李楠楠，馬 卉，王秀媛，李軍宏，韓煥勇，羅宏海

(1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院 新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花所，新疆 石河子 832000)

干旱區(qū)作物產(chǎn)量的主要限制因素就是水資源極度缺乏[1]。干旱區(qū)棉田中約有40%以上得不到及時(shí)灌水，每年因缺水造成的損失約占總產(chǎn)量的10%～15%。新疆農(nóng)業(yè)用水居高不下，且水資源利用率低，使得大量灌溉用水未被農(nóng)作物吸收利用。如何優(yōu)化灌溉，提高水分利用效率，實(shí)現(xiàn)棉花節(jié)水優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，對于維持新疆農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

水分是影響作物生長發(fā)育的因素之一，最終反映在作物各部位的生物量積累和產(chǎn)量上[3]。棉花株高、果枝數(shù)、蕾鈴數(shù)都隨灌水量的降低而降低，尤其花鈴期水分脅迫能顯著降低棉花的株高。陳玉梁等[4]在甘肅省敦煌市試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在生長期間，滴灌定額減少一半，使棉花的葉片數(shù)、單株成鈴數(shù)、有效果枝數(shù)、株高分別降低8.3%～29.9%、13.4%～24.0%、8.4%～25.2%、6.4%～15.8%；不灌水使棉花葉片數(shù)、單株成鈴數(shù)、有效果枝數(shù)、株高分別減少39.0%～47.8%、43.0%～52.9%、41.3%～51.8%、30.3%～35.9%。反之，如果滴灌定額過大，棉株生長旺盛，棉花將過早封行，導(dǎo)致田間透光透氣性變差，蕾鈴脫落現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)量下降[5]。一般認(rèn)為，適量水分虧缺對作物產(chǎn)量幾乎沒有影響，嚴(yán)重虧缺會對產(chǎn)量品質(zhì)造成顯著影響。Yang等[6]認(rèn)為，棉花產(chǎn)量隨灌溉定額的增加而增加。但是Jiang等[7]研究發(fā)現(xiàn)，適度調(diào)虧灌溉對于干旱區(qū)小麥的生長和產(chǎn)量的影響不顯著，反而可以提高水分生產(chǎn)效率。棉花盛蕾期可中度調(diào)虧，盛鈴期可在其基礎(chǔ)上輕度調(diào)虧，吐絮期可重度調(diào)虧，不僅可縮短棉花生育期，還可達(dá)到節(jié)水高產(chǎn)的目的[8-9]。不同灌溉定額對棉花纖維品質(zhì)影響不顯著，馬克隆值隨灌溉定額的降低而增加[10]。申孝軍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，水分處理對棉花衣分、棉纖維整齊度無顯著影響，對蕾期、花鈴期進(jìn)行水分脅迫，表現(xiàn)為隨水分脅迫程度的增加，棉纖維上半部平均長度的影響加劇，蕾期適中水分脅迫有助于提高棉纖維斷裂比強(qiáng)度。

節(jié)水高產(chǎn)是膜下滴灌技術(shù)的主要任務(wù)和目標(biāo)，灌溉量的控制是關(guān)鍵，產(chǎn)量和灌溉水生產(chǎn)效率并不總是隨滴灌量的增加而增加[12]，前人研究多見于在棉花不同生育時(shí)期調(diào)虧灌溉，滴灌定額對棉花株型特征及產(chǎn)量、品質(zhì)等的影響研究相對較少。本研究在前期研究的基礎(chǔ)上，開展滴灌定額對棉花株型特征、產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究，探尋節(jié)水和高產(chǎn)的最優(yōu)結(jié)合點(diǎn)所對應(yīng)的灌水定額，明確其作用機(jī)理，為完善新疆膜下滴灌棉花節(jié)水高產(chǎn)栽培技術(shù)提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站(86°03′E，45°19′N)進(jìn)行，前茬為棉花，全部秸稈還田。試驗(yàn)材料為新陸早45號。土壤質(zhì)地為中壤土，pH為7.5，有機(jī)質(zhì)12.5 g·kg-1，全氮1.45 g·kg-1，堿解氮54.9 mg·kg-1(5級，低氮)，速效磷0.23 mg·kg-1(6級，低磷)，速效鉀149 mg·kg-1(2 級，高鉀)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)新疆大田膜下滴灌高產(chǎn)田的滴灌模式[13-14]，在灌水周期(10 d)及灌溉次數(shù)(8次)不變的條件下，設(shè)5個滴灌定額：W1處理(滴灌定額600 m3·hm-2，灌水總量4 800 m3·hm-2，對照)；W2處理(滴灌定額540 m3·hm-2，灌水總量4 320 m3·hm-2)；W3處理(滴灌定額480 m3·hm-2，灌水總量3 840 m3·hm-2)；W4處理(滴灌定額420 m3·hm-2，灌水總量3 360 m3·hm-2)；W5處理(滴灌定額360 m3·hm-2，灌水總量2 880 m3·hm-2)。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個小區(qū)面積為4.8×8.0 m2，重復(fù)4次。滴灌帶內(nèi)徑2.3 cm、滴頭間距30 cm、流量2.7 L·h-1。灌水量由水表和球閥控制，灌水時(shí)間大約10～14 h。

