新疆膜下滴灌棉花早衰的根系生長(zhǎng)發(fā)育特征

楊　榮，田長(zhǎng)彥，買文選

（1 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所國(guó)家綠洲生態(tài)與荒漠環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830011）

新疆膜下滴灌棉花早衰的根系生長(zhǎng)發(fā)育特征

楊榮1，田長(zhǎng)彥2，買文選2*

（1 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所國(guó)家綠洲生態(tài)與荒漠環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830011）

【目的】膜下滴灌（drip irrigation under mulch film， DI）技術(shù)由于其高效節(jié)水的特點(diǎn)在新疆大面積推廣使用，然而近期發(fā)現(xiàn)應(yīng)用滴灌技術(shù)進(jìn)行灌溉的作物根系出現(xiàn)了早衰，影響了地上部生長(zhǎng)及產(chǎn)量的形成。本研究探討了目前膜下滴灌技術(shù)體系棉花根系生長(zhǎng)發(fā)育、空間分布的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及地上部響應(yīng)。【方法】采用田間試驗(yàn)方法，設(shè)置膜下滴灌、漫灌（flood irrigation under mulch film， FI，對(duì)照）兩處理，采用 Monolith 法分7次采集根系，DT-Scan 軟件測(cè)定根系長(zhǎng)度，分析不同生育時(shí)期棉花根系在土壤空間中的變化特征，同時(shí)采集地上部樣品并分器官測(cè)定干物質(zhì)量。【結(jié)果】滴灌棉花根系表現(xiàn)出明顯的淺層分布趨勢(shì)：從播種后 96 d 開始，距地表10cm 范圍內(nèi)的根系長(zhǎng)度明顯大于漫灌處理，而 30—60 cm 土層則正好相反；在播種后 65～96 d 內(nèi)，滴灌棉花根長(zhǎng)增加速率明顯低于漫灌；棉花生長(zhǎng)發(fā)育后期（播種后 125～160 d），滴灌處理棉花根系顯著衰退，且主要集中在 0—40 cm 深度、距滴灌帶 30—70 cm 土體范圍內(nèi)，播種后 160d 與 125 d 相比，0—10 cm 土層下降了13.8%，而 10—40 cm 衰退幅度更大（22%），與此同時(shí)，漫灌處理除 0—10 cm 土層根長(zhǎng)有所下降外（7.7%），10 cm 以下依然保持增長(zhǎng)狀態(tài)（10—40 cm及40—60 cm 層分別增加了 5.5% 與 10.2%）；播種后 125 d，滴灌棉花地上部生長(zhǎng)量明顯高于漫灌，而根系正好相反，其冠根比較漫灌高，而在播種后 160d 劇烈下降（地上部葉片及蕾、鈴的大量脫落所致）。【結(jié)論】膜下滴灌棉花根系由于淺層分布，根系體積小，而地上部生物量過大，導(dǎo)致其在生長(zhǎng)發(fā)育后期快速衰退。今后應(yīng)研究適宜的水肥調(diào)控措施，以構(gòu)建更早、更深的根系系統(tǒng)，控制生殖生長(zhǎng)期內(nèi)棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)膜下滴灌棉花的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

