馮克云 王 寧,* 南宏宇 高建剛 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所, 甘肅蘭州 730070; 北京市農(nóng)林科學(xué)院, 北京 00097

光合作用是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[1], 受水肥、光照、溫度、大氣CO2濃度等多種因子的影響, 其中水肥調(diào)控是最有效的管理措施[2]。水分不足是干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中限制作物生長發(fā)育最主要的逆境因子[3],輕度的干旱脅迫能夠降低葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度, 隨著干旱程度的加劇會破壞光化學(xué)活性和光合電子需求間的平衡, 損傷光合機(jī)構(gòu),最終影響光合產(chǎn)物的積累和產(chǎn)量的形成[4-6]。在干旱缺水地區(qū), 施肥在“以肥調(diào)水”中起著十分重要的作用[7], 在水分虧缺下適量增施氮肥, 可以提高作物葉片的光合性能, 促進(jìn)植株生長發(fā)育并有效提高作物產(chǎn)量和水分利用效率, 減小干旱對作物造成的不利影響[8-9], 但在長期大量單施化肥導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降并出現(xiàn)環(huán)境問題的地區(qū), 并不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。有機(jī)肥富含大量有益菌和作物所需微量元素,能夠均衡土壤養(yǎng)分, 改善土壤結(jié)構(gòu)[10], 釋放土壤固定態(tài)元素, 提高土壤通透性和保水性, 增加作物產(chǎn)量和提高水分利用率[7,11], 有機(jī)肥與化肥配施能夠結(jié)合化肥速效性和有機(jī)肥持久性的特點(diǎn), 在提高作物產(chǎn)量和土壤培肥上具有重要意義[12], 是解決化肥施用不合理問題的有效途徑之一[13], 但由于有機(jī)肥中養(yǎng)分的礦化分解受水分影響較大, 在不同的土壤水分條件下有機(jī)肥配施化肥結(jié)果會有差異[14]。因此,需要明確在特定水分條件下有機(jī)肥配施化肥對作物生長發(fā)育的調(diào)控效應(yīng)。

甘肅河西走廊棉區(qū)是西北內(nèi)陸棉區(qū)的重要組成部分, 是我國優(yōu)質(zhì)棉花生產(chǎn)區(qū)[15], 但該地區(qū)水資源匱乏, 農(nóng)業(yè)用水矛盾突出, 水分虧缺已成為影響當(dāng)?shù)孛藁óa(chǎn)業(yè)發(fā)展最為嚴(yán)重的逆境因子[16], 同時(shí)隨著水肥一體化施肥模式的發(fā)展以及為了獲取更高的產(chǎn)量效益, 棉田單位面積化肥施用量不斷增加而缺乏有機(jī)質(zhì)的投入, 盲目施肥現(xiàn)象比較普遍[17], 造成土壤肥力下降、養(yǎng)分失衡和環(huán)境污染等一系列問題,因此, 需要在有限水分條件下調(diào)整和優(yōu)化施肥結(jié)構(gòu),協(xié)同減小水分虧缺的危害并降低單施化肥的負(fù)面效應(yīng)。以往研究主要關(guān)注于化肥氮對水分虧缺的補(bǔ)償效應(yīng)[1,8,18]和有機(jī)肥與氮肥配施對棉花的調(diào)控效應(yīng)[19], 而未見在水分虧缺下化肥減量配施有機(jī)肥對棉花光合特性及產(chǎn)量形成方面研究的報(bào)道。為此,本文擬通過研究水分虧缺下化肥減量配施有機(jī)肥對棉花光合特性及產(chǎn)量的影響, 明確棉花在水分虧缺下對有機(jī)肥不同配施比例的生物學(xué)響應(yīng), 以期通過適宜的有機(jī)肥配施化肥改善棉花光合特性, 緩解水分脅迫的影響, 為合理利用水肥資源、減少化肥投入提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院敦煌棉花試驗(yàn)站位于甘肅省敦煌市魏家橋村, 東經(jīng)94°38′, 北緯40°17′, 該地區(qū)海拔1138 m, 年平均氣溫10.5℃, 年均降雨量約39.9 mm, 蒸發(fā)量2486 mm, 無霜期145 d, 是典型的大陸干旱性氣候。試驗(yàn)地土壤為灌淤土, 最大田間持水量19.3%、飽和持水量31.4%, 在播種前14 d 澆足水, 平整土地, 各處肥力均勻, 在播前采集土壤樣品測定理化性質(zhì)。2017 年和2018 年土壤理化性質(zhì)見表1, 棉花生育期內(nèi)降雨量和平均氣溫見圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì), 主區(qū)為灌水量, 分別為充分灌溉(W1), 灌溉量為4800 m3hm-2(當(dāng)?shù)孛尢锍Ｒ?guī)灌溉量)和虧缺灌溉(W2), 灌溉量為2400 m3hm-2(充分灌溉量的50%), 灌溉量用灌水管末端的水表控制計(jì)量, 全生育期灌溉4 次, 于棉花現(xiàn)蕾后(2017年6 月15 日, 2018 年6 月20 日)開始每隔20 d 灌水1 次, 其中W2每次灌溉量為W1的50%; 副區(qū)為5個(gè)不同的施肥處理, 分別為不施肥(CK)、單施化肥(CF)、75%化肥+25%有機(jī)肥(M1)、50%化肥+50%有機(jī)肥(M2)、25%化肥+75%有機(jī)肥(M3), 配施比例是根據(jù)氮肥用量計(jì)算, 棉花全生育期各處理的氮磷鉀肥施用量保持相同, 均為N 450 kg hm-2、P2O590 kg hm-2、K2O 40 kg hm-2, 磷和鉀不足的用化肥補(bǔ)足。

