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氮肥是棉花生产中最重要的肥料，生产中多以酰胺态氮肥尿素为主，黄河流域和长江流域棉区氮肥施用多以播前基施和初花期追施，新疆棉区由于采用了膜下滴灌技术，氮肥可以随水分次施用[1]，从而提高氮肥利用率。目前国内关于棉花氮肥不同用量的研究报道较多[2-3]，缺乏对不同形态氮肥在棉花中的施用效果的研究报道，尤其是硫酸铵和硝酸钙在棉花中的研究报道很少[4-5]。水培条件下，铵态氮和硝态氮混合营养有利于棉花苗期干物质的积累[6-7]；盆栽条件下，追施硝态氮棉花的生物量和叶片全氮含量都显著高于施铵态氮[8]；盐渍化棉田基施铵态氮肥、花铃期滴施铵态氮肥能显著促进棉花养分吸收[9]。不同形态氮肥混合施用在其他作物中也有研究。张家君等[10]报道铵态氮肥和硝态氮肥配合施用可增强杉木光合作用系统Ⅱ反应中心电子传递效率和光能的利用能力，促进光合同化产物的积累，通过抑制淀粉粒的形成，减轻淀粉粒对光合作用的抑制，同时促进光合同化产物的输出，从而促进杉木幼苗的生长。魏贵玉等[11]报道硝态氮肥和铵态氮肥配施可以提高百合株高和花朵数量，缩短百合切花期，延长切花瓶插寿命，从而提高百合切花品质。研究不同形态氮肥在不同时期的施用效果，对于棉花全生育期氮肥种类的合理选择和提高氮肥的利用率具有理论上的指导意义。
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15N同位素示踪技术可以比常规的差减法更准确地定量研究棉花对当季氮肥的吸收、分配以及氮肥在土壤中的残留[12-14]。本研究采用盆栽试验，利用 15N标记尿素、硫酸铵、硝酸钙，在等量施氮条件下，分播前、蕾期、初花期3个施肥时期，研究不同施氮时期不同形态氮肥对籽棉产量、 15N回收率的影响，研究结果将为棉花全生育期氮肥的合理选择施用和提高氮肥的利用率提供理论依据。
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1 材料与方法
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1.1 盆栽试验设计
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盆栽试验于2016年在河南省安阳市白壁镇中国农业科学院棉花研究所试验农场（36°06′N， 114°21′E）进行，4至10月平均气温22.3℃，≥ 20℃ 积温3709.6℃，日照时数1347.3h，降水量519.2mm。试验用盆为PVC材料，上部内径35cm，底部内径30cm，高39cm，每盆装土30kg。盆栽用土为壤质潮土，养分含量如下：有机质7.47g/kg、碱解氮24.03mg/kg、有效磷10.73mg/kg、速效钾107.67mg/kg、pH值8.63。
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试验设6个处理（表1），每个处理重复10次，即播种10盆，于棉花2片真叶时留1株棉苗。3种氮肥纯氮总用量均为每盆3g，分底肥（4月7日）、蕾期（6月17日）和初花期（7月14日）3次等量施用。磷、钾肥作底肥一次施用，磷肥为重过磷酸钙（P2O5 42%），每盆用量7.14g，钾肥为硫酸钾（K2O 51%），每盆用量5.88g。试验用品种为“中棉所100”，由中国农业科学院棉花研究所提供。试验用氮肥为尿素（N 46%）、硫酸铵（N 21%）、硝酸钙（N 17%），对应的同位素标记氮肥 5 N丰度为10.18%，由上海化工研究院提供。处理1、2、3按播前、蕾期、初花期分别进行 15N标记，单次标记3盆，便于取样计算单次施肥的 15N回收率。4月30日播种，5月10日出苗，6月11日现蕾，7月8日开花，8月18日吐絮。整枝、化调、病虫害防治等常规管理参照当地棉花高产管理水平。全生育期维持土壤水分不低于田间持水量的60%[15]，如棉叶11：00前出现萎蔫时，于当天傍晚每盆浇水1.5L。降雨时用塑料扣板盖住花盆，防止肥料养分流失。蕾期和初花期施氮肥时，将肥料溶解于水（浓度为0.4%），缓慢浇于棉株根区10cm范围内，保证肥料溶液充分下渗到下部土壤。
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棉花营养枝、老叶均收集后烘干称重，计入棉花全株干物重。吐絮期调查单株成铃数，于棉花单株成铃吐絮60%时，处理1、2、3采集 15N标记植株，将棉株分根（子叶节以下部分）、茎、叶、铃壳、籽棉（包括未吐絮棉铃）烘干称重，样品磨碎后检测 15N丰度，对应 15N标记的棉株，分层取土，自然风干后检测土壤 15N丰度。其他处理挑选棉花健株5株，棉株烘干处理后采用凯氏定氮法测定氮吸收量，计算整株棉花氮吸收总量。土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定，土壤有效磷含量采用0.5mol/L碳酸氢钠浸提－钼锑抗比色法测定，土壤速效钾含量采用1mol/L乙酸铵提取－火焰光度法测定。15N丰度用ZHT-03质谱计（北京化工仪器厂生产）测定。
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1.2 数据计算与统计方法
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棉株不同部位氮吸收量（g）=棉株不同部位生物量（g）× 全氮含量（g/g）；
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Ndff（%）=（棉株不同器官中 15N丰度-0.3663）/（肥料中 15N丰度-0.3663）×100；
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棉株不同器官 15N累积量（mg）=棉株不同器官全氮吸收量（g）×Ndff（%）×1000；
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棉株 15N回收率（%）=棉株体内 15N含量/15N施入量 ×100；
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土壤 15N回收率（%）=土壤中 15N含量/15N施入量 ×100。
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氮肥损失率（%）=100-棉株 15N回收率（%）-土壤 15N回收率（%）
