花铃期滴灌棉花不同氮素水平ABA浓度与气孔导度的响应关系研究

张建新 ，杨宝玉，何江勇，李益农

花铃期滴灌棉花不同氮素水平ABA浓度与气孔导度的响应关系研究

张建新1，杨宝玉2，何江勇1，李益农3

（1新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；2新疆奎屯第七师一二八团，新疆 奎屯 833207；3中国水利水电科学研究院水利研究所，北京 100044）

利用滴灌盆栽试验，研究花铃期不同施N水平的条件下，滴灌棉花ABA浓度与气孔导度之间的响应特征，结果表明：花铃期，盆栽滴灌棉花不同处理纯N分别为2 g/盆（N2）、4 g/盆（N4）、6 g/盆（N6）的条件下，ABA含量与气孔导度之间呈负相关关系，相关性系数（r）分别为-0.785、-0.899、-0.857，T检验显著水平P为 0.116、0.038、0.063，对应相关分析模型分别为对数函数、二次函数和二次函数，模型拟合决定系数（R2）分别为0.623、0.911、0.970，F检验显著水平 P分别为 0.112、0.089、0.030，N4和N6处理达到显著水平，表明回归模型能较好地描述滴灌棉花花铃期ABA与气孔导度之间相关性及其不同施N水平的响应特征。

滴灌；盆栽；棉花；气孔导度；ABA；花铃期

0 引言

植物激素（ABA）的合成受温度、光照、水分和矿质营养等诸多因子的诱导和调节[1]，这些因子中营养因子更容易调控[2]。营养胁迫可促使植物激素的含量[3]和活性发生变化，并通过这些变化影响其生理过程[4]。

气孔是土壤—植被—大气连续体物质[5]、能量以及信息交换的重要通道[6]，对植物与外界环境水分[7]和气体交换平衡起着重要的调节作用[8]。在植物生理生态学中，气孔的开闭程度用气孔导度来表达[9]。它在控制碳和水分交换的平衡中起着关键作用[10]。研究滴灌棉花内源激素和气孔导度特征[11]，对揭示滴灌棉花生长发育的节肥节水规律[12]和指导棉花生产具有重要意义。

已有国内外学者进行了相关研究，李永秀等建立了冬小麦气孔导度与光合作用的耦合模型[13]；Shimshi发现，氮素缺乏植株不能像供给氮素适量的植株气孔关闭正常，气孔导度降低[14]。王清泉等认为，氮钾配比不仅可以增加玉米叶片中IAA、ZR和GA3含量[15]，降低ABA含量，而且能够调节各个激素之间的平衡；库文珍等认为，水稻耐低钾与其植物激素水平或植物激素间比例关系有关[16-17]；陈骏等认为，玉米苗期伤流液中氨基酸与硝态氮的比值具有很大的遗传差异，且在低氮条件下与田间产量有很好的相关性，主要集中在低氮胁迫下（玉米、水稻、小麦等作物）棉花的产量、吸收氮特性、氮素利用效率以及植株形态特征等方面[18-20]；在低氮条件下，不同玉米品种氮素营养效率的高低与品种的净光合速率、气孔导度等都有一定相关性[21-22]。开展滴灌棉花在不同氮肥条件下内源激素和气孔导度及其特征研究报导的相关内容较少。

棉花是新疆的主要经济作物，花铃期是棉花一生中生长发育最旺盛的时期，是棉花生殖生长的关键时期，是棉花需肥需水的关键时期，又是棉花优质高产、节水和高效的关键时期，研究滴灌棉花花铃期的内源激素和气孔导度特性，深入了解滴灌棉花的花铃期节水节肥生理特性，对提高滴灌棉花产量和品质具有重要意义。本文采用滴灌盆栽方法研究花铃期在不同氮肥条件下滴灌棉花内源激素与气孔导度相关性及其特征变化，为滴灌棉花优质高产节水高效管理提供技术依据。

1 研究区域

石河子市南临天山依连哈比尔尕山北部的前山地带，北接山前倾斜平原及泉水溢出带，东经84°58′—86°24′，北纬 43°26′—45°20′。 由东南向西北稍有倾斜，南北坡降1.2%，东西坡降0.9%，海拔430—520 m，属典型的温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热，年平均气温7.5—8.2℃，日照2 318—2 732 h，无霜期147—191 d，年降雨量180—270 mm，年蒸发量1 000—1 500 mm。土壤多系灰漠土、潮土、草甸土，土质多系砾质土、沙质土、粘质土。

2 研究方法

2.1 供试材料

选取新陆早42号为供试材料，在新疆农垦科学院棉花所棉花育种良繁育基地内进行，供试土壤为新疆石河子一二一团新5连灌耕中壤土，容重为1.632 g/m3（注：取土点），田间持水量为 20.11%（注：取土点），基础肥力为：有机质含量0.64%，碱解氮42.03 mg/kg，速效磷17.80mg/kg，速效钾271.37mg/kg，PH为8.09，总盐为0.34%。试验盆钵为塑料圆桶，上口内直径400 mm，桶底内直径310 mm，高度370 mm，离桶底310 mm处开孔，盆钵上装有通过内镶式的滴水管穿孔，盆钵底部铺有细砂塑料网一层，其次为细砂和小石头混合料3—4 cm，再装供试土壤27—28 cm。滴灌系统：水源，φ32球阀一个，φ32过滤器一个，φ32PE黑色塑料管20 m，水表10块，压力表10块，φ16球阀 30个，φ16堵头 10个，ψ16内镶式滴灌管60 m，每盆一个滴头，滴头流量为2 L/h，滴头间距为50 cm，灌水后第2天进行相关数据的测定工作。

