不同种植模式棉花产量、种植效益与氮素利用率比较分析

杨长琴,张国伟,王晓婧,刘瑞显,倪万潮

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棉花学报 ›› 2021, Vol. 33 ›› Issue (4) : 307-318. DOI: 10.11963/cs20200082
研究与进展

不同种植模式棉花产量、种植效益与氮素利用率比较分析

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Comparative analysis of cotton yield, benefit and nitrogen efficiency in different planting systems

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摘要

【目的】 研究长江流域棉区麦棉两熟种植制度下,不同种植模式对棉花产量、种植效益及氮素利用率的影响,为棉花高产高效生产提供依据。【方法】 采用裂区设计,研究麦后棉花不同种植方式（育苗移栽和直播）、品种（中熟和早熟）和氮肥运筹（不施氮和适宜氮肥运筹）对其生育进程、生物量累积与分配、产量、种植效益与氮素利用率的影响。【结果】 与育苗移栽方式相比,直播棉花生育进程快,尤其苗期缩短10~17 d;直播棉花生育中后期生物量和氮素累积量较高,且经济系数均以早熟品种较高。适宜氮肥运筹下,直播早熟品种与移栽中熟品种霜前皮棉产量均较高,且两者间差异不显著。适宜氮肥运筹下,移栽棉花的籽棉产值是直播方式的1.0~1.2倍,总成本是直播方式的1.8~2.0倍,收益仅为直播方式的23.0%~43.1%。氮素效率的结果表明,种植方式对农学利用率和氮素表观利用率的影响大于品种和氮肥运筹,直播方式的氮素农学利用率和表观利用率分别比移栽方式提高40.0%和76.4%（2017年）;品种对氮素生产效率的影响大于种植方式与氮肥运筹,早熟品种的氮素生产效率比中熟品种提高45.3%（2017年）。【结论】 长江流域棉区,适宜氮肥运筹下早熟品种麦后直播有利于实现棉花高产稳产、生产总成本低而效益高;其氮素农学利用率、表观利用率和生产效率均较高,是该棉区麦后棉高产高效生产模式。

Abstract

[Objective] Field experiment was carried out to study the effect of different planting systems on lint yield, economic benefit, and nitrogen efficiency of cotton (Gossypium hirsutum L.) in the Yangtze River valley and to provide theoretical support for high yield and efficiency production of cotton. [Method] A split-plot experiment was conducted to explore the biomass accumulation and allocation characteristics, lint yield, economic benefit and nitrogen efficiency of cotton in response to different planting patterns (transplanting and field-seeded), varieties (early-maturing and medium-maturing) and nitrogen applications(no nitrogen and optimum nitrogen). [Result] The growing process fasted especially for the seedling stage under field-seeded pattern compared with that under transplanting pattern. The biomass and nitrogen accumulation at the medium-late stage of cotton under field-seeded pattern were higher than those under transplanting pattern, and the economic coefficients of early-maturing variety were higher than those of medium-maturing variety. The lint yield of the early-maturing variety under field-seeded pattern and the medium-maturity variety under transplanting pattern were higher under nitrogen application, and the difference between them was not significant. Under nitrogen application, the output value of seed cotton under transplanting pattern was 1.0-1.2 times of that under field-seeded pattern, but the cost of the former was 1.8-2.0 times of that of the latter, and the benefit of the former was only 23.0%-43.1% of the latter. The effects of planting pattern on the nitrogen agronomic efficiency (NAE) and nitrogen apparent recovery efficiency (NARE) were greater than those of variety and nitrogen application, and the NAE and NARE under field-seeded pattern were 40.0% and 76.4% (2017) higher than those under transplanting pattern. The effects of variety on nitrogen production efficiency (NPE) were greater than those of planting pattern and nitrogen application, and the NPE of early-maturing variety was 45.3% higher than medium-maturing variety in 2017. [Conclusion] The early-maturing variety with optimum nitrogen application under field-seeded pattern was conducive to higher yield, lower cost and higher benefit, and has higher NAE, NARE and NPE, which is the high yield and efficiency planting system for cotton after wheat in the Yangtze River valley.

