不同氮水平處理下滴灌棉花氣孔導度與土層（10 cm）田間持水率之間的響應特征

張建新+何江勇+石榮媛

摘 ? ?要：為了揭示滴灌棉花節水節肥效果，為滴灌棉花節水節肥提供技術參數和理論依據，以新陸早42號為試驗材料，采用滴灌盆栽試驗，研究滴灌棉花氣孔導度與土層（10 cm）的田間持水率之間的響應關系，獲得蕾期和花鈴期不同施N水平條件下其相關性和模型。結果表明，在蕾期不同處理純N分別為2，4，6 g·盆-1的條件下，氣孔導度與土層10 cm的田間持水率之間呈負相關關系，相關性系數（r）分別為-0.859，-0.863，-0.934，T檢驗顯著水平P為0.062，0.059，0.020;6 g·盆-1處理的擬合模型為線性函數，模型擬合決定系數（R2）為0.872，F檢驗顯著水平P為0.020，達到顯著水平;花鈴期，氣孔導度與土層10 cm的田間持水率之間呈正相關關系，相關性系數（r）分別為0.918，0.750，0.867，T檢驗顯著水平P為0.028，0.144，0.057;2 g·盆-1處理的擬合模型為指數函數，模型擬合決定系數（R2）為0.891，F檢驗顯著水平P為0.016，達到顯著水平。該函數模型很好地描述了滴灌棉花氣孔導度與土層10 cm的田間持水率之間的相關關系，為內陸干旱區綠洲農業滴灌棉花耗水量的估算提供了新的計算方法和理論依據。

關鍵詞：滴灌;盆栽;棉花;氣孔導度;田間持水率

中圖分類號：S562 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.11.001

Response Characteristics between Drip Irrigation Cotton Stomatal Conductance and Field Capacity of 10 cm Soil Layer under Different Conditions of Nitrogen Fertilizers

ZHANG Jian-xin1， HE Jiang-yong1， ? SHI Rong-yuan2

（1. Institute of Irrigation and Water Conservancy and Soil and Fertilizer of Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences， Shihezi City， Xinjiang 832000，China; 2. Paotai Soil Improvement Test Station of Eighth Division， Xinjiang Production and Construction Corps， Shihezi City， Xinjiang 832066，China ）

Abstract： To reveal the water-saving and fertilizer-saving effect of the drip irrigation cotton and provide technical parameters and theoretical basis， the No.42 Xinluzao Cotton was taken as experimental material， the experimental method of drip irrigation potting was adopted to study the response relationship between the drip irrigation cottons stomatal conductance and the field capacity 10 cm beneath the ground， acquiring the correlation and model of the blossoming stage and the bud stage under different nitrogen fertilizer levels. The results showed that during the bud stage of cotton， there was negative correlation between stomatal conductance and field capacity 10 cm beneath the ground under the nitrogen fertilizer level of 2， 4， 6 g per pot（N）， and the relative coefficients （r） were -0.859， -0.863， -0.934， the significant level P of T test were 0.062， 0.059， 0.020; the fitting model of 6 g per pot （N） was linear function， the model fitting determination coefficients （R2） was 0.891， and the significant level P of F test was 0.016， reaching the significant level. Therefore， the function model studied in this paper have described the response relationship between the drip irrigation cottons stomatal conductance and the field capacity 10 cm beneath the ground， thus providing new computing methods and theoretical basis with the estimation of water consumption of drip irrigation cotton in the oasis farming of inland arid region.

