不同灌水频率和灌溉定额对南疆无膜棉蕾铃时空分布及产量形成的影响

李志鹏，万素梅，胡守林，陈国栋，马云珍，周相，雷亚平，熊世武，辛明华，杨北方*，李亚兵*

（1.中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳 455000；2. 塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300）

新疆是我国主产棉区和主要的优质棉生产基地，种植面积及产量多年位居全国首位。 随着地膜的广泛使用， 新疆棉花平均产量提高了17.2%，新疆棉田地膜覆盖率更是达到了100%[1]，但回收率却低于60%，地膜覆盖在带来巨大经济收益的同时，残膜污染问题也逐渐凸显。 目前新疆超过一半的棉田地膜残留量高于国家标准[2]，长期留存在土壤中的残膜对土壤环境、作物生长等都会产生不可逆转的危害。 研究表明残膜在自然状态下的降解时间为200～400 年[3-4]，长期的残膜积累势必会对农业的可持续发展造成影响，因此解决残膜污染问题势在必行。2017 年沙雅县院士工作站无膜棉生产示范试验取得成功，为彻底解决地膜问题提供了新思路，但无膜栽培技术的推广也存在一些问题，比如缺少适宜的棉花品种、配套的栽培技术、专业的农机研发团队参与及配套资金、政策的支持等[5]。因此研究无膜棉配套栽培技术对无膜棉种植模式的推广具有一定的理论意义。

棉花产量受单株铃数、铃重、衣分等要素的影响，棉铃的位置分布、时空动态与棉花产量水平紧密联系，合理的棉铃分布则可以增加有效铃数及铃重，提高产量[6-8]。 水是植物体的主要组成成分，也是植物生存的重要环境条件和主要的限制因子，植物中的水分主要参与光合作用和有机化合物的合成， 叶片是生产光合产物的主要器官，水分对棉花叶片的光合作用效率具有显著的调节作用[9]。 灌水定额和灌水频率是滴灌灌溉制度中的重要参数，土壤水分过多或者过少均会对光合作用、蒸腾、气孔导度产生直接影响，进而对产量和纤维品质产生影响。 制定良好的灌溉制度能够在节水的同时调节土壤水分、温度[10-11]，提高作物根系的活力，加快叶片扩张，增大叶面积，提高作物的光合速率，促进光合产物的积累，进而增加作物产量，提高水分利用率[12]。当棉株遭受干旱胁迫时， 根系无法吸收充足的水分供作物生长，根系活力下降，导致光合产物在根系的分配比例增加，地上部分叶片生长停止，新叶发生速率减慢，部分叶片以及蕾铃脱落，导致产量下降[13]；当灌水过量时，冠层郁闭程度高，下部叶片对光能的利用率下降， 棉花营养生长旺盛，同化产物向生殖器官的转运减少，铃重降低，且易贪青晚熟，营养器官干物质积累多，生殖器官干物质积累较少，产量下降，水分利用率偏低[14]。 研究表明灌水制度对棉花产量的影响甚至比施肥还大，合理的灌溉有利于棉田高产[15-16]。 王娟等[17]研究表明灌水过多时棉铃的脱落率增加；李志军等[18]通过设置不同的滴灌量发现灌水量对株高、有效铃数等具有显著影响；邢小宁等[19]通过设置不同的灌水次数，发现在相同的灌溉定额下，灌水16 次比12 次更有利于生殖器官的形成，增加灌水量可以促进营养生长。

