不同水分條件下黑膜覆蓋和根際促生菌對棉花生理特性與產(chǎn)量的影響

摘要：本研究旨在探討黑膜覆蓋和根際促生菌（PGPR）在不同水分條件下對棉花生長、生理特性及纖維品質(zhì)的影響。2022年大田試驗在充分灌溉（W1）和覆白膜（M1）條件下設(shè)置了施用0（W1B0M1）、3（W1B1M1）、6 mL?株-1（W1B2M1）和9 mL?株-1（W1B3M1）四個濃度PGPR處理，2023年大田試驗在充分灌溉（W1）條件下設(shè)置了覆白膜處理（W1B0M1）、黑膜處理（W1B0M2）和3 mL?株-1的PGPR（W1B1M1）處理，在水分虧缺（W2）條件下設(shè)置了覆白膜處理（W2B0M1）和3 mL?株-1的PGPR（W2B1M1）處理，監(jiān)測與分析了不同試驗處理對棉花植株水勢、株高、莖粗、果枝數(shù)、棉鈴數(shù)及干物質(zhì)積累的影響。結(jié)果表明：相比充分灌溉不加菌，充分灌溉條件下施用PGPR在一定程度上能夠平衡棉花植株營養(yǎng)和生殖生長；黑膜覆蓋增強了地下部分生長，對棉花產(chǎn)量與品質(zhì)的形成產(chǎn)生負效應(yīng)；水分虧缺顯著降低了植株籽棉產(chǎn)量，降幅為23.5%，對莖粗、棉鈴數(shù)、皮棉產(chǎn)量和最終的棉鈴干質(zhì)量沒有顯著影響。相比水分虧缺不加菌，水分虧缺條件下施加PGPR顯著提高了植株莖粗和棉鈴數(shù)，增幅分別為16.8%和57.7%，對株高、籽棉和皮棉產(chǎn)量沒有顯著影響。盡管各處理均降低了棉纖維上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度和馬克隆值，但其影響均不顯著。研究表明，低濃度PGPR（B1）在充分灌溉條件下顯著促進了棉花的生殖生長，而高濃度PGPR效果較弱。在水分虧缺條件下，PGPR改善了棉花的水分狀況并增強了抗旱性，盡管對產(chǎn)量有一定促進作用，但未達顯著性。此外，黑膜覆蓋通過升高土壤溫度抑制了棉花的生長和產(chǎn)量，尤其是籽棉和皮棉產(chǎn)量顯著下降。

關(guān)鍵詞：根際促生菌；水分虧缺；黑膜；棉花；纖維品質(zhì)；干物質(zhì)積累

中圖分類號：S562 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-6819（2025）01-0257-12 doi： 10.13254/j.jare.2024.0666

在全球范圍內(nèi)，干旱脅迫已成為干旱和半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一，嚴重影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量[1]。這些惡劣的干旱條件對糧食生產(chǎn)構(gòu)成了巨大威脅，尤其是在水資源有限的國家[2]。水構(gòu)成了植物鮮質(zhì)量的80%～95%，對于植物的生長、發(fā)育和新陳代謝至關(guān)重要[3]。因此，水分虧缺被認為是作物面臨的最主要的環(huán)境壓力之一。

棉花作為全球主要的天然纖維作物，占全球總纖維使用量的35%，對紡織工業(yè)至關(guān)重要[4]。然而，干旱嚴重影響了棉花的生產(chǎn)力和纖維品質(zhì)，威脅著棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5]。在許多棉花種植區(qū)，水分完全依賴降水，且降水不均勻，導(dǎo)致棉花常常面臨周期性干旱[6]，尤其是在開花和結(jié)鈴期，水分虧缺不僅影響產(chǎn)量，還降低了纖維品質(zhì)[7]。

地膜覆蓋技術(shù)是一種有效的農(nóng)田管理措施，通過在土壤表面覆蓋一層薄膜，可以顯著改善土壤的水熱條件，提高土壤溫度，減少水分蒸發(fā)，抑制雜草生長，從而促進作物的生長[8]。覆膜的顏色對其反射率和吸熱性能有顯著影響，進而影響到土壤表面的光照強度和溫度[9]。不同顏色的地膜在干旱條件下對棉花生長的影響也有所不同，透明膜的透光性好，可以顯著提高地溫，有利于早春播種和幼苗生長[10]；黑色膜吸熱性強，可以提高地溫，減少水分蒸發(fā)，抑制雜草生長，但可能會導(dǎo)致土壤過熱[11]；銀黑色膜反射率高，可以反射紫外線，減少某些害蟲的侵害，同時保持土壤濕度[12]。

