盐分胁迫下滴灌时间对棉花生长和产量的影响

龚江，谢海霞

（石河子大学农学院，新疆石河子832003）

20 世纪80 年代中期以来，绿洲灌溉农业迅速发展导致的耕地大面积次生盐渍化已成为新疆灌溉农业可持续发展所面临的重要生态环境问题[1-2]。目前，全世界盐渍土面积近10 亿hm2，我国各类盐渍土约8 180 万hm2，其中次生盐渍化土壤占30%以上，还有1 733 万hm2土壤存在潜在盐渍化[3]。土壤盐碱化和水资源短缺等生态环境问题已成为制约棉花可持续发展的重要因素。棉花具有一定的耐盐性，但当土壤盐分含量较高时，棉花生长就会延迟，导致产量下降、纤维品质降低[4-6]。 目前，棉花耐盐的相关研究多集中在盐胁迫下的生理、耐盐遗传机理和分子机理等方面。灌水和施肥是棉花重要的调控措施，而灌水对棉花生长的影响更大[6]；因此，本研究在常规灌水的基础上，设置1 个提前灌水处理， 分析其在降低盐分抑制棉花生长中的作用，为盐碱地棉花生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和试验地

供试棉花品种为新陆早26 号。试验于2019 年在石河子大学农学院试验站盐池进行，盐池长、宽、深度为1.8 m、1 m、0.9 m。 以10 cm 为一层填土，填土深度为90 cm。

1.2 试验设计

试验为两因素试验，设计3 个盐分水平：分别为低盐处理［不加盐，相当于原试验地土壤盐分含量， 土水质量比为1∶5 时的电导率 （EC1:5） 值为0.230 dS·m－1］， 中盐处理 （加质量分数0.3%的NaCl，土壤EC1:5值为0.904 dS·m－1），高盐处理（加质量分数0.6%的NaCl， 土壤EC1:5值为1.910 dS·m－1）；初次灌溉时间设置2 个水平，早灌水为5 月25 日灌头水（即提前10 d 灌水），晚灌水为6 月5日灌头水（常规灌水）。 每个处理3 个重复，每个盐池种植4 行棉花。 棉花采用膜下滴灌栽培，1 条滴灌带控制2 行作物，滴头间距为40 cm，棉花行距为（30＋60）cm，株距为8 cm。4 月24 日播种，播种密度为2.77×105株·hm－2，为保证出苗，各处理滴灌出苗水300 m3·hm－2。 为保证试验的一致性，灌水间隔和灌水量保持一致，共9 次灌水，生育期间总灌水量为4 200 m3·hm－2，7 月23 日打顶。处理间其余农艺措施一致。

1.3 样品采集与测定

在棉花出苗后32 d（6 月5 日），每隔8 d 分别测量各处理棉花株高。 在棉花蕾期（出苗后50 d）、花期（出苗后72 d）、铃期（出苗后94 d）以及吐絮期（出苗后147 d）时取各处理棉花倒4 叶，采用丙酮法测量叶绿素含量、采用蒽酮比色法测量可溶性糖含量[8]。 在棉花苗期（出苗后23 d）、蕾期、花期、铃期、吐絮期分别取不同处理的棉花地上部分，烘干后测定干物质积累量。在棉花花期测定棉花不同部位叶片的蒸腾速率、光合速率、气孔导度以及胞间二氧化碳浓度。 在棉花吐絮期进行测产，测定棉花单株结铃数、铃重以及籽棉产量。

1.4 数据处理及方法

2 结果与分析

2.1 株高

2 个灌溉时间处理的棉花株高变化趋势相似（图1）。 现蕾后（出苗后32 d）各处理棉花株高迅速增加，尤其是灌水后低盐处理的棉花株高增加速率明显高于中、高盐处理（P＜0.05），这种趋势一直保持到打顶（出苗后80 d）。此时3 个盐分水平下早灌水处理的株高分别为67.10 cm、58.11cm、53.11 cm，晚灌水处理的株高略低，分别为65.10 cm、55.40 cm、51.67 cm。

图1 不同盐处理棉花株高

采用Logistic 生长曲线模拟整个生育期株高生长（表1），结果表明：棉花生长符合慢-快-慢的生长规律。 早灌水低盐处理的Logistic 方程为y＝94.21/（1＋19.169 5e0.04973x），在出苗后60 d 迎来拐点。 此时棉花株高生长速率达到最大，为1.17 cm·d－1，株高为47.1 cm，此后生长变缓，至打顶时由于棉花的无限生长， 株高仍有增加的趋势。而中、高盐胁迫处理的拐点推迟了4 d，达到拐点时株高、生长速率也明显低于低盐处理。 晚灌水各处理的拐点相比早灌水推迟2 d 左右，达到拐点时的生长速率略低，株高较低，所以导致打顶时株高也较低（图1），预测最终理论株高（7 月23 日已打顶，7 月23 日以后的株高根据Logistic 生长曲线预测）也低于早灌水各处理2～3 cm。

