摘要：為明確花鈴期干旱脅迫后復(fù)水對(duì)棉花的影響，以新陸早78號(hào)為材料，于2021年在新疆烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站精準(zhǔn)土壤水分控制試驗(yàn)場(chǎng)開(kāi)展試驗(yàn)，研究復(fù)水對(duì)花鈴期不同等級(jí)干旱脅迫（輕旱、中旱、重旱、特旱，其土壤相對(duì)濕度分別為50.8%、43.7%、33.3%和23.1%）下棉花干物質(zhì)分配及產(chǎn)量性狀的影響。結(jié)果表明：輕度干旱脅迫后進(jìn)行復(fù)水處理的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量最大，單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量占地上部總干物質(zhì)質(zhì)量的百分比較高。與持續(xù)正常灌溉的對(duì)照相比，遭受輕旱、中旱、重旱、特旱脅迫的新陸早78號(hào)在復(fù)水處理后，其單株結(jié)鈴數(shù)減少，鈴重降低（輕旱處理除外），蕾鈴脫落率顯著增加，籽棉產(chǎn)量分別減少2.6%、9.7%、29.0%、35.5%，輕度及中度干旱脅迫后進(jìn)行復(fù)水處理的籽棉產(chǎn)量與對(duì)照無(wú)顯著差異，其余處理的籽棉產(chǎn)量均顯著低于對(duì)照。因此，在本試驗(yàn)條件下，按常規(guī)灌溉量（每666.7 m2灌水45 m3）復(fù)水，僅能有效解除輕度及中度干旱脅迫對(duì)新陸早78號(hào)生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的不利影響。

關(guān)鍵詞：干旱脅迫；復(fù)水；干物質(zhì)分配；產(chǎn)量；干旱解除效應(yīng)；花鈴期

氣候變暖背景下，高溫、干旱等災(zāi)害性天氣頻發(fā)，其影響范圍和造成的損失不斷增大[1]。干旱及水分虧缺會(huì)導(dǎo)致作物生長(zhǎng)緩慢甚至死亡，嚴(yán)重降低農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[2-5]。新疆是中國(guó)最大的棉花產(chǎn)區(qū)，2022年新疆棉花種植面積和總產(chǎn)量分別占全國(guó)的83%和90%[6]，新疆棉花的生產(chǎn)安全直接關(guān)系到全國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展[7-8]。由于降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、灌溉用水不足等問(wèn)題，干旱脅迫已成為制約新疆棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要環(huán)境因素[9]。

花鈴期是棉花的需水高峰期也是生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵期[10-11]。花鈴期干旱對(duì)棉花的生理、形態(tài)、生長(zhǎng)發(fā)育等均產(chǎn)生顯著影響[12-13]，主要表現(xiàn)為蕾鈴脫落率增加，棉花單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)下降[14]。鑒于干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響，如何有效解除或減輕干旱脅迫的不利影響是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。研究表明，干旱后復(fù)水會(huì)導(dǎo)致作物在生理生化、生長(zhǎng)發(fā)育等方面產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，以此應(yīng)對(duì)干旱脅迫造成的損傷[15]，主要表現(xiàn)在干旱脅迫解除后，作物的株高、葉面積和生長(zhǎng)速率等出現(xiàn)短暫的快速增長(zhǎng)[16]，能在一定程度上提高對(duì)水分的利用效率。但如果復(fù)水不能有效解除干旱脅迫，作物的產(chǎn)量和品質(zhì)仍然會(huì)顯著降低。牛靜等[17]研究發(fā)現(xiàn)中棉所45和中棉所60在干旱脅迫9 d后進(jìn)行復(fù)水，棉花纖維品質(zhì)明顯低于對(duì)照，且中棉所45的抗旱性高于中棉所60。

