阿不都卡地爾·庫爾班,楊 培,李健偉,張巨松,郭仁松,林 濤，崔建平

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教育部棉花工程研究中心,新疆 烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091)

新疆是我國最大的內(nèi)陸灌溉棉區(qū)，光熱資源充足，十分適宜棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。但新疆棉區(qū)年降雨量少，尤其是南疆地區(qū)年降雨量不足100 mm，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)灌溉水的需求大，水資源緊缺已成為新疆綠洲區(qū)制約作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素[2]。針對(duì)水資源緊缺且用水效率低下的普遍性而提出了非充分灌溉[3]。研究表明，適度的水分虧缺使作物具有適應(yīng)性和補(bǔ)償性且有利于作物生長及產(chǎn)量的形成[4-6]。膜下滴灌技術(shù)具有現(xiàn)代化的節(jié)水、增肥保肥、增產(chǎn)、增效和改善作物品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了新疆棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[7-10]。非充分滴灌(2 800 m3·hm-2)與常規(guī)滴灌(3 800 m3·hm-2)在棉花單鈴重和皮棉產(chǎn)量上差異不顯著[11]。如何合理分配滴灌周期與頻次是在非充分滴灌中實(shí)現(xiàn)機(jī)采棉花既節(jié)水又高產(chǎn)的關(guān)鍵問題。

等行距機(jī)采種植模式作為一種新的種植模式。研究表明，可以達(dá)到優(yōu)化棉花的冠層結(jié)構(gòu)的目的，使棉花生育后期植株間通風(fēng)透光，很大程度上增強(qiáng)群體光合作用，增加結(jié)鈴數(shù)和單鈴重，顯著提高機(jī)采雜交棉籽棉和皮棉產(chǎn)量[12-14]。前人在常規(guī)滴灌下滴灌周期與頻次的合理分配研究較多，但在非充分滴灌下滴灌周期與頻次相結(jié)合對(duì)等行距機(jī)采棉生長發(fā)育的影響方面還鮮見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)針對(duì)非充分滴灌周期與頻次對(duì)等行距機(jī)采棉生長發(fā)育、產(chǎn)量及水分利用率的影響進(jìn)行研究，以期為干旱地區(qū)等行距機(jī)采棉滴灌高效管理技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年4-10月在新疆維吾爾自治區(qū)阿

瓦提縣長絨棉綜合培育試驗(yàn)中心進(jìn)行。試驗(yàn)中心位于塔里木盆地西北沿,處于東經(jīng)80°44′,北緯40°06′,海拔1 025 m,地勢(shì)平坦,坡度<1°;屬暖溫帶大陸性氣候,無霜期183～227 d,多年平均氣溫10.4℃,全年≥10℃積溫3 987.7℃,多年平均降水量46.7 mm,多年平均蒸發(fā)量1 890.7 mm,年日照時(shí)數(shù)為2 750～3 029 h；試驗(yàn)地土質(zhì)為砂壤土,供試土壤養(yǎng)分狀況見表1。

1.2 試驗(yàn)方案

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)2個(gè)滴灌周期，分別為T1(7天1次，CK)，T2(10天1次)，副區(qū)設(shè)3個(gè)滴灌頻次，分別為D6(6次)、D7(7次)，D8(8次，CK)；總的滴灌量為2 800 m3·hm-2。供試棉花品種為‘新陸中54號(hào)’，采用一膜三行等行距機(jī)采棉種植模式，行距為76 cm，株距為6 cm，理論密度為21.93 萬株·hm-2，幅寬2.3 m；小區(qū)面積(3膜)為44.85 m2，重復(fù)3次，總占地面積為869.4 m2。

根據(jù)棉花生育期需水情況，試驗(yàn)分別進(jìn)行6、7、8次滴灌，每次灌水量由水表控制。滴灌時(shí)間與滴灌量見表2、表3。施用的肥料為尿素(N 46%)、三料磷肥(P2O546%)和硫酸鉀(K2O 50%)。基肥：尿素施用總量的20%，三料磷肥施用150 kg·hm-2，硫酸鉀施用75 kg·hm-2；追肥：全部施用尿素(總量的80%)前6次灌水以一水一肥形式施肥。

