不同種植模式和灌水定額對棉花生長和產量的影響

王璐，劉浩，高?？?，寧慧峰，韓其晟，徐雪雯，王興鵬,4*，李小剛

不同種植模式和灌水定額對棉花生長和產量的影響

王璐1,2,3，劉浩3*，高?？?，寧慧峰3，韓其晟3，徐雪雯1,2，王興鵬1,2,4*，李小剛5

（1.塔里木大學 水利與建筑工程學院，新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學 現代農業工程重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300；3.中國農業科學院 農田灌溉研究所/農業農村部作物需水與調控重點開放實驗室，河南 新鄉 453002；4.農業農村部西北綠洲節水農業重點實驗室，新疆 石河子 832000；5.新疆生產建設兵團第一師水文水資源管理中心，新疆 阿拉爾 843300）

【目的】明確膜下滴灌機采棉的適宜種植模式和最優灌水定額?！痉椒ā吭O置等行距（M1：1膜3行）、寬窄行（M2：1膜6行）2個種植模式，每個種植模式設置3種灌水定額（W1：30 mm，W2：37.5 mm，W3：45 mm），分析不同種植模式和灌水定額對棉花生長、蕾鈴分布、掛枝數、產量和水分利用效率的影響。【結果】種植模式顯著影響棉花株高和莖粗，M1處理的株高和莖粗相比M2處理提高了30.29%和13.45%；株高和莖粗隨灌水定額的增大而增大，W2處理和W3處理的株高和莖粗差異較小，顯著高于W1處理。M1處理有利于增加棉花上部鈴和內圍鈴，且中、上部鈴隨著灌水量的增加而增加。M1處理的單株成鈴數、衣分和籽棉產量相比M2處理分別增加了65.72%、1.46%和3.33%，皮棉產量增加了6.87%。產量隨著灌水定額的增加而增加，但水分利用效率差異不顯著?！窘Y論】推薦南疆地區機采棉采用等行距（M1）種植模式，最優的灌水定額為37.5 mm（W2），可以促進棉花生長，實現增產。

種植模式；灌水定額；機采棉；蕾鈴分布；產量；水分利用效率

0 引 言

【研究意義】新疆是我國重要的棉花種植基地，隨著農業現代化的推進，棉花機械化采收是提高植棉效益和緩解勞動力緊缺的關鍵[1]。然而，當前的主流采棉機不適用于多樣化種植模式下的棉花采摘，限制了機械化采收，降低了棉花的纖維品質[2]。同時，新疆機采棉花纖維長度、纖維比強度較低[3]，除了受棉花品種影響外，不合理的種植模式也會增加機采含雜率，降低棉花的纖維品質。因此，優化棉花生長發育空間分布特征，確定適宜機械化采收的棉花種植模式，對促進優質機采棉的發展具有重要的理論意義。

【研究進展】作物冠層光輻射是判斷作物干物質轉化效率、冠層結構和產量組成是否理想的主要指標[4-5]。種植模式的優化有利于形成更合理的株型結構，既能增強棉花植株中、下部的透光率，又能提高光利用率[6]，提高棉花產量。隨著新疆機采棉種植規模的擴大，適宜機采的膜下滴灌棉花生產模式已得到廣泛推廣，棉花的種植模式也由原來的1膜4行發展為1膜6行[7-8]。在傳統寬窄行種植模式下，拓寬行距可以促進葉片與果枝的空間分布，降低棉株間葉片鑲嵌排列的重疊度，有利于氣體交換和光能利用[9]。Yao等[10]研究表明，寬行距相比窄行距種植模式能促使棉花中后期果枝和葉片的擴展，降低葉片間的重疊度，提高冠層透光率和光利用率，增加單株結鈴數和產量。張文等[11]研究表明，1膜3行種植模式可促進棉花生育進程、增加棉花株高和果枝數、促進光合作用，保持較高的棉花產量。梁亞軍等[12]認為，1膜6行能夠保持較高的光利用率，有利于實現棉花高產。然而，灌水量對棉花產量的影響較大[13]，過高或過低的灌水定額均不利于棉花產量的提高[14]。黃真真等[15]認為，在北疆1膜3管6行的種植模式下，全生育期灌溉定額為3 434 m3/hm2可以提高棉花產量。石洪亮等[16]認為，在阿克蘇地區，傳統寬窄行種植棉花滴灌量在2 800 m3/hm2時可以保證棉花穩產。吳鳳全等[17]認為，在等行距栽培模式下，通過高密度種植、重度虧缺灌溉可以促進經濟器官干物質量的積累，進而達到增產的目的，且提高了水分利用效率?！厩腥朦c】盡管前人在不同種植模式下棉花生長、冠層結構、產量等方面開展了研究，但研究結果不盡相同；此外，不同地區、不同種植模式與不同灌水定額對棉花生長、冠層結構、產量組成以及水分利用效率的影響也不同。當前，缺乏1膜3行機采棉模式下的適宜灌水定額研究。

