鹽分脅迫下滴灌時間對棉花生長和產(chǎn)量的影響

龔江，謝海霞

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子832003）

20 世紀80 年代中期以來，綠洲灌溉農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展導(dǎo)致的耕地大面積次生鹽漬化已成為新疆灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要生態(tài)環(huán)境問題[1-2]。目前，全世界鹽漬土面積近10 億hm2，我國各類鹽漬土約8 180 萬hm2，其中次生鹽漬化土壤占30%以上，還有1 733 萬hm2土壤存在潛在鹽漬化[3]。土壤鹽堿化和水資源短缺等生態(tài)環(huán)境問題已成為制約棉花可持續(xù)發(fā)展的重要因素。棉花具有一定的耐鹽性，但當(dāng)土壤鹽分含量較高時，棉花生長就會延遲，導(dǎo)致產(chǎn)量下降、纖維品質(zhì)降低[4-6]。 目前，棉花耐鹽的相關(guān)研究多集中在鹽脅迫下的生理、耐鹽遺傳機理和分子機理等方面。灌水和施肥是棉花重要的調(diào)控措施，而灌水對棉花生長的影響更大[6]；因此，本研究在常規(guī)灌水的基礎(chǔ)上，設(shè)置1 個提前灌水處理， 分析其在降低鹽分抑制棉花生長中的作用，為鹽堿地棉花生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試驗地

供試棉花品種為新陸早26 號。試驗于2019 年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗站鹽池進行，鹽池長、寬、深度為1.8 m、1 m、0.9 m。 以10 cm 為一層填土，填土深度為90 cm。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為兩因素試驗，設(shè)計3 個鹽分水平：分別為低鹽處理［不加鹽，相當(dāng)于原試驗地土壤鹽分含量， 土水質(zhì)量比為1∶5 時的電導(dǎo)率 （EC1:5） 值為0.230 dS·m－1］， 中鹽處理 （加質(zhì)量分數(shù)0.3%的NaCl，土壤EC1:5值為0.904 dS·m－1），高鹽處理（加質(zhì)量分數(shù)0.6%的NaCl， 土壤EC1:5值為1.910 dS·m－1）；初次灌溉時間設(shè)置2 個水平，早灌水為5 月25 日灌頭水（即提前10 d 灌水），晚灌水為6 月5日灌頭水（常規(guī)灌水）。 每個處理3 個重復(fù)，每個鹽池種植4 行棉花。 棉花采用膜下滴灌栽培，1 條滴灌帶控制2 行作物，滴頭間距為40 cm，棉花行距為（30＋60）cm，株距為8 cm。4 月24 日播種，播種密度為2.77×105株·hm－2，為保證出苗，各處理滴灌出苗水300 m3·hm－2。 為保證試驗的一致性，灌水間隔和灌水量保持一致，共9 次灌水，生育期間總灌水量為4 200 m3·hm－2，7 月23 日打頂。處理間其余農(nóng)藝措施一致。

1.3 樣品采集與測定

在棉花出苗后32 d（6 月5 日），每隔8 d 分別測量各處理棉花株高。 在棉花蕾期（出苗后50 d）、花期（出苗后72 d）、鈴期（出苗后94 d）以及吐絮期（出苗后147 d）時取各處理棉花倒4 葉，采用丙酮法測量葉綠素含量、采用蒽酮比色法測量可溶性糖含量[8]。 在棉花苗期（出苗后23 d）、蕾期、花期、鈴期、吐絮期分別取不同處理的棉花地上部分，烘干后測定干物質(zhì)積累量。在棉花花期測定棉花不同部位葉片的蒸騰速率、光合速率、氣孔導(dǎo)度以及胞間二氧化碳濃度。 在棉花吐絮期進行測產(chǎn)，測定棉花單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重以及籽棉產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理及方法

2 結(jié)果與分析

2.1 株高

2 個灌溉時間處理的棉花株高變化趨勢相似（圖1）。 現(xiàn)蕾后（出苗后32 d）各處理棉花株高迅速增加，尤其是灌水后低鹽處理的棉花株高增加速率明顯高于中、高鹽處理（P＜0.05），這種趨勢一直保持到打頂（出苗后80 d）。此時3 個鹽分水平下早灌水處理的株高分別為67.10 cm、58.11cm、53.11 cm，晚灌水處理的株高略低，分別為65.10 cm、55.40 cm、51.67 cm。

圖1 不同鹽處理棉花株高

采用Logistic 生長曲線模擬整個生育期株高生長（表1），結(jié)果表明：棉花生長符合慢-快-慢的生長規(guī)律。 早灌水低鹽處理的Logistic 方程為y＝94.21/（1＋19.169 5e0.04973x），在出苗后60 d 迎來拐點。 此時棉花株高生長速率達到最大，為1.17 cm·d－1，株高為47.1 cm，此后生長變緩，至打頂時由于棉花的無限生長， 株高仍有增加的趨勢。而中、高鹽脅迫處理的拐點推遲了4 d，達到拐點時株高、生長速率也明顯低于低鹽處理。 晚灌水各處理的拐點相比早灌水推遲2 d 左右，達到拐點時的生長速率略低，株高較低，所以導(dǎo)致打頂時株高也較低（圖1），預(yù)測最終理論株高（7 月23 日已打頂，7 月23 日以后的株高根據(jù)Logistic 生長曲線預(yù)測）也低于早灌水各處理2～3 cm。