2.2 试验设计

盆栽试验设计：灌水量270 m3/666.7m2（注：当前新疆兵团大田滴灌棉花的亩灌溉定额），滴水次数为13次（注：当前新疆兵团大田滴灌棉花的亩灌溉次数），处理：每个处理一盆，3个施肥水平，重复20次，共计60盆（注：因提取棉花木质部伤流液ABA要剪去每盆的一棵棉株，每次必须对每个水平进行4个盆的平行取样，3个施肥水平，一次则采集12个盆的伤流液样，共采样5次）；3个施肥水平分别为：N2（低氮）：纯 N 2 g/盆，即尿素和磷酸一铵 6.22 g/盆；N4（中氮）：纯 N 4 g/盆，即尿素和磷酸一铵 7.22 g/盆；N6（高氮）：纯 N 6 g/盆，即尿素和磷酸一铵 9.22 g/盆，施肥比例N∶P2O5为1∶0.4（注：因新疆滴灌棉花产量和效益的最佳氮磷肥配比为1∶0.4，在此基础上再进行氮肥量和磷肥量的增减），N用尿素折算，P2O5用磷酸一铵折算。

表1 棉花花铃期不同施氮量ABA与气孔导度的统计特征值Table1 Statisticalcharacteristic values ofdifferentnitrogenapplicationrate and stomatalconductance ABAcottonbollstage

表2 棉花花铃期不同施氮量ABA与气孔导度的成对样本T检验Table 2 Paired samples T-test with different nitrogen amount ABA stomatal conductance cotton boll stage

2.3 测定项目及方法

2.3.1 土壤田间持水率

取样时间为早上10：00，取土样量为20 g/盆·次，测试方法为烘干法测定。

2.3.2 气孔导度

取样时间为中午 12：00—14：00，测试方法：SC-1气孔仪测定。

2.3.3 ABA测试

取样时间为下午10：00开始，取伤流液量为200μL/mL·盆·次·株，测试方法采用酶联免疫分光光度计分析方法。

2.3.4 土样N、P、K养分测试

10月份取样，取土样量为1 000 g/盆，测试方法N（氮）采用0.01 mol/LCaCl2浸提-紫外分光光度法，P（磷）采用Olsen法比色分析，K（钾）采用1.0 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法。

2.3.5 成熟期考种及产量测定

采用百株平均数及实收产量数据。

2.4 数据分析方法

用Excel、SPSS19等分析软件进行数据处理及分析。

3 结果与分析

3.1 滴灌棉花花铃期ABA与气孔导度之间的统计特征

表1为滴灌棉花在花铃期时，不同氮处理下，棉花伤流ABA含量和气孔导度特征值，在施氮水平分别为 N2、N4和 N6，ABA含量的均值为 20.991、22.925和 23.326， 极 小 值 为 16.939、19.941和21.827，极大值为 23.552、25.570 和 26.779，差异明显，其峰度系数为-2.390、-1.173和3.694，偏度系数为-0.717、-0.239和 1.872，服从正态分布；气孔导度的均值为 1712.584、1 565.125和 2 047.980，极小值为 1 383.967、629.733和 744.400，极大值为 2 101.900、2 436.700和3 464.300， 差异明显，其峰度系数为 0.625、-0.894和 0.729，偏度系数为0.515、-0.145和0.267，服从正态分布。结果表明，花铃期棉花伤流ABA含量和气孔导度特征值差异明显，服从正态分布。

3.2 滴灌棉花花铃期ABA与气孔导度之间的成对样本T检验分析

表2给出滴灌棉花花铃期不同氮处理棉花伤流ABA含量与气孔导度的成对样本特征值及T检验，在施氮水平分别为N2、N4和N6条件下，ABA含量与气孔导度成对样本的均值为-1 691.592、-1 542.199和-2024.653，标准误为 269.000、707.389和 1000.396，T检验值为-14.061、-4.875和-4.525，显著水平P为0.000、0.008和0.011，结果表明，在花铃期时，棉花伤流ABA含量与气孔导度成对样本T检验达到极显著水平。

3.3 滴灌棉花花铃期ABA与气孔导度之间相关性及T检验分析

表3为滴灌棉花在花铃期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花伤流ABA含量与气孔导度相关性分析及T检验，在施氮水平分别为N2、N4和N6，ABA含量与气孔导度相关系数 （r）分别为-0.785、-0.899和-0.857，T检验值显著水平 P为 0.116、0.038和0.063。结果表明，在花铃期时，棉花伤流ABA含量与气孔导度的相关性为负相关，T检验N4、N6达到了显著水平。

