不同氮肥水平條件下滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20cm田間持水率之間的響應(yīng)關(guān)系*

張建新，張勇，文秀金，何江勇

（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆石河子832000；2.兵團(tuán)第七師一三〇團(tuán)）

不同氮肥水平條件下滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20cm田間持水率之間的響應(yīng)關(guān)系*

張建新1，張勇2，文秀金2，何江勇1

（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆石河子832000；2.兵團(tuán)第七師一三〇團(tuán)）

采用滴灌盆栽試驗(yàn)，研究滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率之間的響應(yīng)關(guān)系，取得蕾期和花鈴期不同施N水平條件下其相關(guān)性及模型，結(jié)果表明，在蕾期不同處理純N分別為N2、N4、N6 g/盆的條件下，滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)（r）分別為-0.781、-0.890、-0.887，T檢驗(yàn)顯著水平P分別為0.119、0.043、0.045；N4 g/盆和N6 g/盆其模型為直線函數(shù)，模型擬合決定系數(shù)（R2）分別為0.792、0.786，F(xiàn)檢驗(yàn)顯著水平P分別為0.043、0.045，達(dá)到顯著水平；花鈴期，氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)（r）的分別為0.916、0.750、0.894，T檢驗(yàn)顯著水平P分別為0.029、0.114、0.041；N2 g/盆、N4 g/盆和N6 g/盆其模型分別為指數(shù)、對數(shù)和S，模型擬合決定系數(shù)（R2）分別為0.877、0.916、0.786，F(xiàn)檢驗(yàn)顯著水平P分別為0.019、0.011、0.045，達(dá)到顯著水平；因此，本文研究的擬合模型函數(shù)有利地描述了滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率之間響應(yīng)特性，為內(nèi)陸干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)滴灌棉花耗水量的估算提供了新的計(jì)算方法和科學(xué)依據(jù)。

滴灌；盆栽；棉花；氣孔導(dǎo)度；田間持水率

氣孔是作物水分循環(huán)和CO2交換的重要通道，它在控制碳和水分交換的平衡中起著關(guān)鍵作用［1］，對植物與外界環(huán)境水分、養(yǎng)分［2］和氣體交換平衡起著重要的調(diào)節(jié)作用［3］。氣孔的開閉程度是光合作用［4］和蒸騰作用強(qiáng)度的重要決定因素［5］，外界環(huán)境因子對其影響明顯［6］，氣孔的開閉程度用氣孔導(dǎo)度來表達(dá)［7］，植物的葉片氣孔導(dǎo)度主要受遺傳及環(huán)境因素共同影響［8］。利用氣孔導(dǎo)度研究與土壤田間持水率之間相關(guān)性，同時(shí)土壤田間持水率是又土壤水分的一項(xiàng)重要指標(biāo)，土壤水分是干旱植物賴以生存的主要源泉，決定著植物根系的發(fā)育，而對于傳統(tǒng)的土壤水分測量方法來說，其最大的局限就是不能提供區(qū)域范圍內(nèi)的土壤含水量變化信息［9］，同時(shí)調(diào)控地表水量，保護(hù)流域生態(tài)環(huán)境，控制水土質(zhì)量向良性發(fā)展［10］，利用新的測量手段和方法，研究作物需水規(guī)律及特點(diǎn)，對當(dāng)前發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)具有非常重要意義，因此，研究滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率的響應(yīng)特征，揭示滴灌棉花的生長發(fā)育的節(jié)水節(jié)肥規(guī)律和指導(dǎo)棉花生產(chǎn)具有重要意義

