干播濕出模式下不同出苗水對(duì)棉花生理性狀及產(chǎn)量的影響

袁席天，白云崗，孫三民，劉洪波，鄭 明，肖 軍

（1.塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049）

0 引 言

棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物和纖維作物，新疆作為我國棉花主要產(chǎn)地之一，棉花產(chǎn)量占全國棉花總產(chǎn)量的80%，棉花種植面積以及產(chǎn)量均居全國首位[1]。干旱可能抑制作物生產(chǎn)力，尤其是在高溫條件下[2]，而由于新疆地處歐亞大陸腹地，是典型的內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)[3]，干旱少雨而蒸發(fā)強(qiáng)烈的特征使新疆農(nóng)業(yè)以綠洲灌溉農(nóng)業(yè)為主[4]。新疆南疆地區(qū)水資源短缺，土壤次生鹽漬化嚴(yán)重，水資源定額管理下，生育期、非生育期用水矛盾突出，現(xiàn)狀灌溉用水方式難以為繼，采取有效措施實(shí)現(xiàn)水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的有效支撐和持續(xù)利用是當(dāng)務(wù)之急。干播濕出技術(shù)是近年來研究推廣的一項(xiàng)重要節(jié)水技術(shù)，節(jié)水效果顯著，可緩解用水緊張現(xiàn)狀。南疆地區(qū)采用干播濕出技術(shù)，即48 h 內(nèi)滴水補(bǔ)墑出苗，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效、適期早播的目的[5]。張永玲等認(rèn)為對(duì)于南疆灌區(qū)特定的氣候土壤環(huán)境下，干播濕出膜下滴灌棉花種植方式可促進(jìn)棉花發(fā)芽出苗，有利于棉花苗期提墑增溫[6]。王成、王久生等研究表明一年免冬春灌采用干播濕出播種方式可滿足棉花出苗水分要求，且節(jié)水增產(chǎn)效果明顯，滴灌具有的節(jié)水控鹽作用使目前棉花非生育期大水洗、壓鹽向棉花生育期滴灌控鹽轉(zhuǎn)變成為可能[7,8]。姚寶林等研究發(fā)現(xiàn)免冬春灌下相同灌溉定額下高頻率灌溉可提高棉花生長指標(biāo)量累計(jì)速度[9]，危常州等研究發(fā)現(xiàn)干播濕出在花鈴期鈴重、根系載鈴量顯著高于常規(guī)灌溉處理,生育期比常規(guī)灌溉處理提前,表現(xiàn)較大增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)[10]。南疆由于冬季無積雪，播前土壤墑情較差，出苗水灌溉定額受土壤質(zhì)地影響較大，滴水補(bǔ)墑技術(shù)還存在著滴水量、滴水頻次對(duì)棉花生長發(fā)育調(diào)控機(jī)理認(rèn)識(shí)不清等問題，嚴(yán)重影響了大面積推廣應(yīng)用,干播濕出調(diào)控土壤的作用對(duì)棉花生理生態(tài)的影響還需進(jìn)一步研究[11]。本文結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際，在南疆地區(qū)開展干播濕出實(shí)際應(yīng)用下，通過設(shè)置不同出苗水量及灌水頻率，出苗期后再進(jìn)行當(dāng)?shù)毓嗨瑸樵摰貐^(qū)干播濕出的適用以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中出苗水分滴灌調(diào)配提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年4-10月在沙雅縣海樓鎮(zhèn)實(shí)驗(yàn)站(82°72′E41°29N)進(jìn)行，沙雅縣位于中國新疆阿克蘇地區(qū)東偏南，塔里木盆地北部，渭干河綠洲平原南端，屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，近年平均降雨量約為149.85 mm，平均蒸發(fā)量約為2 089.7 mm。棉花生育期試驗(yàn)區(qū)地下水埋深約為3.8 m 左右，土壤含鹽量在1 g/kg 以下，0～80 cm 土層以低鹽堿沙壤土為主，80～100 cm土層以沙土為主，土壤的各項(xiàng)物理參數(shù)見表1。

