張變兄，李玲*，郭子軒，曹娟，毛廷勇，萬素梅，翟云龍，宋敏，陳國棟

(1. 塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2. 伊犁師范大學(xué)生物與地理科學(xué)學(xué)院，新疆 伊寧 835000；3. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，新疆 烏魯木齊 830011)

棉花是新疆的重要經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，新疆現(xiàn)已發(fā)展為國內(nèi)最大的棉花生產(chǎn)基地，在國內(nèi)占有重要地位。 大面積推廣使用地膜覆蓋技術(shù)，極大地促進(jìn)了新疆的棉花生產(chǎn)，為新疆農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收提供了有力保障[1]。 但由于地膜使用量的持續(xù)增長，以及回收利用率較低，導(dǎo)致土壤的殘膜污染日益嚴(yán)重，也導(dǎo)致耕地質(zhì)量逐年降低[2]。 目前新疆已經(jīng)是全國最大的殘膜污染區(qū)域，根治殘膜污染事關(guān)農(nóng)業(yè)可持續(xù)、健康發(fā)展。 中國工程院院士喻樹迅認(rèn)為，采用無膜技術(shù)是根治棉花殘膜污染最直接和有效的途徑[3]。

南疆水資源短缺，農(nóng)業(yè)用水量大，迫切需要提高農(nóng)業(yè)灌溉水的利用效率。 為充分利用水資源和提高棉花水分生產(chǎn)率，大量研究聚焦于通過農(nóng)藝措施(株行距配置、密度、水肥管理)調(diào)控來提高棉花水分利用效率[4]。 李志剛等[5]研究認(rèn)為適宜的灌水量有利于棉花干物質(zhì)積累，增加單株鈴數(shù)、單鈴重、衣分和產(chǎn)量；灌水量過大使得棉鈴成熟慢，產(chǎn)量不高[6-9]，也不利于棉花的生殖生長。優(yōu)化棉花密度和行距配置可以改善棉花冠層結(jié)構(gòu)、光分布和群體光合生產(chǎn)力[10]。 廖凱等[11]研究認(rèn)為，76 cm 等行距栽培模式下棉花分布和光能利用率優(yōu)于(66+10) cm 寬窄行模式，能使棉花多結(jié)鈴，增產(chǎn)潛力大。 羅宏海等[12]研究發(fā)現(xiàn)，適宜的種植密度與行距配置下作物能保持較高的群體光合速率，利于產(chǎn)量的形成。

近年來包括本團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的大量研究人員對(duì)南疆棉花無膜栽培理論與技術(shù)進(jìn)行了有效探索，其中，無膜栽培下行距、灌水量單個(gè)因素對(duì)棉花生長及生理生態(tài)影響的研究較為常見，而關(guān)于灌水量和行距對(duì)無膜棉生長及產(chǎn)量的互作效應(yīng)未見報(bào)道。 本試驗(yàn)針對(duì)無膜栽培棉花灌溉制度及調(diào)控機(jī)制不明確這一問題，設(shè)置灌水量和種植行距兩因素試驗(yàn)，研究無膜栽培條件下棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量形成特征，為南疆棉花無地膜栽培制定科學(xué)的灌溉制度和優(yōu)化栽培模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021 年在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)(40°32＇42″N，81°18＇53″E)進(jìn)行。 試驗(yàn)地所處區(qū)域光熱資源豐富，全年平均日照時(shí)數(shù)3 031.2 h，最長的7 月份為306.8 h，最短的1 月份為202.5 h；年平均降水46.7 ～69.5 mm，年均蒸發(fā)量1 989.7 ～2 049.6 mm。 試驗(yàn)地土壤為砂壤土，pH 值7.93，有機(jī)質(zhì)含量10.59 g/kg、全氮1.72 mg/kg、有效磷29.66 mg/kg、速效鉀162.31 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取無膜栽培表現(xiàn)較優(yōu)的棉花品種中棉619為試材(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所早熟棉課題組提供)。 試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理設(shè)置兩種行距配置方式:76 cm 等行距模式(P1)，株距5.5 cm；(66+10) cm 寬窄行模式(P2)，株距10 cm。 副處理設(shè)置4 200 m3/hm2(W1)、5 100 m3/hm2(W2)、6 000 m3/hm2(W3)三種灌水量。 每處理重復(fù)3次。 灌溉方式為滴灌。 各小區(qū)裝有水閥式水表，對(duì)灌水量進(jìn)行控制和記錄。 小區(qū)面積:6.75 m×13.00 m ＝87.75 m2。 春灌2 250 m3/hm2，播前施有機(jī)肥1 500 kg/km2(復(fù)合谷氨酸顆粒肥，含有機(jī)質(zhì)18%、氮12%)、復(fù)合肥(N-P-K 為27-13-0)750 kg/km2、硫酸鉀鎂肥(含氧化鉀24%)300 kg/km2。于2021 年4 月18 日播種，生長期共計(jì)灌水10 次，每次滴灌時(shí)均進(jìn)行追肥，共滴施尿素315 kg/hm2、棉花專用肥(N-P-K 為18-20-8)990 kg/hm2。 田間除草、化控等按正常管理，7 月12 日打頂，10 月23 日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 棉花生長指標(biāo)測定 每個(gè)小區(qū)選擇5 株連續(xù)的長勢(shì)均勻且具代表性的棉株進(jìn)行標(biāo)記，分別在苗期、蕾期、花期、鈴期定點(diǎn)定株測量株高，在初蕾期(PBS)、盛蕾期(FBS)、初花期(IFS)、盛花期(PFS)、鈴期(BS)、吐絮期(BOS)測量棉花莖粗和葉面積指數(shù)。

