膜下滴灌对南疆杂交棉兆丰1号群体光合作用和产量的影响

高山 张瑜王 冀川

(塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300)

杂交棉以其高产、高衣分、高抗逆等特性在我国得到快速发展，目前杂交棉种植虽然已经形成模式化的栽培技术体系，但由于品种更新快，对品种的气候、土壤条件及棉花栽培技术的反应差异不清楚，造成品种区域间产量差异较大，品质表现不一，增产增效不明显等。因此深入开展超高产杂交棉高效生产性能的机理的研究，尤其是开展适于新疆干旱区条件下的不同滴灌供水对杂交棉群体组成、群体光合特征以及产量构成的影响的研究，完善新疆干旱区杂交棉优化高产栽培管理技术体系，是当前杂交棉科研面临的主要课题。

新疆南疆地处欧亚大陆腹地属典型大陆气候，光照资源丰富，具有发展棉花的资源优势。近十几年来，新疆棉花发展迅速，在生产上采用了“矮、密、早、膜”的栽培技术。为此开展了滴灌处理对新疆棉花群体冠层结构，以及叶面积指数分布对棉花源库分布的影响。新疆具有特殊的自然条件和气候条件，非常利于棉花的生长，杂交棉冠层结构和群体光合明显区别于常规棉花，创造出适宜的冠层结构、合理利用新疆有利光热资源，是夺取杂交棉高产优质的关键，因此合理的滴灌处理对新疆杂交棉生长影响的研究很有必要，对推广杂交棉生产具有重要指导意义。膜下滴灌是将覆膜种植与滴灌技术相结合的一种新型灌溉技术，也是地膜栽培技术的延伸与深化。提高种植密度是新疆棉花增产的主要途径。国内外许多学者着重研究了常规灌溉条件下不同密度对棉花群体光合作用、冠层结构及产量的影响［1，2］，但有关新疆不同滴灌条件下的杂交棉群体的群体光合特征、光合能力、对产量的影响研究不多，合理的高产种植一直没有一个明确的理论依据，本课题采用杂交棉兆丰1号品种在不同滴灌供水量下开展群体光合的研究，为棉花揭示杂交棉高产机理研究打下基础。

1 材料与方法

1.1 试验概况

选用兆丰1号为供试品种。4月23日播种，7月17打顶。按大田膜下滴灌配置:(24+57+24+57)cm×13 cm，滴灌带置于窄行中间，1管2行模式，密度为18万株/hm2。设置5个滴灌定额控制试验(表1)，小区面积55 m2，各重复3次，每区种植3膜共12行。小区用水表记录灌溉水量。每小区之间用防渗板(PVC聚酯板)隔开，隔离深度60 cm。试验地土质为沙壤土，土壤容重为1.36 g/cm3，田间持水量24.1%，地下水位3.0 m左右。

表1 不同膜下滴灌控水设置

试验地出苗时间为5月上旬，从出苗后40天左右开始滴灌控水处理，田间管理照按大田常规管理进行，1～2叶期定苗，苗期中耕1次，在第3～8次滴灌期间共滴施尿素375 kg/hm2、KH2PO4150 kg/hm2。全期化调2次，初花期喷施缩节胺18 g/hm2，打顶后1周喷施缩节胺75 g/hm2。

1.2 测试内容和方法

每隔7～10 d随机取完整植株2株(开花前5株)，观测各处理的生长发育情况，测量和记录各生育阶段植株的形态指标，并分别测定各器官的鲜重后置于烘箱105℃下杀青30 min、80℃下烘干至恒重后称重;于各阶段测定群体光合指标，收获期各处理选择有代表性植株50株，按单株分别摘取棉株不同部位果枝上的全部吐絮棉铃，供室内考种用，以实收籽棉产量计产。