棉花早衰；膜下滴灌；根系構(gòu)型

水分不足是全世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的問題，并已經(jīng)成為限制作物生產(chǎn)力提高的最主要生態(tài)因子，由此，包括滴灌在內(nèi)的各種節(jié)水農(nóng)業(yè)措施應(yīng)運(yùn)而生［1］。在中國(guó)，干旱半干旱地區(qū)面積約占全國(guó)土地總面積的 52.5%［2］，而新疆則屬于典型的干旱灌區(qū)，從上世紀(jì) 90年代初開始，滴灌技術(shù)在該地區(qū)大面積推廣應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上通過長(zhǎng)期實(shí)踐形成了獨(dú)特的膜下滴灌技術(shù)［3］，一方面，膜下滴灌由于“少量多次”的水肥供應(yīng)特點(diǎn)及覆膜的增溫作用在節(jié)水節(jié)肥方面顯現(xiàn)出非常好的效果，以棉田為例，與漫灌相比其灌水量及氮肥施用量分別減少了大約 1/3～1/5［4］；而且該技術(shù)的應(yīng)用也在很大程度上提高了棉花的產(chǎn)量水平［5］，然而膜下滴灌棉田高產(chǎn)不穩(wěn)產(chǎn)，有些年份產(chǎn)量甚至低于漫灌田塊，表現(xiàn)為膜下滴灌棉花植株早衰的發(fā)生機(jī)率明顯較漫灌高［6］。已經(jīng)有研究證實(shí)，長(zhǎng)期應(yīng)用滴灌技術(shù)進(jìn)行灌溉可能會(huì)改變作物根系在土壤中的分布［1，7-8］，如主根變短、貼近地表生長(zhǎng)等［9-10］。這種根系缺乏快速生長(zhǎng)和深扎的能力，對(duì)環(huán)境的改變十分敏感。根際環(huán)境是多變的，即使在高投入條件下，在不同發(fā)育時(shí)期或不同的土壤微域，隨時(shí)可能發(fā)生這樣或那樣的水分、養(yǎng)分脅迫，比如，短期的水分供應(yīng)不足可能使硝酸鹽的質(zhì)流受到很大影響，類似情況下，單一根系系統(tǒng)將可能不足以應(yīng)對(duì)多種潛在的脅迫［11］。植物根系與地上部是一個(gè)統(tǒng)一整體［12］，深入研究膜下滴灌棉花根系在土層中的分布變化，對(duì)建立合理的水肥調(diào)控體系意義重大。

長(zhǎng)期以來，大量研究主要圍繞產(chǎn)量形成，就作物地上部結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系［13］，而作物地下部分雖已為人們所注意，由于田間條件下觀測(cè)植物根系困難，研究遠(yuǎn)不如地上部深入。本文通過田間試驗(yàn)深入探討膜下滴灌棉花根系生長(zhǎng)發(fā)育、空間分布的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及地上部響應(yīng)。

1　材料與方法

試驗(yàn)于 2010年4 月至 11 月在庫爾勒市包頭湖農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，該地屬典型的干旱氣候區(qū)，年平均降雨量 56 mm，蒸發(fā)量 2497 mm，年均日照時(shí)數(shù) 2878 h，≥10℃ 的積溫 4252℃，無霜期 205 d。土壤為沙壤土，耕層（0—20 cm）基本理化性狀為：EC 2.38 mS/cm（水土比 1∶1）、有機(jī)質(zhì)含量 7.65 g/kg、NO3--N 36.54 mg/kg、NH4+-N 6.53 mg/kg、速效磷 12.88 mg/kg、速效鉀 187.2 mg/kg。

1.1試驗(yàn)方案

試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)處理：膜下滴灌（以下簡(jiǎn)稱為滴灌，DI）、漫灌（FI）；隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，共 6 個(gè)小區(qū)，各小區(qū)小區(qū)面積 120 m2（10 m×12 m）。

試驗(yàn)用棉花品種為新陸中9號(hào)，于 4月25日播種，采用一膜四行種植模式，行距 20、50、20 cm，一膜鋪設(shè)一條滴灌帶，每小區(qū) 24 行棉花。膜寬 1.2 m，膜間寬 0.5 m，株距 10 cm，種植密度 22.2×104/hm2（圖1）。

滴灌和漫灌的灌水量分別為：4000 m3/hm2、6000 m3/hm2。水肥管理及農(nóng)藝措施與新疆普遍采用的生產(chǎn)管理模式保持一致。從 6月12日開始，滴灌分10次進(jìn)行，漫灌分4次進(jìn)行。

圖1　栽培模式示意圖Fig.1　Plant spacing and irrigation system used in the experiment

肥料管理方案如下：磷肥（P2O5150 kg/hm2）和鉀肥（K2O 150 kg/hm2）全部做基肥，在播種時(shí)一次性施入。滴灌處理氮肥總量 N 350 kg/hm2，其中 20% 作為基肥在播前施入土壤，280 kg/hm2隨水追施；漫灌氮肥用量 N 400 kg/hm2，50% 做基肥，50% 做追肥，追肥次數(shù)3次，第一次在頭水期，用量 12% 左右；第二次在盛花期，用量 25% 左右，第三次在結(jié)鈴期，用量 13%。氮肥品種為尿素，隨水施入土壤，具體灌水與追肥管理措施見表1。

表1　灌溉追肥時(shí)期及用量Table 1　Dates of irrigation and N applications in the two treatments

1.2樣品采集

采樣時(shí)間：苗期（播種后 40 d）、蕾期（播種后65 d）、初花期（播種后 82 d）、盛花期（播種后 96 d）、結(jié)鈴盛期（播種后 110 d）、結(jié)鈴后期（播種后 125 d）和吐絮期（播種后 160 d）。

