不同淹水程度對棉花苗期生長及生理變化的影響

徐道青，鄭曙峰，王維，劉小玲，吳文革，陳敏，闞畫春

（1安徽省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所/國家棉花改良中心安慶分中心，安徽安慶246003；2安徽省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所，合肥230031）

不同淹水程度對棉花苗期生長及生理變化的影響

徐道青1，鄭曙峰1，王維1，劉小玲1，吳文革2，陳敏1，闞畫春1

（1安徽省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所/國家棉花改良中心安慶分中心，安徽安慶246003；2安徽省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所，合肥230031）

為了明確棉花遭受澇害脅迫后的適應能力，采用盆栽種植方式，在避雨棚內(nèi)對苗期棉株進行淹水，研究不同淹水程度下棉花形態(tài)、產(chǎn)物及生理變化。結(jié)果表明：淹水后棉花產(chǎn)量、單株成鈴率、單鈴重、株高、葉片數(shù)、單株干物質(zhì)積累量均減少，而衣分沒有變化；隨著淹水時間的增加，各指標將進一步降低，淹水20天后，葉片SPAD值急劇下降，皮棉產(chǎn)量減少了80%以上，基本絕收。綜合分析表明，淹水15天可以認為是棉花苗期適應澇害脅迫的臨界時間，在此之前棉花可以通過栽培技術(shù)措施進行補救，恢復生長。

棉花；澇害脅迫；臨界時間；恢復生長

0 引言

棉花為錦葵科棉屬植物，是中國主要的經(jīng)濟作物之一，在國民經(jīng)濟和人民生活中占有重要地位。但棉花生長周期較長，生產(chǎn)中受自然條件的制約較大，特別是中國長江中下游地區(qū)，由于地下水位過高或土壤排水不良，暴雨過后經(jīng)常發(fā)生澇漬災害，對棉花生產(chǎn)造成了嚴重減產(chǎn)損失甚至絕收[1-2]。

近幾十年來，中國自然災害導致棉花產(chǎn)業(yè)年際間波動幅度較大。特別是澇漬災害，更是影響長江中下游棉區(qū)棉花生產(chǎn)的主要自然災害之一。短期淹水對棉花生產(chǎn)不會造成顯著影響，隨著淹水時間的延長，植株萎蔫，綠葉面積減小，葉片黃化干枯，根系活力下降，生物量積累量下降[3-6]；淹水處主莖變色、褐化、發(fā)黑并逐漸膨大、肥腫、潰爛以致死亡[7-8]。然而，只要棉株莖尖仍保留綠色，排水后采取積極的栽培措施，還可使棉株重新發(fā)根長葉，恢復生長[9]。棉花苗期是以營養(yǎng)生長為主逐漸向營養(yǎng)與生殖并進生長轉(zhuǎn)變，是奠定經(jīng)濟產(chǎn)量基礎(chǔ)的重要時期。在長江中下游棉區(qū)，受亞熱帶季風氣候的影響，在棉花苗期常常出現(xiàn)多個強降水過程，一些排水不良或地下水位過高的田塊，經(jīng)常出現(xiàn)長時間積水。田間水分過多對棉株正常生理代謝將產(chǎn)生一定干擾或刺激，造成了棉花生長停滯，棉株死亡，導致嚴重減產(chǎn)或絕收[10-11]。筆者通過盆栽方式研究棉花苗期不同淹水時間對棉花形態(tài)、生物量及生理變化的影響，明確棉花苗期臨界淹水時間，為棉花淹水后采取合適的栽培措施和種植模式提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與設計

1.1.1 試驗材料材料為本地區(qū)主栽轉(zhuǎn)基因雜交抗蟲棉品種‘中棉所63號’F1和‘湘雜棉8號’F1。

1.1.2 試驗設計試驗采用盆栽方法，隨機區(qū)組設計，每處理設置18次重復。選取肥力中等混合均勻的鮮土，風干試驗地土質(zhì)為壤土，0～20 cm耕層有機質(zhì)含量12.84 g/kg，全氮含量0.099%，速效氮、磷、鉀含量分別為79.94、44.25、82.82 g/kg；盆栽桶大小為：底直徑×高= 35 cm×40 cm，每桶裝土25 kg。試驗于2013—2014年在安徽省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所安慶試驗基地防雨棚內(nèi)開展試驗；采用營養(yǎng)缽育苗移栽種植方式。

人工模擬澇漬災害，田間設置了4個淹水處理（淹水保持高于土面2～3 cm）：5、10、15、20天，和全生育期正常水分管理（土壤水分保持田間持水量的75%左右）的對照CK，共5個處理。棉株現(xiàn)蕾后開始淹水管理，其它管理與當?shù)卮筇锕芾硪恢隆?/p>