表1 各处理株高Logistic 生长曲线方程分析

2.2 干物质积累量

早灌水各处理在花期（出苗后72 d）前，棉花地上部分干物质积累量差异不大（P＞0.05），开花以后低盐处理干物质积累量迅速增加，成熟收获时地上部分干物质质量为67.45 g，显著（P＜0.05）大于中盐和高盐处理的55.61 g、42.15 g，低盐相比高盐处理增加幅度达到60%（图2）。 晚灌水各处理开花以后干物质积累量稍低，收获时干物质质量分别为56.78 g、49.49 g、38.25 g。

图2 不同盐处理棉花地上部干物质积累量

2.3 叶绿素含量

叶绿素含量是植物生长状况的重要指标之一，也是反映植物生长阶段以及营养生长状况的重要参数。 方差分析结果表明，2 个灌溉时间棉花叶绿素含量差异不显著（P＞0.05），3 个盐分之间棉花叶绿素含量存在极显著差异（P＜0.01），土壤含盐量越高，棉花叶片叶绿素含量越低。各时期相比较，铃期的叶绿素含量均高于其他时期，吐絮期叶片叶绿素含量最低（表2）。 早灌水条件下，低盐处理的棉花蕾期、花期、铃期以及吐絮期叶绿素含量都明显高于中盐、高盐处理。晚灌水条件下，棉花各时期的叶绿素含量表现为低盐＞中盐＞高盐。

表2 各处理棉花倒4 叶叶绿素含量 mg·g－1

2.4 光合作用指标

花期（7 月18 日） 测定棉花冠层光合作用指标（表3）。早灌水各处理除胞间二氧化碳浓度外均表现为上部叶片＞中部叶片＞下部叶片； 不同盐分处理相比， 低盐处理棉花上部叶片的光合速率、 气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率分别为27.52 μmol·m－2·s－1、0.39 mmol·m－2·s－1、201.36 μmol·mol－1、11.76 mmol·m－2·s－1， 均高于其他2 个盐分处理的上部叶片同类指标，并且随着盐度增加呈下降趋势。可能由于遮蔽更大（上、中部叶片叶宽较大），低盐处理下部叶片的光合速率明显低于其他盐胁迫处理同部位的叶片。 晚灌水条件下，不同盐胁迫对光合作用指标的影响与早灌水类似。

2.5 可溶性糖含量

糖是植物生长发育和基因表达的重要调节因子，它不仅是能量来源和结构物质，而且在信号转导中具有类似激素的初级信使作用。方差分析结果表明，2 个灌溉时间棉花叶片可溶性糖含量差异均不显著，但3 个盐分处理之间叶片可溶性糖含量存在显著差异。 在蕾期棉花叶片的可溶性糖含量为1.2%～1.5%（表4）， 花期达到最大， 都在2.5%以上，铃期开始下降。 铃期以前低盐处理叶片可溶性糖含量高于其他2 个盐分处理，中盐处理也高于高盐处理。 吐絮期棉花叶片可溶性糖含量显著下降，其中低盐处理下降最大。 晚灌水处理各生育期可溶性糖含量随盐分增加呈下降趋势， 吐絮期各盐分处理的可溶性糖含量明显高于早灌水处理，其余时期相差不大。

表3 各处理棉花光合作用指标（花期）

表4 各处理叶片可溶性糖含量%

2.6 产量

从产量构成的主要因子来看，2 个灌溉时间棉花产量因子差异均不显著（P＞0.05），3 个盐分处理之间产量因子存在显著差异（P＜0.05）。 早灌水条件下，产量各因子随盐分增加均出现一定程度下降（表5）：收获时中盐处理与低盐处理相比铃重略有下降，但差异不显著，而收获密度、平均单株结铃数显著降低，最终导致产量下降；高盐处理各因子下降幅度更大。晚灌水的棉花产量各因子也表现随盐分增加而降低的趋势，单株结铃数、铃重大部分低于早灌水处理，其中单株结铃数降幅较大，导致产量低于早灌水处理； 晚灌水高盐处理产量最低，仅为3 154.7 kg·hm－2，与早灌水高盐处理相比下降幅度达到5.0%。

表5 不同灌溉方式产量及产量因子

3 结论

提前灌水对棉花生长有促进作用。 5 月25 日灌头水处理的棉花生长状况明显好于6 月5 日灌头水处理，叶片光合能力较好，地上部分生长旺盛，因此干物质积累量较大。 对株高Logistic 方程分析表明，提前灌水处理株高的拐点相比6 月5 日灌头水提前2 d 左右， 到达拐点时的生长速率略高，所以导致打顶时株高也高2～3 cm。

提前灌水棉花单株结铃数有增加的趋势，尤其是高盐处理单株结铃数显著增加，由3.305 个增加到3.605 个，在铃重变化不大的情况下，提前灌水产量增加了5.3%（由3 154.7 kg·hm－2增加到3 321.3 kg·hm－2）， 明显高于其他2 个处理增幅（2.2%左右），表明提前灌水对高盐的产量促进作用更大一些。