不同栽培处理地下滴灌棉花生长及产量分析

雷成霞 魏闯 王振华

摘 要：适宜的田间栽培模式有利于提高农田水分利用率和作物产量，以田间试验为基础，地下滴灌条件下将无膜移栽（NFT-SDI）、覆膜移栽（WFT-SDI）和覆膜直播（FS-SDI）三种栽培方式棉花的生长和产量进行对比分析。结果表明：与WFT-SDI、FS-SDI处理相比，NFT-SDI棉花生育期仅比WFT-SDI多2 d，脱蕾铃率低，叶面积指数适宜，根系最长，为136 cm，有利于中部侧根系发育，对棉花根长发育和根冠长比增大有积极作用。在耗水量相当的情况下，NFT-SDI比FS-SDI、WFT-SDI棉花籽棉产量分别增加了0.57%和7.86%。

关键词：地下滴灌; 无膜移栽; 覆膜移栽;覆膜直播

中图分类号：S275.4   文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.04.032

Abstract： Appropriate field cultivation mode is beneficial to improve water use efficiency and crop yield. Based on the field experiment and under the conditions of subsurface drip irrigation， the growth and yield of cotton were compared by the three cultivation methods of transplantation without film （NFT-SDI）， transplantation with film （WFT-SDI） and the seeding with film （FS-SDI）. The outcomes show that comparing with WFT-SDI and FS-SDI treatments， NFT-SDI cotton growth process is only 2 days behind WFT-SDI. The Shedding rate of bud and boll is low， the leaf area index is suitable， and the longest root system is 136 cm， which is conducive to the development of central lateral root system， has a positive effect on cotton root length development and increase of root-shoot ratio. In the case of equivalent water consumption， NFT-SDI is increased by 0.57% and 7.86% respectively in cotton seed cotton production compared with FS-SDI and WFT-SDI.

Key words： subsurface drip irrigation; transplantation without film; transplantation with film; the seeding with film

1 引 言

新疆是我國农产品的主要产地之一，地处亚欧大陆中心，光照时间长，雨水稀少，蒸发强烈，属于典型的绿洲灌溉农业区，棉花作为主要农产品之一，90%以上水分来源于灌溉，但灌溉水利用率仅40%左右[1-2]。因此，在保证农产品产量和品质的情况下，寻求适宜的节水灌溉方式和种植模式尤为关键。目前膜下滴灌和地下滴灌技术在新疆棉花种植中被广泛应用，张龙等[3]和戴婷婷等[4]提出了膜下滴灌具有节水、增温、保湿、保肥以及增产等优点，也分析了发展中存在土壤次生盐碱化、缺乏合理的膜下滴灌灌溉制度、一次性投资大和塑料膜污染严重等问题，应加强改进。有关学者研究表明，目前新疆残膜总量达到3.43×105t，其中棉花田地膜残留量最高，聚乙烯地膜在土壤中极难分解，又缺乏有效回收措施，污染严重[5-6]。贺怀杰等[7]对新疆石河子121兵团6块覆膜滴灌棉田土壤中的残膜面积和残膜质量进行分析，结果表明，随着覆膜年限的增加，棉田土壤中残膜的数量和密度均呈逐年上升趋势，在35～40 cm深层土壤中面积和质量较小的残膜呈明显增多的趋势。林涛等[8]通过2 a田间模拟试验分析了地膜残留量对土壤水分分布及根系构型的影响，结果表明残膜量对土壤水分、根系形态、产量及水分利用效率均有一定影响，与无残膜试验结果对比，残膜量的增加使籽棉产量和水分利用效率平均降低了18.50%和13.69%。育苗移栽技术是棉花栽培史上的重大突破，最早应用该技术的是长江流域，但推广面积不大，目前全国棉花生产应用育苗移栽与地膜覆盖相结合栽培技术面积占96.5%[9]。阚化春等[10]比较了棉花地膜覆盖和育苗移栽两项栽培技术的差别，结果表明育苗移栽棉花的株高优于对照地膜棉花，而且地膜覆盖棉花的马克隆值较低，育苗移栽棉花可提高纤维长度。文献[11-12]表明：移栽时适宜气温应稳定在15 ℃以上，地表以下10 cm地温应稳定在17 ℃以上，移栽的叶片数为2～4片真叶，苗龄为20～30 d。Phene等[13]和Henggler等[14]对地下滴灌和地面滴灌进行了多年田间对比试验，结果表明地下滴灌具有明显的节水增产效果。王振华等[15-16]针对新疆农田残膜污染和地下滴灌棉花苗期出苗灌溉的问题，提出的棉花育苗移栽地下滴灌技术，能充分发挥移栽和地下滴灌技术集成效益。申孝军等[17]通过对比研究地下滴灌和膜下滴灌条件下不同灌水控制下限对棉花耗水量、品质以及水分利用率的影响，得到相同水分处理下地下滴灌棉花产量和灌溉水利用率均高于膜下滴灌棉花，蕾期适度水分胁迫、花铃期充足供水，均有利于两种滴灌模式籽棉产量的提高和棉纤维品质的改善。