目前，關(guān)于干旱脅迫對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究主要集中在干旱致災(zāi)方面[18]。但棉花作為耐旱作物，其對(duì)水分虧缺的適應(yīng)能力不僅表現(xiàn)在干旱脅迫過(guò)程中，而且表現(xiàn)在干旱脅迫后不同程度復(fù)水下植株的形態(tài)、產(chǎn)量等的恢復(fù)情況。關(guān)于干旱脅迫后復(fù)水對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育影響已有一些研究報(bào)道[19]，但尚未見(jiàn)對(duì)新疆北疆當(dāng)前主栽品種之一的新陸早78號(hào)[20]的相關(guān)研究報(bào)道。因此，本研究開(kāi)展精準(zhǔn)土壤水分控制試驗(yàn)，研究花鈴期不同程度干旱脅迫下，復(fù)水對(duì)新陸早78號(hào)干物質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)量的影響，以期為當(dāng)前新疆棉花生產(chǎn)中提高水分利用效率、防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2021年在新疆烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站精準(zhǔn)土壤水分控制試驗(yàn)場(chǎng)，開(kāi)展本試驗(yàn)。供試品種新陸早78號(hào)于4月13日播種在土壤水分精準(zhǔn)控制池內(nèi)（每個(gè)控制池長(zhǎng)5 m、寬2.5 m、深3 m），一次性完成滴灌帶鋪設(shè)及地膜覆蓋工作。采用1膜6行寬窄行種植模式，行距為（66＋10） cm，株距為9.5 cm，每個(gè)土壤水分精準(zhǔn)控制池理論種植400株左右。

滴出苗水后，蕾期進(jìn)行常規(guī)灌溉（每666.7 m2灌水45 m3），每7～10 d灌溉1次，保證土壤相對(duì)濕度在60%以上?；ㄢ徠谥案餍^(qū)土壤相對(duì)濕度無(wú)顯著差異。根據(jù)新疆地方標(biāo)準(zhǔn)《北疆膜下滴灌干旱等級(jí)》[21]，于棉花花鈴期進(jìn)行干旱脅迫處理，按照常規(guī)灌溉量（每666.7 m2灌水45 m3）的30%、50%、70%、90%進(jìn)行差額灌溉，于7月29日形成輕旱（T1）、中旱（T2）、重旱（T3）和特旱（T4）共4個(gè)干旱梯度，其土壤相對(duì)濕度分別為50.8%、43.7%、33.3%和23.1%。8月2日按常規(guī)灌溉量的100%（每666.7 m2灌水45 m3）進(jìn)行復(fù)水處理。對(duì)照組（CK）全生育期按當(dāng)?shù)仄骄嗨窟M(jìn)行正常灌溉（每666.7 m2總灌水量為400 m3，分10次灌溉），棉花生長(zhǎng)發(fā)育全程無(wú)干旱脅迫。每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)（每個(gè)小區(qū)為1個(gè)土壤水分精準(zhǔn)控制池），采用完全隨機(jī)區(qū)組排列。每個(gè)土壤水分精準(zhǔn)控制池均安裝有大型電動(dòng)可移動(dòng)防雨棚，晴天露地生長(zhǎng)，雨天由防雨棚遮擋自然降水。除水分管理外，其他田間管理均按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)棉田栽培措施。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 土壤相對(duì)濕度。7月29日、8月4日、8月8日和8月20日利用人工鉆土法，按每10 cm一層獲取0～40 cm土層的土壤樣本，測(cè)定濕土質(zhì)量，于105 ℃烘箱中烘干至質(zhì)量恒定，測(cè)定干土質(zhì)量，根據(jù)公式（1）計(jì)算得到0～40 cm土層土壤相對(duì)濕度[21]：

式中，R_sm為土壤相對(duì)濕度（%）；W_gi為第i層土壤含水量（%），計(jì)算方法見(jiàn)公式（2）；ρ_i為第i層土壤容重（g·cm^－3）；h_i為第i層土壤厚度（cm）；f_ci為第i層土壤田間持水量（%）；n為計(jì)算的土層總數(shù)。