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所有数据采用Excel2007和DPS 11.0软件进行统计与分析，采用Origin 8.0软件制图。
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2 结果与分析
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2.1 不同形态氮肥和施氮时期对棉花单株干物质质量和籽棉产量的影响
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由表2可知，不同施氮处理棉花单株主茎、叶干物质质量间无显著差异，处理5棉花单株铃壳干物质质量显著高于处理2，但与其他处理间无显著差异。处理6棉花单株籽棉产量显著高于处理1、处理2和处理3，但与处理4、处理5之间无显著差异。处理1、处理2单株籽棉产量分别比处理3高15.3%、14.0%。处理6和处理5单株籽棉产量分别比处理1高10.5%、9.0%。处理4、处理5、处理6之间棉花单株干物质质量无显著差异，处理5棉花单株干物质质量显著高于处理1、处理2和处理3。
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注：同列数字后不同小字母表示在0.05水平上差异显著。下同。
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2.2 不同形态氮肥和施氮时期对棉花单株氮素吸收的影响
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由表3可知，各试验处理间棉花单株除籽棉之外氮素吸收量无显著差异，处理6棉花单株籽棉氮素吸收量显著高于处理3，但与其他处理间无显著差异，处理6全株氮素总吸收量显著高于处理3和处理4，但与处理5、处理1、处理2之间差异不显著。
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2.3 不同形态氮肥和施氮时期对棉花单株成铃数和铃重的影响
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由表4可知，处理6和处理4单株成铃数较高，2个处理间单株成铃数无显著差异，单株成铃数显著高于处理1、处理2和处理3。处理2棉花单铃重最高，显著高于处理4和处理6，但与处理1、处理3、处理5之间差异不显著。
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2.4 不同施氮时期不同形态氮肥的 15N回收率和氮肥损失率比较
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由图1可知，同一形态氮肥，棉花的15N回收率表现为基肥＜蕾期＜初花期。基施氮肥的 15N回收率28.8%～32.2%，蕾期氮肥的 15N回收率57.2%～73.2%，初花期氮肥的 15N回收率71.8%～82.7%。作基肥时，施用硫酸铵和尿素棉花的 15N回收率显著高于施用硝酸钙；在蕾期和初花期，施用硝酸钙棉花的 15N回收率显著高于施用尿素和硫酸铵，蕾期施用尿素棉花的 15N回收率显著高于施用硫酸铵；在初花期，施用尿素和硫酸铵棉花的 15N回收率无显著差异。
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图1 棉花对不同施氮时期不同形态氮肥的 15N回收率比较
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注：柱上不同字母表示处理间在0.05水平上差异显著。下同。
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由图2可知，同一种氮肥，土壤 15N残留率表现为基肥＞蕾期＞初花期。3个施氮时期，尿素和硫酸铵土壤 15N残留率无显著差异，但显著高于硝酸钙。基施氮肥土壤 15N残留率6.8%～14.6%，蕾期施氮肥土壤 15N残留率4.6%～12.9%，初花期施氮肥土壤 15N残留率4.7%～9.4%。
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图2 不同施氮时期不同形态氮肥的土壤 15N残留率比较
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由图3可知，作基肥时，硝酸钙肥料损失率显著高于尿素和硫酸铵，蕾期施用时，硫酸铵肥料损失率显著高于尿素和硝酸钙，初花期施用时，尿素和硫酸铵肥料损失率显著高于硝酸钙。基施氮肥损失率53.2%～64.4%，蕾期施氮肥损失率22.0%～29.9%，初花期施氮肥损失率12.6%～19.0%。
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图3 不同施氮时期不同形态氮肥的损失率比较
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3 讨论
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3.1 不同形态氮肥对棉花产量和氮肥回收率的影响
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硝态氮和铵态氮均能被作物吸收利用，二者占作物吸收的阴离子和阳离子总数的70%以上[18]。硝态氮进行合成代谢之前需先还原成NH3，再和铵态氮一样进行氮同化，发挥氮营养作用，硝态氮和铵态氮营养的产量效应在不同作物上的研究结果不尽一致[4]。尿素施入土壤后，经脲酶水解后产生氮和氨基酸，被作物吸收利用[19]。本试验条件下，全生育期单施尿素和硫酸铵籽棉产量优于单施硝酸钙，这一结果与李鹏程等[4]报道的3种氮肥产量结果差异不显著不一致，可能与本试验用土偏碱性有关。
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Cramer等[20-21]报道作物在生育前期一般喜好铵态氮，而生育后期则喜好硝态氮，这个结论与本试验棉花的产量结果一致，本试验棉花基肥施用铵态氮，蕾期和初花期施用尿素或硝酸钙，均获得了较高的籽棉产量，产量结果优于3个施肥时期单施一种氮肥，增产的主要原因是单株成铃数的显著增加。赵永平等[22]报道混合氮素形态比单一氮素更有利于鲜食甜糯玉米的生长，具体表现为混合态氮> 酰胺态氮> 硝态氮> 铵态氮。本试验不同形态氮肥配合施用也获得了比单施一种氮肥更好的增产结果。
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3.2 棉花生产中氮肥的合理运筹
