摘要
明确长江流域夏直播棉施氮量对棉花生长、产量的影响，为评价氮肥施用效应、提升经济效益提供科学依据。采用连续两年大田随机区组设计，以中棉 425 品种为材料，设置 6 个施氮量处理（不施氮处理 N0：施氮量为 0；施氮处理 N1、N2、N3、N4、N5：施氮量分别为 60、120、180、240、300 kg/hm2 ），分析棉花农艺性状、群体生物量、叶面积指数（LAI）、叶片氮含量、籽棉产量随施氮量的变化情况，结合因子分析法、主成分分析法和隶属函数分析法对施氮肥效应进行综合评价，模拟最佳经济施氮量。结果表明，施氮可促进棉花生长，对 LAI、叶片氮含量、群体生物量均有显著提升作用，与施氮 240 kg/hm2 相比，施氮 300 kg/hm2 对棉株农艺性状、LAI、单株生殖器官干物质量的提升效果不显著。棉花单株总铃数、单铃重、籽棉产量随施氮量增加而增加，但衣分呈逐渐降低趋势，施氮 300 kg/hm2 处理籽棉产量较施氮 0 ～ 120 kg/hm2 处理均有显著提升，但与施氮 180、240 kg/hm2 处理未达差异显著水平，甚至较施氮 240 kg/hm2 显著降低 9.46%。施氮量 240 kg/hm2 处理隶属函数得分最高，综合两年模拟最佳经济施氮量为 250.91 kg/hm2 。综上所述，本试验条件下施氮 240 kg/hm2 效果好，较施氮 300 kg/hm2 节省氮肥 20%，提高籽棉产量 74.98 kg/hm2 ；推荐长江流域赣北棉区夏直播棉最佳经济施氮量为 250.91 kg/hm2 。
Abstract
In order to clarify the impact of nitrogen application rate on cotton growth and yield in summer direct seeding cotton in the Yangtze River Basin，providing scientific basis for evaluating the effect of nitrogen fertilizer application and improving economic benefits，a randomized block design was adopted in the field experiment for two consecutive years，using 425 varieties from China Cotton Institute as materials. Six nitrogen application rates were set up，i.e. 0，60，120，180，240， and 300 kg/hm2 ，and were marked as N0，N1，N2，N3，N4 and N5，respectively. The changes in cotton agronomic traits， biomass，leaf area index（LAI），leaf nitrogen content，seed cotton yield，and other indicators with nitrogen application rate were analyzed. The comprehensive evaluation of nitrogen application effects was conducted using factor analysis， principal component analysis，and membership function analysis to simulate the optimal economic nitrogen application rate. The results showed that nitrogen application promoted the growth of cotton，and significantly increased the LAI，leaf nitrogen content and population biomass. Compared with 240 kg/hm2 nitrogen application treatment，300 kg/hm2 nitrogen application had no significant effect on agronomic traits，LAI and dry matter weight of reproductive organs per plant. The number of bolls per plant，weight per boll，and seed cotton yield of cotton increased with the increase of nitrogen application，while the lint percentage slightly decreased. The seed cotton yield of 300 kg/hm2 nitrogen treatment was significantly higher than those of 0-120 kg/hm2 nitrogen treatments，but it was not significantly different from that of 180 and 240 kg/hm2 nitrogen treatment， and even significantly lower than that of 240 kg/hm2 nitrogen treatment by 9.46%. The membership function score was the highest for a nitrogen application rate of 240 kg/hm2 ，and the optimal economic nitrogen application rate for a comprehensive two-year simulation was 250.91 kg/hm2 . Therefore，the fertilization effect of 240 kg/hm2 of nitrogen on summer direct seeding cotton in the Yangtze River Basin was the best，saving 20% of nitrogen fertilizer compared to 300 kg/hm2 of nitrogen，and increasing seed cotton yield by 74.98 kg/hm2 . The recommended optimal economic nitrogen application rate for this mode was 250.91 kg/hm2 .
