不同灌溉頻率對滴灌棉花生長及產(chǎn)量的影響研究

1、不同灌溉頻率對滴灌棉花生長及產(chǎn)量的影響研究王肖娟 1，危常州2，陳林 1（1. 新疆天業(yè)（集團）有限公司，新疆 石河子 832021 ； 2. 石河子大學新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室 / 農(nóng)學院）摘要： 設置田間小區(qū)試驗， 研究不同灌溉頻率對膜下滴灌棉花生長發(fā)育的影響， 旨在探討新疆膜下滴灌棉花高效節(jié)水灌溉模式， 確定棉花種植最佳的滴灌頻率， 以提高棉花水分利用效率， 達到節(jié)水增產(chǎn)的目的。 試驗設置灌溉6 次（ T6） 、 灌溉 8 次 （ T8） 和灌溉10 次（ T10）3種灌溉頻率處理。試驗結(jié)果表明：隨著灌溉頻率的增加，棉花生物量和氮素累積量顯著增加， 其中 T10 處理最大； 但不同

2、灌溉頻率下同化物向營養(yǎng)器官分配的比例不同，T6、T10處理同化物向營養(yǎng)器官分配的比例較高， T8 處理同化物向生殖器官分配的比例較高，灌溉頻率過高無助于棉花產(chǎn)量提高；與T6、 T10 處理相比， T8 處理獲得了較高的籽棉產(chǎn)量和水分利用效率，分別為 7 788 kg/hm2和16.8kg/ （hm2 mm,具有明顯的節(jié)水增產(chǎn)效益。因此，在新疆北疆氣候條件下，灌溉總量相同的條件下（ 4 650 m3/hm2） ，灌溉頻率8 次可促進棉花的生長發(fā)育，有效的增加棉花產(chǎn)量，提高水分利用率。關(guān)鍵詞 ：膜下滴灌；棉花；灌溉頻率自 1998 年膜下滴灌技術(shù)引入新疆后，作為一種先進的節(jié)水技術(shù)，在很大程度上改變

3、了干旱區(qū)農(nóng)業(yè)缺水的問題。 膜下滴灌是覆膜栽培和滴灌相結(jié)合的節(jié)水灌溉技術(shù)， 它能根據(jù)作物的根系分布進行局部灌溉，并有效地保持土壤團粒結(jié)構(gòu)，防止水分深層滲漏和地表流失。同時，又具有保溫、保墑及減少地表蒸發(fā)，提高水分利用效率 1 和肥料利用率 2 的作用，可節(jié)水40% 50%，增產(chǎn)20%左右3 。新疆地處亞歐大陸腹地，降雨稀少，蒸發(fā)強烈，水資源匱乏，節(jié)水是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路。滴水頻率是膜下滴灌技術(shù)的重要參數(shù)4 ，灌溉頻率影響了土壤的水、 熱分布狀況， 必然會對作物生長和水分利用效率產(chǎn)生影響5 。通常，高頻滴灌有利于形成易于植物根系吸收的土壤水分條件。 灌水間隔過大或過小均不利于棉花生長， 在砂

4、性土壤條件下， 7 d 滴 1 次水的頻率可獲得較高的產(chǎn)量和水分利用效率6;且灌水周期為2 d的表層土壤含水率較高，隨灌水頻率的增 大，棉花花鈴期耗水強度增大，產(chǎn)量提高7.3% 17.4% 7;Jordan 8 等和Wang4等研究認為，高灌溉頻率能為作物根系提供吸收水肥的最適條件， 但會增加能量和勞動力的消耗， 并導致水和養(yǎng)分向根區(qū)以下轉(zhuǎn)移，而灌水頻率過低，可能導致作物肥不足，生長受到抑制；因而灌溉頻率直接影響了土壤中水和氮素的運移、分布、根系分布及根系對水分和養(yǎng)分的吸收9-10。目前，國內(nèi)外大部分研究主要集中在不同灌水量和灌水周期等方面的研究， 但在灌溉總量相同條件下， 不同灌溉頻率對棉花

5、生長發(fā)育的影響鮮見報道。 本文結(jié)合新疆生產(chǎn)實際， 比較在灌溉總量相同條件下， 不同灌溉頻率對棉花生長和產(chǎn)量的影響， 揭示不同灌溉頻率對棉花水分利用效率的影響， 尋 找最佳的灌溉頻率， 為新疆灌區(qū)制定科學的灌溉模式、 合理利用水資 源提供科學依據(jù)。材料與方法試驗點概況試驗在新疆石河子大學農(nóng)學院試驗站進行。 該區(qū)年均降雨253.3 mm，年均蒸發(fā)量1 637.5 mm年均氣溫7. 9C,地下水位在10 m以下。 試驗田土壤為灌耕灰漠土，質(zhì)地為中壤土。土壤基礎養(yǎng)分狀況為：有機質(zhì) 19.9 g/kg ,全氮 1.08 g/kg ,堿解氮 60.88 mg/kg,速效磷 17.95 mg/kg,速效鉀1