群体光合速率(CAP)和群体呼吸速率(CR)参照马富裕等［3］的方法，采用同化箱法测定。在晴天11:00 ～14:00、光强稳定在 1 200 ～1 400 μmol/m2/s，用GXH－305型红外线CO2分析仪在田间直接测定，同化箱宽0.8 m，长0.9 m，高度依不同生育期株高而定，保持同化箱顶部到冠层顶部有25 cm左右的间距。箱内装两个风扇搅拌气体，框架外罩透明聚脂薄膜。选取三个点，每点测定两次，当同化箱内CO2气体稳定下降后开始测定，每次测定时间为60 s。不同处理采用轮回测定的方法。用红黑双层绒布布罩遮光后测定群体呼吸速率。同法测定土壤呼吸以修正群体光合的测定值，在群体结构相近的田地，剪去与同化箱底大小相同面积地表上的植株后，测定土壤呼吸释放的CO2，以修正群体光合的测定值。计算群体呼吸和群体光合占群体总光合的比例:CRP=CR/(CR+CAP)和 CAPP=CAP/(CR+CAP);群体叶源量(CLSC)参照肖凯等［10］方法计算:CLSC= Σ［(CAPi+CAPi+1)/2］·Di，式中CAPi、CAPi+1指第 i、i+1 次测定的 CAP，Di为第 i至i+1次测定所间隔的时间(天数)。

1.3 数据分析

采用SPSS13.0软件对试验数据进行统计分析。用Microsoft Excel 2003软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌量对棉花群体光合速率(CAP)与呼吸速率(CR)的影响

杂交棉在不同滴灌量条件下，群体光合速率(CAP)随生育期均呈先增加后减小的单峰型曲线变化(图1a)，在初花(7月上旬)前增长缓慢，盛花期—初铃期(7月下旬～8月上旬)达到最大值，随后迅速下降。不同处理间表现为，苗期未滴水前土壤水分相同，CAP无差别;棉花滴水后至初花期处理间的CAP差异开始显现，表现为滴灌量越大CAP增速越快，在初铃期前后(8月上旬)各处理差异最大，随滴灌量依次是T1最高，T5最低，滴灌量越小CAP的变化越平稳。T3的CAP虽不如T1、T2高，但盛铃期以后(8月中下旬)下降缓慢，其各阶段的CAP值为苗期0.38 gCO2/m2/h，蕾期1.67 gCO2/m2/h，盛花期4.26 gCO2/m2/h，初铃期5.11 gCO2/m2/h，吐絮期1.30 gCO2/m2/h。T4、T5 由于受土壤水分亏缺的影响，其 CAP显著低于水分非亏缺处理。

图1 不同滴灌量处理对杂交棉CAP(a)和CR(b)的影响

杂交棉群体呼吸速率(CR)随生育期也呈先增后减的单峰型曲线变化(图1b)，但其峰值较CAP推后。各处理间CR峰值和出现的时期有所不同，T4、T5的CR在初铃期达到最高值，分别为1.54和1.35，而T1、T2、T3的CR在盛铃期才达到最高值，分别为2.2、1.87、2.05，说明滴灌量越少，CR 峰值越低，且有前移趋势，这可能是水分亏缺造成个体在盛花期以后生长量明显不足、器官活力衰退所致。处理间CR差异主要表现在初铃期以后，T1的CR始终最高，T3除在盛铃期高于T2外，其余时期均低于T2，表明T3处理在结铃的关键时期个体呼吸旺盛，利于同化养分的合成与转移，而其余时期CR较低，利于同化物积累。T4、T5由于生育期内水分缺乏，棉株生长势弱，CR表现最低。各处理的CAP占群体总光合速率的比例(CAPP)在盛铃期以前差异不大，盛铃后T3明显高于其他处理，T1和T2最低(表2)。从CR占群体总光合速率的比例(CRP)来看，水分亏缺处理(T4、T5)在初铃期以前较高、吐絮期较低，多水处理(T1、T2)在盛铃期以后表现较高，T3的CRP在初铃期以前明显低于水分亏缺处理，而与T1、T2差异不大，到盛铃期时达到最大值，随后迅速下降，低于所有处理，表明适量滴灌在保证棉株同化物积累不降低的情况下，在棉铃生长的关键时期通过增大呼吸强度以充分满足棉铃生物能消耗，保证棉铃良好发育，在生育后期以正常的生长势衰退，达到吐絮集中的目的。

