雙膜條件下不同干播濕出水分處理對棉花生理、生長特性的影響

丁 宇,張江輝,白云崗,劉洪波,鄭 明,趙經華,肖 軍,韓政宇,

(1.新疆農業(yè)大學水利與土木工程學院,烏魯木齊 830052;2.新疆水利水電科學院,烏魯木齊 830049,3.農業(yè)農村部鹽堿土改良與利用(干旱半干旱區(qū)鹽堿地)重點實驗室,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】新疆地處于我國西北干旱區(qū),日照強烈,干燥少雨,年平均降水47.3 mm,年均蒸發(fā)量2 000.7 mm,蒸發(fā)量是降水量的42.3倍[1],新疆南疆地區(qū)作為重要的優(yōu)質棉花產區(qū),農業(yè)用水比例高達97%,大部分棉區(qū)種植需要在冬季灌水淋洗土壤鹽分,春季灌水保持土壤墑情,而灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)僅為0.479[2]。干播濕出技術無需冬春灌,灌水量小,出苗率高,出苗速度快,可提早整地播種,提高棉花產量,實現(xiàn)節(jié)本增收的目標[3]。但由于不同地區(qū)土壤質地存在差異,水量不易控制,水量過大易導致土壤板結,影響棉花出苗,水量過小無法滿足作物正常生長需求,導致控鹽、抑鹽效果不佳。膜下滴灌雙膜覆蓋技術具有節(jié)水、控鹽、保苗、增產的優(yōu)點,在沙塵暴、冰雹、大風等極端天氣頻繁的南疆地區(qū),雙膜覆蓋技術的應用更能夠有效防止自然災害發(fā)生[4],現(xiàn)已在新疆干旱鹽堿化地區(qū)大面積推廣[5]。開展新型農業(yè)節(jié)水技術研究,制定高效的節(jié)水灌溉制度成為保證南疆農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一?！厩叭搜芯窟M展】張迎春等[6]、王克全等[7]對不同灌水梯度下作物生長狀況及產量進行研究發(fā)現(xiàn),隨灌溉定額增加棉花株高、莖粗、葉面積指數(shù)及干物質累積量呈逐漸增加趨勢,棉花的百鈴質量、籽棉產量也逐漸增大,產量逐漸增高。汪保華等[8]、張玲等[9]通過對不同鹽分脅迫條件下作物葉綠素熒光參數(shù)的研究發(fā)現(xiàn),隨鹽分濃度增加鹽分脅迫幼苗影響愈加顯著。王可玢等[10]研究發(fā)現(xiàn)隨水分脅迫程度增加作物葉綠素熒光參數(shù)被抑制程度逐漸增加,使作物光合作用逐漸減弱?！颈狙芯壳腥朦c】目前南疆大部分地區(qū)棉花生育期采用灌水量遠大于生長所需,造成水分資源嚴重浪費,并且前人對于不同水分處理條件下棉花生理、生長狀況及產量的研究主要集中在冬、春灌或膜下滴灌單膜覆蓋技術,對于雙膜覆蓋條件下不同干播濕出水分處理棉花相關研究還未見報道,且不同干播濕出水分處理棉花生理、生長規(guī)律不清,相關灌溉制度研究還有待進一步探明和完善。【擬解決的關鍵問題】以棉花品種源棉11號為材料,研究雙膜覆蓋條件下不同干播濕出水分處理對棉花生理、生長狀況、群體生理指標及棉花產量影響,分析最適宜棉花生長的水分處理,結合出苗率情況完善適宜棉花出苗、生長的水分管理制度,為當?shù)氐霓r業(yè)生產提供指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020年11月～2021年10月在新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣海樓鎮(zhèn)(N 41.22°,E 82.78°)進行。海拔986 m,平均年降水量約為50 mm,年蒸發(fā)量約為2 000 mm,年平均氣溫10.7℃左右,常年平均日照3 031.2 h,日照充足,降水稀少,氣候干燥,晝夜溫差大,屬于溫帶大陸性氣候。試驗區(qū)耕作層土壤為砂壤土,土壤容重為1.42 g/cm3,田間持水率為25.19%(體積含水率),土壤含鹽量為1.81 g/kg,地下水埋深3.8 m左右。表1

試驗選取當?shù)仄毡榉N植的棉花品種源棉11號為供試作物。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

