桃”纤维产量 分别在7 月15 日、8 月15 日、8 月25 日和9 月15 日调查每个小区的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃数量。在7 月2 日、7 月20 日、8 月10 日和8 月20 日选择当天开放的花, 每个小区各100 朵, 用不同颜色的吊牌标记, 成铃后分别代表伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃; 棉铃吐絮后将每个小区不同颜色吊牌标记的棉铃单收并记录铃数, 单独晒干、称重并轧花, 计算铃重和衣分, 折算出“四桃”的纤维产量。

1.2.2 “四桃”纤维品质 将各小区采收的“四桃”分别轧花并进行皮棉取样, 由农业农村部棉花品质检验测试中心测定其纤维品质。测定指标为上半部平均长度、长度整齐度、断裂比强度、马克隆值及伸长率。

1.3 数据统计和分析

用SPSS 19.0 (SPSS Institute, Inc., 美国)进行数据统计分析, Duncan’s 法比较各处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 N 肥与DPC 配施对棉花“四桃”纤维产量的影响

由表3 可知, N 肥和DPC 用量对“四桃”纤维产量有一定影响。年份对伏前桃、伏桃和早秋桃的纤维产量有极显著的影响; N 肥用量对“四桃”纤维产量和总产有极显著的影响, 但与年份无显著的互作。其中, N1 和N2 处理的“四桃”纤维产量及总产均显著高于N0 处理, N1 处理的伏桃纤维产量显著高于N2 处理, N2 处理的早秋桃和晚秋桃纤维产量显著高于N1 处理。N2 处理明显增加中后期棉铃的纤维产量, 但N1 和N2 处理的总产差异不显著。3 年平均, 与N1 相比, N0 处理的总产减少36.79%, 而N2 减产幅度较小, 仅为3.27%; DPC 用量对“四桃”纤维产量及总产的影响均达到极显著水平, 但与年份互作不显著。其中,D1 和D2 处理比D0 处理的早秋桃、伏桃和早秋桃的纤维产量和总产显著增加。与D1 相比, D0 和D2 处理的“四桃”纤维总产分别减少17.53%和8.50%。由此看出, N 肥对“四桃”纤维总产量的效应大于DPC, 常量N 肥或常量DPC 有利于提高纤维产量, 不施N 肥比不喷施DPC 减产幅度更大, 但过量施N 比过量喷施DPC 减产幅度更小; N 肥与DPC 用量组合对早秋桃和晚秋桃的纤维产量有极显著的影响, 对总产的效应也达到显著水平, 但N 肥与DPC 用量组合与年份间无显著互作。N1D1 组合的“四桃”的纤维总产最高, N0D0、N0D1、N0D2、N1D0、N1D2、N2D0、N2D1、N2D2 组合分别比N1D1 减产51.63%、37.82%、37.37%、18.15%、7.88%、15.85%、1.36%和16.91%。其中, 2015 年、2016 年和2017 年, 伏前桃的纤维产量分别以N1D2、N1D1 和N1D2 最高, 伏桃的产量分别以N1D1、N1D1 和N1D2 最高, 早秋桃的产量分别以N1D1、N1D1和N2D0 最高, 晚秋桃的产量均是N2D0 最高。说明常量N 肥配合常量DPC 或过量DPC 有利前中期棉铃的产量形成, 而过量N 肥在不施DPC 的条件下, 后期棉铃的产量较高。

表3 N 肥与DPC 配施对棉花“四桃”纤维产量的影响Table 3 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber yield of cotton “four peaches” (kg hm–2)