1.3 田間管理

先鋪膜后點(diǎn)播，1膜4行，行距為(25+55+25) cm 寬窄行，種植密度為20.8×104株·hm-2(常規(guī)棉田的種植密度)。在4月23日播種，6月10日灌頭水、8月20日停止灌溉。施肥管理水平同超高產(chǎn)棉田。使用縮節(jié)胺(DPC)進(jìn)行化調(diào)，W1處理按超高產(chǎn)棉田施用方式及用量，分5次進(jìn)行，用量208 g·hm-2，其中第一次灌水前2～3 d用量26 g·hm-2、第2次灌水前用量45 g·hm-2；W2、W3、W4、W5處理在前兩次灌水前用水代替縮節(jié)胺。9月5日進(jìn)行化學(xué)脫葉、催熟。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 株型調(diào)查 每個處理連續(xù)標(biāo)記10株(內(nèi)、外行各5株)，并選取生長均勻的棉花植株。每隔10 d調(diào)查1次，調(diào)查棉花現(xiàn)蕾期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴前期、盛鈴期、盛鈴后期不同處理下棉花株高、生殖器官形成情況。調(diào)查指標(biāo)：株高(從子葉節(jié)至主莖最高點(diǎn)，cm)、果枝數(shù)、蕾(投影平面成三角形，寬度大于3 mm)、花、鈴數(shù)。

1.4.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子 每小區(qū)各處理于收獲期取棉花各10株，單鈴裝袋，并帶回實(shí)驗(yàn)室分別稱量單個鈴重，取平均值計(jì)算單鈴重。在同天進(jìn)行收獲，并調(diào)查各處理每小區(qū)單位面積株數(shù)、單株鈴數(shù)。

收獲期各處理取10株棉花，分別分為上(果枝數(shù)7臺以上為上部)、中(果枝數(shù)4～6臺為中部)、下(果枝數(shù)1～3臺為下部)，測定各部結(jié)鈴數(shù)及鈴重。

1.4.3 纖維品質(zhì)測定 采用HVI 900纖維檢測儀測定不同處理棉花纖維的平均長度、整齊度、強(qiáng)度以及馬克隆值。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

采用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)，Sigmaplot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌定額對棉花農(nóng)藝性狀的影響

株高是衡量棉花生長發(fā)育最重要敏感指標(biāo)，也是衡量群體株型狀況是否合理的指標(biāo)。圖1可知，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，棉花株高呈現(xiàn)先增加后趨于平穩(wěn)的趨勢，整體呈“S”型曲線，6月20日至30日株高增長量達(dá)最大。在6月30日之后，W1、W3、W4、W5處理株高增長量較低，7月10日后(打頂后)植株相對生長平穩(wěn)，這有利于調(diào)節(jié)棉花營養(yǎng)生長與生殖生長之間的矛盾，符合高產(chǎn)棉花生長要求；W2處理棉株從6月30日至7月10日前保持迅速增長，說明W2處理較其他處理生長旺盛。

隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，果枝數(shù)逐漸增加后趨于平穩(wěn)(圖2)，7月10日(打頂后)達(dá)最大值。隨滴灌定額降低，棉花果枝數(shù)降低，以W1處理最大、W5處理最小，但處理間并未達(dá)到顯著差異，說明灌溉定額的減少未引起果枝數(shù)的顯著減少。

試驗(yàn)表明(圖3)，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，棉花單株蕾花鈴總數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。棉花單株總蕾花鈴數(shù)隨滴灌定額的減少呈降低趨勢，與W1處理相比，W2、W3、W4、W5處理單株總蕾花鈴數(shù)分別降低2.17%、5.80%、16.67%、26.09%，其中W4、W5與W1處理間達(dá)到極顯著差異水平，說明過度降低滴灌定額，會對棉花蕾花鈴數(shù)產(chǎn)生明顯影響。