目前國外內(nèi)有關(guān)方面研究，國外，Johan和Hakan研究了春小麥在不同發(fā)育階段氣孔導(dǎo)度和光合作用的變化；Peasles和Mose報(bào)道，玉米在缺氮處理時(shí)，玉米葉片葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度均顯著降低共同導(dǎo)致凈光合速率降低；國內(nèi)，陳范駿等認(rèn)為，玉米苗期傷流液中氨基酸與硝態(tài)氮的比值具有很大的遺傳差異［11］，且在低氮條件下與田間產(chǎn)量有很好的相關(guān)性［12］，主要集中在低氮脅迫下（玉米、水稻、小麥等作物）棉花的產(chǎn)量［13］、吸收氮特性、氮素利用效率［14］以及植株形態(tài)特征等方面［15］，王笑影等研究了植被-大氣相互作用中的氣孔導(dǎo)度及其尺度轉(zhuǎn)換，段勇華等研究發(fā)現(xiàn)，在缺氮、鎂、鉀和鋅處理下，水稻各品種葉綠素、氣孔導(dǎo)度均降低［16］，導(dǎo)致葉片凈光合速率也明顯降低［17］，且品種間降幅差異不顯著。表明缺鉀、鎂和鋅處理時(shí)水稻葉片葉綠素含量降低和氣孔導(dǎo)度降低均導(dǎo)致凈光合速率顯著降低［18］；黃高寶等報(bào)道，在低氮條件下不同玉米品種氮素營養(yǎng)效率的高低［19］與品種的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度等都有一定相關(guān)性［20］。

目前，對滴灌棉花在不同氮肥條件下土層20 cm的田間持水率和氣孔導(dǎo)度及其特征研究的報(bào)導(dǎo)較少，棉花是新疆的主要經(jīng)濟(jì)作物［21］，蕾期和花鈴期是棉花一生中生長發(fā)育2個(gè)重要時(shí)期［22］；是棉花生殖生長的關(guān)鍵時(shí)期；又是棉花需水需肥的關(guān)鍵時(shí)期，又是棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、節(jié)水和高效的關(guān)鍵時(shí)期，研究滴灌棉花蕾期和花鈴期土層20 cm的田間持水率與氣孔導(dǎo)度的響應(yīng)特性，深入了解滴灌棉花這個(gè)重要時(shí)期的節(jié)水節(jié)肥生理特征，對提高滴灌棉花產(chǎn)量具有重要意義。因此，本文采用滴灌盆栽方法研究滴灌棉花不同生育期在不同氮肥條件下土層20 cm的田間持水率與氣孔導(dǎo)度的響應(yīng)關(guān)系及其特征變化，為滴灌棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、節(jié)水高效提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

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(nóng)墾科學(xué)院棉花所棉花育種良繁育基地內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，供試土壤為新疆石河子一二一團(tuán)新5連灌耕中壤土，容重1.632 g/m3，田間持水量20.11%；有機(jī)質(zhì)含量0.64%，堿解氮42.03 mg/kg，速效磷17.80 mg/kg，速效鉀271.37 mg/kg；pH值8.09，總鹽0.34%。試驗(yàn)盆缽為塑料圓桶，上口內(nèi)直徑40 cm，桶底內(nèi)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(nèi)鑲式的滴水管穿孔，盆缽底部鋪有細(xì)砂塑料網(wǎng)一層，其次為細(xì)砂和小石頭混合料3～4 cm，其上為供試土壤27～28 cm。滴灌系統(tǒng)組成：水源，Φ32球閥1個(gè)，Φ32過濾器1個(gè)，Φ32PE黑色塑料20 m，水表10塊，壓力表10塊，Φ16球閥30個(gè)，Φ16堵頭10個(gè)，Φ16內(nèi)鑲式滴灌管60 m，滴頭流量2 L/h，滴頭間距50 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

灌溉定額為270 m3/667 m2（注：當(dāng)前新疆兵團(tuán)大田滴灌棉花的灌溉定額），滴水次數(shù)為13次（注：當(dāng)前新疆兵團(tuán)大田滴灌棉花的灌溉次數(shù)）；每個(gè)處理1盆，3個(gè)施肥水平分別為N2（低氮）：純N2 g/盆，即尿素和磷酸一銨6.22 g/盆，N4（中氮）：純N4 g/盆，即尿素和磷酸一銨7.22 g/盆，N6（高氮）：純N6 g/盆，即尿素和磷酸一銨9.22 g/盆，施肥N∶P2O5比例為1∶0.4，N用尿素折算，P2O5用磷酸一銨折算。重復(fù)20次，共計(jì)60盆。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤田間含水率

