在氮肥施用量减少的条件下，北疆地区实现稳定产量的棉花的水分和氮素管理策略

《Agricultural Water Management》：Water and nitrogen management strategies for stable-yield cotton in Northern Xinjiang under reduced nitrogen conditions

新疆棉花水氮协同管理研究|基于主成分分析、熵权TOPSIS和灰色关联分析的综合评价|滴灌条件下氮减量与节水协同机制|水氮利用效率优化|干旱区棉花可持续生产技术体系|作物生长动态指标|资源约束下的产量稳定性|水氮阈值效应|多指标综合决策模型|膜下滴灌技术参数

　　棉花种植在新疆地区具有重要的战略意义，作为中国最大的棉花生产基地，新疆不仅承担着全国86.25%的棉花种植面积和92.25%的总产量，还面临着诸如过量氮肥施用和水资源短缺等挑战。这些因素不仅影响棉花的产量和品质，也对环境可持续性构成威胁。因此，研究如何在保证产量的同时提高水资源和氮肥的利用效率，成为新疆棉花种植的重要课题。

水资源和氮肥的供应是棉花生长的关键因素，二者之间的相互作用形成了协同机制，能够提升棉花的生理表现和生长效率。然而，过量的氮肥施用不仅增加了生产成本，还导致产量收益递减，并加剧了氮素的流失，对生态环境造成负面影响。同时，水资源的过度使用也降低了水肥利用效率，成为制约棉花种植发展的重要瓶颈。基于此，本文通过田间试验，探讨了不同氮肥施用水平与灌溉量之间的相互作用对棉花生长、产量及资源利用效率的影响，旨在为新疆棉花种植提供科学依据和技术支持。

研究选取了三种灌溉制度（W1:488 mm、W2:444 mm、W3:400 mm）和四种氮肥施用水平（N1:440 kg·ha?1、N2:387 kg·ha?1、N3:336 kg·ha?1、N4:294 kg·ha?1），通过两年的试验，系统评估了不同水肥配比对棉花生长指标、产量以及水肥利用效率的影响。试验结果表明，在常规水肥管理下，适度减少灌溉量可显著提升水肥利用效率，同时在低氮条件下，灌溉量对氮肥利用效率（NPFP）具有显著调控作用。综合分析显示，400–444 mm的灌溉量结合387–440 kg·ha?1的氮肥施用量，能够在新疆北部地区实现稳定的产量和较高的资源利用效率，这为实现棉花生产的氮肥减量策略提供了理论支持。

棉花的生长过程受到多种因素的影响，包括灌溉量、氮肥施用量、土壤特性等。在试验过程中，研究人员对棉花的株高、茎粗、叶面积指数（LAI）以及干物质积累等关键生长指标进行了系统测量，并结合不同水肥配比分析其对棉花生长动态的影响。结果显示，株高和茎粗在不同水肥配比下表现出显著差异，特别是在氮肥减少的情况下，灌溉量对株高和茎粗的影响更加明显。而叶面积指数则在水肥协同作用下表现出更高的敏感性，尤其是在水肥配比较优时，LAI的提升有助于提高光合效率和干物质积累。

在棉花产量方面，研究发现，在相同的灌溉条件下，氮肥施用量对产量的影响较为显著。然而，当灌溉量减少时，氮肥的减少对产量的影响也相应减弱，表明在一定范围内，水肥的协同作用能够有效缓解水肥不足对产量的负面影响。同时，过量的氮肥施用并未带来产量的进一步提升，反而导致了资源利用效率的下降。因此，合理控制氮肥施用量与灌溉量的配比，不仅有助于提升产量，还能显著提高水肥利用效率，实现经济效益与环境保护的双赢。

此外，研究还对不同水肥配比的综合效益进行了评估，采用了主成分分析（PCA）、熵权TOPSIS法和灰色关联分析（GRA）三种方法，分别从灌溉成本、农艺性状和经济收益三个维度对实验数据进行了系统分析。评估结果显示，尽管W1N1（高水高氮）在产量方面表现突出，但其资源利用效率较低，而W3N1和W3N2（低水低氮）则在资源利用效率方面表现出色。这表明，在新疆北部地区，合理的水肥配比不仅可以维持较高的产量，还能显著提升资源利用效率，减少氮肥和水资源的浪费。

研究还指出，棉花生长过程中，不同水肥配比对根系发育、养分吸收和光合效率等具有显著影响。合理的灌溉与氮肥配比能够优化根系结构，提高根系对水分和养分的吸收能力，从而增强植株的抗逆性。同时，氮肥的适量减少可以有效降低土壤中氮素的富集，减少氮素的流失，提高土壤的氮素利用效率。此外，研究还发现，水肥配比对棉花的成熟期和收获指数具有重要影响，过量的水肥供应可能导致棉花生长过旺，延迟成熟，降低收获指数。

总体来看，本研究为新疆棉花种植提供了科学依据和技术指导，明确了在膜下滴灌条件下，400–444 mm的灌溉量与387–440 kg·ha?1的氮肥施用量是最优的水肥配比，能够实现产量稳定与资源高效利用。同时，研究还强调了水肥配比对棉花生长、产量和环境影响的多方面作用，为今后的棉花种植管理提供了新的思路和方法。通过优化水肥配比，不仅可以提高棉花的产量和品质，还能有效缓解水资源和氮肥的过度消耗，促进农业的可持续发展。