目前对地下滴灌棉花移栽技术的研究较少，本文在前期试验研究的基础上，将地下滴灌覆膜直播、覆膜移栽与无膜移栽三种处理棉花的生长发育情况和产量，进行综合对比试验，研究无膜移栽棉花地下滴灌技术，以对其发展提供一定的理论参考和技术支持。

2 试验概况

2.1 试验地点

分别于2009年3—10月和2010年4—10月在石河子大学节水灌溉重点试验基地（东经85°59′47″，北纬44°19′28″，高程412 m）进行试验。试验站年平均日照时间达2 865 h，无霜期170 d，多年平均降水量207 mm，平均水面蒸发量1 660 mm。棉花全生育期内日最高气温37 ℃，日最低气温6.1 ℃，日平均气温19 ℃。地下水埋深大于8 m，棉花种植小区和育苗小区的土壤质地均为中壤土，土壤pH值为7.83，全磷含量0.94 g/kg，有效磷含量30.53 mg/kg，水解性氮含量114.28 mg/kg，全氮含量0.77 mg/kg，速效钾含量422.66 mg/kg，棉花种植小区和育苗小区的田间持水率分别为20.83%和22.90%（均为质量百分比），两小区土层的土壤密度见表1。

2.2 试验设计

田间试验小区尺寸为18.6 m×4.5 m，试验棉花品种采用惠远710。在灌溉定额（510 mm）和灌水次数（19次）确定的情况下，试验灌水方式为地下滴灌，栽培方式有覆膜移栽、覆膜直播、无膜移栽3种情况，分别用WFT-SDI、FS-SDI和NFT-SDI表示，每個处理重复3次。各处理灌水由一个球阀单独控制，各布设5根毛管。毛管埋设深度35 cm，间距90 cm，滴头间距30 cm，供水系统以水泵加压，滴头流量为0.99～1.21 L/h。

2.3 试验测定方法与指标

记录各处理棉花从长出4片真叶至收获不同生育阶段的生理性状（株高、生育进程、叶片数、果枝数、蕾铃数、吐絮数等），各处理选取10株（宽窄行各5株）具有代表性的棉花，并用标签标记挂牌，每隔1周观测一次。株高的测量采用精度1 mm的直尺;采用精度为1 mm的直尺测量叶片的长和宽，利用公式（叶面积=叶片长×叶片宽×叶面积系数）求得叶面积。在立秋前后观察统计伏桃数，计算脱蕾铃率。采用分批分区的方式测定产量，最终折算为每公顷产量。

生育期结束后，将获得的各处理完整根系（选取10株）通过流水冲洗法进行冲洗，自然放到试验台上，采用精度1 mm的直尺测量主根系的长度（自子叶片以下至主根根系末端）。利用精度为0.01 kg的电子天平进行生物量湿重称量，用剪刀分成5部分，装入信封并标记，烘箱温度控制为105 ℃，时间为72 h，烘干后再进行称重，结果取其平均值，并利用Excel2016软件进行数据分析和统计。

3 试验结果与分析

3.1 各处理对棉花生长的影响

3.1.1 棉花生育进程

由表2看出，3月底进行温室育苗，5月初移栽（NFT-SDI和WFT-SDI棉苗已具有2～3片真叶），直播棉花采用田间种植方式播种，10 d左右出苗，因播种时地温和气温均较低，出苗时间较长。WFT-SDI缓苗期要比NFT-SDI短2 d，这和采用薄膜覆盖有关，在昼夜温差较大时其保墒保温的作用尤为明显。