由表3 可知, 棉花“四桃”对纤维产量的贡献率有较大差异。3 年平均, 在N0 处理下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纤维产量占比分别为12.65%、47.83%、28.92%和10.60%, 在N1 处理下分别为9.19%、47.70%、31.00%和12.10%, 在N2 处理下分别为9.88%、38.91%、35.24%和15.96%。即随着施N 量的增加, 早秋桃和晚秋桃的纤维产量占比增加; 而在D0 处理下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纤维产量占比分别为 9.13%、43.72%、31.54%和15.62%, 在D1 处理下分别为9.96%、44.10%、32.76%和13.18%, D2 处理下分别为11.70%、45.53%、31.79%和10.98%。表现出随着DPC 用量增加, 棉花早秋桃和晚秋桃的纤维产量占比下降; 至于N 肥和DPC 用量组合, N0D0 组合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纤维产量占比分别为11.11%、52.05%、23.43%和13.41%, N1D1的“四桃”纤维产量占比分别为8.85%、45.40%、33.34%和12.41%, N2D2“四桃”纤维产量占比分别为 11.45%、42.02%、34.97%和11.56%。由此看出, 伏桃和早秋桃是纤维产量的主体, 且早秋桃形成产量的强度明显大于其他棉铃。N1D1 组合比其他组合的伏前桃占比少, 但伏桃、早秋桃和晚秋桃的纤维产量占比大, 达到91.15%。

2.2 N 肥与DPC 配施对棉花“四桃”纤维品质的影响

2.2.1 纤维上半部平均长度 由表4 可知, “四桃”的纤维上半部平均长度(简称纤维长度, 下同)对N 肥和DPC用量响应不同。试验年份对“四桃”的纤维长度有极显著的影响; N 肥用量对伏前桃的纤维长度影响显著, N 肥用量与年份对早秋桃有显著互作效应。其中, N0 处理比N1 和N2 处理的伏前桃纤维长度显著增加, N1 处理比N2 处理的早秋桃纤维长度显著增加; DPC 用量对伏桃的纤维长度有极显著影响, 对晚秋桃纤维长度有显著影响, 且DPC用量与年份对伏桃和晚秋桃的纤维长度有显著的互作。其中, 伏桃的纤维长度表现为D0 显著长于D1 和D2, D1 处理伏桃的纤维长度显著长于D2, D0 的晚秋桃纤维长度显著长于D2。总体表现出随着施N 量或DPC 用量的增加,纤维长度呈缩短的趋势, 尤其是过量使用DPC 对纤维长度影响较大; N 肥与DPC 用量组合对“四桃”纤维长度的影响不显著, 与年份的互作也不显著。

表4 N 肥与DPC 配施对棉花“四桃”纤维长度的影响Table 4 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber length of cotton “four peaches” (mm)

棉花“四桃”之间的纤维长度也存在差异, 且受到 N肥与DPC 用量处理的影响。3 年平均, 在N0 处理下的晚秋桃的纤维长度(28.94 mm)和N2 处理下伏前桃的纤维长度(28.93 mm)较短, 为国标28 mm 级; 在D2 处理下,伏前桃、伏桃和晚秋桃的纤维长度较短, 均为国标28 mm 级。N0D0 组合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纤维长度分别为29.38、30.10、29.53 和29.39 mm, 伏桃的纤维长度较长。生产上常规使用N1D1 组合的“四桃”纤维长度分别为29.21、29.66、29.55 和29.37 mm。N2D2组合的“四桃”纤维长度分别为 28.73、28.72、29.14 和28.78 mm。由此看出, 过量施氮配合过量喷施DPC 不利棉花“四桃”的纤维伸长。方差分析表明, 2015 年, N0D0组合的伏桃纤维长度比伏前桃和早秋桃显著增加; 2016年, N0D0 组合的伏前桃、伏桃、早秋桃的纤维长度较晚秋桃显著增加, N0D1 组合的伏前桃和早秋桃纤维长度较晚秋桃显著增加, N1D2 组合的早秋桃纤维长度较伏前桃、伏桃和晚秋桃显著增加, N2D0 组合的伏桃纤维长度较晚秋桃显著增加, N2D2 组合的早秋桃纤维长度较晚秋桃显著增加; 2017 年, N1D0 和N1D1 组合的伏桃纤维长度较早秋桃显著增加(表4)。

2.2.2 纤维长度整齐度 由表5 可知, N 肥和DPC 用量影响纤维长度整齐度(简称整齐度, 下同)。试验年份对“四桃”的整齐度有极显著的影响; N 肥用量对早秋桃和晚秋桃的整齐度影响显著, 但N 肥用量对“四桃”整齐度影响与试验年份互作不显著。其中, N1 处理伏桃的整齐度显著高于N2 处理, N1 处理比N0 处理的早秋桃和晚秋桃整齐度显著提高; DPC 用量对伏桃的整齐度影响达到极显著水平, 但DPC 用量与试验年份对“四桃”整齐度无显著互作。其中, D2 处理伏桃的整齐度显著低于D0 和D1 处理; 不同N 肥与DPC 用量组合对“四桃”的整齐度影响均不显著。