采樣方法：首先以滴灌帶為中心選取一半地膜內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)大小一致的 4 株棉花，齊根剪斷，分為莖、葉及生殖器官3部分，90℃ 殺青，70℃ 烘干并稱重。

根系采用 Monolith 法采集（圖2）［14］，具體是在已經(jīng)采集地上部樣品后的棉花根系所在的區(qū)域，從滴灌帶正下方到膜間正中共 70 cm 寬范圍內(nèi)挖取面積 70 cm×20 cm、深 60 cm 的土體，并切割成寬為 10 cm 的立方塊（每塊體積 1000 cm3），其中 4 株棉花主根正好分別位于其中一塊的正中間位置，共 84 塊。挖出的每一塊土體全部收集，用直徑 1 mm 不銹鋼網(wǎng)篩選根系，撿去新生體、侵入體及非棉根物質(zhì)，用清水沖洗干凈后待測(cè)。

圖2　根系采集方法Fig.2　Methods of root collection

1.3測(cè)定方法

根樣用掃描儀（Epson V700）在 200 dpi 象素下掃描成黑白對(duì)照的 TIF 圖像文件，用 DT-SCAN 圖像分析軟件（英國(guó) Delta 公司，1.0 版）計(jì)算根系長(zhǎng)度。根系掃描后 70℃ 烘干并稱重。

1.4數(shù)據(jù)處理

每株棉花的平均根長(zhǎng)（m/plant）由84塊土體中的根長(zhǎng)之和除以 4 得到（4 株棉花）。

根長(zhǎng)密度、土壤電導(dǎo)值以及土壤速效養(yǎng)分采用Surfer 7.0 軟件以等高線形成呈現(xiàn)（Golden Software，Golden， CA， USA）。

2　結(jié)果與分析

2.1不同處理?xiàng)l件下棉花根長(zhǎng)的變化

2.1.1不同生育時(shí)期的棉花根長(zhǎng)變 化圖3為不同處理?xiàng)l件下棉花根長(zhǎng)在整個(gè)生育期的變化情況，根據(jù)不同時(shí)期的結(jié)果可將其劃分為初始生長(zhǎng)期、快速增長(zhǎng)期、穩(wěn)定期及衰退期等4個(gè)階段。在快速增長(zhǎng)期，漫灌處理棉花根系生長(zhǎng)明顯快于滴灌，致使漫灌棉花根長(zhǎng)達(dá)到峰值的時(shí)間較滴灌提前了大約15 d；而且滴灌處理棉花根長(zhǎng)在播種后96 d達(dá)到峰值后隨即開始衰退，特別是從播種后125 d開始，根長(zhǎng)呈明顯下降趨勢(shì)，但漫灌處理始終保持在最高水平。

圖3　棉花根長(zhǎng)在整個(gè)生育期的變化趨勢(shì)Fig.3　Total root length per cotton plant in different growth days under flooding and drip irrigation

2.1.2不同生育時(shí)期棉花根長(zhǎng)在不同深度土壤的分布根系的分布以每 10 cm 土層中的總長(zhǎng)度表示，其隨生育期變化見圖4。在播種后 60 天內(nèi)，兩種灌溉處理棉花根系在各個(gè)層次的差異不顯著；至82 d，漫灌處理根系長(zhǎng)度在整個(gè) 0—60 cm 范圍內(nèi)均高于滴灌，30 cm 以下尤為明顯；播種后 96 d 開始，滴灌處理 0—10 cm 土層棉花根系長(zhǎng)度顯著高于漫灌，30—60 cm 反之，滴灌棉花根系相比于漫灌表現(xiàn)出明顯的淺層分布趨勢(shì)。在播種后125～160 d，無論是漫灌還是滴灌處理，0—10 cm 土層根系長(zhǎng)度均下降，與播種后 125 d 相比，漫灌處理下降了 7.7%，而滴灌更是下降了 13.8%。10—40 cm 土層漫灌根長(zhǎng)有所上升（5.6%），而滴灌顯著降低了 22%。

