膜下滴灌對南疆雜交棉兆豐1號群體光合作用和產量的影響

高山 張瑜王 冀川

(塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300)

雜交棉以其高產、高衣分、高抗逆等特性在我國得到快速發展，目前雜交棉種植雖然已經形成模式化的栽培技術體系，但由于品種更新快，對品種的氣候、土壤條件及棉花栽培技術的反應差異不清楚，造成品種區域間產量差異較大，品質表現不一，增產增效不明顯等。因此深入開展超高產雜交棉高效生產性能的機理的研究，尤其是開展適于新疆干旱區條件下的不同滴灌供水對雜交棉群體組成、群體光合特征以及產量構成的影響的研究，完善新疆干旱區雜交棉優化高產栽培管理技術體系，是當前雜交棉科研面臨的主要課題。

新疆南疆地處歐亞大陸腹地屬典型大陸氣候，光照資源豐富，具有發展棉花的資源優勢。近十幾年來，新疆棉花發展迅速，在生產上采用了“矮、密、早、膜”的栽培技術。為此開展了滴灌處理對新疆棉花群體冠層結構，以及葉面積指數分布對棉花源庫分布的影響。新疆具有特殊的自然條件和氣候條件，非常利于棉花的生長，雜交棉冠層結構和群體光合明顯區別于常規棉花，創造出適宜的冠層結構、合理利用新疆有利光熱資源，是奪取雜交棉高產優質的關鍵，因此合理的滴灌處理對新疆雜交棉生長影響的研究很有必要，對推廣雜交棉生產具有重要指導意義。膜下滴灌是將覆膜種植與滴灌技術相結合的一種新型灌溉技術，也是地膜栽培技術的延伸與深化。提高種植密度是新疆棉花增產的主要途徑。國內外許多學者著重研究了常規灌溉條件下不同密度對棉花群體光合作用、冠層結構及產量的影響［1，2］，但有關新疆不同滴灌條件下的雜交棉群體的群體光合特征、光合能力、對產量的影響研究不多，合理的高產種植一直沒有一個明確的理論依據，本課題采用雜交棉兆豐1號品種在不同滴灌供水量下開展群體光合的研究，為棉花揭示雜交棉高產機理研究打下基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

選用兆豐1號為供試品種。4月23日播種，7月17打頂。按大田膜下滴灌配置:(24+57+24+57)cm×13 cm，滴灌帶置于窄行中間，1管2行模式，密度為18萬株/hm2。設置5個滴灌定額控制試驗(表1)，小區面積55 m2，各重復3次，每區種植3膜共12行。小區用水表記錄灌溉水量。每小區之間用防滲板(PVC聚酯板)隔開，隔離深度60 cm。試驗地土質為沙壤土，土壤容重為1.36 g/cm3，田間持水量24.1%，地下水位3.0 m左右。

表1 不同膜下滴灌控水設置

試驗地出苗時間為5月上旬，從出苗后40天左右開始滴灌控水處理，田間管理照按大田常規管理進行，1～2葉期定苗，苗期中耕1次，在第3～8次滴灌期間共滴施尿素375 kg/hm2、KH2PO4150 kg/hm2。全期化調2次，初花期噴施縮節胺18 g/hm2，打頂后1周噴施縮節胺75 g/hm2。

1.2 測試內容和方法

每隔7～10 d隨機取完整植株2株(開花前5株)，觀測各處理的生長發育情況，測量和記錄各生育階段植株的形態指標，并分別測定各器官的鮮重后置于烘箱105℃下殺青30 min、80℃下烘干至恒重后稱重;于各階段測定群體光合指標，收獲期各處理選擇有代表性植株50株，按單株分別摘取棉株不同部位果枝上的全部吐絮棉鈴，供室內考種用，以實收籽棉產量計產。