W_g＝（m_g1－m_g2）／m_g2×100%。 （2）

式中，W_g為土壤含水量（%），m_g1為濕土質(zhì)量（g），m_g2為烘干土質(zhì)量（g）。

1.2.2 地上部干物質(zhì)質(zhì)量。干旱脅迫后，分別于復(fù)水前4 d（7月29日）、復(fù)水初期（8月5日）、花鈴后期（8月20日）、花鈴期結(jié)束（8月31日）在各小區(qū)隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的3株棉花，將其地上部分解為莖稈、葉片、蕾鈴，分別放入牛皮紙袋，于105 ℃烘箱殺青1 h，然后在80 ℃下烘干至質(zhì)量恒定后，測(cè)定各器官干物質(zhì)質(zhì)量，計(jì)算單株地上部總干物質(zhì)質(zhì)量及莖稈、葉片和蕾鈴的干物質(zhì)質(zhì)量占比。

1.2.3 產(chǎn)量性狀。棉花收獲期，在各小區(qū)隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的10株棉花，測(cè)定單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重、蕾鈴脫落率。根據(jù)每個(gè)小區(qū)實(shí)際收獲的籽棉產(chǎn)量，折算每666.7 m²的籽棉產(chǎn)量（籽棉單產(chǎn)）。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（其中蕾鈴脫落率通過(guò)了正態(tài)性檢驗(yàn)），采用鄧肯多重范圍檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱等級(jí)下復(fù)水對(duì)土壤相對(duì)濕度的影響

不同程度干旱脅迫處理并復(fù)水后土壤相對(duì)濕度變化情況見(jiàn)圖1。復(fù)水前4 d（7月29日）T1、T2、T3和T4處理的土壤相對(duì)濕度分別為51.0%（輕旱）、42.0%（中旱）、33.8%（重旱）和23.8%（特旱）。復(fù)水后2 d（8月4日），各處理的土壤相對(duì)濕度明顯上升，均高于60%，達(dá)到花鈴期適宜的土壤相對(duì)濕度范圍。復(fù)水后隨著時(shí)間的推移，土壤相對(duì)濕度逐漸降低。復(fù)水后6 d（8月8日），T4處理的土壤相對(duì)濕度下降至57.0%，達(dá)到輕旱等級(jí)，其余處理的土壤相對(duì)濕度仍在60%以上，無(wú)干旱發(fā)生。復(fù)水后18 d（8月20日），T1、T2、T3、T4處理的土壤相對(duì)濕度分別為79.0%（無(wú)旱）、55.0%（輕旱）、49.0%（中旱）、37.0%（重旱）。從土壤相對(duì)濕度來(lái)看，按常規(guī)灌溉量復(fù)水，可有效解除輕度干旱的影響。

2.2 不同干旱等級(jí)下復(fù)水對(duì)新陸早78號(hào)地上部干物質(zhì)積累和分配的影響

2.2.1 蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量。復(fù)水前4 d（7月29日）及復(fù)水后3 d（8月5日），不同等級(jí)干旱脅迫下單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量均低于對(duì)照（CK），其中T1、T2、T3處理與CK無(wú)顯著差異，T4處理顯著低于CK和T1、T2、T3處理（圖2 A）。復(fù)水后18 d（8月20日），T1處理的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于T2、T3和T4處理，與CK無(wú)顯著差異，T2與T3處理的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量無(wú)顯著差異，T4處理的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量顯著低于其他4個(gè)處理。復(fù)水后29 d（8月31日），T1、T2處理的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量分別較CK增加12.1%、5.5%，T3、T4處理的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量分別較CK降低13.5%、29.9%，4個(gè)干旱脅迫處理中僅T4處理與CK差異顯著。