2.1.3滴灌棉花根系在土層橫向的分布從根系的橫向分布看，播種后 125 d 至 160 d，在距滴灌帶10—70 cm 范圍內(nèi)，滴灌棉花根系長(zhǎng)度均有所降低，但最顯著的區(qū)域是主根所在區(qū)域及靠近膜間的位置（圖5）。主根所在位置的降低主要?dú)w因于其根系長(zhǎng)度的基數(shù)大，而在膜外側(cè)靠近膜間的位置的快速衰退可能與膜下滴灌土壤水鹽運(yùn)移的規(guī)律有關(guān)：土壤鹽分主要向滴灌帶兩側(cè)運(yùn)移并積累在作物行間的土壤表層，最終對(duì)根系造成不利影響。而漫灌不存在這一現(xiàn)象。

2.1.4根長(zhǎng)密度在土壤空間 xz 平面上的投影圖6是滴灌及漫灌處理?xiàng)l件下棉花不同生育期根長(zhǎng)密度在土體中的分布情況，顏色越深，表示根長(zhǎng)越大。由圖6可知，滴灌處理棉花根系在土壤上層更大，且從播種后 125～160 d，在 20及30 cm 土層靠近膜間位置（圖中右側(cè)）的顏色明顯變淺，說明這一區(qū)域根系存在較大程度的衰退，印證了前面的結(jié)論。

2.2棉花生長(zhǎng)量及產(chǎn)量對(duì)不同處理的反應(yīng)

滴灌與漫灌棉花地上部及根系生長(zhǎng)量在播種后110d 之前差別不大，但到播種后 125 d，滴灌棉花地上部生長(zhǎng)量明顯高于漫灌，根系正好相反，也就是說與漫灌相比，滴灌棉花更小的根系承擔(dān)了更大的地上部對(duì)水分養(yǎng)分的需求，此時(shí)滴灌棉花冠根比明顯高于漫灌（圖7）。

而從播種后 125～160 d，滴灌棉花地上部生長(zhǎng)量突然下降，田間觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，其原因主要是葉片及蕾鈴的大量脫落造成的，同時(shí)滴灌棉花冠根比也快速下降至和漫灌基本一致的水平。而在同一時(shí)期，漫灌處理棉花地上部生長(zhǎng)量及冠根比始終保持增加狀態(tài)。這些結(jié)果說明，對(duì)棉花而言，一定量的根系只能承擔(dān)與之相匹配的地上部需求，當(dāng)?shù)厣喜可L(zhǎng)量遠(yuǎn)高于根系所能承擔(dān)的范圍時(shí)，地上部正常的生長(zhǎng)發(fā)育必將受到影響。

漫灌棉花產(chǎn)量明顯高于滴灌，其產(chǎn)量差距達(dá)每公頃 490.5 kg，高出約 9.2%。具體分析其產(chǎn)量構(gòu)成因素，發(fā)現(xiàn)無論單鈴重還是有效桃數(shù)漫灌均高于滴灌。其中單鈴重漫灌處理棉花為 5.36 g，滴灌 4.84 g；有效桃數(shù)差異更大，分別為 6.1 和 4.8 個(gè)，差異達(dá)到了顯著水平（圖8）。

3　討論

3.1生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)棉花根系生長(zhǎng)的影響

植物根長(zhǎng)呈現(xiàn)“S”形變化的實(shí)質(zhì)是“新根不斷形成”和“老根不斷死亡”兩個(gè)過程相互作用結(jié)果的體現(xiàn)，只是在不同的發(fā)育階段新根形成和老根死亡的比例不同［13］。然而根系的變化并不像一年生植物的葉片衰老那樣完全受控于植物本身的基因表達(dá)，因此也不屬于程序化死亡過程［14-15］，而是與生長(zhǎng)環(huán)境密切聯(lián)系，比如在石英砂培養(yǎng)條件下，玉米根長(zhǎng)在整個(gè)生育期內(nèi)即使在缺氮條件下進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段后植株總根長(zhǎng)也不斷增加，直至成熟［16］，在田間，一旦進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段，玉米根長(zhǎng)隨即下降。這是因?yàn)楦档乃劳鍪峭ㄟ^根際土壤中遠(yuǎn)高于非根際土的微生物以及大量的土壤動(dòng)物、食植性昆蟲和寄生生物對(duì)根系降解完成的［17］，而石英砂中不具備這一條件。

圖4　棉花根長(zhǎng)在不同土壤深度的分布狀況Fig.4　Total root length in different soil depths at different days after sowing of cotton under flood and drip irrigation

