不同栽培處理地下滴灌棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量分析

雷成霞 魏闖 王振華

摘 要：適宜的田間栽培模式有利于提高農(nóng)田水分利用率和作物產(chǎn)量，以田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)，地下滴灌條件下將無膜移栽（NFT-SDI）、覆膜移栽（WFT-SDI）和覆膜直播（FS-SDI）三種栽培方式棉花的生長(zhǎng)和產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：與WFT-SDI、FS-SDI處理相比，NFT-SDI棉花生育期僅比WFT-SDI多2 d，脫蕾鈴率低，葉面積指數(shù)適宜，根系最長(zhǎng)，為136 cm，有利于中部側(cè)根系發(fā)育，對(duì)棉花根長(zhǎng)發(fā)育和根冠長(zhǎng)比增大有積極作用。在耗水量相當(dāng)?shù)那闆r下，NFT-SDI比FS-SDI、WFT-SDI棉花籽棉產(chǎn)量分別增加了0.57%和7.86%。

關(guān)鍵詞：地下滴灌; 無膜移栽; 覆膜移栽;覆膜直播

中圖分類號(hào)：S275.4 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.04.032

Abstract： Appropriate field cultivation mode is beneficial to improve water use efficiency and crop yield. Based on the field experiment and under the conditions of subsurface drip irrigation， the growth and yield of cotton were compared by the three cultivation methods of transplantation without film （NFT-SDI）， transplantation with film （WFT-SDI） and the seeding with film （FS-SDI）. The outcomes show that comparing with WFT-SDI and FS-SDI treatments， NFT-SDI cotton growth process is only 2 days behind WFT-SDI. The Shedding rate of bud and boll is low， the leaf area index is suitable， and the longest root system is 136 cm， which is conducive to the development of central lateral root system， has a positive effect on cotton root length development and increase of root-shoot ratio. In the case of equivalent water consumption， NFT-SDI is increased by 0.57% and 7.86% respectively in cotton seed cotton production compared with FS-SDI and WFT-SDI.

Key words： subsurface drip irrigation; transplantation without film; transplantation with film; the seeding with film

1 引 言

新疆是我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的主要產(chǎn)地之一，地處亞歐大陸中心，光照時(shí)間長(zhǎng)，雨水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，屬于典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，棉花作為主要農(nóng)產(chǎn)品之一，90%以上水分來源于灌溉，但灌溉水利用率僅40%左右[1-2]。因此，在保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的情況下，尋求適宜的節(jié)水灌溉方式和種植模式尤為關(guān)鍵。目前膜下滴灌和地下滴灌技術(shù)在新疆棉花種植中被廣泛應(yīng)用，張龍等[3]和戴婷婷等[4]提出了膜下滴灌具有節(jié)水、增溫、保濕、保肥以及增產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，也分析了發(fā)展中存在土壤次生鹽堿化、缺乏合理的膜下滴灌灌溉制度、一次性投資大和塑料膜污染嚴(yán)重等問題，應(yīng)加強(qiáng)改進(jìn)。有關(guān)學(xué)者研究表明，目前新疆殘膜總量達(dá)到3.43×105t，其中棉花田地膜殘留量最高，聚乙烯地膜在土壤中極難分解，又缺乏有效回收措施，污染嚴(yán)重[5-6]。賀懷杰等[7]對(duì)新疆石河子121兵團(tuán)6塊覆膜滴灌棉田土壤中的殘膜面積和殘膜質(zhì)量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，隨著覆膜年限的增加，棉田土壤中殘膜的數(shù)量和密度均呈逐年上升趨勢(shì)，在35～40 cm深層土壤中面積和質(zhì)量較小的殘膜呈明顯增多的趨勢(shì)。林濤等[8]通過2 a田間模擬試驗(yàn)分析了地膜殘留量對(duì)土壤水分分布及根系構(gòu)型的影響，結(jié)果表明殘膜量對(duì)土壤水分、根系形態(tài)、產(chǎn)量及水分利用效率均有一定影響，與無殘膜試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，殘膜量的增加使籽棉產(chǎn)量和水分利用效率平均降低了18.50%和13.69%。育苗移栽技術(shù)是棉花栽培史上的重大突破，最早應(yīng)用該技術(shù)的是長(zhǎng)江流域，但推廣面積不大，目前全國(guó)棉花生產(chǎn)應(yīng)用育苗移栽與地膜覆蓋相結(jié)合栽培技術(shù)面積占96.5%[9]。闞化春等[10]比較了棉花地膜覆蓋和育苗移栽兩項(xiàng)栽培技術(shù)的差別，結(jié)果表明育苗移栽棉花的株高優(yōu)于對(duì)照地膜棉花，而且地膜覆蓋棉花的馬克隆值較低，育苗移栽棉花可提高纖維長(zhǎng)度。文獻(xiàn)[11-12]表明：移栽時(shí)適宜氣溫應(yīng)穩(wěn)定在15 ℃以上，地表以下10 cm地溫應(yīng)穩(wěn)定在17 ℃以上，移栽的葉片數(shù)為2～4片真葉，苗齡為20～30 d。Phene等[13]和Henggler等[14]對(duì)地下滴灌和地面滴灌進(jìn)行了多年田間對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明地下滴灌具有明顯的節(jié)水增產(chǎn)效果。王振華等[15-16]針對(duì)新疆農(nóng)田殘膜污染和地下滴灌棉花苗期出苗灌溉的問題，提出的棉花育苗移栽地下滴灌技術(shù)，能充分發(fā)揮移栽和地下滴灌技術(shù)集成效益。申孝軍等[17]通過對(duì)比研究地下滴灌和膜下滴灌條件下不同灌水控制下限對(duì)棉花耗水量、品質(zhì)以及水分利用率的影響，得到相同水分處理下地下滴灌棉花產(chǎn)量和灌溉水利用率均高于膜下滴灌棉花，蕾期適度水分脅迫、花鈴期充足供水，均有利于兩種滴灌模式籽棉產(chǎn)量的提高和棉纖維品質(zhì)的改善。