近年來，植物根際促生細菌（PGPR）因其在緩解干旱脅迫和保護植物免受病害和非生物脅迫的影響[13]受到廣泛關(guān)注。PGPR是一類生活在植物根際的有益微生物，能夠通過直接或間接途徑促進植物生長。直接作用包括固氮、溶磷和解鉀等養(yǎng)分活化功能，以及通過分泌植物激素促進植物生長。間接作用則表現(xiàn)為抑制植物病害并促進植物在干旱等逆境中的生長[14]。研究表明，許多PGPR菌株能夠顯著提高植物的抗旱性，促進正常的生長發(fā)育，如克雷伯菌屬、假單胞菌屬、芽孢桿菌屬等[15]。這些菌株通過刺激根系生長、改變根系結(jié)構(gòu)、增加根表面積來增強植物對水分和養(yǎng)分的吸收，從而提高植物的抗旱能力[16]。

盡管PGPR 在緩解干旱脅迫方面表現(xiàn)出巨大潛力，但這一領(lǐng)域仍存在許多未解之謎。例如，目前大部分研究只關(guān)注了PGPR 在植物幼苗階段的促生長作用，但對于其在整個生長周期，尤其是生殖階段的長期效應(yīng)，研究仍不充分[17]。特別是PGPR通過促進生長來調(diào)節(jié)棉花營養(yǎng)生長和生殖生長平衡的機制尚不清楚。過度的營養(yǎng)生長可能會抑制生殖器官的發(fā)育，從而影響作物的最終產(chǎn)量[18]。此外，地膜覆蓋技術(shù)是西北棉花種植中重要的栽培措施，是解決干旱地區(qū)缺水和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的一項重要技術(shù)措施[19]，但生產(chǎn)上通常采用白膜。目前，棉花種植上覆黑膜研究主要集中在對棉花基本生長發(fā)育的影響[20]，對棉花產(chǎn)量品質(zhì)影響的研究很少。因此，本研究開展田間試驗，探究在不同水分條件下，PGPR和覆膜處理對棉花生理特性和產(chǎn)量的影響。重點研究了植株水勢（包括凌晨葉水勢和正午莖水勢）、生長參數(shù)、干物質(zhì)積累以及棉纖維產(chǎn)量和品質(zhì)等指標(biāo)的變化規(guī)律，旨在為棉花高效節(jié)水栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗在甘肅武威綠洲農(nóng)業(yè)高效用水國家野外科學(xué)觀測研究站（102°50′E，37°25′N，海拔1 581 m）試驗田中進行。該地區(qū)是大陸性溫帶干旱氣候，光熱充足，降雨量有限，水資源稀缺。地下水深度超過30 m，多年平均降水量為164 mm，水面蒸發(fā)量超過2 000mm。該地區(qū)年平均溫度為8 ℃，0 ℃以上的積溫超過3 350 ℃，年日照時間超過3 000 h，無霜期超過150 d[21]。

1.2 試驗設(shè)計與供試材料

2022 年大田試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，重點研究了不同濃度PGPR 對棉花生長的影響。試驗設(shè)置了4 個不同PGPR 施用水平：0（W1B0M1）、3（W1B1M1）、6 mL ? 株-1（W1B2M1）和9 mL ? 株-1（W1B3M1）。2023年大田試驗則采用了裂區(qū)試驗設(shè)計，主要關(guān)注水分處理與膜覆蓋的組合效應(yīng)，水分處理為主因素，設(shè)置了3 個因素：膜[白膜（M1）和黑膜（M2）]、水分[充分灌溉（W1）、水分虧缺（W2，充分灌溉處理灌水量的50%）]和菌劑[不施加PGPR（B0）、施加3 mL?株-1的PGPR（B1）]。試驗共設(shè)5個處理：充分灌溉下不加菌（W1B0M1）、充分灌溉下加3 mL·株-1的PGPR（W1B1M1）、充分灌溉下覆黑膜（W1B0M2）、水分虧缺（W2B0M1）和水分虧缺條件下施加3 mL·株-1的PGPR（W2B1M1）。

