不同滴灌模式下種植密度對棉花冠層結(jié)構(gòu)特性的調(diào)節(jié)

牛玉萍，陳宗奎，陳厚川，鞠迪，羅宏海，張旺鋒

(石河子大學農(nóng)學院/新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832003)

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不同滴灌模式下種植密度對棉花冠層結(jié)構(gòu)特性的調(diào)節(jié)

牛玉萍，陳宗奎，陳厚川，鞠迪，羅宏海，張旺鋒

(石河子大學農(nóng)學院/新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832003)

【目的】明確不同滴灌模式下種植密度對棉花群體冠層結(jié)構(gòu)、光截獲、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，研究干旱區(qū)棉花高產(chǎn)節(jié)水的途徑和技術(shù)措施?！痉椒ā窟x用新陸早45號為試驗材料，設(shè)有限滴灌(I425，滴灌量425 mm)和常規(guī)滴灌(I500，滴灌量500 mm)滴灌模式，每種滴灌模式下設(shè)3個種植密度：低密度(D12，12×104株/hm2)、中密度(D24，24×104株/hm2)、高密度(D36，36×104株/hm2)。測定不同生育期棉花株高、葉面積指數(shù)(LAI)、平均葉簇傾角(MTA)、冠層開度(DIFN)、光截獲、產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)等指標?！窘Y(jié)果】與常規(guī)滴灌模式相比，有限滴灌模式減緩了盛蕾至初花期株高增長速度，保持盛鈴后期至吐絮期較高的LAI，增加了MTA和DIFN，進而顯著提高了冠層中、下部的光吸收率，在不顯著降低籽棉產(chǎn)量的前提下，提高了WUE。常規(guī)滴灌條件下，LAI、MTA、冠層總光吸收率(LIR)以中密度處理較高；有限滴灌條件下，上述參數(shù)均以高密度處理最高。常規(guī)滴灌中密度處理、有限滴灌高密度處理均顯著提高單位面積鈴數(shù)，最終獲得了較高的籽棉產(chǎn)量；WUE則以有限滴灌高密度處理較高?！窘Y(jié)論】在保持較高葉面積指數(shù)條件下，通過調(diào)節(jié)葉傾角，保證冠層中、下部較高的光吸收率，提高冠層總光吸收率，是有限滴灌高密度種植模式實現(xiàn)棉花高產(chǎn)節(jié)水的重要原因。

