干播湿出模式下不同出苗水对棉花生理性状及产量的影响

2022-09-24袁席天白云岗孙三民刘洪波

节水灌溉 2022年9期

袁席天，白云岗，孙三民，刘洪波，郑明，肖军

（1.塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆阿拉尔 843300；2.新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049）

0 引言

棉花是我国重要的经济作物和纤维作物，新疆作为我国棉花主要产地之一，棉花产量占全国棉花总产量的80%，棉花种植面积以及产量均居全国首位[1]。干旱可能抑制作物生产力，尤其是在高温条件下[2]，而由于新疆地处欧亚大陆腹地，是典型的内陆干旱半干旱区[3]，干旱少雨而蒸发强烈的特征使新疆农业以绿洲灌溉农业为主[4]。新疆南疆地区水资源短缺，土壤次生盐渍化严重，水资源定额管理下，生育期、非生育期用水矛盾突出，现状灌溉用水方式难以为继，采取有效措施实现水资源对经济社会发展的有效支撑和持续利用是当务之急。干播湿出技术是近年来研究推广的一项重要节水技术，节水效果显著，可缓解用水紧张现状。南疆地区采用干播湿出技术，即48 h 内滴水补墒出苗，可以实现节水增效、适期早播的目的[5]。张永玲等认为对于南疆灌区特定的气候土壤环境下，干播湿出膜下滴灌棉花种植方式可促进棉花发芽出苗，有利于棉花苗期提墒增温[6]。王成、王久生等研究表明一年免冬春灌采用干播湿出播种方式可满足棉花出苗水分要求，且节水增产效果明显，滴灌具有的节水控盐作用使目前棉花非生育期大水洗、压盐向棉花生育期滴灌控盐转变成为可能[7,8]。姚宝林等研究发现免冬春灌下相同灌溉定额下高频率灌溉可提高棉花生长指标量累计速度[9]，危常州等研究发现干播湿出在花铃期铃重、根系载铃量显著高于常规灌溉处理,生育期比常规灌溉处理提前,表现较大增产优势[10]。南疆由于冬季无积雪，播前土壤墒情较差，出苗水灌溉定额受土壤质地影响较大，滴水补墒技术还存在着滴水量、滴水频次对棉花生长发育调控机理认识不清等问题，严重影响了大面积推广应用,干播湿出调控土壤的作用对棉花生理生态的影响还需进一步研究[11]。本文结合当地生产实际，在南疆地区开展干播湿出实际应用下，通过设置不同出苗水量及灌水频率，出苗期后再进行当地灌水，为该地区干播湿出的适用以及农业生产过程中出苗水分滴灌调配提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021年4-10月在沙雅县海楼镇实验站(82°72′E41°29N)进行，沙雅县位于中国新疆阿克苏地区东偏南，塔里木盆地北部，渭干河绿洲平原南端，属于暖温带大陆性干旱气候，近年平均降雨量约为149.85 mm，平均蒸发量约为2 089.7 mm。棉花生育期试验区地下水埋深约为3.8 m 左右，土壤含盐量在1 g/kg 以下，0～80 cm 土层以低盐碱沙壤土为主，80～100 cm土层以沙土为主，土壤的各项物理参数见表1。

表1 播前土壤理化性质Tab.1 Soil physical and chemical properties before sowing

1.2 试验设计

棉花供试作物为源棉11号。试验采用单翼迷宫式滴灌带，滴头间距为46 cm，滴头设计流量2.1 L/h，采用1 膜3 管6 行（单位地膜覆盖6 行棉花，铺设3 条滴灌带）的模式，见图1，整膜宽205 cm，宽行膜间距离66 cm。灌溉水源用地表水，实测的矿化度值为2.1 g/L，采用水泵供水和水表计量，采用施肥罐进行施肥。试验共设6 个出苗水量处理和冬灌对照处理，每个处理3 次重复，C1、C2、C3 处理为1 次灌水，灌水定额为675、900、1 125 m3/hm2；C4、C5处理为两次灌水，灌水定额为675、225 m3/hm2和675、450 m3/hm2；C6 处理灌水3 次，灌水定额为675、300、150 m3/hm2。各处理出苗后灌水方案均一致，具体试验设计见表2。