氮素供应强度可以直接影响棉花生长发育状况，间接影响棉花产量形成，因而在棉花生产中常以增加氮肥施用量作为常见增产手段[1]。而过量施氮会使氮肥利用率降低，阻碍植棉经济效益增加[2]。吴倩等[3]与 Liu 等[4]研究表明，长江流域棉区施氮量可降至 180～240 kg/hm2，在不明显减产基础上有效提升植棉效益，减氮空间达 25% 以上[3-4]；Shahbaz 等[5]认为，实行低施氮肥策略可有效减少油（麦）后直播棉化控次数，利于轻简化目标的实现。因此，在长江流域棉区探究降低施氮量的可行性空间对简化大田生产、提升植棉效益具有重要意义。叶面积指数（LAI）对氮素反应敏感[6]，贾彪等[7]和忠智博等[8]研究表明，通过控制氮肥施用量、调控 LAI 的手段，可以改变棉花光合作用强度与干物质合成速度，进而调控棉花长势。当前长江流域棉区夏直播棉规模化、轻简化种植模式在大面积推广中，从棉花长势、LAI、产量与经济效益等方面及时对氮肥施用效应进行科学评价是改善氮素养分管理、实现优质高产的前提条件，可为促进棉花生长、减少氮肥施用提供有效参考，而近年来夏直播棉模式下针对棉花长势与产量的适宜施氮量研究鲜有报道。
主成分分析法可客观表征施肥产生的效果，充分考虑作物生长、产量表现等与施肥相关的核心指标间的信息关联度[9]，孙虎等[10]和 Florin 等[11] 研究表明，主成分分析法可分析出不同施肥策略对促进作物产量及品质形成的作用大小。但现有报道中的主成分分析未将施肥对棉花生长、棉区生产环节所产生的负面效应纳入评价体系（如增施氮肥导致的棉花烂铃数增加、肥料购买成本与人工成本增加等负面效应指标）。王月平等[12]和曹钰等[13]运用因子分析法与隶属函数分析法分析棉花、苗木等植株生长发育指标发现，分析得出的综合指数可以较好反映植株实际生长发育状况，评价结果客观且科学，但目前未发现在棉花施肥效应评价中进行合理运用；李鹏程等[14]和秦宇坤等[15]通过建立一元二次效应方程，模拟出棉花产量与植棉经济效益随施肥量的变化趋势，得出最高产量与最佳效益施肥量，用于制定施肥策略，指导棉花生产，但针对夏直播棉模式，进行多年定点的施肥模拟研究较少。以上各分析方法各有优劣，在大田作物研究中应用范围互有重叠但各有侧重，因此，本研究拟采用各分析方法综合评判施肥效应，将各分析方法进行优势互补，从而形成全面客观的关于氮肥施用环节的分析及评价结果。
目前学者针对长江流域棉区施氮量对棉花生长、生理、产量等影响方面进行了大量研究报道[16-17]，但研究多集中于对这些指标变化特征的独立描述与定性分析，缺乏针对夏直播棉模式，通过对与氮素营养有关的棉花个体的生长发育、生理状况与棉花群体的产量表现、经济效益等关键指标的特征进行定量化描述、综合性分析的施肥效应研究。因此，本研究基于连续多年大田定位试验，研究棉花生长发育、叶片生理、产量、植棉效益等因子对不同施氮量的响应特征，利用主成分分析法、因子分析法、隶属函数分析法，对各施氮量处理施肥效应进行定量化描述与特征分析，并模拟最佳经济施氮量。研究结果可为当地夏直播棉氮肥科学高效施用提供参考建议，同时为长江流域棉区可持续生产提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2022 年 5—10 月、2023 年 5—10 月在江西省九江市江西省经济作物研究所科研基地 （30°36′N，115°55′E）开展，年降水量 1450 mm，年均气温 17.0℃，试验地块土壤质地为壤质黏土， pH 值 8.20，土壤肥力中等，2023 年 0～20 cm 土层有机质含量 7.07 g/kg，全氮含量 0.79 g/kg，有效磷含量 13.16 mg/kg，速效钾含量 127.75 mg/kg。
1.2 供试作物