兩年大田試驗均在同一試驗田進行，土壤的平均容重為1.49 g?cm-3，田間持水量為19.8%（質(zhì)量含水率）。灌溉采用膜下滴灌，滴頭流量為2 L?h-1。2022年試驗采用一膜兩行、行距0.6 m、株距0.5 m的種植模式，而2023年根據(jù)2022年試驗結(jié)果和當(dāng)?shù)卦耘鄬嵺`經(jīng)驗，調(diào)整了種植密度，采用一膜兩行、行距0.8 m、株距0.35 m的種植模式，以優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，期望獲得更好的生長效果。2022年試驗在苗期（5月26日）人工施加PGPR，而2023年則在蕾期（7月13日）通過滴灌系統(tǒng)施加PGPR。兩年的大田試驗均裝有電子數(shù)顯水表，精確控制灌溉量，確保各處理之間灌水量的差異符合試驗要求。當(dāng)對照組土壤質(zhì)量含水率降至田間持水量的70%時，進行灌溉，水分虧缺處理灌水量為充分灌溉灌水量的50%，從7月29日開始水分虧缺，持續(xù)了60 d。

供試棉花品種為新陸早72號，種子首先在當(dāng)?shù)孛缙耘嘤劣酌纾_到35 d齡，然后分別于2022年5月23日和2023年6月1日移栽至大田種植。供試菌劑（PGPR）從山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的PGPR 實驗室獲得，包含以下成分：解淀粉芽孢桿菌SC2、韋勒氏芽孢桿菌DSYZ、干酪乳桿菌DY-3、釀酒酵母DY-4，其比例為50∶20∶15∶15。有效活菌數(shù)分別為：解淀粉芽孢桿菌SC2≥3×108 CFU?mL-1；韋勒氏芽孢桿菌DSYZ≥2×108CFU?mL-1；干酪乳桿菌DY-3≥1×108 CFU?mL-1；釀酒酵母DY-4≥3×107 CFU?mL-1。在實驗組中，PGPR被施用于棉花根際土壤，而對照組則施用等量的水。

1.3 樣品采集與測定方法

1.3.1 棉鈴取樣部位及時間

棉花植株在第一朵花開花后20 d進行打頂，移除12 果枝以上的枝條，并及時去除第1 果枝下面的枝條。標(biāo)記1～4果枝第1、2果位的開花日期，并通過滴灌灌溉系統(tǒng)進行施肥。樣本取自1～4 果枝的第1、2果位，每株取樣數(shù)不超過整株棉鈴數(shù)的3%。2022年棉鈴取樣分別在花后20、25、30、35、45、52、59 d和68d 進行，2023 棉鈴取樣分別在花后5、10、15、20、25、30、37、44、51 d和58 d采集棉鈴。在上午9：00之前剪取選定的果實樣品，立即裝入保溫盒中，并在約10min內(nèi)運至實驗室進行測量。

1.3.2 植株凌晨葉水勢和正午莖、葉水勢測量

使用SKPM1400 便捷式植物水勢壓力室測量黎明前葉水勢和正午莖水勢，指示植物葉片和莖稈的水分狀態(tài)。測量正午莖水勢前，將靠近棉花1～4果枝第1、2果位對位葉的葉片用錫箔袋遮蔽至少10 min，水勢測量通常在灌溉周期中間進行[22]。

1.3.3 植株形態(tài)指標(biāo)和干物質(zhì)積累測定

在植株不同生長發(fā)育階段（蕾期和花鈴期）將植株連根取回，先測量植株的株高、莖粗、葉片數(shù)、果枝數(shù)和棉鈴數(shù)，2022年試驗測量了植株的株高、莖粗、葉片數(shù)和果枝數(shù)，2023年測量了植株的株高、莖粗、葉片數(shù)和棉鈴數(shù)。然后，再將植株分解成根、莖、葉和棉鈴，放在85 ℃烘箱烘干。

1.3.4 棉鈴及其各部分（棉殼、棉籽和棉纖維）干質(zhì)量測量

將棉鈴從果柄上剪下，裝入自封袋，立即放入裝有冰袋的保溫盒中，在實驗室進行分解，將棉鈴分解成棉殼、棉籽和棉纖維三部分。然后，將分解好的棉鈴放入烘箱中，在85 ℃下烘干以得到棉鈴各部分干質(zhì)量。