表1 各處理株高Logistic 生長曲線方程分析

2.2 干物質(zhì)積累量

早灌水各處理在花期（出苗后72 d）前，棉花地上部分干物質(zhì)積累量差異不大（P＞0.05），開花以后低鹽處理干物質(zhì)積累量迅速增加，成熟收獲時地上部分干物質(zhì)質(zhì)量為67.45 g，顯著（P＜0.05）大于中鹽和高鹽處理的55.61 g、42.15 g，低鹽相比高鹽處理增加幅度達到60%（圖2）。 晚灌水各處理開花以后干物質(zhì)積累量稍低，收獲時干物質(zhì)質(zhì)量分別為56.78 g、49.49 g、38.25 g。

圖2 不同鹽處理棉花地上部干物質(zhì)積累量

2.3 葉綠素含量

葉綠素含量是植物生長狀況的重要指標(biāo)之一，也是反映植物生長階段以及營養(yǎng)生長狀況的重要參數(shù)。 方差分析結(jié)果表明，2 個灌溉時間棉花葉綠素含量差異不顯著（P＞0.05），3 個鹽分之間棉花葉綠素含量存在極顯著差異（P＜0.01），土壤含鹽量越高，棉花葉片葉綠素含量越低。各時期相比較，鈴期的葉綠素含量均高于其他時期，吐絮期葉片葉綠素含量最低（表2）。 早灌水條件下，低鹽處理的棉花蕾期、花期、鈴期以及吐絮期葉綠素含量都明顯高于中鹽、高鹽處理。晚灌水條件下，棉花各時期的葉綠素含量表現(xiàn)為低鹽＞中鹽＞高鹽。

表2 各處理棉花倒4 葉葉綠素含量 mg·g－1

2.4 光合作用指標(biāo)

花期（7 月18 日） 測定棉花冠層光合作用指標(biāo)（表3）。早灌水各處理除胞間二氧化碳濃度外均表現(xiàn)為上部葉片＞中部葉片＞下部葉片； 不同鹽分處理相比， 低鹽處理棉花上部葉片的光合速率、 氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率分別為27.52 μmol·m－2·s－1、0.39 mmol·m－2·s－1、201.36 μmol·mol－1、11.76 mmol·m－2·s－1， 均高于其他2 個鹽分處理的上部葉片同類指標(biāo)，并且隨著鹽度增加呈下降趨勢?？赡苡捎谡诒胃螅ㄉ稀⒅胁咳~片葉寬較大），低鹽處理下部葉片的光合速率明顯低于其他鹽脅迫處理同部位的葉片。 晚灌水條件下，不同鹽脅迫對光合作用指標(biāo)的影響與早灌水類似。

2.5 可溶性糖含量

糖是植物生長發(fā)育和基因表達的重要調(diào)節(jié)因子，它不僅是能量來源和結(jié)構(gòu)物質(zhì)，而且在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有類似激素的初級信使作用。方差分析結(jié)果表明，2 個灌溉時間棉花葉片可溶性糖含量差異均不顯著，但3 個鹽分處理之間葉片可溶性糖含量存在顯著差異。 在蕾期棉花葉片的可溶性糖含量為1.2%～1.5%（表4）， 花期達到最大， 都在2.5%以上，鈴期開始下降。 鈴期以前低鹽處理葉片可溶性糖含量高于其他2 個鹽分處理，中鹽處理也高于高鹽處理。 吐絮期棉花葉片可溶性糖含量顯著下降，其中低鹽處理下降最大。 晚灌水處理各生育期可溶性糖含量隨鹽分增加呈下降趨勢， 吐絮期各鹽分處理的可溶性糖含量明顯高于早灌水處理，其余時期相差不大。

表3 各處理棉花光合作用指標(biāo)（花期）

表4 各處理葉片可溶性糖含量%

2.6 產(chǎn)量

從產(chǎn)量構(gòu)成的主要因子來看，2 個灌溉時間棉花產(chǎn)量因子差異均不顯著（P＞0.05），3 個鹽分處理之間產(chǎn)量因子存在顯著差異（P＜0.05）。 早灌水條件下，產(chǎn)量各因子隨鹽分增加均出現(xiàn)一定程度下降（表5）：收獲時中鹽處理與低鹽處理相比鈴重略有下降，但差異不顯著，而收獲密度、平均單株結(jié)鈴數(shù)顯著降低，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降；高鹽處理各因子下降幅度更大。晚灌水的棉花產(chǎn)量各因子也表現(xiàn)隨鹽分增加而降低的趨勢，單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重大部分低于早灌水處理，其中單株結(jié)鈴數(shù)降幅較大，導(dǎo)致產(chǎn)量低于早灌水處理； 晚灌水高鹽處理產(chǎn)量最低，僅為3 154.7 kg·hm－2，與早灌水高鹽處理相比下降幅度達到5.0%。

表5 不同灌溉方式產(chǎn)量及產(chǎn)量因子

3 結(jié)論

提前灌水對棉花生長有促進作用。 5 月25 日灌頭水處理的棉花生長狀況明顯好于6 月5 日灌頭水處理，葉片光合能力較好，地上部分生長旺盛，因此干物質(zhì)積累量較大。 對株高Logistic 方程分析表明，提前灌水處理株高的拐點相比6 月5 日灌頭水提前2 d 左右， 到達拐點時的生長速率略高，所以導(dǎo)致打頂時株高也高2～3 cm。

提前灌水棉花單株結(jié)鈴數(shù)有增加的趨勢，尤其是高鹽處理單株結(jié)鈴數(shù)顯著增加，由3.305 個增加到3.605 個，在鈴重變化不大的情況下，提前灌水產(chǎn)量增加了5.3%（由3 154.7 kg·hm－2增加到3 321.3 kg·hm－2）， 明顯高于其他2 個處理增幅（2.2%左右），表明提前灌水對高鹽的產(chǎn)量促進作用更大一些。