供试品种为中国农业科学院棉花研究所培育的中早熟品种‘中棉 45’，由中国农业科学院棉花研究所提供。
1.3 试验设计
以连续两年大田定位试验为基础，以随机区组方式设置 6 个不同施氮量处理，每个处理 4 个重复，共 24 个试验小区，每小区长 18.00 m，宽 3.42 m，面积 61.56 m2。施氮量梯度设置为 60 kg/ hm2，各处理施氮量由低到高分别为 0、60、120、 180、240、300 kg/hm2，分别用 N0、N1、N2、N3、 N4、N5 表示（N0：不施氮处理作为对照）。2022 年试验于 5 月 18 日上午进行播种，方式为机器田间开沟直播。棉花于 5 月 23 日出苗，待棉株子叶平展后开始间苗，并在三叶期定苗。棉株行距、株距分别控制为 0.76、0.16 m，平均密度 81500 株 /hm2。施用氮肥类型为尿素（N 46.4%），氮肥用量按照基追比 4∶6 分两次施用，基施时期为播种当天，追施时期为初花期；所施磷肥类型为过磷酸钙（P2O5 12%），钾肥类型为氯化钾（K2O 60%），过磷酸钙与氯化钾用量分别为 90 和 180 kg/hm2，均在播种当天一次性基施。2023 年试验于 5 月 13 日上午播种，5 月 23 日完全出苗，其他操作同 2022 年。本试验采用油后直播棉栽培与管理模式，灌溉、化控、病虫防治、整枝打顶等田间管理措施同当地大田生产。
1.4 测定指标及方法
1.4.1 棉花农艺性状测定
分别于 2022 年 9 月 20 日与 2023 年 9 月 20 日在各小区选取连续不间断且无病害的棉株 10 株，用塑料标签做上标记，测定其株高、茎粗、果枝层数、果节数。
1.4.2 棉花叶片生理指标测定
分别于 2022 与 2023 年棉花现蕾期、初花期、花后 15 d、花后 30 d 在各小区选取连续不间断且无病害的棉株 3 株，用植物营养测定仪（石家庄泛胜科技公司）测定功能叶氮素含量；再用打孔称重法测定单株叶面积[18]，计算 LAI[19]，计算公式如下：
(1)
(2)
式中，S 为单株叶面积（cm2），W1 为打孔器中小叶质量（g），W2 为打孔后剩余叶片质量（g），m 为打孔数，π 为圆周率，R 为打孔器半径（mm）， LAI 为叶面积指数，A 为群体密度（株 /hm2）。
1.4.3 棉花干物质量测定
分别于 2022 年 8 月 15 日、2023 年 8 月 10 日在各小区选取连续不间断且无病害的棉株 3 株，测定其营养器官、生殖器官单株干物质量，计算群体生物积累量[20]，计算公式如下：
(3)
式中，M 为群体生物积累量（kg/hm2），M1 为单株营养器官干物质量（g），M2 为单株生殖器官干物质量（g）。
1.4.4 棉花产量及其构成因素的测定
分别于 2022 年 9 月 25 日、2023 年 9 月 25 日开始实收各小区籽棉，将收获籽棉晾晒后称重，获取籽棉产量。将称重后的籽棉进行轧花处理，获得皮棉产量与衣分，衣分 = 皮棉产量 / 籽棉产量。在每个小区选取连续不间断且无病害的代表性棉株 20 株，按整株收取所有铃桃，烘干后称重，获得棉花单铃重，单铃重 = 收取铃桃质量 / 铃桃个数。将测定过株高的 10 株代表性棉株作为调查对象，调查其单株总铃数与烂铃数。
1.4.5 棉花经济施氮量计算
利用 2022 与 2023 年籽棉产量、施肥与人工成本、籽棉收购价格等参数进行模拟，得出籽棉产量、经济效益随施氮量变化的一元二次曲线方程[21]，计算出最高产量施氮量与最佳经济施氮量。
1.4.6 主成分分析、因子分析与隶属函数分析
运用因子分析法[22]与主成分分析法[23]计算各处理农艺性状、叶片生理（LAI 与氮含量）、产量及其构成因素的因子得分、主成分得分与综合得分，按照因子得分、综合得分高低进行排名；建立数学模型隶属函数[24]对上述相关指标进行分析 （额外加入烂铃数与经济效益两项指标），计算公式如下：
