“以肥调水”缓解干旱对无膜滴灌棉花生理特性和产量的影响

赵丰年 王兴鹏 张磊 郭远航 程国 殷姿 李明发 王洪博

摘要：【目的】研究“以肥調水”缓解干旱对南疆无膜滴灌棉花生理生长的调控作用，提高水资源限制条件下棉花产量。【方法】以中棉619为供试材料，设置亏缺灌溉（W1：45 mm）和充分灌溉（W2：54 mm）2种灌水定额，低氮（F1：150 kg·hm－2）、中氮（F2：225 kg·hm－2）和高氮（F3：300 kg·hm－2）3个施氮量，分析不同灌水定额和施氮量对棉花生理生长指标和籽棉产量的影响。【结果】灌水定额的增加促进了棉花生长，提高了棉花2年平均叶面积指数（leaf area index， LAI）、叶绿素相对含量（soil and plant analyzer development， SPAD值）和净光合速率（net photosynthetic rate，  Pn），降低了棉花超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、过氧化物酶（peroxidase， POD）活性和丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量。随着施氮量的增加，棉花2年平均LAI、SPAD值、抗氧化酶活性和Pn随之增加，MDA含量减少，棉花受水分亏缺的影响减轻。W1处理下施氮量的增加提高了棉花产量，W2处理下随着施氮量的增加棉花产量呈先增后减趋势，在水氮交互作用下，W2F2处理下2年平均产量最高（6 821.86 kg·hm－2），其次是W1F3处理（6 717.72 kg·hm－2）。在优劣解距离法（technique for order preference by similarity to ideal solution， TOPSIS）分析中，W1F3和W2F2处理的综合评分较为接近，分别为0.57和0.56，并且W1F3和W2F2处理下籽棉产量差异不显著。【结论】亏缺灌溉下增加施氮量可有效缓解干旱对棉花生理性状和籽棉产量的不利影响。推荐南疆无膜滴灌棉田45 mm灌水定额（生育期灌水10次）搭配300 kg·hm－2施氮量作为灌溉和施肥策略，以保障在水资源限制条件下的棉花产量。

关键词：棉花；无膜滴灌；生理；产量；以肥调水

Mitigating the impact of drought on physiological characteristics and yield of non-film drip-irrigated cotton through fertigation regulation

Abstract： [Objective] This study aims to investigate the regulatory effect of "fertigation adjusted water management" on the physiology and the growth of drip-irrigated cotton in alleviating drought stress， and to enhance cotton yield under limited water resource. [Methods] Using Zhongmian 619 as the test material， two types of irrigation quotas for deficient irrigation （W1： 45 mm） and full irrigation （W2： 54 mm） in combination of three nitrogen input doses， including low nitrogen （F1： 150 kg·hm-2）， medium nitrogen （F2： 225 kg·hm-2）， and high nitrogen （F3： 300 kg·hm-2） were set. The effects of different irrigation quotas and nitrogen doses on cotton physiological growth indicators and seed cotton yield were analyzed. [Results] The results indicated that increased irrigation quotas promoted cotton growth， enhanced two-year average leaf area index （LAI）， relative chlorophyll content （soil and plant analyzer development， SPAD value）， and  net photosynthetic rate （Pn）， while redued the activities of cotton superoxide dismutase （SOD）， catalase （CAT）， peroxidase （POD）， and malondialdehyde （MDA） content. With the increase of nitrogen application， LAI， SPAD， Pn， and antioxidant enzyme activity were increased， MDA content was decreased on average， and the influence of water deficiency on cotton development was alleviated. Under W1 treatment， increased nitrogen application improved cotton yield， while under W2 treatment， cotton yield showed the trend of increasing first and then decreasing with the increase of nitrogen application. Under water-nitrogen interaction， the highest two-year average seed cotton yield （6 821.86 kg·hm-2） was recorded under W2F2 treatment followed by W1F3 treatment （6 717.72 kg·hm-2）. In the technique for order preference by similarity to ideal solution（TOPSIS） analysis， the comprehensive scores of W1F3 and W2F2 were 0.57 and 0.56， respectively， and the differences between the two-year yield of W1F3 and W2F2 treatments were not significant. [Conclusion] Increased nitrogen application under deficit irrigation effectively alleviates the adverse effects of drought on the physiological characteristics and yield in cotton. It is recommended to use 45 mm irrigation quota combined with 300 kg·hm-2 nitrogen application as the fertigation strategy for the filmless drip-irrigated cotton in southern Xinjiang， to effectively ensure cotton yield under limited water resource.