表2 灌水设计方案Tab.2 Irrigation test schence

图1 棉花种植模式（单位：cm）Fig.1 Cotton planting pattern

1.3 测定项目与方法

播种18 d 后，统计棉苗出苗率(出苗株数占总播种粒数的百分比)，每个处理选取3 个样本点（中间三膜），每个样本点测100 穴棉苗，分别调查出苗率、未发芽率、烂种率、空穴率，其中：发芽率+未发芽率+烂种率+空穴率=100%。

从棉苗4～5叶片后，每隔10 d左右观测各处理棉花的不同生育期生长发育情况，选择小区内附近位置生长情况基本接近的棉株15株（两边行5株，中行5株），测量株高、茎粗等。株高从子叶节处开始至最上部叶片顶心处进行测量，茎粗测量子叶节到第一片真叶节间最细处茎的直径。将蕾、根、花、铃、茎、叶等器官剪下用电子天平测量其鲜重，后置于105 ℃的烘箱中杀青30 min，然后在烘箱85 ℃条件下烘干至恒重，测定其干重。

棉花收获时，在各小区随机挑选3 个1 m×1 m 大小的样方，取3个小区平均值，测得单株铃重、单株铃数、籽棉产量等产量构成要素。

1.4 数据处理与分析方法

采用Excel 2016 软件进行数据整理，Origin 2019b 软件绘图，SPSS 26.0软件进行显著性分析、相关性分析。

2 结果与分析

2.1 干播湿出不同出苗水处理对棉花出苗率的影响

各处理出苗率如图2所示，CK处理出苗率最高，C1、C2、C3、C4、C5、C6 出苗率分别为对照的81.48%，88.62%，67.35%，95.01%，73.66%，80.06%。C3 处理与CK 处理显著性差异最大(P＜0.01)，出苗率下降明显，可能是由于单次灌水量过大，大幅提高了土壤含水率，降低土壤温度，导致土壤孔隙氧气不足，形成了不适宜种子萌发的环境，因而最终出苗率低。C4 处理与C2 处理，C5、C6 处理与C3 处理灌溉定额相同，随着更高频次地灌水，出苗率有所上升，C4 处理较C2处理出苗率提升7.21%，C5、C6 处理较C3 处理出苗率提高9.37%、18.88%。C4 处理出苗率与CK 处理无显著性差异(P＞0.05)，灌水频次与C5处理相同，灌溉定额低于C5，相较于C5处理出苗率提高22.47%。表明适量的出苗水量(675～900 m3/hm2)加以较高频的灌水次数更有利于出苗。

图2 各处理出苗率Fig.2 Seedling emergence rate of each treatment

2.2 干播湿出不同出苗水处理对棉花生理性状的影响

2.2.1 干播湿出不同出苗水处理对棉花干物质量的影响

各生育期干物质量变化及Logistic 生长函数拟合如图3所示，各处理干物质量随时间均呈S 形曲线变化，蕾期前，各干播湿出处理干物质量积累迅速，除C3 处理以外，各干播湿出处理干物质量均大于CK 处理。在播种76 d 后C4 处理干物质累积量达到最高，C1、C2、C3、C5、C6、CK 相比C4 处理干物质量分别降低4.95%，9.03%，27.66%，18.09%，15.49%，22.33%。蕾期后，干物质积累量迅速升高，进入棉花干物质积累旺盛期。蕾期后整个生育期内CK 处理干物质含量最高，在播种116 d 后各处理干物质达到峰值，C1、C2、C3、C4、C5、C6 相比CK 处理干物质量分别降低4.28%、4.14%、7.99%、2.51%、9.16%、11.04%。整体上看，各干播湿出处理相较于CK 在蕾期前干物质积累速度有所提升，但蕾期后干物质累积速度降低。Logistic 生长函数常用模拟棉花生物量积累[12,13]，用Logistic 生长函数对各处理生物积累量进行拟合，拟合程度均达显著水平，R2分别为CK(0.981 69)、C1(0.993 86)、C2(0.975 46)、C3(0.971 85)、C4(0.962 99)、C5(0.961 60)、C6(0.978 08)。对拟合方程求二阶导数，各处理在播种后83 d(CK)、93 d(C1)、99 d(C2)、100 d(C3)、101 d(C4)、86 d(C5)、93 d(C6)达到最大生长速率值，最大生长速度为1.495 968 g/d、1.311 243 g/d、1.146 472 g/d、1.082 429 g/d、1.098 148 g/d、1.356 665 g/d、1.178 127 g/d。进入蕾期后期，各干播湿出处理干物质积累速度小于CK，最大生长速率点较CK有所延后。