Key words： drip irrigation;potting;cotton;stomatal conductance;field capacity

氣孔是土壤—植被—大氣連續體（SPAC）物質、能量[1]以及信息交換的重要通道[2]，對植物與外界環境水分和氣體交換平衡起著重要的調節作用[3]。氣孔的開閉程度是光合作用和蒸騰作用強度的重要決定因素，外界環境因子對其影響明顯，氣孔又是作物水分循環和CO2交換的重要通道。在植物生理生態學中，氣孔的開閉程度用氣孔導度來表達[4]，它在控制碳和水分交換的平衡中起著關鍵作用[5] ，葉片氣孔導度主要受遺傳及環境因素共同影響。研究滴灌棉花氣孔導度和土層10 cm的田間持水率的響應關系，對揭示滴灌棉花的生長發育的節肥節水規律和指導棉花生產具有重要意義。

Johan和Hakan研究了春小麥在不同發育階段氣孔導度和光合作用的變化[6];Ye和Yu建立了冬小麥氣孔導度與光合作用的耦合模型[7];Peasles 和 Mose報道，玉米在缺氮處理時，玉米葉片葉綠素含量和氣孔導度均顯著降低，共同導致凈光合速率降低[8];Shimshi發現，氮素缺乏的植株不能像供給氮素適量的植株那樣使氣孔關閉正常[9]，氣孔導度降低[10]。國內若何萍等認為，氮鉀配比不僅可以增加玉米葉片中IAA、ZR和GA3含量[11]，降低ABA含量[12]，而且能夠調節各個激素之間的平衡[13];庫文珍等[14]認為，水稻耐低鉀與其植物激素水平或植物激素間比例關系有關;陳范駿等[15]認為，玉米苗期上流液中氨基酸與硝態氮的比值具有很大的遺傳差異，且在低氮條件下與田間產量有很好的相關性，主要集中在低氮脅迫下（玉米、水稻、小麥等作物）棉花的產量[16]、吸收氮特性、氮素利用效率[17]以及植株形態特征等方面[18]，王笑影等研究了植被—大氣相互作用中的氣孔導度及其尺度轉換[19]， 段勇華等[20]研究發現，在缺氮、鎂、鉀和鋅處理下，水稻各品種葉綠素、氣孔導度均降低，導致葉片凈光合速率也明顯降低，且品種間降幅差異不顯著，這表明缺鉀、鎂和鋅處理時水稻葉片葉綠素含量降低[21]和氣孔導度降低均導致凈光合速率顯著降低[22]。黃高寶等報道，在低氮條件下不同玉米品種氮素營養效率的高低與品種的凈光合速率、氣孔導度等都有一定相關性[23-26]。

上述研究主要是氣孔導度與養分、葉綠素和光合作用之間的相關性研究，而近幾年來，報道滴灌棉花在不同氮肥條件下土層10 cm的田間持水率和氣孔導度及其特征研究的相關內容較少，研究滴灌棉花蕾期和花鈴期的土層10 cm的田間持水率與氣孔導度特性，對深入了解滴灌棉花這個重要時期的節水節肥生理特征，提高滴灌棉花產量具有重要意義;因此，本研究采用滴灌盆栽方法，研究滴灌棉花在不同生育期限不同氮肥條件下土層10 cm的田間持水率和氣孔導度及其特征變化，為滴灌棉花優質高產節水高效提供理論和技術依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

以棉花新陸早42號為供試材料，于2012年至2014年在新疆農墾科學院棉花所棉花育種良繁育基地內進行。供試土壤為新疆石河子121團新五連灌耕中壤土，容重為1.632 g·m-3，田間持水量為20.11%，基礎肥力為有機質含量0.64%，堿解氮42.03 mg·kg-1，速效磷17.80 mg·kg-1，速效鉀271.37 mg·kg-1，pH值 8.09，總鹽0.34%。試驗盆缽為塑料圓桶，上口內直徑40 cm，桶底內直徑31 cm，高度37 cm，離桶底31 cm 處開孔，盆缽上裝有塑料制內鑲式的滴水管穿孔，盆缽底部鋪有細砂塑料網一層，細砂和小石頭混合料3～4 cm，裝有供試土壤27～28 cm。滴灌系統：水源，32球閥一個，32過濾器一個，32PE黑色塑料20 m，水表10塊，壓力表10塊，16球閥30個，16堵頭10個，16內鑲式滴灌管60 m。滴頭流量2 L·h-1，滴頭間距為50 cm。

