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新疆棉花基地是我国最重要的棉花生产基地之一，2020 年新疆棉花种植面积为 250.193 万 hm2，达到全国棉花种植面积的 78.9%，总产量占到全国棉花产量的 87.3%[1]。氮素是棉花生长过程中必需的大量元素，氮肥的合理施用及高效管理可以提高棉花的氮肥利用率和产量，但目前氮肥的传统施用存在施用量过大、利用率低、氮素损失严重等问题，使棉花产量和经济效益降低，还会造成土壤环境的面源污染[2-4]。
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脲甲醛肥料属于缓释氮肥，其生产成本低于控释氮肥，不仅长效、能被土壤微生物完全降解，还不会造成二次污染[5-6]。前人研究表明，缓释氮肥比尿素养分释放期长，既可以满足作物生育期内的氮素需要，提高作物对氮素的吸收利用能力和产量，又能减少施肥量和次数，节省劳动力，具有较好的环境效益和经济效益[7-8]。同时，施用缓释氮肥能促进小麦生长发育，增加干物质积累，改善作物品质，对提高氮肥利用率有一定的效果[9-10]。有研究表明，将尿素与缓释氮肥配施能促进玉米的生长发育，促使营养器官中的氮素向籽粒转运，提高玉米产量[11]，还能显著提高冬小麦的干物质积累量、氮肥利用率和产量[12]。此外，在减氮配施缓释氮肥对作物影响的研究中发现，与常规施氮相比，氮肥减量 20%～40% 水平下能够显著提高作物的籽粒干重和经济产量[13]。
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目前，关于尿素与缓释氮肥不同比例配施对小麦、玉米等作物生长发育、氮肥利用率及产量的影响已有研究报道，但尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施对新疆棉花生长发育、氮素吸收利用以及产量的影响报道较少。因此，本试验通过研究不同施氮水平下尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施对棉花的生长发育、干物质积累量、氮肥利用率和产量及其构成因素的影响，以期为新疆滴灌棉田氮素高效利用及新型缓释氮肥的发展提供科学依据。
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1 材料与方法
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1.1 试验材料
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供试棉花品种：新陆早 64 号。
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供试土壤：土壤取自于新疆石河子大学农学院试验站连作棉田，取 0～30 cm 耕层土壤，土壤类型为灌耕灰漠土，质地为壤土，供试土壤的基本理化性质为：土壤 pH 值 7.76，电导率 205 µS/cm，有机质含量 14.73 g/kg，土壤全氮含量 0.73 g/kg，有效磷含量 17.00 mg/kg，速效钾含量 246.83 mg/kg，碱解氮含量 36.75 mg/kg。
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供试肥料：尿素（N 46%）、重过磷酸钙 （P2O5 46%）、硫酸钾（K2O 50%）、液态脲甲醛缓释氮肥[由太尔（广东）公司研制生产，含氮量为 15.52%，缓释期为 45 d]。
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1.2 试验设计
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试验于 2020 年 9～12 月和 2021 年 3～7 月进行 2 年的重复试验，试验地点在新疆石河子大学农学院试验站（44°59′08″N，86°82′21″E），本试验采用盆栽试验，在光照培养箱内进行，依据棉花生长发育所需最适温、光特性，设定光照处理 16 h，光照强度为 13000～15000 lx、温度 30℃；暗处理 8 h、温度 23℃。取 22.5 kg 风干土壤过 2 mm 筛装入塑料盆（直径 27.5 cm，高 31.0 cm）中，土壤混合均匀后，选饱满的包衣棉花种子播种，每盆播种 15 粒，3 片真叶时定苗，每盆留 3 株。
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试验根据施氮水平和配施比例的不同，共设置 8 个处理，T1 为对照，不施氮肥，T2 为常规全施尿素，采用施氮量为 300 kg/hm2[14]，T3 处理按照总施氮量的 80% 施用尿素和 20% 施用脲甲醛缓释氮肥，其他各处理见表1，每个处理 6 次重复，共 48 盆。