圖5　播種后 125 d 和 160d 棉花距滴灌帶不同位置0—40 cm 土層根長(zhǎng)Fig.5　Single plant root length within 0-40 cm soil depth in different distance from the drip-line at 125 and 160 days after sowing

大量研究證明，生長(zhǎng)環(huán)境（包括土壤環(huán)境、氣候等）對(duì)根系的發(fā)育有明顯影響。Welbank 等［17］在英國(guó)的砂質(zhì)壤土上對(duì)大麥的根系生長(zhǎng)狀況進(jìn)行了 4年以上的對(duì)比研究，結(jié)果顯示，盡管在不同年份間大麥根系發(fā)育早期的生長(zhǎng)速率有差異，然而年際間根系最大干物質(zhì)累積量的差異卻很小（第一年為 95 g/m2，在隨后的第二年為 80 g/m2）。相對(duì)的，Barraclough 等［18］在兩種理化性質(zhì)差異很大的土壤上種植冬小麥，發(fā)現(xiàn)其根系干物質(zhì)量明顯不同。一般情況下，作物總根長(zhǎng)大小順序?yàn)槎箍颇敛荩拘←湥居鹕榷购屯愣梗?0］，然而在一些特定條件下，由于生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)根系統(tǒng)的大小和比根長(zhǎng)兩方面的影響，谷類作物根干質(zhì)量反而有可能低于豆科植物［10］。Gregory［21］在敘利亞北部對(duì)幾種谷類作物根系進(jìn)行的為期 6年的研究表明，在土壤性質(zhì)一致的條件下，不同年份內(nèi)降雨的季節(jié)性變化對(duì)根系生長(zhǎng)量影響顯著，在雨量最多的生育季節(jié)作物的根系生長(zhǎng)量也最大，反之則小。在敘利亞北部布雷達(dá)地區(qū)進(jìn)行的研究也發(fā)現(xiàn)大麥根系生長(zhǎng)量在不同的生長(zhǎng)季節(jié)存在明顯的差異［22］，在 5年的結(jié)果中，根系生長(zhǎng)量及根系長(zhǎng)度變化范圍分別是42.5～90.6 g/m2和 3.2～13.9 km/m2。以上研究結(jié)果說明，生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育有巨大的影響力，即使相同的植物，生長(zhǎng)環(huán)境不同，根系發(fā)育狀況也會(huì)表現(xiàn)出非常大的差異。

由于漫灌與滴灌最明顯的區(qū)別是水肥管理方式不同，而最先受到影響的是根系。膜下滴灌棉花根系貼近地表生長(zhǎng)、下扎不深，并且朝滴灌帶和膜內(nèi)側(cè)方向密集分布［23］，降低了其對(duì)不良環(huán)境條件的抗性。在本試驗(yàn)中，水肥供應(yīng)在播種后 110d 左右停止，滴灌棉花根系從播種后 125～160d 出現(xiàn)顯著衰退，而漫灌無此現(xiàn)象。滴灌最大的特點(diǎn)是水肥供應(yīng)的“少量多次”，水分和養(yǎng)分均分布在一定的淺層土體內(nèi)，滴灌棉花根系發(fā)育受控于水分和養(yǎng)分的供應(yīng)，表現(xiàn)出分布淺，在深層土壤根量少的特點(diǎn)。隨著環(huán)境的改變迫使滴灌棉花根系形成更多的細(xì)根（播種后 125 d 根系生長(zhǎng)量明顯小于漫灌，但根長(zhǎng)幾乎沒有差別），與地上部爭(zhēng)奪養(yǎng)分。同時(shí)，由于比漫灌結(jié)鈴多（數(shù)據(jù)未列出），大量的養(yǎng)分及光合產(chǎn)物在后期被轉(zhuǎn)運(yùn)至生殖器官，向根系輸送的碳水化合物減少，根際中的食植性昆蟲和寄生生物降解根系的速率加快［24-25］，而更多的細(xì)根會(huì)加速這一進(jìn)程。

圖6　根長(zhǎng)密度在土壤空間 xz 平面上的投影Fig.6　Projection of root length density in the soil depths xz horizontal

圖7　棉花地上部及根系隨生育期的積累量及根冠比Fig.7　Cumulative biomass in different parts of cotton and corresponding shoot to root ratio along with growing days

