不同氮水平處理下滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層（10 cm）田間持水率之間的響應(yīng)特征

張建新+何江勇+石榮媛

摘 ? ?要：為了揭示滴灌棉花節(jié)水節(jié)肥效果，為滴灌棉花節(jié)水節(jié)肥提供技術(shù)參數(shù)和理論依據(jù)，以新陸早42號(hào)為試驗(yàn)材料，采用滴灌盆栽試驗(yàn)，研究滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層（10 cm）的田間持水率之間的響應(yīng)關(guān)系，獲得蕾期和花鈴期不同施N水平條件下其相關(guān)性和模型。結(jié)果表明，在蕾期不同處理純N分別為2，4，6 g·盆-1的條件下，氣孔導(dǎo)度與土層10 cm的田間持水率之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)（r）分別為-0.859，-0.863，-0.934，T檢驗(yàn)顯著水平P為0.062，0.059，0.020;6 g·盆-1處理的擬合模型為線性函數(shù)，模型擬合決定系數(shù)（R2）為0.872，F(xiàn)檢驗(yàn)顯著水平P為0.020，達(dá)到顯著水平;花鈴期，氣孔導(dǎo)度與土層10 cm的田間持水率之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)（r）分別為0.918，0.750，0.867，T檢驗(yàn)顯著水平P為0.028，0.144，0.057;2 g·盆-1處理的擬合模型為指數(shù)函數(shù)，模型擬合決定系數(shù)（R2）為0.891，F(xiàn)檢驗(yàn)顯著水平P為0.016，達(dá)到顯著水平。該函數(shù)模型很好地描述了滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層10 cm的田間持水率之間的相關(guān)關(guān)系，為內(nèi)陸干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)滴灌棉花耗水量的估算提供了新的計(jì)算方法和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：滴灌;盆栽;棉花;氣孔導(dǎo)度;田間持水率

中圖分類號(hào)：S562 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.11.001

Response Characteristics between Drip Irrigation Cotton Stomatal Conductance and Field Capacity of 10 cm Soil Layer under Different Conditions of Nitrogen Fertilizers

ZHANG Jian-xin1， HE Jiang-yong1， ? SHI Rong-yuan2

（1. Institute of Irrigation and Water Conservancy and Soil and Fertilizer of Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences， Shihezi City， Xinjiang 832000，China; 2. Paotai Soil Improvement Test Station of Eighth Division， Xinjiang Production and Construction Corps， Shihezi City， Xinjiang 832066，China ）

Abstract： To reveal the water-saving and fertilizer-saving effect of the drip irrigation cotton and provide technical parameters and theoretical basis， the No.42 Xinluzao Cotton was taken as experimental material， the experimental method of drip irrigation potting was adopted to study the response relationship between the drip irrigation cottons stomatal conductance and the field capacity 10 cm beneath the ground， acquiring the correlation and model of the blossoming stage and the bud stage under different nitrogen fertilizer levels. The results showed that during the bud stage of cotton， there was negative correlation between stomatal conductance and field capacity 10 cm beneath the ground under the nitrogen fertilizer level of 2， 4， 6 g per pot（N）， and the relative coefficients （r） were -0.859， -0.863， -0.934， the significant level P of T test were 0.062， 0.059， 0.020; the fitting model of 6 g per pot （N） was linear function， the model fitting determination coefficients （R2） was 0.891， and the significant level P of F test was 0.016， reaching the significant level. Therefore， the function model studied in this paper have described the response relationship between the drip irrigation cottons stomatal conductance and the field capacity 10 cm beneath the ground， thus providing new computing methods and theoretical basis with the estimation of water consumption of drip irrigation cotton in the oasis farming of inland arid region.

Key words： drip irrigation;potting;cotton;stomatal conductance;field capacity

氣孔是土壤—植被—大氣連續(xù)體（SPAC）物質(zhì)、能量[1]以及信息交換的重要通道[2]，對(duì)植物與外界環(huán)境水分和氣體交換平衡起著重要的調(diào)節(jié)作用[3]。氣孔的開(kāi)閉程度是光合作用和蒸騰作用強(qiáng)度的重要決定因素，外界環(huán)境因子對(duì)其影響明顯，氣孔又是作物水分循環(huán)和CO2交換的重要通道。在植物生理生態(tài)學(xué)中，氣孔的開(kāi)閉程度用氣孔導(dǎo)度來(lái)表達(dá)[4]，它在控制碳和水分交換的平衡中起著關(guān)鍵作用[5] ，葉片氣孔導(dǎo)度主要受遺傳及環(huán)境因素共同影響。研究滴灌棉花氣孔導(dǎo)度和土層10 cm的田間持水率的響應(yīng)關(guān)系，對(duì)揭示滴灌棉花的生長(zhǎng)發(fā)育的節(jié)肥節(jié)水規(guī)律和指導(dǎo)棉花生產(chǎn)具有重要意義。