表1 供試土壤基本化學(xué)性質(zhì)

表2 滴灌方案

表3 各試驗(yàn)處理滴灌量

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生育時(shí)期 記載苗期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期、吐絮期的日期，各生育時(shí)期的確定以達(dá)到調(diào)查數(shù)量50%為標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 農(nóng)藝性狀 自現(xiàn)蕾開始調(diào)查現(xiàn)蕾數(shù)、成鈴數(shù)，在8月25日調(diào)查株高、真葉數(shù)、主莖到3 葉寬、莖粗、果枝數(shù)等主要農(nóng)藝性狀。在定點(diǎn)區(qū)域選擇長勢(shì)均勻具有代表性連續(xù)10株棉花，內(nèi)外行各5株，取平均值。

1.3.3 SPAD值 采用SPAD-502葉綠素速測(cè)儀(日本產(chǎn))，每10天測(cè)定各處理定點(diǎn)的6株棉花主莖功能葉片(打頂前倒四葉，打頂后倒三葉)的葉綠素含量;每個(gè)葉片取五點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,每處理重復(fù)3次,以10片功能葉的葉綠素含量的平均值為該處理的SPAD值。

1.3.4 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量 吐絮后對(duì)每小區(qū)株數(shù)和鈴數(shù)記數(shù)，選取有代表性的棉株，分上(30朵)、中(40朵)、下(30朵)取樣，測(cè)其鈴重和衣分，重復(fù)3次。

1.3.5 水分利用效率(WUE) WUE(kg·m-3)=總產(chǎn)量(籽棉產(chǎn)量)/總灌水量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，方差分析均為0.05水平，采用Duncan新復(fù)極差多重比較法并用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 非充分滴灌周期與頻次對(duì)機(jī)采棉生育進(jìn)程的影響

如表4、表5所示，不同處理間生育進(jìn)程在初花期前差異不大，初花期后差異較顯著。同一滴灌頻次處理下，生育進(jìn)程隨著滴灌周期的延長而明顯推遲，滴灌周期T1處理比T2處理提前了1～11 d；就整個(gè)生育期來看，滴灌周期T1處理比T2處理均提前4～6 d。同一滴灌周期下，在初花期后，生育進(jìn)程隨著滴灌頻次的增加而呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)。D6、D8較D7處理分別提前5～6、2～3 d；從整個(gè)生育期來看，D6、D8較D7處理分別提前6、2～3 d。說明了D6、D8處理自盛鈴后出現(xiàn)輕度早衰現(xiàn)象，至吐絮期D6處理出現(xiàn)嚴(yán)重早衰。

2.2 非充分滴灌周期與頻次對(duì)機(jī)采棉農(nóng)藝性狀的影響

由表6可知，同一滴灌頻次處理下，隨著滴灌周期的延長，株高、主莖節(jié)間長、倒四葉寬降低，真葉數(shù)反而增加，果枝數(shù)、有效果枝數(shù)則無顯著差異。同一滴灌周期下，株高和倒四葉寬隨著滴灌頻次的增加而降低，均表現(xiàn)為D6>D7>D8，主莖節(jié)間長和真葉數(shù)隨著滴灌頻次的增加而增加，均表現(xiàn)為D8>D7>D6,果枝數(shù)和有效果枝數(shù)均表現(xiàn)D7處理優(yōu)于其余兩個(gè)處理。綜上所述，滴灌周期T2處理雖然株高較T1處理低，但真葉數(shù)和有效果枝數(shù)優(yōu)于T1處理，且增加效果明顯;滴灌頻次間D7處理表現(xiàn)最優(yōu)。