2.2.2 葉片干物質(zhì)質(zhì)量。復(fù)水前4 d（7月29日）及復(fù)水后3 d（8月5日），不同等級(jí)的干旱脅迫下單株葉片的干物質(zhì)質(zhì)量均低于對(duì)照，其中T1、T2、T3處理間無(wú)顯著差異，T4處理顯著低于其他4個(gè)處理（圖2 B）。復(fù)水后18 d（8月20日），T1處理的單株葉片干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于T2、T4處理，但T2、T3、T4、CK處理間均無(wú)顯著差異。復(fù)水后29 d（8月31日），T1、T2、T3處理的單株葉片干物質(zhì)質(zhì)量與CK均無(wú)顯著差異，T4處理的單株葉片干物質(zhì)質(zhì)量顯著低于CK、T2和T3處理。

2.2.3 莖稈干物質(zhì)質(zhì)量。復(fù)水前4 d（7月29日），不同等級(jí)干旱脅迫下單株莖稈干物質(zhì)質(zhì)量均低于CK，T1、T2、T3處理與CK無(wú)顯著差異，T4處理顯著低于其余4個(gè)處理（圖2 C）。復(fù)水后3 d（8月5日），T1處理的單株莖稈干物質(zhì)質(zhì)量最大，T4處理的單株莖稈干物質(zhì)質(zhì)量顯著低于其余4個(gè)處理。復(fù)水后18 d（8月20日），T1、T2、T3、T4處理的單株莖稈干物質(zhì)質(zhì)量與CK均無(wú)顯著差異，T4處理的單株莖稈干物質(zhì)質(zhì)量顯著低于T1處理。復(fù)水后29 d（8月31日），CK、T1、T2、T3、T4處理的單株莖稈干物質(zhì)質(zhì)量均無(wú)顯著差異。

2.2.4 棉株地上部總干物質(zhì)質(zhì)量。復(fù)水前4 d（7月29日），不同等級(jí)干旱脅迫處理的單株地上部干物質(zhì)質(zhì)量均顯著低于CK，T4處理顯著低于其他4個(gè)處理，但T1、T2、T3處理間無(wú)顯著差異（圖2 D）。復(fù)水后3 d（8月5日），各處理的單株地上部干物質(zhì)質(zhì)量均有所增加，T1、T2、T3處理與CK無(wú)顯著差異，但T4處理顯著低于其他4個(gè)處理。復(fù)水后18 d（8月20日），T1處理的單株地上部總干物質(zhì)質(zhì)量最大，顯著高于其他4個(gè)處理，分別較T2、T3、T4處理和CK增加25.2%、33.4%、66.5%和34.2%。復(fù)水后29 d（8月31日），T1、T2、T3、T4、CK處理間的單株地上部總干物質(zhì)質(zhì)量差異均不顯著。

2.2.5 單株地上部干物質(zhì)質(zhì)量分配。各器官（莖稈、葉片、蕾鈴）干物質(zhì)質(zhì)量占地上部總干物質(zhì)質(zhì)量的百分比可反映光合產(chǎn)物在植株體內(nèi)的分配情況。由圖3可知，復(fù)水后29 d（8月31日），T1處理的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量占地上部總干物質(zhì)質(zhì)量的百分比較CK、T3、T4處理分別增加1.92百分點(diǎn)、6.56百分點(diǎn)和7.27百分點(diǎn)。T3、T4處理的莖稈干物質(zhì)質(zhì)量占比較大，分別為20.13%和22.50%。T3處理的葉片干物質(zhì)質(zhì)量占比最大，為19.24%。

2.3 不同干旱等級(jí)下復(fù)水對(duì)新陸早78號(hào)產(chǎn)量性狀的影響

與CK相比，T1、T2處理的單株結(jié)鈴數(shù)偏少1，T3、T4處理的單株結(jié)鈴數(shù)偏少2，T3、T4處理與CK差異顯著（表1）。T1處理的鈴重與CK持平，T2、T3、T4處理的鈴重分別較CK降低12.7%、19.0%、34.9%，T4處理的鈴重顯著低于T1、T2處理和CK。T1、T2、T3、T4處理的蕾鈴脫落率較CK分別顯著增加1.5百分點(diǎn)、2.2百分點(diǎn)、4.2百分點(diǎn)、6.7百分點(diǎn)，T4處理的蕾鈴脫落率顯著高于其他4個(gè)處理。T1、T2、T3、T4處理的籽棉單產(chǎn)分別較CK降低2.6%、9.7%、29.0%、35.5%，其中T1、T2處理與CK無(wú)顯著差異，T3、T4處理顯著低于CK；T3、T4處理的籽棉單產(chǎn)無(wú)顯著差異，但二者的籽棉單產(chǎn)均顯著低于T1、T2處理（表1）。

