深松下滴灌周期对棉花农艺性状及产量的影响

刘忠山，李春平，地里夏提·艾合买提，徐海江，张大伟，魏 鑫，崔建平

(1.新疆农业科学院经济作物研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业大学，乌鲁木齐 843200)

新疆属于极端干旱地区，棉花种植完全依赖于灌溉，新疆水资源总量有限[1]，尤其是南疆地区，降雨稀少，蒸发强烈，年蒸发量高达2 000～3 400 mm[2]，新疆植棉生产面临水资源严重匮乏的问题亟待解决，节水高效农业成为现代农业发展的新趋势。在南疆棉区极端干旱气候条件下，如何优化调度，提高滴灌水有效利用率，建立节水灌溉棉花的水分管理指标体系[3]，以实现滴灌时间、滴灌水量与滴灌周期同棉花生长季水量需求的同步已成为目前制约南疆棉花生产的瓶颈。前人研究表明，灌水间隔过大或过小均不利于棉花生长，在砂性土壤条件下，7 d 滴1次水的频率可获得较高的产量和水分利用效率[4]；且灌水周期为 2 d 的表层土壤含水率较高，随灌水频率的增大，棉花花铃期耗水强度增大，产量提高 7.3%～17.4%[5]；Jordan[6]等和 Wang[7]等研究认为，高灌溉频率能为作物根系提供吸收水肥的最适条件，但会增加能量和劳动力的消耗，并导致水和养分向根区以下转移，而灌水频率过低，可能导致作物肥不足，生长受到抑制。

深松对改善土壤物理特性及作物生长状况起着重要的作用[8]。滴水频率是膜下滴灌技术的重要参数，也是调节土壤干湿状态的重要影响因子[9]，其影响了土壤的水、热分布状况，必然会对作物生长和水分利用效率产生影响[10]。目前，国内外大部分研究主要集中在不同灌水量和灌水周期等方面的研究，但在特定深松且灌溉总量相同条件下，不同滴灌周期对棉花生长发育及水分利用率的影响鲜见报道。针对上述问题，本研究对新疆连作棉田进行播前深松耕作，阐明40 cm深松条件下，不同滴灌周期对生长发育指标和产量形成的影响，对于构建综合性高效作物管理技术体系具有重要指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在新疆阿克苏地区阿瓦提县新疆农业科学院试验基地进行，该区热量资源丰富，年平均日照时间2 679 h，年平均气温10.4 ℃，年均降水量46.7 mm，平均蒸发量1 890.7 mm，无霜期211 d。试验地土质为砂质壤土，耕层土壤养分状况均值为：有机质含量7.41 g/kg，全氮0.47 g/kg，碱解氮60.98 mg/kg，速效磷35.36 mg/kg，速效钾155.17 mg/kg，容重1.45 g/cm3，土壤pH 7.8。前茬作物为棉花，供试棉花品种为：新陆中88号。

1.2 试验设计

深松40 cm条件下，灌溉定额3 600 m3/hm2，设置3个灌溉周期(4 d，7 d，10 d一次)，试验小区采用随机区组设计，小区宽6.9 m，长6.5 m，面积44.58 m2，每小区重复4次，总共12个小区，试验小区总长度为27 m(含走道)，宽度为20.7 m(9幅膜)，总面积为558.9 m2。膜宽2.0 m，播幅2.3 m，1膜6行，行距(10+66+10+66+10)cm，株距12 cm。于6月19日灌溉头水，其他措施同大田。

1.3 测定项目

1.3.1 农艺性状

自现蕾开始调查各生育时期株高、真叶数、茎粗、果枝数、现蕾数、成铃数等主要农艺性状。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。

1.3.2 干物质

棉花三叶期(5月25日)、现蕾期(6月15日)、开花期(7月5日)、盛花期(7月25日)、盛铃期(8月15日)、吐絮期(9月5日)开始每个生育时期每个处理取长势均匀植株6株，带回实验室将其分解成根、茎、叶、蕾铃，放入烘箱，105 ℃杀青，然后调至80 ℃恒温至棉花植株样恒重(约48 h)。

1.3.3 经济产量

吐絮后对每个小区株数和铃数记数，选取有代表性的棉株，分上(50 朵)、中(50 朵)、下(50 朵)取样，测其铃重和衣分，重复3次。

1.3.4 水分利用率

水分利用率WUE=籽棉产量/灌溉量

(1)

2 结果与分析

2.1 不同滴灌周期对棉花农艺性状动态变化的影响

由图1可知，棉花株高随生育期推移呈现增加趋势，其花期后生长缓慢。不同滴灌周期间，株高随滴灌周期的延长而下降。在花期，其表现为4 d>7 d>10 d。4 d处理比其他增加了3.8%、8.2%。棉花主茎叶随生育期的推移呈现先增后降的趋势，其花期出现峰值。不同处理间7 d处理与4 d处理相比分别增加了1.09%、16.39%，且与10 d处理差异显著(P<0.05)。此说明，滴灌周期7 d持有较高的株高和主茎叶数，有利于棉花正常生长发育。