1.2 試驗測定分析方法

1.2.1 測定時間與測定方法各處理選取長勢一致的棉株10株，在各處理淹水結(jié)束后進行株高、主莖葉片數(shù)、果枝臺數(shù)等形態(tài)生長調(diào)查；同時在棉花吐絮后整株收取10株棉鈴及鈴殼進行產(chǎn)量及構(gòu)成因子分析。

1.2.2 葉綠素測定方法采用日本產(chǎn)SPAD-502手持式葉綠素測定儀測定棉花功能葉SPAD值；每處理選取3株測定，每株選一片主莖葉片（一般為倒四葉，在淹水后期選擇生長最旺盛主莖葉片），測定葉片不同位置的值6～8次，取其平均值。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析采用Excel、DPS等軟件進行分析，方差分析均為0.01水平，采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同淹水處理對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

本試驗通過對2個本地區(qū)主栽雜交棉品種‘中棉所63號’、‘湘雜棉8號’產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的比較，發(fā)現(xiàn)苗期淹水對棉花生長有一定的影響；隨著淹水程度的加大，影響加劇。對皮棉產(chǎn)量比較，除‘中棉所63號’5天處理，其它淹水處理均與對照達極顯著水平。20天處理與其它處理比較均達極顯著水平；分別比對照減產(chǎn)91.8%、81.5%，基本絕收。單株成鈴數(shù)方面，2個品種均隨著淹水時間加長而減少，淹水15天前表現(xiàn)不一；但20天處理與對照比較均達極顯著水平。2個品種單鈴重隨著淹水時間的增加而減少，同樣對照與20天處理達極顯著水平。從本試驗結(jié)果（表1）看，棉花苗期淹水對品種衣分的影響不大，2個品種各處理間均未達顯著差異。

表1 不同淹水處理產(chǎn)量及其構(gòu)成比較

2.2 不同淹水處理對棉花形態(tài)生長的影響

苗期是構(gòu)建棉花群體性狀的關(guān)鍵時期，是棉花從營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)變時期。搭建一個好的營養(yǎng)生長平臺是獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。在各個處理淹水結(jié)束后，對棉花進行形態(tài)性狀調(diào)查，結(jié)果（見表2）顯示，隨著淹水時間增加，株高、主莖葉片數(shù)、果枝臺數(shù)及單株鈴數(shù)均呈不同程度的減少。2個品種5天處理與對照比較，僅‘中棉所63’單株成鈴數(shù)達極顯著水平。10天處理中，僅有品種‘中棉所63’的主莖葉片數(shù)和果枝臺數(shù)及‘湘雜棉8號’單株成鈴數(shù)未達極顯著水平。15天處理與對照各生長指標比較均達極顯著水平（除‘湘雜棉8號’單株成鈴數(shù)）；2個品種20天處理各生長指標均與對照達極顯著差異，與其它處理間也存在不同程度的差異；其中主莖葉片數(shù)、單株成鈴數(shù)為對照的50%以下。

2.3 各處理棉花生長的動態(tài)變化分析

試驗各處理（對照正常水分管理）均于6月21日開始淹水，各處理淹水結(jié)束后，排除明水自然恢復，每間隔5天對各處理進行生長指標調(diào)查。6月26日—7月1日間各處理主莖葉片數(shù)差別不大，且均呈增長趨勢；對照略高于其它處理。至7月6日僅有CK、5天2處理主莖葉片數(shù)表現(xiàn)為增加趨勢，而其它處理下降。隨著淹水時間的增加，15、20天處理主莖葉片數(shù)繼續(xù)減少；至7月16日，除20天處理，其它處理均已恢復生長，主莖葉片呈增長趨勢。2個品種各處理主莖葉片數(shù)在淹水5天后極差分別為1.44、0.67，20天后分別達到了7.11 、7.00。從圖1、2可看出，5天處理的主莖葉片數(shù)與對照差別不大，一直為增長態(tài)勢。10、15天處理2個品種分別在排水后5～10天棉株主莖葉片開始恢復生長。圖3、4為各處理淹水后10～25天棉株株高的調(diào)查結(jié)果。可以看出，7月1日各處理間差異不大，對照略高于其它處理，隨著時間的推移，2個品種CK、5天處理株高快速增長，10天增加較緩，而15、20天2處理基本停止生長。

