“减投不减产”或“增产不增投”,提高物质、劳动、空间(农田)、时间(季节)“四位一体”利用效率,减轻环境负担,是我国农业高效、持续发展的必然要求。针对当前棉花生产中存在的氮(N)肥利用效率低下、生产成本上升而植棉效益下降、包括水体富营养化的农业面源污染加重等突出问题,本文重点探讨了长江流域棉区的湖北棉区N肥的合理施用量、N肥后移、以及减少肥料施用频率的可行性,旨在为探索提高N肥利用效率、降低棉花生产成本的新途径提供理论依据。以华杂棉H318为材料,于2008-2009年开展了4项研究：1.在不同土壤肥力(武汉、荆州)大田种植条件下,探讨施N量(0kg/ha-600kg/ha,5个处理)对棉花产量(生物学产量和经济产量,下同)、生理生化特性的影响；2.应用15N示踪技术,重点探讨盆栽棉花对不同时期(移栽前、初花期、盛花期)施入肥料N(施N量为0kg/ha-600kg/ha,5个处理)的吸收利用特点；3.油后直播并固定施N量(225kg/ha)和初花肥(FBA)40%的条件下,探讨底肥(PPA)与盛花肥(PBA)施N比例对大田种植高密度棉花产量的影响,对盆栽棉花吸收利用肥料N(15N标记)的影响；4.油后直播并施用750kg/ha复合肥(16：16：16)条件下,探讨施肥频率(1次FBA、2次PPA+FBA、3次PPA+FBA+PBA)对大田种植高密度棉花产量的影响。主要结果如下：1.施N量相同时,分次施用比例和施用频率对棉花生育期无影响,但随N肥后移(PPA中施N比例减少)苗期缩短、花铃期延长；一次施肥苗期较短,花铃期较长。盆栽棉花生育期比大田缩短15-20d。2.棉花经济产量和生物产量最高的施N量,肥力中等田块为中N(300kg/ha),肥力较低田块为富N(600kg/ha)。油后直播高密度时,适当减少施N量可以获得相当的棉花产量(1200kg/ha以上)。施N量相同时,棉花经济产量和生物产量均随PPA中施N比例减少而增加；经济产量与根系、叶片生物质量负相关,与其余器官生物质量盛花期及以前负相关,盛花期后正相关。施肥量相同时,一次施肥和常规三次施肥(生物、经济)产量相当,但显著高于两次施肥。处理间经济产量差异源于总成铃数,生物产量差异源于快速累积期(FAP)累积速度。3.棉株生物质(CPB)累积过程遵循logistic函数,但各试验不同处理函数的系数不同,表明不同处理CPB累积具有不同的特征值(FAP进入和终止时间、持续时问、累积速度等)。CPB的FAP累积速度随施N量增加而提高,施N量相同时,随PPA中施N比例降低而增加；一次施肥与三次施肥相当,但高于两次施肥。营养器官生物质(VOB)累积进入和终止FAP均早于生殖器官,但当施N量超过中N水平时,VOB累积终止FAP的时间晚于生殖器官。4.棉株N积累过程也遵循logistic函数,苗期缓慢,蕾期加快,开花期最快,吐絮后急剧下降。棉株对土壤N的吸收累积早于肥料N,N快速累积期(FAP)持续时间长于肥料N。棉株累积的肥料N大于土壤N,肥料N主要分配在生殖器官,但PPA的N则主要分配在营养器官。施N量相同时,开花结铃期棉株对N的吸收速度随PPA施N比例下降而增加,因而棉株积累的总N量也随PPA施N比例下降而增加。棉株进入N素FAP的时间早于生物质FAP。5.棉花吐絮以前,功能叶叶绿素含量随生育进程而上升；随施N量增加而上升,且土壤肥力较低时处理间差异更大。棉花叶片可溶性糖、可溶性蛋白质、叶柄硝态N含量均随施N量增加而增加,随生育进程先升后降,开花期最高。6.土壤碱解N含量随棉花生育进程而降低,随施N量增加而上升,随土壤深度增加而下降。盆栽条件下,随施N量增加棉花对肥料N的吸收率上升,土壤残留率下降,损失率以中N最高；施N量相同时,随PPA中施N比例降低,肥料N吸收利用率和土壤残留率上升,损失率下降。棉株对肥料N的吸收利用率,FBA最高,PPA最低。以上结果表明：1.棉花生育期可塑性较大,即使常规生育期的棉花品种,可以实现晚播不减产,提高时间利用效率。因而,也可确保冬季作物正常成熟、收获,提高土地利用效率2.晚播高密度,适当减少施N量,推迟N肥施用时间可获得棉花高产。因而可实现减肥(投)不减产,提高物质(N肥)利用效率；减少肥料流失,减轻环境负担。3.在棉株对养分吸收高峰时期(初花期)一次性施肥可以获得相当的产量,从而可简化棉花生产管理,减轻劳动强度,提高劳动效率。4.所以,推迟播种时间,增加棉花群体,减小棉株个体；降低施N数量,推迟施N时间,结合作物秸秆还田,可提高资源效用,减少管理工序,节约生产成本,实现以“减投不减产”、“四位一体”高效利用、减轻环境负担为特征的持续、高效农业生产。