基于Logistic方程對不同土壤鹽分棉花株高生長的模擬研究*

龔 江，郭慧娟，石培春，李春艷

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

棉花是耐鹽作物之一[1]，是鹽土地區(qū)的主要種植作物。當(dāng)土壤鹽分不高時(shí)對棉花生長影響不大，甚至有利于棉花出苗、生長及產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，但土壤鹽分濃度大于0.2%時(shí)，就會對棉花產(chǎn)生離子毒害和滲透脅迫等。Levitt[2]認(rèn)為，棉花萌芽和生長的極限耐鹽度分別為0.4%和0.6%，當(dāng)土壤鹽分較高時(shí)，棉花生長就會延遲[3]，水分運(yùn)輸受到限制[4]，導(dǎo)致棉花營養(yǎng)失衡[5]，影響葉綠素合成[6]，光合作用受到抑制，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降[7]和品質(zhì)降低[8]。而現(xiàn)行的棉花栽培技術(shù)都是統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的，并沒有專門針對鹽土條件的。因此，研究不同鹽濃度下棉花生長趨勢，并針對不同鹽濃度提出相應(yīng)的管理措施具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，而Logistic方程是常用的生長曲線模擬方程之一，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[9]。本文通過試驗(yàn)研究不同鹽度的棉花株高生長趨勢的差異，使用出苗后32～80 d 的數(shù)據(jù)對整個(gè)生育期的株高進(jìn)行預(yù)測，即采用部分?jǐn)?shù)據(jù)對棉花整個(gè)生育期生長趨勢進(jìn)行Logistic 方程預(yù)測，其最終株高是否接近預(yù)測值的結(jié)果，仍需要驗(yàn)證，因此除打頂外各處理同時(shí)設(shè)置不打頂處理使棉花自然生長，以驗(yàn)證Logistic 方程采用部分?jǐn)?shù)據(jù)對棉花整個(gè)生育期生長趨勢進(jìn)行預(yù)測的可行性，可對鹽土地棉花生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020 年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，采用膜下滴灌栽培，供試棉花品種為新陸早26 號。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)定3 個(gè)鹽分處理，處理1 為低鹽處理（原試驗(yàn)地土壤鹽度，土壤EC1∶5值為0.230 dS/m），處理2 為中鹽處理（含鹽量為0.3%，土壤EC1∶5值為0.904 dS/m），處理3 為高鹽處理（含鹽量為0.6%，土壤EC1∶5值為1.910 dS/m），每個(gè)處理3 次重復(fù)，每個(gè)鹽池種植4 行棉花。一條滴灌帶管控2 行，滴頭間距40 cm，棉花行距30 cm +60 cm +30 cm+60 cm，株距為8 cm。4 月20 日播種，播種密度為3.15×105株/hm2，為保證出苗，各處理滴出苗水300 m3/hm2，待棉花苗長出3 片真葉時(shí)定苗，6 月5 日灌頭水，共滴灌9 次，生育期間總灌水量4 200 m3/hm2，7 月23 日打頂，同時(shí)設(shè)置對照不打頂使其自然生長，8月20日停水，其余農(nóng)藝措施與大田生產(chǎn)相同。

1.3 取樣與測定方法

于6月5日（棉花出苗后32 d）開始每隔8 d測量1 次株高，打頂處理棉花株高測至7 月23 日（出苗后80 d），不打頂對照處理一直測至9 月25 日（出苗后144 d）。

1.4 計(jì)算方法

采用SAS 軟件的Logistic 生長曲線方程進(jìn)行棉花生長趨勢模擬，方程模型為：

y=k/（1+ae-bx），拐點(diǎn)（最快生長速度的時(shí)間）=lnb/k，拐點(diǎn)時(shí)干重W=k/2[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽分對棉花株高生長的影響

棉花株高隨著生育期的延長而增加（圖1），株高生長表現(xiàn)為慢-快-慢趨勢，在蕾期（出苗后32 d）以前各處理棉花株高相差不大，而此時(shí)株高較矮，生長緩慢，低鹽處理棉花生長速度明顯高于其他鹽分處理。打頂時(shí)（出苗后80 d）低鹽處理棉花株高為65.10 cm，隨著鹽分脅迫程度的加劇，株高呈明顯下降趨勢，中鹽、高鹽處理棉花株高分別為55.40 cm 和51.70 cm，明顯低于低鹽處理。