Keywords： cotton; drip irrigation without film; physiological characteristics; yield; fertigation adjusted water management

新疆独特的气候环境有利于棉花的生长和优质高产[1]，该地区已成为中国最大的优质棉花生产基地[2]。然而，南疆地区用水需求日趋增大以及塔里木河干流水量减少，成为制约南疆地区棉花可持续生产的主要问题之一。水分亏缺会打破植物细胞中的氧化还原平衡，损坏细胞膜结构，导致膜脂过氧化产物丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量增加[3]。水分亏缺还会使得叶片气孔关闭，蒸腾作用减弱，光合能力减弱[4]，从而降低产量[5]。因此，如何在水资源限制条件下提高资源利用效率和棉花产量，是新疆棉花生产上要解决的关键问题之一。

目前，干旱半干旱地区用来缓解水资源短缺的常用手段为亏缺灌溉和适量增施氮肥。研究表明，一定程度的亏缺灌溉不会对作物生长产生显著影响，这是因为植物在抗氧化酶，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）、过氧化氢酶（catalase， CAT）和过氧化物酶（peroxidase， POD）的作用下有效地清除对植物细胞有害的活性氧自由基，降低MDA含量，从而减轻植物受到的伤害[6]。当灌水量不足导致棉花受到干旱胁迫时，其生长发育会受到限制，株高、茎粗、干物质质量、叶面积指数（leaf area index， LAI）和光合速率等均会受到影响[7]。在干旱胁迫条件下，施用氮肥可以增强棉花的光合作用，促进作物根系生长发育以及作物摄取和转运土壤水分[8]，扩大作物吸取水分和养分的土壤空间，增强棉花耐干旱能力[9]，有助于增加冠层面积并提高其光合作用[10]，为提高棉花产量和经济收益打下基础[11]。增加水肥投入是提高作物产量的主要途径[12]，但盲目灌水和施肥导致作物减产、水资源利用效率和经济收益降低、土壤污染和温室气体排放增加。因此，需在水分受限制的条件下合理使用肥料，达到“以肥调水、以水促肥”的目的，增强棉花抗旱性，提高棉花产量和纤维品质，促进其对有限水资源的充分利用[13]。

灌溉和氮肥的需求可能因环境和品种而异[14-15]。贺怀杰等[16]认为北疆石河子地区最优水氮组合为灌水量525 mm和施氮量500 kg·hm－2，邓忠等[17]认为南疆地区最佳灌水量为585 mm、施氮量为300 kg·hm－2。赵爱琴[18]通过建立水氮耦合模型，得出北疆最佳灌水量和施氮量分别为552 mm和354 kg·hm－2，南疆最佳灌水量和施氮量分别为604 mm和325 kg·hm－2，其对应的籽棉产量分别为5 961 kg·hm－2和6 773 kg·hm－2。李志军等[19]研究了灌水量和施氮量对棉花生长和产量的水氮耦合效应，得出在灌水量为100%作物蒸发蒸腾量、施氮量为300 kg·hm－2时，棉花产量和水肥利用效率均达到最高。由此可见，水分和氮素的合理配施能够协调作物各器官生长，对棉花生长发育产生积极影响，进而提高棉花产量[20]。高效的水氮管理措施为作物增产与生态环境可持续发展提供了保障[21]。