表5 N 肥与DPC 配施对棉花“四桃”纤维长度整齐度的影响Table 5 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber length uniformity of cotton “four peaches” (%)

此外, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纤维长度整齐度也有一定差异且受到N 肥和DPC 用量的影响。3 年平均, 不同N 肥或DPC 用量下, 整齐度均表现为伏桃和早秋桃较高, 晚秋桃居中, 伏前桃较低; 不同N 肥和DPC用量组合也表现出相同趋势。其中, N0D0 组合伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的整齐度分别为81.08%、83.28%、82.48%和 82.12%, N1D1 组合 “四桃”的整齐度分别为81.43%、83.30%、83.18%和82.78%, N2D2 组合 “四桃”的整齐度分别为79.72%、82.06%、83.00%和81.72%。经方差分析, 2015 年, N 肥用量对伏桃和晚秋桃的整齐度影响分别达到显著和极显著水平; DPC 用量对伏桃的整齐度影响达到极显著水平, 对早秋桃和晚秋桃整齐度的影响达到显著水平; N 肥与DPC 用量对伏桃和晚秋桃整齐度的互作效应显著。2016 年, N 肥用量、DPC 用量以及两者的互作对“四桃“的整齐度影响均不显著。2017 年, 仅DPC用量对伏桃、早秋桃和晚秋桃的整齐度影响达到显著水平(表5)。

2.2.3 纤维断裂比强度 由表6 可知, “四桃”的纤维断裂比强度(简称比强度, 下同)不受年份的影响, 但N 肥与DPC 用量的对其有显著的调控效应; N 肥用量对伏前桃、伏桃和晚秋桃的比强度影响达到极显著水平, 对早秋桃的比强度影响达到显著水平, 且对伏桃和早秋桃比强度的影响与年份有显著互作。除N2 处理的早秋桃外, N1 的“四桃”比强度均显著大于N0 和N2 处理; DPC 用量对“四桃”的比强度影响均达到极显著水平, 且与年份的互作对伏桃和晚秋桃的比强度的效应达到极显著。其中, D1 和D0 处理的“四桃”比强度均显著高于D2 处理, D1 处理比D0 处理伏桃和早秋桃的比强度也显著增加; N 肥与DPC用量的互作对伏桃比强度的影响显著, 对晚秋桃的比强度影响达到极显著水平, 且N 肥与DPC 用量与年份的互作对晚秋桃的比强度影响达到显著水平。3 年平均, N1D1 处理的“四桃”比强度均为最高, 而N2D2 处理的“四桃”比强度均为最低。说明常量N 肥与常量DPC 喷施有利于形成高强度的纤维, 而过量N 肥与过量的DPC 喷施较为不利。

表6 N 肥与DPC 配施对棉花“四桃”纤维比强度的影响Table 6 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber strength of cotton “four peaches” (cN tex-1)

由表6 还可以看出, 棉花“四桃”的纤维比强度有明显差异。3 年平均, 在不同N 肥用量或不同DPC 处理下, 均以早秋桃和晚秋桃的比强度最高, 伏桃居中, 伏前桃最低。不同N 肥与DPC 用量组合均表现出伏前桃的比强度较低, 而伏桃、早秋桃和晚秋桃的比强度较高。其中,N0D0 组合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃比强度分别为26.38、28.15、28.59 和28.70 cN tex-1, N1D1 组合的“四桃”比强度分别为29.41、30.57、29.30 和30.78 cN tex-1,N2D2 组合的“四桃”比强度分别为25.98、26.65、27.42 和26.68 cN tex-1。经方差分析, 2015 年, 晚秋桃的比强度总体表现最优, 其次是伏桃和早秋桃, 伏前桃最差。其中,N1D1 组合的晚秋桃和伏桃比强度显著高于伏前桃和早秋桃; 2016 年, 早秋桃的比强度总体表现最优, 伏桃和晚秋桃居中, 伏前桃较差。其中, N1D1 组合的晚秋桃和伏桃比强度显著高于伏前桃和早秋桃; 2017 年, 晚秋桃的比强度总体表现优于伏前桃、伏桃和早秋桃。其中, N1D1 组合的“四桃”比强度差异均不显著。