于2021年4月18日播種,采用1膜3管6行的種植模式,寬、窄、間行距離分別為66、10、46 cm,采用機械對各處理進行雙膜覆蓋。共設置6個處理,其中設置雙膜覆蓋條件下5個干播濕出不同水分處理(S1、S2、S3、S4、S5),1個當?shù)囟鄬φ仗幚?CK),冬灌處理于2020年11月15日灌水,灌水定額為2 700 m3/hm2。每個處理3個重復,共18個小區(qū),每個小區(qū)之間設置保護行為1 m,每小區(qū)面積為60 m2,各處理施肥水平及農藝措施一致,灌溉水為地表水,滴頭流量為2.1 L/h,滴頭間距30 cm。表2,圖1

表1 土壤粒徑

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 株高、莖粗及干物質累積量

在棉花不同生育期階段,每個小區(qū)隨機選取長勢一致的3株棉花,分別用卷尺和游標卡尺測量株高(cm)和莖粗(mm),其中株高為子葉節(jié)至最高生長點的距離,打頂后為子葉節(jié)至打頂后最高果枝基部的距離;將所取植株樣棉花從莖基部處與地下部分分離,去掉表面的塵土后將各器官分離,放入烘箱在105℃下殺青0.5 h,70℃烘干至恒質量,冷卻后,用電子天平稱其質量。

1.2.2.2 群體生理指標

在各小區(qū)連續(xù)選取10株棉花分別在整個生育期進行群體生理指標監(jiān)測。各處理群體生理指標包括葉面積指數(shù)、群體光合勢及群體凈同化率。

(1)葉面積指數(shù)=單株葉面積×單位土地面積株數(shù)/單位土地面積;

(2)群體光合勢=[(L2+L1/2)]÷(T2-T1).

(3)群體凈同化率=(M2-M1)/(T2-T1)×(lnL2-lnL1)÷(L2-L1).

式中,L1和L2分別為T1、T2時間的葉面積(m2/hm2);M1、M2分別為T1、T2的干物質積累量(g/m2)。

1.2.2.3 棉花葉片葉綠素熒光參數(shù)

采用Mini-PAM熒光儀(Walz,Germany)測定不同水分處理下整個生育期棉花頂二葉的光下最小熒光產量(Fo′)、光下最大熒光產量(Fm′)、有效光化學量子產量(Fv′/Fm′)、實際光化學量子產量(Yield)及光化學淬滅系數(shù)(qP)。各水分處理隨機選取長勢均勻的棉花植株3株,選擇晴朗無云或少云天氣,重復測定3次,取其平均值。從苗期開始每15 d檢測1次葉綠素熒光日變化,測試時間08:00～20:00,每隔2 h測試1次。

表2 棉花生育期灌水

圖1 種植方式和滴灌帶布置

1.2.2.4 棉花產量

在各小區(qū)隨機挑選3個1 m×1 m大小的樣方,稱量吐絮籽棉產量,并測得百鈴質量、株數(shù)和單株有效鈴數(shù),產量及其構成要素取3個小區(qū)平均值。每小區(qū)取50鈴測定棉花單鈴重及衣分,并實收小區(qū)產量計產。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2020和Origin 2016軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、繪圖;使用SPSS 25.0對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性方差分析及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 灌溉定額及滴水頻次對棉花生長指標影響

2.1.1 不同水分處理對棉花株高的影響

研究表明,各處理棉花生育期株高生長過程大致相同,棉花苗期至花期主要為營養(yǎng)生長,株高生長較為迅速,各處理生長速度分別為S10.98、S20.99、S31.04、S41.10、S51.15、CK 1.15 cm/d。棉花鈴期至吐絮期主要為生殖生長,株高生長較為緩慢,在人工打頂以后,棉花株高幾乎不生長,在吐絮期時基本趨于穩(wěn)定,各處理吐絮期株高分別為S178.12、S280.17、S384.40、S489.00、S592.97和CK 92.10 cm。