关键词

麦棉两熟 / 种植模式 / 产量 / 效益 / 氮素利用率

Keywords

cotton planting after wheat / planting system / yield / benefit / nitrogen efficiency

引用本文

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杨长琴 , 张国伟 , 王晓婧 , 刘瑞显 , 倪万潮. 不同种植模式棉花产量、种植效益与氮素利用率比较分析[J]. 棉花学报, 2021, 33(4): 307-318. https://doi.org/10.11963/cs20200082
Yang Changqin , Zhang Guowei , Wang Xiaojing , Liu Ruixian , Ni Wanchao. Comparative analysis of cotton yield, benefit and nitrogen efficiency in different planting systems[J]. Cotton Science, 2021, 33(4): 307-318. https://doi.org/10.11963/cs20200082
麦棉两熟是长江流域棉区的主要种植制度,受栽培品种、种植目标、生产力水平和机械化生产需求等因素影响,棉花种植模式发生了重大转变,由传统的麦棉套栽模式转变为麦后移栽棉和麦后直播棉模式[1,2,3]。麦后移栽棉模式以中熟杂交棉为主要品种类型,采用营养钵育苗移栽,走“小、壮、高”途径获得高产[3,4,5],该模式生产用工多、机械化程度低[4,5]。麦后直播棉模式采用大田播种,以早熟常规棉品种为主,以集中“现蕾、成铃和吐絮”实现高产[3, 6-7];该模式具有轻简化、适宜机械化生产的特点。
进一步明确高产高效模式,是当前棉花高效生产亟需解决的问题。麦后移栽棉模式和麦后直播棉模式高产思路不同,采用的栽培技术也存在较大的差异。麦后移栽棉模式采用“低密高氮”技术,而麦后棉直播模式采用“高密低氮”技术[3,4],2种种植模式的适宜施氮量分别为 375 kg·hm-2和150 kg·hm-2,生育期内分别施用4~5次和2次[3, 6]。可见,2种种植模式的氮肥运筹差异较大。在提高氮素效率前提下实现高产才能实现植棉高效、可持续发展。
提高作物氮素效率历来是科学研究的热点。众多研究表明不同品种对氮素的吸收和利用存在差异[10,11,12,13];在栽培技术上,研究一致认为适宜的氮肥运筹[6, 8-9, 14]有利于获得较高产量,同时提高氮肥利用率。就麦后移栽棉和麦后直播棉2种种植模式而言,其氮肥运筹、氮素利用率不同[3, 5-6, 8, 14],且在适宜品种、种植方式、种植密度、播期等[2-5, 15-16]方面均存在较大差异,但已有研究多在单一种植模式下进行,不能准确反映2种种植模式在产量、效益和氮素利用率方面的差异。
本研究在大田条件下,设置麦后移栽棉和麦后直播棉2种种植模式,比较2种种植模式下产量、效益及氮素效率的差异,以期明确长江流域棉区麦棉两熟种植制度下适宜的棉花高产高效种植模式,也为高产高效栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016年、2017年在江苏省大丰区稻麦原种场（120°28′ E,33°12′ N）进行,供试土壤为砂壤土,2年0~20 cm土层有机质含量分别为12.5 g·kg-1、12.3 g· kg-1,全氮含量分别为1.4 g· kg-1、1.3 g· kg-1,速效磷含量分别为30.5 mg· kg-1、29.8 mg· kg-1,速效钾含量分别为178 mg· kg-1、183 mg· kg-1,pH分别为8.02、8.13。
2016年：采用2因素裂区设计。种植方式为主区因素,设移栽（P1）和直播（P2）2个水平;氮肥运筹为裂区因素,设不施氮（N0,0 kg·hm-2）和适宜氮肥运筹（N1,根据前期研究结果[3-5, 15-16],P1方式为375 kg·hm-2,P2方式为150 kg·hm-2）2个水平。其中,P1方式采用中熟品种泗杂3号（V1,生育期130 d）,P2方式采用早熟品种中棉所50（V2,生育期105 d）。
2017年：采用3因素裂区设计。种植方式为主区因素,品种为裂区因素,氮肥运筹为小裂区因素。主区和小裂区水平设置同2016年,裂区设中熟品种和早熟品种2个水平,品种同2016年。
2016年、2017年分别有4个和8个处理,均为4次重复,小区面积36 m2。2016年、2017年P1方式分别于4月20日、22日播种,大麦收获后5月24日和5月25日移栽,密度30 000株·hm-2,行距1 m;P2方式播种与P1方式移栽时间相同,密度97 500株·hm-2,行距0.76 m。P1方式氮肥按苗肥、初花肥、盛花肥和盖顶肥施用,分别占总施氮量的20%、25%、40%和15%;P2方式氮肥按苗肥和初花肥施用,分别占40%和60%。其他田间管理措施按高产要求进行。
表1 棉花生育期间气象信息