表3 棉花花铃期不同施氮量ABA与气孔导度的相关性及T检验Table 3 Different Nitrogen ABA and stomatal conductance of cotton boll stage correlation and T-test

3.4 滴灌棉花花铃期ABA与气孔导度之间拟合模型及类型

表4 棉花花铃期不同施氮量ABA与气孔导度的回归关系及类型Table 4 Regression relationships and different types of nitrogen application rate and stomatal conductance ABA cotton boll stage

表4为滴灌棉花在花铃期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花伤流ABA含量与气孔导度回归分析及模型，在施氮水平分别为N2、N4和N6条件下，ABA含量与气孔导度之间回归模型分别为：

结果表明，花铃期施氮水平分别为N2、N4和N6时，棉花伤流ABA含量与气孔导度之间模型类型分别为对数函数模型、二次函数和二次函数模型（见图 1）。

3.5 滴灌棉花花铃期ABA与气孔导度之间模型拟合度及F检验分析

表5为滴灌棉花在花铃期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花伤流ABA含量与气孔导度的模型拟合度及F检验，在施氮水平分别为N2、N4和N6条件下，ABA含量与气孔导度之间的决定系数R2分 别 为 0.623、0.911和 0.970，F检 验 值 分 别 为4.963、10.190和31.892，显著水平P分别为 0.112、0.089和0.030，结果表明，在花铃期，施氮水平为N4和N6条件下棉花伤流ABA含量与气孔导度之间的模型拟合达到显著水平。

表5 棉花花铃期不同施氮量ABA与气孔导度的模型拟合度及F检验Table 5 Model fit different nitrogen application rate and stomatal conductance ABA cotton boll stage and the F-test

4 结论与讨论

花铃期是棉株逐渐长大，根系大量生长，叶面蒸腾不断增加，耗水量日益增大的时期。这个时期需要用灌水有效地调节棉株的营养生长，促进棉花生殖生长，以提高棉花产量和品质。

本研究结果表明，不同氮肥水平条件下滴灌棉花花铃期伤流液ABA与气孔导度的相应关系为：（1）N2（即纯 N 2 g/盆）、N4（即纯 N 4 g/盆）、N6（即纯N 6 g/盆）棉花伤流ABA含量与气孔导度的相关性（r）为负相关，分别为-0.785、-0.899 和-0.857，T 检验N2、N4和N6达到了显著水平。（2）在施氮水平为N2、N4、N6条件下，棉花伤流ABA含量与气孔导度之间的拟合模型分别为对数函数、二次函数、二次函数，决定系数R2分别为0.623、0.911和0.970，经过F检验，N4和N6达到显著水平。

以上不同氮水平处理条件下滴灌棉花伤流液ABA含量与气孔导度的相关性及拟合模型的确定，还有待进一步研究和完善。

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Response Relationshipsbetween Drip Irrigated Cotton ABA and Stomatal Conductanceunder Different Conditionsof Nitrogen Fertilizersin the Blooming Period

ZANG Jian-xin1， YANG Bao-yu2， HE Jiang-yong1， LIYi-nong3
（1Institute of Irrigation and Water Conservancy and Soil and Fertilizer of Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences， Shihezi832000， Xinjiang；2Xinjiang Kuitun seventh division one hundred twenty-eight regiment， Kuitun 833207， Xinjiang；3Department of Irrigation and Drainage， China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100044）

In thisresearch,drop irrigation pottingexperimentswere adopted tostudy theresponse characteristics between drip irrigated cotton's ABA concentration and stomatal conductance under the different conditionsof Nfertilizer levels in the blooming period.As theresultsshowed,under thecondition of pure Nincluding N2g,N4gand N6gper plant in thebloomingperiod,thecomparison of relative coefficients(r)between ABAcontentand stomatal conductancewere-0.785,-0.899and-0.857 respectively,thesignificantlevelsof Pby T testwere0.116,0.038 and 0.063,themodel fittingdetermination coefficients(R2)were0.623,0.911 and 0.970 respectively,thesignificant levelsof Pby Ftestwere0.112,0.089and 0.030,and under theconditionofpure Nwith N2g,N4gand N6gper plantin thebloomingperiod,the correlation between drip irrigation cotton's ABA content and stomatal conductance was negative,and the correlation of N4g per plant and N6 per plantreachesthesignificantlevel.Therefore,theprocessingmodel fittingdetermination coefficient(R2)of N6gper plantreaches thesignificantlevel,and itsmodel isquadratic.

Drip irrigation；Potting；cotton； Stomatal conductance；ABA and blooming period

2017-07-18

国家国际科技合作专项“基于ABA信号的滴灌棉花水肥调控技术合作研究”（2011DFA32800）；兵团现代农业科技攻关与成果转化计划“滴灌棉花液体氮肥随水施肥技术研究与示范”(2016AC011)

联系方式：张建新(1962-),男,四川人,副研究员,研究向方为农业节水、植物营养和盐碱土改良及利用,E-mai l:zhangj x0993@si na.com.通迅作者:李益农(1963-),男,安徽人,教授,研究方向为地面灌溉技术,E-mai l:l i yi nnong@i whr.com