1.3.5 棉纖維產(chǎn)量和品質(zhì)測量

棉鈴?fù)滦跄┢?，在大田中收集每個實驗小區(qū)吐絮的棉鈴，曬干后測量籽棉質(zhì)量，然后用軋花機處理后測量皮棉質(zhì)量。扎花后測定棉纖維品質(zhì)，包括纖維整齊度指數(shù)、斷裂比強度、馬克隆值、伸長率和上半部平均長度[23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

進行單因素方差分析以檢驗處理、發(fā)育階段及其交互作用對植株的水分狀況、生長發(fā)育、干物質(zhì)積累和棉纖維產(chǎn)量品質(zhì)的影響。統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)處理在R4.3.2中進行，繪圖在Oringin 2021中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同試驗處理下棉花植株的水分狀況

2022年大田植株的凌晨葉水勢（圖1a）變化范圍在-0.54～-0.27 MPa之間，植株正午莖水勢（圖1b）的變化范圍在- 1.08～ - 0.43 MPa 之間。W1B1M1、W1B2M1和W1B3M1處理植株的凌晨葉水勢在生育期內(nèi)變化趨勢相似，整體均呈下降趨勢，相較于W1B0M1，先增高后降低，最后再次上升。具體表現(xiàn)為：移栽62 d 后（蕾期），W1B1M1、W1B2M1 和W1B3M1處理植株的凌晨葉水勢分別比W1B0M1增加16.2%、18.4% 和12.9%；正午莖水勢分別增加31.4%、24.9% 和44.5%。移栽75 d 后（花鈴中期），W1B2M1和W1B3M1處理植株的凌晨葉水勢分別比W1B0M1降低24.9% 和11.5%；正午莖水勢分別增加14.4% 和0.2%。移栽85 d 后（花鈴后期），W1B1M1、W1B2M1和W1B3M1處理植株的凌晨葉水勢分別比W1B0M1增加14.7%、16.1% 和20.6%；正午莖水勢分別降低41.7%、24.5%和23.5%。

2023年試驗中植株凌晨葉水勢（圖1c）變化范圍為-0.7～-0.1 MPa，植株正午莖水勢（圖1d）變化范圍為-1.4～-0.6 MPa。相比W1B0M1處理，W1B0M2處理降低了植株移栽后65～90 d的植株凌晨葉水勢，以及降低了植株各個階段的正午莖水勢；W2B0M1處理降低了花鈴期（移栽后64～105 d）植株凌晨葉水勢和正午莖水勢。移栽53 d后，相比W1B0M1處理，W1B1M1處理的植株凌晨葉水勢和正午莖水勢分別增加了6.1%和11.6%。在移栽64 d后，W1B1M1處理的植株莖水勢低于W1B0M1處理；凌晨葉水勢在移栽64～85 d后低于W1B0M1處理，移栽85～103 d后又高于W1B0M1處理。相比W2B0M1處理，W2B1M1處理能夠增加植株凌晨葉水勢和正午莖水勢。例如，在移栽75 d（花鈴期）后，相比W2B0M1處理，W2B1M1處理使得植株凌晨葉水勢和正午莖水勢分別增加了27.3%和23.4%。

2.2 不同試驗處理對棉花植株株高、莖粗、果枝數(shù)和棉鈴數(shù)的影響

2022年大田試驗結(jié)果表明，施加不同濃度的PGPR對各生育期植株的株高和莖粗均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）（圖2a、b）。在W1B1M1處理下，植株的果枝數(shù)與W1B0M1處理相比顯著增加了15.4%（Plt;0.05）（圖2c）。然而，隨著菌劑濃度的進一步增加，果枝數(shù)的增幅逐漸減小；在W1B2M1和W1B3M1處理下，果枝數(shù)較W1B0M1處理均增加8.3%，且未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）（圖2c）。2023年試驗中，與W1B0M1處理相比，W1B0M2 處理使植株的莖粗下降了5.3%，株高和棉鈴數(shù)分別增加8.2% 和3.4%，但均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）；水分處理開始后一個月（花鈴期，2023/09/17），W2B0M1處理對植株株高、莖粗和棉鈴數(shù)均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）。W1B1M1 處理相比W1B0M1處理對花鈴期（2023/09/17）植株的株高、莖粗和棉鈴數(shù)未產(chǎn)生顯著性影響（Pgt;0.05）。與W2B0M1處理相比，W2B1M1 處理對植株株高未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05），莖粗和棉鈴數(shù)分別顯著增加了16.8%和57.7%（Plt;0.05）（圖2d、e、f）。