(4)
(5)
式中，F（Xi）为各指标隶属函数得分，F（Xi）∈ [0，1]；Xi 为指标测定值，Xmax、Xmin 分别为该指标测定值内最大值与最小值。对与施肥效应呈正相关的指标采用公式（4）计算，呈负相关的指标采用公式（5）计算。
1.5 统计与分析
数据采用 Excel 2010 进行统计与绘图，用 DPS 2006 进行显著性差异分析，用 SPSS 19.0 进行主成分分析、因子分析、隶属函数分析与一元二次函数模拟，显著差异性分析方法使用 Duncan’s 法 （P=0.05）。
2 结果与分析
2.1 施氮量对夏直播棉农艺性状与生物量的影响
表1结果显示，施氮量越高，株高、茎粗、果枝层数、果节数越大，各施氮处理株高两年较 N0 显著增加幅度范围分别为 21.09%～116.19%、 31.78%～93.95%，茎粗为 23.69%～93.19%，果枝层数为 17.00%～46.00%，果节数为 37.67%～157.72%。N5 处理较 N0、N1、N2、N3 处理株高、茎粗、果枝层数、果节数均有显著提升（除 2022 年 N5 处理茎粗较 N3 未显著增加），但较 N4 处理株高、果枝层数提升效果不显著（2022 年 N5 处理株高、茎粗、果枝层数、果节数较 N4 均未产生显著差异）。此结果说明，施氮促进棉花生长发育，但施肥量由 N4 增加至 N5 对棉花长势提升效果不显著。表2结果表明，棉花单株干物质量及群体生物积累量随施氮量递增呈持续增高趋势，两年 N5 处理单株干物质量与群体生物量较 N0、N1、N2、N3 处理均有显著提升，其中单株营养器官干物质量增加幅度范围为 34.33%～277.83%、47.68%～252.26%，群体生物量为 53.69%～308.20%、21.61%～231.92%。但 N5 处理单株生殖器官干物质量较 N3、N4 处理未产生显著性差异。N4 处理在 2022 年较 N3 处理营养器官干物质量、总干物质量分别显著增加 30.42%、 34.64%，但经过连年种植，在 2023 年其单株营养器官、生殖器官干物质量和群体生物量较 N3 处理均无显著提升。此结果表明，虽然施氮有利于棉花干物质形成，但连年高氮肥施入条件下，施氮量由 N3 增至 N5 出现生殖器官干物质积累量提升效果不显著的现象，造成棉花徒长与氮肥资源浪费。
表1施氮量对棉花农艺性状的影响
注：同列数据后不同小写字母表示各处理间差异达显著水平（P<0.05）；相同小写字母表示差异未达显著水平（P>0.05）；表中数据为平均值 ± 标准差。下同。
表2氮肥对棉花单株干物质量及群体生物积累量的影响
2.2 施氮量对夏直播棉叶片生理的影响
表3结果显示，随着生育期由现蕾期推进至花后 30 d，各处理 LAI 呈先增高后降低的趋势，N2、 N3、N4、N5 处理 LAI 现蕾期到初花期表现为快速增长，初花期到花期 15 d 增长速度减缓，花期 15 d 到达顶峰，花期 15～30 d 棉花 LAI 逐渐降低。 N3、N4、N5 处理花后 30 d LAI 较 N0、N1 均有显著提升，但 2023 年 N5 处理花后 15 d、花后 30 d 的 LAI 较 N4 分别降低 8.60%、1.32%，这表明氮肥供应过量将导致生育后期棉株长势过旺现象，可能造成叶片互相遮挡的情况，不利于群体光合能力的提升。随着生育期推进，各处理叶片氮含量呈持续增高趋势，N3、N4、N5 叶片氮含量从现蕾期至初花期未与 N0 产生显著性差异，但在花后 30 d 较 N0 均显著增加，两年显著增幅分别达 6.69%～25.70%、 7.94%～15.16%。从现蕾期至花后 30 d，N4 与 N5 处理间 LAI 和叶片氮含量均未产生显著性差异，这也与生殖器官干物质积累量的变化趋势相符。此结果表明，施氮有利于 LAI 与叶片氮含量的提升，虽然各施氮处理棉株在生育中、后期（花期 15～30 d）LAI 逐渐降低，但叶片氮含量保持持续增高趋势； 当施氮量过高时，高施氮量处理 N5 相较 N4 对叶片生理状况的提升效果不明显，甚至会阻碍群体光合能力的提升，从而影响干物质形成。