关于新疆膜下滴灌棉田灌水制度对棉铃分布的研究已经日趋成熟，但目前国内对无膜棉的研究刚刚起步，且研究内容主要集中在滴灌带布置方式以及灌水制度对土壤水分分布的影响等方面[20-21]。 由于去除地膜后，水分蒸发量变大、土壤温度发生变化，进而影响棉铃分布，国内现有膜下滴灌的研究成果并不适于指导南疆无膜棉种植；由于地域环境条件的差异，国外研究结果同样不适用于南疆无膜棉种植。 结合目前国内无膜棉研究现状，本文通过设置不同的灌水频率研究灌水制度对棉铃时空分布以及产量的影响，以期为南疆无膜棉滴灌模式提供理论指导，促进当地农业生产的绿色可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2020—2021 年在新疆生产建设兵团十团中国农业科学院棉花研究所综合实验基地（阿拉尔）进行。 该区地处天山南麓，塔里木盆地北部，阿克苏河、叶尔羌河、和田河3 河交汇之处的塔里木河上游，为灌溉农区，为暖温带大陆性干旱荒漠气候，年均气温10.7 ℃，年均太阳辐射量6 440～7 033 MJ·m-2，年均日照时间2 556.3～2 991.8 h。 年均降水量为40.1～82.5 mm，年均蒸发量1 876.6～2 558.9 mm。 试验地土壤质地以砂壤土为主，0～20 cm 土壤有机质含量10.58 g·kg-1、碱解氮84.87 mg·kg-1、全氮0.64 g·kg-1、速效磷25.38 mg·kg-1、速效钾190.5 mg·kg-1、pH 为7.7。2 年部分时期的气象数据如图1 所示。

图1 2020 年（A）和2021 年（B）部分月份的日最高温度、日最低温度、日平均温度和降水量Fig. 1 Daily maximum temperature, daily minimum temperature, daily average temperature and precipitation in some months of 2020 (A) and 2021 (B)

1.2 试验设计

供试品种为中棉619，无膜种植，试验采用单因素随机区组设计，一幅六行（66 cm＋10 cm）的宽窄行间距配置 （图2）， 行长7 m， 小区面积47.88 m2，种植密度为18 万株·hm-2（18 株·m-2），2 年播种日期分别为4 月20 日和4 月21 日，设置有膜对照（CK），并按照当地正常膜下滴灌种植模式进行管理，即蕾期灌水2 次（灌水周期为10 d），花铃期灌水8 次，灌水定额为45 mm，灌溉定额为450 mm；2 年各无膜棉处理在苗期不进行灌溉，蕾期各无膜棉处理灌水频率、灌水定额与CK 保持一致； 初花期开始设置不同的灌水频率处理W4、W6、W8，灌溉间隔分别为12 d、8 d、6 d，花铃期灌水次数分别为4 次、6 次、8 次， 灌水定额为69 mm，W8 最后一次灌水定额为52.2 mm，各处理灌溉定额分别为366 mm、504 mm、625.2 mm。 2021 年在2020 年灌溉处理设置基础上增加了花铃期灌水次数为7 次， 灌水间隔为7 d的处理W7， 灌水定额为69 mm， 灌溉定额为573 mm；2020 年花铃期灌水初始日期为7 月2日，2021 年为7 月5 日。每个处理设3 次重复，处理间间隔2.28 m。 播种前进行旋地，结合整地机施4.8 t·hm-2有机肥、225 kg·hm-2尿素和300 kg·hm-2磷酸钙。 2 年各处理全生育期施肥次数、每次施肥量均相同，通过施肥罐随水施肥，具体施肥日期如表1 所示（未在灌水日施肥时，通过施肥罐随水施肥到肥料完全溶解立即停止灌水，水量很少， 对试验结果无明显影响）。 每次具体施肥量分别为：第1 次120 kg·hm-2尿素，第2 次90 kg·hm-2尿素和75 kg·hm-2有机肥， 第3 次69.62 kg·hm-2尿素和125.3 kg·hm-2磷酸二铵，第4 次69.62 kg·hm-2尿素、125.3 kg·hm-2磷酸二 铵 和48.73 kg·hm-2磷 酸 二 氢 钾， 第5 次34.81 kg·hm-2尿素、62.66 kg·hm-2磷酸二铵和48.73 kg·hm-2磷酸二氢钾， 第6 次33.42 kg·hm-2磷酸二氢钾。 进入花铃期，各无膜处理除灌水外其他田间管理措施与CK 保持一致。

表1 施肥时间表Table 1 Fertilization schedule

图2 滴灌带田间布置示意图Fig. 2 Schematic diagram of field layout of drip irrigation belt

1.3 数据获取方法

1.3.1棉花株式图信息获取。 从蕾期开始，各处理各重复选定长势均匀一致且连续的10 株棉花，做好标记，用于全生育期的株式图信息记录。利用解株式图1.2.0 （中国农业科学院棉花研究所）按照生育期调查各处理株式图信息，并将数据导出到Excel，供后期分析。 调查时间：6 月15日（蕾期）、7 月15 日（盛花期）、8 月15 日（盛铃期）、9 月15 日（吐絮期）。