表1 播前土壤理化性質(zhì)Tab.1 Soil physical and chemical properties before sowing

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

棉花供試作物為源棉11號(hào)。試驗(yàn)采用單翼迷宮式滴灌帶，滴頭間距為46 cm，滴頭設(shè)計(jì)流量2.1 L/h，采用1 膜3 管6 行（單位地膜覆蓋6 行棉花，鋪設(shè)3 條滴灌帶）的模式，見圖1，整膜寬205 cm，寬行膜間距離66 cm。灌溉水源用地表水，實(shí)測(cè)的礦化度值為2.1 g/L，采用水泵供水和水表計(jì)量，采用施肥罐進(jìn)行施肥。試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)出苗水量處理和冬灌對(duì)照處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，C1、C2、C3 處理為1 次灌水，灌水定額為675、900、1 125 m3/hm2；C4、C5處理為兩次灌水，灌水定額為675、225 m3/hm2和675、450 m3/hm2；C6 處理灌水3 次，灌水定額為675、300、150 m3/hm2。各處理出苗后灌水方案均一致，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

表2 灌水設(shè)計(jì)方案Tab.2 Irrigation test schence

圖1 棉花種植模式（單位：cm）Fig.1 Cotton planting pattern

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

播種18 d 后，統(tǒng)計(jì)棉苗出苗率(出苗株數(shù)占總播種粒數(shù)的百分比)，每個(gè)處理選取3 個(gè)樣本點(diǎn)（中間三膜），每個(gè)樣本點(diǎn)測(cè)100 穴棉苗，分別調(diào)查出苗率、未發(fā)芽率、爛種率、空穴率，其中：發(fā)芽率+未發(fā)芽率+爛種率+空穴率=100%。

從棉苗4～5葉片后，每隔10 d左右觀測(cè)各處理棉花的不同生育期生長發(fā)育情況，選擇小區(qū)內(nèi)附近位置生長情況基本接近的棉株15株（兩邊行5株，中行5株），測(cè)量株高、莖粗等。株高從子葉節(jié)處開始至最上部葉片頂心處進(jìn)行測(cè)量，莖粗測(cè)量子葉節(jié)到第一片真葉節(jié)間最細(xì)處莖的直徑。將蕾、根、花、鈴、莖、葉等器官剪下用電子天平測(cè)量其鮮重，后置于105 ℃的烘箱中殺青30 min，然后在烘箱85 ℃條件下烘干至恒重，測(cè)定其干重。

棉花收獲時(shí)，在各小區(qū)隨機(jī)挑選3 個(gè)1 m×1 m 大小的樣方，取3個(gè)小區(qū)平均值，測(cè)得單株鈴重、單株鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量等產(chǎn)量構(gòu)成要素。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

采用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，Origin 2019b 軟件繪圖，SPSS 26.0軟件進(jìn)行顯著性分析、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干播濕出不同出苗水處理對(duì)棉花出苗率的影響

各處理出苗率如圖2所示，CK處理出苗率最高，C1、C2、C3、C4、C5、C6 出苗率分別為對(duì)照的81.48%，88.62%，67.35%，95.01%，73.66%，80.06%。C3 處理與CK 處理顯著性差異最大(P＜0.01)，出苗率下降明顯，可能是由于單次灌水量過大，大幅提高了土壤含水率，降低土壤溫度，導(dǎo)致土壤孔隙氧氣不足，形成了不適宜種子萌發(fā)的環(huán)境，因而最終出苗率低。C4 處理與C2 處理，C5、C6 處理與C3 處理灌溉定額相同，隨著更高頻次地灌水，出苗率有所上升，C4 處理較C2處理出苗率提升7.21%，C5、C6 處理較C3 處理出苗率提高9.37%、18.88%。C4 處理出苗率與CK 處理無顯著性差異(P＞0.05)，灌水頻次與C5處理相同，灌溉定額低于C5，相較于C5處理出苗率提高22.47%。表明適量的出苗水量(675～900 m3/hm2)加以較高頻的灌水次數(shù)更有利于出苗。

