-
新疆是我国最大的商品棉生产基地，棉花种植面积占新疆总耕地面积的 1/3[1]。2021 年新疆棉花产量占全国总产量的 80% 以上[2]。随着生产技术和生产成本的不断提高，新疆棉花机械采收发展迅速[3]，北疆棉花机采率已超过 90％，南疆也已达 30%，且逐年扩大[4]。为了适应机械采收的要求，机采棉种植模式在覆膜宽度、滴灌带布设、种植密度等方面进行了相应的改变，覆膜宽度由传统的 1.2 m 增宽至 2.05 m，滴灌带由一膜两管四行增加到一膜三管六行，理论种植密度由 13 万株 /hm2 增密到 22 万株 /hm2。以上栽培技术中的“三增”对肥料尤其是氮肥调控提出了新的要求。
-
种植密度的改变影响了棉花的群体效应，在肥料需求及干物质形成方面与传统栽培具有差异性。近年来的田间试验表明，一膜六行栽培方式因冠层结构的差异，有较高的光能利用率和群体优势，有利于实现棉花高产[5]，主要原因是新的种植模式促进了生殖器官干物质的积累，棉花营养生长和生殖生长得到有效合理的协调[6]，由此群体效应的改变势必会影响单位面积棉花对养分的吸收总量[7]，继而要求滴灌带铺设数量的增加和位置的改变。前人研究结果均显示，传统一膜两管种植在宽行靠近作物位置氮素吸收量大、而窄行中吸收磷、钾相对较多[8]。但上述养分吸收特征是否适用于机采棉模式目前仍不明晰。
-
氮素作为棉花生长的首要营养元素，受到长期持续关注。氮肥施用量是首要的研究因素，王海江等[9] 研究发现随着氮肥用量的增加，棉花干物质积累的快速增长期推迟，干物质总量增加。薛冯定[10]研究认为，随着生育期的推进，氮含量逐渐从营养器官向生殖器官转移，蕾铃中氮含量最高，茎秆中最少。随着施肥量的增加，植株中氮磷钾含量呈增加趋势，过低施肥虽能够提高养分的利用效率，但不能满足作物对养分的需求；李志强等[11]研究认为施氮量过多，削弱了棉花个体发育，造成单株成铃数和单铃重降低。氮素投入过量不仅会影响作物产量[12-13]，降低肥料的利用效率[14-15]，导致生态环境的污染[12，16-18]，而且在高施氮量下，还会显著影响其对磷、钾等的吸收[19-21]。由此可见，氮肥效应与其施用量密切相关。氮素的收支也是农田养分平衡重要的考量要素。巨晓棠[22]根据作物百公斤收获物需氮量确定理论施氮量，强调施氮应注意与磷钾肥的平衡；王火焰等[23]提出养分真实利用率的概念和计算方法，为施肥科学的深入研究提供了新思路；寇长林等[24]从植株-土壤系统氮素收支平衡的角度，提出作物产量和环境效益双赢的施肥策略。索俊宇等[25]综合考虑棉花高产和环境安全，提出南疆巴州棉区的合理施氮量区间。因此，机采棉的氮素效应也应建立于农田养分平衡的基础上。
-
综上所述，机采棉模式的大面积推广亟须开展与之匹配的氮素效应研究，但目前已有结果多集中于传统滴灌栽培模式，对宽膜滴灌机采棉氮素投入与棉花养分吸收利用及产量的效应研究尚不深入。本研究以北疆膜下滴灌机采棉为研究对象，通过研究氮素投入与棉花产量、肥料利用率和植株-土壤体系养分收支平衡的关系，明确膜下滴灌机采棉氮素吸收特征及其产量效应，并提出适宜的机采棉施肥制度。
-
1 材料与方法
-
1.1 试验区概况
-
试验于 2021 年 4 月至 10 月在克拉玛依绿城公司一号站农场进行（84°55′E，45°27′N，海拔 260 m）。该区属温带大陆性干旱荒漠气候，年均气温 8.50℃，平均降水量 109.50 mm，年潜在蒸发量 3345.20 mm，年日照时数 2600~3400 h，无霜期 190 d。土壤类型为灰漠土，平均干容重 1.46 g/cm3，田间持水率 27%。灌溉用水来自西郊水库，通过管道输送到试验区，平均矿化度为 1.16 g/L，地下水位 2.71 m。播前土壤基础化学性质如表1 所示。
-
1.2 试验设计
-
供试棉花品种为新陆早 73，播种日期为 2021 年 4 月 16 日，收获日期为 2021 年 10 月 12 日。采用典型机采棉一膜三管六行种植模式，棉花窄行间布设 1 条边缝式滴灌带，滴头间距 20 cm，滴头流量 2.0 L/h，具体布置见图1。
-