【擬解決的關鍵問題】因此，本研究通過設計2種機采棉種植模式和3種灌水定額的組合試驗，闡明不同種植模式對棉花生長、脫葉效果、棉鈴空間分布和棉花產量的影響，以及不同灌水定額對棉花產量和水分利用效率的影響，為南疆機采棉優質高產的水分管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在新疆生產建設兵團第一師阿拉爾市水利局灌溉試驗站內進行。該地區位于塔里木盆地塔克拉瑪干沙漠北邊緣（E81°12′12″，N40°37′23″），海拔1 015 m，屬于典型的暖溫帶極端干旱大陸性荒漠氣候，干旱少雨，晝夜溫差大，年平均最高氣溫為20 ℃，年平均最低氣溫為4 ℃，年平均氣溫為10.8 ℃，≥10 ℃積溫為4 113 ℃，適宜長絨棉、細絨棉栽培。年降水量為40.1～98.8 mm，年蒸發量為1 876.6～2 558.9 mm。棉花生育期內的日平均0和降水量變化如圖1所示。試驗區0～100 cm土層的土壤黏粒、粉粒以及砂粒量的占比分別為0.21%、14.97%和84.81%，土壤質地為砂質壤土。土壤飽和含水率為0.27 cm3/cm3，田間持水率為0.28 cm3/cm3，干體積質量為1.58 g/cm3。土壤基本養分指標如表1所示。

表1 土壤基本養分指標

圖1 2021年棉花生育期內日平均ET0和降水量

1.2 農藝栽培措施

供試棉花品種為“中棉113”。試驗區在播前進行了常規春灌，灌水定額為180 mm。試驗區棉花于2021年4月9日播種，7月25日打頂，9月17日第1次噴施瑞脫龍（主要成分為噻苯隆和敵草隆，540 g/L懸浮劑）、40%乙烯利（水劑），9月25日噴施第2次，一共噴施2次脫葉劑，10月13日收獲。棉花進入蕾期開始灌溉第1水，灌溉日期為6月13日，蕾期與花鈴期灌水周期分別為10 d和7 d，吐絮期不灌水，生育期共灌水10次[18]。所有處理在播種前均施用1 200 kg/hm2的三元復合肥（N∶P2O5∶K2O為18∶16∶15），棉花生育期內隨水施入1 200 kg/hm2的棉花專用肥（N∶P2O5∶K2O為18∶12∶13），共滴施10次，參照當地高產棉田進行農藥噴施及其他農藝措施。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區設計，設置種植模式和灌水定額2個因素，以種植模式為主區，灌水定額為副區。采用2種種植模式，分別為1膜3行（76 cm等行距，株距7 cm，M1）；1膜6行（66 cm+10 cm，平均行距38 cm，株距10 cm，M2）；以當地棉花膜下滴灌的灌水定額37.5 mm為依據[18]，在此基礎上灌水定額分別降低和提高20%，設置了3種灌水定額，即：30 mm（W1），37.5 mm（W2），45 mm（W3），共6個處理，每個處理重復3次。所有處理灌水方式均采用膜下滴灌，聚乙烯地膜寬2.05 m，幅寬2.28 m，膜厚0.01 mm。滴灌帶采用1膜3帶的布設方式，滴灌帶為φ16內鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距為30 cm，流量為2.2 L/h，工作壓力為0.1 Mpa。每個小區3膜寬，長10 m，小區面積為65.7 m2。滴灌設備配備自動調壓泵和壓差式施肥罐追肥，灌溉水源為井水（礦化度為2.2 g/L），每個小區安裝水表測量灌水量。

