非充分滴灌分配对等行距机采棉生长特性、产量及水分利用率的影响

阿不都卡地尔·库尔班,杨 培,李健伟,张巨松,郭仁松,林 涛，崔建平

(1.新疆农业大学教育部棉花工程研究中心,新疆 乌鲁木齐 830052;2.新疆农业科学院经济作物研究所，新疆 乌鲁木齐 830091)

新疆是我国最大的内陆灌溉棉区，光热资源充足，十分适宜棉花产业的发展[1]。但新疆棉区年降雨量少，尤其是南疆地区年降雨量不足100 mm，农业生产对灌溉水的需求大，水资源紧缺已成为新疆绿洲区制约作物产量和农业发展的重要因素[2]。针对水资源紧缺且用水效率低下的普遍性而提出了非充分灌溉[3]。研究表明，适度的水分亏缺使作物具有适应性和补偿性且有利于作物生长及产量的形成[4-6]。膜下滴灌技术具有现代化的节水、增肥保肥、增产、增效和改善作物品质等优点，促进了新疆棉花产业的发展[7-10]。非充分滴灌(2 800 m3·hm-2)与常规滴灌(3 800 m3·hm-2)在棉花单铃重和皮棉产量上差异不显著[11]。如何合理分配滴灌周期与频次是在非充分滴灌中实现机采棉花既节水又高产的关键问题。

等行距机采种植模式作为一种新的种植模式。研究表明，可以达到优化棉花的冠层结构的目的，使棉花生育后期植株间通风透光，很大程度上增强群体光合作用，增加结铃数和单铃重，显著提高机采杂交棉籽棉和皮棉产量[12-14]。前人在常规滴灌下滴灌周期与频次的合理分配研究较多，但在非充分滴灌下滴灌周期与频次相结合对等行距机采棉生长发育的影响方面还鲜见报道。因此，本试验针对非充分滴灌周期与频次对等行距机采棉生长发育、产量及水分利用率的影响进行研究，以期为干旱地区等行距机采棉滴灌高效管理技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年4-10月在新疆维吾尔自治区阿

瓦提县长绒棉综合培育试验中心进行。试验中心位于塔里木盆地西北沿,处于东经80°44′,北纬40°06′,海拔1 025 m,地势平坦,坡度<1°;属暖温带大陆性气候,无霜期183～227 d,多年平均气温10.4℃,全年≥10℃积温3 987.7℃,多年平均降水量46.7 mm,多年平均蒸发量1 890.7 mm,年日照时数为2 750～3 029 h；试验地土质为砂壤土,供试土壤养分状况见表1。

1.2 试验方案

采用裂区试验设计，主区设2个滴灌周期，分别为T1(7天1次，CK)，T2(10天1次)，副区设3个滴灌频次，分别为D6(6次)、D7(7次)，D8(8次，CK)；总的滴灌量为2 800 m3·hm-2。供试棉花品种为‘新陆中54号’，采用一膜三行等行距机采棉种植模式，行距为76 cm，株距为6 cm，理论密度为21.93 万株·hm-2，幅宽2.3 m；小区面积(3膜)为44.85 m2，重复3次，总占地面积为869.4 m2。

根据棉花生育期需水情况，试验分别进行6、7、8次滴灌，每次灌水量由水表控制。滴灌时间与滴灌量见表2、表3。施用的肥料为尿素(N 46%)、三料磷肥(P2O546%)和硫酸钾(K2O 50%)。基肥：尿素施用总量的20%，三料磷肥施用150 kg·hm-2，硫酸钾施用75 kg·hm-2；追肥：全部施用尿素(总量的80%)前6次灌水以一水一肥形式施肥。

表1 供试土壤基本化学性质

表2 滴灌方案

表3 各试验处理滴灌量

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生育时期 记载苗期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛铃期、吐絮期的日期，各生育时期的确定以达到调查数量50%为标准。

1.3.2 农艺性状 自现蕾开始调查现蕾数、成铃数，在8月25日调查株高、真叶数、主茎到3 叶宽、茎粗、果枝数等主要农艺性状。在定点区域选择长势均匀具有代表性连续10株棉花，内外行各5株，取平均值。

1.3.3 SPAD值 采用SPAD-502叶绿素速测仪(日本产)，每10天测定各处理定点的6株棉花主茎功能叶片(打顶前倒四叶，打顶后倒三叶)的叶绿素含量;每个叶片取五点进行测量,每处理重复3次,以10片功能叶的叶绿素含量的平均值为该处理的SPAD值。