2.3 非充分滴灌周期與頻次對(duì)機(jī)采棉葉面積指數(shù)(LAI)的影響

葉面積指數(shù)(LAI)是衡量棉花群體冠層結(jié)構(gòu)是否合理的重要指標(biāo)之一[15]。如圖1所示，在初花期各處理差異不大，初花期后各處理差異顯著。同一滴灌頻次下，隨著滴灌周期的延長，LAI呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，滴灌周期T1處理對(duì)T2處理而言LAI平均降低了11%。同一滴灌周期下，LAI隨滴灌頻次的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)(除吐絮期外)，在盛鈴期達(dá)到最大值，各滴灌頻次處理LAI均表現(xiàn)為D7>D6>D8。在滴灌周期T1處理下D7處理LAI較D6,D8處理分別增加了8.2%、16.9%。在滴灌周期T2處理下D7處理LAI較D6、D8處理分別增加了5.4%、15.9%。至吐絮期，各滴灌頻次處理LAI均表現(xiàn)為D8>D7>D6，在滴灌周期T1處理下D8處理LAI較D7,D6處理分別增加了14.8%、31.7%，在滴灌周期T2處理下D8處理LAI較D7、D6處理分別增加了2.8%、11.7%。說明滴灌周期T2處理下D7處理更有利于建成良好的冠層結(jié)構(gòu)，提高光能利用率，為產(chǎn)量的提高奠定了良好的基出。

表4 不同處理下棉花生育進(jìn)程(m-d)

表5 不同處理下棉花生育期/d

表6 不同處理下棉花農(nóng)藝性狀比較

注: 不同小寫字母表示差異達(dá)P<0.05顯著水平，下同。

Note: different lowercase letters mean significant differences atP<0.05，the same below.

注：BUS—盛蕾期；EFS—初花期；FFS—盛花期；BS—盛鈴期；BOS—吐絮期。下同。Note:BUS—budding stage;EFS—early flowering stage;FFS—full flowering stage;BS—boll stage;BOS—boll opening stage. The same below.圖1 不同處理下棉花葉面積指數(shù)(LAI)的變化Fig.1 The comparison of cotton LAI under different treatments

2.4 非充分滴灌周期與頻次對(duì)機(jī)采棉SPAD值的影響

由圖2可以看出，機(jī)采棉SPAD值隨生育進(jìn)程的延長呈先升后降的趨勢(shì)。同一滴灌頻次下，滴灌周期T1處理比T2處理SPAD值在現(xiàn)蕾至盛蕾均增加了1.4～3.9，在吐絮期反而平均降低了1.1～1.6。同一滴灌周期下，SPAD值隨著滴灌頻次的增加呈先增后降的單峰曲線，各處理在盛花期達(dá)到峰值，不同滴灌頻次處理表現(xiàn)為D7>D6>D8，而在吐絮期則表現(xiàn)為D8>D7>D6。說明滴灌周期短或滴灌頻次多使機(jī)采棉葉綠素含量過多或過少，易造成機(jī)采棉早期的旺長和貪青晚熟。

2.5 非充分滴灌周期與頻次對(duì)機(jī)采棉三桃比例的影響

由圖3可知，同一滴灌頻次下，滴灌周期T1處理比T2處理伏前桃比例平均增加了6.3%，同一滴灌周期下，均表現(xiàn)為D6>D7>D8。伏桃比例很大程度上決定了棉花產(chǎn)量，同一滴灌頻次下，滴灌周期T1處理比T2處理伏前桃比例平均降低了4%，同一滴灌周期下，均表現(xiàn)為D7>D8>D6。從秋桃比例來看，同一滴灌頻次下，滴灌周期T1處理比T2處理伏前桃比例平均降低了2.3%，同一滴灌周期下，均表現(xiàn)為D8>D6>D7。結(jié)果表明，不同滴灌分配處理對(duì)棉花三桃比例有一定影響，前中期的高滴灌量可促進(jìn)伏桃的增加，減少秋桃，降低提前停止滴灌對(duì)棉花產(chǎn)生的不利影響，從而提高產(chǎn)量。