由表2还可看出，WFT-SDI棉花比FS-SDI现蕾早6 d，现花早7 d，现铃早9 d，吐絮早8 d，生育期末提前9 d，全生育期缩短16 d，差别显著（概率P<0.05）。NFT-SDI比FS-SDI现蕾早3 d，现花早4 d，现铃早7 d，吐絮早6 d，全生育期末提前7 d，差异显著（P<0.05）。分析比较可以得到无论是覆膜移栽（WFT-SDI）还是无膜移栽（NFT-SDI），均比覆膜直播在生育期天数上占有一定的优势，这说明移栽技术更利于棉花在生长初期尽快成活并及早度过缓苗期。FS-SDI的生育期结束时间最晚，为10月20日，新疆的无霜期时间短暂，而FS-SDI棉花出苗晚，以至于棉铃不能自然全部吐絮就因霜冻而被迫停止，导致最终产量降低。WFT-SDI棉花较NFT-SDI出苗早3 d，现蕾早3 d，开花早3 d，开花前差异显著（P<0.05），说明薄膜的保温作用使得移栽棉花渡过缓苗期的时间大大缩短，快速进入生殖生长阶段（苗期—蕾期）促进棉苗株高和叶片的发育，而蕾期—花铃期即生殖生长和营养生长并存阶段，FS-SDI棉花较NFT-SDI棉花结铃、吐絮均早2 d，全生育期进程相差2 d，两者差距较小。从棉花全生育期分析，在棉花花铃期前，采用“移栽加覆膜”的模式效果更好，棉花能充分利用积温效应和塑料薄膜自身保墒效果，促进棉苗快速生长。

3.1.2 株 高

棉苗的高低直接关系着后期的塑形、光能利用率以及产量高低。从图1看出，3种栽培模式棉花的株高均呈“慢-快-慢”的变化趋势，NFT-SDI与WFT-SDI均比FS-SDI处理棉花前期（缓苗期—苗期）的株高小。一方面移栽后的棉花有一个缓苗过渡的时期，株高在苗期、蕾期的生长速度有所减缓，而FS-SDI棉花不存在缓苗期，一旦出苗便开始生长，因此在生殖生长阶段，FS-SDI棉花株高较其他两种模式变化显著;另一方面棉花未封行前，根系较浅，绝大部分水分消耗于表层土壤的蒸发[18]，根系吸水较少，植株生长较慢。棉花从生殖生长进入营养生长阶段（蕾期—花铃期），WFT-SDI棉花株高逐渐赶上FS-SDI处理;在7月26日前后至统一打顶时，3种模式株高相差很小。这说明棉花根系耗水主要在30～80 cm的深层，移栽棉花缓苗期到苗期这个阶段，存在蹲苗的现象，但已在深层储存了一部分水分，进入花铃期后水分补偿效应凸显，促进棉苗快速生长。

3.1.3 叶片数、单株叶面积以及叶面积指数

从表3看出，花铃前期，叶片数NFT-SDI比FS-SDI多2.7片/株，叶面积大41.7 cm2/株，分别增加了10.5%和2.6%，差异较显著（P<0.05）;花铃后期，叶片数NFT-SDI比FS-SDI多2.6片/株，比FS-SDI叶面积大36.5 cm2/株，分别增长了11.6%和2.4%，差异明显（P<0.05）。WFT-SDI比FS-SDI棉花的叶片数和叶面积在花铃前期分别增加了11.5%和4.1%，花铃后期分别增加了12.4%和2.9%，差异明显（P<0.05）。这说明移栽棉花（NFT-SDI和WFT-SDI处理）在叶片数上一直处于优势，与其移栽时已具备2～3片真叶有关。花铃前期，WFT-SDI的叶片数和叶面积比NFT-SDI增加了1.1%和1.5%，这说明薄膜保温效果在棉花现花前（7月上旬前）效果显著，进入营养生长阶段（花铃期），随着棉花根系发育逐渐深入和当地昼夜温差的变小，WFT-SDI和NFT-SDI在叶片数和叶面积上的差异明显缩小，后期相差幅度仅为0.9%和0.6%（P<0.05），薄膜效应也在逐渐淡化。

从表3还可看出，NFT-SDI、WFT-SDI和FS-SDI的叶面积指数范围分别为3.95～3.99、3.93～4.05和3.08～3.35，而适宜的叶面积指数为3.5～4.0，其生物学产量和与经济产量的比例最为协调。NFT-SDI处理的叶面积指数处于获得籽棉最高产量的适宜状态，这与王振华等[19]的研究结果一致。

3.1.4 果枝数、铃数和脱蕾铃率

从表4看出，果枝数NFT-SDI与WFT-SDI仅相差0.1个/株，WFT-SDI与FS-SDI相当，差异不大（P<0.05）;对于铃数而言，NFT-SDI分别比WFT-SDI和FS-SDI增加了0.3%和6.67%，差异显著（P<0.05）。相比FS-SDI，WFT-SDI的脱蕾率低了29.4%，脱铃率低了50.8%，差别较大（P<0.05）;NFT-SDI和WFT-SDI的脱蕾铃率相比，变化幅度为0.6%和0.5%，差别较小（P<0.05）。