1.3.2 干物質(zhì)測定 各處理選取生長均勻、有代表性的區(qū)域設(shè)置取樣點(diǎn)，棉花出苗后開始對(duì)不同時(shí)期的棉株進(jìn)行取樣，每次選取3 株并根據(jù)根、莖、葉、花、蕾、鈴等不同部位分解樣品，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重后稱量。

1.3.3 產(chǎn)量及相關(guān)指標(biāo)測定 吐絮后每小區(qū)收獲籽棉并曬干測產(chǎn)，軋花測定衣分。 每小區(qū)選取有代表性棉鈴50 個(gè)，曬干后稱重取平均值作為單鈴重，根據(jù)籽棉產(chǎn)量和單鈴重計(jì)算單位面積鈴數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2010 和Origin 2018 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，用DPS 7.05 軟件進(jìn)行方差分析，用LSD 法進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 無膜栽培下不同處理對(duì)棉花生長發(fā)育的影響

2.1.1 灌水量和行距對(duì)棉花株高的影響 株高能較好地反映棉花個(gè)體的生長發(fā)育狀況。 由圖1可以看出，P1 行距中W3 處理鈴期株高最高，為57.9 cm，較W2 和W1 處理分別高出4.72%和7.37%；P2 行距中W3 處理鈴期株高最高，為61.3 cm，較W2 和W1 處理分別高出7.83%和10.00%。同一行距處理下棉花株高隨灌水量增加呈上升趨勢(shì)，P1 和P2 行距下各灌水處理株高均表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1；同一灌水量下，鈴期株高均表現(xiàn)為P2 行距處理高于P1，W3 處理下P2 行距較P1 行距高出5.65%，W2 處理下P2 行距鈴期株高為56.5 cm，較P1 高出2.48%，W1 處理下P2 行距鈴期株高為56.7 cm，較P1 高出2.90%。 從對(duì)棉花株高的影響來看，各處理在花期之前未出現(xiàn)顯著性差異；鈴期時(shí)P2W3 處理的株高最高，為61.3 cm，顯著高于株高最低的P1W1 處理(53.1 cm)，其他處理間差異不顯著。

圖1 灌水量和行距對(duì)無地膜棉花株高的影響

2.1.2 灌水量和行距對(duì)棉花莖粗的影響 無膜栽培條件下，各處理莖粗隨生育進(jìn)程推進(jìn)均呈持續(xù)增加趨勢(shì)，初蕾期至盛花期莖粗生長較快，盛花期至吐絮期生長較慢且逐漸趨于穩(wěn)定(圖2)。 相同灌水量下，P2 處理的莖粗均大于P1，吐絮期P2行距中W1、W2、W3 處理的最終莖粗分別為9.28、10.50、10.98 mm，較P1 行距高2.57%～10.92%，表明行距對(duì)棉花莖粗有明顯影響。 不同灌水量對(duì)棉花莖粗的影響有一定差異，具體表現(xiàn)為W1 處理吐絮期莖粗平均值為9.06 mm，較W2 處理低10.93%，較W3 處理顯著低15.12%，表明水分虧缺導(dǎo)致棉株的莖變細(xì)。 綜合而言，吐絮期P1W1的莖粗值最小，為8.95 mm，P2W3 的莖粗值最大，為10.98 mm。