目前對(duì)地下滴灌棉花移栽技術(shù)的研究較少，本文在前期試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，將地下滴灌覆膜直播、覆膜移栽與無膜移栽三種處理棉花的生長(zhǎng)發(fā)育情況和產(chǎn)量，進(jìn)行綜合對(duì)比試驗(yàn)，研究無膜移栽棉花地下滴灌技術(shù)，以對(duì)其發(fā)展提供一定的理論參考和技術(shù)支持。

2 試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

分別于2009年3—10月和2010年4—10月在石河子大學(xué)節(jié)水灌溉重點(diǎn)試驗(yàn)基地（東經(jīng)85°59′47″，北緯44°19′28″，高程412 m）進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)站年平均日照時(shí)間達(dá)2 865 h，無霜期170 d，多年平均降水量207 mm，平均水面蒸發(fā)量1 660 mm。棉花全生育期內(nèi)日最高氣溫37 ℃，日最低氣溫6.1 ℃，日平均氣溫19 ℃。地下水埋深大于8 m，棉花種植小區(qū)和育苗小區(qū)的土壤質(zhì)地均為中壤土，土壤pH值為7.83，全磷含量0.94 g/kg，有效磷含量30.53 mg/kg，水解性氮含量114.28 mg/kg，全氮含量0.77 mg/kg，速效鉀含量422.66 mg/kg，棉花種植小區(qū)和育苗小區(qū)的田間持水率分別為20.83%和22.90%（均為質(zhì)量百分比），兩小區(qū)土層的土壤密度見表1。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)小區(qū)尺寸為18.6 m×4.5 m，試驗(yàn)棉花品種采用惠遠(yuǎn)710。在灌溉定額（510 mm）和灌水次數(shù)（19次）確定的情況下，試驗(yàn)灌水方式為地下滴灌，栽培方式有覆膜移栽、覆膜直播、無膜移栽3種情況，分別用WFT-SDI、FS-SDI和NFT-SDI表示，每個(gè)處理重復(fù)3次。各處理灌水由一個(gè)球閥單獨(dú)控制，各布設(shè)5根毛管。毛管埋設(shè)深度35 cm，間距90 cm，滴頭間距30 cm，供水系統(tǒng)以水泵加壓，滴頭流量為0.99～1.21 L/h。

2.3 試驗(yàn)測(cè)定方法與指標(biāo)

記錄各處理棉花從長(zhǎng)出4片真葉至收獲不同生育階段的生理性狀（株高、生育進(jìn)程、葉片數(shù)、果枝數(shù)、蕾鈴數(shù)、吐絮數(shù)等），各處理選取10株（寬窄行各5株）具有代表性的棉花，并用標(biāo)簽標(biāo)記掛牌，每隔1周觀測(cè)一次。株高的測(cè)量采用精度1 mm的直尺;采用精度為1 mm的直尺測(cè)量葉片的長(zhǎng)和寬，利用公式（葉面積=葉片長(zhǎng)×葉片寬×葉面積系數(shù)）求得葉面積。在立秋前后觀察統(tǒng)計(jì)伏桃數(shù)，計(jì)算脫蕾鈴率。采用分批分區(qū)的方式測(cè)定產(chǎn)量，最終折算為每公頃產(chǎn)量。