1.3.2成铃空间分布。 按棉铃的空间分布情况分为横向和纵向分布，横向分布包括内围铃（各果枝第1 果节所结棉铃）和外围铃（各果枝第2 果节及以外所结棉铃）；纵向分布包括下部（第1～3果枝所有果节所结棉铃）、中部（第4～6 果枝所有果节所结棉铃）和上部（第7 果枝及以上所有果节所结棉铃）。

1.3.3产量数据获取。 吐絮后每个处理的每个重复选择长势均匀一致的一幅（6 行）收取100 个棉铃晒干称量并计算各部位铃重，100 个铃收取位置分别为：下部和中部所有果节各随机收取棉铃40 个，上部随机收取棉铃20 个。每个处理各重复选择长势均匀一致的2 幅进行人工收获，晒干称量并计算籽棉产量。

1.4 数据处理

用Stata 14.0 软件以及Microsoft Office 2019进行数据处理，利用Surfer 18 绘制棉铃空间概率分布等值线图，用DPS7.05 统计软件进行单因素方差分析，邓肯氏新复极差分析法进行显著性检验（P＜0.05）。

1.4.1生殖器官空间分布概率。 基于解株式图1.2.0 的记录导出每株棉花各果枝各果节生殖器官发生及脱落的具体信息，利用公式（1）对各果枝每个果节生殖器官的发生频率进行计算。

上式中Pxy表示x果枝y果节生殖器官的发生频率，n为各处理的调查总株数，nxyk表示第k株棉花x果枝y果节生殖器官是否发生，若发生记为1，不发生记为0[22-23]。

1.4.2生殖器官脱落率。 生殖器官总脱落率＝（落蕾数＋落铃数）/现蕾总数[24]（2）

果节生殖器官脱落率＝（果节落蕾数＋果节落铃数）/果节现蕾总数 （3）

1.4.3棉铃空间分布。邢芳芳等[25]通过对比12 种插值方法，发现克里金插值法为研究棉花冠层光截获的最佳方法，该方法同样适用于棉铃空间分布的研究[22-23]。

式中Z（X0）为已知的X0果节相应生殖器官的发生频率P0（或脱落率），Z（Xi）为第i个预测点的P值（或脱落率），λi为样品系数，在无偏条件下λi＝1。

1.4.4单位面积铃数。 利用1.3.1 获取的棉花株式图信息，利用Excel 可以统计得出平均单株成铃数，并利用以下公式计算单位面积铃数：

1.4.5农田蒸散量和水分利用效率。 利用水量平衡法计算农田蒸散量（evapotranspiration,ET），因为试验地地势平坦且滴头流量较小，地表径流和深层渗漏可忽略，故计算公式简化为[26]：

式中，ET 为农田蒸散量（mm），I为棉田全生育期灌溉定额（mm），△S为土壤水分变化量，P为全生育期有效降水量（mm）。

采用产量水平上的水分利用效率（water use efficiency,WUE），具体计算公式如下[27]：

式中，Y为棉花的籽棉产量。

2 结果分析

2.1 蕾期棉蕾的空间分布特征

2020 年和2021 年蕾期棉蕾空间分布如图3 所示，各处理从下向上、从第1 果节到第3 果节现蕾频率均表现为递减的趋势。2 年间CK 各节位现蕾频率整体高于各无膜处理对应节位，且棉蕾发生频率大于0.9 的区域最大， 具体分布在第1 果节到第2 果节、 第1 果枝到第4 果枝。各无膜处理间差异不显著，棉蕾主要分布在第1 果节到第2 果节、第1 果枝到第2 果枝。第6、7 果枝及以上，CK 各果枝现蕾区域均大于无膜处理。

图3 2020 年（A～D）和2021 年（E～I）蕾期不同处理现蕾率空间分布Fig. 3 The spatial distribution of cotton squaring rate for different treatments during the squaring period in 2020（A～D） and 2021（E～I）