2.3 施氮方式对夏直播棉产量及其构成因素的影响
由表4可知，施氮显著增加棉花籽棉产量，与 N0 相比，两年各施氮处理籽棉产量显著增加幅度范围分别达 36.13%～83.31%、69.48%～255.80%。与 N0、N1、N2 处理相比，N3、N4、N5 处理籽棉产量均有显著提升，但 N3、N4、N5 处理间籽棉产量未产生显著性差异，且在 2023 年 N5 处理籽棉产量较 N4 显著降低 9.46%。对比产量构成因素发现，N3、N4、N5 处理衣分较 N0 有所降低，但单株总铃数与单铃重显著增高，两年各施氮处理衣分较 N0 显著降低幅度范围分别达 8.41%～11.28%、 6.25%～7.36%；单株总铃数显著增加幅度范围分别达 91.78%～144.44%、91.47%～131.47%； 单铃重显著增加幅度范围分别达 10.00%～13.55%、 22.62%～27.38%。除 2022 年 N3 处理单株总铃数较 N4、N5 显著降低外，N3、N4、N5 处理间单株总铃数、单铃重、衣分均未产生显著性差异。N5 处理烂铃数最高，与 N4 相比，两年 N5 处理烂铃数分别显著增加 71.05%、47.37%。此结果表明，施氮通过增加单铃重、单株总铃数来提升产量。提高施氮量有利于单株总铃数增加，但增加了烂铃数，降低了衣分。施氮量由 N3 增至 N5 对籽棉产量提升效果不显著，经过连年种植，N5 处理施氮量反而阻碍了籽棉产量提升。
表3施氮量对棉花叶片生理的影响
表4施氮量对棉花产量及其构成因素的影响
2.4 棉花经济施氮量
如图1所示，根据 2022 年结果模拟出籽棉产量 （y1）随纯氮（x1）用量的效应方程为 y1=-0.0087x1 2 + 6.2986x1+1283.3（R1 2 =0.9493），得出最高产量施氮量为 361.99 kg/hm2；2023 年籽棉产量（y2） 随纯氮（x2）用量的效应方程为 y2=-0.0417x2 2 +20.897x2+862.42（R2 2 =0.9749），得出最高产量施氮量为 250.56 kg/hm2；综合两年结果，得出籽棉产量（y3）随纯氮（x3）用量的效应方程为 y3=-0.0232x3 2 +13.19x3+1081.5（R3 2 =0.9742），得出最高产量施氮量为 284.27 kg/hm2。按照两年平均每千克氮、磷、钾肥购买价格 6.90、13.33、 8.00 元，每千克籽棉售卖价格 6.80 元，每千克籽棉人工收花支出费用 2.40 元，模拟出两年平均经济效益（z）随纯氮（x）用量的效应方程为 z=-0.1019x 2 +51.136x+2118.9（R2 =0.9579），得出最佳经济施氮量为 250.91 kg/hm2，最高经济效益为 8534.23 元 /hm2。此结果说明，施氮量控制在 0～250.91 kg/hm2，籽棉产量、经济效益随施氮量增加而增加；施氮量超过 250.91 kg/hm2，籽棉产量继续增加但经济效益开始下滑；施氮量超过 284.27 kg/hm2，籽棉产量、经济效益均降低。施氮 250.91 kg/hm2 较施氮 284.27 kg/hm2 降低氮肥用量 11.74%，经济效益提高 1.35%。
图1籽棉产量、经济效益与施氮量的关系
2.5 施氮肥效应综合评价