生育期結(jié)束后，將獲得的各處理完整根系（選取10株）通過流水沖洗法進(jìn)行沖洗，自然放到試驗(yàn)臺(tái)上，采用精度1 mm的直尺測(cè)量主根系的長(zhǎng)度（自子葉片以下至主根根系末端）。利用精度為0.01 kg的電子天平進(jìn)行生物量濕重稱量，用剪刀分成5部分，裝入信封并標(biāo)記，烘箱溫度控制為105 ℃，時(shí)間為72 h，烘干后再進(jìn)行稱重，結(jié)果取其平均值，并利用Excel2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 各處理對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響

3.1.1 棉花生育進(jìn)程

由表2看出，3月底進(jìn)行溫室育苗，5月初移栽（NFT-SDI和WFT-SDI棉苗已具有2～3片真葉），直播棉花采用田間種植方式播種，10 d左右出苗，因播種時(shí)地溫和氣溫均較低，出苗時(shí)間較長(zhǎng)。WFT-SDI緩苗期要比NFT-SDI短2 d，這和采用薄膜覆蓋有關(guān)，在晝夜溫差較大時(shí)其保墑保溫的作用尤為明顯。

由表2還可看出，WFT-SDI棉花比FS-SDI現(xiàn)蕾早6 d，現(xiàn)花早7 d，現(xiàn)鈴早9 d，吐絮早8 d，生育期末提前9 d，全生育期縮短16 d，差別顯著（概率P<0.05）。NFT-SDI比FS-SDI現(xiàn)蕾早3 d，現(xiàn)花早4 d，現(xiàn)鈴早7 d，吐絮早6 d，全生育期末提前7 d，差異顯著（P<0.05）。分析比較可以得到無論是覆膜移栽（WFT-SDI）還是無膜移栽（NFT-SDI），均比覆膜直播在生育期天數(shù)上占有一定的優(yōu)勢(shì)，這說明移栽技術(shù)更利于棉花在生長(zhǎng)初期盡快成活并及早度過緩苗期。FS-SDI的生育期結(jié)束時(shí)間最晚，為10月20日，新疆的無霜期時(shí)間短暫，而FS-SDI棉花出苗晚，以至于棉鈴不能自然全部吐絮就因霜凍而被迫停止，導(dǎo)致最終產(chǎn)量降低。WFT-SDI棉花較NFT-SDI出苗早3 d，現(xiàn)蕾早3 d，開花早3 d，開花前差異顯著（P<0.05），說明薄膜的保溫作用使得移栽棉花渡過緩苗期的時(shí)間大大縮短，快速進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段（苗期—蕾期）促進(jìn)棉苗株高和葉片的發(fā)育，而蕾期—花鈴期即生殖生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)并存階段，F(xiàn)S-SDI棉花較NFT-SDI棉花結(jié)鈴、吐絮均早2 d，全生育期進(jìn)程相差2 d，兩者差距較小。從棉花全生育期分析，在棉花花鈴期前，采用“移栽加覆膜”的模式效果更好，棉花能充分利用積溫效應(yīng)和塑料薄膜自身保墑效果，促進(jìn)棉苗快速生長(zhǎng)。

3.1.2 株 高

棉苗的高低直接關(guān)系著后期的塑形、光能利用率以及產(chǎn)量高低。從圖1看出，3種栽培模式棉花的株高均呈“慢-快-慢”的變化趨勢(shì)，NFT-SDI與WFT-SDI均比FS-SDI處理棉花前期（緩苗期—苗期）的株高小。一方面移栽后的棉花有一個(gè)緩苗過渡的時(shí)期，株高在苗期、蕾期的生長(zhǎng)速度有所減緩，而FS-SDI棉花不存在緩苗期，一旦出苗便開始生長(zhǎng)，因此在生殖生長(zhǎng)階段，F(xiàn)S-SDI棉花株高較其他兩種模式變化顯著;另一方面棉花未封行前，根系較淺，絕大部分水分消耗于表層土壤的蒸發(fā)[18]，根系吸水較少，植株生長(zhǎng)較慢。棉花從生殖生長(zhǎng)進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段（蕾期—花鈴期），WFT-SDI棉花株高逐漸趕上FS-SDI處理;在7月26日前后至統(tǒng)一打頂時(shí)，3種模式株高相差很小。這說明棉花根系耗水主要在30～80 cm的深層，移栽棉花緩苗期到苗期這個(gè)階段，存在蹲苗的現(xiàn)象，但已在深層儲(chǔ)存了一部分水分，進(jìn)入花鈴期后水分補(bǔ)償效應(yīng)凸顯，促進(jìn)棉苗快速生長(zhǎng)。

