滴灌定額對棉花株型、產量及纖維品質的影響

李楠楠，馬 卉，王秀媛，李軍宏，韓煥勇，羅宏海

(1.石河子大學農學院 新疆兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆 石河子 832003；2.新疆農墾科學院棉花所，新疆 石河子 832000)

干旱區作物產量的主要限制因素就是水資源極度缺乏[1]。干旱區棉田中約有40%以上得不到及時灌水，每年因缺水造成的損失約占總產量的10%～15%。新疆農業用水居高不下，且水資源利用率低，使得大量灌溉用水未被農作物吸收利用。如何優化灌溉，提高水分利用效率，實現棉花節水優質高產，對于維持新疆農業可持續發展具有重要意義[2]。

水分是影響作物生長發育的因素之一，最終反映在作物各部位的生物量積累和產量上[3]。棉花株高、果枝數、蕾鈴數都隨灌水量的降低而降低，尤其花鈴期水分脅迫能顯著降低棉花的株高。陳玉梁等[4]在甘肅省敦煌市試驗發現，在生長期間，滴灌定額減少一半，使棉花的葉片數、單株成鈴數、有效果枝數、株高分別降低8.3%～29.9%、13.4%～24.0%、8.4%～25.2%、6.4%～15.8%；不灌水使棉花葉片數、單株成鈴數、有效果枝數、株高分別減少39.0%～47.8%、43.0%～52.9%、41.3%～51.8%、30.3%～35.9%。反之，如果滴灌定額過大，棉株生長旺盛，棉花將過早封行，導致田間透光透氣性變差，蕾鈴脫落現象嚴重，產量下降[5]。一般認為，適量水分虧缺對作物產量幾乎沒有影響，嚴重虧缺會對產量品質造成顯著影響。Yang等[6]認為，棉花產量隨灌溉定額的增加而增加。但是Jiang等[7]研究發現，適度調虧灌溉對于干旱區小麥的生長和產量的影響不顯著，反而可以提高水分生產效率。棉花盛蕾期可中度調虧，盛鈴期可在其基礎上輕度調虧，吐絮期可重度調虧，不僅可縮短棉花生育期，還可達到節水高產的目的[8-9]。不同灌溉定額對棉花纖維品質影響不顯著，馬克隆值隨灌溉定額的降低而增加[10]。申孝軍等[11]研究發現，水分處理對棉花衣分、棉纖維整齊度無顯著影響，對蕾期、花鈴期進行水分脅迫，表現為隨水分脅迫程度的增加，棉纖維上半部平均長度的影響加劇，蕾期適中水分脅迫有助于提高棉纖維斷裂比強度。

節水高產是膜下滴灌技術的主要任務和目標，灌溉量的控制是關鍵，產量和灌溉水生產效率并不總是隨滴灌量的增加而增加[12]，前人研究多見于在棉花不同生育時期調虧灌溉，滴灌定額對棉花株型特征及產量、品質等的影響研究相對較少。本研究在前期研究的基礎上，開展滴灌定額對棉花株型特征、產量及品質影響的研究，探尋節水和高產的最優結合點所對應的灌水定額，明確其作用機理，為完善新疆膜下滴灌棉花節水高產栽培技術提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年在石河子大學農學試驗站(86°03′E，45°19′N)進行，前茬為棉花，全部秸稈還田。試驗材料為新陸早45號。土壤質地為中壤土，pH為7.5，有機質12.5 g·kg-1，全氮1.45 g·kg-1，堿解氮54.9 mg·kg-1(5級，低氮)，速效磷0.23 mg·kg-1(6級，低磷)，速效鉀149 mg·kg-1(2 級，高鉀)。