群體光合速率(CAP)和群體呼吸速率(CR)參照馬富裕等［3］的方法，采用同化箱法測定。在晴天11:00 ～14:00、光強穩定在 1 200 ～1 400 μmol/m2/s，用GXH－305型紅外線CO2分析儀在田間直接測定，同化箱寬0.8 m，長0.9 m，高度依不同生育期株高而定，保持同化箱頂部到冠層頂部有25 cm左右的間距。箱內裝兩個風扇攪拌氣體，框架外罩透明聚脂薄膜。選取三個點，每點測定兩次，當同化箱內CO2氣體穩定下降后開始測定，每次測定時間為60 s。不同處理采用輪回測定的方法。用紅黑雙層絨布布罩遮光后測定群體呼吸速率。同法測定土壤呼吸以修正群體光合的測定值，在群體結構相近的田地，剪去與同化箱底大小相同面積地表上的植株后，測定土壤呼吸釋放的CO2，以修正群體光合的測定值。計算群體呼吸和群體光合占群體總光合的比例:CRP=CR/(CR+CAP)和 CAPP=CAP/(CR+CAP);群體葉源量(CLSC)參照肖凱等［10］方法計算:CLSC= Σ［(CAPi+CAPi+1)/2］·Di，式中CAPi、CAPi+1指第 i、i+1 次測定的 CAP，Di為第 i至i+1次測定所間隔的時間(天數)。

1.3 數據分析

采用SPSS13.0軟件對試驗數據進行統計分析。用Microsoft Excel 2003軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同滴灌量對棉花群體光合速率(CAP)與呼吸速率(CR)的影響

雜交棉在不同滴灌量條件下，群體光合速率(CAP)隨生育期均呈先增加后減小的單峰型曲線變化(圖1a)，在初花(7月上旬)前增長緩慢，盛花期—初鈴期(7月下旬～8月上旬)達到最大值，隨后迅速下降。不同處理間表現為，苗期未滴水前土壤水分相同，CAP無差別;棉花滴水后至初花期處理間的CAP差異開始顯現，表現為滴灌量越大CAP增速越快，在初鈴期前后(8月上旬)各處理差異最大，隨滴灌量依次是T1最高，T5最低，滴灌量越小CAP的變化越平穩。T3的CAP雖不如T1、T2高，但盛鈴期以后(8月中下旬)下降緩慢，其各階段的CAP值為苗期0.38 gCO2/m2/h，蕾期1.67 gCO2/m2/h，盛花期4.26 gCO2/m2/h，初鈴期5.11 gCO2/m2/h，吐絮期1.30 gCO2/m2/h。T4、T5 由于受土壤水分虧缺的影響，其 CAP顯著低于水分非虧缺處理。

圖1 不同滴灌量處理對雜交棉CAP(a)和CR(b)的影響

雜交棉群體呼吸速率(CR)隨生育期也呈先增后減的單峰型曲線變化(圖1b)，但其峰值較CAP推后。各處理間CR峰值和出現的時期有所不同，T4、T5的CR在初鈴期達到最高值，分別為1.54和1.35，而T1、T2、T3的CR在盛鈴期才達到最高值，分別為2.2、1.87、2.05，說明滴灌量越少，CR 峰值越低，且有前移趨勢，這可能是水分虧缺造成個體在盛花期以后生長量明顯不足、器官活力衰退所致。處理間CR差異主要表現在初鈴期以后，T1的CR始終最高，T3除在盛鈴期高于T2外，其余時期均低于T2，表明T3處理在結鈴的關鍵時期個體呼吸旺盛，利于同化養分的合成與轉移，而其余時期CR較低，利于同化物積累。T4、T5由于生育期內水分缺乏，棉株生長勢弱，CR表現最低。各處理的CAP占群體總光合速率的比例(CAPP)在盛鈴期以前差異不大，盛鈴后T3明顯高于其他處理，T1和T2最低(表2)。從CR占群體總光合速率的比例(CRP)來看，水分虧缺處理(T4、T5)在初鈴期以前較高、吐絮期較低，多水處理(T1、T2)在盛鈴期以后表現較高，T3的CRP在初鈴期以前明顯低于水分虧缺處理，而與T1、T2差異不大，到盛鈴期時達到最大值，隨后迅速下降，低于所有處理，表明適量滴灌在保證棉株同化物積累不降低的情況下，在棉鈴生長的關鍵時期通過增大呼吸強度以充分滿足棉鈴生物能消耗，保證棉鈴良好發育，在生育后期以正常的生長勢衰退，達到吐絮集中的目的。