Table 1 Meteorological information during the cotton growth period in 2016 and 2017

月份
Month		 2016 2017
降水量
Precipitation/
mm		 日均气温
Daily mean temperature/℃		 有效辐射
Solar radiation/(MJ·m-2·d-1)		 降水量
Precipitation/
mm		 日均气温
Daily mean temperature/℃		 有效辐射
Solar radiation/(MJ·m-2·d-1)
4月April 84.5 14.8 14.1 26.3 15.2 17.1
5月May 84.5 18.9 15.1 62.9 21.1 17.8
6月June 103.4 23.4 14.7 49.6 23.4 17.2
7月July 146.4 27.7 15.5 16.5 30.0 16.9
8月August 49.4 28.1 19.6 177.8 27.8 14.4
9月September 192.6 23.5 12.8 131.8 23.0 12.3
10月October 285.6 18.5 6.7 109.9 16.8 9.4

1.2 测定内容与方法

1.2.1 产量及霜前花率。吐絮期选择3个重复于每小区选生长一致具有代表性的棉株15株测定成铃数;每小区收取中上部正常吐絮棉铃30个,测定铃重和衣分,计算理论皮棉产量。4个重复各小区分别实收计产,霜前花率（%）=11月10日前收获籽棉产量/籽棉总产量×100。
1.2.2 生物量与养分测定。2016年、2017年分别于P1方式播种后57 d和60 d起每隔20 d每个小区取连续3株（P1方式）或5株（P2方式）具有代表性棉株,按茎枝、叶片和蕾铃等不同部位分开,105 ℃杀青30 min后于80 ℃烘干至恒重,测定生物量。样品粉碎后分别用凯氏定氮法[17]测定全氮。相关指标计算如下[16]：
生物量（氮素）经济系数（%）=生殖器官生物量（氮素累积量）/地上部生物量（氮素累积量）×100;
氮素表观利用率（%）=（施氮区吸氮量-不施氮区吸氮量）/氮肥用量×100;
氮素农学利用率（kg·kg-1）=（施氮区皮棉产量-不施氮区皮棉产量）/氮肥用量;
氮素生产效率（kg·kg-1）=皮棉产量/地上部氮。
1.2.3 收益分析。依据理论产量计算产值,记录田间管理用工、机械和农资等费用,计算棉田收益。

1.3 统计分析方法

采用Microsoft Excel软件处理数据,用SPSS 11.0软件进行统计分析。最小显著性差异法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对棉花生育进程的影响

2016年试验,与P1相比,P2苗期、蕾期和铃期平均历时分别减少17 d、8 d和2 d。2017年试验,与P1相比,P2苗期、蕾期平均历时分别减少10 d和2.8 d,铃期则增加3.5 d。同一种植方式下,与V1相比,V2的苗期、蕾期和铃期平均历时均有所减少,如P2下分别减少7.5 d、4.5 d、9.5 d。全生育期P1V1N1、P1V1N0处理较长,而P2V2N0与P2V2N1处理较短（表2）。
表2 不同种植模式对生育进程的影响

Table 2 The effects of different planting systems on cotton growth process

种植
方式
Planting pattern		 品种
Variety		 氮肥运筹
水平
Nitrogen
application		 2016 2017
苗期
Seedling stage/d		 蕾期
Budding stage/d		 铃期
Boll stage/d		 生育期
Growth stage/d		 苗期
Seedling stage/d		 蕾期
Budding stage/d		 铃期
Boll stage/d		 全生育期
Whole growth stage/d
P1 V1 N0 57 28 45 130 59 29 47 135
N1 58 30 46 134 60 30 48 138
V2 N0 50 21 43 114
N1 52 22 45 119
P2 V1 N0 48 25 53 126
N1 50 25 55 130
V2 N0 40 21 43 104 41 20 44 105
N1 41 21 44 106 42 21 45 108
注： P1：移栽,P2：直播;V1：中熟品种,V2：早熟品种;N0：不施氮,N1：适宜氮肥运筹。
Note: P1: transplanting pattern, P2: field-seeded pattern; V1: medium-maturity variety, V2: early-maturity variety; N0: no nitrogen application, N1: nitrogen application.