棉花无膜栽培技术是治理棉田残膜污染问题的重要技术途径，具有广阔的应用前景[22]。然而，无膜栽培模式会增加棉田土壤水分消耗，导致氮素分布发生改变，进而影响棉花生长发育和产量形成。因此，需要探究灌水和施氮量对南疆无膜滴灌棉花生理生长的调控效应，建立和完善与之匹配的水氮管理措施。本文开展灌溉和施肥对无膜滴灌棉花生长、抗氧化酶活性和光合特性影响的研究，阐明“以肥调水”缓解干旱对南疆无膜滴灌棉花生理生长的调控作用及对产量的影响，研究结果为无膜滴灌棉花增产高效生产及大面积推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2021年4月至2022年11月在新疆阿拉尔现代农业院士专家工作站野外试驗站（81°17′56.52″E，40°32′36.90″N，海拔1 100 m）进行。试验区属温带大陆性气候区，年降水量46 mm左右，年蒸发量2 218 mm，年平均气温11.3 ℃。土壤质地为砂壤土，0～100 cm土层均匀，容重为1.58 g·cm－3，田间持水量为0.24 g·g－1，地下水位平均埋深3 m。

1.2 试验设计

供试品种为适宜南疆地区无膜种植的中棉619。目前，南疆地区膜下滴灌棉花常规施氮量为300 kg·hm－2 [23]，无膜滴灌棉花高产的单次灌水定额为54 mm[24]，参考膜下滴灌施氮量设计试验。采用裂区试验设计，以灌水量为主区，施氮量为副区，设置W1：45 mm（亏缺灌溉）、W2：54 mm（充分灌溉）2个灌水定额，以及F1（150 kg·hm－2）、F2（225 kg·hm－2）和F3（300 kg·hm－2）3个施氮量（表1），每个处理设3个重复，共18个小区（15 m×4 m），处理间预留保护行。采用无膜滴灌种植，行距和株距分别为40 cm和10 cm。棉花分别于2021年4月25日和2022年4月29日播种，于2021年10月20日和2022年10月24日收获。生育期内共进行10次灌水，每2次灌水进行1次随水施肥，共随水施肥5次。

1.3 棉花生长和生理指标及籽棉产量测定

1.3.1 棉花LAI。在棉花苗期（2021年6月19日和2022年6月21日）、蕾期（2021年7月4日和2022年7月13日）、花铃前期（2021年7月20日和2022年8月15日）和花铃后期（2021年8月30日和2022年8月31日），每个小区随机选取3株棉花，用直尺测量棉花叶片长度和宽度，按公式（1）计算叶面积。将单株所有叶片叶面积累加得到单株叶面积，根据植株密度计算LAI。

叶面积＝叶长×叶宽×0.75（1）

1.3.2 棉花叶绿素含量。在棉花苗期（2021年6月7日和2022年6月21日）、蕾期（2021年7月4日和2022年7月13日）、花铃前期（2021年8月5日和2022年7月30日）和花鈴后期（2021年8月20日和2022年8月30日），每个处理随机选5株长势均匀的棉花，采用SPAD-502 plus（柯尼卡美能达，日本东京）手持式叶绿素仪测定顶部3～5片叶的相对叶绿素含量（soil and plant analyzer development， SPAD值）。

1.3.3 棉花光合指标。在棉花苗期（2021年6月13日和2022年6月21日）、蕾期（2021年7月9日和2022年7月19日）和花铃期（2021年8月22日和2022年8月27日），选择天气晴朗时，从每个处理随机选取5株有代表性的植株，使用Li-6400xt便携式光合仪，测定倒三叶净光合速率（net photosynthetic rate， Pn）、气孔导度（stomatal conductance， Gs）、蒸腾速率（transpiration rate， Tr）和胞间CO2浓度（intercellular CO2 concentration， Ci）。

1.3.4 棉花叶片生化指标。在2022年棉花苗期（6月11日）、蕾期（7月13日）、花铃前期（7月30日）和花铃后期（8月30日）分别对棉花叶片MDA含量和抗氧化酶活性进行测定。采用南京建成生物工程研究所的SOD试剂盒（WST-1法）测定棉花叶片SOD活性，采用CAT试剂盒（钼酸铵法）测定棉花叶片CAT活性，采用POD试剂盒（分光光度比色法）测定棉花叶片POD活性，采用MDA试剂盒（硫代巴比妥酸反应比色法）测定棉花叶片MDA含量。