试验小区宽 4.5 m，长 10 m，面积 45 m2。株距 10 cm，行距 10 cm-66 cm-10 cm-66 cm-10 cm，理论株数 19 万株 /hm2；小区之间设置一膜宽（2.05 m） 的保护行，重复之间预留 1.5 m 的操作行，除施肥外，其他农艺措施与当地农户一样。种植模式如图1 所示。
-
图1 膜下滴灌机采棉典型种植模式（宽膜 2.05 m）
-
试验采用完全随机区组设计，全生育期统一灌溉定额 4500 m3 /hm2，设置 5 个氮肥投入水平，分别用 F1（0 kg/hm2）、F2（180 kg/hm2）、F3（220 kg/hm2）、 F4（270 kg/hm2）和 F5（315 kg/hm2）表示。其中 F4 处理的氮肥用量是明晰了播前土壤养分含量和棉花对氮肥的需求规律后，根据目标产量法（6000 kg/hm2）进行设置，其余试验处理的施氮量为在此基础上的减量、增量施氮处理。通过试验前对试验区基础养分采集分析并结合北疆地区测土配方法推荐施肥配方的整理研究，设定统一的氮磷钾施用配比 1∶0.38∶0.3 （表2），即设定氮肥梯度后，磷钾投入按统一比例相应调整。每个处理重复 3 次，共 15 个小区。
-
氮肥用尿素（N 46%），磷肥用磷酸一铵（N 12%，P2O5 61%），钾肥用氯化钾（K2O 57%）。棉花不施基肥，所有肥料均采用压差式施肥灌随水滴施，具体水肥投入设计见表3。
-
1.3 测定项目与方法
-
1.3.1 棉花产量及其构成因素的测定
-
于收获期在各试验小区量取 0.15 hm2 调查棉花株数、单株结铃数。从棉花植株上、中、下 3 个部位各采棉絮 30 朵，称重后计算棉花单铃重，将籽棉脱籽后计算衣分。将各小区棉花实收后，计算籽棉产量。
-
1.3.2 植物样品采集与测试
-
于吐絮期在各试验小区内随机挑取 3 株长势均匀的棉花，将茎基部去除后，洗去植株表面浮土，按茎、叶、蕾铃、花等器官分离，放入烘箱 105℃ 下杀青 30 min，置于 75℃烘干至恒重，计算各器官干物质量和整株干物质量，换算单位面积上干物质量。
-
将用于测定植株干物质重的样品粉碎，过 1 mm 标准筛，经 H2SO4-H2O2 消煮后制成待测液，用于测定植株养分含量。植株全氮用奈氏比色法测定，全磷采用钒钼黄比色法测定，全钾采用火焰光度法测定[26]。
-
1.3.3 土壤样品采集与测试
-
于试验结束后，在各试验小区内采集土壤样品，取样位置为宽、窄行间和滴灌带下 3 个部位。采样深度分别为 0~20、20~40 和 40~60 cm。将所采土样同层混合并带回室内自然风干后，过 1 mm 标准筛用于土壤速效养分含量测试。土壤碱解氮用碱解扩散法测定，土壤有效磷是经双酸（HCl 和 H2SO4）浸提后，用钼锑抗比色法测定。土壤速效钾是将土壤样品经 NH4OAc 浸取后，用火焰光度法测定[26]。
-
1.3.4 指标计算
-
试验前茬作物为玉米，且 2020 年玉米收获后秸秆全部回收再利用，所以养分投入项里不含前茬作物的秸秆还田量。试验采用膜下滴灌的灌溉方式，单次灌水量较少，所以不考虑淋洗和挥发造成的养分损失。养分矿化量是根据无氮区（F1）植株养分吸收量和试验前后土壤养分变化量来估算确定的，且认为在当前试验条件下各施氮处理的养分矿化量相同，所以，土壤养分矿化量 = 不施氮区植株养分吸收量（kg/hm2）+ 收获后土壤养分残余量 （kg/hm2）-土壤养分初始含量（kg/hm2）。
-
根据土壤养分输入-输出平衡原理计算养分的表观损失量，其中养分输入项包括肥料投入量、养分矿化量、土壤养分初始含量，养分输出项包括植株养分吸收量、土壤养分残余量和养分表观损失量。所以，养分表观损失量 =[肥料投入量（kg/hm2）+ 土壤养分初始含量（kg/hm2）+ 养分矿化量（kg/hm2）]-[植株养分吸收量（kg/hm2）+ 收获后土壤养分残余量（kg/hm2）]。
-
相关指标计算公式如下：
-
