膜下滴灌条件下水磷效应对棉花产量和水分利用率的影响

王海江,崔静,侯振安,杨晓武,罗磊,吕新

(石河子大学农学院资源与环境系,石河子832003)

膜下滴灌条件下水磷效应对棉花产量和水分利用率的影响

王海江,崔静,侯振安,杨晓武,罗磊,吕新

(石河子大学农学院资源与环境系,石河子832003)

通过田间实验设计磷(P)和水(W)两个因素,研究膜下滴灌棉花不同水磷处理对其产量和水分利用效率的影响。结果表明:不同水、磷用量处理间棉花产量差异显著,棉花籽棉产量随着灌水量和施磷量的增加都呈现先增加而后降低的趋势。棉花水分利用效率的最大值出现在P2W2(P2O5120 kg/hm2;灌水量4800 m3/hm2)处理,干物质和籽棉的水分利用效率分别为41.46和13.95 kg/(hm2·mm),这表明合理的水、磷配比有利于棉田水分利用效率的提高。

棉花;水磷;产量;水分利用率

Abstract:Through a field experiment two factors(phosphorus and water)was designed,effects on yield and WUE(water use efficiency)were studied through different phosphorus and water during the whole growth period of drip irrigation under plastic film for cotton.Results showed that there were significant differences between different phosphorus and water in cotton yield;the cotton yield increased with water and phosphorus being improved at first and then decreased.The largest WUE of dry matter and yield was P2W2 treatment(P2O5:120 kg/hm2;Water:4800 m3/hm2),41.46,13.95 kg/(hm2·mm),respectively.It suggested that the WUE could be improved through reasonable ratio of water use efficiency in cotton fields.

Key words:cotton;phosphorus and water;yield;water use efficiency

肥和水是旱地农业生产的两大限制因子。根据土壤水分合理施肥,以肥调水、以水促肥,促进作物生长发育和提高作物产量,已成为农业综合发展的关键技术[1]。适宜的水肥条件有利于作物对养分的吸收和运输,有利于植株的协调生长[2]。有效的协调水分和养分可以提高作物产量和水分利用效率[3-4]。此外,在提高现有灌溉水利用率的同时,如何减小肥料对环境的污染,科学合理的进行施肥也越来越受到人们的关注[5]。

水分和养分与作物生长相互作用和影响[6]。磷是作物生长发育所必需的大量营养元素之一。土壤干旱条件下,磷素可显著改善植株的水分状况,增强膜的稳定性,维持植株生长和生理过程的正常进行[7];施用磷肥能够在一定程度上弥补因水分不足对作物造成的影响,并显著提高小麦产量和水分利用率[8]。在有限灌水的条件下,磷素可以促进小麦的生长发育,增加小麦的分蘖数,提高叶面积、生物产量和子粒产量等[9]。充足的磷营养可以增强作物抵御轻度水分胁迫的能力[10]。王家平等[11]指出,棉花水肥不足或过多对棉花产量和水肥利用效率不利。

本研究旨在研究北疆膜下滴灌棉田水磷效应对棉花产量和水分利用效率的影响,以期为确定新疆棉花高产、高效的合理灌溉量和施磷量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验区概况

试验区位于新疆石河子国家节水灌溉工程技术研究中心科技园区 ,东经 86°00′,北纬 44°20′,海拔428～437 m,土壤质地为中壤,土壤容重为1.34 g/cm3。年平均日照时间2865 h,大于10℃积温为3400℃,无霜期达160余 d,多年平均降水量208 mm,平均蒸发量1660 mm。试验区土壤质地为轻壤土,碱解氮 69.5 mg/kg、速效磷 18.9 mg/kg、速效钾504.6 mg/kg,p H值为8.09。

1.2 试验方法与设计

棉花品种为标杂A1(从河南引入),采用覆膜栽培,一膜二管四行,行距配置为30 cm+60 cm+30 cm+60 cm,株距 12 cm,密度 18.5 ×104株/hm2。试验采用“3414”不完全设计,方案设计按照农业部“测土配方施肥项目的技术规范”,吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点,是目前应用较为广泛的肥料效应田间试验方案。“3414”是指氮、磷、钾3个因素、4个水平、14个处理。4个水平的含义:0水平指不施肥,2水平指当地推荐施肥量,1水平=2水平×0.5,3水平=2水平×1.5(该水平为过量水平)。本实验采用不完全试验,水、磷2因素各设置4个水平,试验因素及各处理详细设置见表1。氮肥20%在播种前一次性施入做基肥,其余80%在棉花生长期间分5次随水滴施;磷钾肥均在播种前一次性全部施入做基肥,钾肥(K2O)用量60 kg/hm2。

表1 棉花水肥耦合试验方案Tab.1 Testing program of coupling effects of water and nitrogen of cotton

