【目的】元素是构成生命有机体的基础。生态化学计量学从元素比率的角度将植物生长的各个层次有机联系起来。前人的研究极大的促进了我们对植物叶片化学计量学的理解,然而关于作物叶片化学计量学的研究还未得到关注。本试验以海岛棉和陆地棉为研究对象,从生态化学计量学的角度,研究棉花N、P、K等元素化学计量学特征和光合特性随叶片发育过程以及在冠层不同层次上的变化,揭示棉花内在的生长发育调控机制及光合资源利用效率特征,为调控棉花的资源利用效率提供新的视角。【方法】选择生物量差异较大的海岛棉和陆地棉的不同品种为研究材料,从两个角度研究棉花的化学计量学特征和光合能力的变化。一是研究叶片的生长发育过程,包括叶片发育期、成熟期和衰老期三个阶段的叶片;二是研究棉株冠层上中下不同部位的主茎叶片。分别测定叶片的N、P、K等元素的含量、净光合速率(Pn)、比叶重(LMA),并计算各元素之间的比值、光合氮素利用效率(NUE)、光合磷素利用效率(PUE)等。【结果】(1)通过研究陆地棉与海岛棉随叶片发育过程以及在冠层不同部位化学计量特征的变化表明:陆地棉与海岛棉在同一种植条件下吸收养分的特性不同。与陆地棉相比,海岛棉的N、P和K含量较高,但S和Mg元素含量较低。棉花叶片在发育过程中矿质元素的变异系数模式符合限制元素稳定性假说。各元素含量由高到低依次为C>N>K>S>Mg>P,其变异系数依次为:5.8%、18.9%、21.5%、31.2%、27.7%、33.3%。棉花叶片中含量较低的元素其稳定性较低,流动性较强,元素利用效率较高。(2)通过对陆地棉与海岛棉叶片发育过程中氮磷变化及与资源利用效率关系的研究表明:棉花叶片发育过程中N:P平均值为10:1(陆地棉与海岛棉叶片化学计量学N:P分别为8.4:1和12.0:1)。陆地棉新陆早33号N:P变化范围为7.6-9.1,海岛棉新海36号N:P变化范围为9.9-14.1。在叶片发育各阶段,海岛棉光合磷素利用效率均高于陆地棉,光合氮素利用效率在叶片衰老期高于陆地棉。(3)通过对陆地棉与海岛棉冠层不同部位氮磷变化及与资源利用效率关系的研究表明:不同冠层叶片的Pn不同,表现为中部>顶部>下部。陆地棉冠层中上部叶片Pn、NUE、PUE均高于海岛棉,在冠层下部叶片,海岛棉Pn、NUE、PUE均高于陆地棉。棉花冠层中部叶片N:P可以作为棉花材料生长速率快慢的评价指标。【结论】与已知植物的化学计量学特性相比,陆地棉和海岛棉的N:P表现出快速生长的特性,但叶片发育过程中两者的生长特性分别表现出氮限制和氮、磷限制的特征。陆地棉和海岛棉可以分别通过提高氮和磷的光合资源利用效率,来减少氮磷对植株生长发育的限制。陆地棉冠层上部与中部叶片受到氮元素的限制高于海岛棉,对氮的利用效率较高;对于冠层下部叶片,海岛棉对氮、磷利用效率均高于陆地棉,海岛棉冠层下部叶片主要通过提高净光合速率来提高光合元素利用效率。表现出海岛棉与陆地棉不同冠层部位生长特性的差异性。在养分吸收特性上,海岛棉对养分的需求高于陆地棉,特别是N、K元素。