2.2.4 纤维马克隆值 由表7 可知, N 肥与DPC 用量对纤维马克隆值(简称马克隆值, 下同)有明显影响。伏前桃的马克隆值受年份显著影响, 年份对伏桃和晚秋桃的马克隆值也有极显著的影响; N 肥用量对“四桃”的马克隆值均有极显著影响, 且与年份互作对伏前桃和伏桃的马克隆值有极显著效应。总体来看, N1 处理的“四桃”马克隆值优于N0 和N2 处理, 表现为N1 处理比N0 处理的伏前桃马克隆值显著降低, 其伏桃和早秋桃的马克隆值显著低于N0 和N2 处理, 其晚秋桃的马克隆值也显著低于N2 处理; DPC 用量对“四桃”的马克隆值均有极显著影响, 其与年份互作对伏前桃的马克隆值有显著影响。不同DPC 用量下马克隆值从优到劣的顺序为D0、D1 和D2, 其中, D0和D1 处理的“四桃”马克隆值均显著低于D2 处理, D0 的伏前桃、早秋桃和晚秋桃的马克隆值显著低于D1 处理; N肥与DPC 用量互作对伏前桃和早秋桃的马克隆值有极显著影响, 并与年份互作对伏前桃和晚秋桃的马克隆值有极显著影响。

表7 N 肥与DPC 配施对棉花“四桃”纤维马克隆值的影响Table 7 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber micronaire value of cotton “four peaches”

由表7 还可看出, 棉花“四桃”的马克隆值也有差异。在不同N 肥或 DPC 用量下, 3 年平均, “四桃”的马克隆值从优到劣的顺序总体表现为伏前桃、晚秋桃、伏桃和早秋桃。从DPC 处理来看, D0 处理下伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的马克隆值分别为4.40、4.73、4.65 和4.51, D1处理下分别为4.57、4.70、4.83 和4.63, D2 处理下分别为4.93、4.99、5.17 和4.87。总体来看, 不使用DPC 的处理,其“四桃”马克隆值较优, 而过量使用DPC 导致马克隆值明显变差, 常量DPC 处理的马克隆值居中; 不同N 肥与DPC 用量组合的马克隆值表现与N 肥或 DPC 用量一致。其中, N0D0 组合的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的马克隆值分别为4.56、4.86、4.69 和4.40, N1D1 组合的“四桃”的马克隆值分别为4.32、4.50、4.58 和4.46, N2D2 组合的“四桃”马克隆值分别为4.95、5.03、5.22 和5.06。方差分析表明, 2015 年, N0D0 组合的伏前桃、早秋桃和晚秋桃的马克隆值显著低于伏桃; N0D1 组合的晚秋桃马克隆值显著低于伏前桃; N2D0 组合的伏前桃和伏桃的马克隆值显著低于晚秋桃; N2D1 组合伏前桃的马克隆值显著低于伏桃、早秋桃和晚秋桃; N2D2 组合伏前桃和伏桃的马克隆值显著低于早秋桃和晚秋桃; 而N1D1 组合“四桃”的马克隆值差异不显著。2016 年, 晚秋桃的马克隆值总体较伏前桃、伏桃和早秋桃低。其中, N1D1 组合晚秋桃的马克隆值显著低于伏桃和早秋桃。2017 年, 伏前桃的马克隆值总体表现较低。其中, N1D1 组合伏前桃的马克隆值显著低于伏桃、早秋桃和晚秋桃。