1.3.4 经济产量 吐絮后对每小区株数和铃数记数，选取有代表性的棉株，分上(30朵)、中(40朵)、下(30朵)取样，测其铃重和衣分，重复3次。

1.3.5 水分利用效率(WUE) WUE(kg·m-3)=总产量(籽棉产量)/总灌水量。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0进行统计分析，方差分析均为0.05水平，采用Duncan新复极差多重比较法并用Excel 2010作图。

2 结果与分析

2.1 非充分滴灌周期与频次对机采棉生育进程的影响

如表4、表5所示，不同处理间生育进程在初花期前差异不大，初花期后差异较显著。同一滴灌频次处理下，生育进程随着滴灌周期的延长而明显推迟，滴灌周期T1处理比T2处理提前了1～11 d；就整个生育期来看，滴灌周期T1处理比T2处理均提前4～6 d。同一滴灌周期下，在初花期后，生育进程随着滴灌频次的增加而呈现先增后降趋势。D6、D8较D7处理分别提前5～6、2～3 d；从整个生育期来看，D6、D8较D7处理分别提前6、2～3 d。说明了D6、D8处理自盛铃后出现轻度早衰现象，至吐絮期D6处理出现严重早衰。

2.2 非充分滴灌周期与频次对机采棉农艺性状的影响

由表6可知，同一滴灌频次处理下，随着滴灌周期的延长，株高、主茎节间长、倒四叶宽降低，真叶数反而增加，果枝数、有效果枝数则无显著差异。同一滴灌周期下，株高和倒四叶宽随着滴灌频次的增加而降低，均表现为D6>D7>D8，主茎节间长和真叶数随着滴灌频次的增加而增加，均表现为D8>D7>D6,果枝数和有效果枝数均表现D7处理优于其余两个处理。综上所述，滴灌周期T2处理虽然株高较T1处理低，但真叶数和有效果枝数优于T1处理，且增加效果明显;滴灌频次间D7处理表现最优。

2.3 非充分滴灌周期与频次对机采棉叶面积指数(LAI)的影响

叶面积指数(LAI)是衡量棉花群体冠层结构是否合理的重要指标之一[15]。如图1所示，在初花期各处理差异不大，初花期后各处理差异显著。同一滴灌频次下，随着滴灌周期的延长，LAI呈现降低趋势，滴灌周期T1处理对T2处理而言LAI平均降低了11%。同一滴灌周期下，LAI随滴灌频次的增加呈先上升后下降的趋势(除吐絮期外)，在盛铃期达到最大值，各滴灌频次处理LAI均表现为D7>D6>D8。在滴灌周期T1处理下D7处理LAI较D6,D8处理分别增加了8.2%、16.9%。在滴灌周期T2处理下D7处理LAI较D6、D8处理分别增加了5.4%、15.9%。至吐絮期，各滴灌频次处理LAI均表现为D8>D7>D6，在滴灌周期T1处理下D8处理LAI较D7,D6处理分别增加了14.8%、31.7%，在滴灌周期T2处理下D8处理LAI较D7、D6处理分别增加了2.8%、11.7%。说明滴灌周期T2处理下D7处理更有利于建成良好的冠层结构，提高光能利用率，为产量的提高奠定了良好的基出。

表4 不同处理下棉花生育进程(m-d)

表5 不同处理下棉花生育期/d

表6 不同处理下棉花农艺性状比较

注: 不同小写字母表示差异达P<0.05显著水平，下同。

Note: different lowercase letters mean significant differences atP<0.05，the same below.

注：BUS—盛蕾期；EFS—初花期；FFS—盛花期；BS—盛铃期；BOS—吐絮期。下同。Note:BUS—budding stage;EFS—early flowering stage;FFS—full flowering stage;BS—boll stage;BOS—boll opening stage. The same below.图1 不同处理下棉花叶面积指数(LAI)的变化Fig.1 The comparison of cotton LAI under different treatments