式中：HI 代表收获指数，%；Y 代表籽棉产量，kg/hm2； SDM 代表地上部干物质量，kg/hm2；RE 代表肥料利用率，%；U 代表施氮区作物养分吸收量，kg/hm2； U0 代表不施氮区作物养分吸收量，kg/hm2；F 代表氮、磷、钾养分投入量，kg；AE 代表肥料农学效率，kg/kg；Y1 代表施氮区籽棉产量，kg/hm2；Y0 代表不施氮区籽棉产量，kg/hm2；PFP 代表肥料偏生产力，kg/kg；FT 代表氮、磷、钾养分投入总量。
-
1.4 数据处理与分析
-
用 Excel 2021 对试验数据进行整理，用 SPSS 22.0 进行数据的方差分析，用 Origin 2021 进行作图。
-
2 结果与分析
-
2.1 机采棉产量及构成因素对氮肥的响应关系
-
由表4 可知，棉花单铃重随氮素投入的增加而持续提高，F3、F4 和 F5 处理间无差异（P>0.05）。与无氮处理（F1）相比，F2、F3、F4 和 F5 处理下棉花的单铃重分别提高了 9.81%、27.97%、31.52% 和 31.73%，这说明增施氮肥可促进棉铃发育，增加了单铃重。棉花单株结铃数和籽棉产量随氮肥用量的增加协同增长，与 F1 处理相比，F2、F3、 F4 和 F5 处理下的棉花单株结铃数分别提高了 1.16、1.54、1.68 和 1.59 个，籽棉产量分别增加了 45.96%、74.71%、91.63% 和 87.54%。表明一定范围内的氮肥施用可提高棉花的单株结铃数，进而影响了籽棉产量，单株结铃数是影响籽棉产量的主要因素。各试验处理下棉花的衣分无差异（P>0.05），保持在 41.41%~42.77% 之间。
-
注：同列数字后不同的小写字母表示处理间差异达到显著水平（P<0.05）。下同。
-
棉花产量的形成依赖于植株对养分的吸收利用，而干物质的积累是棉花养分吸收利用的具体表现。试验结果显示，棉花地上部干物质量随施氮水平的提高不断提高，F2、F3、F4 和 F5 处理较 F1 处理分别提高了 7.72%、26.38%、30.71% 和 36.82%，F5 和 F4 处理间差异不显著（P>0.05），与 F1、F2 和 F3 处理均有显著差异（P<0.05）。收获指数能反映作物群体光合产物转化为经济产品的能力，是用来评价作物产量水平和栽培效果的重要指标。随着施肥量的增加，各施氮处理收获指数呈先增大后减小的趋势，以 F4 处理下的收获指数最高，为 37.67%。 F1 处理收获指数最小且与其他施肥处理间差异显著 （P<0.05），各施肥处理组间无差异性（P>0.05）。
-
2.2 不同施氮处理下棉花植株养分分配特征
-
氮磷钾配施能显著提高棉花植株的养分含量[27]。对于棉花秸秆而言（图2a），氮、磷、钾素的积累量随养分投入量的增加逐渐增加，其中 F4 和 F5 处理的各养分积累量均为最大，但 F4 和 F5 处理间无差异（P>0.05）。F1 处理养分积累量最少，与 F3、 F4、F5 处理氮、钾积累量差异显著，与 F4、F5 处理磷积累量差异显著（P<0.05）。其他施肥处理相比 F1 处理秸杆全氮含量提升了 30.02%~79.16%，全磷含量提升了 25.35%~79.23%，全钾含量提升了 5.15%~19.47%，说明氮肥施用促进了棉株对养分的吸收。对于棉花籽棉而言（图2b），氮素的积累量随养分投入量的增加呈先增加后减少的趋势，以 F3 处理的氮素积累量最大，为 169.60 kg/hm2，显著高于 F1 和 F2 处理。磷素积累量随养分投入量的增加而呈持续上升的趋势，F4 和 F5 两处理间无差异（P>0.05），但均与 F1、F2 和 F3 处理差异显著 （P<0.05）。钾素含量随养分投入量的增加呈波动上升的趋势，其中 F5 处理籽棉钾素积累量最高，与其他施肥水平均达到显著性差异（P<0.05），但 F2、 F3、F4 处理间无差异（P>0.05）。
-
通过分析棉花秸秆和籽棉中的养分积累量，发现氮素在秸秆中的积累量占养分吸收量的 36.27%~46.00%，在籽棉中的积累量占养分吸收量的 54.00%~63.73%；磷素在秸秆中的积累量占养分吸收量的 35.01%~51.27%，在籽棉中的积累量占养分吸收量的 48.73%~64.99%；钾素在秸秆中的积累量占养分吸收量的 68.32%~75.19%，在籽棉中的积累量占养分吸收量的 24.81%~31.68%。即可得出棉花植株中的氮、磷积累量表现为籽棉 >秸秆，而钾素积累量在棉花植株中表现为秸秆 >籽棉。