試驗(yàn)所用有機(jī)肥含有機(jī)質(zhì)45.0%、全氮7.2%、全磷2.6%、全鉀2.2%, 在棉花播種前作基肥一次性施入, 供試化肥為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O511%)、硫酸鉀(K2O 50%), 各處理磷、鉀、20%化肥氮做底肥, 于播種前一次性深施, 剩余80%化肥氮根據(jù)棉花生長需肥特性按25%、25%、25%、25%比例分4 次隨灌溉水施入。試驗(yàn)棉花品種為隴棉3 號,地膜覆蓋種植, 1 膜4 行, 株距15 cm, 行距40 cm,種植密度為 16.5 萬株 hm-2, 小區(qū)面積 38.4 m2(8.0 m×4.8 m), 重復(fù)3 次, 各小區(qū)間距2 m, 并用80 cm 地膜垂直埋設(shè)隔離水肥滲透。

表1 試驗(yàn)田0～60 cm 土層土壤養(yǎng)分含量Table 1 Nutrients content in 0–60 cm soil layer of the experimental field before sowing

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)(LAI) 2017 年和2018 年于棉花盛蕾期、盛花期、盛鈴前期、盛鈴期、盛鈴后期、吐絮期, 相應(yīng)為播種后48、76、93、108、121 和132 d,采用LAI-2000 冠層儀(LI-Cor, USA)測定棉花葉面積指數(shù), 具體測定方法參照王謙等[20], 每個(gè)小區(qū)重復(fù)測定5 次。

1.3.2 光合參數(shù) 2017 年和2018 年于棉花盛蕾期、盛花期、盛鈴期、吐絮期, 用便攜式光合儀Li-6400 (Li-COR, USA)測定主莖功能葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)等光合生理指標(biāo), 打頂前選取主莖功能葉倒四葉, 打頂后選取主莖倒三葉。測定時(shí)間為晴朗無云天氣的上午9:00—11:30, 每處理測定5 片葉, 取平均值。