1.3 样品采集

土壤水分的测定采用烘干法测定。每次灌水前取土样,取样位置为距滴头15 cm、40 cm两处,测定土壤不同深度(0～20、20～40、40～60、60～80 和 80～100 cm)新鲜土样的含水量。

在现蕾期、初花期、盛花期、结铃期和吐絮期采集棉花植株样品。将棉株自子叶节剪下,分成叶片、茎杆、蕾铃三部分,杀青,以恒温烘干法测定干物质量,用电子天平称重[12]。各处理采取实收记产,3个重复的平均值代表该处理实际产量水平。

1.4 田间作物蒸散量计算

(1)式中:ET1-2为阶段耗水量(mm);ri为第 i层土壤干容重(g/cm3);Hi为第 i层土壤厚度(cm);θi1、θi2为第i层土壤在计算时段始末的含水率(干土重的百分率);M、P、K、C分别为时段内灌水量、降雨量、地下水补给量和排水量(mm)[13]。以无灌水和降雨时段内的土壤含水率作为依据,结合试验区条件,M=P=K=0。滴灌条件下 C=0则式(1)变为:

2 结果与分析

2.1 不同水磷处理对棉花籽棉产量的影响

对不同水磷处理棉花籽棉产量进行对比分析(表2)可知:灌水量和施磷量对棉花籽棉产量影响显著,各处理中产量最高出现在 P2W2(P2O5:120kg/hm2;水 :4800 m3/hm2),产量为 6712.49 kg/hm2,产量的最低值出现在 P2W0处理(P2O5:120 kg/hm2;水 :4800 m3/hm2),产量为 4249.52 kg/hm2。

表2 各处理棉花籽棉产量差异分析Tab.2 The differentia of cotton field in treatments

从各处理产量数据中发现,固定处理在W2水平下,随着施磷量的增加(P0～P2),籽棉产量迅速增加,当施磷量继续增加时(P2～P3),籽棉产量有所下降,但P2W2与P3W2处理间差异不显著。从处理中固定在 P2水平上,比较灌水量的变化对产量影响发现,随着灌水量的增加(W0～W2),籽棉产量显著增加,灌水量继续增加(W2～W3),籽棉产量有所下降,这与磷肥施用量的变化趋势相同,但P2W2处理与P2W3处理间,籽棉产量差异显著。

分别将各处理籽棉产量数据与处理3(最高产量)进行比较发现:在P2水平下,灌水量从W2水平增至W3水平,产量减少了294.84 kg/hm2,降幅为4.42%,灌水量从 W2减少到 W1、W0水平,产量分别减少 1671.37 kg/hm2、2462.97 kg/hm2,减幅分别为24.90%和36.69%。用同种方法固定在W2水平下,比较施磷量对产量影响,发现趋势与灌水量变化对籽棉产量的影响相同,均表现为先增加而后有所降低,但从产量减少数量和下降幅度来看,灌水量的改变对棉花籽棉产量影响更为明显。

2.2 不同水磷处理棉花水分利用效率

图1是棉花实际蒸散量与籽棉产量和干物质积累关系图,从总的趋势来看,实际蒸散量与籽棉产量、干物质积累总量呈正相关,田间实际蒸散量越大籽棉产量和干物质积累量越多,籽棉产量(Y)与实际蒸散(X)之间的关系为:y=12.527x+89.17,决定系数 R2=0.7079＊;而总干物质产量(Y)与实际蒸散(X)之间的关系为:y=39.508x-2974.2,决定系数 R2=0.5159;棉花籽棉产量与田间实际蒸散量呈显著相关。

图1 棉花实际蒸散量与籽棉产量和干物质产量关系Fig.1 The relation of Evapotranspiration and field and dry matter

不同处理间干物质水分利用效率和籽棉产量水分利用效率的对比结果(表3)表明:水分利用效率最大的是P2W2处理,其干物质水分利用效率和籽棉产量水分利用效率分别为41.46和13.95 kg/(hm2·mm)。在其W2、P2水平下,随着灌溉水量、施磷量的增加,干物质水分利用效率和籽棉产量水分利用效率均表现出先增加后降低的趋势;在W2灌水水平,随着施磷量的增加,干物质水分利用效率和籽棉水分利用效率均表现为 P2>P3>P1>P0,总体上表现出增加施磷量有利用提高水分利用效率;在 P2水平下,随着灌溉量的增加,干物质水分利用效率表现为W2>W1>W3>W0,籽棉水分利用效率则表现为W2>W0>W1>W3,干物质产量的水分利用率和籽棉产量的水分利用率在各处理中出现了差异,尤其在 P2W0水平,干物质水分利用效率最小,籽棉水分利用率却较高,说明在足肥不充分灌溉情况下,棉花生殖器官相比较其他各处理所占干物质总量的比重较大,但其最终产量最低。