2.6 非充分滴灌周期與頻次對(duì)機(jī)采棉蕾鈴消長動(dòng)態(tài)的影響

由圖4可知，同一滴灌頻次下，隨著滴灌周期的延長，現(xiàn)蕾數(shù)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，滴灌周期T2處理比T1處理現(xiàn)蕾數(shù)平均降低了0.97個(gè)·株-1。同一滴灌周期下，隨著滴灌頻次的增加，現(xiàn)蕾數(shù)呈現(xiàn)為先增后降的趨勢(shì)，初花期達(dá)到峰值，各處理現(xiàn)蕾數(shù)均表現(xiàn)為D7>D6>D8。由圖4可知，同一滴灌頻次下，隨著滴灌周期的增加成鈴數(shù)呈增加趨勢(shì)，滴灌周期T2處理比T1處理成鈴數(shù)均增加了0.54個(gè)·株-1。同一滴灌周期下，隨著滴灌頻次的增加，成鈴數(shù)呈現(xiàn)為先增后降趨勢(shì)，盛鈴期達(dá)到峰值，滴灌周期T1處理成鈴數(shù)均表現(xiàn)為D7>D8>D6，滴灌周期T2處理成鈴數(shù)均表現(xiàn)為D7>D6>D8。綜上所述，不同處理蕾鈴消長情況表現(xiàn)為此消彼長的關(guān)系，成鈴數(shù)均表現(xiàn)為滴灌周期T2處理下D7處理增加幅度最大，對(duì)滴灌周期T1處理下D7處理而言成鈴數(shù)增加了2.15%，說明較多的現(xiàn)蕾數(shù)與成鈴數(shù)是獲得產(chǎn)量的關(guān)鍵。

圖2 不同處理下棉花SPAD值的變化Fig.2 The comparison of cotton SPAD value under different treatments

注：BHB—伏前桃；HB—伏桃；ACB—秋桃。Note:BHB—before hot boll;HB—hot boll;ACB—autumn cotton boll.圖3 不同處理下棉花三桃比例的變化Fig.3 Changes of cotton three peach ratios under different treatments

2.7 非充分滴灌分配對(duì)機(jī)采棉產(chǎn)量及水分利用率的影響

如表6所示，各處理等行距機(jī)采棉花單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重兩個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，收獲株數(shù)、衣分無顯著差異(P>0.05)。同一滴灌頻次下，滴灌周期T1處理比T2處理籽棉、皮棉產(chǎn)量平均降低了88.12～617.68 kg·hm-2、82.86～252.23 kg·hm-2。同一滴灌周期下，不同處理隨著滴灌頻次的增加單株結(jié)鈴數(shù)與籽棉、皮棉產(chǎn)量呈先增后降的趨勢(shì)，在滴灌周期T1處理下，不同滴灌頻次處理表現(xiàn)為D7>D8>D6，D7處理較D6、D8處理單株結(jié)鈴數(shù)分別增加了0.54、0.28個(gè)·株-1，籽棉產(chǎn)量分別增加了17.8%、11.1%；在灌水周期T2處理下，不同灌水頻次處理表現(xiàn)為D7>D6>D8，D7處理較D6、D8處理單株結(jié)鈴數(shù)分別增加了0.24、0.37個(gè)·株-1，籽棉產(chǎn)量分別增加了7.5%、15.9%。在水分利用率方面，同一滴灌頻次下，滴灌周期T2處理比T1處理增加了3%。滴灌周期T1處理下，不同滴灌頻次表現(xiàn)為D7>D8>D6，D7處理較D6、D8處理水分利用率分別增加了18.0%、11.3%。滴灌周期T2處理下，不同滴灌頻次表現(xiàn)為D7>D6>D8，D7處理較D6、D8處理水分利用率分別增加了7.7%、16.0%。說明滴灌周期T2處理與D7滴灌頻次處理組合水利用效率最高，且增產(chǎn)效果最優(yōu)。

3 討論與結(jié)論

大量研究表明，不同滴灌處理對(duì)棉花地上部分生長發(fā)育有明顯影響，且產(chǎn)量有顯著差異，水分虧缺會(huì)破壞棉花葉片結(jié)構(gòu)與功能，加快葉片衰老速度，降低棉花葉面積指數(shù)以及葉綠素含量[16-18]，影響經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成[19]。且花鈴期的水分脅迫會(huì)影響棉花抗干旱能力，使棉花受到傷害的可能性更大[18]。本研究表明，在初花期后，生育進(jìn)程隨著滴灌周期的增加而明顯延遲，從整個(gè)生育期來看，滴灌周期T2處理平均延遲5 d。同一滴灌周期下，D6、D8自初花后出現(xiàn)輕度早衰現(xiàn)象，至吐絮期D6處理出現(xiàn)嚴(yán)重早衰，不利于產(chǎn)量形成。機(jī)采棉的農(nóng)藝性狀指標(biāo)不僅可以衡量株型結(jié)構(gòu)的合理性，且對(duì)棉花產(chǎn)量有重要影響[20]。本研究表明，同一滴灌頻次下，株高、主莖節(jié)間長、倒四葉寬隨著滴灌周期的延長而降低，與王一民的結(jié)論相似[21]。但真葉片數(shù)反而增加，果枝數(shù)、有效果枝數(shù)則無顯著差異。同一滴灌周期下，株高和倒四葉寬隨著滴灌頻次的增加而降低，此與李淦結(jié)論相似[20]。葉面積指數(shù)(LAI)是衡量棉花群體冠層結(jié)構(gòu)的重要衡量指標(biāo)之一[15]。研究表明，隨著滴灌周期的延長，LAI呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