圖1 滴灌定額對棉花株高的影響Fig.1 Effect of drip irrigation quotas on cotton plant height

圖2 滴灌定額對棉花果枝數(shù)的影響Fig.2 Effect of drip irrigation quota on the number of cotton fruit branches

圖3 滴灌定額對棉花單株蕾、花、鈴數(shù)的影響Fig.3 Effect of drip irrigation quota on the number of buds, flowers and bolls per cotton plant

2.2 滴灌定額對成鈴模式的影響

對不同滴灌定額下棉花成鈴模式影響的觀測結(jié)果表明(表1)，單株鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)隨灌溉定額的增加而增加，表現(xiàn)為W1>W2>W3>W4>W5處理。上、中部單鈴株重及鈴數(shù)主要影響著棉花的產(chǎn)量，表現(xiàn)為上中部單株鈴重及鈴數(shù)明顯大于下部。W1、W2處理的單株上部、中部、下部單株鈴重及鈴數(shù)均無顯著性差異，其中W1處理單株鈴重最重、總鈴數(shù)最多，W5處理單株鈴重最小、單株結(jié)鈴數(shù)最少。上部單株鈴重W1處理最重，為5.73 g，與W2、W3處理棉花上部單株鈴重差異不顯著；中部單株鈴重W4處理最多，為4.85 g，但各滴灌定額處理間下中部單株鈴重差異不明顯；下部單株鈴重W1處理最小，為3.78 g，與W2、W3處理下部單株鈴重之間無明顯差異，但顯著低于W4、W5處理，說明過度減少滴灌定額可大幅度減少棉花上中部鈴數(shù)及鈴重。W1處理上部及下部結(jié)鈴數(shù)最多，分別為5.00、3.50個，與W2處理差異不顯著。W2處理單株中部結(jié)鈴數(shù)較W1處理多，為4.20個，但與W1處理無顯著性差異，表明適當(dāng)減少滴灌定額對棉鈴空間分布影響不大。

2.3 滴灌定額對棉花產(chǎn)量及水分利用效率的影響

由圖4可以看出，隨灌溉定額的降低，籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量隨之減少，水分利用效率顯著提高。棉花籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量最終以滴灌定額為W1處理最高，W5處理最低。W2處理棉花籽棉產(chǎn)量僅比W1處理籽棉產(chǎn)量低4.56%，皮棉產(chǎn)量低1.46%，未達(dá)到顯著差異；水分利用效率以W5處理最高、W1處理最低。W1處理比W2、W3、W4、W5處理分別低5.89%、12.41%、20.85%、25.56%，其中W1、W2處理間未達(dá)到顯著差異。

2.4 滴灌定額對棉花品質(zhì)的影響

試驗(yàn)表明，棉花纖維品質(zhì)指標(biāo)中纖維長度、整齊度、斷裂比均隨滴灌定額的增加而增加，各處理間馬克隆值差異不顯著(表2)。纖維長度、整齊度、斷裂比在W1、W2、W3處理之間差異不顯著，其中棉花纖維長度、整齊度W2較W1僅低1.31 %、4%，斷裂比僅高0.32%。

表1 滴灌定額對棉花不同部位單鈴重及鈴數(shù)的影響

注：同列不同字母表示P<0.05水平差異顯著,下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference at the level ofP<0.05, the same below.

注：不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note：Different letters mean significant difference among treatments (P<0.05).圖4 滴灌定額對棉花產(chǎn)量及水分利用效率的影響Fig.4 Effect of drip irrigation quota on cotton yield and water use efficiency

處理Treatment纖維長度/mmFiber length整齊度/%Fiber uniformity斷裂比/(CN·tex-1)Specific strength馬克隆值Micronaire valueW130.6±0.48a85.1±0.78a30.7±0.20a4.0±0.31aW230.2±0.53ab84.7±0.50ab30.8±0.10a4.0±0.14aW330.2±0.10ab84.6±0.62ab30.7±0.72a4.1±0.07aW429.5±0.21bc84.4±0.19ab30.7±0.4a4.0±0.31aW529.0±0.84c84.2±0.37b30.6±0.62a4.1±026a