棉花；滴灌模式；種植密度；冠層結(jié)構(gòu)；產(chǎn)量；水分利用效率

0 引 言

【研究意義】棉花是新疆最重要的經(jīng)濟作物，水資源不足嚴重制約新疆棉花的發(fā)展?jié)摿?。解決這一問題的基本途徑是大力發(fā)展節(jié)水灌溉，而節(jié)水灌溉會影響植物個體的形態(tài)和生化變化，如株高降低、葉面積減少等[1]，因此，研究節(jié)水灌溉條件下作物的合理密植栽培模式，對于改善群體結(jié)構(gòu),提高產(chǎn)量和水分利用效率具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】改善作物冠層結(jié)構(gòu)是進一步增產(chǎn)的基本途徑[2]。冠層結(jié)構(gòu)影響作物群體質(zhì)量，進而影響對光的截獲利用和物質(zhì)生產(chǎn)[3]。冠層結(jié)構(gòu)特性及群體光分布的變化與栽培措施等關(guān)系密切，采用合理的栽培手段，調(diào)節(jié)冠層光分布，增加作物光截獲量，提高群體光合生產(chǎn)能力，對光合物質(zhì)積累及產(chǎn)量的增加有重要作用[4]。不同灌量對棉花冠層的影響不同，適宜灌溉條件下，棉花葉片平均葉簇傾角小，對光的截獲率高,產(chǎn)量高；低量灌溉條件下棉田土壤水分虧缺,致使葉面積指數(shù)降低,葉片平均葉簇傾角增大，光能的截獲率降低，導致產(chǎn)量降低[5]。種植密度是用于調(diào)節(jié)作物群體質(zhì)量和提高產(chǎn)量的重要手段[6]。呂麗華等[7]認為，高密度易造成群體內(nèi)光分布不合理,造成生育后期葉片提早衰老，光合性能降低，中、低密度下冠層結(jié)構(gòu)合理，冠層光合性能較高，更有利于產(chǎn)量的提高。張旺鋒等[4]認為新疆氣候生態(tài)條件下，中密度處理葉面積指數(shù)適宜、冠層結(jié)構(gòu)優(yōu)良，群體光合速率較高，光合物質(zhì)積累量較高。因此,通過合理密植，協(xié)調(diào)群體與個體的關(guān)系,創(chuàng)造合理的群體冠層結(jié)構(gòu)，才能實現(xiàn)棉花高產(chǎn)。前期研究表明，膜下滴灌條件下，棉花盛蕾至初花期土壤含水率為50%～55%、初花至盛鈴期土壤含水率為70%～75%、盛鈴至吐絮期的土壤含水率為50%～55%的有限滴灌條件下，有利于發(fā)揮棉花缺水補償效應(yīng)，提高水分利用效率，但地上部總生物量顯著降低導致籽棉產(chǎn)量降低[8]。因此，有限灌溉條件下，如何通過改變種植密度，塑造合理的冠層結(jié)構(gòu)，維持較高生物量，在實現(xiàn)節(jié)水的前提下盡可能達到產(chǎn)量增加或不降低，是當前棉花生產(chǎn)中亟待解決的問題?！颈狙芯壳腥朦c】目前學者就滴灌模式或種植密度作為單一因子影響作物冠層結(jié)構(gòu)[5,9]、干物質(zhì)累積[10-11]、增加產(chǎn)量[12-13]等研究報道較多，但有關(guān)滴灌模式與種植密度聯(lián)合效應(yīng)，對棉花冠層結(jié)構(gòu)和生物量累積動態(tài)變化的影響研究鮮見報道。研究滴灌模式和種植密度對不同生育時期棉花冠層結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量及水分利用效率的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究塑造高光效冠層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)棉花高產(chǎn)節(jié)水的可能途徑和技術(shù)措施，為干旱區(qū)棉花高產(chǎn)高效栽培技術(shù)的制訂提供理論與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2014～2015年在石河子大學農(nóng)學試驗站(86°03′E，45°19′N)進行，前茬為棉花。播種前深施油渣4 500 kg/667m2、尿素156 kg/hm2、三料磷肥225 kg/hm2作基肥，生育期施用尿素630 kg/hm2、磷酸二氫鉀188 kg/hm2追肥。2014年4月17日播種，4月19日滴水出苗；2015年4月20日播種，4月22日滴水出苗。采用寬膜覆蓋膜下滴灌栽培，1 膜4行，行距為(30+50+30)cm，2條滴灌毛管置于窄行中間。按照試驗設(shè)定株行距配置進行人工點播，出苗后及時調(diào)查苗情，發(fā)現(xiàn)出苗率不足95%以上的處理立刻進行補種，保證成苗率在90%以上。按皮棉2 250 kg/hm2以上棉田的施肥量和施用方式，播種前1 hm2深施油渣(N 13%、P2O52%、K2O 16%)4 500 kg、尿素(N 46%)156 kg、三料磷肥(P2O545%)225 kg作基肥，生育期1 hm2隨水滴肥尿素(N 46%)630 kg、磷酸二氫鉀(P2O552%、K2O 34%)188 kg追肥。全生育期人工噴施縮節(jié)胺(含N，N-二甲基哌啶氯化物≥96%)，化學調(diào)控5次，用量285 g/hm2，其中出苗期、現(xiàn)蕾期各噴施1次，用量15 g/hm2；盛蕾期噴施1次，用量30 g/hm2；初花期噴施1次，用量90 g/hm2；盛花期噴施1次，用量150 g/hm2。人工打頂于2014年7月10日、2015年7月14日進行。其他田間管理措施同膜下滴灌棉田。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