1.2 試驗設計

依據新疆大田膜下滴灌高產田的滴灌模式[13-14]，在灌水周期(10 d)及灌溉次數(8次)不變的條件下，設5個滴灌定額：W1處理(滴灌定額600 m3·hm-2，灌水總量4 800 m3·hm-2，對照)；W2處理(滴灌定額540 m3·hm-2，灌水總量4 320 m3·hm-2)；W3處理(滴灌定額480 m3·hm-2，灌水總量3 840 m3·hm-2)；W4處理(滴灌定額420 m3·hm-2，灌水總量3 360 m3·hm-2)；W5處理(滴灌定額360 m3·hm-2，灌水總量2 880 m3·hm-2)。采用隨機區組設計，每個小區面積為4.8×8.0 m2，重復4次。滴灌帶內徑2.3 cm、滴頭間距30 cm、流量2.7 L·h-1。灌水量由水表和球閥控制，灌水時間大約10～14 h。

1.3 田間管理

先鋪膜后點播，1膜4行，行距為(25+55+25) cm 寬窄行，種植密度為20.8×104株·hm-2(常規棉田的種植密度)。在4月23日播種，6月10日灌頭水、8月20日停止灌溉。施肥管理水平同超高產棉田。使用縮節胺(DPC)進行化調，W1處理按超高產棉田施用方式及用量，分5次進行，用量208 g·hm-2，其中第一次灌水前2～3 d用量26 g·hm-2、第2次灌水前用量45 g·hm-2；W2、W3、W4、W5處理在前兩次灌水前用水代替縮節胺。9月5日進行化學脫葉、催熟。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 株型調查 每個處理連續標記10株(內、外行各5株)，并選取生長均勻的棉花植株。每隔10 d調查1次，調查棉花現蕾期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴前期、盛鈴期、盛鈴后期不同處理下棉花株高、生殖器官形成情況。調查指標：株高(從子葉節至主莖最高點，cm)、果枝數、蕾(投影平面成三角形，寬度大于3 mm)、花、鈴數。

1.4.2 產量及其構成因子 每小區各處理于收獲期取棉花各10株，單鈴裝袋，并帶回實驗室分別稱量單個鈴重，取平均值計算單鈴重。在同天進行收獲，并調查各處理每小區單位面積株數、單株鈴數。

收獲期各處理取10株棉花，分別分為上(果枝數7臺以上為上部)、中(果枝數4～6臺為中部)、下(果枝數1～3臺為下部)，測定各部結鈴數及鈴重。

1.4.3 纖維品質測定 采用HVI 900纖維檢測儀測定不同處理棉花纖維的平均長度、整齊度、強度以及馬克隆值。

1.5 數據處理與統計

采用Microsoft Excel 軟件進行數據處理，SPSS 19.0軟件進行數據統計分析和差異顯著性檢驗，Sigmaplot 12.5作圖。

2 結果與分析

2.1 滴灌定額對棉花農藝性狀的影響

株高是衡量棉花生長發育最重要敏感指標，也是衡量群體株型狀況是否合理的指標。圖1可知，隨生育進程的推進，棉花株高呈現先增加后趨于平穩的趨勢，整體呈“S”型曲線，6月20日至30日株高增長量達最大。在6月30日之后，W1、W3、W4、W5處理株高增長量較低，7月10日后(打頂后)植株相對生長平穩，這有利于調節棉花營養生長與生殖生長之間的矛盾，符合高產棉花生長要求；W2處理棉株從6月30日至7月10日前保持迅速增長，說明W2處理較其他處理生長旺盛。

隨生育進程的推進，果枝數逐漸增加后趨于平穩(圖2)，7月10日(打頂后)達最大值。隨滴灌定額降低，棉花果枝數降低，以W1處理最大、W5處理最小，但處理間并未達到顯著差異，說明灌溉定額的減少未引起果枝數的顯著減少。

試驗表明(圖3)，隨生育進程的推進，棉花單株蕾花鈴總數呈現先增加后降低的趨勢。棉花單株總蕾花鈴數隨滴灌定額的減少呈降低趨勢，與W1處理相比，W2、W3、W4、W5處理單株總蕾花鈴數分別降低2.17%、5.80%、16.67%、26.09%，其中W4、W5與W1處理間達到極顯著差異水平，說明過度降低滴灌定額，會對棉花蕾花鈴數產生明顯影響。