-
图2 不同施氮处理下棉花植株养分分配特征
-
2.3 不同施氮处理对肥料利用效率的影响
-
由表5 可知，当前试验条件下的氮肥利用率在 24.35%~39.88% 之间。随氮素投入的增加，氮肥利用率呈先升高后降低的趋势，F2 处理氮肥利用率最低，与其他施氮处理的氮肥利用率差异显著 （P<0.05），F3、F4 和 F5 处理间无差异（P>0.05）。磷肥利用率随养分投入量的增加在 10.19%~19.50%范围内持续增加，钾肥利用率在 43.43%~54.26% 之间波动，各试验处理的磷、钾肥利用率无差异 （P>0.05）。肥料农学利用率随养分投入水平的提高呈先增加后降低的趋势，保持在 4.78~6.24 kg/kg 之间，F4 处理与 F2 和 F5 处理差异显著（P<0.05），与 F3 处理无明显差异（P>0.05）。肥料偏生产力随养分投入量的增加不断降低，F2 处理的肥料偏生产力最大，与 F4 和 F5 处理差异显著（P<0.05），与 F3 处理无显著差异（P>0.05）。
-
2.4 不同施氮处理下棉田土壤养分的表观平衡
-
对整个生育期的土壤-作物体系中的氮素养分平衡分析可以看出（表6），养分的矿化量分别为氮 110 kg/hm2、磷 17 kg/hm2 和钾 70 kg/hm2，叠加播前 0~60 cm 土层土壤养分的基础含量，即土壤自身供养分可达氮 337 kg/hm2、磷 106 kg/hm2 和钾 918 kg/hm2，远大于当前试验条件下棉花对养分的需求总量氮176.51~283.60 kg/hm2、磷 38.31~60.19 kg/hm2和钾 147.39~299.59 kg/hm2，这表明在此试验条件下减一定量的肥料是可以的。将播前和收获后 0~60 cm 土层土壤养分含量进行比较，碱解氮含量平均增加了 9.34%，有效磷含量平均增加了 21.80%，速效钾含量平均增加了 3.04%。其中，土壤有效磷含量的变动最大，其次是碱解氮含量，速效钾含量的变化幅度较小。
-
各试验处理的养分表现盈余量随养分投入量的增多都出现了不同程度的盈余。其中 F5 处理的养分表现盈余量最多，占养分投人总量的 71.75% （氮）、 55.83%（磷）和 51.58（钾），而这些超过2 /3 的氮素和 1/2 的磷、钾素盈余将通过各种途径被土壤所吸附或损失，这样不仅会造成资源的浪费，而且会对农田环境造成潜在的威胁。
-
2.5 不同施氮处理下土壤速效养分的分布
-
由图3 可知，各试验处理的土壤速效养分含量有随土层深度加深养分含量逐渐减小，同一土层深度内养分含量随施肥水平提高有波动上升的趋势。由图3a 可知，与不施肥处理（F1）相比，施肥增加了 0~20 和 40~60 cm 土层土壤碱解氮的含量。各试验处理 0~20 cm 土层土壤碱解氮含量较 F1 处理分别增加了 10.13%、4.63%、6.78% 和 7.37%。与试验前相比，40∼60 cm 土层土壤碱解氮含量都有降低，降低幅度为 7.18%∼23.58%。20∼40 cm 土层土壤碱解氮含量在 23.32~26.63 mg/kg 范围内波动，但各试验处理之间无差异（P>0.05）。从图3b 可知，施肥提升了 0~20、20~40 cm 土层土壤有效磷含量，其中 F5 处理下土壤有效磷含量显著高于 F1 处理（P<0.05），增加幅度分别为 25.75% 和 82.35%。 F2、F3 和 F4 处理 0~20、20~40 cm 土层土壤有效磷含量差异虽不显著（P>0.05），但与试验前相比也有所提升，提升幅度分别为 92.96%∼110.01% 和 6.18%∼21.74%。 40∼60 cm 土层土壤有效磷含量波动在 7.68∼8.86mg/kg 之间，各试验处理之间无差异（P>0.05）。从图3c 可知，施肥显著影响了 0~20 cm 土层土壤速效钾的含量，其中 F5 处理下土壤速效钾含量显著高于 F1 处理（P<0.05），但与 F2、F3 和 F4 处理之间差异不显著（ P>0.05）。与试验前相比，各试验处理土壤速效钾含量也有提升，提升幅度为 2.70%∼18.74%。各试验处理 20~60 cm 速效钾含量无差异（P>0.05）。虽然各试验处理间土壤速效钾含量差异较小，但有随钾素投人量增加，速效钾含量呈现波动上升的整体态势。