1.3.3 地上部干物質(zhì)積累與分配 于棉花盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期, 在每小區(qū)選取代表性植株5株, 按營養(yǎng)器官(莖、葉)和生殖器官(蕾、花、鈴)分開, 105℃殺青30 min, 之后在80℃恒溫烘干至恒重, 稱量其地上部干物質(zhì)量并計(jì)算營養(yǎng)器官與生殖器官的分配量。

1.3.4 產(chǎn)量與產(chǎn)量結(jié)構(gòu) 2017年和2018年在棉花吐絮期記錄各小區(qū)株數(shù)和鈴數(shù); 吐絮后對各小區(qū)收獲籽棉, 曬干后稱重計(jì)產(chǎn); 每次收棉花時(shí)取100鈴晾干后稱重計(jì)算單鈴重, 重復(fù)3次。

1.3.5 土壤含水量 2018年在棉花盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期, 采用5點(diǎn)取樣法采集0～20 cm土壤, 采用烘干法測定土壤含水量, 每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3.6 計(jì)算公式 灌溉水生產(chǎn)力IWP (kg m-3) =籽棉產(chǎn)量(kg)/總灌溉量(m3), 土壤含水量(%) = (濕土重-烘干土重) /烘干土重×100%。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007 錄入和整理試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用Origin Pro 2018 作圖, 采用DPS 7.5 軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù), 采用Duncan’s 法多重比較 (P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉量下化肥減量配施有機(jī)肥對棉花葉面積指數(shù)的影響

不同灌溉量下各施肥處理棉花葉面積指數(shù)(LAI)在2017 年和2018 年隨生育進(jìn)程的變化趨勢相同(圖2), 從盛蕾期到吐絮期均呈先升后降的趨勢, 但不同灌溉量下LAI 達(dá)到峰值的時(shí)期不同, 其中充分灌溉W1在盛鈴期達(dá)到最大, 而虧缺灌溉W2在盛鈴前期達(dá)到最大。方差分析表明, W2各生育期LAI 顯著低于W1(P<0.05), 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期較W12 年平均分別下降22.4%、15.9%、17.3%和14.2%, 表明水分虧缺顯著影響棉花植株葉片生長, 不利于光合生產(chǎn)。不同施肥處理間LAI 在各生育期存在顯著差異, 充分灌溉W1下, LAI 在不同有機(jī)肥配施處理間隨有機(jī)肥配施比例的增加而降低,表現(xiàn)為M1>M2>M3, 其中M1在各生育期LAI 均顯著高于其他施肥處理(P<0.05), 較CF 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期2 年平均分別提高4.4%、8.4%、7.3%和16.1%; 虧缺灌溉W2下, 在盛蕾期M1處理LAI 最高, 從盛花期到吐絮期, 各施肥處理間表現(xiàn)為M2>M1>M3>CF>CK, 其中M2較CF 在盛花期、盛鈴期和吐絮期2 年平均分別提高11.6%、10.3%和20.3%, M1分別提高8.3%、5.5%和14.9%, M3分別提高6.2%、1.7%和13.8%。

