膜下滴灌對(duì)南疆雜交棉兆豐1號(hào)群體光合作用和產(chǎn)量的影響

高山 張瑜王 冀川

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

雜交棉以其高產(chǎn)、高衣分、高抗逆等特性在我國(guó)得到快速發(fā)展，目前雜交棉種植雖然已經(jīng)形成模式化的栽培技術(shù)體系，但由于品種更新快，對(duì)品種的氣候、土壤條件及棉花栽培技術(shù)的反應(yīng)差異不清楚，造成品種區(qū)域間產(chǎn)量差異較大，品質(zhì)表現(xiàn)不一，增產(chǎn)增效不明顯等。因此深入開展超高產(chǎn)雜交棉高效生產(chǎn)性能的機(jī)理的研究，尤其是開展適于新疆干旱區(qū)條件下的不同滴灌供水對(duì)雜交棉群體組成、群體光合特征以及產(chǎn)量構(gòu)成的影響的研究，完善新疆干旱區(qū)雜交棉優(yōu)化高產(chǎn)栽培管理技術(shù)體系，是當(dāng)前雜交棉科研面臨的主要課題。

新疆南疆地處歐亞大陸腹地屬典型大陸氣候，光照資源豐富，具有發(fā)展棉花的資源優(yōu)勢(shì)。近十幾年來，新疆棉花發(fā)展迅速，在生產(chǎn)上采用了“矮、密、早、膜”的栽培技術(shù)。為此開展了滴灌處理對(duì)新疆棉花群體冠層結(jié)構(gòu)，以及葉面積指數(shù)分布對(duì)棉花源庫分布的影響。新疆具有特殊的自然條件和氣候條件，非常利于棉花的生長(zhǎng)，雜交棉冠層結(jié)構(gòu)和群體光合明顯區(qū)別于常規(guī)棉花，創(chuàng)造出適宜的冠層結(jié)構(gòu)、合理利用新疆有利光熱資源，是奪取雜交棉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵，因此合理的滴灌處理對(duì)新疆雜交棉生長(zhǎng)影響的研究很有必要，對(duì)推廣雜交棉生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。膜下滴灌是將覆膜種植與滴灌技術(shù)相結(jié)合的一種新型灌溉技術(shù)，也是地膜栽培技術(shù)的延伸與深化。提高種植密度是新疆棉花增產(chǎn)的主要途徑。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者著重研究了常規(guī)灌溉條件下不同密度對(duì)棉花群體光合作用、冠層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的影響［1，2］，但有關(guān)新疆不同滴灌條件下的雜交棉群體的群體光合特征、光合能力、對(duì)產(chǎn)量的影響研究不多，合理的高產(chǎn)種植一直沒有一個(gè)明確的理論依據(jù)，本課題采用雜交棉兆豐1號(hào)品種在不同滴灌供水量下開展群體光合的研究，為棉花揭示雜交棉高產(chǎn)機(jī)理研究打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

選用兆豐1號(hào)為供試品種。4月23日播種，7月17打頂。按大田膜下滴灌配置:(24+57+24+57)cm×13 cm，滴灌帶置于窄行中間，1管2行模式，密度為18萬株/hm2。設(shè)置5個(gè)滴灌定額控制試驗(yàn)(表1)，小區(qū)面積55 m2，各重復(fù)3次，每區(qū)種植3膜共12行。小區(qū)用水表記錄灌溉水量。每小區(qū)之間用防滲板(PVC聚酯板)隔開，隔離深度60 cm。試驗(yàn)地土質(zhì)為沙壤土，土壤容重為1.36 g/cm3，田間持水量24.1%，地下水位3.0 m左右。

表1 不同膜下滴灌控水設(shè)置

試驗(yàn)地出苗時(shí)間為5月上旬，從出苗后40天左右開始滴灌控水處理，田間管理照按大田常規(guī)管理進(jìn)行，1～2葉期定苗，苗期中耕1次，在第3～8次滴灌期間共滴施尿素375 kg/hm2、KH2PO4150 kg/hm2。全期化調(diào)2次，初花期噴施縮節(jié)胺18 g/hm2，打頂后1周噴施縮節(jié)胺75 g/hm2。

