滴灌定额对棉花株型、产量及纤维品质的影响

李楠楠，马 卉，王秀媛，李军宏，韩焕勇，罗宏海

(1.石河子大学农学院 新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832003；2.新疆农垦科学院棉花所，新疆 石河子 832000)

干旱区作物产量的主要限制因素就是水资源极度缺乏[1]。干旱区棉田中约有40%以上得不到及时灌水，每年因缺水造成的损失约占总产量的10%～15%。新疆农业用水居高不下，且水资源利用率低，使得大量灌溉用水未被农作物吸收利用。如何优化灌溉，提高水分利用效率，实现棉花节水优质高产，对于维持新疆农业可持续发展具有重要意义[2]。

水分是影响作物生长发育的因素之一，最终反映在作物各部位的生物量积累和产量上[3]。棉花株高、果枝数、蕾铃数都随灌水量的降低而降低，尤其花铃期水分胁迫能显著降低棉花的株高。陈玉梁等[4]在甘肃省敦煌市试验发现，在生长期间，滴灌定额减少一半，使棉花的叶片数、单株成铃数、有效果枝数、株高分别降低8.3%～29.9%、13.4%～24.0%、8.4%～25.2%、6.4%～15.8%；不灌水使棉花叶片数、单株成铃数、有效果枝数、株高分别减少39.0%～47.8%、43.0%～52.9%、41.3%～51.8%、30.3%～35.9%。反之，如果滴灌定额过大，棉株生长旺盛，棉花将过早封行，导致田间透光透气性变差，蕾铃脱落现象严重，产量下降[5]。一般认为，适量水分亏缺对作物产量几乎没有影响，严重亏缺会对产量品质造成显著影响。Yang等[6]认为，棉花产量随灌溉定额的增加而增加。但是Jiang等[7]研究发现，适度调亏灌溉对于干旱区小麦的生长和产量的影响不显著，反而可以提高水分生产效率。棉花盛蕾期可中度调亏，盛铃期可在其基础上轻度调亏，吐絮期可重度调亏，不仅可缩短棉花生育期，还可达到节水高产的目的[8-9]。不同灌溉定额对棉花纤维品质影响不显著，马克隆值随灌溉定额的降低而增加[10]。申孝军等[11]研究发现，水分处理对棉花衣分、棉纤维整齐度无显著影响，对蕾期、花铃期进行水分胁迫，表现为随水分胁迫程度的增加，棉纤维上半部平均长度的影响加剧，蕾期适中水分胁迫有助于提高棉纤维断裂比强度。

节水高产是膜下滴灌技术的主要任务和目标，灌溉量的控制是关键，产量和灌溉水生产效率并不总是随滴灌量的增加而增加[12]，前人研究多见于在棉花不同生育时期调亏灌溉，滴灌定额对棉花株型特征及产量、品质等的影响研究相对较少。本研究在前期研究的基础上，开展滴灌定额对棉花株型特征、产量及品质影响的研究，探寻节水和高产的最优结合点所对应的灌水定额，明确其作用机理，为完善新疆膜下滴灌棉花节水高产栽培技术提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年在石河子大学农学试验站(86°03′E，45°19′N)进行，前茬为棉花，全部秸秆还田。试验材料为新陆早45号。土壤质地为中壤土，pH为7.5，有机质12.5 g·kg-1，全氮1.45 g·kg-1，碱解氮54.9 mg·kg-1(5级，低氮)，速效磷0.23 mg·kg-1(6级，低磷)，速效钾149 mg·kg-1(2 级，高钾)。