表2 各处理不同生育时期的CR和CAPP变化

2.2 不同滴灌量对花铃期群体叶源量(CLSC)的影响

不同滴灌量对棉花群体叶源量(CLSC)的影响见图2，杂交棉CLSC随生育进程有2个高峰。蕾期棉花个体较小，生长势缓慢，CAP较低，CLSC不高;开花期是棉株一生中个体生长速度最大时期，尤其在初花—盛花期(7月初～7月下旬)更是杂交棉株高、果枝数增长高峰期，故群体增长快，CLSC达到高峰;盛花—初铃是棉花蕾铃脱落的高峰期，群体呼吸增强，CLSC降低;初铃—盛铃是杂交棉铃快速生长发育的时期，群体CLSC又显著增加，此后CLSC逐渐降低。处理间在开花期—盛铃后期的各阶段，CLSC均随灌量增加而增加，但盛铃以后T2、T3的CLSC下降迅速，这主要是由于过量灌溉造成后期群体过大，通风透光不良，群体CAP下降过快所致，对产量形成不利［4］。盛花—初絮(7月下旬～9月初)是杂交棉产量形成的关键时期，由于棉株间的竞争生长，群体内部的自动调节及栽培措施的调控，造成此期的CLSC在非亏缺灌溉处理(T1、T2和T3)之间的差异并不大，而亏缺处理(T4、T5)的CLSC却显著下降，说明杂交棉在适量滴灌的基础上，增加滴灌量并不能增加杂交棉冠层同化能力，但干旱将严重影响群体生产力。

图2 各处理群体叶源量(CLSC)变化

2.3 不同滴灌量对棉花叶面积指数(LAI)的影响

试验表明(图3)，不同滴灌量处理下叶面积指数(LAI)均随生育时期逐渐增大，在盛花至盛铃期达最大值，随后下降;处理间最大LAI出现的时期有所不同，表现为灌量减少，最大LAI出现时期有前移趋势。现蕾(5月底)前棉花未滴水，各处理间LAI变化无差异，滴灌后从盛蕾期(6月中旬)开始，随灌量加大而LAI增加，到盛花期以后亏缺滴灌处理显著低于非亏缺处理。T3的LAI在盛花期之后迅速增加，在初铃期达到4.2的最高值，以后至吐絮盛期(9月中下旬)不断下降，在整个生育期内变化较为平稳。T1的LAI从盛蕾期开始迅速上升，至盛铃期达到4.85的最高值，盛絮期仍余3.14，造成铃期郁闭，透光不良;水分亏缺处理影响群体营养生长，造成叶源量不足，如T5在盛花期LAI即达到最高为3.07，且后期下降迅速，至盛絮期仅余0.83，其生长势有限，影响产量。

2.4 不同滴灌量对棉花干物质累积及分配的影响

杂交棉地上部干物质积累在盛花期之前积累缓慢，初铃期以后进入到快速积累期，盛铃期积累速率达高峰期，此后进入到吐絮期，群体生长势衰退，总干物质增长减缓。不同处理间在初花之前干物质累积无明显差异，盛花以后差异明显 (图4)，总体上表现为滴灌量越大单株干物质累积越多。T1与T2差异不大，T3从初铃期开始与T1、T2差异明显增大，而T4、T5从盛花期开始差异明显增大。说明土壤水分过多造成棉株生长旺盛，而水分过少，严重影响棉花的营养体生长。生殖器官干物质累积从现蕾期开始，至初花期增长缓慢，此期杂交棉主要进行株高、果枝等的营养生长;盛花—初铃期蕾铃干重快速增加，杂交棉生长中心开始转向生殖生长、营养生长减弱的趋势。处理间生殖器官干物质积累量也有所不同(表3)，在初絮期(8月下旬)表现为T3(90.68g)＞T2(86.61 g)＞T1(76.29 g)＞T4(60.93 g)＞T5(38.08 g)，T4、T5自盛花期开始明显低于T3，而T1在盛铃期以前与T3差异不大，此后由于个体生长旺盛，造成蕾铃脱落严重，其生殖器官干重明显低于T3。