1.2 測(cè)試內(nèi)容和方法

每隔7～10 d隨機(jī)取完整植株2株(開花前5株)，觀測(cè)各處理的生長(zhǎng)發(fā)育情況，測(cè)量和記錄各生育階段植株的形態(tài)指標(biāo)，并分別測(cè)定各器官的鮮重后置于烘箱105℃下殺青30 min、80℃下烘干至恒重后稱重;于各階段測(cè)定群體光合指標(biāo)，收獲期各處理選擇有代表性植株50株，按單株分別摘取棉株不同部位果枝上的全部吐絮棉鈴，供室內(nèi)考種用，以實(shí)收籽棉產(chǎn)量計(jì)產(chǎn)。

群體光合速率(CAP)和群體呼吸速率(CR)參照馬富裕等［3］的方法，采用同化箱法測(cè)定。在晴天11:00 ～14:00、光強(qiáng)穩(wěn)定在 1 200 ～1 400 μmol/m2/s，用GXH－305型紅外線CO2分析儀在田間直接測(cè)定，同化箱寬0.8 m，長(zhǎng)0.9 m，高度依不同生育期株高而定，保持同化箱頂部到冠層頂部有25 cm左右的間距。箱內(nèi)裝兩個(gè)風(fēng)扇攪拌氣體，框架外罩透明聚脂薄膜。選取三個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)測(cè)定兩次，當(dāng)同化箱內(nèi)CO2氣體穩(wěn)定下降后開始測(cè)定，每次測(cè)定時(shí)間為60 s。不同處理采用輪回測(cè)定的方法。用紅黑雙層絨布布罩遮光后測(cè)定群體呼吸速率。同法測(cè)定土壤呼吸以修正群體光合的測(cè)定值，在群體結(jié)構(gòu)相近的田地，剪去與同化箱底大小相同面積地表上的植株后，測(cè)定土壤呼吸釋放的CO2，以修正群體光合的測(cè)定值。計(jì)算群體呼吸和群體光合占群體總光合的比例:CRP=CR/(CR+CAP)和 CAPP=CAP/(CR+CAP);群體葉源量(CLSC)參照肖凱等［10］方法計(jì)算:CLSC= Σ［(CAPi+CAPi+1)/2］·Di，式中CAPi、CAPi+1指第 i、i+1 次測(cè)定的 CAP，Di為第 i至i+1次測(cè)定所間隔的時(shí)間(天數(shù))。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS13.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用Microsoft Excel 2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌量對(duì)棉花群體光合速率(CAP)與呼吸速率(CR)的影響

雜交棉在不同滴灌量條件下，群體光合速率(CAP)隨生育期均呈先增加后減小的單峰型曲線變化(圖1a)，在初花(7月上旬)前增長(zhǎng)緩慢，盛花期—初鈴期(7月下旬～8月上旬)達(dá)到最大值，隨后迅速下降。不同處理間表現(xiàn)為，苗期未滴水前土壤水分相同，CAP無差別;棉花滴水后至初花期處理間的CAP差異開始顯現(xiàn)，表現(xiàn)為滴灌量越大CAP增速越快，在初鈴期前后(8月上旬)各處理差異最大，隨滴灌量依次是T1最高，T5最低，滴灌量越小CAP的變化越平穩(wěn)。T3的CAP雖不如T1、T2高，但盛鈴期以后(8月中下旬)下降緩慢，其各階段的CAP值為苗期0.38 gCO2/m2/h，蕾期1.67 gCO2/m2/h，盛花期4.26 gCO2/m2/h，初鈴期5.11 gCO2/m2/h，吐絮期1.30 gCO2/m2/h。T4、T5 由于受土壤水分虧缺的影響，其 CAP顯著低于水分非虧缺處理。