-
图3 不同施氮处理棉田土壤速效养分的分布情况
-
3 讨论
-
3.1 机采棉产量构成因素对氮肥的响应
-
单位面积总铃数和单铃重是决定籽棉产量的关键因素，种植密度和单株结铃数决定了单位面积总铃数。传统模式与机采模式最大的区别就是种植密度和株行距配置不同。李春艳等[28]研究发现，在种植密度为 18 万株 /hm2 时，棉花产量及构成因子均随着施氮量的增加而增加，而种植密度为24 万株 /hm2 时，表现为先增后减。张文等[7]研究认为行距变化对棉花产量构成因子有显著的调控作用，单株铃数和单铃重随行距的增加有明显的增加趋势。王肖娟等[29]研究指出一膜两管四行栽培模式下的棉花单株结铃数、单铃重、籽棉产量随施氮量的增加而增加，且氮肥用量对衣分含量有极显著影响。本试验研究表明，籽棉产量和单株结铃数随施氮量提高呈现先增加后减少的趋势，具有明显的边际效应，但单铃重随施氮量的增加持续增加，衣分无显著差异。这与传统滴灌模式下氮肥效应有差别，主要原因是种植模式的不同而导致棉花对养分的吸收利用差异[30]，继而影响棉花产量的构成因素。
-
机采棉宽膜种植较窄膜种植，氮肥施用量有明显下降，产量维持稳定。如石洪亮等[31]研究南疆一膜四行机采棉适宜施氮量为 300 kg/hm2，籽棉产量 5781.7 kg/hm2；王东旺[32]提出施氮 292.6 kg/hm2，籽棉产量 6082.5 kg/hm2。在本试验中，一膜六行宽膜机采棉，适宜施氮量 270 kg/hm2，籽棉产量 5792.44 kg/hm2。氮素投入减少 12.6~20.0 kg/hm2，籽棉产量差异不显著，进一步说明机采棉宽膜种植氮素效应优于窄膜种植。
-
3.2 氮肥投入提升了机采棉磷素吸收比例
-
养分吸收是干物质积累的前提，是产量形成的基础。汤明尧等[14]通过研究新疆不同棉区棉花的养分吸收利用情况，得出百公斤籽棉平均需氮 5.29 kg、磷 1.01 kg，钾 4.83 kg。本试验提出百公斤籽棉需要氮 5.10 kg、磷 1.37 kg、钾 4.90 kg，表明机采棉模式下，磷吸收比例明显增加。李伶俐等[19]研究发现增施氮肥可以促进棉花对氮、磷、钾的吸收，在施氮量超 300 kg/hm2 时促进效果不明显，张宏等[20]也有类似结论。在当前试验设计施氮范围（0~315 kg/hm2）内，随着施肥水平的提高，棉花对养分的吸收量不断增加，F5 处理下的养分吸收量最高，与干物质累积量表现一致。施氮量不同导致养分在不同器官中分配特征也不同。廖欢等[33]研究指出，在吐絮期无论施氮量多少，氮素在各器官中的积累量和分配率均表现为铃 >叶>茎。韩伟等[34]研究认为磷肥施用量在 75~150 kg/ hm2 之间能提高棉花各器官中氮含量，尤其是氮素在花铃期絮 + 籽中的分配率超过 56%。本研究结果显示，氮、磷素在棉花秸秆中的积累量小于在籽棉中的积累量，而钾素在秸秆中的积累量大于在籽棉中的积累量。这是由于在生长末期，棉铃成为营养供应的中心，棉株内大量的有机物向生殖器官中转移，而氮素、磷素是棉株内重要化合物的组成元素，对促进果实膨大、增加结铃数具有重要作用，因此棉株中氮、磷的积累量表现为籽棉 >秸秆，而钾在棉花生长过程中主要是起促进根系发育、提高叶片活性、防止棉花早衰的作用，所以在棉花植株钾素吸收上表现为秸秆 >籽棉。
-
3.3 施氮对土壤养分分布及农田养分平衡的影响
-
