等行距密植下滴水量對不同抗旱性棉花品種群體生長特性的影響

張紅霞，陳獻(xiàn)丘，田 雨，韓煥勇，王方永，羅宏海

(1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】棉花是重要的油料和纖維作物[1]。新疆是中國最重要的干旱灌溉棉區(qū)，其種植面積、總產(chǎn)、單產(chǎn)居全國首位[2]，其中2019年棉花種植面積占全國的76%，產(chǎn)量占全國的85%[3]。高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)與高效的發(fā)展模式是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障[4-5]，優(yōu)化灌溉，提高水分利用效率，對實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)既節(jié)水又優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，具有重要意義[6]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】棉花產(chǎn)量受滴水量的影響顯著[7-8]，但產(chǎn)量不總隨著滴水量的加大而增高[9-10]，滴水量過高不利于同化物向棉鈴的運(yùn)輸，因水分過多會使棉花植株旺長，群體過大[10-12]，導(dǎo)致棉花過早封行，冠層郁蔽，田間透光透氣性較差，影響光合產(chǎn)物的積累以及向生殖器官的轉(zhuǎn)運(yùn)與分配，使蕾鈴嚴(yán)重脫落[13]。在水分缺乏條件下，棉花的生物量和產(chǎn)量會顯著降低[14]；水分對棉花生長發(fā)育的影響因生育期不同而存在差異[15]。而適度的水分調(diào)虧能夠抑制棉花營養(yǎng)體的冗余生長，協(xié)調(diào)營養(yǎng)生長和生殖生長，優(yōu)化株型結(jié)構(gòu)，有利于光資源在群體內(nèi)的合理分布，增強(qiáng)群體光合作用，制造更多的有機(jī)同化物，為保鈴增產(chǎn)創(chuàng)造條件，可提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和水分利用效率以及改善其品質(zhì)[16-17]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】采用此模式種植在保證棉花產(chǎn)量水平的前提下，有利于棉花后期脫葉和降低機(jī)采籽棉含雜率，還有利于提高水肥利用效率[18-22]。目前有關(guān)等行密植棉花高產(chǎn)生理且適宜機(jī)采的研究開展較少。需研究等行距密植下滴水量對不同抗旱性棉花品種群體生長特性的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選用抗旱性強(qiáng)的棉花品種新陸早22號(P22)和抗旱性弱的新陸早17號(P17)為參試品種，在等行距密植機(jī)采模式下，設(shè)3個(gè)處理水平，測定并分析不同處理下群體生長率(CGR)、凈同化速率(NAR)、棉鈴生長率(BGR)和葉面積載鈴量(LAB)的變化。研究滴水量對不同抗旱性棉花品種群體生長特性，為干旱區(qū)棉花高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2018年4～10月在新疆農(nóng)墾科學(xué)院試驗(yàn)地(44°19′N，86°03′E)進(jìn)行，棉花生長季(4～10月)平均氣溫18.65℃，降水量211.7 mm，日照時(shí)數(shù)2 077.3 h。試驗(yàn)地為壤土，含有機(jī)質(zhì)12.73 g/kg、有機(jī)碳7.38 mg/kg、全氮1.16 g/kg、速效鉀173 mg/kg、速效磷6.89 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為滴水量，設(shè)3 000(W1)、3 900(W2)、4 800(W3)m3/hm23個(gè)處理水平，分別為虧缺灌溉、限量灌溉、常規(guī)灌溉；副區(qū)為品種，抗旱性較強(qiáng)的新陸早22號(P22)和抗旱性較弱的新陸早17號(P17)[18]，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為45.6 cm2。采用等行距密植模式(2.05 m超寬膜，種植模式為1膜3行3條滴灌帶，行距為76 cm，株距為5.5 cm，密度為23.9×104株/hm2)，于4月18～20日進(jìn)行播種，10月6日收獲，6月25日進(jìn)頭水，8月20日停水，灌水周期為7～8 d，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇镆恢?。?

表1 棉花生育期滴水時(shí)間及滴水量Table 1 Cotton dripping time and water amount during the growth period (m3/hm2)

1.2.2 測定指標(biāo)

在棉花盛蕾期、盛花期、盛鈴期、盛鈴后期和吐絮期于每個(gè)小區(qū)選取3株具有代表性的植株，帶回實(shí)驗(yàn)室按器官分為根、莖、葉、生殖器官(蕾花鈴)于105℃下殺青30 min，85℃下烘干至恒重，稱重并計(jì)算群體生長率(CGR)、凈同化速率(NAR)、棉鈴生長率(BGR)、葉面積載鈴量(LAB)。公式如下[23]：

CGR=(M2-M1)/(T2-T1)×1/P(g/(m2·d)).

NAR=[(M2-M1)×(lnLA2-lnLA1)]/[(T2-T1)×(LA2-LA1)](g/(m2·d)).

BGR= (BM2-BM1)/(T2-T1)×1/P(g/(m2·d)).

LAB=1 000×BM/LA(g/m2).