2.3 不同試驗處理對棉花植株根、莖、葉和棉鈴干質(zhì)量積累的影響

2022年大田試驗表明，各處理根、莖和棉鈴干質(zhì)量隨著棉花的生長發(fā)育不斷積累，而葉片干質(zhì)量積累在發(fā)育后期有所下降。與W1B0M1 處理相比，W1B1M1和W1B3M1處理對植株根、莖、葉和棉鈴干質(zhì)量累積均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）；W1B2M1 處理雖然對植株根、莖和棉鈴干質(zhì)量無顯著性影響（Pgt;0.05），但葉片干質(zhì)量顯著增加了41.9%（Plt;0.05）（圖3a、b、c、d）。2023年試驗中，棉鈴發(fā)育初期（2023/08/16），與W1B0M1 處理相比，W1B1M1 和W1B0M2 處理對植株根、莖、葉和棉鈴干質(zhì)量均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）；W2B0M1處理雖然對植株根、莖和棉鈴干質(zhì)量未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05），但葉片干質(zhì)量顯著下降了30.6%（Plt;0.05）（圖3e、f、g、h）。與W2B0M1處理相比，W2B1M1 處理下植株的根、莖、葉和棉鈴干質(zhì)量分別增加了16.4%、28.3%、27.3% 和2.9%，但均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）。棉鈴發(fā)育后期（2023/09/17），與W1B0M1 處理相比，W1B0M2 和W2B0M1處理對植株根、莖和棉鈴干質(zhì)量均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05），但葉干質(zhì)量積累分別顯著下降了31.8%和23.7%（Plt;0.05）；W1B1M1處理對植株根和莖干質(zhì)量未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05），但葉和棉鈴干質(zhì)量分別顯著增加了38.1% 和31.8%（Plt;0.05）。而與W2B0M1 處理相比，W2B1M1 處理下植株根和莖干質(zhì)量分別顯著增加了53.8% 和112.7%（Plt;0.05），對葉和棉鈴干質(zhì)量未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）（圖3e、f、g、h）。

2.4 不同試驗處理對棉鈴鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、含水率及各組成部分干物質(zhì)占比的影響

大田試驗表明，棉鈴鮮質(zhì)量均呈現(xiàn)“S”型曲線增長，開花后5～25 d左右棉鈴鮮質(zhì)量的增長速率最快，此后棉鈴鮮質(zhì)量趨于穩(wěn)定（圖4a、d）。所有處理平均來看，棉鈴干質(zhì)量的增長分為開花后0～20 d 左右和開花后25～58 d左右兩個階段，前面一個階段干質(zhì)量呈“S”型曲線增長，后一階段呈線性增長（圖4b、e）。棉鈴含水率在開花后10 d左右達到峰值，此后棉鈴含水率逐漸下降，從88% 左右下降到65% 左右（圖4c、f）。2022 年大田試驗表明，開花后44～68 d，相比W1B0M1處理，W1B1M1處理下棉鈴平均鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和含水率分別增加了7.6%、4.4%和0.04個百分點；W1B2M1處理下棉鈴平均鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別增加了2.4%和3.9%，而棉鈴平均含水率下降了0.37個百分點；W1B3M1處理下棉鈴平均鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和含水率增加了6.8%、6.9%和0.24個百分點。2023年大田試驗表明，開花后44～58 d，不同水分和菌劑處理影響著棉鈴的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和含水率。相比W1B0M1處理，W2B0M1處理下棉鈴平均鮮質(zhì)量和含水率分別降低了3.5%和1.73個百分點，但平均干質(zhì)量增加了0.6%；W1B1M1 處理使棉鈴平均鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別降低了2.3%和3.6%，而平均含水率增加了0.42個百分點。相比W2B0M1處理，W2B1M1處理使棉鈴平均鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和含水率分別下降了6.7%、4.9%和0.92個百分點。