土壤速效养分作为可被植物直接吸收的养分，其丰富程度代表土壤养分供给能力的强弱。外源肥料的投入能显著影响土壤中的速效养分含量[35]，影响效果取决于肥料投入量与投入时机[36]。宰松梅等[37]、蔡利华等[38]和王虎等[39]研究发现土壤碱解氮和有效磷的含量随土层深度的增加而减小，且基本停留在 0~30 cm 土层中。本研究结果显示，提高养分投入主要增加了 0~20 cm 土层的养分含量，土壤碱解氮和速效钾的含量随土层深度的增加而减小，这与前人的研究结果一致。李青军等[40]建立了棉花产量与土壤有效磷含量之间的关系，提出土壤有效磷临界值为 22.0 mg/kg。吕志伟等[41]研究了中国棉花土壤有效磷丰缺指标与适宜施磷量，得出土壤有效磷含量在 4~11 mg/kg 时，适宜的施磷量范围在 68~243 kg/hm2 之间。本试验条件下，0~20 cm 土层土壤有效磷含量随养分投入量的增加持续增加，在 22.64~28.47 mg/kg 之间。所以，从提高磷肥利用率的角度，本试验条件下的最适施磷量为 102.6 kg/hm2，此时土壤有效磷含量为 24.88 mg/kg，接近土壤有效磷临界值。
-
农田土壤养分平衡是根据土壤-作物体系中养分的输入与输出平衡关系来评价肥料的施用效果和养分盈余情况，也是分析施肥对农业环境影响程度的重要方法。土壤中养分出现盈余不仅没有提高肥料的利用率，而且造成土壤养分过量，导致一定的资源浪费，增大了土壤养分的迁移性和环境风险；土壤中养分处于亏缺状态，不利于养分的可循环利用，长期下去会导致土壤肥力匮乏、作物减产。本研究结果表明，各施肥处理的养分都出现不同程度的盈余，且随肥料投入量的增多，养分盈余不断增加。但是通过对比棉花生育期养分吸收总量和肥料投入量，认为 F4 处理的氮肥投入（N 270 kg/hm2）可以保证生育期棉花对氮素的吸收（秸秆 + 籽棉 268.82 kg/hm2），不会因消耗土壤本底养分而造成土壤肥力的下降，有利于维持并提升土壤基础肥力，所以在土壤氮素平衡的角度来看 F4 处理为最优处理。
-
4 结论
-
（1）本试验条件下，北疆机采棉施氮肥通过显著提升单株结铃数而影响籽棉产量，但对衣分影响不显著。植株干物质累积量和养分吸收量特征具有一致性，随施氮量的增加而持续上升。机采棉百公斤籽棉平均需氮 5.10 kg、磷 1.37 kg、钾 4.90 kg，与传统种植模式相比，磷吸收量显著提升。籽棉中氮、磷的积累量高于秸秆，而钾则表现相反。
-
（2）机采棉施氮肥提高了土壤中的速效养分含量，0~20 cm 土层中碱解氮含量对氮素投入的响应更明显，而有效磷也主要积聚在表层 0~20 cm 内； 各试验处理的养分都出现不同程度的盈余，在施氮量为 270 kg/hm2 时，氮素投入量接近棉花生育期养分吸收总量，可以达到表观收支平衡。
-
（3）综合考虑棉花产量、肥料利用率和棉田养分收支平衡，建议北疆膜下滴灌机采棉的氮肥用量为 270 kg/hm2。
-
参考文献
-
[1] 唐文，李晓晓，吕宁．新疆棉花生产成本与收益分析及植棉对策研究——基于 2002—2016 年度数据实证分析［J］． 中国棉花，2018，45（10）：9-15.
-
[2] 李继福，何俊峰，陈佛文，等．中国棉花生产格局与施肥研究现状——基于CNKI数据计量分析［J］．中国棉花，2019，46（4）：17-24，28.
-
[3] 张山鹰．新疆机采棉发展现状及发展方向的思考［J］． 农业工程，2012，2（7）：1-6.
-
[4] 梁亚军，李雪源，郑巨云，等．新疆2019年棉花产业情况概述及存在问题与策略［J］． 棉花科学，2020，42（1）：14-20.
-
[5] 梁亚军，罗天睿，郑巨云，等．不同机采棉配置冠层结构及产量性状差异研究［J］． 新疆农业科学，2017，54（6）：1008-1013.
-
[6] 徐新霞，雷建峰，高丽丽，等．不同机采棉行距配置对棉花生长发育及光合物质生产的影响［J］． 干旱地区农业研究，2017，35（2）：51-56.
-
[7] 张文，刘铨义，曾庆涛，等．不同行距配置对机采棉生长发育及光合特性的影响［J］． 干旱地区农业研究，2022，40（5）：155-164.
-
[8] 刘凯，侯振安，王方斌，等．优化行管配置和施氮量提高机采棉养分吸收及产量［J］． 灌溉排水学报，2020，39（5）：1-9.