2.2 不同灌溉量下化肥減量配施有機(jī)肥對棉花光合特性的影響

由圖3 可知, 棉花凈光合速率(Pn)從盛蕾期到吐絮期2 年變化趨勢一致, 呈先上升后下降的趨勢,在盛花期達(dá)到最大值。虧缺灌溉W2較充分灌溉W1棉花Pn顯著降低(P<0.05), 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期及吐絮期分別平均下降9.4%、2.5%、2.8%和8.3%。充分灌溉W1下, 化肥減量配施有機(jī)肥處理間Pn隨有機(jī)肥配施量的增大而降低, 表現(xiàn)為 M1>M2>M3,其中M1在盛蕾期、盛花期、盛鈴期及吐絮期較CF兩年平均分別提高1.8%、2.8%、3.2%和10.6%, M2和M3在盛蕾期、盛花期、盛鈴期與CF 無顯著差異,但在吐絮期顯著高于CF, 不施肥CK 在各生育期Pn均顯著低于其他施肥處理(P<0.05)。虧缺灌溉W2下,各施肥處理間Pn表現(xiàn)為M2>M3>M1>CF>CK, 其中M2在各生育期Pn最高, 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期較CF 2 年平均分別提高4.7%、7.1%、2.9%和7.2%。不施肥CK 在各生育期均顯著低于各施肥處理(P<0.05)。虧缺灌溉W2下棉花氣孔導(dǎo)度(Gs)較充分灌溉W1顯著下降 (P<0.05), 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期、吐絮期2 年平均分別降低5.6%、2.3%、3.1%和3.1%, 說明水分虧缺不同程度地限制了氣孔開放, 導(dǎo)致光合性能降低。充分灌溉W1下, 有機(jī)肥配施處理間Gs表現(xiàn)為M1>M2>M3, M1處理在各生育期Gs最高, 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期平均較CF 分別提高8.0%、6.5%、11.1%和8.1%, 不施肥CK 在各生育期均顯著低于其他處理。虧缺灌溉 W2下, 各施肥處理間Gs在各生育期表現(xiàn)為M2>M3>M1>CF>CK (2017 年吐絮期除外), 其中M2提高效應(yīng)最顯著, 較CF 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期及吐絮期2 年平均分別提高5.8%、6.7%、9.4%和3.9%。胞間CO2濃度(Ci)與Pn和Gs在各生育期變化呈相反趨勢, 從盛蕾期到吐絮期表現(xiàn)為先下降后升高, 在盛花期達(dá)到最小值。虧缺灌溉W2下棉花Ci較充分灌溉W1顯著增大(P<0.05), 較W1在棉花盛蕾期、盛花期、盛鈴期及吐絮期2 年平均分別提高5.6%、4.1%、3.4%和6.4%。充分灌溉W1下, 各施肥處理間Ci表現(xiàn)為M1

2.3 不同灌溉量下化肥減量配施有機(jī)肥對棉花地上部干物質(zhì)積累量及分配的影響

由圖4 可知, 充分灌溉與虧缺灌溉下各施肥處理營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)積累量均隨生育進(jìn)程的推進(jìn)而逐漸增加, 2 年趨勢一致。虧缺灌溉W2較充分灌溉W1各施肥處理營養(yǎng)器官和生殖器官積累量降低而干物質(zhì)向生殖器官分配比例提高, 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量2 年平均分別降低13.8%、11.3%、10.2%和14.0%,生殖器官分別降低4.4%、4.9%、4.3%、3.2%, 地上部干物質(zhì)向生殖器官分配比例提高5.1%, 表明在水分虧缺條件下, 棉花的營養(yǎng)器官與生殖器官的生長受到了抑制, 并適當(dāng)提高了光合產(chǎn)物向生殖器官的分配比例。充分灌溉W1下, 盛蕾期各施肥處理營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)積累量無顯著差異, 但均顯著高于CK (P<0.05), 盛鈴期后各施肥處理間差異逐漸增大, 其中M1在各施肥處理中地上部干物質(zhì)積累量以及干物質(zhì)向棉鈴分配比例均為最高, 在盛花期、盛鈴期和吐絮期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量較CF分別提高6.3%、13.5%、6.3%, 生殖器官干物質(zhì)積累量分別提高13.3%、9.8%、11.2%, 向生殖器官分配比例提高4.7%。虧缺灌溉W2下, 各施肥處理地上部干物質(zhì)積累量在盛蕾期無顯著差異, 而從盛花期到吐絮期差異增大, 各施肥處理干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為M2>M1>M3>CF>CK, 其中M2較CF 在盛花期、盛鈴期、吐絮期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量2 年平均分別提高15.9%、17.3%和18.2%, 生殖器官干物質(zhì)積累量提高24.2%、32.2%和28.9%, 干物質(zhì)向生殖器官分配比例提高4.1%, 表明水分虧缺下化肥減量配施有機(jī)肥能顯著提高棉花營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)積累量, 并促進(jìn)光合產(chǎn)物向生殖器官的分配, 其中M2提高效果最顯著。