2.4 非充分滴灌周期与频次对机采棉SPAD值的影响

由图2可以看出，机采棉SPAD值随生育进程的延长呈先升后降的趋势。同一滴灌频次下，滴灌周期T1处理比T2处理SPAD值在现蕾至盛蕾均增加了1.4～3.9，在吐絮期反而平均降低了1.1～1.6。同一滴灌周期下，SPAD值随着滴灌频次的增加呈先增后降的单峰曲线，各处理在盛花期达到峰值，不同滴灌频次处理表现为D7>D6>D8，而在吐絮期则表现为D8>D7>D6。说明滴灌周期短或滴灌频次多使机采棉叶绿素含量过多或过少，易造成机采棉早期的旺长和贪青晚熟。

2.5 非充分滴灌周期与频次对机采棉三桃比例的影响

由图3可知，同一滴灌频次下，滴灌周期T1处理比T2处理伏前桃比例平均增加了6.3%，同一滴灌周期下，均表现为D6>D7>D8。伏桃比例很大程度上决定了棉花产量，同一滴灌频次下，滴灌周期T1处理比T2处理伏前桃比例平均降低了4%，同一滴灌周期下，均表现为D7>D8>D6。从秋桃比例来看，同一滴灌频次下，滴灌周期T1处理比T2处理伏前桃比例平均降低了2.3%，同一滴灌周期下，均表现为D8>D6>D7。结果表明，不同滴灌分配处理对棉花三桃比例有一定影响，前中期的高滴灌量可促进伏桃的增加，减少秋桃，降低提前停止滴灌对棉花产生的不利影响，从而提高产量。

2.6 非充分滴灌周期与频次对机采棉蕾铃消长动态的影响

由图4可知，同一滴灌频次下，随着滴灌周期的延长，现蕾数呈现降低趋势，滴灌周期T2处理比T1处理现蕾数平均降低了0.97个·株-1。同一滴灌周期下，随着滴灌频次的增加，现蕾数呈现为先增后降的趋势，初花期达到峰值，各处理现蕾数均表现为D7>D6>D8。由图4可知，同一滴灌频次下，随着滴灌周期的增加成铃数呈增加趋势，滴灌周期T2处理比T1处理成铃数均增加了0.54个·株-1。同一滴灌周期下，随着滴灌频次的增加，成铃数呈现为先增后降趋势，盛铃期达到峰值，滴灌周期T1处理成铃数均表现为D7>D8>D6，滴灌周期T2处理成铃数均表现为D7>D6>D8。综上所述，不同处理蕾铃消长情况表现为此消彼长的关系，成铃数均表现为滴灌周期T2处理下D7处理增加幅度最大，对滴灌周期T1处理下D7处理而言成铃数增加了2.15%，说明较多的现蕾数与成铃数是获得产量的关键。

图2 不同处理下棉花SPAD值的变化Fig.2 The comparison of cotton SPAD value under different treatments

注：BHB—伏前桃；HB—伏桃；ACB—秋桃。Note:BHB—before hot boll;HB—hot boll;ACB—autumn cotton boll.图3 不同处理下棉花三桃比例的变化Fig.3 Changes of cotton three peach ratios under different treatments

2.7 非充分滴灌分配对机采棉产量及水分利用率的影响

如表6所示，各处理等行距机采棉花单株结铃数、单铃重两个产量构成因素差异达到显著水平(P<0.05)，收获株数、衣分无显著差异(P>0.05)。同一滴灌频次下，滴灌周期T1处理比T2处理籽棉、皮棉产量平均降低了88.12～617.68 kg·hm-2、82.86～252.23 kg·hm-2。同一滴灌周期下，不同处理随着滴灌频次的增加单株结铃数与籽棉、皮棉产量呈先增后降的趋势，在滴灌周期T1处理下，不同滴灌频次处理表现为D7>D8>D6，D7处理较D6、D8处理单株结铃数分别增加了0.54、0.28个·株-1，籽棉产量分别增加了17.8%、11.1%；在灌水周期T2处理下，不同灌水频次处理表现为D7>D6>D8，D7处理较D6、D8处理单株结铃数分别增加了0.24、0.37个·株-1，籽棉产量分别增加了7.5%、15.9%。在水分利用率方面，同一滴灌频次下，滴灌周期T2处理比T1处理增加了3%。滴灌周期T1处理下，不同滴灌频次表现为D7>D8>D6，D7处理较D6、D8处理水分利用率分别增加了18.0%、11.3%。滴灌周期T2处理下，不同滴灌频次表现为D7>D6>D8，D7处理较D6、D8处理水分利用率分别增加了7.7%、16.0%。说明滴灌周期T2处理与D7滴灌频次处理组合水利用效率最高，且增产效果最优。