苗期時不同水分處理間棉花株高差異性顯著(P<0.05),隨灌溉定額增加株高逐漸降低,S1處理株高顯著大于S2和S3處理,大小分別為19.7、16.9和16.4 cm;隨滴水頻次增加株高逐漸降低,S3處理顯著大于S4和S5處理,其中S4和S5處理株高較低,大小分別為14.5和13.7 cm。隨生育期推進,棉花需水量逐漸增加,因灌水定額及滴水頻次不同導致棉花株高差異性逐漸增大。蕾期至吐絮期時隨灌溉定額增加株高逐漸增大,表現(xiàn)為S1S4≈S3,CK與S5處理間無顯著差異且顯著大于其余各處理。圖2

注:S1、S2、S3分別表示干播濕出灌溉定額為675、900、1 125 m3/hm2處理,S3、S4、S5分別表示干播濕出滴水頻次為1次、2次、3次滴水處理,CK表示冬灌對照處理;不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05),下同

2.1.2 不同水分處理對棉花莖粗的影響

研究表明,隨生育期推進莖粗逐漸增大,在吐絮期大小基本趨于穩(wěn)定,各處理莖粗大小分別為S19.28 mm、S29.45 mm、S310.11 mm、S410.86 mm、S511.25 mm、CK 11.44 mm。苗期時,各處理莖粗差異性較小,隨著生育期推進,棉花因灌水定額及滴水頻次不同導致莖粗差異性逐漸增大。隨著灌水定額的增加株高逐漸增大,表現(xiàn)為S1

圖3 不同水分處理下棉花莖粗變化

2.1.3 不同水分處理對棉花干物質累積量影響

研究表明,隨生育進程推進各處理棉花干物質累積量呈逐漸增大趨勢。其中,吐絮期干物質累積量最大,占總干物質量的49.7%～51.06%,苗期干物質累積量僅占總干物質量的0.68%～0.9%。苗期至蕾期棉花干物質累積量增長較為緩慢,占總干物質量的4%～4.73%;花期至吐絮期棉花干物質累積量迅速增加,占總干物質量的95.27%～96%。

苗期時,各灌水定額處理中S1及CK處理棉花生長更為迅速,干物質累積量顯著大于S2和S3處理,表現(xiàn)為CK≈S1>S2>S3;各滴水頻次處理中S5處理與S3、S4及CK處理相比生長較為緩慢,棉花干物質累積量較小,表現(xiàn)為CK>S3>S4>S5。蕾期至吐絮期時,各灌水定額處理中S3較大灌水量處理干物質累積量顯著大于S1和S2處理,CK顯著大于各灌水定額處理;各滴水頻次處理中S5高頻次處理干物質累積量顯著大于S3和S4處理,S5與CK處理間無顯著差異。圖4

圖4 不同水分處理下棉花干物質累積量變化

2.2 不同水分處理對棉花群體生理指標的影響

研究表明,雙膜覆蓋條件下各干播濕出處理棉花播種后22 d出苗率分別為S181.8%、S274.7%、S367.7%、S470.1%、S579.5%,各處理棉花出苗率的不同使棉花群體結構、光合生理特性及資源利用效率呈現(xiàn)差異性,對棉花的個體及群體生理、生長指標都有影響。

各處理群體凈同化率整個生育期變化趨勢大致相同,隨生育期推進呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。在棉花生長前期,各處理棉花群體凈同化率差異性較小,隨著生育期推進,各灌水定額處理群體凈同化率增速逐漸減小,各滴水頻次處理增速逐漸增大,在播種后108 d左右凈同化率達到峰值。其中,各灌水定額處理群體凈同化率峰值大小隨灌溉定額的增加逐漸變大,CK冬灌處理顯著大于各灌水定額處理,表現(xiàn)為CK>S3>S2>S1。隨滴水頻次增加群體凈同化率逐漸增大,CK與S5處理間無顯著差異,表現(xiàn)為CK≈S5>S4>S3。高滴水頻次處理生育期群體凈同化率增長更快,峰值較大,更有助于棉花光合能力的提升,加快棉花同化物及干物質的積累。

隨生育期推進各灌水定額處理群體光合勢呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在播后108 d左右達到最大值。隨著灌溉定額增加群體光合勢峰值逐漸增大,表現(xiàn)為S3>S2>S1,S3、S2、S1與CK處理相比,群體光合勢峰值分別降低22.95%、29.39%、37.11%。隨著滴水頻次的增加,群體光合勢峰值逐漸增大,表現(xiàn)為S5>S4>S3,S5、S4、S3與CK處理相比,群體光合勢峰值分別降低5.56%、16.24%、27.27%。S5與CK處理群體光合勢更為接近,較高灌水定額及滴水頻次處理(S5)群體光合勢峰值更大,葉片光合能力更強,更有利于后期干物質的積累和產量的提高。

