灌水頻次對(duì)化學(xué)封頂棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究

聶志勇，康正華，崔 月，賈喜寧，趙 強(qiáng)

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)， 新疆 烏魯木齊 830052)

新疆熱量資源豐富，是我國(guó)的重要棉花高產(chǎn)區(qū)之一[1]，但同時(shí)新疆深居大陸可灌溉水資源在時(shí)間及空間上分布極不均勻。加之近年來隨著棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化的快速發(fā)展，人工打頂投入費(fèi)用連年上升且化學(xué)封頂有提高棉花品質(zhì)及產(chǎn)量的潛力[2]。所以如能揭示新疆棉花化學(xué)封頂條件下干物質(zhì)積累分配與養(yǎng)分運(yùn)移規(guī)律及其農(nóng)藝形狀、蕾鈴脫落對(duì)于灌水頻次的響應(yīng)機(jī)理，對(duì)于新疆棉花化學(xué)封頂條件下高產(chǎn)栽培技術(shù)體系的建立有著重要意義。有關(guān)棉花干物質(zhì)與養(yǎng)分積累前人已有大量研究[3-7]，胡國(guó)智等[8]利用氮肥運(yùn)籌方法研究棉花干物質(zhì)積累及養(yǎng)分吸收利用；戴婷婷等[9]對(duì)磷肥不同用量下棉花干物質(zhì)及氮磷鉀的吸收分配影響進(jìn)行了探索；謝志良等[10]研究了膜下滴灌水氮耦合對(duì)棉花干物質(zhì)積累和氮素吸收利用及水氮利用效率的影響。前人開展的研究多為棉花在人工打頂條件下進(jìn)行，本文對(duì)化學(xué)封頂條件下水分運(yùn)籌對(duì)棉花干物質(zhì)及養(yǎng)分運(yùn)移、蕾鈴脫落及農(nóng)藝性狀的影響進(jìn)行研究，嘗試闡明不同灌水頻次下化學(xué)封頂棉花與人工打頂棉花的干物質(zhì)、氮素運(yùn)移特征及其對(duì)蕾鈴脫落與農(nóng)藝性狀的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2015年在新疆呼圖壁縣大豐鎮(zhèn)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授工作站試驗(yàn)田進(jìn)行，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.7℃，年降水量167 mm，多集中在6—9月，無(wú)霜期平均180 d，全年日照總時(shí)數(shù)3 090 h，穩(wěn)定在10℃以上的年有效積溫為3 553℃。屬溫帶大陸性干旱半干旱氣候。前茬作物為番茄，土壤基本養(yǎng)分狀況為：土壤pH 8.1、有機(jī)質(zhì)11.2 g·kg-1、堿解氮57 mg·L-1、速效磷23 mg·L-1、速效鉀325 mg·L-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試棉花品種為常規(guī)棉新陸早57號(hào)，2015年4月25日播種，理論播種密度為28萬(wàn)株·hm-2、實(shí)際播種密度為19.88 萬(wàn)株·hm-2?；瘜W(xué)封頂劑來自山東省美禾佳作物科學(xué)有限公司，商標(biāo)為美禾佳(BEAUTIFUL CROP)，商品名稱為棉花專用化學(xué)封頂劑(2015年4月生產(chǎn))，主要成分為抑芽劑與助劑及鉬、鋅、銅、硼等微量元素。人工打頂為對(duì)照，兩種打頂方式均按當(dāng)?shù)剡m當(dāng)時(shí)間進(jìn)行，化學(xué)封頂采用背負(fù)式噴藥壺施用化學(xué)封頂劑(750 ml·hm-2)于7月9日進(jìn)行，人工打頂采用傳統(tǒng)方法去除一葉一心，于7月5日進(jìn)行，兩種處理皆為打頂后10 d噴施120 g·hm-2縮節(jié)胺。試驗(yàn)田采用膜下滴灌、機(jī)采種植模式，使用常見2.2 m寬膜1膜6行，行株距配置為：66 cm+10 cm(田間管理參照一般大田)每小區(qū)3膜18行，小區(qū)面積72 m2。試驗(yàn)為裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中灌水頻次為主區(qū)，打頂方式為副區(qū)，重復(fù)三次。總灌水量及氮肥施用量均為北疆棉花目前認(rèn)為的最優(yōu)施用量，分別是4 800 m3·hm-2、300 kg·hm-2(純氮)，在總灌水量不變的情況下，將灌水頻次按梯度劃分為6次、8次、10次、12次，人工打頂以M、化學(xué)封頂以C表示。具體灌水時(shí)間及用量見表1。