圖1 不同滴灌量處理對(duì)雜交棉CAP(a)和CR(b)的影響

雜交棉群體呼吸速率(CR)隨生育期也呈先增后減的單峰型曲線變化(圖1b)，但其峰值較CAP推后。各處理間CR峰值和出現(xiàn)的時(shí)期有所不同，T4、T5的CR在初鈴期達(dá)到最高值，分別為1.54和1.35，而T1、T2、T3的CR在盛鈴期才達(dá)到最高值，分別為2.2、1.87、2.05，說明滴灌量越少，CR 峰值越低，且有前移趨勢(shì)，這可能是水分虧缺造成個(gè)體在盛花期以后生長(zhǎng)量明顯不足、器官活力衰退所致。處理間CR差異主要表現(xiàn)在初鈴期以后，T1的CR始終最高，T3除在盛鈴期高于T2外，其余時(shí)期均低于T2，表明T3處理在結(jié)鈴的關(guān)鍵時(shí)期個(gè)體呼吸旺盛，利于同化養(yǎng)分的合成與轉(zhuǎn)移，而其余時(shí)期CR較低，利于同化物積累。T4、T5由于生育期內(nèi)水分缺乏，棉株生長(zhǎng)勢(shì)弱，CR表現(xiàn)最低。各處理的CAP占群體總光合速率的比例(CAPP)在盛鈴期以前差異不大，盛鈴后T3明顯高于其他處理，T1和T2最低(表2)。從CR占群體總光合速率的比例(CRP)來看，水分虧缺處理(T4、T5)在初鈴期以前較高、吐絮期較低，多水處理(T1、T2)在盛鈴期以后表現(xiàn)較高，T3的CRP在初鈴期以前明顯低于水分虧缺處理，而與T1、T2差異不大，到盛鈴期時(shí)達(dá)到最大值，隨后迅速下降，低于所有處理，表明適量滴灌在保證棉株同化物積累不降低的情況下，在棉鈴生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期通過增大呼吸強(qiáng)度以充分滿足棉鈴生物能消耗，保證棉鈴良好發(fā)育，在生育后期以正常的生長(zhǎng)勢(shì)衰退，達(dá)到吐絮集中的目的。

表2 各處理不同生育時(shí)期的CR和CAPP變化

2.2 不同滴灌量對(duì)花鈴期群體葉源量(CLSC)的影響

不同滴灌量對(duì)棉花群體葉源量(CLSC)的影響見圖2，雜交棉CLSC隨生育進(jìn)程有2個(gè)高峰。蕾期棉花個(gè)體較小，生長(zhǎng)勢(shì)緩慢，CAP較低，CLSC不高;開花期是棉株一生中個(gè)體生長(zhǎng)速度最大時(shí)期，尤其在初花—盛花期(7月初～7月下旬)更是雜交棉株高、果枝數(shù)增長(zhǎng)高峰期，故群體增長(zhǎng)快，CLSC達(dá)到高峰;盛花—初鈴是棉花蕾鈴脫落的高峰期，群體呼吸增強(qiáng)，CLSC降低;初鈴—盛鈴是雜交棉鈴快速生長(zhǎng)發(fā)育的時(shí)期，群體CLSC又顯著增加，此后CLSC逐漸降低。處理間在開花期—盛鈴后期的各階段，CLSC均隨灌量增加而增加，但盛鈴以后T2、T3的CLSC下降迅速，這主要是由于過量灌溉造成后期群體過大，通風(fēng)透光不良，群體CAP下降過快所致，對(duì)產(chǎn)量形成不利［4］。盛花—初絮(7月下旬～9月初)是雜交棉產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，由于棉株間的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，群體內(nèi)部的自動(dòng)調(diào)節(jié)及栽培措施的調(diào)控，造成此期的CLSC在非虧缺灌溉處理(T1、T2和T3)之間的差異并不大，而虧缺處理(T4、T5)的CLSC卻顯著下降，說明雜交棉在適量滴灌的基礎(chǔ)上，增加滴灌量并不能增加雜交棉冠層同化能力，但干旱將嚴(yán)重影響群體生產(chǎn)力。

