膜下滴灌條件下水磷效應對棉花產量和水分利用率的影響

王海江,崔靜,侯振安,楊曉武,羅磊,呂新

(石河子大學農學院資源與環(huán)境系,石河子832003)

膜下滴灌條件下水磷效應對棉花產量和水分利用率的影響

王海江,崔靜,侯振安,楊曉武,羅磊,呂新

(石河子大學農學院資源與環(huán)境系,石河子832003)

通過田間實驗設計磷(P)和水(W)兩個因素,研究膜下滴灌棉花不同水磷處理對其產量和水分利用效率的影響。結果表明:不同水、磷用量處理間棉花產量差異顯著,棉花籽棉產量隨著灌水量和施磷量的增加都呈現(xiàn)先增加而后降低的趨勢。棉花水分利用效率的最大值出現(xiàn)在P2W2(P2O5120 kg/hm2;灌水量4800 m3/hm2)處理,干物質和籽棉的水分利用效率分別為41.46和13.95 kg/(hm2·mm),這表明合理的水、磷配比有利于棉田水分利用效率的提高。

棉花;水磷;產量;水分利用率

Abstract:Through a field experiment two factors(phosphorus and water)was designed,effects on yield and WUE(water use efficiency)were studied through different phosphorus and water during the whole growth period of drip irrigation under plastic film for cotton.Results showed that there were significant differences between different phosphorus and water in cotton yield;the cotton yield increased with water and phosphorus being improved at first and then decreased.The largest WUE of dry matter and yield was P2W2 treatment(P2O5:120 kg/hm2;Water:4800 m3/hm2),41.46,13.95 kg/(hm2·mm),respectively.It suggested that the WUE could be improved through reasonable ratio of water use efficiency in cotton fields.

Key words:cotton;phosphorus and water;yield;water use efficiency

肥和水是旱地農業(yè)生產的兩大限制因子。根據(jù)土壤水分合理施肥,以肥調水、以水促肥,促進作物生長發(fā)育和提高作物產量,已成為農業(yè)綜合發(fā)展的關鍵技術[1]。適宜的水肥條件有利于作物對養(yǎng)分的吸收和運輸,有利于植株的協(xié)調生長[2]。有效的協(xié)調水分和養(yǎng)分可以提高作物產量和水分利用效率[3-4]。此外,在提高現(xiàn)有灌溉水利用率的同時,如何減小肥料對環(huán)境的污染,科學合理的進行施肥也越來越受到人們的關注[5]。

水分和養(yǎng)分與作物生長相互作用和影響[6]。磷是作物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素之一。土壤干旱條件下,磷素可顯著改善植株的水分狀況,增強膜的穩(wěn)定性,維持植株生長和生理過程的正常進行[7];施用磷肥能夠在一定程度上彌補因水分不足對作物造成的影響,并顯著提高小麥產量和水分利用率[8]。在有限灌水的條件下,磷素可以促進小麥的生長發(fā)育,增加小麥的分蘗數(shù),提高葉面積、生物產量和子粒產量等[9]。充足的磷營養(yǎng)可以增強作物抵御輕度水分脅迫的能力[10]。王家平等[11]指出,棉花水肥不足或過多對棉花產量和水肥利用效率不利。

本研究旨在研究北疆膜下滴灌棉田水磷效應對棉花產量和水分利用效率的影響,以期為確定新疆棉花高產、高效的合理灌溉量和施磷量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于新疆石河子國家節(jié)水灌溉工程技術研究中心科技園區(qū) ,東經 86°00′,北緯 44°20′,海拔428～437 m,土壤質地為中壤,土壤容重為1.34 g/cm3。年平均日照時間2865 h,大于10℃積溫為3400℃,無霜期達160余 d,多年平均降水量208 mm,平均蒸發(fā)量1660 mm。試驗區(qū)土壤質地為輕壤土,堿解氮 69.5 mg/kg、速效磷 18.9 mg/kg、速效鉀504.6 mg/kg,p H值為8.09。