2.2.5 纤维伸长率 由表8 可知, N 肥和DPC 用量对纤维伸长率(简称伸长率, 下同)影响较小, 但年份对“四桃”伸长率的影响达到极显著水平。N 肥用量、DPC 用量、N肥与DPC 用量组合以及它们与年份的互作对“四桃”的伸长率影响均达不到显著水平。不同N 肥用量或DPC 用量下, “四桃”的伸长率差异均不显著。3 年平均, N0、N1 和N2 处理的平均伸长率(按产量加权, 下同)分别为5.44%、5.42%和5.43%, D0、D1 和D2 处理的伸长率均为5.43%,伸长率基本保持稳定。N 肥与DPC 组合N0D0、N0D1、N0D2、N1D0、N1D1、N1D2、N2D0、N2D1 和N2D2 的平均伸长率分别为5.44%、5.42%、5.46%、5.42%、5.43%、5.41%、5.42%、5.43%和5.43%, 组合间差异也较小。说明伸长率易受气候等因素的影响, 但不易受到 N 肥与DPC 用量的影响。

表8 N 肥与DPC 配施对棉花“四桃”纤维伸长率的影响Table 8 Effect of the combination of nitrogen fertilizer and DPC on fiber elongation of cotton “four peaches” (%)

从表8 可以看出, “四桃”的伸长率仍有一定差异。不同N 肥用量或不同DPC 用量下, 伏前桃的伸长率明显低于伏桃、早秋桃和晚秋桃。不同N 肥与DPC 用量组合对“四桃”伸长率的影响与不同N 肥用量表现一致。不同N肥与DPC 用量组合的伸长率表现与N 肥或 DPC 用量一致。其中, N0D0 组合伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的伸长率分别为5.17%、5.50%、5.43%和5.46%, N1D1 组合“四桃”的伸长率分别为5.31%、5.36%、5.49%和5.60%, N2D2组合“四桃”的伸长率分别为5.14%、5.36%、5.55%和5.61%。经方差分析, 2015 年, 同一N 与DPC 处理组合下, 伏桃、早秋桃和晚秋桃的伸长率均显著优于伏前桃。2016 年“四桃”的伸长率与2015 年趋势基本一致, 但2017 年, 全部N肥与DPC 用量组合“四桃”的伸长率均无显著差异。

3 讨论

3.1 N 肥及DPC 配施对棉花纤维产量时间分布的影响

施用N 肥和喷施DPC 是棉花生产上重要的管理措施。众多研究表明, 适量施用 N 肥[9-10]或适量喷施DPC[15-16]有利于提高棉花产量, 过量使用N 肥或DPC 则起到相反的效果。本研究也表明, N 肥用量或DPC 用量对纤维总产有极显著的影响。与常量施N 相比, 不施N 肥和过量施N 分别减产36.79%和3.27%; 与常量DPC 相比,不喷DPC 和过量喷施DPC 分别减产17.53%和8.50%。本研究还显示, N 肥用量与DPC 用量对纤维总产量的效应不同, 表现为不施N 肥比不喷施DPC 减产幅度更大, 但过量施N 比过量喷施DPC 减产幅度更小。因此, 在生产上,应更加注重低肥力地块的补施N 肥, 同时, 也要防止棉田过量喷施DPC 造成减产。不同N 肥与DPC 用量组合对纤维总产的影响也达到显著水平, 其中, N1D1 组合纤维总产最高, 其余组合减产幅度为1.15%～51.53% (表3), 这与前人关于N 肥与DPC 配施对棉花产量影响[21-23]的研究结果基本一致。