表1 不同頻次灌水時(shí)間及灌水量

1.3 樣品采集

1.3.1 干物質(zhì)樣品采集與測(cè)定 取樣及測(cè)定方法：選取每個(gè)小區(qū)具有代表性的棉株6株(1膜6行每行取一株，剪去子葉節(jié)以上部分)，測(cè)定干物質(zhì)積累量，從7月5日開始測(cè)定(即開始打頂日期，為出苗后60 d)、7月15日(打頂后10 d，出苗后70 d)、7月25日(打頂后20 d，出苗后80 d)、8月5日(打頂后31 d，出苗后91 d)、8月15日(打頂后41 d，出苗后101 d)、8月25日(打頂后51 d，出苗后111 d)。每次取樣后將莖、葉片、蕾鈴不同器官分開后105℃下殺青30 min，接著70℃下烘干直至恒重，稱重記錄干物質(zhì)量。

將干物質(zhì)粉碎過0.5 mm篩，之后用H2SO4-H2O2消煮，用奈氏比色法測(cè)定植株不同部位全氮含量。

1.3.2 蕾鈴脫落統(tǒng)計(jì) 在各小區(qū)隨機(jī)選取具有代表性植株10株，調(diào)查其整個(gè)生育時(shí)期蕾鈴脫落情況，9月5日停止調(diào)查，標(biāo)準(zhǔn)為以直徑1.5 cm以上棉鈴認(rèn)為其是有效鈴。

1.3.3 農(nóng)藝性狀 收獲期間測(cè)產(chǎn)，選取各處理2.28 m×3 m的小區(qū)，以可機(jī)械采收的含絮力為標(biāo)準(zhǔn)采集下部吐絮鈴30朵(1～3果枝)、中部吐絮鈴40朵(4～6果枝)、上部吐絮鈴 30朵(7個(gè)以上果枝)，共計(jì)100朵，測(cè)定單鈴重及籽棉產(chǎn)量，軋花后測(cè)定衣分及皮棉產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Microsoft Word 2010統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，使用DPS7.05處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水頻次對(duì)不同打頂方式棉株干物質(zhì)積累和分配的影響

各小區(qū)干物質(zhì)積累過程的趨勢(shì)基本一致，符合作物生長(zhǎng)的“S”型曲線，整體生育期干物質(zhì)積累呈現(xiàn)慢—快—慢的基本特點(diǎn)，不同灌水頻次干物質(zhì)總量呈現(xiàn)出遞增趨勢(shì)，且化學(xué)封頂干物質(zhì)積累量均高于人工打頂。灌水頻次與干物質(zhì)最終積累量呈現(xiàn)正相關(guān)，且化學(xué)封頂干物質(zhì)積累總量較人工打頂高3%～10%；同時(shí)10次與12次灌水干物質(zhì)積量差均在4%以內(nèi)，遠(yuǎn)低于其它灌水梯度，表明10次灌水基本滿足作物所需，可獲得較好經(jīng)濟(jì)效益；打頂后31 d內(nèi)蕾鈴干物質(zhì)積累與灌水頻次呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，而打頂41 d后10次和12次灌水棉花蕾鈴干物質(zhì)相較于6次和8次灌水出現(xiàn)快速增長(zhǎng)；打頂后31 d內(nèi)化學(xué)封頂蕾鈴干物質(zhì)積累略低于人工打頂，而打頂后41 d后蕾鈴干物質(zhì)積累高于人工打頂2%～11%，說明灌水頻次及化學(xué)封頂可以有效調(diào)控棉花生殖生長(zhǎng)。

上述規(guī)律與表2的Logistic模型結(jié)果相符合。說明高灌水頻次及化學(xué)封頂均能推遲棉花生殖生長(zhǎng)開始時(shí)間，有利于干物質(zhì)的積累從而提高產(chǎn)量。高灌水頻次及化學(xué)封頂條件下，棉花生殖生長(zhǎng)較遲，因而其營(yíng)養(yǎng)生產(chǎn)及生殖生長(zhǎng)并進(jìn)時(shí)期較晚，花鈴肥可適當(dāng)晚施(見圖1)。

注：不同字母表示差異達(dá)5%顯著水平。下同。
Note: Different small letters in a column mean significant difference at 5% levels. The same as below.