圖8　膜下滴灌與漫灌條件下棉花產(chǎn)量Fig.8　Cotton yield under flooding and drip irrigation

造成后期滴灌棉花根系衰退的原因還有可能與鹽分局部聚積有關(guān)。這是因?yàn)樵囼?yàn)所在地土壤鹽分含量本身較高（EC 2.38 mS/cm，水土比 1∶1），采用膜下滴灌技術(shù)，在滴頭垂直方向土壤濕度常保持濕潤(rùn)狀態(tài)，土壤鹽分向耕作層以下運(yùn)移并發(fā)生聚積［26-27］，在水平方向上朝滴灌帶兩側(cè)運(yùn)移并累積在膜間的土壤表層。一旦停止水分供應(yīng)，由于作物的蒸騰作用，土壤中的鹽分會(huì)隨水分向上運(yùn)移至耕層（淺層），根系有可能受到鹽分脅迫而死亡。因此，在新疆土壤條件下，滴灌頻率以及停止灌溉的時(shí)間還需要更進(jìn)一步的探討。

3.2膜下滴灌棉花根系分布特征對(duì)棉花生長(zhǎng)造成的不利影響

從本研究結(jié)果可以看出，與漫灌相比，滴灌條件下棉花在生長(zhǎng)方式上有三點(diǎn)不同，首先，滴灌棉花在其生長(zhǎng)發(fā)育后期具有更大的地上部生長(zhǎng)量，但根系生長(zhǎng)量卻較漫灌小，這意味著滴灌棉花有限的根系需要承擔(dān)很大的地上部對(duì)水分及養(yǎng)分的要求。其次，在滴灌條件下，表層土壤（0—10 cm）的根系分布比漫灌更加密集，這可能會(huì)導(dǎo)致不易移動(dòng)的養(yǎng)分在表層土壤中的耗竭。對(duì)于膜下滴灌棉花而言，最容易出現(xiàn)的養(yǎng)分脅迫很可能是鉀素的虧缺，這是由棉花的養(yǎng)分需求規(guī)律和滴灌棉花生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)以及鉀素在土壤中的移動(dòng)特性共同決定的。與其他作物相比，棉花對(duì)鉀的需求不但多，而且需求強(qiáng)度很大，主要集中在生長(zhǎng)發(fā)育中后期較短的時(shí)間內(nèi)，特別在花鈴期，對(duì)鉀的吸收比例可達(dá)到一生吸收總量的 60% 以上，而相同時(shí)期對(duì)氮與磷的吸收總量明顯少于鉀，分別占棉株一生總吸收量的 36.7%、38.2%［28］。因此，在新疆棉花種植中普遍將鉀肥作為基肥施用的條件下，即使土壤鉀素含量本身普遍較高，仍有可能發(fā)生缺鉀性早衰問題。最后，滴灌棉花根系在生長(zhǎng)發(fā)育后期明顯衰退，減弱了對(duì)養(yǎng)分、水分的吸收能力。這些因素的綜合作用使膜下滴灌棉花的養(yǎng)分、水分共需處于一種非常脆弱的平衡狀態(tài)，一旦外界環(huán)境變差，這種供需平衡就很容易被打破，最終導(dǎo)致滴灌棉花地上部的需求大于根系的供給，對(duì)產(chǎn)量的形成產(chǎn)生不利影響，在本試驗(yàn)條件下滴灌棉花在生長(zhǎng)發(fā)育后期葉片及蕾鈴大量脫落以致棉花地上部生長(zhǎng)量突然下降很好的證明了這一點(diǎn)。因此，如何通過合理的水肥管理促進(jìn)根系形成良好構(gòu)型，提高棉花的抗逆性，是實(shí)現(xiàn)膜下滴灌技術(shù)節(jié)水節(jié)肥且同時(shí)保證高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。