表2 各處理不同生育時期的CR和CAPP變化

2.2 不同滴灌量對花鈴期群體葉源量(CLSC)的影響

不同滴灌量對棉花群體葉源量(CLSC)的影響見圖2，雜交棉CLSC隨生育進程有2個高峰。蕾期棉花個體較小，生長勢緩慢，CAP較低，CLSC不高;開花期是棉株一生中個體生長速度最大時期，尤其在初花—盛花期(7月初～7月下旬)更是雜交棉株高、果枝數增長高峰期，故群體增長快，CLSC達到高峰;盛花—初鈴是棉花蕾鈴脫落的高峰期，群體呼吸增強，CLSC降低;初鈴—盛鈴是雜交棉鈴快速生長發育的時期，群體CLSC又顯著增加，此后CLSC逐漸降低。處理間在開花期—盛鈴后期的各階段，CLSC均隨灌量增加而增加，但盛鈴以后T2、T3的CLSC下降迅速，這主要是由于過量灌溉造成后期群體過大，通風透光不良，群體CAP下降過快所致，對產量形成不利［4］。盛花—初絮(7月下旬～9月初)是雜交棉產量形成的關鍵時期，由于棉株間的競爭生長，群體內部的自動調節及栽培措施的調控，造成此期的CLSC在非虧缺灌溉處理(T1、T2和T3)之間的差異并不大，而虧缺處理(T4、T5)的CLSC卻顯著下降，說明雜交棉在適量滴灌的基礎上，增加滴灌量并不能增加雜交棉冠層同化能力，但干旱將嚴重影響群體生產力。

圖2 各處理群體葉源量(CLSC)變化

2.3 不同滴灌量對棉花葉面積指數(LAI)的影響

試驗表明(圖3)，不同滴灌量處理下葉面積指數(LAI)均隨生育時期逐漸增大，在盛花至盛鈴期達最大值，隨后下降;處理間最大LAI出現的時期有所不同，表現為灌量減少，最大LAI出現時期有前移趨勢。現蕾(5月底)前棉花未滴水，各處理間LAI變化無差異，滴灌后從盛蕾期(6月中旬)開始，隨灌量加大而LAI增加，到盛花期以后虧缺滴灌處理顯著低于非虧缺處理。T3的LAI在盛花期之后迅速增加，在初鈴期達到4.2的最高值，以后至吐絮盛期(9月中下旬)不斷下降，在整個生育期內變化較為平穩。T1的LAI從盛蕾期開始迅速上升，至盛鈴期達到4.85的最高值，盛絮期仍余3.14，造成鈴期郁閉，透光不良;水分虧缺處理影響群體營養生長，造成葉源量不足，如T5在盛花期LAI即達到最高為3.07，且后期下降迅速，至盛絮期僅余0.83，其生長勢有限，影響產量。

2.4 不同滴灌量對棉花干物質累積及分配的影響

雜交棉地上部干物質積累在盛花期之前積累緩慢，初鈴期以后進入到快速積累期，盛鈴期積累速率達高峰期，此后進入到吐絮期，群體生長勢衰退，總干物質增長減緩。不同處理間在初花之前干物質累積無明顯差異，盛花以后差異明顯 (圖4)，總體上表現為滴灌量越大單株干物質累積越多。T1與T2差異不大，T3從初鈴期開始與T1、T2差異明顯增大，而T4、T5從盛花期開始差異明顯增大。說明土壤水分過多造成棉株生長旺盛，而水分過少，嚴重影響棉花的營養體生長。生殖器官干物質累積從現蕾期開始，至初花期增長緩慢，此期雜交棉主要進行株高、果枝等的營養生長;盛花—初鈴期蕾鈴干重快速增加，雜交棉生長中心開始轉向生殖生長、營養生長減弱的趨勢。處理間生殖器官干物質積累量也有所不同(表3)，在初絮期(8月下旬)表現為T3(90.68g)＞T2(86.61 g)＞T1(76.29 g)＞T4(60.93 g)＞T5(38.08 g)，T4、T5自盛花期開始明顯低于T3，而T1在盛鈴期以前與T3差異不大，此后由于個體生長旺盛，造成蕾鈴脫落嚴重，其生殖器官干重明顯低于T3。