1.3.5 产量。棉花收获时，每个小区选取2 m×2 m样方进行人工采摘称量计算籽棉产量。

1.4 TOPSIS综合评价

为了评估灌溉和施肥的最优策略，使用优劣解距离法（technique for order preference by simi-

larity to ideal solution， TOPSIS）对棉株的光合指标、MDA含量、抗氧化酶活性和籽棉产量进行综合评价[25]。

1.5 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2019进行数据处理，运用SPSS 27进行方差分析和差异显著性分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较，用Origin 2021软件绘图。

2 结果与分析

2.1 “以肥调水”对棉花LAI和相对叶绿素含量的影响

灌水定额和施氮量对棉花SPAD值有极显著影响（P＜0.01），水氮交互作用对花铃前期和花铃后期棉花SPAD值有极显著影响（表2）。2021年和2022年不同处理棉花SPAD值的变化如图1所示，棉花SPAD值随灌水定额和施氮量的增加呈增大趋势。在花铃前期（整体上SPAD值最大），2021年和2022年W2处理较W1处理分别增加16.98%和6.73%；F3处理棉花SPAD值较F1和F2处理在2021年分别增加11.51%和3.31%，在2022年分别增加8.11%和4.47%。水氮耦合作用下，棉花SPAD值在W2F3处理下达到最大，较棉花SPAD值最小的W1F1处理显著增加，2年分别增加27.61%和15.74%。

2021年和2022年棉花LAI变化如图2所示，棉花LAI随生育期的推进呈先增后减趋势。各生育时期灌水定额和施氮量对棉花LAI均有极显著影响（P＜0.01），水氮交互作用对棉花苗期、蕾期和花铃前期LAI有极显著影响（表2）。2年结果平均，在各个时期，棉花的LAI随灌水定额和施氮量的增大呈增加趋势。在棉花LAI最大的花铃前期，2021年和2022年W2处理的棉花LAI较W1处理分别增加13.10%和32.15%；F3处理的棉花LAI较F1和F2处理在2021年分别增加52.40%和12.61%，在2022年分别增加25.46%和11.17%。水氮耦合作用下，LAI在W2F3处理下达到最大，较LAI最小的W1F1处理显著增加，2年分别增加64.47%和57.10%。

2.2 “以肥调水”对棉花光合参数的影响

2021年和2022年棉花叶片净光合速率（Pn）见图3A，棉花Pn均随生育期的推进呈先增后减趋势，随灌水定额和施氮量的增大呈增加趋势。由表3可知，灌水定额和施氮量对棉花Pn有极显著影响（P＜0.01），水氮交互作用在苗期和花铃期对棉花Pn分别有极显著和显著（P＜0.05）影响。在蕾期（Pn最高），2021年和2022年W2处理的棉花Pn较W1增加10.21%和29.56%；F3处理的棉花Pn较F1和F2在2021年分别增加24.32%和5.10%，在2022年分别增加21.95%和16.69%；水氮耦合作用下，W2F3处理的棉花Pn最高，较最低的W1F1处理显著增加，2年分别增加34.79%和59.09%。

2021年和2022年棉花叶片气孔导度（Gs）如图3B所示，棉花Gs随生育时期的推进呈先增后减趋势，棉花Gs随灌水定额和施氮量的增大呈增加趋势。灌水定额对棉花Gs有极显著影响，施氮量和水氮交互作用对苗期和蕾期棉花Gs有极显著影响，水氮交互作用对花铃期棉花Gs有显著影响（表3）。蕾期，2021年和2022年W2处理的棉花Gs较W1增加19.25%和26.90%；F3处理的棉花Gs较F1和F2在2021年分别增加36.36%和20.75%，在2022年分别增加62.21%和29.73%；水氮耦合作用下，W2F3处理的棉花Gs最高，较最低的W1F1处理显著增加，2年分别增加54.93%和92.98%。