3.1.3 葉片數(shù)、單株葉面積以及葉面積指數(shù)

從表3看出，花鈴前期，葉片數(shù)NFT-SDI比FS-SDI多2.7片/株，葉面積大41.7 cm2/株，分別增加了10.5%和2.6%，差異較顯著（P<0.05）;花鈴后期，葉片數(shù)NFT-SDI比FS-SDI多2.6片/株，比FS-SDI葉面積大36.5 cm2/株，分別增長(zhǎng)了11.6%和2.4%，差異明顯（P<0.05）。WFT-SDI比FS-SDI棉花的葉片數(shù)和葉面積在花鈴前期分別增加了11.5%和4.1%，花鈴后期分別增加了12.4%和2.9%，差異明顯（P<0.05）。這說明移栽棉花（NFT-SDI和WFT-SDI處理）在葉片數(shù)上一直處于優(yōu)勢(shì)，與其移栽時(shí)已具備2～3片真葉有關(guān)?；ㄢ徢捌?，WFT-SDI的葉片數(shù)和葉面積比NFT-SDI增加了1.1%和1.5%，這說明薄膜保溫效果在棉花現(xiàn)花前（7月上旬前）效果顯著，進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段（花鈴期），隨著棉花根系發(fā)育逐漸深入和當(dāng)?shù)貢円箿夭畹淖冃?，WFT-SDI和NFT-SDI在葉片數(shù)和葉面積上的差異明顯縮小，后期相差幅度僅為0.9%和0.6%（P<0.05），薄膜效應(yīng)也在逐漸淡化。

從表3還可看出，NFT-SDI、WFT-SDI和FS-SDI的葉面積指數(shù)范圍分別為3.95～3.99、3.93～4.05和3.08～3.35，而適宜的葉面積指數(shù)為3.5～4.0，其生物學(xué)產(chǎn)量和與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的比例最為協(xié)調(diào)。NFT-SDI處理的葉面積指數(shù)處于獲得籽棉最高產(chǎn)量的適宜狀態(tài)，這與王振華等[19]的研究結(jié)果一致。

3.1.4 果枝數(shù)、鈴數(shù)和脫蕾鈴率

從表4看出，果枝數(shù)NFT-SDI與WFT-SDI僅相差0.1個(gè)/株，WFT-SDI與FS-SDI相當(dāng)，差異不大（P<0.05）;對(duì)于鈴數(shù)而言，NFT-SDI分別比WFT-SDI和FS-SDI增加了0.3%和6.67%，差異顯著（P<0.05）。相比FS-SDI，WFT-SDI的脫蕾率低了29.4%，脫鈴率低了50.8%，差別較大（P<0.05）;NFT-SDI和WFT-SDI的脫蕾鈴率相比，變化幅度為0.6%和0.5%，差別較?。≒<0.05）。

對(duì)于覆膜栽培處理（WFT-SDI和FS-SDI），薄膜的保墑作用和生育期內(nèi)每次灌水，均會(huì)導(dǎo)致淺層土壤水分含量變大，若通風(fēng)不及時(shí)，容易造成棉花在潮濕和隱蔽的環(huán)境中滋生細(xì)菌，抑制棉苗生長(zhǎng);對(duì)于NFT-SDI，地表以下35 cm埋設(shè)滴灌帶，根據(jù)不同生育期根系需水量，進(jìn)行滴水灌溉，少量多次，土壤表層干燥，田間通透性好，有利于棉花下層葉片的光合作用，脫蕾鈴率都較低，為后期棉花獲得高產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