供試棉花為早熟陸地棉品種新陸早45號。采用裂區(qū)試驗設(shè)計，滴灌模式為主區(qū)、種植密度為副區(qū)。設(shè)2種不同滴灌模式：常規(guī)滴灌(I500，本地生產(chǎn)中普遍采用的滴灌方式)；有限滴灌(I425，課題組前期研究提出的滴灌方式)。每個滴灌模式下設(shè)3個種植密度：低密度(D12，12×104株/hm2，稀植棉田的種植密度)；中密度(D24，24×104株/hm2，普遍采用的種植密度)；高密度(D36，36×104株/hm2，目前推廣的超高種植密度)；共6個處理。每個處理4次重復，其中第4重復用于破壞性取樣。每個小區(qū)面積為25.8 m2。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 株高

于2014年盛蕾期(水分處理前)、初花期、盛花期、盛鈴前期、盛鈴期、盛鈴后期、吐絮期，2015年苗期、現(xiàn)蕾期、盛蕾期(水分處理前)、初花期、盛花期、盛鈴前期、盛鈴期、盛鈴后期、吐絮期，各小區(qū)隨機選代表性植株10株(內(nèi)行5株，外行5株)，調(diào)查棉花株高。

1.2.2.2 冠層結(jié)構(gòu)

參考參照 Malone[14]和王謙等[15]方法，采用LAI-2000冠層儀(Li-Cor, USA)測定葉面積指數(shù)(LAI)、平均葉簇傾角(MTA)和冠層開度(DIFN)。LAI-2000 冠層分析儀每次觀測時，先將探頭放置于冠層上方，保持探頭上水平泡水平，按下測定按鈕，聽到兩聲蜂鳴后將探頭放入群體內(nèi)地面上，仍需保持水平，按下測定按鈕，聽到兩聲蜂鳴聲后選擇冠層內(nèi)地面不同位置測量，重復4 次。表1

表1 不同處理灌水量

Table 1 The irrigation of different treatments(mm)

處理Treatments(2014)16/625/64/711/718/725/71/88/815/822/86/9(2015)19/628/68/714/720/727/73/810/817/824/88/9總計Total常規(guī)滴灌conventionaldripirrigationpatternI500低密度D1237.537.537.54552525252524537.5500中密度D2437.537.537.54552525252524537.5500高密度D3637.537.537.54552525252524537.5500有限滴灌LimiteddripirrigationpatternI425低密度D1222.522.522.54552525252523022.5425中密度D2422.522.522.54552525252523022.5425高密度D3622.522.522.54552525252523022.5425

1.2.2.3 群體光吸收率(LIR)

選擇晴朗無云的天氣，在11:00～13:00，用SUNSCAN 植物冠層分析儀(Delta-T Devices，UK)測定植株頂部以上30 cm處自然總光IO(探頭面水平向上)、植株反光In(探頭面水平向下)、入射到冠層底部的光強IL以及株高距離地面 1/3、2/3 高度處的光強IM和IU，重復6次。光吸收率計算方法為[16]：冠層總光吸收率=(1-In/Io-IL/Io)×100%；上層光吸收率=(1-In/Io-IU/Io)×100%；中層光吸收率=(IU/Io-IM/Io)×100%；下層光吸收率=(IM/Io-IL/Io)×100%。

1.2.2.4 產(chǎn)量及水分利用效率

于收獲期(2014年9月10日、2015年9月12日)調(diào)查各處理每小區(qū)單位面積株數(shù)，并在每小區(qū)選擇15株棉花，先統(tǒng)計單株鈴數(shù)，再取上、中、下(按照株高由上至下為，1/3為上部果枝，2/3為中部果枝，3/3為下部果枝)棉花各25朵，分開裝入紙袋中，帶回實驗室分別稱量，以平均值計算單鈴重；以實際收獲產(chǎn)量計籽棉重。采用Dagdelen等[17]方法計算滴灌條件下不同水分處理的水分利用率(water use efficiency, WUE，kg/mm)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)進行方差分析(ANOVA)確定處理間的差異，鄧肯氏新復極差檢驗法(DMRT)，0.05水平下檢驗差異。所得數(shù)據(jù)用Sigmaplot10.0作圖，用SPASS17.0統(tǒng)計分析軟件進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高