棉铃是重要的产量器官, 根据成铃的时间可将其分为“四桃”。目前关于棉花“四桃”产量的占比及其对N 肥及DPC 用量的响应鲜见报道。本研究表明, N 肥用量对“四桃”的纤维产量均有极显著的影响(表3)。3 年平均, N0 条件下, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纤维产量占比分别为12.49%、48.30%、28.42%和10.79%; 常量施N 时, “四桃”的纤维产量分别为12.49%、48.30%、28.42%和10.79%;N2 处理时, “四桃”的纤维产量分别为9.87%、39.18%、35.11%和15.84%。表现出随着施N 量的增加, 中后期成铃的纤维产量占比增加。主要是因为随着施N 量增加, 中后期叶片生理活性较高[9]以及更多的N 素向叶片分配积累[26], 棉花衰老较晚, 中后期成铃量大。经方差分析, N1处理伏桃的纤维产量显著高于N2 处理, N2 处理早秋桃和晚秋桃的纤维产量显著高于N1 处理。此外, DPC 用量对“四桃”的纤维产量也有极显著的影响(表3)。D0 条件下,伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纤维产量占比分别为9.34%、45.33%、30.17%和15.15%; 喷施常量DPC 时, “四桃”的纤维产量分别为10.29%、44.54%、32.38%和12.79%;D2 处理时, “四桃”的纤维产量占比分别为 11.89%、45.45%、31.89 和10.77%。即随着DPC 用量增加, 棉花中后期成铃的纤维产量占比下降, 这说明喷施DPC 能促进棉花集中成铃并实现早熟[26]。经方差分析, D1 和D2 处理比D0 处理的早秋桃、伏桃和早秋桃纤维产量显著增加。本研究还表明, N 肥与DPC 用量组合对早秋桃和晚秋桃的纤维产量有极显著的影响(表3)。全部N 肥与DPC 用量组合3 年平均, 伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纤维产量占比分别为10.51%、45.11%、31.48%和12.90%。其中,N1D1 组合的“四桃”纤维产量占比分别为8.89%、45.35%、33.41%和12.36% (表3)。总体表现为常量N 肥配合常量DPC 或过量DPC 时, 伏前桃和伏桃的产量较高, 而过量N 肥在不施DPC 的条件下, 早秋桃和晚秋桃的纤维产量较高。此外, 伏桃和早秋桃是形成产量的主体[25,27], 但早秋桃的产量形成强度最大。这可能是随着气候的变化, 伏天的高温、多雨和病虫害等灾害较多, 导致伏桃比例下降。而早秋时节, 早秋桃成产的光温条件有所改善。

3.2 N 肥及DPC 配施对棉花“四桃”纤维品质的影响

前人研究表明, 施N 量或DPC 用量对棉花纤维品质有显著影响, 总体表现为适量施N 时, 棉花主要纤维品质指标表现较佳, 过量施N 时纤维品质呈下降趋势[12]。适量喷施DPC 能提高棉花纤维品质, 高剂量喷施则降低纤维品质[17,18,28]。但也有报道, 施用DPC 对棉花纤维品质的主要指标无显著影响[19,24]。前人研究棉花纤维品质基本上均是棉株混合采样, 本研究则是将“四桃”分别采样。不同N 肥用量的研究结果表明, N1 处理的纤维长度、整齐度、比强度和马克隆值表现最优, 这与前人的研究结果基本一致。但N 肥用量对“四桃”不同纤维品质指标的影响有较大差异。其中, N0 处理比N1 和N2 处理伏前桃的纤维长度显著增加, N1 处理比N2 处理早秋桃的纤维长度显著增加(表4); N1 处理的伏桃整齐度显著高于N2 处理, N1 处理比N0 处理早秋桃和晚秋桃的整齐度显著提高(表5); 除N2 处理的早秋桃外, N1 处理“四桃”的比强度均显著大于N0 和N2 处理(表6); N1 处理比N0 处理伏前桃的马克隆值显著降低, 其伏桃和早秋桃的马克隆值显著低于N0 和N2 处理, 其晚秋桃的马克隆值也显著低于N2 处理(表7);N 肥用量对“四桃”的伸长率影响均达不到显著水平(表8)。不同DPC 用量的研究显示, 总体表现为常量喷施DPC 处理“四桃”的综合品质表现最优(除马克隆值外), 过量使用DPC 下, 纤维长度、整齐度、比强度和马克隆值表现较差,这与前人的研究结果基本一致。但DPC 用量对“四桃”不同纤维品质指标的影响有较大差异。其中, D0 处理伏桃的纤维长度显著长于D1 和D2 处理, D1 伏桃的纤维长度显著长于D2, D0 晚秋桃的纤维长度显著长于D2 (表4); D2处理伏桃的整齐度显著低于D0 和D1 处理(表5); D1 和D0 处理“四桃”的比强度均显著高于D2 处理, D1 处理比D0 处理伏桃和早秋桃的比强度也显著增加(表6); 不同DPC 用量下马克隆值从优到劣的顺序为D0、D1 和D2(表7); DPC 用量对“四桃”的伸长率影响均达不到显著水平(表8)。