取樣時(shí)間為10：00，取土樣量每次為20 g/盆，測試方法為烘干法測定。

1.3.2 氣孔導(dǎo)度

取樣時(shí)間為12：00至14：00，用SC-1氣孔儀測定。

1.3.3 ABA測定

取樣時(shí)間為10：00，每次每盆取傷流液量為200 μL/株，測試方法采用酶聯(lián)免疫分光光度計(jì)分析方法測定。

1.3.4 土樣N、P、K養(yǎng)分測試

10月取樣，取土樣量為1 000 g/盆，測試方法：N（氮）采用0.01 mol/L 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/LNH4OAc浸提-火焰光度法。

1.3.5 考種與測產(chǎn)

成熟期取樣考種并測定產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel、SPSS19等分析軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率之間的統(tǒng)計(jì)特征

從表1可以看出，在蕾期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度和土層20 cm的田間持水率特征值，在施氮水平分別為N2、N4和N6，氣孔導(dǎo)度的均值為634.780、664.533和618.206，極小值為165.733、144.500和51.733，極大值為983.600、1 078.100和1 095.000，差異明顯，其峰度系數(shù)為-0.571、0.169和0.303，偏度系數(shù)為-0.569、-0.636和-0.460，服從正態(tài)分布；土層20 cm的田間持水率的均值為87.077、91.700和94.349，極小值為71.433、85.231和87.325，極大值為93.814、97.922和99.446，差異明顯，其峰度系數(shù)為3.531、-2.236和-2.926，偏度系數(shù)為-1.827、-0.176和-0.546，服從正態(tài)分布；在花鈴期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度和土層20 cm的田間持水率特征值，在施氮水平分別為N2、N4和N6，氣孔導(dǎo)度的均值為1 712.584、1 565.125和2 047.980，極小值為1 383.967、629.733和744.400，極大值為2 101.900、2 436.700和3 464.300，差異明顯，其峰度系數(shù)為0.625、-0.894和0.729，偏度系數(shù)為0.515、-0.145和0.267，服從正態(tài)分布；土層20 cm的田間持水率的均值為96.544、90.202和87.389，極小值為91.635和85.545和77.328，極大值為99.889、97.744和96.906，差異明顯，其峰度系數(shù)為-0.374、0.039和-1.582，偏度系數(shù)為-0.839、0.948和-0.242，服從正態(tài)分布。結(jié)果表明，在蕾期和花鈴期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度和土層20 cm的田間持水率特征值差異明顯，服從正態(tài)分布。

表1 不同生育期不同施氮量氣孔導(dǎo)度與田間持水率（20 cm）的統(tǒng)計(jì)特征值

表2 不同生育期不同施氮量氣孔導(dǎo)度與田間持水率（20 cm）的成對樣本T檢驗(yàn)

2.2 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間的成對樣本T檢驗(yàn)分析

從表2可以看出，在蕾期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率成對樣本特征值及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6條件下氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率成對樣本的均值為547.702、572.832和523.857，標(biāo)準(zhǔn)誤為149.334、160.939和177.680，T檢驗(yàn)值為3.668、3.559和2.948，顯著水平P為0.021、0.024和0.042；在花鈴期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率成對樣本特征值及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6條件下氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率成對樣本的均值為1 616.040、1 474.135和1 960.590，標(biāo)準(zhǔn)誤為117.873、313.726和443.469，T檢驗(yàn)值為13.710、4.699和4.421，顯著水平P為0.000、0.009和0.012，結(jié)果表明，在蕾期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率的成對樣本T檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平；在花鈴期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率的成對樣本T檢驗(yàn)達(dá)到極顯著水平。

2.3 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間相關(guān)性及T檢驗(yàn)分析

表3 不同生育期不同施氮量氣孔導(dǎo)度與田間持水率（20 cm）的相關(guān)性及T檢驗(yàn)