3.3膜下滴灌棉花合理根系系統(tǒng)的構(gòu)建

據(jù)觀察，膜下滴灌棉花根系的衰老由表層開始，然后逐漸向深層蔓延。健康棉花根系的構(gòu)建應(yīng)該將以下兩個(gè)方面作為重點(diǎn)：1）在進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段之前適當(dāng)控制地上部長(zhǎng)勢(shì)，以便盡早建立強(qiáng)大完整的根系系統(tǒng)；2）從根系分布來說，促進(jìn)根系適當(dāng)向土壤深層分布，有利于提高根系抵御不良環(huán)境條件的能力，保持整個(gè)棉花根系后期的活力以滿足地上部對(duì)水分養(yǎng)分的需求。從本試驗(yàn)對(duì)根系分布的調(diào)查結(jié)果可以看出，漫灌處理棉花根系在生育后期除表層有明顯衰退以外，10 cm 以下的根系始終處于生長(zhǎng)狀態(tài)，而且其增長(zhǎng)量完全能彌補(bǔ)表層衰退的影響。滴灌處理棉花根系雖然中上層均處于衰退的狀況，但在 40 cm 以下卻依然保持著較強(qiáng)的活力。所以，通過合理的水肥供應(yīng)，促進(jìn)深層次的根系系統(tǒng)的合理構(gòu)建，不僅可以有效防止前期大量消耗養(yǎng)分及水分，形成過于龐大的地上部，而且在中后期有利于保持土壤深層根系的活力，保證產(chǎn)量的形成。

4　結(jié)論

1）膜下滴灌棉花根系表現(xiàn)出明顯的淺層分布趨勢(shì)。從播種后 96 d 開始，距地表10cm 范圍內(nèi)的根系長(zhǎng)度明顯大于漫灌處理，而 30—60 cm 土層則正好相反。

2）膜下滴灌棉花根系在其生長(zhǎng)發(fā)育后期明顯衰退，且主要集中在 0—40 cm 深度、距滴灌帶 30—70 cm 土體范圍內(nèi)。

3）采用目前膜下滴灌技術(shù)規(guī)程，會(huì)增加棉花從結(jié)鈴后期至吐絮期葉片及蕾鈴脫落的可能性，影響棉花產(chǎn)量的形成，需要繼續(xù)研究改進(jìn)該技術(shù)規(guī)程以發(fā)揮其應(yīng)有的效益。

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Characteristics of root development in cotton suffering presenility under drip irrigation and film mulch in Xinjiang Autonomous Region

YANG Rong1，TIAN Chang-yan2，MAI Wen-xuan2*
（1 College of Pratacultural and Environmental Sciences， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052； 2 Key Laboratory of Oasis Ecology and Desert Environment， Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences， Urumqi 830011， China）

【Objectives】Xinjiang is a typical arid area worldwide and cotton crops are mainly watered by drip irrigation under mulch film（DI）. Roots are in direct contact with the soil and thus are the first plant organ to be affected by the water and fertilizer application strategy. Many studies have proved that long-term use of drip irrigation technology can have negative impacts on crop root systems. Restriction of root growth under drip irrigation reduces the soil volume that can be explored by the root system and hence the availability and uptake of essential minerals， and finally affects shoot growth and yield. The main objective of the present study is to explore the growth and dynamic changes in the spatial distribution of cotton roots and aboveground growth in response to DI in a field trial.【Methods】A field experiment that included two treatments consisting of drip irrigation undermulch film（DI）and flood irrigation under mulch film（FI）was conducted. The monolith method was used to harvest roots at seven time points in the growth periods， and the root length， and shoot and root dry weight were measured.【Results】The total root length per plant in the 0-10 cm soil layer was higher under DI， whereas in the 30-60 cm soil layer roots were longer under FI. From 65 to 96 days after sowing（DAS）， the rate of increase in root length was lower under DI than FI. Total root length decreased after 125 DAS under DI， and was mainly centered in the 0-40 cm soil layer and at distances of 30-70 cm from drip-lines. The shoot: root ratio at 125 DAS was higher under DI than FI， but at 160 DAS the shoot: root ratio abruptly declined under DI. The decline in root length under DI during advanced growth stages may be attributable to the higher root density in shallow soil layers and the increase in the shoot: root ratio.【Conclusions】For the cotton cultivated in the drip irrigation under mulching system， the cotton roots are mainly distributed in 0-40 cm of soil， which is significantly shallower and the total volume of roots is less than those grown under flooding system. After flowering stage， the shoot to root ratio become larger， which will exaggerate the presenility of roots. So it is necessary to study scientific water and fertilizer procedure that is good for building up reasonable root architecture， and regulate the vegetative growth of aboveground parts of cotton.

cotton presenility； drip irrigation under mulch film； root architecture

S562.07

A

1008-505X（2016）05-1384-09

2015-07-20接受日期：2016-01-25

新疆自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程-青年博士科技人才培養(yǎng)項(xiàng)目（2014731024）資助。

楊榮（1990—），女，新疆鄯善人，碩士研究生，主要從事旱地土壤生態(tài)方面的研究。E-mail：1534463768@qq.com

E-mail：maiwenxuan@sohu.com