圖2 各處理出苗率Fig.2 Seedling emergence rate of each treatment

2.2 干播濕出不同出苗水處理對(duì)棉花生理性狀的影響

2.2.1 干播濕出不同出苗水處理對(duì)棉花干物質(zhì)量的影響

各生育期干物質(zhì)量變化及Logistic 生長函數(shù)擬合如圖3所示，各處理干物質(zhì)量隨時(shí)間均呈S 形曲線變化，蕾期前，各干播濕出處理干物質(zhì)量積累迅速，除C3 處理以外，各干播濕出處理干物質(zhì)量均大于CK 處理。在播種76 d 后C4 處理干物質(zhì)累積量達(dá)到最高，C1、C2、C3、C5、C6、CK 相比C4 處理干物質(zhì)量分別降低4.95%，9.03%，27.66%，18.09%，15.49%，22.33%。蕾期后，干物質(zhì)積累量迅速升高，進(jìn)入棉花干物質(zhì)積累旺盛期。蕾期后整個(gè)生育期內(nèi)CK 處理干物質(zhì)含量最高，在播種116 d 后各處理干物質(zhì)達(dá)到峰值，C1、C2、C3、C4、C5、C6 相比CK 處理干物質(zhì)量分別降低4.28%、4.14%、7.99%、2.51%、9.16%、11.04%。整體上看，各干播濕出處理相較于CK 在蕾期前干物質(zhì)積累速度有所提升，但蕾期后干物質(zhì)累積速度降低。Logistic 生長函數(shù)常用模擬棉花生物量積累[12,13]，用Logistic 生長函數(shù)對(duì)各處理生物積累量進(jìn)行擬合，擬合程度均達(dá)顯著水平，R2分別為CK(0.981 69)、C1(0.993 86)、C2(0.975 46)、C3(0.971 85)、C4(0.962 99)、C5(0.961 60)、C6(0.978 08)。對(duì)擬合方程求二階導(dǎo)數(shù)，各處理在播種后83 d(CK)、93 d(C1)、99 d(C2)、100 d(C3)、101 d(C4)、86 d(C5)、93 d(C6)達(dá)到最大生長速率值，最大生長速度為1.495 968 g/d、1.311 243 g/d、1.146 472 g/d、1.082 429 g/d、1.098 148 g/d、1.356 665 g/d、1.178 127 g/d。進(jìn)入蕾期后期，各干播濕出處理干物質(zhì)積累速度小于CK，最大生長速率點(diǎn)較CK有所延后。

圖3 干物質(zhì)累積量變化Fig.3 Change in dry matter accumulation

2.2.2 干播濕出不同出苗水處理對(duì)棉花株高和莖粗的影響

合理的株高是評(píng)估棉花生長、調(diào)節(jié)生長和估計(jì)產(chǎn)量的重要依據(jù)[14]。如圖4所示，在苗期株高、莖粗均呈現(xiàn)CK 最大，C1、C2、C3、C4、C5、C6 處理株高分別對(duì)比CK 減少10.63%、10.37%、36.33%、8.05%、22.45%、26.74%，莖粗對(duì) 比CK 降低2.14%、6.05%、31.67%、4.27%、12.81%、16.73%。C1、C2、C4、CK處于同一顯著性水平，均處于較高水平，出苗灌水定額嚴(yán)重影響苗期株高莖粗，灌水量過高抑制棉花苗期生長發(fā)育。C3、C5、C6處理灌水量一致，其中C3處理株高為7.43 cm，莖粗為1.92 mm，與C5、C6 處理存在顯著差異，出苗期更高頻率的出苗水滴灌會(huì)降低大水量對(duì)株高以及莖粗的影響。苗期至蕾期，干播濕出處理較CK 增長較快，各處理間差異顯著性逐漸降低，僅C3 處理與其他處理存在顯著差異。進(jìn)入蕾期后，株高和莖粗進(jìn)入快速增長期，其中CK 處理增幅最快，株高、莖粗差異不顯著，從蕾期至花鈴期各處理間株高、莖粗仍無明顯差異。

圖4 不同灌水頻率對(duì)棉花株高、莖粗的影響Fig.4 Effects of different irrigation frequency on plant height and stem diameter of cotton