表2 淹水結(jié)束自然恢復5天后調(diào)查分析

圖1 ‘湘雜棉8號’淹水后各處理葉片生長變化

圖2 ‘中棉所63號’淹水后各處理葉片生長變化

2.4 不同淹水時間各處理葉片光合能力的動態(tài)變化分析

葉片是棉花的主要源器官，棉株90%的光合產(chǎn)物來自葉片，特別是苗期，主莖葉片更是棉株光合作用的主體。水分條件變化直接影響葉片光合作用的強度以及光合產(chǎn)物在各器官中的分配，水分脅迫對光合產(chǎn)物分配的影響包括對光合產(chǎn)物運輸?shù)挠绊懞蛯υ磶礻P(guān)系變化的影響[12]。澇害脅迫對棉株地上部分的傷害主要為根系缺氧引起的次級傷害，與葉片內(nèi)清除活性氧的酶保護系統(tǒng)活性被消弱，并導致膜脂過氧化作用加速有關(guān)，形態(tài)表現(xiàn)為葉色逐漸轉(zhuǎn)黃萎蔫，并逐漸喪失光合作用能力[13-14]。從外觀上看，棉花葉片隨著淹水時間增加，葉片最顯著的變化為失綠黃化并枯死脫落。這是由于葉片色素構(gòu)成比例發(fā)生了變化，葉黃素合成增加，葉綠素被大量水解[15]。本試驗對2個品種進行棉株主莖功能葉葉綠素測定分析，由圖5、6可知，從淹水開始至20天，各處理主莖功能葉SPAD值小幅變化，淹水處理與對照無明顯差異；25天后，5天處理SPAD值快速增加，其它處理與對照呈無規(guī)律性變化。2個品種20天處理在淹水結(jié)束5天后為最低，其SPAD值均低于16，分別降至淹水前的37.3%、45.8%；由此可見2個品種20天處理葉片基本枯死。

圖3 ‘湘雜棉8號’淹水后各處理棉花株高變化

圖4 ‘中棉所63號’淹水后各處理棉花株高變化

圖5 ‘湘雜棉8號’淹水后各處理葉綠素變化

圖6 ‘中棉所63號’淹水后各處理葉綠素變化

2.5 不同淹水時間對棉花干物質(zhì)積累的影響

干物質(zhì)積累是衡量作物生長發(fā)育的重要指標之一，較高的生物量是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前提，棉花群體生物量積累與產(chǎn)量密切相關(guān)，協(xié)調(diào)好棉花群體干物質(zhì)是生產(chǎn)上建立棉花高效群體結(jié)構(gòu)最本質(zhì)的基礎(chǔ)[16]。因此，棉花苗期干物質(zhì)積累量越大，其棉花產(chǎn)量潛力越大。淹水完全結(jié)束自然恢復5天后，對各處理取棉株2株進行分解，105℃殺青0.5 h，80℃烘至恒重。圖7顯示，2個品種中，對照的干物質(zhì)均最高，淹水20天處理均最低；‘湘雜棉8號’20天處理干物質(zhì)積累量僅為CK的14.1%，‘中棉所63號’20天處理干物質(zhì)積累量略高于‘湘雜棉8號’相應處理，為對照的32.3%。‘湘雜棉8號’各處理單株干物質(zhì)積累量大小順序為CK＞淹水15天＞淹水5天＞淹水10天＞淹水20天，其中淹水15天的單株干物質(zhì)為對照的61.2%，而淹水10天處理單株干物質(zhì)高于20天處理的421.3%?！忻匏?3號’各處理單株干物質(zhì)積累量大小順序為CK＞淹水5天＞淹水15天＞淹水10天＞淹水20天，其中5天的單株干物質(zhì)為對照的77.2%，10天處理單株干物質(zhì)高于20天處理的229.4%。2個品種中，5天、10天及15天處理單株干物質(zhì)積累量差異較小，處理間表現(xiàn)不顯著，均介于對照和20天處理之間。圖7中還能看出，隨著淹水時間的增加，2個品種單株干物質(zhì)積累量的變化趨勢一致，但是變化程度存在差異，‘湘雜棉8號’5天、10天及15天處理的單株干物質(zhì)積累量均在對照的59.4%～61.2%之間，而‘中棉所63號’相應處理的單株干物質(zhì)積累量均在對照的74.1%～77.2%之間?？梢钥闯觯忻匏?3號’對澇害脅迫的適應能力更強。