图3 干物质累积量变化Fig.3 Change in dry matter accumulation

2.2.2 干播湿出不同出苗水处理对棉花株高和茎粗的影响

合理的株高是评估棉花生长、调节生长和估计产量的重要依据[14]。如图4所示，在苗期株高、茎粗均呈现CK 最大，C1、C2、C3、C4、C5、C6 处理株高分别对比CK 减少10.63%、10.37%、36.33%、8.05%、22.45%、26.74%，茎粗对比CK 降低2.14%、6.05%、31.67%、4.27%、12.81%、16.73%。C1、C2、C4、CK处于同一显著性水平，均处于较高水平，出苗灌水定额严重影响苗期株高茎粗，灌水量过高抑制棉花苗期生长发育。C3、C5、C6处理灌水量一致，其中C3处理株高为7.43 cm，茎粗为1.92 mm，与C5、C6 处理存在显著差异，出苗期更高频率的出苗水滴灌会降低大水量对株高以及茎粗的影响。苗期至蕾期，干播湿出处理较CK 增长较快，各处理间差异显著性逐渐降低，仅C3 处理与其他处理存在显著差异。进入蕾期后，株高和茎粗进入快速增长期，其中CK 处理增幅最快，株高、茎粗差异不显著，从蕾期至花铃期各处理间株高、茎粗仍无明显差异。

图4 不同灌水频率对棉花株高、茎粗的影响Fig.4 Effects of different irrigation frequency on plant height and stem diameter of cotton

2.2.3 干播湿出不同出苗水处理对棉花产量指标的影响

不同出苗水处理棉花产量及产量构成因素如表3所示，棉花单株铃数、单株铃重、籽棉产量以及每公顷株数等随着不同出苗水量及频率的不同而存在不同程度的差异。C3、CK 处理单株铃数间存在显著差异，单株铃数随着收获密度的增加而减少，其中C3 处理单株铃数最大，为8.49 个/株，CK 处理单株铃数最小，为8.28 个/株。各处理单株铃重均值在148～152 g 左右，各干播湿出处理与冬灌处理相比单株铃重略有下降，但差异不显著。不同出苗水量及频率对棉花籽棉产量、收获密度有显著的影响，较低的出苗水量以及较高的滴水频率处理下显著提高了籽棉产量和收获密度。CK、C4 处理籽棉产量、收获密度差值为233.21 kg/hm2、16 176.08 株/hm2。籽棉产量、收获密度上不存在明显差异，从干播湿出节水效益来考虑，生产上可以采用C4 处理。整体上看，各处理单株铃重差异不显著，而收获密度显著降低，最终造成籽棉产量下降明显。

表3 不同灌水频率对棉花籽棉产量和产量构成因素的影响Tab.3 Effects of different irrigation frequency on cotton seed yield