圖1 不同處理棉花株高

2.2 基于Logistic方程的棉花株高生長趨勢分析

對Logistic生長曲線方程進(jìn)行分析得出：低鹽處理棉花在出苗后61 d迎來拐點(diǎn)，生長速度達(dá)到最快，此時(shí)棉花株高為45.75 cm（表1），此后生長速度變緩，至打頂時(shí)株高為65.10 cm（出苗后80 d），由于棉花的無限生長特性，株高仍有增加的趨勢，預(yù)測低鹽處理最終株高為91.50 cm，而鹽分處理的拐點(diǎn)推遲4～5 d，到達(dá)拐點(diǎn)時(shí)株高也明顯低于低鹽處理，說明最適生長時(shí)間（拐點(diǎn)）推后，即總的有效生長時(shí)間可能縮短4～5 d，這可能是鹽分影響棉花生長的主要原因之一。

表1 各處理棉花株高Logistic生長曲線方程（出苗后32～80 d）

大田生產(chǎn)中土壤鹽分會使作物生育進(jìn)程推遲[3]，只有保證足夠的生長時(shí)間，適當(dāng)延遲收獲，在一定程度上才能彌補(bǔ)由于鹽分推遲生長進(jìn)程造成的損失，但由于大田生產(chǎn)受到氣候、種植時(shí)間等因素的影響，盡管拐點(diǎn)不同，但生長時(shí)間基本相同，如新疆霜期來臨后，棉花會停止生長，因此可以采取有效的生產(chǎn)措施促進(jìn)棉花生長，使其盡快達(dá)到拐點(diǎn)，減少鹽分造成的損失。拐點(diǎn)是作物生長最快的時(shí)期，需投入大量水肥，而本試驗(yàn)中鹽分處理水肥管理與低鹽處理一致，因此鹽分處理應(yīng)該提前加強(qiáng)水肥管理，促進(jìn)前期生長，盡快到達(dá)拐點(diǎn)，這可能是促進(jìn)鹽分環(huán)境下作物生長的主要措施之一，其理論機(jī)理還需要試驗(yàn)進(jìn)一步研究。

2.3 鹽分對棉花產(chǎn)量的影響

鹽分處理造成棉花生長延遲，最終影響產(chǎn)量。鹽分處理的棉花產(chǎn)量重要構(gòu)成因子均有一定程度下降（表2），高鹽處理棉花出苗率下降，因此收獲株數(shù)減少，平均單株鈴數(shù)減少明顯，而單鈴重在鹽分較高（高鹽處理）時(shí)下降顯著，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

表2 各處理棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量因子

3 小結(jié)

本試驗(yàn)運(yùn)用部分?jǐn)?shù)據(jù)（出苗后32～80 d）對整個(gè)生育期棉花株高進(jìn)行預(yù)測，低鹽株高為91.50 cm，中鹽為86.06 cm，高鹽為79.15 cm（表1）。而9 月25 日（出苗后144 d）實(shí)際株高分別為96.00 cm、89.80 cm和80.20 cm，預(yù)測值為實(shí)際值的95.3%～98.8%，預(yù)測值偏低，這可能是因?yàn)椴捎貌糠謹(jǐn)?shù)據(jù)造成的。

以不打頂對照數(shù)據(jù)（出苗后32～144 d）進(jìn)行分析（表3），以低鹽為例得Logistic 方程y=98.30/（1+19.830e-0.04641x），最終株高預(yù)測值98.30 cm，拐點(diǎn)為64.4 d，而鹽分處理的拐點(diǎn)推遲2～3 d，預(yù)測最終株高在89.92 cm 和83.26 cm，為實(shí)際值的99.95%～103.60%。而9 月25 日棉花已經(jīng)停止生長，拐點(diǎn)時(shí)間和最快生長速度應(yīng)該最接近實(shí)際數(shù)據(jù)，而實(shí)際株高比預(yù)測值低，這可能是9 月中下旬溫度下降太快造成的。

表3 各處理棉花（不打頂）株高Logistic生長曲線方程（出苗后32～144 d）

由此可見，隨時(shí)間延續(xù)，預(yù)測的極限生長量（理論最終株高）準(zhǔn)確度在增加，而拐點(diǎn)的時(shí)間有所推后。本試驗(yàn)?zāi)は碌喂嗖捎么蝽敶胧┦褂贸雒绾?2～80 d 數(shù)據(jù)（部分?jǐn)?shù)據(jù)）對整個(gè)生育期株高（極限生長量）進(jìn)行預(yù)測，鹽分對株高生長進(jìn)行的抑制，拐點(diǎn)推后的趨勢與不打頂?shù)玫降内厔葺^一致，鹽分脅迫和生育進(jìn)程推后有可能是棉花單鈴重下降的主要原因，最終造成產(chǎn)量下降。因此，在實(shí)際分析中以部分?jǐn)?shù)據(jù)對整個(gè)生育期變化趨勢進(jìn)行預(yù)測是可行的，數(shù)據(jù)越多預(yù)測準(zhǔn)確度越高。