關(guān)鍵詞：棉花；水分虧缺；鹽分脅迫；棉苗；光合特性；新疆

0 引言

南疆處于歐亞大陸腹地，全域降水稀少卻蒸發(fā)強(qiáng)烈，地表水資源嚴(yán)重匱乏，而農(nóng)業(yè)用水占比高達(dá)97%，是典型的干旱綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)；域內(nèi)鹽堿地分布廣泛，其面積約占南疆耕地總面積的41.2%，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著嚴(yán)峻的水鹽脅迫挑戰(zhàn)[1]。棉花（GossypiumhirsutumL.）因喜光照、耐高溫、耐鹽堿等特點(diǎn)，適應(yīng)南疆氣候條件，是南疆種植最為廣泛的經(jīng)濟(jì)作物，也是當(dāng)?shù)亻_(kāi)發(fā)利用鹽堿地最重要的先鋒作物[2]。研究表明，棉花各生育期中苗期是對(duì)鹽脅迫感知最為敏感的時(shí)期，高鹽分能顯著抑制棉苗各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)，導(dǎo)致棉花生長(zhǎng)發(fā)育不良；同時(shí)土壤水分是保障棉苗生長(zhǎng)的必要條件，分析膜下滴灌條件下土壤水鹽脅迫對(duì)棉苗生長(zhǎng)及光合作用的影響，明確棉苗正常生長(zhǎng)的土壤含水量和含鹽量臨界范圍，對(duì)保障棉花生育后期的正常生長(zhǎng)及產(chǎn)量的形成至關(guān)重要[3]。

目前研究人員對(duì)玉米[4-5]、高粱[6]、苜蓿[7]等作物在鹽堿地生長(zhǎng)特性的研究表明，遭受水鹽脅迫后，作物植株生長(zhǎng)、光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)均會(huì)受到不同程度的影響。有研究先后開(kāi)展了土壤水分或鹽分脅迫對(duì)棉花生長(zhǎng)特性的研究。張教海等[8]研究表明，棉苗正常生長(zhǎng)的土壤含水量范圍55%～75%。劉愛(ài)琳等[9]為了從葉片尺度探討棉花花鈴期（需水關(guān)鍵期）干旱發(fā)生發(fā)展過(guò)程對(duì)膜下滴灌棉花光合特性及水分利用效率的綜合影響，開(kāi)展了5種不同水分梯度干旱模擬試驗(yàn)，分析不同強(qiáng)度干旱發(fā)生發(fā)展對(duì)棉花光合特性和水分利用效率的影響。石婧等[10]分析棉花幼苗耐鹽機(jī)理表明，棉花細(xì)胞通過(guò)提高抗氧化酶活性緩解膜脂過(guò)氧化，維持較高的K+/Na+以提高自身耐鹽性。