从表5、表6可知，利用主成分分析法，得出两个主成分 Y1、Y2 得分与综合得分 F，F 值的大小顺序为 N5>N4>N3>N2>N1>N0。用因子分析法得出得分排名同样为 N5>N4>N3>N2>N1>N0。构建隶属函数模型，分析各处理棉花农艺性状、LAI 与叶片氮含量、干物质量、产量表现、经济效益，得出各处理隶属度大小顺序为 N4>N5>N3>N2>N1>N0。 N4 处理隶属度得分最高，N5 处理农艺性状隶属度得分较高，但籽棉产量与经济效益隶属度得分较N4 分别降低 4.00%、20.22%。N0 处理主成分综合得分、因子分析得分、隶属度得分均最低，较 N4、 N5 处理分别下降 264.36%、272.09%、79.01% 和 246.60%、235.78%、78.75%。结果表明，与不施肥相比，施肥可以有效促进棉花生长与产量形成；提高施氮量有效促进棉株生长发育与产量形成，N4、 N5 处理对棉花生长、产量的促进效果高于 N1、 N2、N3；N5 处理较 N4 农艺性状评价得分高，但产量与效益方面得分低，表明施氮过高导致棉花产量与效益降低，不利于大田生产。
表5施氮量因子分析与主成分分析
表6隶属度得分
3 讨论
3.1 施氮量对棉花生长与叶片生理的影响
植株个体的生长发育是决定棉花产量的重要内在因素[25]。研究表明，施氮可促进棉株发育，增加株高、茎粗与叶面积，有利于干物质形成[26]。 LAI 反映棉花群体叶片生理状况，受施氮量影响大，施氮过低不能满足叶片生长对氮素养分的需求，施氮过高则棉花叶片与茎秆徒长现象严重， LAI 高但生殖器官干物质转化率低[27]。本研究认为，施氮 240 kg/hm2 能兼顾棉花长势与叶片对氮素养分的需求，LAI 与氮含量保持相对较高水平。蒲胜海等[28]研究表明，施氮 240～300 kg/hm2 有利于棉花叶面积指数与干物质的提升；李飞等[29]研究表明，施氮量 250～270 kg/hm2 有利于长江流域棉花对氮素养分的吸收，这都与本研究一致。在降低施氮量的同时，也要维持棉花良好生长与生理状态，才可实现经济与生态效益协同发展。本研究表明，施氮 240 kg/hm2 使棉花茎秆与叶片得到充分的氮素供应，在生育后期（花后 30 d）较不施氮处理 LAI、叶片氮含量、群体生物量在 2022、2023 年分别显著增加 36.00%、8.80%、257.60% 和 108.26%、 10.11%、192.97%，较施氮 300 kg/hm2 生殖器官干物质量、LAI、叶片氮含量均未产生显著差异，减氮达 20% 并保持了良好长势，与张丽娟等[30]得出的长江流域秸秆还田下棉花保持合理长势的减氮空间达 25% 的结论不同的原因可能是，秸秆还田会提升土壤氮素供应强度，从而发挥出更大的氮肥减施空间。
3.2 施氮量对棉花产量及经济效益的影响
棉花对氮肥的需求量很大，过往研究表明，国内低肥力棉田施氮 270～300 kg/hm2、中等肥力棉田施氮 225 kg/hm2 更利于棉花产量形成，较当地惯用施氮量均有降低[31-32]，这说明在当前直播棉模式中存在一定的减氮空间。本研究表明，施氮量由 300 kg/hm2 降低至 240 kg/hm2 有利于增加棉花产量、节省施肥成本，施氮 240 kg/hm2 单株总铃数、单铃重较施氮 300 kg/hm2 未产生显著性降低，但烂铃数得到有效控制，这与李林洋等[33]研究结果一致；施氮 300 kg/hm2 棉花单铃重在 2023 年较施氮 240 kg/hm2 降低 2.80%，籽棉产量显著降低 9.46%，原因可能是施氮 300 kg/hm2 棉花长势过旺，个体间互相遮挡，对棉铃形成过程造成了负面影响。