Johan和Hakan研究了春小麥在不同發(fā)育階段氣孔導(dǎo)度和光合作用的變化[6];Ye和Yu建立了冬小麥氣孔導(dǎo)度與光合作用的耦合模型[7];Peasles 和 Mose報(bào)道，玉米在缺氮處理時(shí)，玉米葉片葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度均顯著降低，共同導(dǎo)致凈光合速率降低[8];Shimshi發(fā)現(xiàn)，氮素缺乏的植株不能像供給氮素適量的植株那樣使氣孔關(guān)閉正常[9]，氣孔導(dǎo)度降低[10]。國(guó)內(nèi)若何萍等認(rèn)為，氮鉀配比不僅可以增加玉米葉片中IAA、ZR和GA3含量[11]，降低ABA含量[12]，而且能夠調(diào)節(jié)各個(gè)激素之間的平衡[13];庫(kù)文珍等[14]認(rèn)為，水稻耐低鉀與其植物激素水平或植物激素間比例關(guān)系有關(guān);陳范駿等[15]認(rèn)為，玉米苗期上流液中氨基酸與硝態(tài)氮的比值具有很大的遺傳差異，且在低氮條件下與田間產(chǎn)量有很好的相關(guān)性，主要集中在低氮脅迫下（玉米、水稻、小麥等作物）棉花的產(chǎn)量[16]、吸收氮特性、氮素利用效率[17]以及植株形態(tài)特征等方面[18]，王笑影等研究了植被—大氣相互作用中的氣孔導(dǎo)度及其尺度轉(zhuǎn)換[19]， 段勇華等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在缺氮、鎂、鉀和鋅處理下，水稻各品種葉綠素、氣孔導(dǎo)度均降低，導(dǎo)致葉片凈光合速率也明顯降低，且品種間降幅差異不顯著，這表明缺鉀、鎂和鋅處理時(shí)水稻葉片葉綠素含量降低[21]和氣孔導(dǎo)度降低均導(dǎo)致凈光合速率顯著降低[22]。黃高寶等報(bào)道，在低氮條件下不同玉米品種氮素營(yíng)養(yǎng)效率的高低與品種的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度等都有一定相關(guān)性[23-26]。

上述研究主要是氣孔導(dǎo)度與養(yǎng)分、葉綠素和光合作用之間的相關(guān)性研究，而近幾年來(lái)，報(bào)道滴灌棉花在不同氮肥條件下土層10 cm的田間持水率和氣孔導(dǎo)度及其特征研究的相關(guān)內(nèi)容較少，研究滴灌棉花蕾期和花鈴期的土層10 cm的田間持水率與氣孔導(dǎo)度特性，對(duì)深入了解滴灌棉花這個(gè)重要時(shí)期的節(jié)水節(jié)肥生理特征，提高滴灌棉花產(chǎn)量具有重要意義;因此，本研究采用滴灌盆栽方法，研究滴灌棉花在不同生育期限不同氮肥條件下土層10 cm的田間持水率和氣孔導(dǎo)度及其特征變化，為滴灌棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)節(jié)水高效提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

以棉花新陸早42號(hào)為供試材料，于2012年至2014年在新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花所棉花育種良繁育基地內(nèi)進(jìn)行。供試土壤為新疆石河子121團(tuán)新五連灌耕中壤土，容重為1.632 g·m-3，田間持水量為20.11%，基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)含量0.64%，堿解氮42.03 mg·kg-1，速效磷17.80 mg·kg-1，速效鉀271.37 mg·kg-1，pH值 8.09，總鹽0.34%。試驗(yàn)盆缽為塑料圓桶，上口內(nèi)直徑40 cm，桶底內(nèi)直徑31 cm，高度37 cm，離桶底31 cm 處開(kāi)孔，盆缽上裝有塑料制內(nèi)鑲式的滴水管穿孔，盆缽底部鋪有細(xì)砂塑料網(wǎng)一層，細(xì)砂和小石頭混合料3～4 cm，裝有供試土壤27～28 cm。滴灌系統(tǒng)：水源，32球閥一個(gè)，32過(guò)濾器一個(gè)，32PE黑色塑料20 m，水表10塊，壓力表10塊，16球閥30個(gè)，16堵頭10個(gè)，16內(nèi)鑲式滴灌管60 m。滴頭流量2 L·h-1，滴頭間距為50 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)：4 050 ?m3·hm-2（當(dāng)前新疆兵團(tuán)大田滴灌棉花的灌溉定額），滴水次數(shù)為13次（當(dāng)前新疆兵團(tuán)大田滴灌棉花的灌溉次數(shù)）。每個(gè)處理1盆，3個(gè)施肥水平，重復(fù)20次，共計(jì)60盆。3個(gè)施肥水平分別為：N2（低氮），純N：2 g·盆-1，即尿素和磷酸一銨6.22 g·盆-1;N4（中氮）：純N：4 g·盆-1，即尿素和磷酸一銨7.22 g·盆-1， N6（高氮）：純N：6 g·盆-1，即尿素和磷酸一銨9.22 g·盆-1。施肥比例N∶P2O5為1∶0.4，N用尿素折算，P2O5用磷酸一銨折算。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤田間持水率：取樣時(shí)間為早上10：00，取土樣量為20 g·盆-1·次-1，測(cè)試方法為烘干法。