1.4 測定項目

1.4.1 株高和莖粗的測定

各小區分別在棉花苗期、蕾期、盛花期、盛鈴期選取具有代表性的6株棉花。測量株高和莖粗，株高采用直尺測量，莖粗采用游標卡尺測量。

1.4.2 棉鈴空間分布的測定

于收獲前在每個小區選取6株長勢均勻的棉花。調查棉株下部鈴（1～3果枝）、中部鈴（4～6果枝）、上部鈴（7以上果枝），以及內圍鈴（第1果節鈴）和外圍鈴（2及以上果節鈴）的個數。

1.4.3 果枝交錯系數

式中：為平均果枝長度（cm）；為行間距（cm）；為株間距（cm）。

1.4.4 掛枝率的測定

噴施脫葉劑前，在每個小區選取代表性的棉花6株，調查棉花植株的葉片數。噴施脫葉劑20 d后，調查各植株上的掛枝數，計算掛枝率。掛枝率（%）=掛枝數/施藥前的葉片數×100%。

1.4.5 產量及其構成

收獲期在每個小區選取6.67 m2代表性樣方（長2.93 m，寬2.28 m），調查實收棉花株數和鈴數，摘取棉花，經自然風干后稱質量測定籽棉產量，并計算收獲密度、單鈴質量和單株成鈴數。隨機摘取50鈴，稱質量、軋花后計算衣分。

1.4.6 水分利用效率

式中：為灌水量；為地下水補給量；為深層滲漏量；0和t分別為時段初和時段末80 cm土層內的土壤儲水量。

水分利用效率按下式[21]計算：

式中：為水分利用效率（kg/m3）；為單位面積籽棉產量（kg/hm2）。

1.5 數據處理

采用Microsoft Office 2020和SPSS 19.0進行數據統計及分析，采用最小顯著差異法（LSD）檢驗平均數（＜0.05），采用Excel作圖。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式和灌水定額對棉花株高的影響

株高和莖粗反映了不同時期棉花長勢。由圖2和表2可知，隨著棉花生育期的推進，各處理棉花株高與莖粗在蕾期快速增長，花鈴中期（打頂后7 d）變化趨勢逐漸平穩。以播后108 d為例，種植模式和灌水定額對棉花的株高和莖粗產生極顯著影響（<0.01），而種植模式和灌水定額的交互作用對棉花的株高產生顯著性差異（<0.05），對棉花的莖粗產生極顯著作用（<0.01）。M1處理的株高和莖粗較M2處理分別增加了30.29%和13.45%。在相同種植模式下，與W1處理相比，W2、W3處理的平均株高分別增加了17.40%和14.69%；W2、W3處理的平均莖粗分別增加了12.57%和12.61%。M1W2處理的植株長勢最優，其株高和莖粗分別為84.83 cm和11.13 mm，說明等行距種植模式可促進棉花植株的生長發育，但過量灌水不利于棉花生長。