2.2.4 干播湿出不同出苗水处理棉花产量指标相关性分析

将单株铃数、单株铃重、收获密度等产量构成因素指标进行相关性分析，计算各变量之间的相关系数，分析各因素对籽棉产量的影响程度。冬灌棉与干播湿出棉产量构成因素的相关系数由表4所示，冬灌棉与干播湿出棉均呈现单株铃重、收获密度与籽棉产量呈正相关，单株铃数与籽棉产量呈负相关；其中冬灌棉单株铃重与籽棉产量的相关性最高(r=0.646)，达到显著水平，收获密度次之(r=0.582)，单株铃数最低(r=-0.048)；干播湿出棉收获密度与籽棉产量相关最密切(r=0.748)，达到极显著水平，其次是单株铃重(r=0.187)、单株铃数(r=-0.203)，差异均不显著。多变量简单相关通常不能真实地反映两变量间关系，偏相关分析则可以避免这种偏差，提高分析质量[15]。冬灌棉单株铃重与籽棉产量间的相关系数r=0.646，p＜0.05，存在强相关性，在消除变量影响后，两者相关系数r=0.640，p＞0.05，二者差异不显著；干播湿出棉收获密度与籽棉产量间的相关系数r=0.748，p＜0.01，存在极显著相关性，在消除变量影响后，两者相关系数r=0.721，p＜0.01，二者仍存在极强相关性。

表4 冬灌棉与干播湿出棉产量构成因素的相关系数Tab.4 Correlation coefficient of yield components of winter irrigated cotton and dry sowing wet cotton

3 讨论

试验结果表明，通过合理控制和管理，在棉花滴灌条件下干播湿出的灌溉方式对于含盐量较低的沙壤土，干播湿出完全可行。周继胜等研究发现改为大水方一次性滴足对棉花高产较为有利，采取轻滴出苗水的办法，每公顷滴水量在225～300 m3基本能满足棉花出苗，有利于降低田间湿度，对地温回升较为有利[16]。陈续兰等研究发现出苗期土壤含水率过高会导致地温回升慢，易导致烂种、烂芽、烂根等病害[17]。滴水水量上结果较为一致，干播湿出不同出苗水灌溉定额会严重影响到棉花出苗，单次灌水量过大，大幅提高了土壤含水率，降低土壤温度，形成了不适宜种子萌发的环境，因而最终出苗率低。滴水频率上，相同灌溉定额下高频率灌溉可提高棉花生长指标量累计速度[9]，C5、C6 处理与C3 灌溉定额相同，随着更高频次地灌溉，出苗率有所上升，C4 处理较C2处理出苗率提升7.21%，C5、C6 处理较C3 处理出苗率提高9.37%、18.88%，滴水频率越高，越利于棉花出苗。干播湿出处理会使苗期棉花株高、茎粗降低，与何汉升的研究基本一致，即不冬春灌比春灌一水日生长慢[18]，出苗灌水量严重影响苗期株高茎粗，灌水量过高抑制棉花苗期生长发育。干播湿出对各生育期棉花干物质量积累产生了不同程度的影响，蕾期前各干播湿出处理干物质量积累迅速，较CK 处理有所提升，可能是由于棉花生长对温度的变化很敏感，干播湿出膜下滴灌具有提高和平抑土壤温度的作用[11]，改变了棉花播种期的水热综合环境，在苗期前对棉株耐旱能力进行锻炼。蕾期后干播湿出处理干物质累积速度相较于CK 有一定放缓[20]，与危常州[10]等研究存在一定差异，可能是由于南疆播期较北疆更晚，生育期更长，干播湿出对棉花各时期生长影响程度不同。处理籽棉产量呈CK＞C4＞C2＞C1＞C6＞C5＞C3，大水量出苗不利于增产，早期滴水量过高导致出苗率降低，收获密度存在显著降低，最终造成籽棉产量下降明显。相同灌水量下增加棉花生育期灌水次数有利于提高棉花籽棉产量[19]，本试验干播湿出技术中较低的出苗水量以及较高的滴水频率显著提高了籽棉产量和收获密度。干播湿出棉相比冬灌棉籽棉产量与收获密度相关性更强，是由于CK 间处理差异不大，各干播湿出处理水量、频率差异过大，导致干播湿出棉出苗率差异显著，冬灌棉籽棉产量与单株铃重相关性更强。675 m3/hm2以内水量更适合干播湿出下提升作物产量，出苗水下限还需进一步试验研究。