式中M2和M1分別為植株在T1和T2時(shí)刻的干重；BM1和BM2分別為植株在T1和T2時(shí)刻的鈴干重；LA1和LA2分別為植株在T1和T2時(shí)刻的葉面積；BM為單鈴重，LA為葉面積；P為土地面積。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003整理，采用SPSS12.5軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分對棉花群體生長率的影響

研究表明，水分對棉花群體生長率具有極顯著影響；不同品種的群體生長率在盛花期至盛鈴后期有極顯著或顯著差異。各時(shí)期的群體生長率隨滴水量的增加呈顯著上升，P22在盛花期至盛鈴后期比P17高出12.8% ～ 18.2%。P17在盛蕾期至盛鈴期的群體生長率隨滴水量的增加而顯著提高；與W2相比，P22在盛蕾期、盛鈴期和盛鈴后期的群體生長率與在W3條件下無顯著差異，但在W1條件下各生育時(shí)期的群體生長率比在W2和W3條件下顯著降低。品種和滴水量對棉花群體生長率在盛蕾至盛鈴期具有顯著的互作效應(yīng)。表2

表2 不同處理下主要生育時(shí)期的群體生長率變化Table 2 Colony growth rate in main growth stage under different treatments(g/(m2·d)

2.2 水分對棉花凈同化速率的影響

研究表明，不同品種的凈同化速率在盛花期、盛鈴期具有極顯著差異；水分對棉花凈同化率在盛蕾期具有極顯著影響。P22的凈同化率在盛花期至盛鈴期比P17高12.3%～12.9%；P17在W1和W2條件下各個(gè)生育時(shí)期的凈同化速率無顯著差異，但W3條件下盛蕾期的凈同化速率顯著提高。P22在W2和W3條件下在各個(gè)生育時(shí)期的凈同化速率無顯著差異，但W1條件下盛蕾至盛花期的凈同化速率均顯著低于W2和W3。品種和滴水量對棉花凈同化速率在盛蕾至盛花期具有極顯著互作效應(yīng)。表3

2.3 水分對棉花棉鈴生長率的影響

研究表明，不同品種的棉鈴生長率在盛蕾期、盛鈴期和盛鈴后期具有顯著或極顯著差異；水分對棉鈴生長率在各個(gè)生育時(shí)期均具有極顯著影響。P22的棉鈴生長率在盛蕾期、盛鈴期、盛鈴后期比P17高出11.9%～30.4%。P22在W2和W3條件下棉鈴生長率在盛花期至盛鈴后期沒有顯著差異，但在W1條件下顯著較低；P17的棉鈴生長率在各生育時(shí)期均隨滴水量的增加呈顯著上升趨勢，在W3條件下盛蕾期至盛鈴后期的棉鈴生長率顯著性最高。品種和滴水量對棉鈴生長率在盛花至盛鈴后期具有顯著或極顯著的互作效應(yīng)。表4

2.4 水分對葉面積載鈴量的影響

研究表明，不同品種的葉面積載鈴量在盛鈴期至盛鈴后期有顯著或極顯著差異；水分對葉面積載鈴量在盛蕾期、盛花期、盛鈴后期具有顯著影響。P22的葉面積載鈴量在盛蕾期和盛鈴后期比P17高出10.3%和12.2%。在W2和W3條件下，P22和P17在各個(gè)生育時(shí)期的葉面積載鈴量差異不顯著，但在W1條件下P22盛鈴后期的葉面積載鈴量顯著較低，而P17在盛蕾期、盛鈴期的葉面積載鈴量顯著較高。品種和滴水量對葉面積載鈴量在盛蕾期、盛鈴期、盛鈴后期有顯著的互作效應(yīng)。表5

表3 不同處理下主要生育時(shí)期的凈同化速率變化Table 3 Net assimilation rate in main growth stage under different treatments(g/(m2·d))

表4 不同處理下主要生育時(shí)期的棉鈴生長率變化Table 4 Boll growth rate in main growth stage under different treatments (g/(m2·d))

表5 不同處理下主要生育時(shí)期的葉面積載鈴量變化Table 5 Leaf area loading bolls in main growth stage under different treatments (mg/cm2)

2.5 不同生育期各群體生長特征間的相關(guān)性

研究表明，在盛花期，棉鈴生長率與群體生長率之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.969；在盛鈴期，棉鈴生長率與群體生長率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.997；在盛鈴后期，棉鈴生長率與群體生長率間呈極顯著性正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.967；盛鈴后期的棉鈴生長率與葉面積載鈴量的相關(guān)系數(shù)為0.818，顯著正相關(guān)。盛鈴后期的棉鈴生長率與盛花期的棉鈴生長率、葉面積載鈴量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；與盛花期的群體生長率、盛鈴期的群體生長率、凈同化速率、BGA均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。表6