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初花期是棉花营养生长和生殖生长并进的重要时期，初花期以后棉花氮素吸收和干物质积累加快，逐渐达到峰值，因此需要充足的氮养分供应。本试验条件下初花期施用氮肥棉花氮肥回收率高于基肥、蕾期施氮，而氮肥损失率结果则相反，说明初花期氮肥施用的有效性和重要性，这一结果与Yang等[23]报道的盆栽试验结果一致，与Li等[12] 报道的棉花大田尿素初花期施用结果一致。蕾期和初花期施用硝酸钙棉花的 15N回收率显著高于硫酸铵，这一结果与Wang等[24]在番茄上研究的硝态氮和铵态氮的 15N回收率结果一致。本试验为盆栽试验，保证了棉花全生育期良好的水肥条件，减少了肥料损失，相对大田提高了氮肥利用率，尤其是初花期氮肥利用率，本试验结果可为大田试验氮肥施用提供参考。在棉花大田生产中，硫酸铵可作底肥施用，而生育中后期可追施尿素或者硝酸钙，并适当加大初花期氮肥施用比例，保证水分供应，从而提高氮肥利用率，减少氮肥损失。
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4 结论
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盆栽条件下，硫酸铵作基肥，蕾期施用尿素或硝酸钙，初花期施用硝酸钙，较全生育期单施硫酸铵、尿素或硝酸钙增加了棉花单株成铃数，提高了氮肥的当季回收率，获得了较高的籽棉产量。
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摘要
采用盆栽试验，保证土壤水分含量不低于田间持水量的 60%，在等量施氮条件下，研究尿素、硫酸铵、 硝酸钙 3 种氮肥在播前、蕾期、初花期施用对棉花 15N 回收率和产量的影响，旨在为棉花氮肥合理施用提供理论依据。结果表明，在 3 个施肥时期单施尿素、硫酸铵籽棉产量显著优于单施硝酸钙，分别高 15.3%、14.0%。不同种类氮肥组合硫酸铵 + 尿素 + 硝酸钙、硫酸铵 + 硝酸钙 + 硝酸钙籽棉产量最高，分别比单施尿素高 10.5%、 9.0%。基肥 15N 回收率 28.8% ～ 32.2%，硫酸铵 > 尿素 > 硝酸钙，蕾期追肥 15N 回收率 57.2% ～ 73.2%，硝酸钙 > 尿素 > 硫酸铵，初花期追肥 15N 回收率 71.8% ～ 82.7%，硝酸钙 > 硫酸铵 > 尿素。本试验条件下，硫酸铵基施， 蕾期施用尿素或硝酸钙，初花期施用硝酸钙，增加了单株成铃数，获得了较高的籽棉产量和氮肥回收率。
Abstract
In order to study the effects of urea，ammonium sulfate，and calcium nitrate applied before sowing，at budding period，and at initial flowering period with equal total nitrogen（N）application rate on the 15N recovery and the seed cotton yield，a pot trial using 15N trace technique with soil water levels beyond 60% of field capacity was carried out by a random block design，and the results would provide a theoretical basis for rational N fertilizer application of cotton. The results showed that the seed cotton yield with single application of urea and ammonium sulfate during the whole growth period of cotton was significantly higher than that of single application of calcium nitrate in the three fertilization periods，by 15.3% and 14.0%，respectively. The treatment“ammonium sulfate+ urea+ calcium nitrate”and“ammonium sulfate+ calcium nitrate+ calcium nitrate”achieved the highest seed cotton yield，which was 10.5%，and 9.0% higher than that of the treatment “single application of urea in the three fertilization periods”．For N applied as base fertilizer，the order of 15N recovery rate of cotton plants（28.8% ～ 32.2%）was ammonium sulfate>urea>calcium nitrate．For N fertilizer applied at budding period，the order of 15N recovery rate of cotton plants（57.2% ～ 73.2%）was calcium nitrate>urea>ammonium sulfate. For N fertilizer applied at initial flowering period，the order of 15N recovery rate of cotton plants（71.8% ～ 82.7%）was calcium nitrate>ammonium sulfate>urea. Under the conditions of this experiment，ammonium sulfate applied as base fertilizer，urea or calcium nitrate applied at the budding period，and calcium nitrate applied at the initial flowering period increased the number of bolls per cotton and achieved higher seed cotton yield and N fertilizer recovery.