苗期時,各干播濕出處理葉面積指數(shù)均大于冬灌對照處理。尤其是各灌水定額處理,葉面積指數(shù)均顯著大于CK對照處理,且隨灌溉定額的增加葉面積指數(shù)逐漸減小,表現(xiàn)為S1>S2>S3>CK;各滴水頻次處理間葉面積指數(shù)差異性較小,表現(xiàn)為S3≈S4≈S5>CK。隨著生育期推進各干播濕出處理葉面積指數(shù)增長逐漸變慢,CK處理增長逐漸加快,且各處理葉面積指數(shù)在播后108 d左右達到峰值。隨灌水定額的增加葉面積指數(shù)峰值逐漸增大,表現(xiàn)為S3>S2>S1,與CK處理相比,分別降低23.26%、32.29%、30.21%。隨滴水頻次的增加葉面積指數(shù)峰值逐漸增大,表現(xiàn)為S5>S4>S3,與CK處理相比,分別降低7.29%、15.63%、23.26%。棉花生長前期S1與CK對照處理葉面積指數(shù)更為接近,棉花生長后期S5處理葉面積指數(shù)與CK更為接近,較低的灌水定額對棉花前期生長具有促進作用,高滴水頻次、較大灌水定額對棉花后期生長有顯著促進作用。圖5

2.3 不同水分處理對棉花幼苗葉綠素熒光參數(shù)的影響

2.3.1 不同水分處理對葉片F(xiàn)o′及Fm′參數(shù)影響

研究表明,苗期不同水分處理下棉花光下最小熒光產量(Fo′)及光下最大熒光產量(Fm′)的大小情況。Fo′值隨灌溉定額及滴水頻次增加呈逐漸增大趨勢,其中S5處理Fo′值最大,S1和S2處理Fo′值較小,與CK處理相比S5處理Fo′值更為接近,其余處理均顯著小于CK。不同水分處理對于棉花幼苗Fo′值影響顯著,高頻次處理(S5)Fo′值較大,葉綠素濃度更高,作物光合作用形成的產物越多。隨灌溉定額增加Fm′值逐漸增大,表現(xiàn)為S1

2.3.2 不同水分處理對棉花幼苗葉片F(xiàn)v′/Fm′和Yield值的影響

研究表明,Fv′/Fm′值隨灌溉定額及滴水頻次增加呈逐漸增大趨勢,其中S1處理Fv′/Fm′值顯著小于其余各處理,S5處理Fv′/Fm′值與S4處理差異性較小且顯著大于其他各處理,S5與CK處理相無顯著差異。表明Fv′/Fm′值因不同水分處理呈現(xiàn)顯著差異,S1處理受到水分脅迫導致Fv′/Fm′值下降較大,水分脅迫抑制光化學PSⅡ原初光能捕獲效率,導致棉花葉片有效光化學量子產量減少,反之S5與CK處理由于灌水定額較大,Fv′/Fm′值因水分脅迫影響較小。