圖4 不同處理下棉花蕾鈴數(shù)的變化Fig.4 The changes of bud numbers and boll numbers under different treatments

滴灌周期Dripirrigationcycle滴灌頻次Frequency ofdrip irrigation收獲密度/(104株·hm-2)Harvested density/(104plant·hm-2) 單株鈴數(shù)Bolls numberper plant單鈴重/gBoll weight衣分/%Lint percentage皮棉產(chǎn)量Lint yield/(kg·hm-2)水分利用率WUE/%T1D619.94a4.71d5.96ab45.27bc2515.15c2.00dD720.39a5.25ab6.17a46.85ab3090.42a2.36aD820.08a4.97c5.95ab45.56abc2706.44bc2.12cT2D620.25a5.07bc6.05a44.51c2767.38b2.22bD720.56a5.31a6.09a47.46a3173.28a2.39aD820.08a4.94c5.81b43.65c2536.23c2.06cd

注：不同字母分別表示P<5%水平下顯著性差異。

Note: the different letters indicate the significant difference ofP<5%.

同一滴灌周期下，不同滴灌頻次處理LAI呈先上升后下降的趨勢(shì)(除吐絮期外)，在盛鈴期達(dá)到最大值，此與前人研究結(jié)果一致[23]。各滴灌頻次處理LAI均表現(xiàn)為D7處理較優(yōu)。機(jī)采棉SPAD值隨生育進(jìn)程的延長呈先升后降的趨勢(shì)。隨著滴灌周期的延長，SPAD值呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。同一滴灌周期下，不同滴灌頻次處理SPAD值呈先上升后下降的趨勢(shì)(除吐絮期外)，在盛花期達(dá)到最大值，各滴灌頻次處理LAI均表現(xiàn)為D7處理較優(yōu)。至吐絮期，各滴灌頻次處理SPAD值均表現(xiàn)為D8處理較優(yōu)。此可能與最后一次滴灌而造成的貪青晚熟有關(guān)，從而導(dǎo)致最終產(chǎn)量降低。

綜上所述，滴灌周期T2處理雖然株高、LAI較T1處理略低，但真葉數(shù)、有效果枝優(yōu)于T1處理，且增加顯著;滴灌頻次方面以D7處理下真葉數(shù)、果枝數(shù)、LAI和SPAD值最高;顯著提高了水分利用效率，最終有利于產(chǎn)量的形成。花鈴期水分分配較少，導(dǎo)致棉株蕾鈴數(shù)減少，伏桃比例降低，秋桃比例增加，而降低了棉花產(chǎn)量[22]。本研究表明，伏桃比例很大程度上決定了棉花產(chǎn)量，各滴灌周期與頻次處理間，現(xiàn)蕾與成鈴數(shù)均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。蕾鈴消長情況均表現(xiàn)為滴灌周期T2處理下滴灌頻次D7處理最高，有利于營養(yǎng)生長及時(shí)向生殖生長轉(zhuǎn)化，促進(jìn)最終產(chǎn)量的形成。兩個(gè)滴灌周期間單鈴重、皮棉產(chǎn)量及水利用效率差異不顯著，但隨著滴灌頻次的增加其呈先增后降的趨勢(shì)，以D7處理最高，分別比D6、D8平均增產(chǎn)12.7%、13.5%，水分利用效率分別提高了12.9%、13.7%。因此，在南疆阿克蘇地區(qū)，等行距機(jī)采棉滴灌周期為T2(10天1次)條件下，滴灌頻次為D7(7次)適宜。