圖7 淹水對棉花干物質(zhì)積累的影響

3 討論與結(jié)論

棉花苗期是一個以營養(yǎng)生長為主并逐漸向營養(yǎng)生長、生殖生長共進轉(zhuǎn)變時期，是搭建棉花生殖生長框架、奠定棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵時期。棉花在苗期遭受澇漬脅迫，造成棉株個體生長遲緩，葉片萎蔫脫落，隨著淹水時間的增加，受害程度加重，顯著降低棉苗干重，有的棉株出現(xiàn)死亡。楊云[17]研究發(fā)現(xiàn)，澇害發(fā)生的時期和時段不同，其導致植株生物量和養(yǎng)分的積累與分配變化較大。棉花苗期遭受短時間澇漬脅迫，排水后，棉花各生長指標能出現(xiàn)不同程度的恢復[18]。本研究表明，棉花苗期，淹水15天，自然恢復5天，其單株干物質(zhì)積累量還能維持在正常水分管理處理的50%以上，而淹水20天，棉株停止生長，基本死亡。在本研究中，自然恢復5天后，棉株15天處理的單株干物質(zhì)積累量還高于5天或10天處理，這可能是短期澇害脅迫后，棉株存在一定的補償生長效應，這與梁哲軍等[19]研究的結(jié)果相吻合。

葉片是棉花進行光合作用的主體。澇害脅迫下，棉花葉片氣孔導度下降，葉綠體活性降低；隨著脅迫程度加劇，葉綠素含量降低，從而造成凈光合速率下降[20]。葉綠素含量下降,葉片早衰和脫落。土壤淹水不僅降低光合速率，光合產(chǎn)物的運輸也有所下降。本研究結(jié)果表明，棉花苗期淹水15天之內(nèi)，葉片存在不同程度的萎蔫，但SPAD值還能維持在正常范圍內(nèi)，與對照差別不大；而淹水20天后，主莖葉片SPAD值急劇下降，葉綠素合成能力下降，棉株基本死亡。

在試驗過程中，對棉苗進行觀察發(fā)現(xiàn)，在淹水10天左右，棉株與水面交接處出現(xiàn)白色粉狀物，棉株主莖破裂、腐爛，長出了白色不定根，這是由于淹水刺激了作物產(chǎn)生不定根[21-22]。在2個品種比較中，‘中棉所63號’淹水后白色不定根生長較多。這可能與不同基因型品種的耐澇性有關(guān)[23]。

綜上所述，棉花苗期遭受澇害脅迫后，棉花生長將受到一定的抑制，淹水5天，單株干物質(zhì)積累量，單株成鈴率下降；隨著澇害脅迫程度增加，淹水10～15天，棉花產(chǎn)量、株高顯著降低，單株成鈴率進一步下降；淹水20天，棉花葉片SPAD值急劇下降，棉株基本枯死，與對照比較，2個品種產(chǎn)量均減少了80%以上，基本絕收?？梢钥闯觯缙跐澈γ{迫10～15天為棉花恢復生長的臨界時間。

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Effect of Waterlogging Degree on Cotton Seedling Growth and Physiological Change

Xu Daoqing1,Zheng Shufeng1,Wang Wei1,Liu Xiaoling1,Wu Wenge2,Chen Min1,Kan Huachun1

(1Cotton Research Institute,Anhui Academy of Agricultural Sciences(CRI,AAAS)/ Anqing Branch of National Cotton Improvement Center,Anqing 246003,Anhui,China;2Rice Research Institute,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei,230031,Anhui,China)

In order to clarify the adaptability of cotton after waterlogging stress,the cotton morphology, production and physiological change in the seedling stage under different waterlogging degrees were studied by pot experiments in rain shelters.The results showed that after waterlogging,cotton yield,the rate of bolls per plant,weight per boll,plant height,the number of leaves and dry matter accumulation per plant all decreased, while lint percentage did not change;the indicators continued declining with the waterlogging time increase. After waterlogging for 20 days,the leaf SPAD value declined rapidly,the cotton lint yield decreased by more than 80%,even resulted in total crop failure.The synthesis analysis showed that waterlogging for 15 days could be considered as the critical time for cotton to adapt to waterlogging stress during seedling stage,so cotton growth should be recovered by cultural technique measure before the critical time.

Cotton;Waterlogging Stress;Critical Time;Recovery Growth

S562

A論文編號：cjas15110014

公益性行業(yè)專項“主要農(nóng)作物澇漬災害防控關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(201203032)；安徽省農(nóng)業(yè)科學院院長青年創(chuàng)新基金項目(15B0730)；安徽省農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新團隊建設項目“棉花輕簡化機械化關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新團隊”(13C0707)。

徐道青，男，1976年出生，安徽望江人，副研究員，主要從事棉花栽培生理、新型肥料研究等工作。通信地址：246003安徽省安慶市迎江區(qū)華圣路21號安徽省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，Tel：0556-5201096，E-mail：13955600629@139.com。

2015-11-16，

2016-01-17。