1.2 試驗方法與設計

棉花品種為標雜A1(從河南引入),采用覆膜栽培,一膜二管四行,行距配置為30 cm+60 cm+30 cm+60 cm,株距 12 cm,密度 18.5 ×104株/hm2。試驗采用“3414”不完全設計,方案設計按照農業(yè)部“測土配方施肥項目的技術規(guī)范”,吸收了回歸最優(yōu)設計處理少、效率高的優(yōu)點,是目前應用較為廣泛的肥料效應田間試驗方案?！?414”是指氮、磷、鉀3個因素、4個水平、14個處理。4個水平的含義:0水平指不施肥,2水平指當?shù)赝扑]施肥量,1水平=2水平×0.5,3水平=2水平×1.5(該水平為過量水平)。本實驗采用不完全試驗,水、磷2因素各設置4個水平,試驗因素及各處理詳細設置見表1。氮肥20%在播種前一次性施入做基肥,其余80%在棉花生長期間分5次隨水滴施;磷鉀肥均在播種前一次性全部施入做基肥,鉀肥(K2O)用量60 kg/hm2。

表1 棉花水肥耦合試驗方案Tab.1 Testing program of coupling effects of water and nitrogen of cotton

1.3 樣品采集

土壤水分的測定采用烘干法測定。每次灌水前取土樣,取樣位置為距滴頭15 cm、40 cm兩處,測定土壤不同深度(0～20、20～40、40～60、60～80 和 80～100 cm)新鮮土樣的含水量。

在現(xiàn)蕾期、初花期、盛花期、結鈴期和吐絮期采集棉花植株樣品。將棉株自子葉節(jié)剪下,分成葉片、莖桿、蕾鈴三部分,殺青,以恒溫烘干法測定干物質量,用電子天平稱重[12]。各處理采取實收記產,3個重復的平均值代表該處理實際產量水平。

1.4 田間作物蒸散量計算

(1)式中:ET1-2為階段耗水量(mm);ri為第 i層土壤干容重(g/cm3);Hi為第 i層土壤厚度(cm);θi1、θi2為第i層土壤在計算時段始末的含水率(干土重的百分率);M、P、K、C分別為時段內灌水量、降雨量、地下水補給量和排水量(mm)[13]。以無灌水和降雨時段內的土壤含水率作為依據(jù),結合試驗區(qū)條件,M=P=K=0。滴灌條件下 C=0則式(1)變?yōu)?

2 結果與分析

2.1 不同水磷處理對棉花籽棉產量的影響

對不同水磷處理棉花籽棉產量進行對比分析(表2)可知:灌水量和施磷量對棉花籽棉產量影響顯著,各處理中產量最高出現(xiàn)在 P2W2(P2O5:120kg/hm2;水 :4800 m3/hm2),產量為 6712.49 kg/hm2,產量的最低值出現(xiàn)在 P2W0處理(P2O5:120 kg/hm2;水 :4800 m3/hm2),產量為 4249.52 kg/hm2。

表2 各處理棉花籽棉產量差異分析Tab.2 The differentia of cotton field in treatments

從各處理產量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn),固定處理在W2水平下,隨著施磷量的增加(P0～P2),籽棉產量迅速增加,當施磷量繼續(xù)增加時(P2～P3),籽棉產量有所下降,但P2W2與P3W2處理間差異不顯著。從處理中固定在 P2水平上,比較灌水量的變化對產量影響發(fā)現(xiàn),隨著灌水量的增加(W0～W2),籽棉產量顯著增加,灌水量繼續(xù)增加(W2～W3),籽棉產量有所下降,這與磷肥施用量的變化趨勢相同,但P2W2處理與P2W3處理間,籽棉產量差異顯著。

分別將各處理籽棉產量數(shù)據(jù)與處理3(最高產量)進行比較發(fā)現(xiàn):在P2水平下,灌水量從W2水平增至W3水平,產量減少了294.84 kg/hm2,降幅為4.42%,灌水量從 W2減少到 W1、W0水平,產量分別減少 1671.37 kg/hm2、2462.97 kg/hm2,減幅分別為24.90%和36.69%。用同種方法固定在W2水平下,比較施磷量對產量影響,發(fā)現(xiàn)趨勢與灌水量變化對籽棉產量的影響相同,均表現(xiàn)為先增加而后有所降低,但從產量減少數(shù)量和下降幅度來看,灌水量的改變對棉花籽棉產量影響更為明顯。

2.2 不同水磷處理棉花水分利用效率

圖1是棉花實際蒸散量與籽棉產量和干物質積累關系圖,從總的趨勢來看,實際蒸散量與籽棉產量、干物質積累總量呈正相關,田間實際蒸散量越大籽棉產量和干物質積累量越多,籽棉產量(Y)與實際蒸散(X)之間的關系為:y=12.527x+89.17,決定系數(shù) R2=0.7079＊;而總干物質產量(Y)與實際蒸散(X)之間的關系為:y=39.508x-2974.2,決定系數(shù) R2=0.5159;棉花籽棉產量與田間實際蒸散量呈顯著相關。