2.2 不同种植模式对棉花群体生物量累积与分配的影响

2016年适宜氮肥运筹下,7月18日后P2地上部生物量和8月5日后P2生殖器官生物量高于P1,8月5日后经济系数相反。2017年结果相似。2017年相同氮肥运筹下,8月6日后地上部生物量P2高于P1;同一种植方式相同氮肥运筹下,8月6日后V1地上部生物量高于V2。就生殖器官生物量而言,相同氮肥运筹下9月15日P2生殖器官生物量高于P1;同一种植方式相同氮肥运筹下V1 9月15日P2生殖器官生物量高于V2。就生物量经济系数而言,不同种植方式间P1高于P2;品种间V2高于V1。2017年P2V1N1处理地上部和生殖器官生物量最高,其次是P2V2N1处理（图1）。
图1 不同种植模式对棉花群体生物量累积及其分配的影响
P1：移栽,P2：直播;V1：中熟品种,V2：早熟品种;N0：不施氮,N1：适宜氮肥运筹。

Fig. 1 The effects of different planting systems on cotton biomass accumulation and allocation

P1: transplanting pattern, P2: field-seeded pattern; V1: medium-maturity variety, V2: early-maturity variety; N0: no nitrogen application, N1: nitrogen application.

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2.3 不同种植模式对棉花产量及经济效益的影响

2.3.1 棉花产量。 2016年相同氮肥运筹下, P2皮棉产量显著低于P1。2017年V1在适宜氮肥运筹条件下,P1处理皮棉产量显著高于P2,V2则相反;同一种植方式相同氮肥运筹下,V2皮棉产量显著低于V1。同一种植方式相同品种下N1皮棉产量显著高于N0。种植方式、品种和氮肥运筹三者中氮肥运筹对皮棉产量影响最大,其次是品种,再次为种植方式,其中施氮量提高皮棉产量达58.1%。种植方式与品种、种植方式与氮肥运筹对皮棉产量互作显著,2017年P1V1N1处理皮棉产量最高,其次是P2V1N1处理,再次为P2V2N1处理（表3）。
表3 不同种植模式对棉花皮棉产量与霜前皮棉产量的影响

Table 3 The effects of different planting system on cotton lint yield and pre-frost lint yield