2021年和2022年棉花叶片胞间CO2浓度（Ci）如图3C所示，在不同生育时期棉花Ci的变化较小。施氮量对棉花Ci有极显著影响，灌水定额对蕾期和花铃期棉花Ci有极显著影响，对苗期棉花Ci有显著影响，水氮交互作用對蕾期棉花Ci有极显著影响（表3）。蕾期，2021年在W1处理下各施氮量的棉花Ci差异不显著，在W2处理下F3处理的棉花Ci显著高于其他氮肥处理，水氮耦合作用下，在W2F3处理下达到最大（257.33 μmol·mol－1）；2022年棉花Ci随灌水定额的增大呈减小趋势，W2处理的棉花Ci较W1减小13.12%，同时棉花Ci随施氮量的增大呈增加趋势，F3处理棉花Ci较F1和F2分别增加17.54%和6.72%，在水氮耦合作用下，W1F3处理的棉花Ci最高，较最低的W2F1处理显著增加35.27%。

2021年和2022年棉花叶片蒸腾速率（Tr）均随生育期的推进呈先增后减趋势，棉花Tr随灌水和施氮量的增大呈增加趋势（图3D）。灌水定额和施氮量对棉花Tr有极显著影响，水氮交互作用对蕾期棉花Tr有显著影响（表3）。蕾期，2021年和2022年W2处理的棉花Tr较W1增加23.68%和7.44%；F3处理的棉花Tr较F1和F2在2021年分别增加24.25%和15.03%，在2022年分别增加35.60%和2.88%；在水氮耦合作用下，W2F3处理的棉花Tr最高，较最低的W1F1处理显著增加，2年分别增加46.84%和41.89%。

2.3 MDA含量及抗氧化酶活性的变化

2022年棉花叶片MDA含量随生育期的推进呈增加趋势，随施氮量和灌水定额的增大呈减小的趋势（图4A）。灌水定额和施氮量对棉花MDA含量有极显著影响（P＜0.01），水氮交互作用对花铃后期棉花MDA含量有显著影响（P＜0.05）（表4）。在花铃后期，W2的MDA含量较W1减小了20.52%，F3的MDA含量较F1和F2分别减小了17.01%和6.52%。在水氮耦合作用下，花铃后期棉花MDA含量最低的W2F3处理较最高的W1F1处理显著降低33.80%。

2022年棉花叶片SOD活性随生育期的推进呈先增后减的趋势，棉花SOD活性随灌水定额的增大而降低，随施氮量的增大而增加（图4B）。灌水定额和施氮量对棉花叶片SOD活性有极显著影响，水氮交互作用对花铃前期棉花叶片SOD活性有显著影响（表4）。蕾期，W2处理较W1处理降低9.96%，F3处理较F1和F2处理提高12.73%和5.45%，在水氮耦合作用下，棉花SOD活性最高的W1F3处理较最低的W2F1处理显著增加25.24%。

2022年棉花叶片CAT活性随生育期的推进呈先增后减的趋势，棉花CAT活性随灌水定额的增大而降低，随施氮量的增大而增加（图4C）。灌水定额和施氮量对棉花CAT活性有极显著影响（表4）。在花铃前期（CAT活性最高），W2处理较W1处理降低9.81%，F3处理较F1和F2处理分别增加8.46%和2.51%，在水氮耦合作用下，棉花CAT活性最高的W1F3处理较最低的W2F1处理显著增加21.93%。

2022年棉花叶片POD活性随生育期的推进呈先增后减的趋势，棉花POD活性随灌水定额的增大而降低，随施氮量的增大而增加（图4D）。灌水定额和施氮量对棉花叶片POD活性有极显著影响（表4）。蕾期，W2处理较W1处理降低21.91%，F3处理较F1和F2处理分别提高16.42%和6.80%，在水氮耦合作用下，棉花POD活性最高的W1F3处理较最低的W2F1处理显著增加29.48%。