表2 種植模式與灌水定額對棉花株高和莖粗的方差分析

注 *、**分別表示在0.05、0.01水平上顯著，ns表示不顯著，下同。

2.2 不同種植模式和灌水定額對單株棉鈴空間分布的影響

由表3可知，種植模式顯著影響了上部鈴和內圍鈴的生長，而對下部鈴、中部鈴和外圍鈴無顯著影響；相同種植模式下，內圍鈴和外圍鈴數量均隨灌水定額的增大而增大，且內圍鈴明顯高于外圍鈴，灌水定額對棉花中、上部鈴和內、外圍鈴均有極顯著影響，對下部鈴沒有顯著影響。種植模式和灌水定額的交互作用顯著影響各部位的鈴數和內圍鈴。在等行距種植模式（M1）下，與W1處理相比，W2、W3處理的中上部鈴數分別增加了16.67%和66.67%，但W3處理的下部鈴數相比W1、W2處理減小了22.22%；W1、W2處理的棉鈴數隨著層數的增加呈降低趨勢，而W3處理的棉鈴數隨著層數的增加呈增加趨勢。在寬窄行種植模式（M2）下，W1、W2、W3處理的棉鈴數隨層次的增加呈逐漸降低的趨勢，但W2處理的棉鈴數在不同層次間差異較小。從棉鈴空間分布角度來說，適度灌水可以塑造較好的冠層結構，有利于棉鈴空間的優化分布。

2.3 不同種植模式和灌水定額對棉花掛枝數與棉花群體結構的影響

由表4可知，種植模式、灌水定額以及二者的交互效應均對棉花單位掛枝數產生了極顯著影響。M1處理的單位葉片掛枝數相比M2處理降低了27.66%。在M1種植模式下，葉片掛枝數隨著灌水定額的增加而減小，而M2種植模式的結果則相反。M1W3處理相比M1W2、M2W1處理的葉片掛枝數降低了16.13%和16.35%。

表3 不同處理對機采棉蕾鈴空間分布的影響

表4 不同種植模式和灌水定額對機采棉葉片掛枝數的影響

由表5可知，種植模式對果枝長度和果枝的縱橫交錯系數產生了極顯著影響，灌水定額以及種植模式和灌水定額的交互作用對棉花的果枝長度和果枝交錯系數2產生了極顯著影響，對果枝交錯系數1產生了顯著影響。M1處理的平均果枝長度較M2處理增加了18.51%。相同種植模式下，果枝長度隨灌水定額的增大而增大。相同灌水定額下，M1處理的果枝交錯系數1均小于M2處理，而果枝交錯系數2則表現出相反的規律，即M1處理的2均大于M2處理，說明等行距種植模式降低了棉花行間群體果枝的交錯程度，增加了棉花株間群體果枝的交錯程度。

表5 不同處理下棉花群體結構指標差異

由表6可知，不同處理下的棉花脫葉率、掛枝率與群體結構之間具有一定的相關性。平均果枝長度與果枝交錯系數2呈極顯著正相關（=0.856**），說明棉花果枝越長，株間果枝的相互重疊程度越大，不利于棉花株間葉片脫落。果枝交錯系數1與2呈顯著負相關（=-0.571*），2與葉片掛枝率呈顯著負相關（=-0.501*），果枝交錯系數1越小，2越大，反而降低了葉片掛枝數，說明1對棉花掛枝率的影響大于2，即M1種植模式更有利于棉花脫葉吐絮。

2.4 不同種植模式和灌水定額對棉花產量及水分利用效率的影響

由表7可知，種植模式顯著影響了棉花的收獲密度、單株成鈴數和衣分。與M2處理相比，雖然M1處理的收獲密度降低了41.21%，但單株成鈴數顯著提高了65.72%，進而使籽棉產量提高了3.33%。同時，M1處理的衣分提高了1.46%，使皮棉產量提高了6.87%，說明等行距種植模式具有穩產效果。3種灌水定額下的單株成鈴數、單鈴質量和衣分雖無顯著差異，但隨著灌水定額的增加，單株成鈴數、單鈴質量和衣分均呈增加趨勢。隨著灌水定額的增加，籽棉產量和皮棉產量均呈遞增趨勢，W3處理的籽棉產量和皮棉產量比W1、W2處理分別高20.81%和23.66%、3.52%和5.38%。在各處理組合中，M1W3處理的產量以及產量構成因素最優。M1W1處理的最高，但與M1W2、M2W2、M2W3處理相差甚小。