圖2 不同處理下無地膜棉花的莖粗變化

2.1.3 灌水量和行距對(duì)棉花葉面積指數(shù)的影響各處理葉面積指數(shù)(LAI)均隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)先增后減的變化，至盛花期(PFS)達(dá)到最大值，此后棉株由營養(yǎng)生長為主轉(zhuǎn)向生殖生長為主，大量養(yǎng)分從葉片轉(zhuǎn)向棉鈴，LAI 表現(xiàn)為持續(xù)下降趨勢(shì)(圖3)。 初蕾期(PBS)至初花期(IFS)各處理LAI 均表現(xiàn)為P1＞P2，初花期后表現(xiàn)為P2＞P1。初花期后植株生長旺盛，株間競爭加強(qiáng)，受密度影響較大。 不同灌水量對(duì)棉花各生育時(shí)期LAI 的影響無顯著性差異，W1、W2、W3 處理下不同行距處理的最大LAI 平均值分別為3.25、4.19、3.86。 盛花期(PFS)，同一行距不同灌水量處理下LAI 表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)1，表明當(dāng)灌水量達(dá)到一定量時(shí)LAI 達(dá)到最大，若灌水量繼續(xù)增加則LAI 會(huì)下降。

圖3 不同處理下無地膜棉花的LAI 變化

2.2 灌水量與行距對(duì)棉花干物質(zhì)積累與分配的影響

2.2.1 灌水量與行距對(duì)棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累和分配的影響 各處理棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)最大積累量(Wm)為27.60 ～38.68 g/株(表1)，P2W3 處理的營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量最大，P1W1處理最小。 相同行距下不同灌水量處理的干物質(zhì)最大積累量表現(xiàn)為W1＜W2＜W3，相同灌水量下不同行距處理的干物質(zhì)最大積累量表現(xiàn)為P1＜P2。 各處理棉花單株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)最大積累速率(Vm)為5.49～16.09 g/d，P2W3 處理的干物質(zhì)最大積累速率最大，P1W1 處理最小。 同一行距下不同灌水量處理的干物質(zhì)最大積累速率表現(xiàn)為W1＜W2＜W3，同一灌水量下不同行距處理的干物質(zhì)最大積累速率表現(xiàn)為P1＜P2。

表1 不同處理下無地膜棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累的Logistic 模型及其特征值

不同處理下棉株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)分配系數(shù)不同(表2)。 隨著灌水量增大，棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配比例在不同生育時(shí)期變化不一致。 盛花期前各處理對(duì)棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配的影響較小，盛花期后不同處理的棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配系數(shù)差異增大，行距處理組差異較明顯。 盛絮期，P1 行距下，W1 處理的營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配系數(shù)最大，為37.41%；P2 行距下，W1 處理的營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配系數(shù)最大，為36.63%，W3 處理的最小，為27.46%；相同灌水量下不同行距處理的營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配系數(shù)表現(xiàn)為P2＜P1。

表2 不同處理下無地膜棉花不同生育時(shí)期營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配系數(shù) %

2.2.2 灌水量和行距對(duì)棉花生殖器官干物質(zhì)積累和分配的影響 各處理棉花生殖器官干物質(zhì)快速積累期起始時(shí)間(t1)為第4.02 ～4.48 天，快速積累期終止時(shí)間(t2)為第5.42 ～6.83 天(表3)。不同灌水量和行距處理下生殖器官干物質(zhì)快速積累持續(xù)時(shí)間(Δt)在1.34 ～2.35 d，P1 行距下W3灌水量處理的干物質(zhì)快速積累持續(xù)時(shí)間最長，P2行距下W3 灌水量處理的最短；P1 行距下不同灌水量處理的干物質(zhì)快速積累持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)為W1＜W2＜W3，P2 行距下則相反。

表3 不同處理下無地膜棉花生殖器官干物質(zhì)積累的Logistic 模型及其特征值

不同灌水量和行距處理的生殖器官干物質(zhì)分配系數(shù)存在差異(表4)。 盛絮期，相同灌水量下P1、P2 行距處理的生殖器官干物質(zhì)分配系數(shù)差異顯著。 P1 行距下W3 處理的干物質(zhì)分配系數(shù)最大(64.46%)；P2 行距下W3 處理的干物質(zhì)分配系數(shù)最大(72.54%)，W1 處理最小(63.37%)。 相同行距下不同灌水處理間的生殖器官干物質(zhì)分配系數(shù)表現(xiàn)為W1＜W2＜W3，相同灌水量下不同行距處理間表現(xiàn)為P1＜P2。