3.1.5 對(duì)根系分布的影響

由圖2可見，NFT-SDI、WFT-SDI和FS-SDI三種栽培處理側(cè)根變化趨勢(shì)基本一致，絕大部分側(cè)根主要分布于0～20 cm土層，20～60 cm及以下深度的側(cè)根數(shù)量均呈下降趨勢(shì)。FS-SDI處理有利于淺層根系發(fā)育，側(cè)根分布主要集中于10～30 cm和50～90 cm土層，30～50 cm中下部側(cè)根數(shù)量?jī)H占17.4%;WFT-SDI側(cè)根主要集中于地表以下10～60 cm，60 cm以下側(cè)根數(shù)量幾乎為0;NFT-SDI處理側(cè)根淺層根系發(fā)育介于WFT-SDI和FS-SDI之間，地表以下20～80 cm側(cè)根的數(shù)量可達(dá)50%，且分布均勻，而地下滴灌棉花根系吸水的主要范圍為30～80 cm，有利于中部側(cè)根根系發(fā)育。

3.1.6 對(duì)生物量的影響

從表5看出，NFT-SDI棉花根系最長(zhǎng)，為136 cm，依次比FS-SDI和WFT-SDI增加了10.3%和36.8%。對(duì)比NFT-SD的根冠長(zhǎng)比，分別比FS-SDI和WFT-SDI棉花增加了17.1%和28.9%，差異明顯（P<0.05）。從根冠質(zhì)量比分析，WFT-SDI最大，比NFT-SDI和FS-SDI分別增加了3.6%和3.0%，差異不明顯（P<0.05）。對(duì)照不同處理總生物量，F(xiàn)S-SDI最大，分別比NFT-SDI和WFT-SDI增加了12.4%和26.3%，差異明顯（P<0.05）。

3.2 各處理對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

影響棉花最終產(chǎn)量的因素主要有總鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量、皮棉產(chǎn)量、衣分率以及籽棉產(chǎn)量等。NFT-SDI、WFT-SDI和FS-SDI籽棉產(chǎn)量包括霜前產(chǎn)量（分兩次采收，第一次采收時(shí)間分別為9月10日、9月8日、9月16日，第二次分別為9月30日、9月28日、9月26日）和霜后產(chǎn)量（采收時(shí)間分別為10月13日、10月11日和10月20日）。鈴數(shù)關(guān)系到棉花后期的吐絮數(shù)，單鈴質(zhì)量與籽棉產(chǎn)量密切相關(guān)。由表6看出，在取樣面積和株數(shù)一定的情況下，WFT-SDI的總鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量分別比FS-SDI增加了6.2%和6.1%，差異顯著（P<0.05），比NFT-SDI分別增加了-0.4%和2.0%，差異不明顯（P<0.05）。衣分率WFT-SDI比FS-SDI提高了1.2%，與NFT-SDI相差僅為0.6%。全生育期WFT-SDI和NFT-SDI的籽棉產(chǎn)量分別比FS-SDI提高了7.9%和8.5%，其原因是覆膜直播處理棉花出苗較晚，且在霜凍來臨之后仍然有部分棉鈴未完全發(fā)育，不能完成吐絮，被迫結(jié)束生育進(jìn)程，導(dǎo)致霜后產(chǎn)量較低，最終籽棉產(chǎn)量較低。種植模式中以NFT-SDI籽棉產(chǎn)量最高，為5 616.92 kg/hm2，比WFT-SDI增加了0.6%，差異較小，這與無膜移栽處理的生育期最長(zhǎng)有關(guān)（為197 d），延長(zhǎng)了作物生長(zhǎng)時(shí)間，一定程度上促進(jìn)了作物產(chǎn)量的提高。此外，薄膜效應(yīng)對(duì)棉田的影響主要集中在花鈴期前，即基礎(chǔ)生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)受影響較大，而對(duì)后期產(chǎn)量的影響較小。

4 結(jié) 論

（1）地下滴灌條件下，灌溉定額（510 mm）和灌水次數(shù)（19次）一定，但在不同的栽培模式下，棉花的生理生長(zhǎng)及產(chǎn)量不同。結(jié)合棉花生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)分析，在棉花花鈴期前，采用“育苗移栽技術(shù)結(jié)合覆膜”的模式效果更好，有利于棉苗盡早度過緩苗期成活，快速進(jìn)入生長(zhǎng)階段，棉花從生殖生長(zhǎng)過渡至營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，隨著棉花根系的發(fā)育，薄膜效應(yīng)逐漸消失。

（2）綜合考慮棉花生理生長(zhǎng)和籽棉產(chǎn)量，并結(jié)合不同種植模式棉花生長(zhǎng)環(huán)境分析，在北疆地區(qū)地下滴灌條件下采用無膜育苗移栽技術(shù)可以保障棉花生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量，還減少了環(huán)境污染，有利于棉業(yè)的發(fā)展。

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