6、84 mg/kg , pH 7.9。前茬作物為棉花。試驗設計與田間管理試驗于20212021年進行，持續(xù)2年。供試作物為棉花（品種惠遠“ 710”） 。根據(jù)目前大田生產(chǎn)實際肥料用量，播前均施P2O5 135kg/hm2 （重過磷酸鈣，含 P2O5 46%）和K2O 90 kg/hm2 （硫酸鉀， 含K2O 51%）作基肥。播種采用寬幅1.5 m地膜種植，1膜4行， 田間毛管采用北京綠源公司生產(chǎn)的 15內(nèi)鑲式滴灌帶，滴頭間距30 cm,設計滴頭流量2.7 L/h。1條膜下鋪2條滴灌毛管，均鋪在窄行 中，1根毛管控制2行棉花灌溉。播幅內(nèi)寬、窄行距為 30 cm- 60 cm - 30 cm,株距為

7、10 cm,理論株數(shù)為22.2 X 104株/hm2。本試驗設計灌溉量為4 650 m3/hm2灌溉施肥頻率設置3個水平：全生育期灌水6 次、 8 次和 10 次（分別用T6、 T8 和 T10 表示） 。試驗采用完全隨機區(qū)組設計，每個處理重復 3 次，共 9 個小區(qū)，每個小區(qū)為2膜，面積為3 m X 6 m = 18 m2 ,每個小區(qū)之間設1 m保護行。棉花生育期內(nèi)共施N 360 kg/hm2 ，結(jié)合棉花需水量和需氮規(guī)律來確定各次施氮量和灌水量。其中，盛蕾期（ 6 月 12 日6 月 22日）施肥量占 17% 20%，盛花期（6 月 27 7 月 8 日）占 19% 20%，盛鈴前期（7 月

8、 12 日 7 月 27 日）占 37% 40%，盛鈴期（ 7 月 30 日 8 月 11 日）占15%，吐絮期占（8 月 15 日 8 月 26 日）8%，灌溉與施肥全程同步，即肥料通過施肥罐溶解在灌溉水中，邊滴灌邊施肥。灌溉時期、灌量及氮肥所占比例見表1。取樣與分析植株樣品的采集與氮素吸收量的測定在棉花吐絮期采用挖掘法獲取根系， 參照陸地生態(tài)系統(tǒng)生物觀測規(guī)范進行 , 即分別在外行和中行以棉花單株所占的面積進行挖掘，外行和內(nèi)行各挖取2株（以膜間中央和寬行中央為界），挖取90 cm X 24cm 的區(qū)域?qū)⒚藁ǜ禉z出。獲取根系時，將取樣區(qū)域的地上部分全部采集后， 按莖、 葉、 鈴、 根不同器官

9、分離開， 在 105 下殺青 30 min后于 70 條件下烘干至恒重，稱重并記錄干物質(zhì)重。烘干的植株樣品經(jīng)粉碎，過0.5 mm篩備用。植株樣品用 H2SO4 - H2O2消煮，在BUCHI - 350 全自動定氮儀上測定植株不同部位全氮含量。棉花產(chǎn)量在棉花吐絮后，小區(qū)內(nèi)每隔 3 株測 1 株，計算全小區(qū)株數(shù)、鈴數(shù)及單株結(jié)鈴數(shù)；棉花吐絮后每小區(qū)分3 次采收 90 朵完全吐絮棉桃，測定平均單鈴重和衣分，各小區(qū)內(nèi)連續(xù)收獲6.67 m麗棉換算實收產(chǎn)量。霜前花為 10 月 10 號收獲的籽棉。數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析采用 Microsoft Excel 2021 和 spss 11.0 分析處理試驗數(shù)據(jù)，Dun

10、can法檢驗差異顯著性（p 0.05）。結(jié)果與分析對棉花生長發(fā)育的影響干物質(zhì)的積累從灌溉頻率對棉花干物質(zhì)積累的影響來看（表2 ） ，灌溉頻率顯著影響了棉花的葉、莖、鈴及整株干物質(zhì)質(zhì)量（ p T8 T6 。表明增加灌溉頻率可以及時供應水分和養(yǎng)分，促進作物生長，提高整株干物質(zhì)積累量，但高頻灌溉（T10）會造成棉花植株的貪青旺長，干物質(zhì)積累以營養(yǎng)器官生長為中心，且T10 處理葉、莖和根干物質(zhì)積累均高于T6、 T8 處理，而 T8 處理鈴干物質(zhì)累積量顯著高于T6、 T10 處理，表明 T8 處理有利于生殖器官生長和干物質(zhì)積累， 增加棉纖維和棉籽的干物積累量。氮素的吸收灌溉頻率顯著影響了棉花的葉、莖、鈴