研究表明，棉花株高隨生育期呈S型變化曲線，蕾期以前株高增長緩慢，蕾期至花期是株高增長最快的階段，花期以后株高增長減緩，鈴期以后幾乎不增長。棉花株高隨種植密度的增加而降低；常規(guī)滴灌下棉花株高大于有限滴灌。滴灌模式與種植密度互作表現(xiàn)為，I500D12>I500D24>I425D12>I500D36>I425D24>I425D36。圖1

研究表明，棉花株高日增長率在棉花生育期內(nèi)呈單峰曲線變化趨勢，株高日生長率在現(xiàn)蕾至初花期達到頂峰值。盛花期以前各處理株高日增長率差異較大：苗期至盛蕾期(非水分試驗處理期)，株高日增長率隨種植密度的增大而減小；盛蕾至初花期(水分試驗處理期)，密度對株高的影響小于滴灌模式對株高的影響，常規(guī)滴灌的株高日增長率為有限滴灌的1.26倍，有限滴灌顯著降低了棉花株高日增長率；初花期以后恢復水分灌溉，有限滴灌棉花的株高日增長率恢復到常規(guī)水平。鈴期以后棉花株高日增長率接近于0。圖2

E：出苗；IS：現(xiàn)蕾期；FS：盛蕾期；IF：初花期；FF：盛花期；PFB：盛鈴前期；FB：盛鈴期；LFB：盛鈴后期；BO：吐絮期。下同

圖1 不同處理下棉花株高變化
Fig.1 Effect of different treatments on plant height of cotton

圖2 不同處理下棉花株高日增長率變化
Fig.2 Effect of different treatments on plant height growth rate per day

2.2 冠層結(jié)構(gòu)特性

2.2.1 葉面積指數(shù)

葉片是冠層的主要組成部分，是反映冠層結(jié)構(gòu)性能的重要指標。合理的葉面積動態(tài)和數(shù)值大小是實現(xiàn)棉花高產(chǎn)的重要保證。研究表明，葉面積指數(shù)(LAI)在兩年的變化趨勢相同，均在生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，但不同滴灌模式達到峰值的生育時期有所不同，常規(guī)滴灌模式LAI在盛鈴前期到達峰值，其值為3.1～4.4，有限滴灌模式在盛鈴期到達峰值，其值為3.0～4.1。LAI隨種植密度的增加而增大(吐絮期除外)。滴灌模式與種植密度互作LAI表現(xiàn)為，盛鈴前期以前，I500D36>I500D24>I425D36>I425D24；盛鈴前期以后，LAI表現(xiàn)為I425D36>I500D24>I500D36>I425D24，說明I425D36和I500D24處理有利于棉花在盛鈴前期以后保持較高LAI，并延緩LAI衰減速度；其中I500D12和I425D12處理在整個生育期一直處于較低水平，說明無論何種滴灌模式下，密度過低均不利于棉花合理LAI的形成。圖3

2.2.2 平均葉簇傾角(MTA)

MTA為葉軸和水平面之間的夾角(0°≤α≤90°)，MTA愈大，葉片愈呈直立狀；MTA愈小，葉片愈呈水平狀。研究表明，MTA隨生育進程呈由小變大的趨勢。這主要是因為棉花具有自我調(diào)節(jié)作用，盛蕾期植株較小，生長空間大，葉片較平展，平均葉簇傾角?。怀趸ㄆ谝院?，隨著棉株的生長發(fā)育，棉花平均葉簇傾角變大，葉片變的較直立，利于透光，使葉片截獲更多的光能。