对于覆膜栽培处理（WFT-SDI和FS-SDI），薄膜的保墒作用和生育期内每次灌水，均会导致浅层土壤水分含量变大，若通风不及时，容易造成棉花在潮湿和隐蔽的环境中滋生细菌，抑制棉苗生长;对于NFT-SDI，地表以下35 cm埋设滴灌带，根據不同生育期根系需水量，进行滴水灌溉，少量多次，土壤表层干燥，田间通透性好，有利于棉花下层叶片的光合作用，脱蕾铃率都较低，为后期棉花获得高产打下基础。

3.1.5 对根系分布的影响

由图2可见，NFT-SDI、WFT-SDI和FS-SDI三种栽培处理侧根变化趋势基本一致，绝大部分侧根主要分布于0～20 cm土层，20～60 cm及以下深度的侧根数量均呈下降趋势。FS-SDI处理有利于浅层根系发育，侧根分布主要集中于10～30 cm和50～90 cm土层，30～50 cm中下部侧根数量仅占17.4%;WFT-SDI侧根主要集中于地表以下10～60 cm，60 cm以下侧根数量几乎为0;NFT-SDI处理侧根浅层根系发育介于WFT-SDI和FS-SDI之间，地表以下20～80 cm侧根的数量可达50%，且分布均匀，而地下滴灌棉花根系吸水的主要范围为30～80 cm，有利于中部侧根根系发育。

3.1.6 对生物量的影响

从表5看出，NFT-SDI棉花根系最长，为136 cm，依次比FS-SDI和WFT-SDI增加了10.3%和36.8%。对比NFT-SD的根冠长比，分别比FS-SDI和WFT-SDI棉花增加了17.1%和28.9%，差异明显（P<0.05）。从根冠质量比分析，WFT-SDI最大，比NFT-SDI和FS-SDI分别增加了3.6%和3.0%，差异不明显（P<0.05）。对照不同处理总生物量，FS-SDI最大，分别比NFT-SDI和WFT-SDI增加了12.4%和26.3%，差异明显（P<0.05）。

3.2 各处理对棉花产量的影响

影响棉花最终产量的因素主要有总铃数、单铃质量、皮棉产量、衣分率以及籽棉产量等。NFT-SDI、WFT-SDI和FS-SDI籽棉产量包括霜前产量（分两次采收，第一次采收时间分别为9月10日、9月8日、9月16日，第二次分别为9月30日、9月28日、9月26日）和霜后产量（采收时间分别为10月13日、10月11日和10月20日）。铃数关系到棉花后期的吐絮数，单铃质量与籽棉产量密切相关。由表6看出，在取样面积和株数一定的情况下，WFT-SDI的总铃数和单铃质量分别比FS-SDI增加了6.2%和6.1%，差异显著（P<0.05），比NFT-SDI分别增加了-0.4%和2.0%，差异不明显（P<0.05）。衣分率WFT-SDI比FS-SDI提高了1.2%，与NFT-SDI相差仅为0.6%。全生育期WFT-SDI和NFT-SDI的籽棉产量分别比FS-SDI提高了7.9%和8.5%，其原因是覆膜直播处理棉花出苗较晚，且在霜冻来临之后仍然有部分棉铃未完全发育，不能完成吐絮，被迫结束生育进程，导致霜后产量较低，最终籽棉产量较低。种植模式中以NFT-SDI籽棉产量最高，为5 616.92 kg/hm2，比WFT-SDI增加了0.6%，差异较小，这与无膜移栽处理的生育期最长有关（为197 d），延长了作物生长时间，一定程度上促进了作物产量的提高。此外，薄膜效应对棉田的影响主要集中在花铃期前，即基础生长发育指标受影响较大，而对后期产量的影响较小。

4 结 论

（1）地下滴灌条件下，灌溉定额（510 mm）和灌水次数（19次）一定，但在不同的栽培模式下，棉花的生理生长及产量不同。结合棉花生长发育指标分析，在棉花花铃期前，采用“育苗移栽技术结合覆膜”的模式效果更好，有利于棉苗尽早度过缓苗期成活，快速进入生长阶段，棉花从生殖生长过渡至营养生长阶段，随着棉花根系的发育，薄膜效应逐渐消失。

（2）综合考虑棉花生理生长和籽棉产量，并结合不同种植模式棉花生长环境分析，在北疆地区地下滴灌条件下采用无膜育苗移栽技术可以保障棉花生长发育和产量，还减少了环境污染，有利于棉业的发展。

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【责任编辑 许立新】