3 討 論

灌溉通常會影響植株生長發(fā)育，使植株生長量和干物質(zhì)積累量發(fā)生改變[15-16]。周歡等[17]研究認(rèn)為，隨灌水量的降低，棉花株高呈降低趨勢。本試驗(yàn)中，棉花株高并未隨滴灌定額的降低而顯著降低，且W2處理收獲期株高顯著高于W1處理。這與周歡等研究結(jié)果不一致，可能是與本試驗(yàn)在灌溉處理期間DPC用量不同有關(guān)。馮國藝等[18]研究認(rèn)為，隨DPC用量減少，節(jié)間長度顯著增加。因此，與W1處理相比，W2處理雖遭受了輕度水分脅迫，但因DPC用量減少，主莖節(jié)間長度增加，并未對棉株生長發(fā)育產(chǎn)生明顯的抑制作用。棉花果枝臺數(shù)、蕾花鈴數(shù)都隨滴灌定額的減少而減少，W1、W2、W3處理間在棉花后期(8月10日)均未表現(xiàn)出顯著性差異，這與牛玉萍等[19]研究結(jié)果一致。

不同滴灌定額對棉花成鈴模式影響不同。單株鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)隨灌溉定額增加而增加[4]，表現(xiàn)為W1>W2>W3>W4>W5，其中W2、W3、W4、W5處理的單株鈴重比W1處理分別低2.29%、2.50%、3.51%和8.39%；單株鈴數(shù)比W1處理分別降低了12%、21.6%、32.8%、46.72%,表明減少滴灌定額主要通過影響單位面積鈴數(shù)而影響產(chǎn)量，這與前人研究結(jié)果一致[20-21]。隨滴灌定額的減少，棉花由中上部單株鈴重、單株鈴數(shù)對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)值最大逐漸轉(zhuǎn)移到中下部。其中W1處理與每次滴灌W2、W3處理上、中、下部結(jié)鈴數(shù)及鈴重均未達(dá)到差異顯著水平，說明適度減少滴灌定額對棉鈴空間分布影響不大。這與焦曉玲[22]研究結(jié)果相悖，可能是由于焦曉玲采用的不同生育時(shí)期對棉花干旱脅迫程度不一致，從而形成了非充分灌溉，明顯改變了棉鈴空間分布結(jié)構(gòu)，輕度干旱迫使棉鈴中部果枝成鈴數(shù)增加。

本研究結(jié)果表明，棉花產(chǎn)量隨滴灌定額的減少而減少，以W1處理籽棉和皮棉產(chǎn)量最高，達(dá)到6 431 kg·hm-2和2 520 kg·hm-2。與W1處理相比，W2處理滴灌定額減少10%，籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量僅減少4.56%和1.46%。與W1處理相比，W3處理滴灌定額減少20%，籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量僅減少7.60%和4.71%，說明適當(dāng)減少滴灌定額可以在不顯著降低籽棉產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，有效增加灌溉水利用效率，這與前人研究結(jié)果相符[23-24]。隨滴灌定額的減少，W2處理籽棉產(chǎn)量與W1處理無顯著差異，但水分利用效率卻增加了5.89%，說明適度降低滴灌定額，并未對產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，反而實(shí)現(xiàn)了以農(nóng)田水分管理來調(diào)控生物量的積累，在保證產(chǎn)量的前提條件下，增大了農(nóng)業(yè)水資源的利用效率[10]。

棉花纖維品質(zhì)也是影響棉花經(jīng)濟(jì)價(jià)值的敏感指標(biāo)。本試驗(yàn)表明，隨滴灌定額減少，整齊度顯著下降，這與Unlu等[23]研究結(jié)果一致，但Hussein等[24]認(rèn)為水分對整齊度沒有影響，這可能由于Hussein研究中滴灌間隔時(shí)間較短，未對棉株造成干旱脅迫有關(guān)。滴灌定額對棉花纖維比強(qiáng)度無顯著影響[25]，可能是比強(qiáng)度由基因決定。棉纖維馬克隆值是纖維細(xì)度和成熟度的綜合反映，可作為評價(jià)棉纖維內(nèi)在品質(zhì)的一個綜合指標(biāo)。已有研究表明，隨著灌溉量的增加，馬克隆值下降[10]，但本研究中馬克隆值在處理間無明顯差異。因此，灌溉定額過少會顯著降低纖維品質(zhì)，但適當(dāng)減小滴灌定額不會對棉花纖維品質(zhì)造成影響。

4 結(jié) 論

在適度減少滴灌定額并降低縮節(jié)胺用量條件下，棉株生長發(fā)育未受到明顯的抑制作用；籽棉和皮棉產(chǎn)量未顯著降低，但增加了水分利用效率；棉纖維長度、整齊度、斷裂比等纖維品質(zhì)指標(biāo)在W1、W2、W3處理間無顯著差異。因此，通過適度減少滴灌定額并協(xié)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)措施，可在不顯著降低棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的前提下，提高灌溉水利用效率。