2.4 不同灌溉量下有機(jī)無機(jī)肥配施對棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表2 可知, 虧缺灌溉W2下棉花單株鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量較充分灌溉W12 年平均分別降低9.6%和8.9%, 而單鈴重、衣分無顯著差異。充分灌溉W1下, 各施肥處理間單株鈴數(shù)及籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)為M1>M2>M3>CF>CK, 其中M1單株鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量較CF 兩年平均分別提高17.2%和6.9%, M2和M3籽棉產(chǎn)量無顯著差異, 較CF 平均增產(chǎn)分別為3.0%和1.5%, M1、M2、M3和CF 處理間單鈴重和衣分無顯著差異, 但各施肥處理單鈴重均顯著高于 CK(P<0.05)。虧缺灌溉W2下, 各施肥處理單株鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)為M2>M1>M3>CF>CK, M2、M1和M3較CF 單株鈴數(shù)平均增加22.1%、13.1%和10.1%, 籽棉產(chǎn)量平均提高19.9%、15.7%和13.2%, 各施肥處理間單鈴重和衣分無顯著差異。方差分析顯示, 不同灌溉量與施肥對籽棉產(chǎn)量有顯著的交互作用, 相同有機(jī)肥配施條件下, 虧缺灌溉W2較充分灌溉W1籽棉增產(chǎn)率有所提高, M1、M2和M3籽棉增產(chǎn)率較充分灌溉W1下M1、M2和M3增產(chǎn)率分別提高了13.0%、12.7%和11.7%, 表明有機(jī)肥配施化肥能夠緩解水分虧缺對籽棉產(chǎn)量的影響, 產(chǎn)生一定的補(bǔ)償效應(yīng)。

2.5 不同灌溉量下有機(jī)無機(jī)肥配施對灌溉水生產(chǎn)力及土壤含水量的影響

由圖5 可知, 虧缺灌溉W2下棉花IWP 顯著高于W1處理, 較W1平均提高了82.3%。在W1下, M1處理IWP 最高, 較CF 2 年平均提高11.1%, M2、M3與CF 無顯著差異, 各施肥處理均IWP 均顯著高于CK (P<0.05), 虧缺灌溉W2下, M1、M2和M3棉花IWP 均顯著高于CF (P<0.05), 較CF 2 年平均分別提高20.0%、19.8%和13.3%, M1與M2無顯著差異。虧缺灌溉W2土壤含水量顯著低于W1, 在盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期平均分別降低 83.5%、83.6%、95.1%和88.2%, W1下, 各施肥處理在盛蕾期和盛花期土壤含水量無顯著差異,盛鈴期和吐絮期各有機(jī)肥配施處理均顯著高于CF 和CK, M1、M2和M3處理間無顯著差異; 虧缺灌溉W2下, 各施肥處理在盛蕾期和盛花期無顯著差異, 在盛鈴期和吐絮期有機(jī)肥配施處理均顯著高于CF 和CK, 表現(xiàn)為M3>M2>M1>CK>CF, M2和M3無顯著差異, 在盛鈴期M2、M3較CF土壤含水量分別提高53.7%和55.5%, 表明化肥減量配施有機(jī)肥能夠增加土壤耕層保水性。

表2 不同灌溉量和施肥處理對棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of different irrigation and fertilizer treatments on cotton yield and its components