2.2 不同灌水频率下盛花期生殖器官空间分布特征

不同灌水条件下盛花期植株各部位生殖器官出现的概率如图4 所示。 随着生育进程的推进，无膜棉与CK 上部果枝数差距缩小；年际间生殖器官的发生概率均表现为从下到上、 从第1果节到第5 果节递减，并逐渐趋近于0；但2021年各果枝各果节生殖器官出现频率的总和低于2020 年。在2020 年，各无膜处理间第1～10 果枝第1 果节生殖器官出现频率差异不明显；W6 第2、3 果节生殖器官发生频率大于W4、W8； 各处理等值线图中空白部分表示各处理上部相应果枝果节处未形成生殖器官的区域，上部果枝数和果枝对应的果节生殖器官越少， 则空白区域越大，从图中可以看出，W6 空白区域最小，CK 上部生殖器官发生频率略小于W6，W8 次之，W4 第4果枝生殖器官发生频率最小，空白区域明显大于其他处理。在2021 年，处理间第1～8 果枝第1、2果节生殖器官出现频率相差不大；W8 第1～7 果枝第3 果节生殖器官发生频率高于另外3 个无膜处理，范围在0.17～0.37；W4 第4 果节生殖器官发生频率为0，整体上部以及外围空白区域最大；W7 第3、4 果节生殖器官发生频率小于W6、W8。

图4 2020 年（A～D）和2021 年（E～I）盛花期不同处理生殖器官发生频率空间分布Fig. 4 Spatial distribution of the occurrence rate of reproductive organs in different treatments during the full flowering period of in 2020（A～D） and 2021（E～I）

2.3 不同灌水频率下盛铃期生殖器官空间分布特征

对2 年各处理盛铃期数据进行分析（图5），从图中可以看出2 年间单株内外围生殖器官和上中下部生殖器官整体发生频率的分布规律与盛花期相同；CK 处理2 年间生殖器官的整体发生频率均高于各无膜处理；各无膜处理间，随着灌水频率的提高， 上部果枝数增加， 逐渐与CK持平，但各处理各果枝生殖器官的出现频率与灌水频率无相关性。 2020 年，CK 第1～8 果枝整体生殖器官的发生频率明显大于各无膜处理；各无膜处理中，W6 第1～6 果枝第1 果节生殖器官发生频率最大，为0.55～0.66，W8 次之，W4 生殖器官发生频率最小且第4～6 果枝发生频率大幅下降，W4 第3 果枝以上第2、3 果节生殖器官的出现频率明显低于其他处理；W8 第7 果枝以上生殖器官发生频率明显大于W4、W6。 2021 年，W7第1～6 果枝第1、2 果节生殖器官发生频率总和为5.27，大于剩余全部处理；W4 和W8 第2 果枝以上第2 果节的生殖器官发生频率明显小于其他处理；各无膜处理间上部果枝和果节上生殖器官的出现频率差异不明显。

图5 2020 年（A～D）和2021 年（E～I）盛铃期不同处理生殖器官发生频率空间分布Fig. 5 Spatial distribution of the occurrence rate of reproductive organs in different treatments during the peak bollsetting period in 2020（A～D） and 2021（E～I）

2.4 不同灌水频率下吐絮期棉铃的空间分布特征

进入吐絮期，2 年间低灌水频率处理W4 上部果枝数和第2～4 果节成铃率明显低于其他处理（图6）。2020 年，CK 内外围成铃率明显大于各无膜处理； 各无膜处理间，W6 第1～5 果枝内围铃成铃率最高，W8 最低， 前者概率为0.70～0.97，后者为0.63～0.73；W8 第1～4 果枝第3 果节有出现棉铃的可能；在第6 果枝以上，W8 内围铃成铃率明显高于W4、W6。 2021 年，所有处理外围铃成铃率整体低于2020 年；CK 第8 果枝以上果枝的第1 果节成铃率高于各无膜处理；各无膜处理间，W7 第1～6 果枝第1 果节成铃率高于其他无膜处理；W8 第7、8 果枝第1 果节成铃率高于另外3 个无膜处理。

图6 2020 年（A～D）和2021 年（E～I）吐絮期不同处理棉铃成铃率空间分布Fig. 6 Spatial distribution of the rate of cotton boll formation in different treatments during the boll-opening period in 2020（A～D） and 2021（E～I）