表6 不同處理下棉花脫葉率、掛枝率與群體結構指標間的相關分析

表7 不同處理下對棉花水分利用效率、產量及產量構成的影響

3 討 論

株高和莖粗是反映棉花生長發育狀況的主要指標[22]，棉花生長容易受到種植模式和灌水定額的影響[23]。優化種植模式[24-25]和灌水定額[26-27]可以通過促進植株生長、構建合理的冠層結構、提高光能利用率來增加棉花產量。等行距種植模式可以充分地利用光、熱、水、肥條件，在保證莖稈強壯的情況下，促進株高和果枝數的增長，有利于棉花產量的提高[11]。李建峰[28]研究表明，在低密度等行距的種植模式下，棉花株高相比寬窄行高密度、等行雙株高密度更具有機采優勢。以上研究結果與本研究結果相似，說明等行距種植模式與窄行種植模式相比，棉花的株型結構分布更合理，能充分利用光熱資源和土壤肥力，減少植株間光能和養分的競爭，即使在種植密度降低的條件下，仍然能促進植株生長，提高單株結鈴數和單鈴質量，彌補低密度下的群體產量[29-30]。水分對作物的生長發育具有重要作用，W2、W3處理的株高和莖粗均顯著高于W1處理，但二者并無顯著差異，說明過高或者過低的灌水定額均不利于棉花植株的生長，這與成厚亮等[31]研究結果一致。這可能是由于棉花根區水分過高抑制了棉花根系吸水，過大的灌水定額容易造成肥料淋失，不利于棉花生長[14]，而低灌水定額會產生鹽分脅迫，抑制植株生長[32]。

機采棉在保證高產的同時還要保證吐絮集中，避免貪青晚熟，否則會影響棉花后期脫葉。掛枝葉及干枯葉混入是影響棉花纖維品質的重要原因[33]。果枝交錯系數可以較好地反映棉花群體株行之間的果枝重疊交錯程度，棉花果枝交錯系數越大，相鄰棉花植株相互交錯程度越高，冠層之間越容易相互遮蔽[34]。李建峰[28]研究表明，低密度等行距條件下的掛枝數低于1膜6行。研究結果表明，等行距種植模式下單位葉片掛枝數的降低有利于棉花脫葉。脫葉效果與葉片數量之間的相關性明顯，不同種植模式下平均果枝長度差異明顯。果枝交錯系數1越小，越有利于棉花葉片的脫落，這與Julie等[20]研究結果一致。然而，果枝交錯系數2越大，干枯葉片越容易黏附在棉鈴上[19]，這與本研究結果不符，可能是由于等行距種植模式更有利于棉花植株的生長，使得棉花的果枝長度增長，棉花株間果枝交錯程度增大。脫葉率、掛枝數與果枝交錯系數1和2關系密切，未來可進一步探討是否可通過果枝交錯系數來確定最適宜機采棉的株行距和最優棉花株型結構。

不同種植模式與灌水定額會影響棉花產量、產量的構成因素和水分利用效率。等行距種植模式作為一種新的種植模式，可以構建合理的冠層結構，使棉花生育中后期植株間通風透光，有利于棉花增加單株鈴數和單鈴質量，提高棉花籽棉產量[35]。本研究結果表明，等行距種植模式有利于提高棉花的單株成鈴數和衣分，這是因為等行距種植模式有利于棉花植株的生長，增加了棉花的果枝數和棉花的成鈴數，與張恒恒等[36]的結果一致。姜艷等[37]研究認為，低密度等行距種植模式可提高棉花株高、葉面積指數和干物質積累量，從而提高棉花產量和水分利用效率。單株成鈴數和單鈴質量隨著灌水定額的增加而增加，從而增加了棉花產量[38]。本研究表明，過高的灌水定額對棉花產量提升并不顯著，且不利于棉花水分利用效率的提升，這與何平如等[39]研究結果一致。

等行距種植模式作為一種新的機采種植模式，提高了脫葉率，降低了掛枝率和含雜率，增產潛力大，可作為高效的種植模式在新疆地區大面積推廣。同時，今后需加強適宜模式的機采棉品種、配套化學打頂和脫葉催熟等技術及“光溫水”理論等方面的研究，以及對于等行距適宜的灌水定額的研究，同時探究與之相匹配的滴灌帶布設問題，進一步提高水分利用效率。