氣孔導(dǎo)度：取樣時(shí)間為中午12：00—14：00，采用SC-1氣孔儀測(cè)定。

葉綠素：取樣時(shí)間為中午12：00—14：00，每株測(cè)5點(diǎn)次，采用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定。

土樣采集N、P、K養(yǎng)分測(cè)試：10月份取樣，取土樣量為1 000 g·盆-1，測(cè)試方法N（氮）采用0.01 mol·L-1 （CaCl2）浸提—紫外分光光度法 ，P（磷）采用Olsen法比色分析， K（鉀）采用1.0 mol·L-1 NH4OAc浸提—火焰光度法。

根系收集：在11月份，整個(gè)植株進(jìn)行測(cè)定根的形態(tài)和質(zhì)量形態(tài)、質(zhì)量。

成熟期考種及產(chǎn)量測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

使用Excel，SPSS19等分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層（10 cm）田間持水率之間的統(tǒng)計(jì)特征

從表1可以看出，滴灌棉花在蕾期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度和土層為10 cm的田間持水率特征值，在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)氣孔導(dǎo)度的均值分別為634.780，664.533， 618.206，極小值分別為165.733，144.500，51.733，極大值分別為983.600，1 078.100，1 095.000，差異明顯，其峰度系數(shù)分別為-0.571，0.169和0.303，偏度系數(shù)分別為-0.569，-0.636和-0.460，服從正態(tài)分布;土層為10 cm的田間持水率的均值分別為80.284，88.295，92.707，極小值分別為56.343，81.719，87.724，極大值分別為92.69， 93.752，97.135，差異明顯，其峰度系數(shù)分別為1.515，-2.399，-2.651，偏度系數(shù)分別為-1.331，-0.372，-0.341，服從正態(tài)分布。

在花鈴期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度和土層為10 cm的田間持水率特征值，在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)氣孔導(dǎo)度的均值分別為1 712.584，1 565.125，2 047.980，極小值分別為1 383.967，629.733，744.400，極大值分別為2 101.900，2 436.700，3 464.300，差異明顯，其峰度系數(shù)分別為0.625，-0.894，0.729，偏度系數(shù)分別為0.515，-0.145，0.267，服從正態(tài)分布;土層為10 cm的田間持水率的均值分別為96.335， 90.989，92.276，極小值分別為90.435，85.790， 78.693，極大值分別為99.876，99.176，99.979，差異明顯，其峰度系數(shù)分別為1.376，1.370，0.620，偏度系數(shù)分別為-1.168，1.155，-1.192，服從正態(tài)分布。這表明氣孔導(dǎo)度和土層為10 cm的田間持水率特征值差異明顯，服從正態(tài)分布。

2.2 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層（10 cm）田間持水率之間的成對(duì)樣本T檢驗(yàn)分析

從表2可以看出，滴灌棉花在蕾期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率成對(duì)樣本特征值及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6條件下氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率成對(duì)樣本的均值分別為554.495，576.237，525.498，標(biāo)準(zhǔn)誤分別為339.584， 359.613，396.098，T檢驗(yàn)值分別為3.651，3.583， 2.967，顯著水平P分別為0.022，0.023，0.041。

在花鈴期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率成對(duì)樣本特征值及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6條件下氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率成對(duì)樣本的均值分別為1 616.248，1 474.135，1 955.703，標(biāo)準(zhǔn)誤分別為263.207，701.513，991.175，T檢驗(yàn)值分別為13.731，4.699，4.412，顯著水平P分別為0.000，0.009，0.012。這表明，氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的成對(duì)樣本T檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平。