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试验所用氮肥为尿素和缓释氮肥，缓释氮肥为液态脲甲醛缓释氮肥。氮肥施用方式与大田保持一致，其中普通尿素 20% 基施，其余按照棉花生育期需肥规律随水施入；液态缓释氮肥由于其缓释期较长，在全生育时期分 3 次施入，按照蕾期 30%、初花期 40%、盛花期 30% 随水追施。本试验所有处理磷、钾肥用量均相同（表1），磷肥为重过磷酸钙、钾肥为硫酸钾，磷肥、钾肥全部基施。棉花培养期间定期灌水，使土壤含水量保持在田间持水量的 65%～80%，在棉花出苗后第 15 d 起采用滴灌方式进行灌水以防止土壤板结。
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1.3 测定项目和方法
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1.3.1 植株生长指标测定
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在棉花苗期、蕾期、花期、铃期和吐絮期测定株高、叶片 SPAD 值、干物质积累量，在苗期每个处理选取长势一致的 3 株幼苗进行挂牌标记。株高用卷尺测定；采用 SPAD 叶绿素仪测定棉花植株倒四叶的叶片 SPAD 值；在棉花 5 个生育时期进行破坏性取样，每个处理选取代表性植株 3 株，将植株地上部分放入 105℃烘箱中杀青 30 min，在 85℃下烘干至恒重，测定棉花植株干物质积累量。
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1.3.2 植株氮素含量测定
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在棉花各生育时期取样，苗期分茎和叶片 2 部分，其余生育时期按茎、叶片、生殖器官分为 3 部分。将样品放入 105℃烘箱中杀青 30 min，在 85℃下烘干至恒重，粉碎，用 H2SO4-H2O2 进行消煮，采用 K9840 凯氏定氮仪测定植物样品全氮含量[15]。
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1.3.3 棉花产量测定在棉花吐絮期每盆
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在棉花吐絮期每盆随机选取 1 株，6 次重复共计 6 株，测定棉花单株结铃数、铃重和单株产量，并计算衣分。
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1.3.4 相关指标计算公式
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（1）氮素积累量（g/ 株）＝ 单株干物质积累量 × 氮素含量；
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（2）氮素表观利用率（%）＝（施氮处理氮素积累量－不施氮处理氮素积累量）/ 施氮量 ×100；
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（3）氮素偏生产力（kg/kg）＝棉花单株产量 / 施氮量；
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（4）氮素贡献率（%）＝（施氮处理单株产量－不施氮处理单株产量）/ 施氮处理单株产量 × 100；
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（5）氮素农学效率（kg/kg）＝（施氮处理单株产量－不施氮处理单株产量）/ 施氮量。
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1.4 数据的统计分析
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采用 Excel2019 进行数据处理和 Origin 2018 进行制图；使用 SPSS 19.0 进行两因素方差统计分析，采用 Duncan 法进行差异显著性分析（P<0.05）。
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2 结果与分析
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2.1 尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施对棉花生长发育和产量的影响
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2.1.1 生长发育
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由表2 可知，随着棉花生育时期的推进，棉花的株高和干物质积累量呈逐渐增加的变化趋势； 叶片的 SPAD 值呈现先升高后降低的趋势。随着施氮水平的升高，棉花株高、SPAD 值和干物质积累量逐渐增大，在铃期，不减氮 T4 处理的棉花株高、SPAD 值和干物质积累量达到最高，分别为 49.50 cm、53.27 和 49.75 g/ 株，比常规施氮 T2 处理分别提高了 5.55%、6.61% 和 4.35%，比 T3 处理分别提高了 3.13%、2.11% 和 1.37%，且显著高于减氮 20% 处理和减氮 40% 处理（P<0.05）；减氮 20% 水平下，T5、T6 处理的株高和 SPAD 值无显著差异，棉花株高和干物质积累量显著高于减氮 40% 处理（P<0.05），其中 T5 处理与 T2 处理的棉花株高、SPAD 值和干物质积累量均无显著差异； 减氮 40% 条件下，T8 处理株高、SPAD 值和干物质积累量显著高于 T7 处理（P<0.05），T8 处理缓释氮肥配施比例较 T7 处理大 20%；T1 处理的棉花株高、SPAD 值和干物质积累量较低。表明尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施有效促进了棉花的生长发育。