1.2 试验设计

依据新疆大田膜下滴灌高产田的滴灌模式[13-14]，在灌水周期(10 d)及灌溉次数(8次)不变的条件下，设5个滴灌定额：W1处理(滴灌定额600 m3·hm-2，灌水总量4 800 m3·hm-2，对照)；W2处理(滴灌定额540 m3·hm-2，灌水总量4 320 m3·hm-2)；W3处理(滴灌定额480 m3·hm-2，灌水总量3 840 m3·hm-2)；W4处理(滴灌定额420 m3·hm-2，灌水总量3 360 m3·hm-2)；W5处理(滴灌定额360 m3·hm-2，灌水总量2 880 m3·hm-2)。采用随机区组设计，每个小区面积为4.8×8.0 m2，重复4次。滴灌带内径2.3 cm、滴头间距30 cm、流量2.7 L·h-1。灌水量由水表和球阀控制，灌水时间大约10～14 h。

1.3 田间管理

先铺膜后点播，1膜4行，行距为(25+55+25) cm 宽窄行，种植密度为20.8×104株·hm-2(常规棉田的种植密度)。在4月23日播种，6月10日灌头水、8月20日停止灌溉。施肥管理水平同超高产棉田。使用缩节胺(DPC)进行化调，W1处理按超高产棉田施用方式及用量，分5次进行，用量208 g·hm-2，其中第一次灌水前2～3 d用量26 g·hm-2、第2次灌水前用量45 g·hm-2；W2、W3、W4、W5处理在前两次灌水前用水代替缩节胺。9月5日进行化学脱叶、催熟。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 株型调查 每个处理连续标记10株(内、外行各5株)，并选取生长均匀的棉花植株。每隔10 d调查1次，调查棉花现蕾期、盛蕾期、初花期、盛花期、盛铃前期、盛铃期、盛铃后期不同处理下棉花株高、生殖器官形成情况。调查指标：株高(从子叶节至主茎最高点，cm)、果枝数、蕾(投影平面成三角形，宽度大于3 mm)、花、铃数。

1.4.2 产量及其构成因子 每小区各处理于收获期取棉花各10株，单铃装袋，并带回实验室分别称量单个铃重，取平均值计算单铃重。在同天进行收获，并调查各处理每小区单位面积株数、单株铃数。

收获期各处理取10株棉花，分别分为上(果枝数7台以上为上部)、中(果枝数4～6台为中部)、下(果枝数1～3台为下部)，测定各部结铃数及铃重。

1.4.3 纤维品质测定 采用HVI 900纤维检测仪测定不同处理棉花纤维的平均长度、整齐度、强度以及马克隆值。

1.5 数据处理与统计

采用Microsoft Excel 软件进行数据处理，SPSS 19.0软件进行数据统计分析和差异显著性检验，Sigmaplot 12.5作图。

2 结果与分析

2.1 滴灌定额对棉花农艺性状的影响

株高是衡量棉花生长发育最重要敏感指标，也是衡量群体株型状况是否合理的指标。图1可知，随生育进程的推进，棉花株高呈现先增加后趋于平稳的趋势，整体呈“S”型曲线，6月20日至30日株高增长量达最大。在6月30日之后，W1、W3、W4、W5处理株高增长量较低，7月10日后(打顶后)植株相对生长平稳，这有利于调节棉花营养生长与生殖生长之间的矛盾，符合高产棉花生长要求；W2处理棉株从6月30日至7月10日前保持迅速增长，说明W2处理较其他处理生长旺盛。

随生育进程的推进，果枝数逐渐增加后趋于平稳(图2)，7月10日(打顶后)达最大值。随滴灌定额降低，棉花果枝数降低，以W1处理最大、W5处理最小，但处理间并未达到显著差异，说明灌溉定额的减少未引起果枝数的显著减少。

试验表明(图3)，随生育进程的推进，棉花单株蕾花铃总数呈现先增加后降低的趋势。棉花单株总蕾花铃数随滴灌定额的减少呈降低趋势，与W1处理相比，W2、W3、W4、W5处理单株总蕾花铃数分别降低2.17%、5.80%、16.67%、26.09%，其中W4、W5与W1处理间达到极显著差异水平，说明过度降低滴灌定额，会对棉花蕾花铃数产生明显影响。