种植
方式Planting pattern		 品种
Variety		 氮肥运筹 Nitrogen application 2016 2017
皮棉产量
Lint yield /
(kg·hm-2)		 霜前花率
Ratio of Pre-frost seed cotton /%		 霜前皮棉产量
Pre-frost lint yield/
(kg·hm-2)		 皮棉产量
Lint yield/
(kg·hm-2)		 霜前花率
Ratio of Pre-frost seed cotton /%		 霜前皮棉产量
Pre-frost lint yield/
(kg·hm-2)
P1 V1 N0 1 468.0 c 82.0 b 1 204.2 c 1 285.8 g 76.3 c 980.5 d
N1 2 218.8 a 86.0 ab 1 908.3 a 2 162.6 a 76.2 c 1 648.7 a
V2 N0 841.6 h 88.5 a 745.2 e
N1 1 808.6 d 87.2 a 1 576.7 a
P2 V1 N0 1 484.0 e 67.3 e 999.2 d
N1 1 996.9 b 69.9 d 1 395.7 b
V2 N0 1 129.3 d 93.4 a 1 054.1 c 1 369.4 f 83.7 b 1 146.5 c
N1 1 849.1 b 92.5 a 1 710.4 b 1 905.7 c 84.0 b 1 601.4 a
F P 336.6** 24.3* 27.0* 96.0* 126.0** 7.8
V 214.8** 1 143.7** 0.6
N 7 379.7** 13.4* 6 794.4** 1 173.2** 0.5 807.5**
P×V 74.8** 21.3** 118.9**
P×N 3.3 32.5** 8.4* 88.4** 4.0 61.4**
V×N 1.8 2.9 7.2*
P×V×N 0.6 0.2 1.6
注：P1：移栽,P2：直播;V1：中熟品种,V2：早熟品种;N0：不施氮,N1：适宜氮肥运筹。同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著。
Note: P1: transplanting pattern, P2: field-seeded pattern; V1: medium-maturity variety, V2: early-maturity variety; N0: no nitrogen application, N1: nitrogen application. Values followed by different lower letters within the same column are significantly different at the 0.05 probability leve1. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
2016年相同氮肥运筹下,与P1相比,P2霜前花率显著增加,2017年与2016年一致。2017年同一品种相同氮肥运筹下,P2霜前花率显著低于P1;同一种植方式相同氮肥运筹下,V2霜前花率显著高于V1。品种对霜前花率影响比种植方式大,早熟品种的霜前花率比中熟品种提高了18.6%。霜前花率以P1V2N0处理最高。种植方式与品种对霜前皮棉产量均无显著影响,适宜氮肥运筹显著增加霜前皮棉产量。此外,种植方式、品种与氮肥运筹两两互作,P1V1N1、P1V2N1、P2V2N1处理霜前皮棉产量较高（表3）。
2.3.2 经济效益。由表4可见,2年P1V1N1、P2V1N1和P2V2N1处理籽棉产值较高。适宜氮肥运筹下,P1籽棉产值是P2的1.0~1.2倍;但P1总成本是P2的1.8~2.0倍,成本构成中人工费成本占76.6%~85.0%,而P2的人工费仅为 P1的46.2%~49.0%,P2收益大幅度高于P1。适宜氮肥运筹条件下,2016年、2017年P1每公顷收益分别为6 736元和4 690.5元,P2分别为15 610元和20 436元。同一种植方式下,V1每公顷收益高于V2。2016年P2V2N1处理每公顷收益最高;2017年P2V1N1和P2V2N1处理较高,分别为21 279元和19 593元。
表4 不同种植模式棉花经济效益的比较

Table 4 Comparison of different planting systems on output value and benefit of seed cotton （元·hm-2）

年份
Yield		 种植方式
Planting pattern		 品种
Variety		 氮肥运筹
Nitrogen application		 籽棉产值
Output value of seed cotton		 人工费
Labor cost		 机械费
Machinery cost		 农资投入
Agricultural expenses		 总成本
Total cost		 收益
Benefit
2016 P1 V1 N0 24 206 23 749 2 021 1 959 27 729 -3 523
N1 36 970 25 549 2 021 2 665 30 234 6 736
P2 V2 N0 19 322 11 321 1 418 1 781 14 519 4 803
N1 31 956 12 521 1 418 2 407 16 346 15 610
2017 P1 V1 N0 23 673 26 784 1 880 2 202 30 865 -7 192
N1 39 142 27 984 1 880 2 963 32 825 6 317
V2 N0 16 693 25 584 1 880 2 202 29 665 -12 972
N1 34 689 26 784 1 880 2 963 31 625 3 064
P2 V1 N0 28 364 11 472 1 269 1 882 14 622 13 742
N1 37 776 12 672 1 269 2 557 16 497 21 279
V2 N0 26 298 11 472 1 269 1 882 14 622 11 676
N1 36 090 12 672 1 269 2 557 16 497 19 593
注： P1：移栽,P2：直播;V1：中熟品种,V2：早熟品种;N0：不施氮,N1：适宜氮肥运筹。
Note: P1: transplanting pattern, P2: field-seeded pattern; V1: medium-maturity variety, V2: early-maturity variety; N0: no nitrogen application, N1: nitrogen application.