11、及整株氮素累積量（ p 0.05 ，表3） 。隨著灌溉頻率的增加，葉片氮素積累量逐漸增加，且處理間均達到顯著水平，T10處理氮素累積量達96.4 kg/hm2 ;隨灌溉頻率的增加，莖、根氮素積累量也逐漸增加，T10處理中葉、根氮素積累量與T8、T6相比分別增加了 29.7%、167.0麻口 62.0%、91.1%;不同處理間整株氮素積累量差異均達到顯著水平， 其中 T10 處理氮素積累量最大，為 441.6 kg/hm2 。由此可知，增加灌溉頻率會使得棉花植株葉、 莖及根氮素積累增加， 大量氮素殘留在棉花莖稈和葉片中不利于氮素向子粒中轉(zhuǎn)移，造成氮素的浪費。對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響通過田間調(diào)

12、查和產(chǎn)量實收統(tǒng)計 (表4) ， 在滴灌灌溉量為4 650 m3/hm2的條件下，隨灌溉頻率的增加，皮棉產(chǎn)量逐漸增加，其中 T8 處理皮棉產(chǎn)量最高，達到3 206 kg/hm2,彳S T8和T10處理間無明顯差異(p 0.05 ) ，表明過高灌溉頻率不能顯著提高棉花產(chǎn)量。進一步考察產(chǎn)量構(gòu)成因子可以看出， 灌溉頻率對棉花單株結(jié)鈴數(shù)、 總鈴數(shù)和鈴重的影響顯著，但對衣分影響不顯著。在不同的灌溉頻率下， T10 處理的單株鈴數(shù)均顯著高于T6、 T8 處理， T10 處理單株鈴數(shù)分別比T6、T8處理增加24.2麻口 13.2%;與單株結(jié)車數(shù)相似，T10處理的總鈴數(shù)均顯著高于T6、T8處理，與T10處理相比

13、，T8處理總鈴數(shù)降低了 11.9%, T6處理總鈴數(shù)降低了 18.9%,均達到顯著性差異；而衣分在各處理之間無明顯差異。灌溉頻率對棉花霜前花率影響顯著，其中以 T8 處理霜前花率較高，達96.2%以上。各處理的棉花水分利用效率不同，與T10 處理相比， T8 處理水分利用效率增加了4.4%，處理之間無明顯差異， T6 處理水分利用效率降低了9.3%，且達到顯著性差異。以上結(jié)果表明， 增加灌溉頻率可以顯著增加單株鈴數(shù)和總鈴數(shù)， 尤其是在T10處理下的單株鈴數(shù)和總鈴數(shù)最高，但棉花產(chǎn)量并沒有隨著灌溉頻率的增加而增加，這是由于灌溉頻率過高，棉株長勢過旺，前期營養(yǎng)生長旺盛，推遲了生殖生長和棉花成熟，降低

14、了霜前花的比例，使得霜后花增多； 灌溉頻率過低， 棉株長勢衰弱， 盡管有較高的霜前花率，但總鈴數(shù)減少，對產(chǎn)量潛力發(fā)揮不利，最終導致產(chǎn)量降低，因此，適宜的灌溉頻率（T8）可以達到較高的皮棉產(chǎn)量3 206 kg/hm2。討論不同灌溉頻率對棉花生長的影響獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的皮棉是種植棉花的最終目的， 由于棉花是一種具有無限生長習性的作物， 保持營養(yǎng)生長與生殖生長之間、 產(chǎn)量構(gòu)成要素之間、 生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量之間的相互協(xié)調(diào)是棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。膜下滴灌技術(shù)不僅提高了水肥的可控性， 為作物根系生長創(chuàng)造了良好的水分和養(yǎng)分環(huán)境。 作物關(guān)鍵生育期少量多次灌水方式是一種新型的灌溉方式，它是在作物的某些需水關(guān)鍵期，控

