黃光偉，翟云龍，吳全忠，李 玲，劉太杰，郭子軒，孟炎奇，陳國棟

(塔里木大學植物科學學院,新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】在棉花生產中，水資源顯得尤為重要，我國當前人均水資源占有量不足世界的四分之一，資源性缺水十分嚴重[1]。新疆的水資源更為匱乏，一直以來，干旱始終是制約新疆農業(yè)發(fā)展的一個重要因素[2]。發(fā)展節(jié)水灌溉農業(yè)對新疆南疆發(fā)展節(jié)水型集約可持續(xù)農業(yè)有實際意義。【前人研究進展】有研究提出[3-5]將農業(yè)灌溉水通過磁場，使其變?yōu)椤按呕保瑢ψ魑锏纳L發(fā)育有很大的影響。趙黎明等[6]在日光溫室下，分析對比了磁化水與普通農田灌溉水的生長差異，結果表明，磁化水可以提高秧苗根冠比，顯著增加作物干物質量，秧苗的體積、根系長度以及根數(shù)增長較快，促進植株根系生長。磁化灌溉水還可以顯著提高冬瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，可以使冬瓜種子保全苗、出齊苗[7]。王德軍[8]用不同磁化處理對杉木種子及其幼苗的葉綠素熒光參數(shù)的測定，研究結果顯示，一定強度的磁化水會促進杉木種子及其幼苗的發(fā)育。磁化水對作物的種子、幼苗以及作物生長發(fā)育均有促進作用，可以提高作物經濟產量?！颈狙芯壳腥朦c】前人雖進行了磁化水對作物影響的研究，但對于灌溉水的磁化次數(shù)以及磁化灌溉定額對作物的影響研究甚少。研究開展灌溉水的磁化次數(shù)以及磁化灌溉定額的配套試驗?！緮M解決的關鍵問題】研究灌溉水的最佳磁化次數(shù)及磁化水灌溉定額，提高棉田產量，提高灌溉水利用系數(shù)[9]，實現(xiàn)水分生產效率最大化，達到節(jié)水灌溉[10-11]，為南疆地區(qū)發(fā)展節(jié)水型集約可持續(xù)農業(yè)提供理論和實踐支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗區(qū)地處阿克蘇地區(qū)沙雅縣海樓鄉(xiāng)喬格鐵熱克村。該地區(qū)常年平均日照3 031.2 h，7月最長達308.3 h，日平均9.9 h，1月最短僅202.5 h，日平均6.58 h。平均氣溫10.7℃，7月最高24.9℃，極端最高氣溫41.6℃，最低氣溫-28.7℃。年平均降水47.3 mm，年均蒸發(fā)量2 000.7 mm。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

參試棉花品種為冀雜708，試驗地于4月8日進行寬窄行播種，其株行配置為(10+66+10+66+10)(cm)×12.5 (cm)，1膜6行3帶。試區(qū)土壤質地為砂壤土。播種前取土樣測定基礎肥力土壤基礎肥力值堿解氮100.17 mg/kg，速效磷2.42 mg/kg，速效鉀223.82 mg/kg，有機質14.55 g/kg，pH 7.93，EC286.05 uS/cm。2018～2019年試驗共設3個處理，3次重復，共9個小區(qū)，采用隨機區(qū)組設計，在不磁化(T0)、一次磁化(T1)、二次磁化(T2)中挑選一個較優(yōu)的處理。2018年設置不同的灌溉定額[T1(2 640 m3/hm2)、T2(2 880 m3/hm2)、T3(3 120 m3/hm2)、T4(3 360 m3/hm2)、T5(3 660 m3/hm2)]，重復3次，采用隨機區(qū)組設計。全田全生育期共灌水8次。表1

表1 不同處理灌溉日期及灌溉量Table 1 Irrigation date and irrigation amount of different treatments (m3/hm2)

1.2 方 法

1.2.1 棉花農藝性狀測定

棉花從出苗到吐絮經歷的天數(shù)稱為棉花生育期。隨著棉花生育期的推進，定期對各個形態(tài)指標進行觀測，各個處理分別進行掛牌標記，挑選連續(xù)且長勢均勻的5株棉花，分別在棉花苗期、蕾期、花期、鈴期、吐絮期測定株高、葉面積。其中葉面積的測量是在棉花生育期內進行定株活體測量，其方法采用長寬系數(shù)法。