1.2 試驗設計

盆栽試驗設計：4 050 ?m3·hm-2（當前新疆兵團大田滴灌棉花的灌溉定額），滴水次數為13次（當前新疆兵團大田滴灌棉花的灌溉次數）。每個處理1盆，3個施肥水平，重復20次，共計60盆。3個施肥水平分別為：N2（低氮），純N：2 g·盆-1，即尿素和磷酸一銨6.22 g·盆-1;N4（中氮）：純N：4 g·盆-1，即尿素和磷酸一銨7.22 g·盆-1， N6（高氮）：純N：6 g·盆-1，即尿素和磷酸一銨9.22 g·盆-1。施肥比例N∶P2O5為1∶0.4，N用尿素折算，P2O5用磷酸一銨折算。

1.3 測定項目及方法

土壤田間持水率：取樣時間為早上10：00，取土樣量為20 g·盆-1·次-1，測試方法為烘干法。

氣孔導度：取樣時間為中午12：00—14：00，采用SC-1氣孔儀測定。

葉綠素：取樣時間為中午12：00—14：00，每株測5點次，采用SPAD-502葉綠素儀測定。

土樣采集N、P、K養分測試：10月份取樣，取土樣量為1 000 g·盆-1，測試方法N（氮）采用0.01 mol·L-1 （CaCl2）浸提—紫外分光光度法 ，P（磷）采用Olsen法比色分析， K（鉀）采用1.0 mol·L-1 NH4OAc浸提—火焰光度法。

根系收集：在11月份，整個植株進行測定根的形態和質量形態、質量。

成熟期考種及產量測定。

1.4 數據分析方法

使用Excel，SPSS19等分析軟件。

2 結果與分析

2.1 滴灌棉花氣孔導度與土層（10 cm）田間持水率之間的統計特征

從表1可以看出，滴灌棉花在蕾期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度和土層為10 cm的田間持水率特征值，在施氮水平分別為N2、N4和N6時氣孔導度的均值分別為634.780，664.533， 618.206，極小值分別為165.733，144.500，51.733，極大值分別為983.600，1 078.100，1 095.000，差異明顯，其峰度系數分別為-0.571，0.169和0.303，偏度系數分別為-0.569，-0.636和-0.460，服從正態分布;土層為10 cm的田間持水率的均值分別為80.284，88.295，92.707，極小值分別為56.343，81.719，87.724，極大值分別為92.69， 93.752，97.135，差異明顯，其峰度系數分別為1.515，-2.399，-2.651，偏度系數分別為-1.331，-0.372，-0.341，服從正態分布。

在花鈴期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度和土層為10 cm的田間持水率特征值，在施氮水平分別為N2、N4和N6時氣孔導度的均值分別為1 712.584，1 565.125，2 047.980，極小值分別為1 383.967，629.733，744.400，極大值分別為2 101.900，2 436.700，3 464.300，差異明顯，其峰度系數分別為0.625，-0.894，0.729，偏度系數分別為0.515，-0.145，0.267，服從正態分布;土層為10 cm的田間持水率的均值分別為96.335， 90.989，92.276，極小值分別為90.435，85.790， 78.693，極大值分別為99.876，99.176，99.979，差異明顯，其峰度系數分別為1.376，1.370，0.620，偏度系數分別為-1.168，1.155，-1.192，服從正態分布。這表明氣孔導度和土層為10 cm的田間持水率特征值差異明顯，服從正態分布。

2.2 滴灌棉花氣孔導度與土層（10 cm）田間持水率之間的成對樣本T檢驗分析

從表2可以看出，滴灌棉花在蕾期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率成對樣本特征值及T檢驗，在施氮水平分別為N2、N4和N6條件下氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率成對樣本的均值分別為554.495，576.237，525.498，標準誤分別為339.584， 359.613，396.098，T檢驗值分別為3.651，3.583， 2.967，顯著水平P分別為0.022，0.023，0.041。

在花鈴期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率成對樣本特征值及T檢驗，在施氮水平分別為N2、N4和N6條件下氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率成對樣本的均值分別為1 616.248，1 474.135，1 955.703，標準誤分別為263.207，701.513，991.175，T檢驗值分別為13.731，4.699，4.412，顯著水平P分別為0.000，0.009，0.012。這表明，氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的成對樣本T檢驗達到顯著水平。