3 討論

植物葉片是光合作用的主要載體, 葉面積指數(shù)(LAI)能夠反映植物截獲光的能力, 是冠層結(jié)構(gòu)性能的重要指標(biāo)[2]。前人研究表明, 有機(jī)肥與化肥配施能顯著增加作物群體LAI, 并能延緩功能葉片衰老期,有利于維持較高的光合速率, 加快植株干物質(zhì)的積累[19,21-22]。本研究中虧缺灌溉下棉花LAI 在各生育期顯著降低并促使LAI 峰值提前, 使光合有效面積減小, 進(jìn)而影響光合物質(zhì)生產(chǎn)和積累?；蕼p量配施有機(jī)肥較單施化肥能夠顯著提高棉花盛蕾期以后棉花LAI, 使生育后期LAI 下降緩慢, 光合面積充足, 保證了較高的光截獲率, 有利于維持較高的光合物質(zhì)生產(chǎn)力。本研究表明, 化肥減量配施有機(jī)肥較單施化肥顯著提高了各生育期棉花凈光合速率、氣孔導(dǎo)度, 降低了胞間CO2濃度, 與徐瑞強(qiáng)等[19]、徐海東等[21]的結(jié)果一致, 其原因可能是化肥配施有機(jī)肥可以調(diào)控土壤氮素的固持和釋放, 協(xié)調(diào)土壤氮素供應(yīng), 使肥效相互促進(jìn), 一方面促進(jìn)了有機(jī)肥的腐熟, 增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量, 提高了土壤肥力;另一方面減少了無機(jī)氮與土壤的接觸, 降低了氮肥被土壤的固定作用, 提高了土壤養(yǎng)分利用率[13,23]。本研究中, 充分灌溉量下各有機(jī)肥配施光合速率表現(xiàn)為M1>M2>M3, 而在虧缺灌溉下表現(xiàn)為M2>M1>M3,其原因可能是低比例有機(jī)肥配施量處理中無機(jī)氮含量高, 充足的水分有助于氮肥肥效的發(fā)揮, 而在水分虧缺下, 過量施氮或施氮不足均不利于提高棉花葉片光合性能[24]。光合作用的強(qiáng)弱受葉肉細(xì)胞光合能力和氣孔導(dǎo)度的雙重影響, 胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度的變化方向是決定葉片凈光合速率變化的主要原因[25], 本研究中凈光合速率和氣孔導(dǎo)度與胞間CO2濃度的變化趨勢相反, 說明施肥處理棉花光合性能的改變是由非孔因素導(dǎo)致, 非氣孔因素阻礙了CO2的利用, 造成CO2的積累。

干物質(zhì)積累與分配是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[26], 合理施肥能夠促進(jìn)干物質(zhì)的積累與合理分配,從而提高產(chǎn)量[27]。鄭鳳霞等[28]研究指出, 有機(jī)無機(jī)肥配施提高了冬小麥干物質(zhì)積累能力并增加了光合產(chǎn)物向籽粒的分配; 劉彥伶等[26]研究表明, 有機(jī)無機(jī)肥配施有利于促進(jìn)水稻干物質(zhì)的積累及其向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn), 從而提高了產(chǎn)量; 崔紅艷等[27]研究顯示,有機(jī)無機(jī)肥配施促進(jìn)了胡麻對養(yǎng)分的攝取和水分的吸收, 有利于胡麻花前干物質(zhì)的積累和花后干物質(zhì)向籽粒分配。本研究與前人研究結(jié)果一致, 水分虧缺顯著降低棉花地上部干物質(zhì)的積累, 盛蕾期后,水分虧缺下化肥減量配施有機(jī)肥能顯著提高棉花營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)積累量, 并促進(jìn)光合產(chǎn)物向生殖器官的分配, 其中M2提高效果最顯著, 可能是適宜的化肥減量配施有機(jī)肥后, 使植株的蛋白質(zhì)含量增加, 并增加了單株有機(jī)物質(zhì)積累量, 使得作物生長過程吸收的養(yǎng)分更多地向生殖器官轉(zhuǎn)移[19]。大量研究表明[23,29-30], 與單施化肥相比, 化肥配施有機(jī)肥能夠顯著提高作物的產(chǎn)量, 本研究結(jié)果顯示,水分虧缺下棉花單株鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量較正常水分顯著降低, 化肥減量配施有機(jī)肥能顯著提高棉花單株鈴數(shù)、單鈴重和籽棉產(chǎn)量, 一方面, 化肥配施有機(jī)肥能夠改善土壤理化性質(zhì), 協(xié)調(diào)土壤速效與緩效養(yǎng)分供給[26]; 另一方面, 有機(jī)無機(jī)肥配施既保證了一定數(shù)量的有效鈴數(shù), 又防止棉花生長后期早衰, 延長花鈴期光合作用時(shí)間, 保證棉花生長發(fā)育后期干物質(zhì)的積累, 從而提高單鈴重和籽棉產(chǎn)量。