1.2.2 棉花干物質測定

分別在棉花的苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期采集棉株地上部分的植株樣品，在每個小區(qū)隨機選取有代表性的3株棉花，按不同器官分離開，在105℃下殺青30 min，85℃條件下烘干至恒重，記錄干物質重。

1.2.3 棉花考種測定

在棉花成熟期間進行田間測產，每個處理選取連續(xù)5株帶回室內進行考種，分別測定其株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、節(jié)位數(shù)、始節(jié)高度等農藝性狀。在吐絮盛期時，每小區(qū)隨機抽取50個正常吐絮棉鈴，分別測定其籽棉重、單株鈴數(shù)，計算單鈴重，籽棉分別進行軋花，測定皮棉重，計算衣分。

2 結果與分析

2.1 不同磁化次數(shù)對棉花生長發(fā)育及其產量的影響

2.1.1 不同磁化次數(shù)對棉花株高的影響

研究表明，不同處理間棉花株高存在顯著性差異。各處理的株高在打頂后均出現(xiàn)生長緩慢的現(xiàn)象，T0(CK)處理下的棉花株高隨生育期推進呈先增高后下降的趨勢；T1(一次磁化)處理下的棉花株高隨生育期推進持續(xù)增高；T2(二次磁化)處理下的棉花株高隨生育期推進持續(xù)增高，在花期后增長緩慢。且T2處理的株高顯著高于T1、T0(CK)處理下的植株，增加磁化次數(shù)會顯著促進植株高度的生長。圖1

圖1 噴施不同磁化次數(shù)棉花株高變化Fig.1 Effect of different magnetization times on cotton plant height

2.1.2 不同磁化次數(shù)對棉花葉面積指數(shù)的影響

研究表明，棉花葉面積指數(shù)在各個生育期均存在顯著性差異，T0處理的棉花葉面積指數(shù)呈先增加后減小的趨勢，T1處理和T2處理的棉花葉面積指數(shù)隨生育期推進持續(xù)增高，且總體表現(xiàn)為T2>T1>T0。增加磁化次數(shù)會促進棉花葉面積指數(shù)的增加。圖2

圖2 噴施不同磁化次數(shù)棉花葉面積指數(shù)變化Fig. 2 Effect of different magnetization times on cotton leaf area index

2.1.3 不同磁化次數(shù)對棉花干物質積累及其分配的影響

研究表明，各個處理棉花單株干物質曲線均呈拋物線增長，均符合“S”型增長曲線。隨著生育期的推進，各處理苗期增長較為緩慢，蕾期開始營養(yǎng)生長與生殖生長并進，植株生長加快，花鈴期后棉花主要進行生殖生長，故8月20日(盛鈴期)達到極大值，8月20日(盛鈴期)之后由于棉花葉片脫落導致干物質積累量會有所下降。

隨著磁化次數(shù)的增加，各個處理干物質積累量也隨之增加。植株苗期至現(xiàn)蕾初期，未施用磁化灌溉水之前，各處理干物質積累量無顯著差異，第一次灌水之后(6月20日)，植株干物質積累量逐漸出現(xiàn)差異，且隨著生育期的推進差異逐漸明顯，至8月20日(盛鈴期)差異最為顯著。T2(二次磁化)、T1(一次磁化)處理下的植株顯著高于T0(CK)處理的植株，且各處理干物質積累量總體表現(xiàn)為T2(二次磁化)>T1(一次磁化)>T0(CK)，增加磁化次數(shù)可以顯著增加棉花干物質積累量。圖3

圖3 噴施不同磁化次數(shù)棉花單株干物質積累變化Fig.3 Effects of different magnetization times on dry matter accumulation of cotton plants

研究表明，營養(yǎng)器官干物質分配系數(shù)隨著生育天數(shù)的增加而不斷減小，其中在7月20～30日，營養(yǎng)器官干物質分配系數(shù)下降最快。生殖器官干物質分配系數(shù)隨著生育天數(shù)的增加而增加，在花芽分化后生殖器官干物質分配系數(shù)增長加快。

隨著磁化次數(shù)的增加，棉花營養(yǎng)器官和生殖器官干物質分配系數(shù)均存在顯著性差異。磁化次數(shù)增加，營養(yǎng)器官干物質分配系數(shù)越低，生殖器官干物質分配系數(shù)越高，更利于促進花芽分化時棉株從營養(yǎng)生長向生殖生長轉變。增加磁化次數(shù)更有利于棉花干物質分配的平衡，養(yǎng)分合理的運輸，更有利于產量的形成。表2