图1 不同处理对棉花株高和主茎叶的影响Fig.1 Effects of different treatments on plant height and main stem and leaf of cotton

2.2 不同滴灌周期对棉花蕾铃消长的影响

由图2可知，棉花蕾数随生育期的推移呈现下降趋势，其蕾期、花期不同处理间呈现先增后降的趋势，且表现为4 d>7 d>10 d。铃数随生育期的推移呈现先增后降的趋势，在棉花铃期达到峰值。不同处理在铃期、吐絮期达到显著差异(P<0.05)，其表现为7 d>10 d>4 d，7 d处理与4 d、10 d处理相比分别增加了18.19%、9.38%、8.54%、4.98%。此说明，深松条件下滴灌周期7 d有利于蕾铃的正常消长，且保证较高的结铃数，为产量打下基础。

注：不同字母表示0.05水平上存在显著性差异，下同。图2 不同处理对棉花蕾铃数动态变化的影响Fig.2 Effect of different treatments on dynamic change of boll number of cotton buds

2.3 不同滴灌周期对棉花干物质积累与分配的影响

由图3可知，棉花干物质积累随生育期的推移呈现增长趋势。其花期、铃期、吐絮期不同处理间呈现先增后降的趋势且达到显著差异水平(P<0.05)，其表现为7 d>4 d>10 d。棉花干物质分配随生育期的推移，营养器官转向生殖器官转移，不同处理间生殖器官在吐絮期呈现7 d>10 d>4 d且7 d与4 d、10 d处理相比分别增加了11.22%、7.69%。此说明，深松条件下滴灌周期7 d处理有助于营养器官转向生殖器官且持有较高的生殖器官干物质积累，从而促进棉花产量的形成。

图3 不同处理对棉花干物质积累与分配的影响Fig.3 Effects of different treatments on dry matter accumulation and distribution of cotton

2.4 不同滴灌周期对棉花产量及产量构成因素的影响

由表1可知，深松条件下不同滴灌周期对棉花收获株数、衣分、籽棉产量及水分利用率的影响无显著差异(P<0.05)，且7 d处理大于其余处理。其中籽棉产量与水分利用率与其他处理相比分别增加了15.72%、16.50%、17.48%、18.38%。滴灌周期对单株结铃数、单铃重影响差异显著(P<0.05)，其随滴灌周期的增长呈现先增后降的趋势，其表现为7 d>10 d>4 d，7 d与4 d、10 d处理相比分别增长了8.53%、4.98%，9.31%、8.38%。说明，深松条件下滴灌周期7 d处理有利于产量的形成。

表1 不同滴灌周期对棉花产量及WUE的影响Tab.1 Effects of different drip irrigation cycles on yield and WUE of cotton

3 讨论与结论

棉花的生长发育与灌水模式密切相关[11]。深松和滴灌周期通过改变土壤理化结构和水肥环境状况进而对作物生长发育产生作用，影响产量形成[12]。 获得优质高产的籽棉是种植棉花的最终目的，保持营养生长与生殖生长之间、产量构成要素之间、生物学产量和经济产量之间的相互协调是棉花优质高产的关键[13]。作物关键生育期少量多次灌水方式是一种新型的灌溉方式，它是在作物的某些需水关键期，控制水分供应，有目的地使作物经受水分胁迫，影响光合产物向不同组织器官重新分配[14]。本试验研究表明，深松条件下不同滴灌周期影响棉花株高、主茎叶、蕾数及铃数等棉花农艺性状，从而影响棉花产量的形成，此与康绍忠不同灌水模式影响棉花生长发育研究结论一致[11]。棉花干物质积累随生育期的推移呈现增长趋势,其花期、铃期、吐絮期不同处理间呈现先增后降的趋势且达到显著差异水平(P<0.05)，其表现为7 d>4 d>10 d。棉花干物质分配随生育期的推移，营养器官转向生殖器官转移，不同处理间生殖器官在吐絮期呈现7 d>10 d>4 d且7 d比其他处理增加了11.22%、7.69%。此与前人研究的不同灌溉频率下棉花生物量差异显著一致[12]。适宜的滴灌处理对棉花干物质累积量大，且向生殖器官分配的比例高，单株铃数较多，单铃质量高，因而可显著提高棉花产量和水分利用效率[11]。本试验表明，深松条件下不同滴灌周期对棉花收获株数、衣分、籽棉产量及水分利用率的影响无显著差异(P<0.05)，且7 d处理大于其余处理。其中籽棉产量与水分利用率与其他处理相比分别增加了15.72%、16.50%，17.48%、18.38%。王晓娟等[15]人研究表明，滴灌周期对棉花单株结铃数、单铃重有影响显著。与本试验结果一致，本试表明滴灌周期对单株结铃数、单铃重影响差异显著(P<0.05)，其随滴灌周期的增长呈现先增后降的趋势，其表现为7 d>10 d>4 d，7 d与4 d、10 d处理相比分别增长了8.53%、4.98%，9.31%、8.38%。

综上所述，深松40 cm条件下滴灌周期7 d为最优处理，能有效促进棉花生长，提高生殖器官干物质积累量和水分利用效率，从而提高棉花产量。