不同處理下棉花的MTA表現(xiàn)為，盛蕾期(水分處理前)，棉花MTA隨種植密度的增加呈增大趨勢；盛蕾期以后，有限滴灌模式的MTA大于常規(guī)滴灌模式，隨生育進程的推進，高密度間的差異越來愈大，其實為中密度，低密度間的差異較小，說明有限滴灌模式下高密度更能發(fā)揮棉花自身葉傾角的調(diào)節(jié)功能，利于合理冠層的形成。MTA隨種植密度的增加而增大。滴灌模式與種植密度互作表現(xiàn)為，I425D36處理的MTA較大，其次為I425D24、I500D36、I500D24、I425D12，I500D12處理較小。說明有限滴灌模式下高密度可以顯著發(fā)揮棉花葉傾角的調(diào)節(jié)功能，葉片更加直立，透光透氣性較常規(guī)滴灌高密度有顯著的改善作用。圖4

2.4 王屋鎮(zhèn)各樹種的保護級別 王屋鎮(zhèn)古樹名木一級古樹21株，所占比例為22.3%；二級古樹48株，所占比例為51.1%；三級古樹25株，所占比例為26.6%(表4)。

圖3 不同處理下棉花葉面積指數(shù) (LAI) 變化
Fig.3 Effect of different treatments on leaf area index(LAI)

圖4 不同處理下棉花平均葉傾角 (MTA)變化
Fig. 4 Effect of different treatments on MTA

2.2.3 冠層開度(DIFN)

DIFN即透光率的大小。DIFN是反映作物群體冠層中光輻射透過程度的指標，DIFN愈大，作物群體冠層透光率愈高，反之，群體冠層透光率愈低。研究表明，DIFN隨生育期進程呈先降后升的趨勢。常規(guī)滴灌模式的DIFN在盛鈴前期到達最小值，有限滴灌模式在盛鈴期到達最小值，這可能與有限滴灌模式下延遲了葉面積指數(shù)到達頂峰期的時間有關(guān)。盛蕾期(水分處理前)，兩種滴灌模式的DIFN沒有顯著差異，盛蕾期至盛鈴前期，有限滴灌模式下DIFN顯著大于常規(guī)滴灌模式，有限滴灌模式下，盛蕾期至初花期限水灌溉限制了植株個體的發(fā)展，群體透光率增大。盛鈴期以后，有限滴灌模式下DIFN小于常規(guī)滴灌模式，但差異不顯著，說明有限滴灌模式下恢復供水后冠層葉面積得到了補償作用，且后期干旱處理對冠層DIFN影響不顯著。相同滴灌模式下，DIFN表現(xiàn)為：DIFN隨種植密度的增加顯著減小，但不同生育期表現(xiàn)有所不同，其中盛花期至盛鈴前期，高密度與中、低密度間差異顯著，中密度與低密度間差異不顯著；盛蕾期、盛鈴期至吐絮期，高、中、低密度間差異均顯著。總體表現(xiàn)為，整個生育期內(nèi)，I425D12處理的DIFN較大，其次為I500D12、I425D24、I425D36、I500D24處理，I500D36處理DIFN較小。圖5

圖5 不同處理下冠層開度 (DIFN)變化
Fig.5 Effect of different treatments on DIFN

2.2.4 群體光吸收率(LIR)

研究表明，隨棉花生育進程的推移，冠層總光吸收率呈先上升再下降的趨勢。初花期至盛鈴前期，常規(guī)滴灌模式下群體總光吸收率顯著大于有限滴灌模式；盛鈴期，常規(guī)滴灌模式下群體總光吸收率顯著小于有限滴灌模式；盛鈴期以后，兩者差異不顯著。常規(guī)滴灌模式下，盛蕾期，群體光合總吸收率隨種植密度的增加而增加，盛蕾期至吐絮期，群體總光吸收率隨種植密度的增加呈先增后減的趨勢。有限滴灌模式下，盛蕾期至吐絮期，群體總光吸收率均隨種植密度的增大而增加。兩者互作表現(xiàn)為，盛蕾期，I500D36處理的群體總光吸收率較大；初花期至盛鈴前期，I500D24處理的群體總光吸收率較大，其次為I500D36、I425D36、I500D12、I425D24；盛鈴期至吐絮期，I425D36處理的群體總光吸收率較大，其次為I500D24、I425D24、I500D36、I500D12；I425D12一直處于較低水平，說明有限滴灌模式下高密度顯著增加了棉花盛鈴期以后的群體光吸收率。表2