圖1不同灌水頻次各器官干物質(zhì)分配

Fig.1 Different frequency irrigation of dry matter in cotton plant under different treatments

2.2 灌水頻次對(duì)不同打頂方式棉株干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)模擬

對(duì)不同灌水頻次下棉株干物質(zhì)進(jìn)行Logistic模擬，曲線相關(guān)指數(shù)R2均達(dá)0.98以上，效果較好。隨著灌水頻次的增加，化學(xué)封頂及人工打頂棉花干物質(zhì)快速積累開始時(shí)間t1分別推遲2～12 d和1～7 d；結(jié)束時(shí)間t2分別推遲2～28 d和3～30 d。不同灌水頻次下，化學(xué)封頂各處理t1、t2均大于人工打頂，說明化學(xué)封頂干物質(zhì)快速積累開始及結(jié)束時(shí)間均晚于人工打頂。從干物質(zhì)快速積累持續(xù)時(shí)間Δt分析，灌水頻次與Δt呈正相關(guān)；不同灌水頻次下，化學(xué)封頂各處理Δt均大于人工打頂，且隨著灌水頻次增加化學(xué)封頂與人工打頂間Δt差值由5 d減少至1 d，說明干旱時(shí)化學(xué)封頂有助于干物質(zhì)積累；不同打頂方式，灌水頻次由8次提高至10次時(shí)，Δt提高34.9%～42.5%，而灌水頻次由6次提高至8次和由10次提高至12次時(shí)Δt分別為：4.9%～11.1%、1.7%～3.5%，說明10次灌水的經(jīng)濟(jì)效益較優(yōu)，這與圖1得出的結(jié)論一致。從干物質(zhì)積累速率最大時(shí)刻t0來看，隨著灌水頻次增加t0依次遞增且均為化學(xué)封頂大于人工打頂，這也與t1、t2、Δt的數(shù)據(jù)所得出的結(jié)論符合。以上結(jié)果表明：灌水頻次與t1、t2、Δt均呈正相關(guān)，且化學(xué)封頂t1、t2、Δt均大于人工打頂，棉花灌水頻次的增加及化學(xué)封頂 有利于棉花干物質(zhì)的積累，從而影響棉花產(chǎn)量。但不能一味追求高灌水頻次，試驗(yàn)表明灌水頻次在10次時(shí)具有較優(yōu)的整體經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)化學(xué)封頂相較于人工打頂有利于干物質(zhì)的積累，具有增加棉花產(chǎn)量的作用及潛力(見表2)。

2.3 灌水頻次對(duì)不同打頂方式棉株氮素積累的影響

由表3可以看出，棉株中葉片與莖桿中的N積累基本規(guī)律為隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)逐漸增加，在盛鈴期前后達(dá)到最大值后開始下降，呈由低到高再到低的拋物線。而棉株中蕾鈴中的N積累是一個(gè)逐漸增大的過程。同一時(shí)間下灌水頻次與N素積累具有一定的正相關(guān)性，化學(xué)封頂各時(shí)期N積累總量的合計(jì)大于人工打頂，且同一時(shí)間下化學(xué)封頂N積累總量及各處理莖葉、蕾鈴N積累量大部分大于人工打頂。以上結(jié)果表明，灌水頻次的增加及化學(xué)封頂有助于棉株N素的吸收利用。