圖1 滴灌定額對棉花株高的影響Fig.1 Effect of drip irrigation quotas on cotton plant height

圖2 滴灌定額對棉花果枝數的影響Fig.2 Effect of drip irrigation quota on the number of cotton fruit branches

圖3 滴灌定額對棉花單株蕾、花、鈴數的影響Fig.3 Effect of drip irrigation quota on the number of buds, flowers and bolls per cotton plant

2.2 滴灌定額對成鈴模式的影響

對不同滴灌定額下棉花成鈴模式影響的觀測結果表明(表1)，單株鈴重、單株結鈴數隨灌溉定額的增加而增加，表現為W1>W2>W3>W4>W5處理。上、中部單鈴株重及鈴數主要影響著棉花的產量，表現為上中部單株鈴重及鈴數明顯大于下部。W1、W2處理的單株上部、中部、下部單株鈴重及鈴數均無顯著性差異，其中W1處理單株鈴重最重、總鈴數最多，W5處理單株鈴重最小、單株結鈴數最少。上部單株鈴重W1處理最重，為5.73 g，與W2、W3處理棉花上部單株鈴重差異不顯著；中部單株鈴重W4處理最多，為4.85 g，但各滴灌定額處理間下中部單株鈴重差異不明顯；下部單株鈴重W1處理最小，為3.78 g，與W2、W3處理下部單株鈴重之間無明顯差異，但顯著低于W4、W5處理，說明過度減少滴灌定額可大幅度減少棉花上中部鈴數及鈴重。W1處理上部及下部結鈴數最多，分別為5.00、3.50個，與W2處理差異不顯著。W2處理單株中部結鈴數較W1處理多，為4.20個，但與W1處理無顯著性差異，表明適當減少滴灌定額對棉鈴空間分布影響不大。

2.3 滴灌定額對棉花產量及水分利用效率的影響

由圖4可以看出，隨灌溉定額的降低，籽棉產量、皮棉產量隨之減少，水分利用效率顯著提高。棉花籽棉產量、皮棉產量最終以滴灌定額為W1處理最高，W5處理最低。W2處理棉花籽棉產量僅比W1處理籽棉產量低4.56%，皮棉產量低1.46%，未達到顯著差異；水分利用效率以W5處理最高、W1處理最低。W1處理比W2、W3、W4、W5處理分別低5.89%、12.41%、20.85%、25.56%，其中W1、W2處理間未達到顯著差異。

2.4 滴灌定額對棉花品質的影響

試驗表明，棉花纖維品質指標中纖維長度、整齊度、斷裂比均隨滴灌定額的增加而增加，各處理間馬克隆值差異不顯著(表2)。纖維長度、整齊度、斷裂比在W1、W2、W3處理之間差異不顯著，其中棉花纖維長度、整齊度W2較W1僅低1.31 %、4%，斷裂比僅高0.32%。

表1 滴灌定額對棉花不同部位單鈴重及鈴數的影響

注：同列不同字母表示P<0.05水平差異顯著,下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference at the level ofP<0.05, the same below.

注：不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note：Different letters mean significant difference among treatments (P<0.05).圖4 滴灌定額對棉花產量及水分利用效率的影響Fig.4 Effect of drip irrigation quota on cotton yield and water use efficiency

處理Treatment纖維長度/mmFiber length整齊度/%Fiber uniformity斷裂比/(CN·tex-1)Specific strength馬克隆值Micronaire valueW130.6±0.48a85.1±0.78a30.7±0.20a4.0±0.31aW230.2±0.53ab84.7±0.50ab30.8±0.10a4.0±0.14aW330.2±0.10ab84.6±0.62ab30.7±0.72a4.1±0.07aW429.5±0.21bc84.4±0.19ab30.7±0.4a4.0±0.31aW529.0±0.84c84.2±0.37b30.6±0.62a4.1±026a