水資源短缺是影響干旱地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作物生產(chǎn)力提高的主要因子[7], 促進(jìn)作物對有限水資源的充分利用、減輕水分虧缺對作物光合生產(chǎn)的影響是干旱灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)生產(chǎn)中需要解決的主要問題, 在一定條件下, 施肥能夠提高作物的水分利用效率,增加作物的抗旱能力, 具有“以肥調(diào)水”的作用[31]。已有研究表明, 施用有機(jī)肥能夠顯著提高土壤貯水量, 提高作物水分利用率[11], 并有利于減少土壤表面水分蒸發(fā)[32], 在一定程度上能夠緩解干旱脅迫影響[7]。本研究中, 水分虧缺下化肥減量配施有機(jī)肥較單施化肥能顯著提高灌溉水生產(chǎn)力和棉花生育后期土壤耕層含水量, 促進(jìn)對有限灌溉水資源的充分利用, 其主要原因可能是有機(jī)肥為土壤微生物提供了豐富的碳源, 提高了微生物活性, 通過對土壤團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定性的促進(jìn)作用, 改善了土壤結(jié)構(gòu)[32],增加了土壤的保水保肥性[13,30], 從而能夠緩解水分虧缺對棉花光合生產(chǎn)的影響, 其中M2處理(50%化肥+50%有機(jī)肥)在水分虧缺下表現(xiàn)最佳, 既實(shí)現(xiàn)了化肥減量, 又緩解了水分虧缺對作物的影響。但由于同一施肥處理經(jīng)過多年保持后更能反映出實(shí)際效果[11], 在水分虧缺下化肥減量配施有機(jī)肥對棉花生長發(fā)育的調(diào)控, 還有待長期深入的研究。

4 結(jié)論

虧缺灌溉下棉花葉面積指數(shù)在各生育期降低并促使峰值提前, 使光合有效面積減小, 影響光合物質(zhì)生產(chǎn)和干物質(zhì)積累, 籽棉產(chǎn)量顯著降低。化肥減量配施有機(jī)肥能有效提高盛蕾期后棉花葉面積指數(shù),提高植株光合性能, 促進(jìn)地上部干物質(zhì)的積累并向生殖器官轉(zhuǎn)運(yùn), 有利于后期籽棉產(chǎn)量的形成, 同時(shí)能夠提高土壤耕層保水性以及促進(jìn)對有限灌溉水資源的充分利用, 從而緩解水分虧缺對棉花光合物質(zhì)生產(chǎn)的影響。在不同的灌溉水分條件下有機(jī)肥最佳配施比例不同, 其中在充分灌溉下, M1處理(75%化肥+25%有機(jī)肥)光合物質(zhì)生產(chǎn)力最高, 籽棉產(chǎn)量平均較單施化肥和不施肥分別提高了6.9%和62.1%,而在虧缺灌溉下, M2處理(50%化肥+50%有機(jī)肥)表現(xiàn)最佳, 籽棉產(chǎn)量平均較 CF 和 CK 分別提高了19.9%和79.3%。通過適宜比例的化肥減量配施有機(jī)肥可以實(shí)現(xiàn)化肥減量, 同時(shí)又能緩解水分虧缺對作物光合生產(chǎn)的影響, 這對于水資源緊缺且因化肥過量施用出現(xiàn)環(huán)境問題的干旱灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)具有重要意義。