2.5 不同灌水频率下吐絮期棉铃脱落的空间分布特征

2 年各处理棉铃的脱落情况（图7）表现出外围铃和上部果枝棉铃脱落率高的规律，但2 年间各处理存在差异。 2020 年，W8 单株棉铃脱落率最高，达到了0.60。W4、W6 内围铃脱落主要集中在第6～9 果枝，W8 内围铃脱落主要集中在第9～11 果枝；CK 内围铃脱落主要在第9～11 果枝，CK 内围铃脱落率低于无膜处理。 W4 与CK外围铃脱落集中在第3～7 果枝，其中W4 第3～6 果枝第2 果节脱落率最高；W6 集中在第2～5果枝；W8 外围铃的脱落范围最大，主要分布在第3～9 果枝， 第3～9 果枝第2 果节脱落率为0.028～0.037。2021 年脱落率与2020 年不同，W4和W7 内围铃脱落集中在第6～9 果枝，W6 和CK 主要分布在第5～9 果枝，W8 在第5～8 果枝，处理间内围铃的脱落情况相似，均是集中在中上部果枝。 W4 和W8 外围铃脱落主要在第2～5 果枝且第2～5 果枝第2 果节脱落率高于其他处理；W8 各果枝第2 果节的脱落率远高于2020 年， 第3～4 果枝第2 果节脱落率达到了0.069，高于其他处理。W6 和CK 外围铃脱落集中在第1～6 果枝第2 果节并且第2 果节蕾铃脱落率大于0.038 的果节数多于其他处理；W7 外围铃脱落集中在第2～6 果枝第2 果节，W8 则集中在第1～5 果枝第2 果节。 在脱落率上表现为W6 和CK 整体脱落率相近，达到了0.58，大于其它处理；W7 和W8 内围铃脱落率相近，分别为0.206、0.191，小于其他无膜处理。

图7 2020 年（A～D）和2021 年（E～I）吐絮期不同处理棉铃脱落率空间分布Fig. 7 Spatial distribution of boll shedding rate of different treatments in 2020（A～D） and 2021（E～I）

2.6 不同灌水频率对棉花成铃和产量的影响

2.6.1不同灌水频率下吐絮期棉铃纵向空间分布规律。 2020 年和2021 年不同灌水频率下棉铃纵向分布如表2 所示，2020 年，CK 与各无膜处理第1～3 果枝成铃数差异不显著；CK 第4～6果枝成铃数明显大于各无膜处理，无膜处理间无显著差异；上部果枝（第7 果枝及以上）成铃数随着灌水频率和灌溉定额的增加而增加，W8 上部成铃数显著高于W4 和W6。2021 年，CK 第1～6果枝成铃数与各无膜处理差异不显著，其上部果枝成铃数和W4 相比差异显著，W4 单株上部成铃数仅为0.67。 各无膜处理上、中、下3 个部分的果枝成铃数差异不显著。

表2 不同灌水频率下棉铃纵向空间分布Table 2 Vertical spatial distribution of cotton bolls under different irrigation frequencies

2.6.2不同灌水频率下棉铃横向空间分布规律。 由表3 可知，2 年CK 内外围铃数均高于各无膜处理， 低灌水频率处理W4 成铃数最低。2020 年，各无膜处理内外围铃数均随着灌水次数的增加而增加， 灌水频率最高的处理W8 外围铃数显著高于低灌水频率处理W4。 2021 年不同处理的成铃规律和2020 年不同，无膜处理间内外围铃数均无显著差异，CK 外围铃数显著高于W4。

表3 不同灌水频率下棉铃横向空间分布Table 3 Horizontal spatial distribution of cotton bolls under different irrigation frequencies

2.6.3不同灌水频率下无膜棉产量及产量构成因素比较。 不同灌水条件对无膜棉田单位面积铃数、铃重、籽棉产量和水分利用率的影响见表4。当花铃期灌水次数为4 次、 灌水间隔为12 d、灌溉定额在366 mm（W4）时，单位面积铃数、铃重以及籽棉产量均显著下降，但水分利用效率高于各无膜处理及对照，蒸数量最低。 2020 年各无膜处理间，W8 单位面积铃数、籽棉产量和蒸散量均最高，铃数和籽棉产量与W4 处理相比，差异显著，但水分利用率最低；W6 铃重最大并与W4 差异显著， 两者水分利用率相近均高于W8。 2021年各无膜处理间单位面积铃数、铃重、籽棉产量和蒸散量均表现为随着灌水次数的增加先增加后减少；W6、W7、W8 和W4 铃重差异显著；W7