15、制水分供應，有目的地使作物經(jīng)受水分脅迫，影響光合產(chǎn)物向不同組織器官重新分配11。棉花的營養(yǎng)生長狀況是高產(chǎn)栽培所要控制的重要方面， 而棉株的生長對水分最為敏感，棉花的生長發(fā)育與灌水模式密切相關(guān)12。結(jié)果表明，不同灌溉頻率下棉花生物量差異顯著（表2） ，隨著灌溉頻率的增加，各處理棉花生物量呈增加趨勢，其中 T10 處理生物量最大。充足的灌溉頻率有利于生物量的形成， 但不同處理營養(yǎng)生長與生殖生長的分配比例不同， T6 處理同化物向營養(yǎng)器官、生殖器官分配的比例分別為27.7%、 72.3%， T8 處理同化物向營養(yǎng)器官、生殖器官分配的比例分別為22%和 78%， T10 處理同化物向營養(yǎng)器官、生殖器官

16、分配的比例分別為29%和 71%，可以看出T6、 T10 處理同化物向營養(yǎng)器官分配的比例過高， T8 處理同化物向生殖器官分配的比例較高，這可能是由于根系合成脫落酸(ABq向地上部運送并調(diào)控植物地上部的生長和物質(zhì)分配，可以實現(xiàn)其在水分供應受限條件下的最優(yōu)生長，調(diào)整營養(yǎng)生長與生殖生長的比例， 從而提高了經(jīng)濟系數(shù)。不同灌溉頻率對產(chǎn)量的影響作物產(chǎn)量和水分利用效率的同步提高是當今節(jié)水農(nóng)業(yè)所追求的一個主要目標。 T8 處理棉花葉片光合速率高，光合產(chǎn)物累積量大，且向生殖器官分配的比例高，單株鈴數(shù)較多，單鈴質(zhì)量高，因而可顯著提高棉花產(chǎn)量和水分利用效率，分別高達7 788 kg/hm2 和 16.8 kg/(

17、hm2 mm。蕾期至花鈴期是棉花生長的旺盛時期，此期可通過減少灌溉量增加灌溉次數(shù)等合理灌溉方式， 適當控制營養(yǎng)生長， 促進干物質(zhì)向生殖生長的轉(zhuǎn)化， 不僅有利于提高作物的經(jīng)濟產(chǎn)量， 而且還有利于大幅度提高水分利用效率， 產(chǎn)生明顯的節(jié)水增產(chǎn)效益， 同時也為根系調(diào)控技術(shù)的研究提供了新的思路和方法。研究還發(fā)現(xiàn)， T8 處理的棉花霜前花率最高，其原因主要是T10 處理棉花植株生長過旺， 造成徒長，棉花貪青晚熟，而 T8 處理的棉花生理生化過程以及光合產(chǎn)物在營養(yǎng)生長和生殖生長不同組織間的分配模式和比例均產(chǎn)生一系列適應性的調(diào)整，棉花營養(yǎng)生長受到抑制，棉株受光充分，棉桃溫度相應較高，表明 T8 處理可明顯提高

18、棉桃綻開率，提高霜前花的比例，從而使棉花品質(zhì)指標明顯提高。結(jié)論( 1)隨著灌溉頻率的增加，棉花生物量和氮素累積量顯著增加，其中T10處理最大；但不同灌溉頻率下同化物向營養(yǎng)器官分配的比例 不同，T6、T10處理同化物向營養(yǎng)器官分配的比例較高，T8處理同化 物向生殖器官分配的比例較高，灌溉頻率過高無助于棉花產(chǎn)量提高。( 2)與 T6、 T10 處理相比， T8 處理獲得了較高的籽棉產(chǎn)量和水分利用效率，分別為7 788 kg/hm2和16.8 kg/hm2/mm,具有明顯的節(jié)水增產(chǎn)效益。 因此， 在新疆北疆氣候條件下， 灌溉總量相同的條件下 ( 4650 m3/hm2) ，灌溉頻率8 次可促進棉花的

19、生長發(fā)育，有效的增加棉花產(chǎn)量，提高水分利用率。參考文獻馬富裕， 嚴以綏 . 棉花膜下滴灌技術(shù)理論與實踐M. 烏魯木齊：新疆大學出版社， 2021. 174-811.李俊華，馬富裕，鄭重，等. 膜下滴施尿素對棉花氮素吸收、分配、利用效率的影響J. 土壤肥料，2021 (4 ): 40-43.張炎，王講利，李磐，等. 新疆棉田土壤養(yǎng)分限制因子的系統(tǒng)研究J.水土保持學報，2021, 19 (6): 57-60.4Wang FX， Kang Y H， Liu S P.Effects of drip irrigationfrequency on soil wetting pattern and potato growth in NorthChina PlainJ.AgricultureWater Managemen，t 2021， 79： 248-264.5Salah E E， EssamA A， MohamedS A. Irrigation rate and plantdensity effects on yield and water use efficiencyofdrip-irrigated cornJ. Agricultural Water Managemen，t 2021， 95： 836-844.6 高 龍，田富強，倪廣恒，等