2.2.3 干播濕出不同出苗水處理對(duì)棉花產(chǎn)量指標(biāo)的影響

不同出苗水處理棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素如表3所示，棉花單株鈴數(shù)、單株鈴重、籽棉產(chǎn)量以及每公頃株數(shù)等隨著不同出苗水量及頻率的不同而存在不同程度的差異。C3、CK 處理單株鈴數(shù)間存在顯著差異，單株鈴數(shù)隨著收獲密度的增加而減少，其中C3 處理單株鈴數(shù)最大，為8.49 個(gè)/株，CK 處理單株鈴數(shù)最小，為8.28 個(gè)/株。各處理單株鈴重均值在148～152 g 左右，各干播濕出處理與冬灌處理相比單株鈴重略有下降，但差異不顯著。不同出苗水量及頻率對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量、收獲密度有顯著的影響，較低的出苗水量以及較高的滴水頻率處理下顯著提高了籽棉產(chǎn)量和收獲密度。CK、C4 處理籽棉產(chǎn)量、收獲密度差值為233.21 kg/hm2、16 176.08 株/hm2。籽棉產(chǎn)量、收獲密度上不存在明顯差異，從干播濕出節(jié)水效益來考慮，生產(chǎn)上可以采用C4 處理。整體上看，各處理單株鈴重差異不顯著，而收獲密度顯著降低，最終造成籽棉產(chǎn)量下降明顯。

表3 不同灌水頻率對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.3 Effects of different irrigation frequency on cotton seed yield

2.2.4 干播濕出不同出苗水處理棉花產(chǎn)量指標(biāo)相關(guān)性分析

將單株鈴數(shù)、單株鈴重、收獲密度等產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算各變量之間的相關(guān)系數(shù)，分析各因素對(duì)籽棉產(chǎn)量的影響程度。冬灌棉與干播濕出棉產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)系數(shù)由表4所示，冬灌棉與干播濕出棉均呈現(xiàn)單株鈴重、收獲密度與籽棉產(chǎn)量呈正相關(guān)，單株鈴數(shù)與籽棉產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)；其中冬灌棉單株鈴重與籽棉產(chǎn)量的相關(guān)性最高(r=0.646)，達(dá)到顯著水平，收獲密度次之(r=0.582)，單株鈴數(shù)最低(r=-0.048)；干播濕出棉收獲密度與籽棉產(chǎn)量相關(guān)最密切(r=0.748)，達(dá)到極顯著水平，其次是單株鈴重(r=0.187)、單株鈴數(shù)(r=-0.203)，差異均不顯著。多變量簡(jiǎn)單相關(guān)通常不能真實(shí)地反映兩變量間關(guān)系，偏相關(guān)分析則可以避免這種偏差，提高分析質(zhì)量[15]。冬灌棉單株鈴重與籽棉產(chǎn)量間的相關(guān)系數(shù)r=0.646，p＜0.05，存在強(qiáng)相關(guān)性，在消除變量影響后，兩者相關(guān)系數(shù)r=0.640，p＞0.05，二者差異不顯著；干播濕出棉收獲密度與籽棉產(chǎn)量間的相關(guān)系數(shù)r=0.748，p＜0.01，存在極顯著相關(guān)性，在消除變量影響后，兩者相關(guān)系數(shù)r=0.721，p＜0.01，二者仍存在極強(qiáng)相關(guān)性。

表4 冬灌棉與干播濕出棉產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlation coefficient of yield components of winter irrigated cotton and dry sowing wet cotton