-
[9] 王海江，崔静，侯振安，等．膜下滴灌棉花水氮耦合对其干物质和水分利用效率的影响［J］． 西北农业学报，2010，19（3）：76-80.
-
[10] 薛冯定．大田棉花滴灌施肥水肥耦合效应研究［D］． 杨凌：西北农林科技大学，2014.
-
[11] 李志强，杨永林，刘洪亮，等．不同施肥量对北疆高产棉花冠层结构、养分吸收和产量构成的影响［J］．中国农学通报，2014，30（33）：105-109.
-
[12] 胡明芳，田长彦，吕昭智，等．氮肥施用量对新疆棉花产量及植株和土壤中硝态氮含量的影响［J］．西北农林科技大学学报（自然科学版），2006，34（4）：62-68.
-
[13] 石洪亮，张巨松，严青青，等．施氮量对南疆机采棉生长特性及产量的影响［J］． 西北农业学报，2017，26（3）：397-404.
-
[14] 汤明尧，沈重阳，张炎，等．新疆棉花化肥利用效率研究 ［J］． 中国土壤与肥料，2022（4）：161-168.
-
[15] 李鹏程，董合林，刘爱忠，等．施氮量对棉花功能叶片生理特性、氮素利用效率及产量的影响［J］．植物营养与肥料学报，2015，21（1）：81-91.
-
[16] 刘忠，李保国，傅靖．基于DSS的 1978 － 2005 年中国区域农田生态系统氮平衡［J］． 农业工程学报，2009，25（4）：168-175.
-
[17] 杨荣全，谢立勇，郑益旻，等．不同水肥措施下华北露地菜地氮淋溶特征［J］． 中国生态农业学报（中英文），2021，29（1）：176-186.
-
[18] 张亦涛．基于农学效应和环境效益的华北平原主要粮食作物合理施氮量确定方法研究［D］．北京：中国农业科学院，2019.
-
[19] 李伶俐，房卫平，谢德意，等．施氮量对杂交棉干物质积累、分配和氮磷钾吸收、分配与利用的影响［J］． 棉花学报，2010，22（4）：347-353.
-
[20] 张宏，曾雄，王爱莲，等．不同施氮量对棉花产量、养分吸收及氮素利用的影响［J］． 新疆农业科学，2021，58（9）：1656-1664.
-
[21] 哈丽哈什·依巴提，张炎，李青军，等．不同施氮量对棉花产量、养分吸收分配及利用的影响［J］． 新疆农业科学，2017，54（8）：1422-1428.
-
[22] 巨晓棠．理论施氮量的改进及验证—兼论确定作物氮肥推荐量的方法［J］． 土壤学报，2015，52（2）：249-261.
-
[23] 王火焰，周健民．肥料养分真实利用率计算与施肥策略［J］.土壤学报，2014，51（2）：216-225.
-
[24] 寇长林，骆晓声，巨晓棠．优化施氮对设施番茄土壤硝态氮残留及土壤氮平衡的影响［J］． 植物营养与肥料学报，2021，27（5）：837-848.
-
[25] 索俊宇，马兴旺，龚双凤，等．膜下滴灌棉田土壤氮素变化特征及合理施氮量［J］． 西北农业学报，2017，26（5）：738-744.
-
[26] 鲍士旦．土壤农化分析［M］．北京：中国农业出版社，2000：56-270.
-
[27] 宋邦鹏，蒋平安，盛建东，等．化肥氮配施有机肥对棉花养分吸收及产量的影响［J］． 湖南农业科学，2022（7）：22-26.
-
[28] 李春艳，张巨松，向雁玲，等．密度与氮肥对机采棉生长特性及产量的影响［J］．南京农业大学学报，2018，41（4）：633-639．
-
[29] 王肖娟，危常州，张君，等．灌溉方式和施氮量对棉花生长及氮素利用效率的影响［J］．棉花学报，2012，24（6）：554-561.
-
[30] 阿不都卡地尔·库尔班，李健伟，杨培，等．机采棉株行距配置对棉花生物量和氮素累积分配及产量的影响［J］．新疆农业科学，2018，55（8）：1406-1416.
-
[31] 石洪亮，张巨松，严青青，等．施氮量对南疆机采棉生长特性及产量的影响［J］． 西北农业学报，2017，26（3）：397-404.
-
[32] 王东旺．水肥耦合对机采棉生长及产量的影响研究［D］．石河子：石河子大学，2019.
-
[33] 廖欢，甘浩天，刘凯，等．机采棉氮素吸收及产量的最佳水氮组合［J］． 植物营养与肥料学报，2021，27（12）：2229-2242.
