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棉花临界氮浓度稀释模型确定及其应用研究

薛晓萍  
【摘要】: 氮素是棉花产量品质形成的主要制约因素,根据棉花生物量、氮素累积的动态变化特征,明确不同生育时段的需氮量,可为棉花生产的精确施肥提供理论依据。本研究以美棉33B为试验材料,在大田栽培条件下,于河南安阳(黄河流域黄淮棉区)和江苏南京(长江流域下游棉区)设置了棉花氮素水平试验,基于棉花生物量、氮素累积及氮素利用率动态变化特征的研究,建立了棉花临界氮浓度稀释曲线模型;基于临界氮浓度稀释曲线模型和棉花生长曲线模型建立了棉花临界需氮量动态定量模型和氮素动态需求定量诊断模型。 主要研究结果如下: 1.不同施氮水平下棉株或分器官(地上部分、果枝叶和蕾花铃等)生物量、氮素累积量随生育进程的动态变化均表现为慢、快、慢三个阶段,符合S生长曲线,可用Logistic方程模拟,氮素水平不改变其动态累积曲线形式,但对其参数有较大影响。对比不同氮素水平下各模型的特征参数(快速生长期持续日数、起始日、最大生长速率出现日及最大生长速率等),安阳、南京分别以360kg·hm~(-2)、240kg·hm~(-2)纯氮水平的各特征参数最为协调,其生长曲线的快速累积期起始日和最大速率的出现日早,生长速率最大,皮棉产量最高。施氮量过高,虽然可获得较高的生物量和氮素累积量,但由于营养体内氮累积过多,营养生长旺盛,干物质与氮素向蕾花铃转移量少,蕾花铃所占比例下降,棉花产量降低。 2.棉株或分器官氮素累积的快速增长起始日较干物质累积早(其中棉株总氮素累积较总生物量早4~7d;果枝叶早2~4d:蕾花铃1~4d),说明棉株氮素累积是干物质累积的前提。 3.随着生育进程的推进,棉株氮素累积利用率动态变化也表现为慢、快、慢三个阶段,基本符合S型曲线,存在快速增长阶段,但并非与施氮量呈正比;棉株氮素瞬时利用率的动态变化则呈现为慢、快、最大和慢4个阶段,在瞬时值最高时段内施氮宜于提高氮素吸收量。安阳、南京试点的氮素累积利用率和瞬时利用率分别以360kg·hm~(-2)、240 kg·hm~(-2)氮素水平最高,且南京试点的氮素累积利用率明显大于安阳。 4.就棉花产量及其构成因素而言,棉花铃重、单株铃数对氮素水平的响应最为敏感,是产量的决定因素,安阳、南京的棉花产量分别在360 kg·hm~(-2)、240 kg·hm~(-2)施氮水平达到最高。就棉花纤维主要品质性状而论,安阳、南京2试点纤维长度、比强度和伸长率在一定氮素水平范围内,随氮素水平的提高而增加,分别在360kg·hm~(-2)、240kg·hm~(-2)氮素水平上达到最大值。增加施氮量对纤维整齐度无显著影响,马克隆值为降低趋势。适宜氮素水平下(安阳:360 kg·hm~(-2);南京:240 kg·hm~(-2))主要纤维品质指标为:纤维长度分别为29.7mm、30.6mm,纤维强度为28.5 CN/tex、32.2 CN/tex,纤维伸长率7.7%、6.9%,马克窿值为3.8、5.3,整齐度分别为83.6%、84.7%。 5.棉花花后地上部分氮浓度随生物量的增长为一稀释过程,二者间的关系符合Greenwood等人的假说N_c=aW_(max)~(-b)(其中N_c(%)为临界氮浓度,W_(max)(Mg·hm~(-2))为地上最大生物量,a、b为参数)。根据Justes提出的临界氮浓度稀释模型确定方法,棉花临界氮浓度稀释模型为: 安阳:N_c=3.387W_(max)~(0.131) R~2=0.940~** (1) 南京:N_c=2.858W_(max)~(-0.131) R~2=0.943** (2) 2试点的参数6值相同,表明生态条件对棉花临界氮浓度稀释曲线的斜率影响较小,即模型存在较好的稳定性。参数口存在差异则表明不同生态区域有其特定的临界氮稀释曲线。 棉花果枝叶、蕾花铃等器官的氮浓度也存在稀释现象,氮浓度随生物量增长的稀释模型与Greenwood等人的假说一致,且2试点间存在独立的临界氮浓度稀释模型。 6.基于棉花生长模型和临界氮浓度稀释模型,建立了棉花瞬时氮吸收速率模型、棉花瞬时临界氮吸收速率模型、棉花氮累积模型、棉花临界氮累积需求量模型,在上述模型基础上建立了棉花瞬时氮吸收速率差值模型和棉花氮累积亏缺模型,可用于诊断棉花生长过程中是否氮亏缺和亏缺量。由此得到,2试点的临界最大氮吸收速率均出现在花后42 d,分别为5.3和4.4kg·hm~(-2)·d~(-1),临界快速氮累积期分别在花后的23~59d和23~61d,安阳的最大临界日需氮量(5.3 kg·hm~(-2)·d~(-1)d)明显大于南京(4.4kg·hm~(-2)·d~(-1))。 安阳、南京试点基肥施用量分别占总施肥量的26%和27%,且适宜的追肥时间应在花后22d左右。 7.基于临界氮浓度稀释模型,建立不同施氮水平下的氮素累积与生物量累积间的异速生长模型N_(uptc)=10aW_(max)~(1-b)为当地上干物重达到1Mg·hm~(-2)时的氮吸收量(kg·hm~3);1-b为异速生长参数,是氮吸收速率与生物量累积速率之比)和实测氮浓度与临界氮浓度间的氮营养指数模型NNI=N_t/N_c(N_t为实测氮浓度,N_c为临界氮浓度)。 根据临界氮浓度条件下的异速生长参数、氮营养指数及动态临界氮累积量等指标得到施氮量调控的结果一致:(1)尽管安阳、南京2试点的地上生物量、产量差异较大,但临界氮稀释曲线条件下不同生态区棉花达到最高生物量的瞬时氮吸收速率的变化趋势、氮素快速累积期、最大氮吸收速率出现时间等基本一致;(2)2试点的适宜施氮量安阳应为240~360kg·hm~(-2),并接近于360kg·hm~(-2);南京应在240kg·hm~(-2)水平上。


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