Yield值大小受不同水分處理影響相比Fv′/Fm′值更為顯著,隨灌水定額增加Yield值逐漸增大,表現(xiàn)為S1

各干播濕出不同水分處理間Fv′/Fm′與Yield值變化趨勢大致相同。表3

圖5 不同灌溉定額及滴水頻次處理影響下棉花群體生理指標變化趨勢

圖6 不同水分處理下Fo′和Fm′值變化

表3 不同水分處理棉花幼苗葉綠素 熒光參數(shù)Fv′/Fm′和Yield值的 方差及多重比較

2.3.3 不同水分處理對棉花幼苗葉片光化學淬滅系數(shù)的影響

研究表明,不同灌溉頂定額處理間qP值差異性較大,隨灌溉定額增加qP值逐漸增加,表現(xiàn)為S1

圖7 不同水分處理下棉花幼苗qP值變化

2.4 不同水分處理下葉綠素熒光參數(shù)與生長指標相關性

2.4.1 不同水分處理葉綠素熒光參數(shù)與葉面積指數(shù)相關性

研究表明,棉花葉面積指數(shù)與熒光參數(shù)Fo′、Fm′、Yield、Fv′/Fm′、qP之間呈現(xiàn)良好的相關關系,其中葉面積指數(shù)與Fo′、Fm′相關系數(shù)大于0.85,與Yield、Fv′/Fm′參數(shù)間相關系數(shù)間在0.7以上,且P<0.01,均呈現(xiàn)極顯著相關;而與qP參數(shù)間相關系數(shù)為0.510,相關性較小,且P<0.05,表現(xiàn)為顯著相關。以葉綠素熒光參數(shù)Fo′、Fm′、Yield、Fv′/Fm′、qP為自變量(x),棉花群體葉面積指數(shù)為因變量(y),各葉綠素熒光參數(shù)決定系數(shù)(R2)在0.214～0.737,其中Fm′決定系數(shù)R2相對較高,與葉面積指數(shù)模型擬合程度較好。圖8,表4

圖8 Fm′實際值與葉面積指數(shù)預測值擬合

2.4.2 不同水分處理葉綠素熒光參數(shù)與地上干物質累積量相關性

研究表明,各處理棉花地上干物累積量與葉綠素熒光參數(shù)Fo′、Fm′、Yield、Fv′/Fm′、qP間相關系數(shù)分別為0.636、0.593、0.635、0.592、0.322,其中與Fo′、Yield參數(shù)間相關性最為顯著,與qP參數(shù)間無顯著相關。將各葉綠素熒光參數(shù)與地上干物質累積量構建線性回歸模型,棉花地上干物質累積量與葉綠素熒光參數(shù)Fo′、Fm′、Yield、Fv′/Fm′、qP擬合模型決定系數(shù)在0.048～0.367,其中與Fo′參數(shù)間決定性系數(shù)最大,Fo′參數(shù)可估測棉花地上干物質累積量信息。表5,圖9

表4 葉面積指數(shù)與葉綠素熒光參數(shù)相關性

表5 地上干物質累積量與葉綠素熒光參數(shù)相關性

2.5 灌溉定額及滴水頻次對棉花產量及灌溉水分生產效率的影響

研究表明,不同水分處理棉花產量存在顯著差異(P<0.05)。隨灌溉定額增加棉花產量呈遞增趨勢,隨滴水頻次增加產量逐漸升高,其中S5高頻次處理棉花產量最高為5 543.3 kg/hm2,S1處理棉花產量最低為4 252.3 kg/hm2。S1、S2、S3灌溉定額處理較CK處理分別減少27.7%、23.10%、17.18%,S3、S4、S5滴水頻次處理較CK處理分別減少17.18%、9.95%、5.85%,S5處理與CK處理之間無明顯差異。不同灌溉定額處理間灌溉水分生產效率無明顯差異,各滴水頻次處理中,隨滴水頻次增加各處理灌溉水分生產效率逐漸升高。其中S5處理灌溉水分生產效率最高為1.61 kg/m3,較CK處理提高27.3%,S2處理灌溉水分生產效率最低為1.41 kg/m3,較CK處理提高17.0%。表6