表4 不同灌水频率下棉花籽棉产量及产量构成因素比较Table 4 Comparison of seed cotton yield and yield component factors under different irrigation frequencies

3 讨论

3.1 不同灌水频率、灌溉定额和覆盖措施对土壤水分、温度及作物生长的影响

土壤水分和温度是影响作物生长的重要因素，水分含量过高或者过低均会对作物的光合作用、蒸腾、气孔导度等产生直接影响[9]，土壤温度的适宜程度会影响幼苗生长、根系活力、根区微生物活性和土壤水分运移等[28]。 土壤水分和温度的空间分布特征具有较强的负相关性，随着灌水频率和灌溉定额的增加，根区附近的土壤含水量明显增加，且根区温度降低，受灌水影响的土壤面积扩大[10,29]。 灌水和地表覆盖均会对土壤水分空间分布和温度的变化产生影响[28]；灌水和地表覆盖在棉花不同生育时期对植株生长、水分分布和温度变化的影响不同[3,27]。 在蕾期，棉花群体较小，植株对地表的遮盖程度较低，对于无地表遮盖的无膜棉田， 土壤温度受太阳辐射的影响较大，地表保温效果差、水分蒸发快，白天地表增温和夜间散热均较快，不利于棉花生长；而对于地单位面积铃数、铃重和籽棉产量均最高，分别为124.80、6.04 g、5 718.24 kg·hm-2， 与W4 均存在显著差异， 且水分利用率和蒸散量高于W6 和W8；W8 水分利用率最低， 表明灌水次数并非越多越好，当达到一定的灌水频率和灌溉定额后，继续灌水会导致无膜棉产量和水分利用率下降。膜覆盖处理，地膜保水保墒效果明显，植株生长快，对照果枝数和各果节现蕾率高于无膜棉[30]。盛花期后，棉花叶片扩张达到最大，地表遮盖程度增大， 在此期间灌水频率和灌溉定额对土壤水分、温度空间分布的影响增大，地膜覆盖的作用下降；当作物处于高灌水频率和高灌水定额条件下时，土壤含水量增加，棉行和行间温差缩小，棉花叶面积较大，光合作用和蒸腾作用强烈，但也存在“疯长”、行间郁闭度高等问题，不利于高产；当土壤含水量过高时，土壤透气性下降，根系活力降低，影响作物的正常代谢，加剧蕾铃脱落。 低频灌溉或者严重水分胁迫会造成棉花植株矮小、叶片狭小、蒸腾作用减弱，进而导致地表裸露面积较大，地表蒸发强烈，地表温度变化剧烈[14,31-32]。

3.2 不同灌水频率和灌溉定额对棉铃时空分布及脱落的影响

不同灌水频率、灌溉定额会对棉花冠层和生育进程产生不同的影响，棉铃时空分布特征也有所不同， 而过早或者过晚结铃都易导致铃重轻、品质低等问题[17,33]，因此在最佳成铃时期、最佳成铃部位多结铃是棉花优质高产的关键所在。 通过对不同时期不同处理的横向和纵向成铃率、成铃数进行统计分析，可以得知各处理各部位的成铃时间顺序、成铃个数，最终获得最佳灌水模式。 本研究中，各处理不同果节生殖器官的发生规律整体上表现为从下部到上部、从近主茎果节到远主茎果节递减， 符合棉花生殖器官的发生规律，这与雷亚平等[22]的研究结果相同。 对照各果节的现蕾概率高于无膜棉，这与地膜的保温增墒作用有关[34]，促进了棉花的生育进程。 进入花铃期，棉花营养生长与生殖生长并进，研究表明花铃期过度水分亏缺，会抑制蒸腾作用，影响正常光合作用，导致果枝数量下降，蕾铃失水萎蔫后大量脱落[35-36]；而水分过多则会导致植株营养生长过旺[27]，物质向蕾铃的转运减少， 还会导致土壤通气性变差、根系呼吸作用减弱，从而造成蕾铃大量脱落[36]。本研究中W4 外围和上部成铃率明显低于其他处理，W8 处理在盛铃期的成铃率高于W4， 但吐絮期脱落率最高， 这与上述结论相符；2021 年各处理外围铃的整体出现概率低于2020 年也可能与当年8 月的大量降雨有关[37]。 而对于低灌溉定额处理W6， 花铃期生殖器官发生概率与高灌溉定额处理W8 相近， 两处理最终成铃数相差不大；2021 年新增处理W7， 灌溉定额在573 mm 的情况下， 表现为整体成铃数高于其他无膜处理，表明适当的灌溉定额有利于棉花产量的形成，这与何平如等[38]、邓忠等[39]的研究结果相同。