目前針對(duì)南疆棉花生育期耐旱或耐鹽性的研究較多，但基于不同程度水鹽脅迫對(duì)主栽棉花品種單個(gè)生育期生長(zhǎng)的研究報(bào)道較少。本研究針對(duì)膜下滴灌棉苗在水鹽脅迫條件下的生長(zhǎng)發(fā)育和光合生理特性，旨在探明適宜新疆維吾爾自治區(qū)（簡(jiǎn)稱新疆）小海子灌區(qū)主栽棉花品種塔河2號(hào)苗期生長(zhǎng)的土壤含水量和含鹽量區(qū)間，為灌區(qū)塔河2號(hào)水鹽管理和區(qū)域內(nèi)棉花高質(zhì)量發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2022年5—7月在新疆石河子市郊區(qū)試驗(yàn)基地防雨棚內(nèi)進(jìn)行（44.31°N，86.00°E），采用盆栽方式。供試棉花品種為小海子灌區(qū)主栽品種塔河2號(hào)，5月23日播種，7月10日苗期結(jié)束，歷時(shí)49d。供試土壤采自小海子灌區(qū)鹽漬土和非鹽漬化土壤，經(jīng)自然風(fēng)干、碾碎、過(guò)篩等步驟后按照試驗(yàn)設(shè)定土壤含鹽量進(jìn)行配比，每盆160kg分層裝入規(guī)格70cm×40cm×50cm方盆中，每裝20cm深度土壤后充分踩實(shí)，控制土壤容重在1.5g/cm3左右，田間持水率18%（質(zhì)量含水率），由于試驗(yàn)在防雨棚中進(jìn)行，因此不考慮降雨對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，試驗(yàn)水肥措施均按照大田管理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)土壤水分虧缺梯度和對(duì)照處理。中度水分虧缺W1處理（50%～60%田間持水量）、輕度水分虧缺W2處理（60%～70%），充分供水W3處理（70%～80%）作為對(duì)照。當(dāng)土壤含水量達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定下限值便開(kāi)始灌水，灌至設(shè)定土壤含水量上限為止。設(shè)置3個(gè)土壤鹽分脅迫梯度和1個(gè)對(duì)照處理。低鹽S1處理（土壤含鹽量3g/kg）、中鹽S2處理（土壤含鹽量4.5g/kg）、高鹽S3處理（土壤含鹽量6g/kg），以土壤含鹽量1g/kg作為對(duì)照S4處理。開(kāi)展水鹽正交試驗(yàn)，共計(jì)12個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置4次重復(fù)。

每盆棉花播種2行，行間距16cm、株距10cm，每行6穴、每穴2粒，采用膜下滴灌方式進(jìn)行灌溉，滴頭流量2.0L/h。待棉苗2葉1芯時(shí)拔除其中1株。施肥按照尿素（N46%）20g、磷酸二銨（P2O546%）10g和硫酸鉀（K2O50%）10g的量隨水施入。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 棉苗株高

分別于6月2日、14日、27日，7月7日測(cè)量棉苗株高，每盆選取1株長(zhǎng)勢(shì)一致的棉花標(biāo)記后跟蹤測(cè)量，用精度1mm的鋼卷尺測(cè)量棉株基部至頂部生長(zhǎng)點(diǎn)的高度，取4盆棉苗株高平均值記為該處理棉苗株高。

1.3.2 棉苗莖粗

在測(cè)量株高時(shí)，同時(shí)用精度0.02mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量標(biāo)記棉苗基部最粗部位的直徑，4株棉苗莖粗平均值記為該處理棉苗莖粗。

1.3.3 棉苗葉面積指數(shù)

6月27日，用精度1mm的鋼卷尺分別測(cè)定標(biāo)記棉株每片葉子的長(zhǎng)和寬，葉面積=0.76×葉長(zhǎng)×葉寬，棉苗葉面積指數(shù)（leafareaindex，LAI）為棉苗總綠葉面積占每盆面積的比值。

1.3.4 棉花葉綠素量

分別在6月15日、29日，7月7日用日本產(chǎn)柯尼卡美能達(dá)SPAD-502型葉綠素儀測(cè)定標(biāo)記棉苗功能葉的棉花葉綠素量（soilandplantanalyzerdevelopment，SPAD）（最上部倒4葉），4株平均值記為該處理葉片的SPAD值。

1.3.5 光合速率

在天氣晴朗的7月3日測(cè)定棉苗光合生理特性，用LI-6400型便攜式光合儀測(cè)定葉片光合參數(shù)，測(cè)定條件為光強(qiáng)1800μmol/（m2·s）、葉室溫度25°C，測(cè)定參數(shù)主要包括凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，4株平均值記為該處理葉片的光合速率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算并繪圖，用SPSS22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan多重比較法進(jìn)行各處理的組間顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水鹽處理對(duì)棉苗株高的影響