表3 不同水磷处理水分利用效率变化Tab.3 Change of WUE by different water and phosphorus

3 讨论

本研究结果表明:灌水量、施磷量不同,各处理间棉花产量达到显著性差异,棉花产量的最大值出现在适量的水磷配比P2W2(P2O5:120 kg/hm2;水:4800 m3/hm2)处理,过高或过低的水、磷用量均不能得到最大产量。灌水量和施磷量的增加对棉花产量的影响均表现出先增加而后有所降低的趋势,过量的灌水和施磷都会对产量产生负效应;分别比较W2水平和P2水平下产量的变化发现,灌水量对产量的影响更为显著。

棉田实际蒸散量与籽棉产量和干物质积累总量呈较好的正相关。其干物质总量水分利用效率和籽棉产量水分利用效率的比较结果表明:随着灌水量和施磷量的增加,水分利用效率均呈现出先增加而后降低的趋势,在籽棉产量水分利用效率上过量的灌溉,造成了水分利用效率的降低要比干物质总量水分利用效率更为明显,过量的灌溉水对干物质总量仍会有微弱的促进作用,但对于籽棉产量却会出现减产的负效应,这主要是由于过量的灌溉对棉花产生旺长、贪青晚熟对后期产量构成和实际采收产生了影响。

本研究结果表明:土壤水分和施磷量对棉花干物质积累、产量构成和水分利用效率均有显著影响。生物产量的提高是作物高产的基础,而合理的水肥配比是调控生物产量和提高水肥利用效率的重要手段。改善土壤水分状况和磷素营养状况来实现“以水促磷”和“以磷调水”,有效的调节水、磷用量,以充分发挥水、磷最大潜力,对提高有限土地生产能力、节约水肥资源和保护环境均有重要意义。而根据不同土壤类型和生态区状况来调节磷肥用量,达到“量水施磷”的研究还需进一步的细化和深入。

[1]雷咏雯,郭金强,危常州,等.棉花膜下滴灌水氮耦合的初步研究[J].石河子大学学报:自然科学版,2005,23(1):43-47.

[2]陈竹君,刘春光,周建斌,等.不同水肥条件对小麦生长及养分吸收的影响[J].干旱地区农业研究,2001,19(3):30-35.

[3]徐萌.无机营养与作物抗旱性关系[J].干旱地区农业研究,1989,7(4):77-80.

[4]李志勇,陈建军,陈明灿.不同水肥条件下冬小麦的干物质积累、产量及水氮利用效率[J].麦类作物学报,2005,25(5):80-83.

[5]邢维芹,骆永明,王林权,等.半干旱区玉米水肥空间耦合效应Ⅰ氮素的吸收和残留及其环境效应[J].土壤,2003,2(7):118-121.

[6]肖自添,蒋卫杰,余宏军.作物水肥耦合效应研究进展[J].作物杂志,2007(6):18-22.

[7]张岁岐,山仑,薛青武,等.氮磷营养对小麦水分关系的影响[J].植物营养与肥料学报,2000,6(2):147-151.

[8]张岁岐,山仑.磷素营养和水分胁迫对春小麦产量及水分利用效率的影响[J].西北农业学报,1997,6(1):22-25.

[9]梁银丽,康绍忠.限量灌水和磷营养对冬小麦产量及水分利用的影响[J].土壤侵蚀与水土保持学报,1997,3(1):60-67.

[10]Rrez Boem F H,Thomas G W.Phosphorus nutrition affects wheat response to water deficit[J].Agron J,1998,90:166-171.

[11]王家平,李鲁华,陈仲利,等.棉花膜下滴灌条件下不同养分在土壤中分布规律研究[J].中国棉花,2009,36(3):21-22.

[12]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:高等教育出版社,2001.

[13]尹光华,刘作新,李桂芳,等.水肥耦合对春小麦水分利用效率的影响[J].水土保持学报,2004,18(6):156-162.

Effects of Water and Phosphorus on Yield and Water Use Efficiency of Cotton with Drip Irrigation under Mulch

WANG Haijiang,CUI Jing,HOU Zhenan,YANG Xiaowu,LUO Lei,LÜXin
(Department of Resources and Environmental Science,College of Agriculture,Shihezi University,Shihezi 832003,China)

S562.071

A

1007-7383(2010)05-0551-04

2009-12-25

国家科技支撑计划项目(2006BAD21B02-2)

王海江(1980-),男,讲师,硕士,从事农业资源高效利用研究;e-mail:whj-219@163.com。

吕新(1964-),男,教授,博士生导师,从事绿洲农业资源高效利用研究;e-mail:lxshz@126.com。