3 討 論

試驗(yàn)結(jié)果表明，通過合理控制和管理，在棉花滴灌條件下干播濕出的灌溉方式對(duì)于含鹽量較低的沙壤土，干播濕出完全可行。周繼勝等研究發(fā)現(xiàn)改為大水方一次性滴足對(duì)棉花高產(chǎn)較為有利，采取輕滴出苗水的辦法，每公頃滴水量在225～300 m3基本能滿足棉花出苗，有利于降低田間濕度，對(duì)地溫回升較為有利[16]。陳續(xù)蘭等研究發(fā)現(xiàn)出苗期土壤含水率過高會(huì)導(dǎo)致地溫回升慢，易導(dǎo)致爛種、爛芽、爛根等病害[17]。滴水水量上結(jié)果較為一致，干播濕出不同出苗水灌溉定額會(huì)嚴(yán)重影響到棉花出苗，單次灌水量過大，大幅提高了土壤含水率，降低土壤溫度，形成了不適宜種子萌發(fā)的環(huán)境，因而最終出苗率低。滴水頻率上，相同灌溉定額下高頻率灌溉可提高棉花生長指標(biāo)量累計(jì)速度[9]，C5、C6 處理與C3 灌溉定額相同，隨著更高頻次地灌溉，出苗率有所上升，C4 處理較C2處理出苗率提升7.21%，C5、C6 處理較C3 處理出苗率提高9.37%、18.88%，滴水頻率越高，越利于棉花出苗。干播濕出處理會(huì)使苗期棉花株高、莖粗降低，與何漢升的研究基本一致，即不冬春灌比春灌一水日生長慢[18]，出苗灌水量嚴(yán)重影響苗期株高莖粗，灌水量過高抑制棉花苗期生長發(fā)育。干播濕出對(duì)各生育期棉花干物質(zhì)量積累產(chǎn)生了不同程度的影響，蕾期前各干播濕出處理干物質(zhì)量積累迅速，較CK 處理有所提升，可能是由于棉花生長對(duì)溫度的變化很敏感，干播濕出膜下滴灌具有提高和平抑土壤溫度的作用[11]，改變了棉花播種期的水熱綜合環(huán)境，在苗期前對(duì)棉株耐旱能力進(jìn)行鍛煉。蕾期后干播濕出處理干物質(zhì)累積速度相較于CK 有一定放緩[20]，與危常州[10]等研究存在一定差異，可能是由于南疆播期較北疆更晚，生育期更長，干播濕出對(duì)棉花各時(shí)期生長影響程度不同。處理籽棉產(chǎn)量呈CK＞C4＞C2＞C1＞C6＞C5＞C3，大水量出苗不利于增產(chǎn)，早期滴水量過高導(dǎo)致出苗率降低，收獲密度存在顯著降低，最終造成籽棉產(chǎn)量下降明顯。相同灌水量下增加棉花生育期灌水次數(shù)有利于提高棉花籽棉產(chǎn)量[19]，本試驗(yàn)干播濕出技術(shù)中較低的出苗水量以及較高的滴水頻率顯著提高了籽棉產(chǎn)量和收獲密度。干播濕出棉相比冬灌棉籽棉產(chǎn)量與收獲密度相關(guān)性更強(qiáng)，是由于CK 間處理差異不大，各干播濕出處理水量、頻率差異過大，導(dǎo)致干播濕出棉出苗率差異顯著，冬灌棉籽棉產(chǎn)量與單株鈴重相關(guān)性更強(qiáng)。675 m3/hm2以內(nèi)水量更適合干播濕出下提升作物產(chǎn)量，出苗水下限還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

4 結(jié) 論

本文通過設(shè)置不同出苗水量及頻率，研究干播濕出條件下棉花生長狀況、產(chǎn)量的影響，得出以下結(jié)論。

(1)干播濕出條件下，大水量不利于棉花出苗，適量的出苗水量(675～900 m3/hm2)加以較高頻的滴灌次數(shù)(2～3 次)更有利于出苗。

(2)干播濕出處理棉花較冬灌處理棉花蕾期前干物質(zhì)累積量積累速度更快，成熟速度更快，蕾期后干物質(zhì)累積量積累速度放緩。

(3)干播濕出條件下出苗水量嚴(yán)重影響苗期株高莖粗，灌水量過高以及低頻次滴灌會(huì)明顯降低出苗期棉花株高、莖粗，蕾期后株高、莖粗差異逐漸不顯著。

(4)干播濕出條件下，不同出苗水量嚴(yán)重影響后期棉花產(chǎn)量，在南疆低鹽堿地區(qū)開展干播濕出種植模式建議出苗水量在675 m3/hm2以內(nèi)，能達(dá)到節(jié)水的同時(shí)保證產(chǎn)量。