杨长琴等[34]研究表明，较常规施氮，长江流域棉区减氮 25%（施氮 270 kg/hm2）可获得较高产量；Li 等[35]表明，黄河流域 225～300 kg/hm2 范围内增施氮肥有利于棉花效益的提升；李春梅等[36]研究表明，南疆棉田施氮量控制在 270～300 kg/hm2，既可以增加棉花产量，又能带来效益的提升；兰茜等[37]更进一步指出，南疆棉区氮素投入在 270 kg/hm2 基础上减少 20 kg/hm2 对籽棉产量影响不显著，更加节省肥料成本。可以看出，当前各大棉区习惯施氮量不同，但都通过合理减氮技术提升了产量与效益。本试验模拟出最高经济施氮量为 250.91 kg/hm2，施氮 240 kg/hm2 未超出最高经济施氮量，说明本试验条件下施氮 240 kg/hm2 兼顾了棉花长势、产量与植棉效益的协同提升，从经济层面印证了施氮 240 kg/hm2 是更为合理的施氮量选择。
3.3 评价方法对比分析
因子分析法常用于分析具有较强相关性的变量数据，计算方法简单，应用领域广泛；吴转璋等[38]采用主成分分析法对水质进行了评价；喻莹等[39]与谢钧宇等[40]采用隶属函数分析法研究氮肥、有机肥对椪柑果实、玉米生长、产量表现与品质的影响，结果表明，主成分分析法、因子分析法有助于对水质特征进行优劣分析与评价，而主成分分析结合隶属函数分析可更加科学地评价施肥对椪柑、玉米等作物生长、产量、品质的全面影响。本研究对不同施氮量处理下棉花生长发育、叶片生理、群体产量及经济效益进行了探究，运用因子分析法、主成分分析法得出得分大小顺序均为 N5>N4>N3>N2>N1>N0，运用隶属函数分析法得出隶属度大小顺序为 N4>N5>N3>N2>N1>N0，结果表明 N4、N5 处理施氮效果较好，N0 施氮效果最差；通过将因子分析、主成分分析与隶属函数分析结合，能更全面地评价施肥效果优劣；主成分分析中 N5 处理排名最高，隶属函数分析出 N4 得分最高，说明不同分析法侧重不同，所得结果也可能不同，在研究施肥效应中应进行多方面分析评价，并将实际经济效益纳入考虑，这样更有利于指导实际生产，这与 Wang 等[41]的研究结果一致。关于施肥对棉花的综合评价研究，邓艳凤等[42]与戴宝生等[43]研究表明，运用主成分分析、隶属函数分析可评价长江流域高产优质棉花品种，为棉花的高产技术研究提供参考，这与本研究结果一致。本研究与上述研究的区别是在分析评价作物生长与生理特征、产量的基础上，运用多种方法评价施肥效应，进一步结合经济收益因素与增加施氮量所产生的负面效益因素（如棉花烂铃数的增加、人工与肥料成本的增加等）进行全面分析，并提出经济施氮量，完善施肥效果评价在棉花实际生产中的应用。结合一元二次方程模拟出最高产量施氮量为 284.27 kg/ hm2，最佳经济施氮量为 250.91 kg/hm2，介于本试验 N4、N5 处理施氮量 240～300 kg/hm2，N4 处理施氮量与理论上的最佳经济施氮量最接近，这与本试验对施氮效果综合评价的结果相吻合，此结果为获得夏直播棉最佳施氮效果提供了有效参考。
4 结论
（1）施氮 0～240 kg/hm2 范围内，棉花株高、茎粗、果枝层数、果节数、单株干物质量、 LAI、叶片氮含量随施氮量增加而增加，本试验条件下施氮 300 kg/hm2 棉花长势、群体生物量、叶片生理状况较施氮 240 kg/hm2 未产生显著提升效果。
（2）夏直播棉增施氮肥通过显著提高单株铃数与单铃重来提升籽棉产量。施氮肥 0～250.91 kg/ hm2 范围内可同时提高籽棉产量与经济效益，施氮 250.91 kg/hm2 获得最高经济效益，较最高产量施氮量（284.27 kg/hm2）降低氮肥用量 11.74%，提高经济效益 113.38 元 /hm2。本试验隶属函数分析法显示施氮 240 kg/hm2 综合得分最高，接近最佳经济施氮量，评价结果具有科学性与指导意义。