2.3 滴灌棉花氣孔導度與土層（10 cm）田間持水率之間相關性及T檢驗分析

從表3可以看出，滴灌棉花在蕾期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率相關性分析及T檢驗，在施氮水平分別為N2、N4和N6時氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的相關系數（r）分別為-0.859，-0.863，-0.934，T檢驗顯著水平P為0.062，0.059，0.020。

在花鈴期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率相關性分析及T檢驗，在施氮水平分別為N2、N4和N6時氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的相關系數（r）分別為0.918，0.750，0.867，T檢驗顯著水平P為0.028，0.144，0.057。這表明， 蕾期時氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的相關性為負相關，T檢驗N6處理達到了顯著水平，花鈴期時氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的相關性為負相關，T檢驗N2處理達到了顯著水平。

2.4 滴灌棉花氣孔導度與土層（10 cm）田間持水率之間擬合模型及類型

從表4可以看出，滴灌棉花在蕾期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率回歸分析及模型，在施氮水平分別為N2、N4和N6時氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間回歸模型分別為Y=-0.933X2+119.779X-2 806.597，Y=-6.995X2+1 168.574X-47 827.508，Y=-87.902X+8 767.436。

在花鈴期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率回歸分析及模型，在施氮水平分別為N2、N4和N6時氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間回歸模型分別為ln Y= 0.039X+38.448，Y=102.577X-7768.316，Y=-479.894/X+12.750，這表明，蕾期時在施氮水平分別為N2、N4和N6時，氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間模型類型分別為二次、二次和直線（見圖1），花鈴期時在施氮水平分別為N2、N4和N6，氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間模型類型分別為指數、直線和S（圖1）。

2.5 滴灌棉花氣孔導度與土層（10 cm）田間持水率之間模型擬合度及F檢驗分析

從表5給出滴灌棉花在蕾期時，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的模型擬合度及F檢驗，在施氮水平分別為N2、N4和N6時氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間的決定系數R2分別為0.921，0.825，0.872，F檢驗值分別為0.921，4.703，20.422，顯著水平P分別為0.841，0.175，0.020。

在花鈴期時，不同氮肥的施用量下，棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的模型擬合度及F檢驗，在施氮水平分別為N2、N4和N6時氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間的決定系數R2分別為0.891，0.563，0.865，F檢驗值分別為24.508，3.862，19.187，顯著水平P分別為0.016，0.144，0.022。這表明，蕾期時N6處理氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間的模型擬合N6處理達到顯著水平;花鈴期時N2和N6處理氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間的模型擬合達到顯著水平。

3 結論與討論

氣孔調節指適應環境脅迫情況的氣孔反應的變化，也就是植物通過氣孔的開關，控制氣體擴散的速度，以解決植物受環境脅迫的問題，利用氣孔開關調節蒸騰和光合是一個有效的方式。已有研究以氮、鉀、鎂和鋅為脅迫因子，建立了氣孔導度與光合作用、葉綠素和激素之間的相關模型，筆者則研究了不同氮肥水平條件下滴灌棉花氣孔導度與田間持水率之間的相關性。

（1）在蕾期時，N2、N4和N6棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的相關性（r）為負相關，分別為-0.859，-0.863，-0.934，T檢驗N6處理達到了顯著水平，決定系數R2分別為0.921，0.825，0.872，F檢驗N6處理達到了顯著水平，N6處理條件下棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間的擬合模型為直線函數。

（2）在花鈴期時，N2、N4和N6棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率的相關性（r）為正相關分別為0.918，0.750，0.867，T檢驗N2達到了顯著水平。決定系數R2分別為0.891，0.563， 0.865，F檢驗N2和N6處理達到了顯著水平，施氮水平為N2和N6處理的棉花氣孔導度與土層為10 cm的田間持水率之間的擬合模型分別為指數函數和S函數。

以上不同氮水平處理下滴灌棉花氣孔導度與土層（10 cm）田間持水率之間的相關性及擬合模型的確定，還有待進一步研究和完善。

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