圖1 棉花實際蒸散量與籽棉產量和干物質產量關系Fig.1 The relation of Evapotranspiration and field and dry matter

不同處理間干物質水分利用效率和籽棉產量水分利用效率的對比結果(表3)表明:水分利用效率最大的是P2W2處理,其干物質水分利用效率和籽棉產量水分利用效率分別為41.46和13.95 kg/(hm2·mm)。在其W2、P2水平下,隨著灌溉水量、施磷量的增加,干物質水分利用效率和籽棉產量水分利用效率均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢;在W2灌水水平,隨著施磷量的增加,干物質水分利用效率和籽棉水分利用效率均表現(xiàn)為 P2>P3>P1>P0,總體上表現(xiàn)出增加施磷量有利用提高水分利用效率;在 P2水平下,隨著灌溉量的增加,干物質水分利用效率表現(xiàn)為W2>W1>W3>W0,籽棉水分利用效率則表現(xiàn)為W2>W0>W1>W3,干物質產量的水分利用率和籽棉產量的水分利用率在各處理中出現(xiàn)了差異,尤其在 P2W0水平,干物質水分利用效率最小,籽棉水分利用率卻較高,說明在足肥不充分灌溉情況下,棉花生殖器官相比較其他各處理所占干物質總量的比重較大,但其最終產量最低。

表3 不同水磷處理水分利用效率變化Tab.3 Change of WUE by different water and phosphorus

3 討論

本研究結果表明:灌水量、施磷量不同,各處理間棉花產量達到顯著性差異,棉花產量的最大值出現(xiàn)在適量的水磷配比P2W2(P2O5:120 kg/hm2;水:4800 m3/hm2)處理,過高或過低的水、磷用量均不能得到最大產量。灌水量和施磷量的增加對棉花產量的影響均表現(xiàn)出先增加而后有所降低的趨勢,過量的灌水和施磷都會對產量產生負效應;分別比較W2水平和P2水平下產量的變化發(fā)現(xiàn),灌水量對產量的影響更為顯著。

棉田實際蒸散量與籽棉產量和干物質積累總量呈較好的正相關。其干物質總量水分利用效率和籽棉產量水分利用效率的比較結果表明:隨著灌水量和施磷量的增加,水分利用效率均呈現(xiàn)出先增加而后降低的趨勢,在籽棉產量水分利用效率上過量的灌溉,造成了水分利用效率的降低要比干物質總量水分利用效率更為明顯,過量的灌溉水對干物質總量仍會有微弱的促進作用,但對于籽棉產量卻會出現(xiàn)減產的負效應,這主要是由于過量的灌溉對棉花產生旺長、貪青晚熟對后期產量構成和實際采收產生了影響。

本研究結果表明:土壤水分和施磷量對棉花干物質積累、產量構成和水分利用效率均有顯著影響。生物產量的提高是作物高產的基礎,而合理的水肥配比是調控生物產量和提高水肥利用效率的重要手段。改善土壤水分狀況和磷素營養(yǎng)狀況來實現(xiàn)“以水促磷”和“以磷調水”,有效的調節(jié)水、磷用量,以充分發(fā)揮水、磷最大潛力,對提高有限土地生產能力、節(jié)約水肥資源和保護環(huán)境均有重要意義。而根據(jù)不同土壤類型和生態(tài)區(qū)狀況來調節(jié)磷肥用量,達到“量水施磷”的研究還需進一步的細化和深入。

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Effects of Water and Phosphorus on Yield and Water Use Efficiency of Cotton with Drip Irrigation under Mulch

WANG Haijiang,CUI Jing,HOU Zhenan,YANG Xiaowu,LUO Lei,LüXin
(Department of Resources and Environmental Science,College of Agriculture,Shihezi University,Shihezi 832003,China)

S562.071

A

1007-7383(2010)05-0551-04

2009-12-25

國家科技支撐計劃項目(2006BAD21B02-2)

王海江(1980-),男,講師,碩士,從事農業(yè)資源高效利用研究;e-mail:whj-219@163.com。

呂新(1964-),男,教授,博士生導師,從事綠洲農業(yè)資源高效利用研究;e-mail:lxshz@126.com。