2.3 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層（10 cm）田間持水率之間相關(guān)性及T檢驗(yàn)分析

從表3可以看出，滴灌棉花在蕾期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率相關(guān)性分析及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的相關(guān)系數(shù)（r）分別為-0.859，-0.863，-0.934，T檢驗(yàn)顯著水平P為0.062，0.059，0.020。

在花鈴期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率相關(guān)性分析及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的相關(guān)系數(shù)（r）分別為0.918，0.750，0.867，T檢驗(yàn)顯著水平P為0.028，0.144，0.057。這表明， 蕾期時(shí)氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的相關(guān)性為負(fù)相關(guān)，T檢驗(yàn)N6處理達(dá)到了顯著水平，花鈴期時(shí)氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的相關(guān)性為負(fù)相關(guān)，T檢驗(yàn)N2處理達(dá)到了顯著水平。

2.4 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層（10 cm）田間持水率之間擬合模型及類型

從表4可以看出，滴灌棉花在蕾期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率回歸分析及模型，在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間回歸模型分別為Y=-0.933X2+119.779X-2 806.597，Y=-6.995X2+1 168.574X-47 827.508，Y=-87.902X+8 767.436。

在花鈴期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率回歸分析及模型，在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間回歸模型分別為ln Y= 0.039X+38.448，Y=102.577X-7768.316，Y=-479.894/X+12.750，這表明，蕾期時(shí)在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)，氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間模型類型分別為二次、二次和直線（見(jiàn)圖1），花鈴期時(shí)在施氮水平分別為N2、N4和N6，氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間模型類型分別為指數(shù)、直線和S（圖1）。

2.5 滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層（10 cm）田間持水率之間模型擬合度及F檢驗(yàn)分析

從表5給出滴灌棉花在蕾期時(shí)，不同氮肥施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的模型擬合度及F檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間的決定系數(shù)R2分別為0.921，0.825，0.872，F(xiàn)檢驗(yàn)值分別為0.921，4.703，20.422，顯著水平P分別為0.841，0.175，0.020。

在花鈴期時(shí)，不同氮肥的施用量下，棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的模型擬合度及F檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間的決定系數(shù)R2分別為0.891，0.563，0.865，F(xiàn)檢驗(yàn)值分別為24.508，3.862，19.187，顯著水平P分別為0.016，0.144，0.022。這表明，蕾期時(shí)N6處理氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間的模型擬合N6處理達(dá)到顯著水平;花鈴期時(shí)N2和N6處理氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間的模型擬合達(dá)到顯著水平。

3 結(jié)論與討論

氣孔調(diào)節(jié)指適應(yīng)環(huán)境脅迫情況的氣孔反應(yīng)的變化，也就是植物通過(guò)氣孔的開(kāi)關(guān)，控制氣體擴(kuò)散的速度，以解決植物受環(huán)境脅迫的問(wèn)題，利用氣孔開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)蒸騰和光合是一個(gè)有效的方式。已有研究以氮、鉀、鎂和鋅為脅迫因子，建立了氣孔導(dǎo)度與光合作用、葉綠素和激素之間的相關(guān)模型，筆者則研究了不同氮肥水平條件下滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與田間持水率之間的相關(guān)性。

（1）在蕾期時(shí)，N2、N4和N6棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的相關(guān)性（r）為負(fù)相關(guān)，分別為-0.859，-0.863，-0.934，T檢驗(yàn)N6處理達(dá)到了顯著水平，決定系數(shù)R2分別為0.921，0.825，0.872，F(xiàn)檢驗(yàn)N6處理達(dá)到了顯著水平，N6處理?xiàng)l件下棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間的擬合模型為直線函數(shù)。

（2）在花鈴期時(shí)，N2、N4和N6棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率的相關(guān)性（r）為正相關(guān)分別為0.918，0.750，0.867，T檢驗(yàn)N2達(dá)到了顯著水平。決定系數(shù)R2分別為0.891，0.563， 0.865，F(xiàn)檢驗(yàn)N2和N6處理達(dá)到了顯著水平，施氮水平為N2和N6處理的棉花氣孔導(dǎo)度與土層為10 cm的田間持水率之間的擬合模型分別為指數(shù)函數(shù)和S函數(shù)。

以上不同氮水平處理下滴灌棉花氣孔導(dǎo)度與土層（10 cm）田間持水率之間的相關(guān)性及擬合模型的確定，還有待進(jìn)一步研究和完善。

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