2.4 不同种植模式对棉花群体氮素累积及分配的影响

图2可见,2016年相同氮肥运筹下,与P1相比,P2地上部和生殖器官氮累积量均降低,但氮经济系数差异较小。2017年同等条件下的相关结果与2016一致。2017年同一品种相同氮肥运筹下,7月18日至8月25日P2地上部氮素累积量高于P1,到9月15日 差异较小。同一种植方式相同氮肥运筹下,8月6日后V1地上部氮累积量高于V2。就生殖器官氮素累积量而言,同一品种相同氮肥运筹,8月6日P2生殖器官氮素累积量高于P1,其后则相反;相同氮肥运筹下,9月16日生殖器官氮素累积量V1高于V2。就氮素经济系数而言,相同氮肥运筹下P1高于P2;品种间,同一种植方式相同氮肥运筹下,V2高于V1。
图2 不同种植模式对氮素累积及分配的影响
P1：移栽,P2：直播;V1：中熟品种,V2：早熟品种;N0：不施氮,N1：适宜氮肥运筹;NARO：生殖器官氮累积量。

Fig. 2 The effects of different planting systems on nitrogen accumulation and allocation

P1: transplanting pattern, P2: field-seeded pattern; V1: medium-maturity variety, V2: early-maturity variety; N0: no nitrogen application, N1: nitrogen application. NARO: nitrogen accumulation of reproductive organs.

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2016年9月16日,P1V1N1处理地上部和生殖器官氮累积量最高;2017年P1V1N1处理最高,其次是P2V1N1处理。

2.5 不同种植模式对氮素吸收和利用的影响

由表5可见,2年试验P2棉花氮素表观利用率和农学利用率均显著高于P1;2017年P1条件下V2的氮素表观利用率和农学利用率高于V1;P2下V1的表观利用率显著高于V2,而氮素农学利用率差异不显著。种植方式与品种二者中,种植方式对氮素表观利用率和农学利用率的影响较大,直播方式的农学利用率和氮肥表观利用率较移栽方式分别提高40.0%和76.4%。就氮素生产效率而言,2016年P2显著高于P1;2017年结果与2016年一致。2017年同一品种相同氮肥运筹下,总体上P1氮素生产效率高于P2;同一种植方式下V2显著高于V1。种植方式与品种、品种与氮肥运筹显著,三者中品种对氮素生产效率的影响最大;较之于中熟品种,早熟品种的氮素生产效率提高了45.3%。
表5 不同种植模式棉花氮素效率的比较

Table 5 Comparison of different planting systems on cotton nitrogen efficiency

种植
方式
Planting pattern		 品种Variety 氮肥运筹
Nitrogen level		 2016 2017
农学利用率NAE/
(kg· kg-1)		 表观利用率NARE/% 生产效率NPE/
(kg· kg-1)		 农学利用率NAE/
(kg· kg-1)		 表观利用率NARE/% 生产效率NPE/
(kg· kg-1)
P1 V1 N0 9.0 c 7.0 d
N1 2.0 b 31.7 b 7.8 d 2.4 c 29.8 c 6.6 e
V2 N0 10.5 a
N1 2.6 b 30.8 c 8.5 c
P2 V1 N0 6.3 e
N1 3.4 a 56.4 a 5.8 f
V2 N0 11.0 a 9.9 b
N1 4.8 a 61.3 a 9.5 b 3.6 a 50.5 b 8.4 c
F P 806.3** 3728.8** 630.6** 890.2** 9 117.4** 79.3*
V 13.0* 8.6* 34 901.8**
N 669.2** 234.6**
P×V 0.7 17.0** 166.0**
P×N 10.3** 1.7
V×N 71.7**
P*V*N 4.1
注：P1：移栽,P2：直播;V1：中熟品种,V2：早熟品种;N0：不施氮,N1：适宜氮肥运筹。NARE：氮素表观利用率,NAE:氮素农学利用率;NPE：氮素生产效率。 同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。*和** 分别表示在0.05和0.01水平上显著。
Note: P1: transplanting pattern, P2: field-seeded pattern; V1: medium-maturity variety, V2: early-maturity variety; N0: no nitrogen application, N1: nitrogen application. NAE: nitrogen agronomic efficiency; NARE: nitrogen apparent recovery efficiency; NPE: nitrogen production efficiency. Values followed by different lower letters within the same column are significantly different at the 0.05 probability leve1. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