3.3 不同灌水频率和灌溉定额对无膜棉蒸散量、水分利用效率和产量的影响

棉花产量与单株铃数、铃重直接相关[40]。通过2 年研究表明，无膜棉棉铃主要分布在中下部，过多或者过少灌水都会导致单位面积铃数和铃重下降。2021 年，与W4 处理相比花铃期灌水7 次，灌水间隔7 d、灌溉定额为573 mm 时，单位面积铃数、铃重和籽棉产量均有显著提高。 这可能是因为在盛铃期棉花对水分极其敏感，当灌水频率较低时，棉花处在干旱胁迫下，生殖器官发生频率下降，原有生殖器官易脱落，同时叶片光合能力下降，光合产物向蕾铃的转运减少，铃重下降[41]，最终导致产量偏低，这也是W4 水分利用效率高于W7，但产量低于W7 的根本原因。 而W8处理的棉花营养生长旺盛，贪青晚熟，而且在大量灌水的影响下，水分蒸发严重，并且肥料等不能集中在根部，向地上部运移[38-39]，水分利用效率最低，最终造成产量下降；W7 处理的水分利用效率高于W6， 在保证中下部棉铃质量的同时， 一定程度上增加了上部果枝成铃率，从而达到高产。

迟静波等[42]研究表明，棉花蕾期到花铃期对养分的需求量最大， 吸收N、P2O5和K2O 占全生育期的比例分别为66.27%～83.55%、52.39%～74.02%、76.52%～80.14%；李鹏程等[43]通过总结近10 年不同棉区不同产量棉田的需肥规律，发现新疆植棉区蕾期至花铃期的养分需求最大，N、P2O5和K2O 的吸收比例均为全生育期最大；郭仁松等[44]通过研究超高产棉田养分吸收规律，发现N、P2O5和K2O 的吸收主要集中在盛花期前，但蕾铃养分的积累高峰出现在盛铃期。 李志军等[18]研究表明， 水肥交互作用极显著影响籽棉产量；吴立峰等[45]研究发现水肥耦合对籽棉产量等效果明显；张燕等[46]认为在一定的水肥比例下，减少水分和肥料的施用量仅造成较小的产量损失。 目前， 国内无膜棉种植模式的研究还处在探索阶段， 大多数试验仅是对灌水或施肥单个因素展开。 因此，针对无膜棉不同生育期的水肥需求特征， 如何通过合理的水肥搭配来实现籽棉产量、水分和肥料的利用效率、收益的最大化还需要开展长期连续性试验进一步探讨。

4 结论

在相同灌水定额下，低频和高频灌溉都会造成生殖器官发生频率下降且蕾铃脱落率上升，降低无膜棉单位面积铃数和籽棉产量。 本试验中，花铃期灌水间隔为12 d、灌水次数为4 次、全生育期灌溉定额366 mm 的处理W4 产量最低；花铃期灌水间隔为8 d 和6 d，灌水次数为6 次和8次， 全生育期灌溉定额为504 mm 和625.5 mm的处理W6、W8 产量相近；当灌水间隔为7 d，花铃期总灌水次数为7 次， 全生育期灌溉定额为573 mm 时，棉花成铃率高，脱落率低，单位面积铃数和产量均高于其他无膜处理。 因此南疆无膜棉花铃期灌水频率的设置可以参照本试验中的W7 处理。