3 讨论与结论

大量研究表明，不同滴灌处理对棉花地上部分生长发育有明显影响，且产量有显著差异，水分亏缺会破坏棉花叶片结构与功能，加快叶片衰老速度，降低棉花叶面积指数以及叶绿素含量[16-18]，影响经济产量的形成[19]。且花铃期的水分胁迫会影响棉花抗干旱能力，使棉花受到伤害的可能性更大[18]。本研究表明，在初花期后，生育进程随着滴灌周期的增加而明显延迟，从整个生育期来看，滴灌周期T2处理平均延迟5 d。同一滴灌周期下，D6、D8自初花后出现轻度早衰现象，至吐絮期D6处理出现严重早衰，不利于产量形成。机采棉的农艺性状指标不仅可以衡量株型结构的合理性，且对棉花产量有重要影响[20]。本研究表明，同一滴灌频次下，株高、主茎节间长、倒四叶宽随着滴灌周期的延长而降低，与王一民的结论相似[21]。但真叶片数反而增加，果枝数、有效果枝数则无显著差异。同一滴灌周期下，株高和倒四叶宽随着滴灌频次的增加而降低，此与李淦结论相似[20]。叶面积指数(LAI)是衡量棉花群体冠层结构的重要衡量指标之一[15]。研究表明，随着滴灌周期的延长，LAI呈现降低趋势。

图4 不同处理下棉花蕾铃数的变化Fig.4 The changes of bud numbers and boll numbers under different treatments

滴灌周期Dripirrigationcycle滴灌频次Frequency ofdrip irrigation收获密度/(104株·hm-2)Harvested density/(104plant·hm-2) 单株铃数Bolls numberper plant单铃重/gBoll weight衣分/%Lint percentage皮棉产量Lint yield/(kg·hm-2)水分利用率WUE/%T1D619.94a4.71d5.96ab45.27bc2515.15c2.00dD720.39a5.25ab6.17a46.85ab3090.42a2.36aD820.08a4.97c5.95ab45.56abc2706.44bc2.12cT2D620.25a5.07bc6.05a44.51c2767.38b2.22bD720.56a5.31a6.09a47.46a3173.28a2.39aD820.08a4.94c5.81b43.65c2536.23c2.06cd

注：不同字母分别表示P<5%水平下显著性差异。

Note: the different letters indicate the significant difference ofP<5%.

同一滴灌周期下，不同滴灌频次处理LAI呈先上升后下降的趋势(除吐絮期外)，在盛铃期达到最大值，此与前人研究结果一致[23]。各滴灌频次处理LAI均表现为D7处理较优。机采棉SPAD值随生育进程的延长呈先升后降的趋势。随着滴灌周期的延长，SPAD值呈现降低趋势。同一滴灌周期下，不同滴灌频次处理SPAD值呈先上升后下降的趋势(除吐絮期外)，在盛花期达到最大值，各滴灌频次处理LAI均表现为D7处理较优。至吐絮期，各滴灌频次处理SPAD值均表现为D8处理较优。此可能与最后一次滴灌而造成的贪青晚熟有关，从而导致最终产量降低。

综上所述，滴灌周期T2处理虽然株高、LAI较T1处理略低，但真叶数、有效果枝优于T1处理，且增加显著;滴灌频次方面以D7处理下真叶数、果枝数、LAI和SPAD值最高;显著提高了水分利用效率，最终有利于产量的形成。花铃期水分分配较少，导致棉株蕾铃数减少，伏桃比例降低，秋桃比例增加，而降低了棉花产量[22]。本研究表明，伏桃比例很大程度上决定了棉花产量，各滴灌周期与频次处理间，现蕾与成铃数均呈现先增后减的趋势。蕾铃消长情况均表现为滴灌周期T2处理下滴灌频次D7处理最高，有利于营养生长及时向生殖生长转化，促进最终产量的形成。两个滴灌周期间单铃重、皮棉产量及水利用效率差异不显著，但随着滴灌频次的增加其呈先增后降的趋势，以D7处理最高，分别比D6、D8平均增产12.7%、13.5%，水分利用效率分别提高了12.9%、13.7%。因此，在南疆阿克苏地区，等行距机采棉滴灌周期为T2(10天1次)条件下，滴灌频次为D7(7次)适宜。