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2.1.2 产量
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不同处理下的棉花产量及其构成因素如表3 所示。在尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施的各处理中，随着施氮水平的升高，棉花单株结铃数、铃重、单株产量和衣分均增加，在不减氮水平下，T4 处理棉花单株结铃数、铃重、单株产量和衣分均高于 T2 和 T3 处理，T4 处理单株产量较 T2 处理显著提高了 26.50%（P<0.05）；减氮 20% 施氮水平下的 T5 与 T6 处理的单株结铃数、铃重、单株产量和衣分无显著差异，其中 T5 处理比不减氮水平下 T2 处理单株产量高出 3.58%；减氮 40% 施氮水平下 T7 处理与 T8 处理的单株结铃数、铃重、单株产量及衣分均无显著差异，但 T7、T8 处理的单株产量显著低于减氮 20% 的 T5 处理，降幅分别为 10.89% 和 10.41% （P<0.05）。表明尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施能显著提高棉花产量，减氮量 20% 配施仍不会影响棉花产量。
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2.2 尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施对棉花氮素积累和吸收利用的影响
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2.2.1 氮素积累
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随着棉花生育时期的推进，棉花茎和叶片的氮素积累量呈先升高后降低的趋势，棉花生殖器官与整株氮素积累量则逐渐升高（表4）。在铃期，不减氮水平下，T4 处理的棉花茎和叶氮素积累量达到最大，较 T2 处理分别显著提高了 27.02% 和 13.92%（P<0.05），较 T3 处理分别提高了 6.82% 和 1.69%；减氮 20% 水平下的 T5 处理与 T2 处理的茎和叶氮素积累量无显著差异；减氮 40% 施氮水平下的 T7 处理与 T8 处理无显著差异（P>0.05）。棉花生殖器官和整株在吐絮期贮存的氮素积累量大于铃期，在吐絮期，不减氮水平下，T4 处理的生殖器官和整株的氮素积累量显著高于 T2 和 T3 处理（P<0.05）；减氮 20% 水平下，T5 与 T6 处理间无显著差异，分别为 1.87、1.88 和 3.51、3.51 g/ 株； 减氮 40% 条件下的 T8 处理（缓释氮肥配施比例高）生殖器官氮素积累量显著高于 T7 处理（P<0.05）。棉花茎、叶、生殖器官及整株中氮素积累量均随着缓释氮肥比例的增加而逐渐增大，说明尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施能够增加棉株氮素积累量，适宜的尿素与缓释氮肥配施比例更有利于结铃期生殖器官中的氮素向棉铃中转移。
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注：同一生育时期同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。表4 同。
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注：同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。表6 同。
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2.2.2 氮素吸收利用
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氮素表观利用率、氮素偏生产力、氮素贡献率和氮素农学效率均可以衡量棉花氮素的吸收与利用（表5）。不减氮水平下 T3 与 T4 处理的氮素表观利用率显著高于 T2 处理（P<0.05），T4 处理的氮素偏生产力高于 T3 处理，达到 24.86 kg/kg； 减氮 20% 水平下（T5、T6）的氮素表观利用率最高，显著高于 T2 处理（P<0.05），而氮素表观利用率和氮素偏生产力在 T5、T6 处理间无明显差异； 减氮 40% 水平下的 T8 处理（配施缓释氮肥比例高）氮素表观利用率显著高于 T7 处理（P<0.05）， T7 与 T8 处理的氮素偏生产力无显著差异。氮素贡献率和氮素农学效率在各处理间以 T4 处理最高，分别为 35.16% 和 8.73 kg/kg，氮素贡献率比其他处理提高了 3.63～22.96 个百分点，氮素农学效率比其他处理提高了 17.81%～148.01%；减氮 20% 和减氮 40% 水平下各处理的氮素贡献率和氮素农学效率无显著差异。以上表明，尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施有利于促进棉花的氮素吸收利用。