大田試驗表明，隨著棉鈴的發(fā)育，棉殼的干物質(zhì)占比從70% 左右下降到20% 左右，并在發(fā)育后期趨于穩(wěn)定（圖5a、d）；棉籽干物質(zhì)占比在開花后0～15 d左右從7%快速增加到35%左右，隨后棉籽干質(zhì)量占比呈小幅增加趨勢（圖5b、e）；棉纖維的干物質(zhì)占比在開花后0～15 d 左右變化程度較小，開花后15 d 左右棉纖維的干物質(zhì)變化程度增大（圖5c、f）。2022年大田試驗表明，開花后44～68 d，相比W1B0M1處理，W1B1M1處理下棉殼和棉籽干物質(zhì)平均占比分別增加了9.8%和1.1%，而棉纖維干物質(zhì)平均占比降低了1.8%；W1B2M1 處理下棉殼干物質(zhì)平均占比降低了3.4%，棉籽和棉纖維干物質(zhì)平均占比分別增加了2.6% 和1.8%；W1B3M1處理下棉殼干物質(zhì)平均占比增加了6.1%，棉籽和棉纖維干物質(zhì)平均占比分別降低了6.7% 和1.8%。2023 年大田試驗表明，開花后44～58 d，不同水分和菌劑處理影響著棉花三部分干物質(zhì)分配。相比W1B0M1處理，W2B0M1處理下棉殼干物質(zhì)平均占比降低9.5%，而棉籽和棉纖維干物質(zhì)平均占比增加4.3%和2.6%；W1B1M1處理使棉殼干物質(zhì)平均占比降低2.5%，棉籽和棉纖維干物質(zhì)平均占比分別增加0.7% 和1.1%。但與W2B0M1 處理相比，W2B1M1下棉殼干物質(zhì)平均占比增加1.4%，而棉籽和棉纖維干物質(zhì)平均占比分別下降0.5%和0.4%。

2.5 不同試驗處理對棉纖維產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表1 可知，與W1B0M1 處理相比，W1B1M1、W1B0M2和W2B0M1處理一定程度上降低了棉纖維上半部平均長度、整齊度指數(shù)和馬克隆值，但斷裂比強度有所增加，差異均不顯著（Pgt;0.05）。與W2B0M1處理相比，W2B1M1處理增加了棉纖維上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度和馬克隆值，降低了棉纖維伸長率，均沒有產(chǎn)生顯著性影響（Pgt;0.05）。相比W1B0M1處理，W1B0M2處理使籽棉和皮棉產(chǎn)量分別顯著降低了22.6% 和17.0%（Plt;0.05）；W2B0M1 處理對皮棉產(chǎn)量無顯著影響（Pgt;0.05），但籽棉產(chǎn)量顯著降低23.5%（Plt;0.05）；W1B1M1處理對籽棉和皮棉產(chǎn)量均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）。與W2B0M1處理相比，W2B1M1 處理使籽棉和皮棉產(chǎn)量分別提高了16.7%和9.9%，但均未產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）。

3 討論

在本研究中，我們探討了不同水分條件下PGPR和黑膜覆蓋對植株水勢的影響。2022年試驗表明，不同濃度的PGPR對植株水勢的影響呈現(xiàn)出與生育時期關(guān)聯(lián)的動態(tài)變化。在蕾期，不同濃度的PGPR處理均提升了植株水勢，顯示其在改善植株水分狀態(tài)上的積極作用。然而，進入花鈴期，高濃度PGPR反而導(dǎo)致中期水勢下降，后期又有所回升，顯示出復(fù)雜的影響模式。正午莖水勢的變化趨勢與此相似，這表明PGPR的作用可能受到生長階段和濃度的雙重制約。因此，需要進一步研究以明確PGPR調(diào)節(jié)植株水勢的具體機制，并優(yōu)化其施用策略。2023年試驗結(jié)果顯示，相比充分灌溉不加菌處理，水分虧缺條件下棉花的葉水勢顯著下降，這與以往研究表明的干旱條件下葉水勢和溶質(zhì)勢下降的結(jié)果一致，主要是由于膨壓減少和氣孔關(guān)閉，從而減少了植株的耗水量[24]。在充分灌溉條件下，施用PGPR和黑膜覆蓋在一定程度上降低了棉花植株的水勢（圖1），這可能是因為PGPR和黑膜在植株早期階段促進了營養(yǎng)生長，導(dǎo)致水分消耗增加（圖2、圖3）。然而，相比水分虧缺不加菌處理，水分虧缺條件下施加PGPR 導(dǎo)致植株葉水勢的初期提升作用減弱，甚至出現(xiàn)水勢進一步下降的現(xiàn)象。這可能是因為PGPR在特定條件下會加速植物根系凱氏帶的形成[25]，增強根系吸水能力，同時降低葉片的相對含水量和水勢，使其在干旱條件下表現(xiàn)出一定的水分調(diào)節(jié)作用。