2.4 “以肥调水”对棉花产量的影响

两年灌水定额、施氮量和水氮交互作用对籽棉产量有显著影响（表5和图5）。F1和F2氮肥水平下充分灌溉时籽棉产量高于亏缺灌溉，2021年W2F1和W2F2的籽棉产量较W1F1和W1F2处理分别显著增加14.42%和10.00%，2022年分别增加11.56%和2.02%；F3氮肥水平下充分灌溉的棉花产量低于亏缺灌溉，2021年W2F3处理较W1F3显著减少5.72%，2022年减少7.16%。W1处理条件下棉花产量随施氮量增大而增加，两年W1F3处理的籽棉产量较W1F1、W1F2分别增加15.44%、7.91%和14.61%、0.82%。W2处理下棉花产量随施氮量增加呈先增加后减小的趋势，2021年和2022年W2F2处理的籽棉产量较W2F1、W2F3分别增加2.84%、8.12%和3.96%、8.99%。水氮耦合作用下W2F2处理下籽棉产量最高，为6 637.34 kg·hm－2（2021年）和7 006.38 kg·hm－2（2022年），但与W1F3和W2F1处理无显著差异。

2.5 基于熵权TOPSIS的综合评价

为了确定不同灌水定额和施氮量处理对棉花生理性状和产量的影响，本文采用了熵权TOPSIS法进行综合评价。研究将2022年棉花产量、LAI、SPAD值、光合参数、抗氧化酶活性和MDA含量作为评价因子进行熵权TOPSIS分析。由表6可知，W2F3处理的综合评分指数和TOPSIS等级最佳（排名第1），其次是W1F3和W2F2处理。

3 讨论

叶片是进行光合作用的主要器官，叶绿素是影响光合特性的重要生理指标，棉花叶片叶绿素含量和叶面积受水分和氮素等多重因素的影响。试验结果表明，在相同施氮量下，水分亏缺导致棉花SPAD值和LAI下降，与吴立峰等[25]和Ennahli等[26]的研究结果一致。这是因为水分亏缺会导致棉花叶绿素含量和LAI下降，并且随着水分亏缺程度的增加而降低，特别是在生育前期[27]。本研究中2种灌水定额下，SPAD值和LAI均随施氮量的增加而增加，与龚珂宁[28]的研究结果一致。说明氮肥不仅有助于叶绿素的合成，还会促进棉花根系发育，提高根系吸收水分和养分的能力[8， 13]，进而增加叶面积。因此，亏缺灌溉条件下增施氮肥可以有效提高植株SPAD值和LAI，补偿水分亏缺对棉花叶片生长发育造成的不利影响。

光合作用是與棉花生长发育和产量形成相关的重要生理活动，土壤水分和氮素是影响棉花光合作用的重要因素，水氮供应不足会造成植物叶片气孔关闭、光合相关酶活性下降、叶绿体活性受损，从而降低净光合速率[29]。本研究表明，亏缺灌溉导致棉花Pn和Tr降低，但随着施氮量的增加，棉花Pn和Tr有增大趋势，与王培华等[30]和李鹏程等[31]的研究相符。表明氮肥可以在一定程度上改善干旱对棉花光合作用的抑制。Gs与Ci是判断光合作用效率的重要指标，当Gs和Ci同时上升或下降时净光合速率的变化主要受气孔因素影响[32]。本研究中，棉花叶片Gs和Ci随施氮量的增加总体上呈增大趋势，说明施氮量通过气孔因素影响净光合速率。分析其原因，水力信号是植物调节气孔关闭的主要途径，叶片缺水时通过关闭气孔减少水分散失[33]，同时也会降低光合速率，施氮量的增加促进了植物吸收水分的能力，改善了叶片内的水分状况，进而提高植物光合速率[34]。亏缺灌溉条件下增施氮肥可有效提高棉花叶片光合能力，促进棉花细胞中有机物的合成，为提高棉花产量奠定物质基础。