-
[34] 韩伟，叶祖鹏，冯琳，等．施磷对机采棉养分吸收与磷利用效率的影响［J］． 中国农业科技导报，2018，20（8）：91-99.
-
[35] 张云舒，唐光木，蒲胜海，等．减氮配施炭基肥对棉田土壤养分、氮素利用率及产量的影响［J］． 西北农业学报，2020，29（9）：1372-1377.
-
[36] 陶垿，吕新，陈剑，等．不同滴灌施肥方式对棉田土壤含水率、硝态氮分布及对产量的影响［J］． 棉花学报，2015，27（4）：329-336.
-
[37] 宰松梅，刘杨，仵峰，等．滴灌施肥对棉田土壤速效养分的影响研究［J］． 灌溉排水学报，2010，29（6）：72-75.
-
[38] 蔡利华，陈玲，贡万辉，等．滴灌棉田根系与土壤氮磷钾养分的分布特征［J］． 中国土壤与肥料，2015（2）：44-48.
-
[39] 王虎，王旭东．滴灌施肥条件下土壤水分和速效磷的分布规律［J］． 西北农林科技大学学报（自然科学版），2007，35（5）：141-146.
-
[40] 李青军，张炎，哈丽哈什·依巴提，等．漫灌和滴灌棉花土壤有效磷丰缺指标与临界值研究［J］． 植物营养与肥料学报，2018，24（4）：927-934.
-
[41] 吕志伟，孙洪仁，张吉萍，等．中国棉花土壤有效磷丰缺指标与适宜施磷量研究［J］． 中国土壤与肥料，2022（2）：197-206.
-
摘要
机采棉种植已成为新疆棉花的主要栽培模式，由于种植密度与滴灌制度的改变，急需对氮素的效应进行研究，以期科学合理指导机采棉的氮肥施用。采用大田试验，在养分投入比例（N∶P2O5∶K2O=1∶0.38∶0.3）一致的条件下，设置不同氮肥用量（0、180、220、270、315 kg/hm2 ），研究氮素对北疆膜下滴灌机采棉植株养分吸收利用、肥料利用率、棉田土壤养分变化和产量等的影响。结果表明：机采模式下，棉花的单株结铃数和籽棉产量随施氮量的增加而提高，氮肥显著提高单株铃数继而提升籽棉的产量，但施氮对棉花衣分无显著影响；地上部干物质量、植株养分吸收量与施氮量呈正比；百公斤籽棉需氮 5.10 kg，磷 1.37 kg，钾 4.90 kg；籽棉氮、磷素积累量高于秸秆，钾素则表现为相反。机采棉滴施氮肥对表层（0~20 cm）土壤的养分含量影响最大。施氮 270 kg/hm2 时棉花的收获指数、肥料利用率最优，且养分能达到收支平衡。综合考虑产量、肥料利用率和棉田养分收支平衡等指标，建议北疆膜下滴灌机采棉优化氮肥用量为 270 kg/hm2 。
Abstract
Machine-harvested cotton planting has become the main cultivation mode of cotton in Xinjiang. Due to the change of planting density and drip irrigation system，it is urgent to study the effect of nitrogen on machine-picked cotton in order to scientifically and rationally guide the application of nitrogen fertilizer. Field experiment was used in this study. Under the same nutrient input ratio（N∶P2O5∶K2O= 1∶0.38∶0.3），different nitrogen fertilizer application rates（0，180，220，270 and 315 kg/hm2 ）were set up to study the effects of nitrogen on nutrient uptake and utilization of cotton plants，fertilizer utilization rate，soil nutrient changes and yield of cotton fields in Northern Xinjiang. The results showed that the boll number per plant and the seed cotton yield were increased with the increase of nitrogen application rate，and the boll number per plant was significantly increased thereby the seed cotton yield，but the nitrogen application had no significant effect on the cotton lint percentage. Aboveground dry matter weight and plant nutrient uptake were positively related to nitrogen application. 100 kg seed cotton needed nitrogen 5.10 kg，phosphorus 1.37 kg and potassium 4.90 kg. The accumulation of nitrogen and phosphorus in seed cotton was higher than that in straw，but the accumulation of potassium was the opposite. The soil nutrient content in the surface layer（0-20 cm）was the most affected by the application of nitrogen fertilizer. The harvest index and fertilizer utilization rate of cotton with 270 kg/hm2 of nitrogen application were the best，and the nutrient balance could be reached. Considering yield，fertilizer utilization rate and nutrient balance of cotton field，it is suggested that the optimal nitrogen fertilizer amount for machine-harvested cotton by drip irrigation under film in Northern Xinjiang is 270 kg/hm2 .