棉花植株具有無限生長特性，在生殖生長階段仍繼續(xù)進行營養(yǎng)生長[18]。營養(yǎng)生長與生殖生長的平衡對于棉花的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)至關(guān)重要。莖粗直接影響植物內(nèi)部的物質(zhì)運輸效率，是衡量棉花生長的重要指標(biāo)。莖粗的增加主要依賴于徑向生長，包括木質(zhì)部和韌皮部的發(fā)育，這些結(jié)構(gòu)對于水分、營養(yǎng)物質(zhì)、糖分和生長激素的運輸至關(guān)重要[21]。2022年試驗結(jié)果表明，PGPR 對棉花生長發(fā)育的影響具有濃度依賴性和指標(biāo)特異性。低濃度PGPR（B1）顯著增加了果枝數(shù)量，而較高濃度（B2、B3）對株高、莖粗和果枝數(shù)均無顯著影響。其中，B2濃度PGPR選擇性地提高了葉片干質(zhì)量，但對其他器官的生物量積累以及棉鈴性狀（鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、含水率、各部分干物質(zhì)占比）的影響較小且不一致。這一濃度依賴性與其他類似研究結(jié)果一致。低濃度的PGPR通常能夠促進植物生長，這是由于其產(chǎn)生的植物激素（如IAA）和抗氧化酶能夠優(yōu)化養(yǎng)分吸收及增強植物的抗逆性。然而，隨著濃度增加，PGPR可能因產(chǎn)生抑制性代謝物或引發(fā)植物應(yīng)激反應(yīng)而降低其生長促進作用[26]。2023年試驗結(jié)果顯示，相比充分灌溉不加菌處理，在充分灌溉條件下施用較低濃度PGPR（B1）雖然促進了棉花植株莖粗、株高和棉鈴數(shù)的增長（圖2），但并未對產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生顯著的積極影響[21]。以往的研究表明，相比充分灌溉不加菌處理，在充分灌溉條件下施用低濃度PGPR（B1）能夠促進棉花（新陸早72號）的根系發(fā)育[21]。然而，這種根系發(fā)育的增強并沒有顯著提高棉花的產(chǎn)量，這與本研究結(jié)果一致。在本研究中，相比充分灌溉不加菌處理，水分虧缺抑制了植株株高、莖粗和棉鈴的生長（圖2d、e和f），延遲了棉鈴干物質(zhì)的積累和脫水過程，減少了單株棉鈴數(shù)，增加了斷裂比強度，但沒有改變棉鈴的最終干質(zhì)量（圖4e），這可能是因為水分虧缺對棉鈴和果柄木質(zhì)部水力特性沒有顯著性影響[27]。此外，在棉鈴發(fā)育后期棉殼的干物質(zhì)占比降低，而棉籽和纖維的干物質(zhì)占比增加（圖5d、e和f），棉殼的干物質(zhì)含量下降可歸因于碳水化合物向棉籽和棉纖維的轉(zhuǎn)移、棉殼的呼吸和營養(yǎng)物質(zhì)的攝取[28-29]。除了缺水之外，棉花植物還經(jīng)常暴露于多種非生物脅迫，在全球氣候變化的背景下，高溫是經(jīng)常與干旱同時發(fā)生的許多脅迫之一[30]。在單個脅迫和復(fù)合脅迫下，一些敏感棉花品種的單株鈴數(shù)、棉鈴干質(zhì)量和分配給纖維的生物量顯著減少，而這些參數(shù)在一些耐受品種中受影響較小[30]。水分虧缺造成棉鈴數(shù)量顯著減少，而棉殼、棉籽和棉纖維的干物質(zhì)占比不受影響（圖5d、e和f）。本研究與以前的報告[27，30]之間對水分虧缺的不同反應(yīng)可能與不同品種的不同耐受性[31]以及脅迫的嚴重程度和持續(xù)時間有關(guān)。在水分虧缺條件下，施用PGPR顯著緩解了水分虧缺帶來的負面影響，同時增強了植株營養(yǎng)和生殖生長（圖2d、e和f）。PGPR主要通過提高養(yǎng)分利用效率[32]、促進鐵載體產(chǎn)生[32]、調(diào)節(jié)植物激素平衡[32]和調(diào)控根際微生物群落等多種機制[33-34]，有效緩解水分虧缺對植物生長的抑制作用，促進植物健康生長。