圖9 Fo′實際值與地上干物質量預測值擬合結果

表6 不同水分處理棉花產量及水分生產效率

3 討 論

不同出苗率條件下作物的光照、透氣性等自然環(huán)境資源分配具有一定差異,進而影響植株的光合作用及干物質積累,使棉花群體光合勢(LAD)、群體凈同化率(NAR)、葉面積指數(shù)(LAI)等群體指標受到影響[11]。葉面積指數(shù)常常被用作評價作物營養(yǎng)生長與生殖生長協(xié)調性的一個重要指標[12]。Fo′是葉片不經過暗適應在光下直接測得,當開放的PSⅡ最大熒光產量平穩(wěn)時得到的最小熒光產量,與葉綠素濃度有關[13]。Fm′是指光適應下的最大熒光產量,也可反應作物光下通過PSⅡ的實際電子傳遞情況[14]。Fv′/Fm′與Yield兩者都是表征PSⅡ將吸收光能轉化為化學能的效率。Fv′/Fm′為PSⅡ有效光化學量子產量,反應開放的PSⅡ反應中心原初光能捕獲效率,數(shù)值越低表明植物受到環(huán)境因子的脅迫程度越高[15]。Yield值主要反應光下植物在PSⅡ部分關閉情況下實際原初光能捕獲效率,用來衡量植物光合電子傳遞的量子產量,可作為植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對指標,Yield值越高更能促進碳同化的高效運轉和有機物的積累[16]。qP為葉片光化學淬滅系數(shù),表示PSⅡ天線色素吸收的光能用于暗反應固定能量的部分,qP值越高表示PSⅡ的電子傳遞活性越大,光能中轉變?yōu)榛顫娀瘜W能的能量越多,植物對光能的利用效率也越高[17]。試驗研究表明,苗期時,隨著灌溉定額增加棉花個體生長指標逐漸降低,生長受到抑制,較小的灌水定額處理(S1)生長更為迅速;而蕾期至吐絮期時則相反,較大的灌水定額對棉花生長促進作用更強。與王娟等[15]、張迎春等[7]對灌溉定額調控下棉花生長特性監(jiān)測結果一致。水分是控制棉花生長的重要因素,苗期時棉花需水量小,根系生長土層較淺,在試驗地土壤鹽分含量較低的情況下,土壤水分含量及溫度成為促進棉苗生長的重要決定作用[16],而水分含量過大會導致土壤溫度的降低,使棉花生長減緩。隨著生育期推進,棉花因蒸騰、蒸發(fā)作用需水量逐漸增大,且根系生長土層更深,水分含量較小則無法滿足作物正常生長需水,因此土壤水分含量成為保證棉花生長的重要條件。楊九剛等[17]通過對低、中、高3種灌水頻次處理棉花生長指標監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn),高頻次處理對于棉花生長有促進作用,與試驗有關滴水頻次處理研究相符。可能是因為高頻次處理每次灌水定額逐漸減小,相比低頻次處理深層滲漏水分較小,棉花主根區(qū)土層含水率較大,擁有更適合棉花生長的土壤水分環(huán)境。

趙波等[18]通過對不同滴灌定額處理棉花群體生理指標研究表明,灌水定額處理越大棉花群體生理指標明顯更高,更有利于棉花干物質積累以及最終產量的提高。試驗研究與之相同,隨灌水定額增加棉花群體生理指標逐漸升高,在不同滴水頻次處理中,高頻次處理(S5)群體生理指標較大。試驗中不同水分處理通過影響土壤水、熱、鹽環(huán)境使棉花出苗率呈現(xiàn)差異性可能是導致群體生理指標呈現(xiàn)顯著差異的主要原因。在不同灌水定額處理中,大水量處理出苗率較低,棉花群體結構受到一定影響,棉花冠層透氣性、光照等自然資源更豐富,促進了棉花前期光合作用及干物質量生成。而不同滴水頻次處理出苗率差異性相對較小,主根區(qū)的土壤水分環(huán)境則成為棉花群體生理指標的決定因素。作物正常生長狀態(tài)下,葉片吸收的光能主要通過光合作用、葉綠素熒光及熱耗散3種途徑消耗,3種途徑相互聯(lián)系,有著此消彼長的關系[19],通過葉綠素熒光參數(shù)研究可以有效反映作物光合作用及熱耗散情況[20]。黃艷萍等[21]研究發(fā)現(xiàn)土壤水分脅迫對葉片初始熒光(F0)、最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)、PSⅡ電子傳遞量子產率(ΦPSⅡ)均有顯著影響(P<0.05),并且隨著土壤水分脅迫強度增大和脅迫時間的延長,葉片光化學效率(Fv/Fm)呈下降趨勢。吳甘霖等[22]研究同樣發(fā)現(xiàn),隨干旱脅迫程度加劇,葉片最大熒光產量(Fm)、PSⅡ原初光能轉化效率(Fv/Fm)、PSⅡ實際光化學效率(Yield)都隨干旱脅迫的加劇而下降,與試驗研究結果相符,隨灌溉定額及滴水頻次減小,棉花幼苗各葉綠素熒光參數(shù)呈逐漸降低趨勢。土壤含水率大小可能是影響葉片葉綠素熒光參數(shù)的主要原因。在土壤溫度、電導率環(huán)境適宜情況下,土壤含水率大小則成為影響葉綠素熒光參數(shù)的主要因素,低灌水定額處理(S1)土壤表層含水率明顯較小,無法滿足作物正常需水,因此在土壤水分脅迫下各葉綠素熒光指標逐漸降低,而隨著灌水定額增加,葉片葉綠素熒光參數(shù)逐漸增大,隨灌水定額增加水分脅迫程度逐漸減小。這與劉瑞顯[23]、丁怡人[24]等研究結果相一致,大水量高頻次處理(S5)對棉花葉綠素熒光參數(shù)增加有促進作用,能有效提高葉片光合作用能力。qP是作物的一種自我保護機制,對光合機構起到一定的保護作用,楊瑩攀等[25]研究發(fā)現(xiàn)隨灌水定額減小qP值呈逐漸降低趨勢,與試驗研究相符,較小的灌水定額會使葉片PSⅡ反應中心的開放程度減小?？赡苁怯捎谒置{迫使氣孔導度降低,從而使葉片PSⅡ反應受到影響,導致棉花作物光合能力降低,生長速度變慢。