表2 噴施不同磁化次數(shù)棉花干物質分配系數(shù)變化Table 2 Effect of cotton dry matter partition coefficient on different magnetization times

2.1.4 不同磁化次數(shù)對棉花農藝性狀的影響

研究表明，棉花各個農藝性狀均存在顯著性差異。隨著磁化次數(shù)的增加，棉花的植株生長高度逐漸增加，其中T0(未磁化)處理的棉花植株高度較矮，T2(二次磁化)處理下的植株高度最高，達到了75.13 cm，顯著高出其他處理，且較對照處理高出16.19 cm。棉花節(jié)數(shù)越多，對棉花的生長越發(fā)有利。T1(一次磁化)、T2(二次磁化)處理下的節(jié)位數(shù)均顯著多于T0(CK)處理的植株，T2(二次磁化)的植株節(jié)位數(shù)最多，較對照處理高出3.67個/株。棉花的子葉節(jié)粗是反映棉花養(yǎng)分運輸、分配的重要指標。隨著磁化次數(shù)的增加，棉株的子葉節(jié)粗逐漸增加，其中T2(二次磁化)、T1(一次磁化)處理下植株的子葉節(jié)均粗于T0(CK)處理的植株，T2(二次磁化)處理子葉節(jié)粗最大，達到了13.54 mm，較對照處理高出2.52 mm。棉花果枝臺數(shù)隨著磁化次數(shù)的增加也隨之增加，T2(二次磁化)處理的果枝臺數(shù)最多，為9.37臺/株，顯著高出對照處理1.82臺/株。棉花的葉枝數(shù)在棉花的生長發(fā)育中同樣重要，葉枝數(shù)不宜過多，會影響產量的形成，其中T2處理的葉枝數(shù)最少，為0.97臺。棉花的第一果枝節(jié)位數(shù)差異不顯著，其大小均保持在5～6.5。第一果枝節(jié)位高度對棉花機械采摘有很大的影響，若第一果枝節(jié)位高度過低，則會導致棉花下部棉鈴采摘不干凈；若第一果枝節(jié)位高度太高，棉花易倒伏，還會導致棉田減產。三個處理的第一果枝節(jié)位高度均較高，相對適合機械采摘，不影響棉花下部棉鈴的采摘。對棉花的上、中、下部果枝的調查來看，各個處理均為中部果枝長，上、下部果枝相對較短，其株型為菱形或橢圓形。增加磁化次數(shù)有利于棉花農藝性狀的形成。表3

表3 不同磁化次數(shù)棉花農藝性狀變化Table 3 Effects of different magnetization times on cotton agronomic traits

2.1.5 不同磁化次數(shù)對棉花產量性狀的影響

研究表明，隨著磁化次數(shù)的增加，棉花各個產量性狀均存在顯著性差異。棉花單株有效鈴個數(shù)隨著磁化次數(shù)的增加而增加，其中有效鈴個數(shù)最多的為T2(二次磁化)處理，達到了7.47個/株，顯著高出對照處理0.82個/株，故成鈴率最高的為T2(二次磁化)處理，達到了51.33%，顯著高于其他處理。各個處理的籽棉產量也隨著磁化次數(shù)的增加而增加，籽棉產量最高的為T2(二次磁化)處理下的植株，達到了5 550 kg/hm2，顯著高于其他處理，較對照處理增產17.38%，皮棉產量也最高，達到了2 333 kg/hm2。增加磁化次數(shù)可以顯著提高棉花的產量性狀。表4

2.2 不同磁化灌溉量對棉花生長發(fā)育及產量的影響

2.2.1 不同磁化灌溉量對棉花株高的影響

研究表明，不同處理下的植株高度均存在顯著性差異。隨著生育期的推進，棉花的植株高度呈不斷增加的趨勢，并在植株生長后期有減緩生長或最后停止生長的現(xiàn)象。在棉花第1次灌水之后(6月24日)，T2、T4、T5植株生長高度較高，且顯著高于T1、T3處理；棉花發(fā)育至7月17日前，各處理株高增長迅速，均達到了67 cm以上；棉花打頂之后，各個灌水處理的植株生長較為緩慢，表明將棉花封頂可以達到減緩植株高度生長的作用[19]。但T5處理的植株高度仍明顯高于其他處理，這可能與打頂前水分供應過于充足有關。增加磁化灌水量可以有效地增加植株高度。圖4

表4 噴施不同磁化次數(shù)棉花產量性狀變化Table 4 Effect of different magnetization times on cotton yield traits