由圖1可知，相同土壤含水量處理下，不同土壤鹽分處理的棉苗株高總體表現(xiàn)為S4處理gt;S1處理gt;S2處理gt;S3處理，低鹽S1處理與對(duì)照S4處理未表現(xiàn)出顯著性差異（Pgt;0.05），隨著土壤含鹽量的增大，棉苗株高受抑制程度越大。在6月27日，W2S3處理比W2S4處理顯著低24.18%，W3S2、W3S3處理分別比對(duì)照W3S4處理顯著低21.12%、11.89%；至苗期末，W3S2、W3S3處理分別比W3S4處理顯著低34.53%、23.92%。相同鹽脅迫下，水分虧缺未對(duì)棉苗株高造成顯著性差異，主要是該時(shí)期棉苗植株小，植株蒸騰作用相對(duì)較低，消耗的水量較少，對(duì)土壤水分需求較小。但分析發(fā)現(xiàn)，各水分虧缺處理間差異較大的多為充分供水W3處理，其次為輕度水分虧缺W2處理，可能是充足的土壤水分促進(jìn)了蒸發(fā)作用，在膜孔處形成鹽分聚集區(qū)，反而抑制了棉苗生長(zhǎng)。

2.2 不同水鹽處理對(duì)棉苗莖粗的影響

由圖2可知，棉苗莖粗變化情況總體表現(xiàn)與株高類似，相同土壤含水量處理下，低鹽S1處理與對(duì)照S4處理差異不顯著（Pgt;0.05），但中鹽S2處理、高鹽S3處理較對(duì)照S4處理差異較大。6月27日，W2S3處理比W2S4處理顯著低28.94%（Plt;0.05），至7月7日，W2S3處理比W2S4處理顯著低32.91%，其他處理雖未表現(xiàn)出顯著差異性，但仍能表現(xiàn)出高鹽分對(duì)棉苗莖粗增長(zhǎng)有抑制作用。相同土壤鹽脅迫處理下，不同程度水分虧缺處理對(duì)棉苗莖粗的影響較小，各處理間未達(dá)到顯著水平。

2.3 不同水鹽處理對(duì)棉苗葉面積指數(shù)的影響

LAI是表征作物生長(zhǎng)狀況、能量轉(zhuǎn)換及產(chǎn)量形成的重要指標(biāo)，合適的LAI為作物各個(gè)器官資源的平衡奠定了基礎(chǔ)[11]。由圖3可知，土壤高含水量和低鹽脅迫利于棉苗葉片的生長(zhǎng)，對(duì)照W2S4、W3S4處理的LAI最高，分別達(dá)到1.04和1.07；其次為W1S1、W2S2處理，分別為0.99、0.87。相同土壤含水量處理下，中鹽S2處理已顯著影響LAI（Plt;0.05），W1S2、W1S3處理比對(duì)照W1S4處理分別低23.73%、21.67%，W2S2、W2S3處理比對(duì)照W2S4處理分別顯著低48.57%、85.71%，W3S2、W3S3處理比對(duì)照W3S4處理分別顯著低59.7%、52.85%，其他處理雖未達(dá)到顯著差異，但仍表現(xiàn)出高鹽分對(duì)棉苗LAI較強(qiáng)抑制作用。相同鹽脅迫下，中度和輕度水分虧缺均降低了棉苗LAI。W1S2處理比W3S2處理低13.56%，W1S3、W2S3處理比W3S3處理分別低16.67%和25.00%，高鹽分處理下，中度水分虧缺對(duì)LAI的抑制作用反而小于輕度。

2.4 不同水鹽處理對(duì)棉苗葉綠素含量的影響

SPAD是反映植株?duì)I養(yǎng)狀況和生長(zhǎng)階段的重要指標(biāo)，而SPAD值常作為衡量葉片相對(duì)葉綠素含量的重要參數(shù)[12]。由表1可知，3次統(tǒng)計(jì)的結(jié)果均表現(xiàn)出土壤高含水量和低鹽脅迫獲得較高的SPAD值，并且隨著棉苗生長(zhǎng)期的推進(jìn)，SPAD值總體表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。相同土壤含水量處理?xiàng)l件下，在6月15日，W2S3處理比對(duì)照W2S4處理顯著低24.05%（Plt;0.05），6月29日，W1S3處理比對(duì)照W1S4處理顯著低18.27%，至7月7日，W2S3處理比對(duì)照W2S4處理低12.22%，其余處理均未達(dá)到顯著水平。相同鹽脅迫下，部分水分虧缺處理對(duì)棉苗SPAD值表現(xiàn)出抑制作用，但差異不顯著，也未呈現(xiàn)出規(guī)律性。通過(guò)上述分析，中鹽S2處理對(duì)棉苗SPAD值影響較小，而高鹽S3處理已抑制棉苗SPAD值，棉苗對(duì)該鹽分忍耐力較低。