2.4 灌水頻次對(duì)不同打頂方式棉株蕾鈴脫落的影響

結(jié)合圖2及相關(guān)數(shù)據(jù)可以得知：人工及化學(xué)封頂總蕾鈴脫落率分別為56.37%、60.81%。人工打頂6、8、10、12次灌水條件下的蕾鈴脫落率分別為56.80%、58.19%、56.56%、53.94%，平均單株結(jié)鈴數(shù)分別為7.15、6.58、7.32、7.68，平均單株脫落鈴數(shù)為9.40、9.16、9.53、9.00?；瘜W(xué)封頂6、8、10、12次灌水條件下的蕾鈴脫落率分別為61.23%、61.43%、59.75%、59.70%，平均單株結(jié)鈴數(shù)分別為6.63、6.75、7.00、7.50，平均單株脫落鈴數(shù)為10.47、10.75、10.39、11.11，化學(xué)封頂果枝臺(tái)數(shù)多于人工打頂。綜合分析可以得出結(jié)論：不同灌水頻次下化學(xué)封頂棉花蕾鈴脫落率均大于人工打頂，且除6次灌水處理外，灌水頻次與蕾鈴脫落呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。灌水頻次與單株結(jié)鈴數(shù)及單株落鈴數(shù)均呈現(xiàn)正相關(guān)，同時(shí)化學(xué)封頂各處理棉株單株結(jié)鈴數(shù)小于相同處理人工打頂棉株。以上說明在盛鈴期遭遇到2015年這種極端異常的高溫天氣提高灌水頻次雖然會(huì)使脫落鈴增加，但結(jié)鈴數(shù)也會(huì)增加從而降低蕾鈴脫落率，提高單株結(jié)鈴數(shù)從而使棉花增產(chǎn)。

表2 棉株干物質(zhì)積累的Logistic模型及其特征值

注：t：棉花出苗后的天數(shù)(d)；y：棉花干物質(zhì)積累量(kg·hm-2)；Vm：最大積累速率；t0：最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間；t1：進(jìn)入快速積累期時(shí)間拐點(diǎn)；t2：結(jié)束快速積累期時(shí)間拐點(diǎn)；Δt：快速積累持續(xù)時(shí)間；GT：快速積累期生長(zhǎng)特征值。R2：相關(guān)系數(shù)。

Note:t: The days after the emergence of cotton (d);y: The cotton dry matter accumulation(kg·plant-1);Vm: The maximum increase rate;t0: The time of the maximum accumulation rate occurred;t1: Inflection point of rapid growth into the time;t2: Inflection point of rapid growth the end of time;Δt: Duration of rapid growth;GT: The growth eigenvalue of fast growth.R2: Related coefficient.

表3 不同灌水頻次對(duì)棉花各器官N積累動(dòng)態(tài)變化

2.5 灌水頻次對(duì)不同打頂方式棉花產(chǎn)量的影響

由表4籽棉產(chǎn)量可以看出，10M產(chǎn)量最高達(dá)到5 837.51 kg·hm-2，6C最低為5 205.17 kg·hm-2，除12次灌水外籽棉產(chǎn)量隨著灌水頻次的增加而上升，同時(shí)各處理下均發(fā)現(xiàn)人工打頂?shù)拿藁óa(chǎn)量高于化學(xué)封頂。從單鈴重可以發(fā)現(xiàn)各處理下化學(xué)封頂棉花單鈴重均大于人工打頂，其中10C的單鈴重最高為6.01 g，各處理下化學(xué)封頂棉花單鈴重變化為0.06～0.49 g，人工打頂棉花單鈴重變化為0～0.28 g，灌水頻次對(duì)化學(xué)封頂棉花的單鈴重影響明顯大于人工打頂。從衣分可以看出，不同處理下均為化學(xué)封頂棉花衣分均低于人工打頂，其中又以6M的衣分最高為41.50%，10C最低為40.12%。從籽指來看，化學(xué)封頂棉花籽指大于人工打頂棉花，棉籽更加飽滿，其中10C達(dá)到最高11.66 g，8M最低為9.65 g，不同灌水頻次下化學(xué)封頂棉花籽指重為0.19～1.67 g，不同灌水頻次下人工打頂棉花籽指重為0.11～0.81 g，灌水頻次對(duì)化學(xué)封頂棉花的籽指重的影響明顯大于人工打頂。

綜合上述分析，灌水頻次與籽棉產(chǎn)量呈現(xiàn)正相關(guān)，但12次灌水化學(xué)封頂及人工打頂籽棉較10次灌水產(chǎn)量分別降低1.8%、7.9%，這可能是由于高頻次灌水導(dǎo)致作物貪青，浪費(fèi)養(yǎng)分使上部棉鈴無(wú)法被采收所致，故而10次灌水為最優(yōu)頻次；化學(xué)封頂棉沒有去除頂端優(yōu)勢(shì)，作物生育時(shí)期長(zhǎng)，可能是籽指及單鈴重均大于人工打頂，而衣分小于人工打頂?shù)脑?。試?yàn)證明化學(xué)封頂棉花對(duì)水肥更為敏感，應(yīng)因地、因時(shí)制宜合理調(diào)控水肥。