從表3可以看出，在蕾期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率相關(guān)性分析及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4、N6，氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率的相關(guān)系數(shù)分別為-0.781、-0.890和-0.887，T檢驗(yàn)顯著水平P為0.119、0.043和0.045；在花鈴期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率相關(guān)性分析及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6，氣孔導(dǎo)度與土層20 cm的田間持水率的相關(guān)系數(shù)分別為0.916、0.750和0.894，T檢驗(yàn)顯著水平P為0.029、0.114和0.041，結(jié)果表明，在蕾期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率的相關(guān)性為負(fù)相關(guān)，T檢驗(yàn)N4和N6達(dá)到了顯著水平；花鈴期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率的相關(guān)性為正相關(guān)，T檢驗(yàn)N2和N6達(dá)到了顯著水平。

表4 不同生育期不同施氮量氣孔導(dǎo)度與田間持水率（20 cm）的回歸關(guān)系及類型

表5 不同生育期不同施氮量氣孔導(dǎo)度與田間持水率（20 cm）的模型擬合度及F檢驗(yàn)

2.4 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間擬合模型及類型

從表4可以看出，在蕾期時(shí)，施氮水平分別為N2、N4和N6條件下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間回歸模型分別為Y=-4.013 X2+ 630.781 X-23 598.608、Y=-58.809 X+6 057.342、Y=-60.551X+6 331.120；在花鈴期時(shí)，施氮水平分別為N2、N4、N6條件下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間回歸模型分別為ln Y =0.044 X+25.224、Y=12 412.664 ln X-54 302.515、Y=-476.553/X+12.999，結(jié)果表明，在蕾期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間模型類型分別為二次、直線和直線（見圖1）；花鈴期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間模型類型分別為指數(shù)和對數(shù)。

2.5 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間模型擬合度及F檢驗(yàn)分析

從表5可以看出，在蕾期時(shí)，施氮水平分別為N2、N4和N6條件下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間的決定系數(shù)R2分別為0.925、0.792和0.786，F(xiàn)檢驗(yàn)值分別為12.365、11.448和11.029，顯著水平P分別為0.075、0.043和0.045；在花鈴期時(shí)，施氮水平分別為N2、N4和N6條件下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間的決定系數(shù)R2分別為0.877、0.916和0.786，F(xiàn)檢驗(yàn)值分別為21.382、32.661和11.001，顯著水平P分別為0.019、0.011和0.045，結(jié)果表明，在蕾期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間的模型擬合度N4和N6達(dá)到了顯著水平；花鈴期，不同處理水平氮的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間的模型擬合度N2、N4和N6達(dá)到了顯著水平。

3 小結(jié)

（1）在蕾期時(shí)，N2、N4和N6棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性（r）系數(shù)分別為-0.781、-0.890、-0.887，N4和N6的T檢驗(yàn)水平P為00.043和0.045，達(dá)到了顯著水平（見表3）；N4和N6的擬合模型分別為直線函數(shù)和直線函數(shù)（見表5），決定系數(shù)R2分別為0.792和0.786，F(xiàn)檢驗(yàn)水平P分別為0.043和0.045，達(dá)到了顯著水平；（2）在花鈴期時(shí)，N2、N4和N6棉花氣孔導(dǎo)度與土層20 cm田間持水率之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性（r）系數(shù)分別為0.916、0.750和0.894，N2、N4和N6的T檢驗(yàn)水平P為0.029、0.114和0.041，達(dá)到了顯著水平（見表3）；N2、N4和N6的擬合模型分別為指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)和S函數(shù)（見表5），決定系數(shù)R2分別為0.877、0.916和0.786，F(xiàn)檢驗(yàn)水平P分別為0.019、0.011和0.045，達(dá)到了顯著水平。

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2015—07—23

國家國際科技合作專項(xiàng)“基于ABA信號的滴灌棉花水肥調(diào)控技術(shù)合作研究”，項(xiàng)目編號：2011DFA32800。