图1 滴灌定额对棉花株高的影响Fig.1 Effect of drip irrigation quotas on cotton plant height

图2 滴灌定额对棉花果枝数的影响Fig.2 Effect of drip irrigation quota on the number of cotton fruit branches

图3 滴灌定额对棉花单株蕾、花、铃数的影响Fig.3 Effect of drip irrigation quota on the number of buds, flowers and bolls per cotton plant

2.2 滴灌定额对成铃模式的影响

对不同滴灌定额下棉花成铃模式影响的观测结果表明(表1)，单株铃重、单株结铃数随灌溉定额的增加而增加，表现为W1>W2>W3>W4>W5处理。上、中部单铃株重及铃数主要影响着棉花的产量，表现为上中部单株铃重及铃数明显大于下部。W1、W2处理的单株上部、中部、下部单株铃重及铃数均无显著性差异，其中W1处理单株铃重最重、总铃数最多，W5处理单株铃重最小、单株结铃数最少。上部单株铃重W1处理最重，为5.73 g，与W2、W3处理棉花上部单株铃重差异不显著；中部单株铃重W4处理最多，为4.85 g，但各滴灌定额处理间下中部单株铃重差异不明显；下部单株铃重W1处理最小，为3.78 g，与W2、W3处理下部单株铃重之间无明显差异，但显著低于W4、W5处理，说明过度减少滴灌定额可大幅度减少棉花上中部铃数及铃重。W1处理上部及下部结铃数最多，分别为5.00、3.50个，与W2处理差异不显著。W2处理单株中部结铃数较W1处理多，为4.20个，但与W1处理无显著性差异，表明适当减少滴灌定额对棉铃空间分布影响不大。

2.3 滴灌定额对棉花产量及水分利用效率的影响

由图4可以看出，随灌溉定额的降低，籽棉产量、皮棉产量随之减少，水分利用效率显著提高。棉花籽棉产量、皮棉产量最终以滴灌定额为W1处理最高，W5处理最低。W2处理棉花籽棉产量仅比W1处理籽棉产量低4.56%，皮棉产量低1.46%，未达到显著差异；水分利用效率以W5处理最高、W1处理最低。W1处理比W2、W3、W4、W5处理分别低5.89%、12.41%、20.85%、25.56%，其中W1、W2处理间未达到显著差异。

2.4 滴灌定额对棉花品质的影响

试验表明，棉花纤维品质指标中纤维长度、整齐度、断裂比均随滴灌定额的增加而增加，各处理间马克隆值差异不显著(表2)。纤维长度、整齐度、断裂比在W1、W2、W3处理之间差异不显著，其中棉花纤维长度、整齐度W2较W1仅低1.31 %、4%，断裂比仅高0.32%。

表1 滴灌定额对棉花不同部位单铃重及铃数的影响

注：同列不同字母表示P<0.05水平差异显著,下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference at the level ofP<0.05, the same below.

注：不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note：Different letters mean significant difference among treatments (P<0.05).图4 滴灌定额对棉花产量及水分利用效率的影响Fig.4 Effect of drip irrigation quota on cotton yield and water use efficiency

处理Treatment纤维长度/mmFiber length整齐度/%Fiber uniformity断裂比/(CN·tex-1)Specific strength马克隆值Micronaire valueW130.6±0.48a85.1±0.78a30.7±0.20a4.0±0.31aW230.2±0.53ab84.7±0.50ab30.8±0.10a4.0±0.14aW330.2±0.10ab84.6±0.62ab30.7±0.72a4.1±0.07aW429.5±0.21bc84.4±0.19ab30.7±0.4a4.0±0.31aW529.0±0.84c84.2±0.37b30.6±0.62a4.1±026a