圖4 噴施不同磁化水量下棉花各生育時期株高變化Fig.4 Effects of different magnetized water treatments on plant height of cotton at different growth stages

2.2.2 不同磁化灌水量對棉花葉面積指數(shù)的影響

研究表明，隨著生育進程的推進，各個處理的葉面積指數(shù)呈逐漸增加的趨勢，并在7月28日(花期)左右達到最大值，在7月28日(花期)后，生殖生長速度加快，營養(yǎng)生長逐漸緩慢，導致葉面積指數(shù)不再增加或有下降趨勢[12]。

隨著磁化灌溉水量的增加，各個處理葉面積指數(shù)呈逐漸增加的趨勢，且葉面積指數(shù)總體呈T5>T4>T1>T2>T3，各個處理棉花葉面積指數(shù)均保持在0～6。T5處理葉面積指數(shù)最高為5.95，T4處理葉面積指數(shù)最高為4.65，T4處理葉面積指數(shù)較為適合棉花生長發(fā)育，且增加磁化水灌溉量會顯著提高棉花葉面積指數(shù)。圖5

2.2.3 不同灌溉量對棉花干物質積累與分配的影響

研究表明，隨著播種天數(shù)的增加，棉花干物質積累量逐漸增加，前期植株養(yǎng)分競爭較小，無顯著差異，在播種后76 d逐漸出現(xiàn)差異，至播種后132 d(盛鈴期)達到極大值，吐絮期由于葉片的脫落，干物質積累量有下降的趨勢，較符合干物質積累的“S”型曲線。隨著磁化灌溉量的增加，各處理的干物質量也逐漸增加。其中干物質積累量最多的為T4處理，增加磁化灌溉量會增加干物質量，但增加到需水臨界期后繼續(xù)增加磁化灌水量，則不會增加干物質量，甚至會出現(xiàn)減小的趨勢。適宜的磁化灌水量會增加棉花干物質積累量。圖6

圖 5 噴施不同磁化水量下棉花葉面積指數(shù)變化Fig.5 Effect of different magnetized water on cotton leaf area index

圖6 干物質積累變化曲線Fig. 6 Dry matter accumulation change curve

研究表明，不同磁化灌水量對棉花葉片干物質分配的影響不同，棉花葉片干物質分配系數(shù)隨著生育進程的推進逐漸降低。其中T4處理的葉片占整株干物質比例下降較快，莖稈所占單株干物質比例呈先增加后下降的趨勢。T4處理生殖器官所占單株干物質比例迅速增長，其營養(yǎng)器官、生殖器官干物質分配系數(shù)較為合理。綜合對比不同生育時期各個處理的干物質分配系數(shù)變化可知，T4處理可以提高棉花生殖器官養(yǎng)分的分配的比例，有利于促進棉花經濟產量的構成。表5

表5 不同處理棉花地上部分干物質分配系數(shù)Table 5 Distribution coefficient of dry matter in above-ground parts of cotton under different treatments (%)

2.2.4 不同磁化灌水量對棉花農藝性狀的影響

研究表明，隨著磁化灌溉量的增加，棉花各個農藝性狀均呈現(xiàn)顯著性差異。在不同磁化灌溉量處理中，T5處理的植株生長高度最高，達到了70.27 cm，顯著高出其他處理，且較其他處理分別高出21.29 、1.90、13.19和8.25 cm。T4處理的果枝臺數(shù)最多，達到了9.50臺/株，單株鈴數(shù)最多，達到了12.5個/株，節(jié)位數(shù)最多，達到了6.50個/株，且顯著高于其他處理。但T4處理棉花始節(jié)高度為11.67 cm，相對于目前機采棉株型來看，T4處理植株始節(jié)高度較矮，下部棉鈴不宜采凈。表6

表6 不同磁化水量處理棉花農藝性狀變化Table 6 Effects of different magnetized water quantities on agronomic characters of cotton

2.2.5 不同磁化灌水量對棉花產量性狀的影響

研究表明，棉花各個產量性狀均隨著磁化灌水量的增加呈顯著性差異。其中T4處理的單鈴重最大，達到了6.05 g，子指也最大，達到了10.88 g，T4處理的50個鈴的皮棉重量達到了302.40 g，其皮棉重也達到了131.5 g，均顯著高于其他處理。表7