3 討 論

優(yōu)化群體質(zhì)量指標(biāo)是棉花獲得高產(chǎn)的根本途徑[24]，群體生長是衡量棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要指標(biāo)。群體生長率的變化會影響棉花總生物量的積累[25]。研究表明，隨滴水量的增加，棉花群體生長率在盛蕾期至盛鈴期表現(xiàn)極顯著影響。楊惠杰等[26]研究認(rèn)為，超高產(chǎn)水稻的干物質(zhì)積累量高，主要是由于中、后期具有較高的群體生長率和NAR；此外P22的群體生長率在各生育時(shí)期均高于P17，且P22盛蕾期、盛鈴期和盛鈴后期群體生長率在W2和W3處理間無顯著差異，這與牛玉萍等[25]研究結(jié)果相似，盛蕾期、盛鈴至盛鈴后期適當(dāng)減少滴水量對抗旱性較強(qiáng)的棉花品種生物量的積累影響不大。

凈同化速率從群體光合產(chǎn)物積累的角度體現(xiàn)了棉花“源”的光合性能[27]，是衡量光合能力的重要指標(biāo)，是物質(zhì)生產(chǎn)能力的反映。它不但與土壤狀況、水分虧缺、植物基因等有關(guān)，還與礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收密切相關(guān)[28,29]。試驗(yàn)表明，在W1條件下盛蕾和盛鈴期的凈同化速率比在W2和W3條件下顯著降低，P22在W2條件下群體生長率在各生長時(shí)期與W3條件下均無顯著差異，但在W1條件下盛蕾至盛花期的凈同化速率比在W2和W3條件下均顯著降低。W2P22處理使得棉花葉片光合速率增大，進(jìn)而影響凈同化速率增大。P22的NAR在各生育時(shí)期均高于P17，且隨滴水量的增加，品種間凈同化速率在棉花各生育時(shí)期均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，以盛蕾和盛花期表現(xiàn)最高，隨后逐漸降低，這與陳德華等[30]研究一致。但盛鈴期至盛鈴后期的凈同化速率不會顯著提高，可能是隨滴水量的增多，棉花群體前中期生長過于旺盛，導(dǎo)致冠層郁蔽，田間透光透氣性較差，使光資源在群體中的分布不合理。

棉鈴生長率是評價(jià)棉花“庫”建成的重要指標(biāo)，棉花成鈴過程反映了產(chǎn)量的形成[19]。耐旱品種能夠在干旱脅迫后期協(xié)調(diào)源庫關(guān)系，維持較高的產(chǎn)量器官分配比例[31]。研究發(fā)現(xiàn)，水分對棉鈴生長率在各個(gè)生育時(shí)期均具有極顯著影響，P22的棉鈴生長率在盛蕾期、盛鈴期、盛鈴后期比P17高11.9%～30.4%。在W2和W3條件下，P22的棉鈴生長率在盛花期至盛鈴后期沒有顯著差異，但在W1條件下P22的棉鈴生長率顯著較低，且各處理間的棉鈴生長率在盛花期至盛鈴期快速增加, 各處理盛花期以后棉鈴的快速增長是促使其棉花干物質(zhì)快速增長的一個(gè)重要原因。此外，盛鈴后期的棉鈴生長率與盛花期棉鈴生長率、葉面積載鈴量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；與盛花期的群體生長率、盛鈴期的群體生長率、凈同化速率、BGA均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。表明盛花期至盛鈴期適度增加成鈴數(shù)、增強(qiáng)物質(zhì)生產(chǎn)能力，保證了較高的棉鈴生長率。

葉面積載鈴量是衡量棉花不同產(chǎn)量水平源庫關(guān)系是否協(xié)調(diào)的重要指標(biāo)之一，合理的葉面積載鈴量是獲得棉花高產(chǎn)的前提[30]；陳德華等[32]提出較高的葉面積載鈴量能夠促進(jìn)棉花葉片光合強(qiáng)度提高和養(yǎng)分向棉鈴輸送增多。研究表明，隨滴水量的增加，P22的葉面積載鈴量不斷增加。在W2和W3條件下，P22和P17在各個(gè)生育時(shí)期的葉面積載鈴量差異均不顯著，可能是隨滴水量的增多，蕾鈴脫落增加，成鈴率低，從而導(dǎo)致棉花群體源庫不協(xié)調(diào)[32]。但與W2相比，W1條件下P22盛鈴后期的葉面積載鈴量顯著較低，表明適宜的灌水量能提高棉花葉片光合效率，從而提高葉面積載鈴量。

4 結(jié) 論

隨滴水量的增加，棉花的群體生長率、凈同化速率、棉鈴生長率、葉面積載鈴量均呈顯著上升的趨勢，抗旱性強(qiáng)的棉花品種(P22)各群體生長指標(biāo)均比抗旱性較弱的棉花品種(P17)高；在W2條件下，P22在盛蕾期、盛鈴期和盛鈴后期的群體生長率與在W3條件下無顯著差異，但在W1條件下顯著降低。在等行距密植條件下，抗旱性強(qiáng)的棉花品種(P22)在W2條件下種植，有利于保持較高的群體生長率和棉鈴生長率，促進(jìn)光合產(chǎn)物向棉鈴的分配與運(yùn)輸。