3 讨 论

灌溉通常会影响植株生长发育，使植株生长量和干物质积累量发生改变[15-16]。周欢等[17]研究认为，随灌水量的降低，棉花株高呈降低趋势。本试验中，棉花株高并未随滴灌定额的降低而显著降低，且W2处理收获期株高显著高于W1处理。这与周欢等研究结果不一致，可能是与本试验在灌溉处理期间DPC用量不同有关。冯国艺等[18]研究认为，随DPC用量减少，节间长度显著增加。因此，与W1处理相比，W2处理虽遭受了轻度水分胁迫，但因DPC用量减少，主茎节间长度增加，并未对棉株生长发育产生明显的抑制作用。棉花果枝台数、蕾花铃数都随滴灌定额的减少而减少，W1、W2、W3处理间在棉花后期(8月10日)均未表现出显著性差异，这与牛玉萍等[19]研究结果一致。

不同滴灌定额对棉花成铃模式影响不同。单株铃重、单株结铃数随灌溉定额增加而增加[4]，表现为W1>W2>W3>W4>W5，其中W2、W3、W4、W5处理的单株铃重比W1处理分别低2.29%、2.50%、3.51%和8.39%；单株铃数比W1处理分别降低了12%、21.6%、32.8%、46.72%,表明减少滴灌定额主要通过影响单位面积铃数而影响产量，这与前人研究结果一致[20-21]。随滴灌定额的减少，棉花由中上部单株铃重、单株铃数对产量的贡献值最大逐渐转移到中下部。其中W1处理与每次滴灌W2、W3处理上、中、下部结铃数及铃重均未达到差异显著水平，说明适度减少滴灌定额对棉铃空间分布影响不大。这与焦晓玲[22]研究结果相悖，可能是由于焦晓玲采用的不同生育时期对棉花干旱胁迫程度不一致，从而形成了非充分灌溉，明显改变了棉铃空间分布结构，轻度干旱迫使棉铃中部果枝成铃数增加。

本研究结果表明，棉花产量随滴灌定额的减少而减少，以W1处理籽棉和皮棉产量最高，达到6 431 kg·hm-2和2 520 kg·hm-2。与W1处理相比，W2处理滴灌定额减少10%，籽棉产量和皮棉产量仅减少4.56%和1.46%。与W1处理相比，W3处理滴灌定额减少20%，籽棉产量和皮棉产量仅减少7.60%和4.71%，说明适当减少滴灌定额可以在不显著降低籽棉产量的基础上，有效增加灌溉水利用效率，这与前人研究结果相符[23-24]。随滴灌定额的减少，W2处理籽棉产量与W1处理无显著差异，但水分利用效率却增加了5.89%，说明适度降低滴灌定额，并未对产量产生显著影响，反而实现了以农田水分管理来调控生物量的积累，在保证产量的前提条件下，增大了农业水资源的利用效率[10]。

棉花纤维品质也是影响棉花经济价值的敏感指标。本试验表明，随滴灌定额减少，整齐度显著下降，这与Unlu等[23]研究结果一致，但Hussein等[24]认为水分对整齐度没有影响，这可能由于Hussein研究中滴灌间隔时间较短，未对棉株造成干旱胁迫有关。滴灌定额对棉花纤维比强度无显著影响[25]，可能是比强度由基因决定。棉纤维马克隆值是纤维细度和成熟度的综合反映，可作为评价棉纤维内在品质的一个综合指标。已有研究表明，随着灌溉量的增加，马克隆值下降[10]，但本研究中马克隆值在处理间无明显差异。因此，灌溉定额过少会显著降低纤维品质，但适当减小滴灌定额不会对棉花纤维品质造成影响。

4 结 论

在适度减少滴灌定额并降低缩节胺用量条件下，棉株生长发育未受到明显的抑制作用；籽棉和皮棉产量未显著降低，但增加了水分利用效率；棉纤维长度、整齐度、断裂比等纤维品质指标在W1、W2、W3处理间无显著差异。因此，通过适度减少滴灌定额并协调关键技术措施，可在不显著降低棉花产量和纤维品质的前提下，提高灌溉水利用效率。