2.2.6 不同磁化水量對棉花磁化水利用系數(shù)的影響

研究表明，棉花的生物產量(磁化水利用效率)、經濟產量(磁化水利用效率)隨著磁化水量的增加呈顯著性差異。在這5個處理中，生物產量最高的為T4處理(18 645 kg/hm2)，磁化水利用效率為5.55 (kg·hm2)/m3。T4處理的經濟產量最高，達到了5 955 kg/hm2，磁化水利用效率達到了1.77 (kg·hm2)/m3，顯著高于其他處理。表8

表7 不同磁化水量處理棉花產量性狀變化Table 7 Effects of different magnetized water quantities on cotton yield characters

表8 不同磁化水量處理棉花灌溉水利用效率變化Table 8 Effects of different magnetized water quantities on irrigation water use efficiency of cotton

3 討 論

棉花的生長發(fā)育受很多因素的影響，其中自然因素(光、溫、氣、熱)占據十分重要的位置，農業(yè)栽培技術也同樣對棉花生長發(fā)育有很大的影響。前人對磁化水對棉花生長發(fā)育以及增產效應已經做了很多研究[13]，但研究結果不盡相同。

研究表明，灌溉水經過磁化后，其株高、葉面積指數(shù)、干物質積累及其分配均顯著高于未磁化灌溉水下的植株，表明磁化水對棉花生長發(fā)育(株高、葉面積指數(shù)、干物質積累與分配)及產量(農藝性狀、產量性狀)均有促進作用，且經過二次磁化灌溉水處理下的植株表現(xiàn)更好于一次磁化的灌溉水處理下的植株。研究結果與石學軍等[14]的研究成果相一致，磁化水可以顯著使棉花農藝性狀的表現(xiàn)更優(yōu)，且在各個處理中，二次磁化的灌溉水處理的棉株表現(xiàn)顯著優(yōu)于一次磁化、不磁化處理下的棉株，不僅如此，經過二次磁化的灌溉水對棉田鹽堿地改良具有很好的效果。卜東升等[15]的研究表明，二次磁化的灌溉水顯著優(yōu)于一次磁化、未磁化的灌溉水，二次磁化的灌溉水不僅對土壤起到良好的脫鹽作用，而且對棉花的產量性狀(單鈴重、單株鈴數(shù)、衣分等)都具有良好的促進作用，同時還可以提高棉花的纖維品質。

研究表明，不同磁化灌溉量對棉花生長發(fā)育有很大的影響，灌溉量過大，莖稈、葉片增加迅速，棉花營養(yǎng)生長過于旺盛，導致葉面積指數(shù)不斷增加，造成群體郁蔽，透風透光不良造成棉田減產。營養(yǎng)生長時間過長，嚴重影響棉花的花芽分化過程，養(yǎng)分對生殖器官的運輸不協(xié)調，不平衡。研究與王淑芬等[16]研究結果相一致，適宜的灌溉量可以使棉花群體形成良好的群體結構；灌溉量過大或過小都不利于棉花干物質的積累，灌溉量過小會導致棉株發(fā)育不良，出現(xiàn)提前吐絮的現(xiàn)象。灌溉量過大則有可能大幅度提高營養(yǎng)生長的時間，不利于產量的形成。這與前人的研究結果相一致[17-18]；張永莉等[19]認為隨著灌水量的增加，株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、節(jié)位數(shù)、單鈴重、子指都呈現(xiàn)旺盛生長的趨勢，但是灌水量過多會增加蕾鈴脫落比例，株高較難控制，不利于棉花的生長和產量的形成。

4 結 論

增加磁化次數(shù)會顯著提高棉花生長發(fā)育水平，促進棉花產量的形成，其中二次磁化的灌溉水更有利于棉花的生長發(fā)育，促進干物質的積累，增加各器官干物質分配系數(shù)，減少蕾鈴脫落的比例，從而提高產量。T2處理產量達到了5 550 kg/hm2，比對照增產22.3%，故灌溉水經過二次磁化后更有利于棉花的生長。

二次磁化的灌溉定額達到3 360 m3/hm2時，棉花生長高度適中，果枝臺數(shù)多，單株鈴數(shù)較多，單鈴重高，衣分適中，籽棉、皮棉產量均達到最高，但始節(jié)高度偏低，下部棉鈴采凈率可能會受到影響，從植株農藝性狀、產量性狀等可以看出，灌溉定額為3 360 m3/hm2較優(yōu)。對比磁化水利用效率可知，磁化水的灌溉定額小于常規(guī)農田灌溉水的定額，可以達到高效節(jié)水的目的，且灌溉定額為3 360 m3/hm2時，產生作物最大經濟效益。