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3 讨论
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3.1 不同施肥处理对棉花生长发育和产量的影响
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已有研究表明，缓释氮肥能显著促进作物的生长发育，且尿素与缓释氮肥配施处理下作物的茎粗、株高、叶面积指数和产量均显著提高[18]。本试验结果表明，在同一施氮水平下，尿素与缓释氮肥配施显著提高了棉花各生育时期的株高、SPAD 值和干物质积累量，减氮 20% 水平下尿素与缓释氮肥配施与常规全施尿素处理的棉花各生长指标无显著差异。这说明缓释氮肥能够缓慢、长效释放氮素供给棉花生长，能够显著促进棉花的生长发育，这与前人的研究结果一致[18]。本研究中，减氮 40% 处理与不施氮处理下的棉花株高、SPAD 值和干物质积累量低于常规全施尿素处理，这与胡迎春等[13]的研究结果相似，不施氮肥和施氮水平低均会影响作物的叶面积指数，使植株叶片生长受到影响。缓释氮肥后期充足的氮素供应能协调棉花的营养生长和生殖生长，增加棉花的单株结铃数和铃重，进而提高棉花产量[19-20]。本试验研究表明，尿素与缓释氮肥配施能显著提高棉花产量，减氮 20% 水平下，尿素与缓释氮肥配施的棉花产量与常规全施尿素处理间差异不显著，这说明尿素与缓释氮肥配施能够缓解因氮肥投入量减少带来的棉花减产，这与耿计彪等[20]的研究结果相一致。本研究中，减氮 40% 处理的棉花产量及其构成因素均较低，原因可能是由于施氮量过低使作物养分供应不足造成脱肥现象[21]。耿计彪等[20]研究表明缓释氮肥提高棉花产量的主要原因是提高了单铃质量，于小晶等[22]认为缓释氮肥对棉花成铃数的影响较为显著，本研究中尿素与液态缓释氮肥配施对棉花单株结铃数和单铃重均影响显著，造成试验结果差异的原因一方面是试验采用的氮肥种类不同，另一方面氮肥用量和配施比例也不同，对作物氮素吸收与肥料养分释放有不同的影响[23]。
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3.2 不同施肥处理对棉花氮肥利用效率的影响
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氮肥的科学管理及优化施肥是作物高产的重要保障，尿素和缓控释氮肥配施是有效的氮肥管理措施之一[24-25]。有研究表明，尿素与缓释氮肥配施能显著提高植株氮素积累量，降低氮损失及土壤中无机氮的残留[26]。本试验中，同一施氮水平下尿素与缓释氮肥配施提高了棉花营养器官和生殖器官的氮素积累量，且棉花氮素积累量随着缓释氮肥比例的增加而增大，促进了氮素向蕾铃器官的转运，这与张杰等[26]的研究结果相一致。这主要是由于尿素与缓释氮肥配施满足了棉花生长前期所需氮素养分，随着生育时期的推进，缓释氮肥在土壤中不断被微生物转化，从而为棉花后期生长提供充足氮源[8]，使棉花营养器官的氮素不断向生殖器官转移，发挥了缓释氮肥的后效。
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前人研究发现，缓释氮肥的养分释放可与作物的养分吸收相同步，使其供肥强度与作物需肥规律达到动态平衡[8-9]，尿素与缓释氮肥配施可以提高作物的氮肥利用率，减少氮损失[26]。本研究结果表明，同一施氮水平下，尿素与缓释氮肥配施显著提高了棉花的氮素吸收利用效率，这与 Guo 等[27]的研究结果一致。以上表明，相比于常规全施尿素的方式，尿素与缓释氮肥配施既弥补了尿素氮素释放快、需要后期持续追肥的缺点，也解决了作物前期供氮过多和后期供氮不足的问题[28]。由于缓释氮肥价格比普通尿素高，过高的缓释氮肥配施比例会增加成本投入[29]，本研究中，氮肥施用量减少 20% 的情况下配施 20% 液态缓释氮肥，氮素农学效率与不减氮全施尿素处理达到同等水平，这和前人在水稻、小麦等作物上的研究结果相似[30-32]。
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传统的棉花种植施肥次数多，施肥量大，劳动力成本增加，易对土壤环境造成危害，不利于棉花生产的可持续发展[33]。本试验中应用的液态脲甲醛缓释氮肥，相比于脲醛颗粒肥料和脲醛粉状肥料，具有生产成本低、生产过程无污染、施用方便、能与其他营养元素混合施用等优点[34]。赵芸等[35]研究了固态与液态脲醛缓释氮肥料对油菜产量及品质的影响，发现对于油菜作物，固体脲醛缓释氮肥的释放规律能更好地适应油菜的生长发育，从而提高油菜产量。本研究中棉花生育期较长，与园艺植物生育期不同，加之新疆棉田多采用膜下滴灌的随水施肥方式，固体缓释氮肥一次性施用不能满足棉花全生育期的氮素需求，而液态脲甲醛缓释氮肥可在棉花不同生育时期随水滴施，既能满足棉花的需肥规律，又省时省工，具有广阔的应用前景。但关于液态脲甲醛缓释氮肥与脲醛颗粒肥料或脲醛粉状肥料对新疆棉花生长发育及增产效益对比的报道较少，还有待进一步研究。