MDA是反映植物过氧化程度的重要指标，其含量越高，表明植物受到的环境胁迫的损害越严重[35]。抗氧化酶对清除植物体内多余的活性氧，维持植物细胞的代谢平衡有重要的作用，SOD、CAT和POD是植物体内主要的抗氧化酶，SOD是植物清除活性氧的第一道防线，CAT和POD是植株清除H2O2过程中的关键性酶。本试验中，亏缺灌溉处理显著提高了SOD、CAT、POD活性和MDA含量，增加氮肥施用量降低了MDA含量，提高了SOD、CAT和POD活性。这是因为棉株受到干旱胁迫时，氧化程度加剧，MDA含量增加，诱导棉株增强抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性来清除活性氧，缓解水分胁迫带来的损伤[36]，而增加施氮量可提高棉株体内的抗氧化酶活性，缓解棉株受到的氧化损伤，从而降低细胞中的MDA含量。

灌溉和肥料及其交互作用对作物生长发育产生影响，进而影响作物产量[21]。灌水定额和施肥量对棉花产量的影响并不是简单的正相关关系，在一定的水肥投入范围内，灌水定额和施肥量的增加有助于提高产量，然而灌水定额和施肥量超过一定阈值时会导致棉花减产[37-39]。本研究中施氮量和水氮交互作用对棉花产量产生了显著影响，水分亏缺条件下增加施氮量显著提高了棉花产量，然而充分灌溉处理下棉花产量随施氮量的增加先增加后减小。这是因为氮素可以增强棉花抗旱能力，减轻水分亏缺对棉花生长、光合性能和产量的抑制作用，从而提高棉花产量[40]；而充分灌水下棉花对氮素的吸收能力较强，过量施用氮肥导致棉花过度生长以及僵铃脱落增加，从而降低棉花产量[41]。基于棉花生理生长指标和产量的熵权TOPSIS综合评价表明，W2F3（54 mm灌水定额和300 kg·hm－2施氮量）处理下棉花表现最优，W1F3（45 mm灌水定额和300 kg·hm－2施氮量）处理和W2F2（54 mm灌水定额和225 kg·hm－2施氮量）处理次之。W2F3处理在叶面积指数、相对叶绿素含量、MDA含量和光合能力方面的表现较好，因此综合评分指数和TOPSIS等级最高，但生理性状的优势并没有转化为产量优势，并不是本研究的最佳处理。W1F3和W2F2处理的TOPSIS综合评分接近，W2F2处理下籽棉产量最高，W1F3处理次之，两者差异不显著，表明增加施氮量可以缓解水分亏缺对棉花籽棉产量的不利影响。综上可以得出，增施氮肥可以一定程度缓解干旱胁迫，通过施肥补充土壤氮素不仅可以缓解水分胁迫的影响，还能通过提高棉花光合性能和抗氧化能力，补偿水分亏缺造成的产量损失。

土壤水分受覆盖方式的影响较大，与膜下种植相比，在无膜情况下土壤水分蒸发较大，棉花易受干旱胁迫的影响。合理的灌溉和施肥可以减轻干旱胁迫对棉花的影响，有助于解决棉花无膜滴灌下产量降低的问题。研究表明，无地膜覆盖对作物生长初期的影响较大[42]。因此，在后续的研究中可以细化单次灌水量，以确定南疆无膜棉田最佳灌溉制度。本文主要进行了棉花生理方面的研究，初步确定了施用氮肥可以缓解干旱对棉花生理活性和产量的不利影响。棉花耗水、养分吸收、生长和产量由于地域、土壤质地和种植模式等因素可能存在差异，导致无膜滴灌棉花水肥最佳施用策略不同，但水氮调控规律相差不大。同时，考虑到当前减少化肥用量的要求，应进一步优化氮肥用量，提高水肥利用效率和经济效益。

4 结论

本研究结果表明，增加灌水定额和施氮量可以显著提高棉花叶面积指数，叶绿素含量和光合能力。亏缺灌溉下棉花MDA含量显著提高，增加施氮量可以显著提高抗氧化酶（SOD、POD和CAT）活性，从而缓解水分亏缺对棉花植株造成的伤害。增加氮肥施用量能缓解干旱造成的无膜棉产量损失，其中450 mm总灌溉定额和300 kg·hm－2施氮量有利于在水资源有限的南疆实现无膜滴灌棉花高效生产。

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