圖2 各處理群體葉源量(CLSC)變化

2.3 不同滴灌量對(duì)棉花葉面積指數(shù)(LAI)的影響

試驗(yàn)表明(圖3)，不同滴灌量處理下葉面積指數(shù)(LAI)均隨生育時(shí)期逐漸增大，在盛花至盛鈴期達(dá)最大值，隨后下降;處理間最大LAI出現(xiàn)的時(shí)期有所不同，表現(xiàn)為灌量減少，最大LAI出現(xiàn)時(shí)期有前移趨勢(shì)。現(xiàn)蕾(5月底)前棉花未滴水，各處理間LAI變化無差異，滴灌后從盛蕾期(6月中旬)開始，隨灌量加大而LAI增加，到盛花期以后虧缺滴灌處理顯著低于非虧缺處理。T3的LAI在盛花期之后迅速增加，在初鈴期達(dá)到4.2的最高值，以后至吐絮盛期(9月中下旬)不斷下降，在整個(gè)生育期內(nèi)變化較為平穩(wěn)。T1的LAI從盛蕾期開始迅速上升，至盛鈴期達(dá)到4.85的最高值，盛絮期仍余3.14，造成鈴期郁閉，透光不良;水分虧缺處理影響群體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，造成葉源量不足，如T5在盛花期LAI即達(dá)到最高為3.07，且后期下降迅速，至盛絮期僅余0.83，其生長(zhǎng)勢(shì)有限，影響產(chǎn)量。

2.4 不同滴灌量對(duì)棉花干物質(zhì)累積及分配的影響

雜交棉地上部干物質(zhì)積累在盛花期之前積累緩慢，初鈴期以后進(jìn)入到快速積累期，盛鈴期積累速率達(dá)高峰期，此后進(jìn)入到吐絮期，群體生長(zhǎng)勢(shì)衰退，總干物質(zhì)增長(zhǎng)減緩。不同處理間在初花之前干物質(zhì)累積無明顯差異，盛花以后差異明顯 (圖4)，總體上表現(xiàn)為滴灌量越大單株干物質(zhì)累積越多。T1與T2差異不大，T3從初鈴期開始與T1、T2差異明顯增大，而T4、T5從盛花期開始差異明顯增大。說明土壤水分過多造成棉株生長(zhǎng)旺盛，而水分過少，嚴(yán)重影響棉花的營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)。生殖器官干物質(zhì)累積從現(xiàn)蕾期開始，至初花期增長(zhǎng)緩慢，此期雜交棉主要進(jìn)行株高、果枝等的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng);盛花—初鈴期蕾鈴干重快速增加，雜交棉生長(zhǎng)中心開始轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)減弱的趨勢(shì)。處理間生殖器官干物質(zhì)積累量也有所不同(表3)，在初絮期(8月下旬)表現(xiàn)為T3(90.68g)＞T2(86.61 g)＞T1(76.29 g)＞T4(60.93 g)＞T5(38.08 g)，T4、T5自盛花期開始明顯低于T3，而T1在盛鈴期以前與T3差異不大，此后由于個(gè)體生長(zhǎng)旺盛，造成蕾鈴脫落嚴(yán)重，其生殖器官干重明顯低于T3。

生殖器官干重占地上部總干重的比例隨生育時(shí)期逐漸增加(表3)，以吐絮期達(dá)高峰，各處理此期5個(gè)處理中以光合物質(zhì)在棉鈴中的分配率大小順序?yàn)門3＞T4＞T2 ＞T5 ＞T1，即適量滴灌處理具有合理的同化物積累，其產(chǎn)量的轉(zhuǎn)化率高。T5由于生育期間持續(xù)水分虧，生殖生長(zhǎng)受到極大限制，導(dǎo)致干物質(zhì)分配到棉鈴的比例下降。T1干物質(zhì)在生殖器官的分配率最低，在吐絮期僅為44.5%，這是由于供水量過高，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過旺，群體光合速率高，造成棉株瘋長(zhǎng)，蕾鈴脫落嚴(yán)重，光合產(chǎn)物向生殖器官中分配率下降。