2.5 不同水鹽處理對(duì)棉苗光合生理特性的影響

2.5.1 凈光合速率

凈光合速率在一定程度上反映了棉花葉片光合作用的強(qiáng)弱。由表2可知，水分虧缺和鹽分脅迫對(duì)棉苗凈光合速率均有影響，相同土壤含水量條件下，W1S3處理比對(duì)照W1S4處理顯著低32.95%（Plt;0.05），W2S3處理比對(duì)照W2S4處理顯著低56.98%，W3S2、W3S3處理分別比對(duì)照W3S4處理顯著低35.88%和42.54%，其他處理均未達(dá)顯著水平。相同鹽脅迫下，低鹽S1處理和對(duì)照S4處理隨土壤水分虧缺越大，凈光合速率越低的趨勢(shì)，但差異不顯著；而中鹽S2、S3處理則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，W1S2、W2S2處理分別比對(duì)照W3S2處理顯著高23.56%和21.39%，W1S3處理比對(duì)照W3S3處理高1.20%、產(chǎn)生的原因可能是鹽土透水性差，較高的土壤含水量導(dǎo)致土體透氣性變差，嚴(yán)重影響棉苗根系呼吸及養(yǎng)分吸收作用。

2.5.2 氣孔導(dǎo)度

氣孔是葉片與外界進(jìn)行氣體交換的主要通道，氣孔導(dǎo)度決定著葉片光合作用和蒸騰作用的強(qiáng)弱。由表2可知，水鹽交互脅迫對(duì)棉苗氣孔導(dǎo)度亦較大有影響，相同土壤含水量條件下，中鹽S2處理和高鹽S3處理對(duì)葉片氣孔導(dǎo)度影響巨大，W1S2處理比對(duì)照W1S4處理顯著低27.12%（Plt;0.05），W2S2處理比對(duì)照W2S4處理顯著低28.33%，其他處理與對(duì)照間差異甚至達(dá)1倍以上，W1S4、W2S4、W3S4處理分別是對(duì)應(yīng)W1S3、W2S3、W3S3處理的2.03、1.97、2.02倍。相同土壤含鹽量條件下，各組處理之間均未達(dá)到顯著性水平，但表現(xiàn)出土壤含水量越高，葉片氣孔導(dǎo)度越高的趨勢(shì)（W3S2處理除外）。

2.5.3 蒸騰速率

由表2可知，相同土壤含水量條件下，不同土壤鹽分處理的棉苗蒸騰速率由高到低為S4處理gt;S2處理gt;S1處理gt;S3處理，并且S1、S2處理與對(duì)照S4處理未表現(xiàn)出顯著性差異（Pgt;0.05），而高鹽S3處理顯著降低了棉苗蒸騰速率，W1S3處理比對(duì)照W1S4處理顯著低38.63%，W2S3處理比對(duì)照W2S4處理顯著低58.34%，W3S3處理比對(duì)照W3S4處理顯著低73.30%，高鹽分顯著抑制了棉苗的蒸騰速率。相同鹽脅迫條件下，除高鹽S3處理外，其余處理均表現(xiàn)出隨著土壤含水量的增高，棉苗蒸騰速率越高的趨勢(shì)。