表4 不同處理下無地膜棉花生殖器官干物質(zhì)分配系數(shù) %

2.3 灌水量和行距對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

高灌水量處理的單鈴重大于低灌水量處理，且隨著灌水量的增大呈增加趨勢(shì)(表5)。 不同行距處理的單鈴重差異較大，均表現(xiàn)為P2＞P1，P2行距下不同灌水處理的單鈴重較P1 分別提高4.81%、15.23%、21.09%；P2 單株成鈴數(shù)與單鈴重表現(xiàn)一致。 P1 行距下單位面積鈴數(shù)隨灌水量的增大呈上升趨勢(shì)，而P2行距下則相反。P1行距下衣分在W2 處理時(shí)最高(44.54%)，W3 處理時(shí)最低(36.65%)，而P2 行距下衣分隨灌水量的增大呈下降趨勢(shì)。 P2W3 處理籽棉和P2W1 處理皮棉產(chǎn)量最高，分別為6 836.95 kg/hm2和2 840.23 kg/hm2，P1W1 處理最低，分別為5 287.96 kg/hm2和2 256.48 kg/hm2。 其中，P2W3 處理的籽棉產(chǎn)量較P1W1 提高29.29%，差異達(dá)顯著水平；P2 行距下不同灌水量處理間籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量差異不顯著。

表5 不同處理下無地膜棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

3 討論

灌水量和行距配置對(duì)棉花產(chǎn)量有很大影響，采用適宜的灌水量和行距配置可有效提高棉花群體的生長水平，在增產(chǎn)的同時(shí)節(jié)約水資源，達(dá)到高產(chǎn)節(jié)水的目的[13]。 株高、莖粗、葉面積指數(shù)是衡量棉花生長狀況的重要指標(biāo)[14]。 中棉619 對(duì)水分要求較高，行距相同條件下隨著灌水量的增加棉花株高和莖粗也隨之增長，但灌水量對(duì)棉花株高和葉面積指數(shù)影響不顯著[15]，這與陳雪梅等[16]的研究結(jié)果一致。 本研究結(jié)果表明，在相同灌水量下，P2 行距處理的棉株莖粗優(yōu)于P1 行距，楊培等[17]也證實(shí)了這一點(diǎn)。 最大LAI 出現(xiàn)在盛花期(PFS)，LAI 隨灌水量的增加呈先升高后降低的變化，在W2 處理時(shí)最大，W3 處理時(shí)略有降低。 因此，適宜的灌水量是調(diào)控LAI 的關(guān)鍵，這與Jiang[18]、Bouthiba[19]、郭增江[20]等的研究結(jié)果一致。

水分對(duì)棉花干物質(zhì)積累與分配的影響較大，不僅可以調(diào)控干物質(zhì)積累與分配，還影響其產(chǎn)量。棉花生殖器官占比隨著灌水量的增加而增大[21]。提高灌水量能促進(jìn)植物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收與利用，有利于作物生長[22-23]。 本研究結(jié)果表明，相同行距處理下，棉花營養(yǎng)器官和生殖器官最大干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為隨灌水量的增加而增加；相同灌水量處理中P2 行距生殖器官的干物質(zhì)積累與P1 行距有明顯差異。 表明適宜的灌水量和行距配置能促進(jìn)生殖器官干物質(zhì)積累量的增加，為提高棉花產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)。

灌水量和行距對(duì)棉花單鈴重和單株成鈴數(shù)的影響顯著[24]。 黃真真等[25]的試驗(yàn)指出，隨著灌水量增加單株成鈴數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，這與本試驗(yàn)P2 行距下的結(jié)果相同。 郭景紅等[26]的研究指出，等行距種植模式下籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。 這與本試驗(yàn)中相同灌水量下P2 行距(66+10) cm 處理棉花產(chǎn)量高于76 cm 等行距(P1)處理的結(jié)論不一致，其原因可能是有效積溫不足不適宜采用P1 行距栽培。 適宜灌水量和行距配置是高效利用水資源的重要條件。 綜合考慮，本研究條件下南疆棉花無膜栽培適宜的灌水量約為5 100 m3/hm2(W2)，高于劉素華等[27]認(rèn)為的4 000 m3/hm2，這可能是因?yàn)闊o膜栽培條件下土壤保墑能力弱而需水量增加的緣故[28]。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，灌水量和行距配置對(duì)棉花干物質(zhì)積累和產(chǎn)量動(dòng)態(tài)方面的影響表現(xiàn)出較好的一致性，且與植株的生長發(fā)育規(guī)律相吻合。 從棉花產(chǎn)量來看，灌水量6 000 m3/hm2和(66+10) cm 寬窄行模式組合處理(P2W3)的籽棉產(chǎn)量最高，為6 836.95 kg/hm2，略高于P2W2 處理，較籽棉產(chǎn)量最低的灌水量4 200 m3/hm2和76 cm 等行距模式組合處理(P1W1)增產(chǎn)29.29%。 結(jié)合南疆棉花生產(chǎn)實(shí)際和節(jié)水高效栽培需求，P2W2 栽培模式較適宜南疆棉花無膜種植，增產(chǎn)潛力較大。