3 討 論

灌溉通常會影響植株生長發育，使植株生長量和干物質積累量發生改變[15-16]。周歡等[17]研究認為，隨灌水量的降低，棉花株高呈降低趨勢。本試驗中，棉花株高并未隨滴灌定額的降低而顯著降低，且W2處理收獲期株高顯著高于W1處理。這與周歡等研究結果不一致，可能是與本試驗在灌溉處理期間DPC用量不同有關。馮國藝等[18]研究認為，隨DPC用量減少，節間長度顯著增加。因此，與W1處理相比，W2處理雖遭受了輕度水分脅迫，但因DPC用量減少，主莖節間長度增加，并未對棉株生長發育產生明顯的抑制作用。棉花果枝臺數、蕾花鈴數都隨滴灌定額的減少而減少，W1、W2、W3處理間在棉花后期(8月10日)均未表現出顯著性差異，這與牛玉萍等[19]研究結果一致。

不同滴灌定額對棉花成鈴模式影響不同。單株鈴重、單株結鈴數隨灌溉定額增加而增加[4]，表現為W1>W2>W3>W4>W5，其中W2、W3、W4、W5處理的單株鈴重比W1處理分別低2.29%、2.50%、3.51%和8.39%；單株鈴數比W1處理分別降低了12%、21.6%、32.8%、46.72%,表明減少滴灌定額主要通過影響單位面積鈴數而影響產量，這與前人研究結果一致[20-21]。隨滴灌定額的減少，棉花由中上部單株鈴重、單株鈴數對產量的貢獻值最大逐漸轉移到中下部。其中W1處理與每次滴灌W2、W3處理上、中、下部結鈴數及鈴重均未達到差異顯著水平，說明適度減少滴灌定額對棉鈴空間分布影響不大。這與焦曉玲[22]研究結果相悖，可能是由于焦曉玲采用的不同生育時期對棉花干旱脅迫程度不一致，從而形成了非充分灌溉，明顯改變了棉鈴空間分布結構，輕度干旱迫使棉鈴中部果枝成鈴數增加。

本研究結果表明，棉花產量隨滴灌定額的減少而減少，以W1處理籽棉和皮棉產量最高，達到6 431 kg·hm-2和2 520 kg·hm-2。與W1處理相比，W2處理滴灌定額減少10%，籽棉產量和皮棉產量僅減少4.56%和1.46%。與W1處理相比，W3處理滴灌定額減少20%，籽棉產量和皮棉產量僅減少7.60%和4.71%，說明適當減少滴灌定額可以在不顯著降低籽棉產量的基礎上，有效增加灌溉水利用效率，這與前人研究結果相符[23-24]。隨滴灌定額的減少，W2處理籽棉產量與W1處理無顯著差異，但水分利用效率卻增加了5.89%，說明適度降低滴灌定額，并未對產量產生顯著影響，反而實現了以農田水分管理來調控生物量的積累，在保證產量的前提條件下，增大了農業水資源的利用效率[10]。

棉花纖維品質也是影響棉花經濟價值的敏感指標。本試驗表明，隨滴灌定額減少，整齊度顯著下降，這與Unlu等[23]研究結果一致，但Hussein等[24]認為水分對整齊度沒有影響，這可能由于Hussein研究中滴灌間隔時間較短，未對棉株造成干旱脅迫有關。滴灌定額對棉花纖維比強度無顯著影響[25]，可能是比強度由基因決定。棉纖維馬克隆值是纖維細度和成熟度的綜合反映，可作為評價棉纖維內在品質的一個綜合指標。已有研究表明，隨著灌溉量的增加，馬克隆值下降[10]，但本研究中馬克隆值在處理間無明顯差異。因此，灌溉定額過少會顯著降低纖維品質，但適當減小滴灌定額不會對棉花纖維品質造成影響。

4 結 論

在適度減少滴灌定額并降低縮節胺用量條件下，棉株生長發育未受到明顯的抑制作用；籽棉和皮棉產量未顯著降低，但增加了水分利用效率；棉纖維長度、整齊度、斷裂比等纖維品質指標在W1、W2、W3處理間無顯著差異。因此，通過適度減少滴灌定額并協調關鍵技術措施，可在不顯著降低棉花產量和纖維品質的前提下，提高灌溉水利用效率。