3 討論

苗期是棉花從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變到生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，適宜的土壤水鹽環(huán)境是構(gòu)建棉花良好的群體性狀并獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)條件[13]。本研究表明，水鹽交互作用下，影響棉苗生長(zhǎng)的主導(dǎo)因素為土壤鹽脅迫。相同土壤含水量條件下，低鹽S1處理未顯著抑制棉苗生長(zhǎng)（Pgt;0.05），甚至莖粗、SPAD值等表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用；中鹽S2處理僅使棉苗株高和LAI顯著降低21.12%～34.53%和23.73%～59.70%，而高鹽S3處理已嚴(yán)重抑制棉苗生長(zhǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)，使得棉苗株高、莖粗、LAI顯著低于對(duì)照。相同鹽脅迫下，水分虧缺未造成棉苗生長(zhǎng)指標(biāo)有顯著性差異，但也發(fā)現(xiàn)輕度水分虧缺下棉苗株高、LAI等指標(biāo)比中度水分虧缺低，高鹽處理比低鹽處理明顯，產(chǎn)生的原因可能是充足的土壤水分促進(jìn)了蒸發(fā)作用，在膜孔處形成鹽分聚集區(qū)，反而抑制了棉苗生長(zhǎng)。

葉綠素含量是表征植物吸收光能進(jìn)行光合作用的主要因素，也是反映棉花葉片在逆境中生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo)[14]。本研究表明，相同土壤含水量條件下，中鹽S2處理對(duì)SPAD值影響較??；高鹽S3處理前期對(duì)SPAD值有顯著的抑制作用（Plt;0.05），但到苗期末抑制作用又逐漸減弱，SPAD值呈下降又上升的變化趨勢(shì)。相同鹽脅迫下，部分水分虧缺處理對(duì)棉苗SPAD值表現(xiàn)出抑制作用，但差異不顯著，也未呈現(xiàn)出一定規(guī)律性。這與楊瑩攀等[15]的研究SPAD值結(jié)果不一致，可能與棉種耐鹽性差異有關(guān)。

由于光合作用主要在植物葉片進(jìn)行，葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率能較好反映出植株光合能力強(qiáng)弱。張恒嘉等[16]研究表明，水分調(diào)虧均顯著降低了馬鈴薯葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，后期復(fù)水后蒸騰速率基本保持不變，但凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均表現(xiàn)出逐漸增高的趨勢(shì)。周曉瑾等[17]研究表明，低濃度鹽脅迫下，氣孔限制是導(dǎo)致裸果木幼苗葉片凈光合速率和蒸騰速率下降的主要因素，隨著土壤含鹽量的增加，非氣孔限制成為影響光合速率下降的主要因子。本研究表明，影響棉花光合特性的因素仍為鹽脅迫。相同土壤含水量條件下，中鹽S2處理使葉片凈光合速率和氣孔導(dǎo)度分別顯著降低35.88%和27.12%～28.33%（Plt;0.05），對(duì)葉片蒸騰速率未產(chǎn)生顯著抑制，隨土壤含鹽量的增高，高鹽S3處理導(dǎo)致葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著降低。相同鹽脅迫下，除凈光合速率外，棉苗各指標(biāo)均表現(xiàn)出隨著土壤含水量的增高，光合生理特性越高的趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

水鹽交互作用下，鹽脅迫是抑制棉苗生長(zhǎng)及光合特性的主導(dǎo)因素，中鹽S2處理對(duì)棉苗株高、單株葉面積、凈光合速率及氣孔導(dǎo)度等指標(biāo)產(chǎn)生顯著抑制作用，但高鹽S3處理幾乎對(duì)棉苗各項(xiàng)生長(zhǎng)及光合指標(biāo)表現(xiàn)出顯著抑制性，因此認(rèn)為中鹽S2處理為供試棉花苗期適宜生長(zhǎng)的耐鹽區(qū)間上限。

鹽脅迫環(huán)境下，中度水分虧缺更利于棉苗株高、單株葉面積、凈光合速率等指標(biāo)，并且高鹽比中鹽處理更明顯，其他水分虧缺處理棉花生長(zhǎng)及光合特性指標(biāo)差異均不顯著。因此認(rèn)為棉花苗期中度水分虧缺便能滿足其生長(zhǎng)所需水分。

綜上，建議中度水分虧缺和中鹽脅迫（W1S2處理）為供試棉種苗期正常生長(zhǎng)推薦的水鹽搭配。