2.5 不同滴灌量對(duì)雜交棉產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同滴灌量條件下，T3、T2的籽棉產(chǎn)量顯著高于其他處理(p＜0.05)，分別達(dá)到達(dá) 8 289.5 kg/hm2和7714.3 kg/hm2。其次為 T1 和 T4，T5 產(chǎn)量最低(表4)，僅為適量滴灌條件下的36.58%。從產(chǎn)量構(gòu)成因子上看，非虧缺灌溉處理的單株結(jié)鈴數(shù)顯著高于虧缺灌溉處理(p＜0.05)，T3顯著高于T1，而與T2差異不顯著;單鈴重除T5明顯低于T3外其他處理間差異不大，說明灌水量對(duì)雜交棉產(chǎn)量的影響主要表現(xiàn)在單株鈴數(shù)差異，對(duì)鈴重影響不大。各處理的霜前花率隨滴灌水量的增多而下降，T1的霜前花率僅為90.2%，說明水分過高，棉株長(zhǎng)勢(shì)過旺，盡管產(chǎn)量也較高，但霜后花增多，生產(chǎn)效率下降;水分過少，棉株長(zhǎng)勢(shì)衰弱，盡管有較高的霜前花率，但總鈴數(shù)減少，對(duì)產(chǎn)量潛力發(fā)揮不利。

表3 各處理生殖器官干物質(zhì)積累(g/株)及其占總干重比例(%)

表4 不同滴灌量雜交棉的產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論與討論

3.1 土壤水分變化不僅影響作物的形態(tài)生長(zhǎng)，對(duì)作物群體光合特征也有明顯影響［5］。本研究表明，兆豐1號(hào)的LAI、CAP和CR隨生育期均呈單峰曲線變化，其峰值分別在盛花—盛鈴期、盛花期—初鈴期和初鈴期—盛鈴期，且灌量越少，峰值有前移趨勢(shì)。CRP的高峰在盛鈴期，CLSC有2個(gè)高峰:初花—盛花期、初鈴—盛鈴。限量滴灌造成棉田土壤水分虧缺，CAP降低，CR及CRP在盛花期上升，進(jìn)入盛鈴期以后CR又顯著低于適量滴灌處理，LAI較低。過量灌溉造成雜交棉營(yíng)養(yǎng)體增長(zhǎng)過快，CAP、LAI、和CLSC雖然較高，但后期下降快，尤其是初鈴期以后CAPP最低，CR上升，造成生殖器官干物重占地上部總干物重比例降低，不利于有效產(chǎn)量形成，生產(chǎn)效率低。適量滴灌條件下土壤水分適宜，CAP增強(qiáng)，LAI上升快，且后期能保持較高LAI水平，保證最終產(chǎn)量的形成。

與常規(guī)棉相比［6，7，8，9］，適宜灌量條件下雜交棉群體光合各指標(biāo)峰值均有所提前，且數(shù)值較高，在生育后期(吐絮期)仍保持較高水平。由此可見雜交棉群體具有更強(qiáng)的生理活性和光合性能，這一點(diǎn)從試驗(yàn)中雜交棉干物質(zhì)積累和產(chǎn)量較高的結(jié)果可以看出。但不同灌溉量條件下雜交棉光合指標(biāo)峰值范圍變化較常規(guī)棉大，說明雜交棉對(duì)水分敏感，要求的灌水量較高，這也是生產(chǎn)中按照常規(guī)棉灌溉制度而造成不同年份和地區(qū)間雜交棉產(chǎn)量變動(dòng)較大的原因之一。故實(shí)踐中只有保障較高的滴灌供水，并注意較早運(yùn)籌水肥，配合良好的化學(xué)調(diào)控，延緩生育后期LAI、CAP的過快衰退，提高同化物向棉鈴中的分配比例才是實(shí)現(xiàn)新疆雜交棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的途徑之一。

3.2 本試驗(yàn)研究表明，兆豐1號(hào)在南疆地區(qū)種植的適宜滴灌定額為3 000～4 125 m2/hm2，最高LAI為4.2～4.33，群體干物質(zhì)積累為19 800～23 400 kg/hm2，最終生殖器官干物重占總干重的比例為59.6～65.5%，產(chǎn)量達(dá)7 714.3～8 289.5 kg/hm2。

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