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4 结论
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与不施氮肥和常规全施尿素处理相比，不减氮水平下尿素与缓释氮肥配施促进了棉花的生长发育、提高了单株产量，显著增加了氮肥利用率。其中 60% 普通尿素与 40% 缓释氮肥配合施用处理的干物质积累量和单株产量最高，氮素积累量及开花期后营养器官氮素向蕾铃的转运量最大；减氮 20% 水平下 60% 普通尿素与 20% 缓释氮肥配合施用处理的棉花生长指标、单株产量及氮素积累量与常规全施尿素处理差异不显著，显著提高了棉花的氮肥利用率，节省了肥料施用量。本试验条件下，60% 普通尿素与 40% 缓释氮肥配合施用和减氮 20% 水平下 60% 普通尿素与 20% 缓释氮肥配合施用处理均可促进棉花生长发育，有利于棉花高产，显著提高了氮肥利用率，可在棉花高产高效及科学施肥中推广应用。
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摘要
研究不同施氮水平下，尿素与液态脲甲醛缓释氮肥不同比例配施对棉花生长发育、干物质积累量、棉花各器官氮素积累量、氮肥利用率以及产量的影响，为新疆滴灌棉田高产施氮管理提供理论依据。试验选用棉花品种新陆早 64 号，设置 2 种施氮方式，分别为常规全施尿素（T2）和尿素与缓释氮肥不同比例配施（US）；配施处理按照施氮量设 3 个水平，分别为不减氮 U0.8S0.2（T3）和 U0.6S0.4（T4）、减氮 20%U0.6S0.2（T5）和 U0.4S0.4（T6）、减氮 40%U0.4S0.2（T7）和 U0.2S0.4（T8），不施氮肥（T1）为对照，共 8 个处理。分别在苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期对棉花株高、SPAD 值、干物质累积量进行测定，并分析植株氮素积累量、氮肥利用率和单株产量。结果表明：尿素与缓释氮肥配施可以促进棉花的生长发育和产量，不减氮水平下 T4 处理棉花的株高、SPAD 值、植株干物质积累量和单株产量达到最大，T4 处理棉花单株产量较 T1 和 T2 处理分别显著提高了 54.09% 和 26.50% （P<0.05）；在减氮 20% 水平下，T5 与 T6 处理的棉花株高和 SPAD 值差异均不显著，且 T5、T6 处理的棉花单株产量及其构成因素与常规全施尿素 T2 处理也无显著差异，可实现减氮不减产；减氮 40% 水平下，T7 与 T8 处理在棉花生长发育及产量间均无显著差异。同时，尿素与缓释氮肥配施有利于提高棉花的氮素吸收利用，不减氮水平下 T4 处理的氮素农学效率和氮素偏生产力在各处理间达到最大，分别为 8.73 和 24.86 kg/kg；T5、T6 处理的氮素表观利用率显著高于 T2 处理（P<0.05），分别为 62.09% 和 62.44%；减氮 40% 水平下，配施缓释氮肥比例较高的 T8 处理氮素表观利用率较 T7 处理高 8.51%。综上：T4 和 T5 处理均能显著增加棉花氮肥利用率，有利于棉花生长发育及单株产量的提高，是本试验中棉花高产高效的最佳配施比例。
Abstract
The effects of different proportions of urea and liquid urea formaldehyde slow release nitrogen fertilizer on cotton growth and development，dry matter accumulation，nitrogen accumulation in various organs of cotton，nitrogen use efficiency and yield were studied under different nitrogen levels，so as to provide theoretical basis for high yield nitrogen application management in drip irrigation cotton fields in Xinjiang. Cotton variety“Xinluzao 64”was selected in the experiment，and two nitrogen application methods were set up，namely conventional total urea（T2）and different proportions of urea and slow release nitrogen fertilizer（US）. The combined application treatments were set up at three levels according to the nitrogen