生殖器官干重占地上部总干重的比例随生育时期逐渐增加(表3)，以吐絮期达高峰，各处理此期5个处理中以光合物质在棉铃中的分配率大小顺序为T3＞T4＞T2 ＞T5 ＞T1，即适量滴灌处理具有合理的同化物积累，其产量的转化率高。T5由于生育期间持续水分亏，生殖生长受到极大限制，导致干物质分配到棉铃的比例下降。T1干物质在生殖器官的分配率最低，在吐絮期仅为44.5%，这是由于供水量过高，导致营养生长过旺，群体光合速率高，造成棉株疯长，蕾铃脱落严重，光合产物向生殖器官中分配率下降。

2.5 不同滴灌量对杂交棉产量及产量构成因素的影响

不同滴灌量条件下，T3、T2的籽棉产量显著高于其他处理(p＜0.05)，分别达到达 8 289.5 kg/hm2和7714.3 kg/hm2。其次为 T1 和 T4，T5 产量最低(表4)，仅为适量滴灌条件下的36.58%。从产量构成因子上看，非亏缺灌溉处理的单株结铃数显著高于亏缺灌溉处理(p＜0.05)，T3显著高于T1，而与T2差异不显著;单铃重除T5明显低于T3外其他处理间差异不大，说明灌水量对杂交棉产量的影响主要表现在单株铃数差异，对铃重影响不大。各处理的霜前花率随滴灌水量的增多而下降，T1的霜前花率仅为90.2%，说明水分过高，棉株长势过旺，尽管产量也较高，但霜后花增多，生产效率下降;水分过少，棉株长势衰弱，尽管有较高的霜前花率，但总铃数减少，对产量潜力发挥不利。

表3 各处理生殖器官干物质积累(g/株)及其占总干重比例(%)

表4 不同滴灌量杂交棉的产量及产量结构

3 结论与讨论

3.1 土壤水分变化不仅影响作物的形态生长，对作物群体光合特征也有明显影响［5］。本研究表明，兆丰1号的LAI、CAP和CR随生育期均呈单峰曲线变化，其峰值分别在盛花—盛铃期、盛花期—初铃期和初铃期—盛铃期，且灌量越少，峰值有前移趋势。CRP的高峰在盛铃期，CLSC有2个高峰:初花—盛花期、初铃—盛铃。限量滴灌造成棉田土壤水分亏缺，CAP降低，CR及CRP在盛花期上升，进入盛铃期以后CR又显著低于适量滴灌处理，LAI较低。过量灌溉造成杂交棉营养体增长过快，CAP、LAI、和CLSC虽然较高，但后期下降快，尤其是初铃期以后CAPP最低，CR上升，造成生殖器官干物重占地上部总干物重比例降低，不利于有效产量形成，生产效率低。适量滴灌条件下土壤水分适宜，CAP增强，LAI上升快，且后期能保持较高LAI水平，保证最终产量的形成。

与常规棉相比［6，7，8，9］，适宜灌量条件下杂交棉群体光合各指标峰值均有所提前，且数值较高，在生育后期(吐絮期)仍保持较高水平。由此可见杂交棉群体具有更强的生理活性和光合性能，这一点从试验中杂交棉干物质积累和产量较高的结果可以看出。但不同灌溉量条件下杂交棉光合指标峰值范围变化较常规棉大，说明杂交棉对水分敏感，要求的灌水量较高，这也是生产中按照常规棉灌溉制度而造成不同年份和地区间杂交棉产量变动较大的原因之一。故实践中只有保障较高的滴灌供水，并注意较早运筹水肥，配合良好的化学调控，延缓生育后期LAI、CAP的过快衰退，提高同化物向棉铃中的分配比例才是实现新疆杂交棉花高产稳产的途径之一。

3.2 本试验研究表明，兆丰1号在南疆地区种植的适宜滴灌定额为3 000～4 125 m2/hm2，最高LAI为4.2～4.33，群体干物质积累为19 800～23 400 kg/hm2，最终生殖器官干物重占总干重的比例为59.6～65.5%，产量达7 714.3～8 289.5 kg/hm2。

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