3 讨论

3.1 不同种植模式对棉花生长发育的影响

随着早熟棉育种的成功,长江流域棉区直播棉种植模式得以发展[18]。不同种植模式下,播期不同棉花生长发育所处的温光条件不同,生育进程有差异[16, 19]。与移栽的中熟品种相比,直播棉花苗期缩短幅度较大,早熟和中熟品种分别缩短18 d和10~11 d,全生育期分别缩短27~30 d和8.5 d（2017年）。直播方式播期推迟30~35 d后,早熟和中熟品种分别在9月上、中旬和10月上旬吐絮,可见,麦后直播早熟品种生长转化早,中熟品种易出现晚熟现象。
种植模式影响生育进程,也必然影响生物量。与移栽方式相比,直播方式下棉花密度高、截获光能更多,施氮条件下吐絮期群体生物量高于移栽方式下的中熟品种或相当,但移栽方式经济系数较高,这与其光合产物向生殖器官分配较早、再分配能力强有关[13, 20]。同一种植方式下,早熟品种个体生长量小,其生物量低于中熟品种,但经济系数高于中熟品种。

3.2 不同种植模式对棉花产量和收益的影响

王寅等[21]研究表明,直播方式下油菜籽粒产量与移栽方式相近,但直播方式下适宜施氮量明显低于移栽方式,本研究结果相似。研究还发现,直播方式下中熟品种的皮棉产量低于移栽方式,而早熟品种则相反,表明在本研究试验条件下,中熟品种宜采用移栽方式,而早熟品种宜采用直播方式。霜前花率是影响麦后棉高产稳产的重要因素。早熟品种霜前花率较高,适宜氮肥运筹条件下霜前皮棉产量达到1 601.4 kg·hm-2,与移栽方式下中熟品种差异不显著。
适宜氮肥运筹下,不同种植方式均可获得较高的籽棉产值。但移栽方式成本尤其人工成本达到直播方式的2.0~2.2倍,因此直播方式效益较高。但直播方式下中熟品种霜前花率低,产值和效益不稳定。

3.3 不同种植模式对棉花养分累积与利用的影响

氮素累积和分配是作物生物量和产量形成的基础[22,23]。本研究发现,种植方式与品种对地上部氮素累积量及其氮素经济系数的影响与其对地上部生物量及其经济系数的影响相似,生育后期以直播方式氮素累积量与生物量较高,而经济系数则以早熟品种较高。棉花对氮素的高效吸收利用是实现高产高效的重要途径[11]。种植方式、品种2个因素中,种植方式对氮素农学利用率和表观利用率影响较大,与前人对水稻和油菜直播方式的农学利用率[24,25]和表观利用率[25]低于移栽方式的研究结果不同,除了与作物不同有关外,还与不同种植方式采用相同氮肥运筹[25]有关,而不同种植方式对氮素响应不同[2-3, 5-6, 21]。此外,直播方式下氮肥农学利用率高,可能与直播棉花对氮肥较为敏感有关[6],氮肥表观利用率高与其群体密度高有关。已有的研究表明,不同棉花品种因长势、熟相及产量水平的不同,对氮肥吸收、利用的效率也存在较大差异[11-12, 26-27]。本研究表明种植方式、品种与氮肥运筹3个因素中,品种对氮素生产效率影响最大,不同种植方式下早熟品种的氮素生产效率均较高,与早熟品种生长转化快、生物量与氮素经济系数高有关。由此可知,采用氮素表观利用率和农学利用率高的种植方式,配合氮素生产效率高的品种,可以以较少的氮肥投入获得较高的产量,在化肥减施的同时实现增效,也有利于提高植棉效益、保护环境。

4 结论

长江流域棉区麦后移栽棉易获得高产,但收益低,且氮肥农学利用率、表观利用率及生产效率均较低。麦后直播中熟品种霜前花率低,且氮素生产效率低;可实现较高产量和效益的同时,氮素农学利用率、表观利用率和生产效率均较高。因此,麦后早熟品种有利于植棉轻简高效和可持续发展。

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致谢

感谢江苏省现代作物生产协同创新中心对本研究的支持！

基金

国家重点研发计划(2017YFD0201900)
国家自然科学基金(32071968)
农业农村部长江下游棉花与油菜重点实验室开放课题(2017-CR01)
江苏省农业科技自主创新资金(CX(18)3046)

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