3 討論與結(jié)論

在經(jīng)歷一定程度的干旱脅迫并復(fù)水后，植物在生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成方面會(huì)產(chǎn)生一定的補(bǔ)償效應(yīng)，從而減輕干旱脅迫對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的不利影響[17，22-24]。本研究發(fā)現(xiàn)，花鈴期在輕度和中度干旱脅迫后進(jìn)行復(fù)水處理，新陸早78號(hào)的補(bǔ)償效應(yīng)最明顯，復(fù)水后18 d和29 d單株地上部干物質(zhì)質(zhì)量均高于對(duì)照，與前人的研究結(jié)果[22]基本一致。植物在遭受適度干旱脅迫時(shí)，體內(nèi)光合產(chǎn)物的分配會(huì)發(fā)生變化，以應(yīng)對(duì)水分虧缺對(duì)不同器官的影響[25-26]。本研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)水前4 d（7月29日）和復(fù)水后3 d（8月5日），各干旱脅迫處理的新陸早78號(hào)單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量均低于對(duì)照，復(fù)水后18 d（8月20日）和29 d（8月31日），輕度和中度干旱脅迫后進(jìn)行復(fù)水處理的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量逐漸增加，花鈴期結(jié)束時(shí)（8月31日）二者的單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量均高于對(duì)照，且輕度干旱脅迫后進(jìn)行復(fù)水處理的新陸早78號(hào)單株蕾鈴干物質(zhì)質(zhì)量占地上部總干物質(zhì)質(zhì)量的百分比高于對(duì)照；輕度干旱脅迫后進(jìn)行復(fù)水處理的新陸早78號(hào)光合產(chǎn)物在地上部各器官中的分配變化最為明顯，更多的光合產(chǎn)物被分配至生殖器官。輕度和中度干旱脅迫后進(jìn)行復(fù)水處理的新陸早78號(hào)籽棉單產(chǎn)與對(duì)照無(wú)顯著差異，重旱、特旱脅迫后進(jìn)行復(fù)水處理的新陸早78號(hào)籽棉單產(chǎn)均顯著低于對(duì)照，其原因可能是僅1次復(fù)水并不能完全解除重度及以上的土壤水分脅迫，隨時(shí)間的推移，其土壤相對(duì)濕度等級(jí)由無(wú)旱逐漸發(fā)展成輕度甚至重度干旱。

綜上可知，按常規(guī)灌溉量復(fù)水，僅能有效解除輕度干旱脅迫對(duì)新陸早78號(hào)地上部干物質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)量的影響，未來(lái)可進(jìn)一步研究不同復(fù)水量對(duì)花鈴期干旱脅迫的解除效應(yīng)。此外，不同棉花品種對(duì)干旱脅迫的敏感性存在較大差異，本研究?jī)H以當(dāng)?shù)刂髟云贩N新陸早78號(hào)為材料進(jìn)行了1年試驗(yàn)，探究花鈴期干旱脅迫后復(fù)水對(duì)棉花地上部干物質(zhì)積累與分配和產(chǎn)量的影響，存在一定的局限性。未來(lái)研究中將選用不同棉花品種分析干旱脅迫的影響及解除措施，并進(jìn)行多年多點(diǎn)田間試驗(yàn)，為當(dāng)?shù)孛藁ㄉa(chǎn)提供參考依據(jù)。

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（責(zé)任編輯：王小璐 責(zé)任校對(duì)：秦凡）