研究結(jié)果顯示，相比充分灌溉白膜處理，黑膜覆蓋雖然在一定程度上促進了棉花根系生長，但是顯著降低了棉花的籽棉和皮棉產(chǎn)量，影響棉花品質(zhì)的形成。黑膜的強吸熱效果導(dǎo)致土壤溫度過高[19，35]，從而增加了根系的呼吸消耗，削弱了營養(yǎng)物質(zhì)向地上部的運輸效率。高溫土壤環(huán)境不僅限制了莖粗和株高的增長，還在棉花生長后期導(dǎo)致籽棉和皮棉產(chǎn)量的下降[20]（表1）。同時，土壤溫度過高可能抑制根系的水分和養(yǎng)分吸收，最終影響棉鈴數(shù)和干物質(zhì)積累。因此，黑膜覆蓋雖然在一定程度上促進了根系發(fā)育（圖3 f），但降低了植株內(nèi)部物質(zhì)運輸?shù)恼w效率，對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)形成產(chǎn)生負面影響。與充分灌溉白膜處理相比，黑膜處理提升了土壤溫度，加劇了根系對光合同化物的消耗，減少了向葉片和棉鈴等地上部分的干物質(zhì)分配，最終導(dǎo)致棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的降低。

綜上所述，在不同水分條件下PGPR 和黑膜覆蓋對棉花的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)有不同的影響。在干旱或水分不足的情況下，PGPR可作為生物刺激劑來增強棉花的抗旱性并提高產(chǎn)量和品質(zhì)。而在使用黑膜時，應(yīng)特別注意其可能帶來的土壤過熱問題，以避免對棉花生長產(chǎn)生不利影響。合理選擇和應(yīng)用這些技術(shù)，可以在不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境中優(yōu)化棉花的生產(chǎn)效率。此外，由于缺乏2022 年棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的數(shù)據(jù)，本研究對不同濃度的PGPR 對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響的評估存在局限性。未來將通過補充數(shù)據(jù)并深入研究相關(guān)機制來解決這一局限性，為棉花生產(chǎn)提供更全面的指導(dǎo)。

4 結(jié)論

（1）在充分灌溉條件下，不同濃度的根際促生菌對棉花生長發(fā)育表現(xiàn)出濃度依賴性。低濃度根際促生菌顯著增加了果枝數(shù)量，增幅為15.4%，并對莖粗和株高有一定促進作用，但未達顯著水平（Pgt;0.05）。高濃度根際促生菌對生長指標(biāo)影響較小。

（2）在水分虧缺條件下，根際促生菌改善了植株的水分狀況，增強了棉花的抗旱性。莖粗、棉鈴數(shù)、根和莖干質(zhì)量分別增加了16.8%、57.7%、53.8%和112.7%（Plt;0.05）。盡管籽棉和皮棉產(chǎn)量分別提高了16.7% 和9.9%，但未達到統(tǒng)計學(xué)顯著性，表明根際促生菌在干旱條件下具有改善棉花生長和潛在提高產(chǎn)量的應(yīng)用價值。

（3）黑膜覆蓋雖然促進了根系的生長，但其吸熱效應(yīng)導(dǎo)致土壤溫度升高，增加了根系的呼吸消耗，并抑制了莖粗和株高的增長。具體來說，籽棉和皮棉的產(chǎn)量分別下降了22.6%和17.0%（Plt;0.05）。過高的土壤溫度限制了水分和養(yǎng)分的吸收，最終影響了棉花的生長和產(chǎn)量。

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