4 結 論

1）等行距種植模式對棉花的生長指標、平均果枝長度、單株成鈴數和衣分具有顯著的促進作用，進而提高了棉花產量，降低了棉花的掛枝數，有利于降低棉花機械采摘的含雜率，改善機采棉的纖維品質。

2）37.5 mm的灌水定額可促進棉花植株生長，有利于棉花塑造較好的冠層結構以及棉鈴空間的優化分布，具有穩產、節水的效果。

3）采用等行距種植模式，灌水定額為37.5 mm，不僅具有穩產、提質的作用，同時可達到節水的目的。

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Effects of Different Planting Patterns and Irrigation Quota on Cotton Growth and Yield

WANG Lu1,2,3, LIU Hao3*, GAO Fukui3, NING Huifeng3, HAN Qisheng3,XU Xuewen1,2, WANG Xingpeng1,2,4*, LI Xiaogang5

(1. College of Water Resource and Architecture Engineering, Tarim University, Alaer 843300, China; 2.Key Laboratory of Modern Agricultural Engineering, Tarim University, Alar 843300, China; 3. Institute of Farmland Irrigation, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Water Requirement and Regulation, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xinxiang 453002, China; 4. Key Laboratory of Northwest Oasis Water-saving Agriculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Shihezi 832000, China; 5.Hydrology and Water Resources Management Center of the First Division of Xinjiang Production and Construction Corps, Alaer 843300, China)

【Objective】In order to solve the problem of high impurity rate in current machine-harvested cotton planting patterns and clarify the suitable planting pattern and corresponding optimal irrigation quota for drip irrigation under mulch in southern Xinjiang.【Method】Treatments of two planting patterns (M1, three rows of cottons under one film with equal row spacing; M2, Six rows of cottons under one film with wide and narrow rows) and three irrigation quotas (W1, 30 mm; W2, 37.5 mm; W3, 45 mm) were conducted to investigate the coupling effects of different planting patterns and irrigation quota on cotton growth, bud and boll distribution, defoliation rate, yield and water use efficiency.【Result】The results showed that planting pattern significantly affected the plant height and stem diameter of cotton. Compared to M2 treatment, the plant height and stem diameter of M1 treatment increased by 30.29% and 13.45%, respectively; the plant height and stem diameter increased with increasing of irrigation quota, and little differences was found between W2 and W3 treatments, but significantly higher than that of W1 treatment. M1 planting mode is more conducive to increase the number of upper and inner bolls, and number of middle and upper bolls increased with increasing of soil water content, thus improved the cotton yield. Compared to M2 treatment, the number of bolls per plant, lint percentage, seed cotton yield and lint yield of M1 treatment increased by 65.72%, 1.46%, 3.33% and 6.87%, respectively. The seed cotton yield increased with increasing irrigation quota, but the differences of water use efficiency among treatments were not significant. The seed cotton yield was followed by W3>W2>W1, and no difference was found between W3 and W2 treatment.【Conclusion】Therefore, the equal row spacing planting mode under machine-harvested was recommended in southern Xinjiang, and the irrigation quota of 37.5 mm was adopted to promote cotton growth and achieve the purpose of increasing yield and efficiency.

planting pattern; irrigation quota; machine-harvested cotton; bud and boll distribution; yield; water use efficiency

王璐, 劉浩, 高?？? 等. 不同種植模式和灌水定額對棉花生長和產量的影響[J]. 灌溉排水學報, 2023, 42(5): 16-23.

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1672 - 3317（2023）05 - 0016 - 08

S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022650

2022-11-18

國家棉花產業技術體系建設專項資金項目（CARS-15-13）；兵團重大科技計劃項目（2021AA003）

王璐（1996-），女。碩士研究生，主要從事作物高效用水理論與技術研究。E-mail: 624779107@qq.com

劉浩（1977-），男。研究員，主要從事作物高效用水理論與技術研究。E-mail: liuhao-914@163.com

王興鵬（1978-），男。教授，主要從事干旱區灌溉排水理論與節水灌溉方面的研究。E-mail: 3999068354@163.com

責任編輯：韓 洋