研究結果表明,隨灌溉定額增加棉花產量逐漸提高,但各處理灌溉水分生產效率無顯著差異,隨滴水頻次增加棉花產量不斷提高,灌溉水分生產效率也逐漸提高。與江柱等[26]、王永東[27]有關不同灌水頻次對于棉花產量及灌溉水分生產效率的研究大致相同,高頻次處理棉花產量較大,灌溉水分生產效率更高。各干播濕出處理棉花播種后22 d出苗率分別為S181.8%、S274.7%、S367.7%、S470.1、S579.5%,研究顯示,較小出苗水量處理(S1)棉花出苗率高但最終產量較低,較大出苗水量(S3)處理棉花出苗率低但最終產量較高,而較小出苗水量、高頻次處理(S5)出苗率及產量均較高?？赡苁敲藁ǔ雒缏实牟煌瑢е氯后w結構產生差異性,進而改變植株的形態(tài)特征、冠層透光率及通風條件,使棉花群體光合生理指標及植株干物質積累量受到影響,最終影響棉花產量。因此,適宜土壤環(huán)境條件下,出苗水宜小、滴水頻次宜高,這樣在保證出苗率的同時也能充分發(fā)揮個體增產潛力,提高最終產量大小。

4 結 論

4.1隨灌溉定額增加,在苗期至吐絮期呈先減小后升高的趨勢,其中冬灌對照處理(CK)與低灌水定額處理(S1)在苗期無顯著差異,與高灌水定額處理(S3)在蕾期至吐絮期差異性較小。隨滴水頻次增加,在苗期至吐絮期呈顯著升高趨勢,其中冬灌對照處理(CK)與高滴水頻次處理(S5)差異性較小。較小灌水定額對棉花前期生長有一定的促進作用,但隨生育期推進,植株需水量增大,較大灌水定額及滴水頻次對棉花生長促進作用更強。

4.2隨灌溉定額增加葉綠素熒光參數(shù)呈顯著降低趨勢,其中冬灌對照處理(CK)顯著大于各灌水定額處理。隨滴水頻次增加葉綠素熒光參數(shù)逐漸增加,其中冬灌對照處理(CK)與高滴水頻次處理(S5)熒光參數(shù)差異性較小。低出苗水量、高滴水頻次處理(S5)更能促進棉花幼苗葉片光能轉換,提升葉片光合作用能力。建立葉綠素熒光參數(shù)與棉花生理、生長指標相關性模型可得,Fm′值與棉花群體葉面積指數(shù)呈良好線性關系,Fo′值與干物質累積量建立的相關性模型決定系數(shù)較高,因此通過葉片葉綠素熒光參數(shù)對棉花生理、生長指標進行預測分析具有一定的可行性。

4.3隨灌溉定額及滴水頻次增加棉花群體生理指標呈逐漸升高的趨勢,其中冬灌對照處理(CK)與高滴水頻次處理(S5)差異性較小且顯著大于各干播濕出處理。高滴水頻次處理棉花能顯著促進棉花群體生理指標的提升,為最終產量提高奠定基礎。各干播濕出處理中高滴水頻次處理(S5)棉花產量及灌溉水分生產效率顯著較高,與冬灌對照處理相比,產量大小無顯著差異,灌溉水分生產效率提高26.7%。雙膜覆蓋條件下不同干播濕出水分處理中,低出苗水、高滴水頻次處理(S5)對于棉花生長促進作用更強,作物產量更高,且有較高的灌溉水分生產效率。