application rate，namely，no nitrogen reduction of U0.8S0.2（T3）and U0.6S0.4（T4），nitrogen reduction of 20% U0.6S0.2（T5） and U0.4S0.4（T6），nitrogen reduction of 40% U0.4S0.2（T7）and U0.2S0.4（T8），and no nitrogen application（T1）as the control，with a total of eight treatments. The plant height，SPAD value and dry matter accumulation of cotton were measured at seedling stage，bud stage，flowering stage，boll stage and boll opening stage，and the nitrogen accumulation，nitrogen use efficiency and yield per plant were analyzed. The results showed that urea combined with slow release nitrogen fertilizer promoted the growth and yield of cotton. The plant height，SPAD value，dry matter accumulation and yield per plant of T4 treatment reached the maximum without nitrogen reduction. The yield per plant of T4 treatment was significantly increased by 54.09% and 26.50% compared with T1 and T2 treatments，respectively（P<0.05）．There was no significant difference in cotton plant height and SPAD value between T5 and T6 under 20% nitrogen reduction，and there was no significant difference in cotton yield per plant and its components between T5 and T6 and conventional total urea T2 treatment. Under the nitrogen reduction of 40%，there was no significant difference in the growth and yield of cotton between T7 and T8 treatments. At the same time，the combined application of urea and slow release nitrogen fertilizer was beneficial to improve the nitrogen absorption and utilization of cotton. The nitrogen agronomic efficiency and nitrogen partial productivity of T4 treatment reached the maximum among the treatments without nitrogen reduction，which were 8.73 and 24.86 kg/kg，respectively. T5，T6 treatments was significantly higher than that of T2 treatment，which were 62.09% and 62.44%，respectively（P<0.05）. At the nitrogen reduction level of 40%，the apparent nitrogen utilization rate of T8 treatment with higher proportion of slow release nitrogen fertilizer was 8.51% higher than that of T7. In summary，T4，T5 treatment could significantly increase the nitrogen use efficiency of cotton，which was beneficial to the growth and development of cotton and the improvement of yield per plant，and was the optimal proportion of combined application for high yield and showed high efficiency of cotton in this experiment.