棉花生产上, N 肥与DPC 配施对纤维品质有互作效应。但目前N 肥和DPC 配施对棉花“四桃”纤维品质的影响鲜见报道。本研究表明, N 肥与DPC 用量互作对“四桃”的纤维长度、整齐度和伸长率的影响均不显著, 但对伏桃比强度的影响达到显著水平, 对晚秋桃的比强度以及伏前桃和早秋桃的马克隆值有极显著影响, 对“四桃”伸长率的影响均达不到显著水平(表4～表8)。但不同年份间“四桃”伸长率差异极显著, 说明伸长率易受气候等因素的影响, 但不易受到N 肥与DPC 用量的影响, 同一年份相对稳定。3 年平均, N1D1 处理“四桃”的比强度最高, 且马克隆值最优, 而N2D2 处理“四桃”的比强度均为最低, 马克隆值表现最差。

目前, 我国广大棉区均存在纤维马克隆值升高的趋势[3,29]。一般认为, 气候变暖和品种差异是主要原因[29]。本研究还表明, N 肥用量或DPC 用量对“四桃”的马克隆值均有极显著影响, N 肥用量与年份互作对伏前桃和伏桃的马克隆值有极显著影响, DPC 用量与年份互作对伏前桃的马克隆值有显著影响。表现为常量施N 或不喷DPC 处理“四桃”的马克隆值最优, 过量施N 或过量喷施DPC 的马克隆值最差。N 肥与DPC 用量互作对伏前桃和早秋桃的马克隆值也有极显著效应, 且其与年份互作对伏前桃和晚秋桃马克隆值的影响也达到极显著水平。常量施N 配合常量喷施DPC 的马克隆值最优, 过量施N 配合过量使用DPC 的处理马克隆值最差(表7)。由此看出, 近些年来,由于棉花增加密度、简化栽培以及提高产量等需要, 棉田管理时过量施N 和过量喷施DPC[26], 也是造成纤维马克隆值升高的原因之一。

3.3 棉花“四桃”纤维品质的差异

前人研究棉花纤维品质时, 通常是“四桃”混合采收。棉花“四桃”由于时空分布的差异, 纤维发育过程中的生态条件不同[6], 进而可能导致纤维品质差异, 但尚无相关研究报道。本研究表明, 棉花“四桃”的纤维长度、整齐度、比强度、马克隆值和伸长率均存在差异, 且受到N 肥与DPC 用量的影响。全部N 肥与DPC 用量组合3 年平均, 总体表现为伏桃和早秋桃的纤维长度较长、整齐度较优、比强度较大, 但其马克隆值比晚秋桃和伏前桃较差; “四桃”的伸长率数值差异较小, 表现为早秋桃和晚秋桃略高于伏前桃和伏桃。其中, 生产上常量施N 配合常量喷施DPC处理(N1D1)的伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃的纤维长度分别为29.21、29.66、29.55 和29.37 mm (表4), 整齐度分别为81.43%、83.30%、83.18%和82.78% (表5), 比强度分别为29.41、30.57、29.30 和30.78 cN tex-1(表6), 马克隆值分别为4.32、4.50、4.58 和4.46 (表7), 伸长率分别为5.31%、5.36%、5.49%和5.60% (表8)。综合评价, 伏前桃的纤维品质除马克隆值表现最优外, 其余品质指标最差; 伏桃和早秋桃的纤维长度、整齐度和比强度最优,但马克隆值表现较差, 伸长率居中; 晚秋桃则是伸长率最优, 其余品质指标均居中。一般认为, 晚秋桃由于成熟时间晚, 并非优质铃[25], 纤维品质较差。但本研究表明, 晚秋桃的综合品质与伏前桃和早秋桃较为接近。原因是晚秋桃在成铃的空间上有优势, 通风透光好。虽然在成铃时间上处于劣势, 但近几十年来, 全球气候变暖趋势明显, 加速了棉花生育进程, 缓解了晚秋桃成熟时间较晚、成熟时温度较低这一劣势[27,30]。因此, 在棉花产品的采摘和收购环节, 应根据“四桃”纤维品质的特色, 坚持“分收分晒,优质优价, 优棉优用”。

附表1 123份玉米自交系和8份测验种的基因型Table S1 The genotype of 123 maize inbred lines and eight testers

附图1 26 个候选基因在不同组织的表达量Fig.S1 Relative expression level of 26 candidate genes in different tissues