生殖器官干重占地上部總干重的比例隨生育時期逐漸增加(表3)，以吐絮期達高峰，各處理此期5個處理中以光合物質在棉鈴中的分配率大小順序為T3＞T4＞T2 ＞T5 ＞T1，即適量滴灌處理具有合理的同化物積累，其產量的轉化率高。T5由于生育期間持續水分虧，生殖生長受到極大限制，導致干物質分配到棉鈴的比例下降。T1干物質在生殖器官的分配率最低，在吐絮期僅為44.5%，這是由于供水量過高，導致營養生長過旺，群體光合速率高，造成棉株瘋長，蕾鈴脫落嚴重，光合產物向生殖器官中分配率下降。

2.5 不同滴灌量對雜交棉產量及產量構成因素的影響

不同滴灌量條件下，T3、T2的籽棉產量顯著高于其他處理(p＜0.05)，分別達到達 8 289.5 kg/hm2和7714.3 kg/hm2。其次為 T1 和 T4，T5 產量最低(表4)，僅為適量滴灌條件下的36.58%。從產量構成因子上看，非虧缺灌溉處理的單株結鈴數顯著高于虧缺灌溉處理(p＜0.05)，T3顯著高于T1，而與T2差異不顯著;單鈴重除T5明顯低于T3外其他處理間差異不大，說明灌水量對雜交棉產量的影響主要表現在單株鈴數差異，對鈴重影響不大。各處理的霜前花率隨滴灌水量的增多而下降，T1的霜前花率僅為90.2%，說明水分過高，棉株長勢過旺，盡管產量也較高，但霜后花增多，生產效率下降;水分過少，棉株長勢衰弱，盡管有較高的霜前花率，但總鈴數減少，對產量潛力發揮不利。

表3 各處理生殖器官干物質積累(g/株)及其占總干重比例(%)

表4 不同滴灌量雜交棉的產量及產量結構

3 結論與討論

3.1 土壤水分變化不僅影響作物的形態生長，對作物群體光合特征也有明顯影響［5］。本研究表明，兆豐1號的LAI、CAP和CR隨生育期均呈單峰曲線變化，其峰值分別在盛花—盛鈴期、盛花期—初鈴期和初鈴期—盛鈴期，且灌量越少，峰值有前移趨勢。CRP的高峰在盛鈴期，CLSC有2個高峰:初花—盛花期、初鈴—盛鈴。限量滴灌造成棉田土壤水分虧缺，CAP降低，CR及CRP在盛花期上升，進入盛鈴期以后CR又顯著低于適量滴灌處理，LAI較低。過量灌溉造成雜交棉營養體增長過快，CAP、LAI、和CLSC雖然較高，但后期下降快，尤其是初鈴期以后CAPP最低，CR上升，造成生殖器官干物重占地上部總干物重比例降低，不利于有效產量形成，生產效率低。適量滴灌條件下土壤水分適宜，CAP增強，LAI上升快，且后期能保持較高LAI水平，保證最終產量的形成。

與常規棉相比［6，7，8，9］，適宜灌量條件下雜交棉群體光合各指標峰值均有所提前，且數值較高，在生育后期(吐絮期)仍保持較高水平。由此可見雜交棉群體具有更強的生理活性和光合性能，這一點從試驗中雜交棉干物質積累和產量較高的結果可以看出。但不同灌溉量條件下雜交棉光合指標峰值范圍變化較常規棉大，說明雜交棉對水分敏感，要求的灌水量較高，這也是生產中按照常規棉灌溉制度而造成不同年份和地區間雜交棉產量變動較大的原因之一。故實踐中只有保障較高的滴灌供水，并注意較早運籌水肥，配合良好的化學調控，延緩生育后期LAI、CAP的過快衰退，提高同化物向棉鈴中的分配比例才是實現新疆雜交棉花高產穩產的途徑之一。

3.2 本試驗研究表明，兆豐1號在南疆地區種植的適宜滴灌定額為3 000～4 125 m2/hm2，最高LAI為4.2～4.33，群體干物質積累為19 800～23 400 kg/hm2，最終生殖器官干物重占總干重的比例為59.6～65.5%，產量達7 714.3～8 289.5 kg/hm2。

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