3 討 論

隨著喻樹迅院士“快樂植棉”新理念的提出，棉花種植如何實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、減藥、減膜的綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展被提到了一個(gè)新高度?，F(xiàn)今隨著機(jī)采棉技術(shù)的推廣，棉花打頂成為了最大的人工投入環(huán)節(jié)。近年來化學(xué)封頂技術(shù)日趨成熟，許多研究工作者從各方面開展有關(guān)棉花化學(xué)封頂?shù)难芯縖11-13]。人工打頂條件下配套栽培措施及水肥耦合等問題前人已經(jīng)做了許多研究[1,10,14-16]，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)完善。但化學(xué)封頂作為近些年興起的一項(xiàng)新的技術(shù)，與之配套的栽培管理體系不一定與人工打頂棉花相同，有必要研究化學(xué)封頂棉花各時(shí)期生育特點(diǎn)從而為其制定配套栽培管理體系，從而達(dá)到棉花優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)。

試驗(yàn)研究表明無(wú)論何種打頂方式灌水頻次與干物質(zhì)積累成正相關(guān)，化學(xué)封頂干物質(zhì)總量大于人工打頂，且灌水頻次越少蕾鈴干物質(zhì)快速積累時(shí)期越早，同時(shí)人工打頂蕾鈴干物質(zhì)快速積累時(shí)期早于化學(xué)封頂。研究還發(fā)現(xiàn)隨著灌水頻次的增加干物質(zhì)快速積累時(shí)期延長(zhǎng)，最多延長(zhǎng)18 d，不同灌水頻次下化學(xué)封頂棉花干物質(zhì)快速積累時(shí)期較人工打頂長(zhǎng)1～5 d，且隨著灌水頻次的增加而減小，說明干旱時(shí)化學(xué)封頂棉花具有一定的抗逆境能力。無(wú)論是干物質(zhì)積累條形圖還是Logistic模擬均發(fā)現(xiàn)10次灌水干物質(zhì)積累及干物質(zhì)快速積累時(shí)間與6次、8次灌水均有大幅提高，但與12次相差不大，說明10次灌水經(jīng)濟(jì)效益較高。

從蕾鈴脫落規(guī)律及產(chǎn)量分析，雖然灌水頻次與結(jié)鈴數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，但產(chǎn)量卻表現(xiàn)出12次灌水低于10次灌水，這可能是高灌水頻次下棉株貪青、上部棉鈴無(wú)法正常吐絮所致。不同灌水頻次下，化學(xué)封頂棉花蕾鈴脫落率較人工打頂高2.47%～9.21%，這可能是由于化學(xué)封頂棉花株型緊湊，葉片較多導(dǎo)致其通風(fēng)、透光性較差，加上遇到2015年盛鈴期極端異常高溫致使其脫落率上升，造成減產(chǎn)。通過單鈴重、籽指重變化范圍及N積累可以發(fā)現(xiàn)，化學(xué)封頂棉花花鈴期對(duì)水肥更加敏感。

4 結(jié) 論

1) 高灌水頻次及化學(xué)封頂有助于棉株干物質(zhì)積累提高及氮素吸收，但過高的灌水頻次反而會(huì)使得棉株出現(xiàn)貪青晚熟，機(jī)采收獲時(shí)出現(xiàn)未完全吐絮棉桃，造成減產(chǎn)且浪費(fèi)植株養(yǎng)分。

2) 高灌水頻次及化學(xué)封頂會(huì)使干物質(zhì)快速積累起始及終止時(shí)間推后1～30 d，同時(shí)延長(zhǎng)干物質(zhì)快速積累時(shí)間1～17 d，為棉花高產(chǎn)提供可能。

3) 化學(xué)封頂棉花由于沒有去除頂端優(yōu)勢(shì)，生育進(jìn)程長(zhǎng)，不同灌水頻次下籽指比人工打頂平均高7.2%，棉籽飽滿度高，為高質(zhì)量棉花育種提供可能。

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