在棉花不同生育期內(nèi)，不同處理棉花冠層不同部位(上、中、下部)的光吸收率均為：上部>中部>下部。不同處理棉花光吸收率在冠層不同部位的規(guī)律不同。

上部：初花期至盛鈴前期，常規(guī)滴灌模式顯著大于有限滴灌模式，其他時期差異不顯著, 上部光吸收率隨密度增加顯著增大；兩者互作表現(xiàn)為，以I500D36處理較大，I425D36、I500D24、I500D12次之，I425D12、I425D24較小。

中部：滴灌模式對初花期以后棉花群體中層光吸收率有顯著影響，盛花期以前，常規(guī)滴灌模式顯著大于有限滴灌模式，盛花期以后，有限滴灌模式顯著大于常規(guī)滴灌模式；種植密度對棉花群體中層光吸收率有顯著影響，常規(guī)滴灌模式下，群體中層光吸收率隨密度先增后減，有限滴灌模式下群體中層光吸收率隨密度增加而增加。兩者互作表現(xiàn)為，蕾期至初花期，以I500D24處理較高；初花期至吐絮期，以I425D36、I425D24處理較高。

下部：下層光吸收率受滴灌模式的影響不顯著，下層光吸收率隨種植密度增加呈先增后減的趨勢，互作表現(xiàn)為，以I500D24處理較高，其次為I425D24、I500D12、I425D36、I425D24，I500D36處理較小。表明，I425D36、I500D24處理初花期以后具有較大的群體總光合吸收率主要是顯著增加了中、下部光吸收率。表3

2.3 產(chǎn)量及水分利用效率

研究表明，滴灌模式對棉花籽棉產(chǎn)量無顯著影響；隨種植密度增加，籽棉產(chǎn)量顯著增大，最終以I425D36、I500D24處理的籽棉產(chǎn)量較大，I425D12處理較小。進一步研究產(chǎn)量構(gòu)成因子，滴灌模式對單位面積鈴數(shù)無顯著差異；隨種植密度的增加，單位面積鈴數(shù)顯著增大，以I425D36、I500D24處理的單位面積鈴數(shù)較大，I425D12處理較小。滴灌模式、種植密度及兩者互作對單鈴重均沒有顯著影響。

不同處理對水分利用效率的影響表現(xiàn)為，相比常規(guī)滴灌，有限滴灌顯著提高了棉花的WUE，種植密度對WUE的影響不顯著。滴灌模式與種植密度互作對WUE影響顯著。WUE以I425D36處理較高，其次為I425D24、I500D24處理，I500D12和I500D36處理的WUE較低。表4

表4 棉花總干重、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成和水分利用效率

Table 4 Total dry matter weight, yield, yield components and WUE of cotton

滴灌模式Irrigationmode種植密度Plantingdensity籽棉產(chǎn)量Seedyield(kg/hm2)單位面積鈴數(shù)Bollnumber(個/m2)單鈴重Bollweight(g)水分利用效率WUE(kg/mm)20142015201420152014201520142015常規(guī)滴灌ConventionaldripirrigationpatternI500低密度D125118.6b5641.1c102.2c102.2cd5.05.58.2d8.5d中密度D245834.3a6304.0a117.3a118.5ab5.05.39.3b9.5b高密度D365185.8b5821.0b108.8b112.0abc4.84.28.3d8.8c有限滴灌LimiteddripirrigationpatternI425低密度D124785.4c5270.0d95.9d92.8d5.05.78.7c9.0c中密度D245240.8b5576.0c104.6bc107.0bc5.05.29.5b9.5b高密度D365852.4a6455.8a120.4a122.3a4.95.310.6a11.0a常規(guī)滴灌ConventionaldripirrigationpatternI5005380.05922.0109.4110.94.95.38.6b8.9b有限滴灌LimiteddripirrigationpatternI4255292.95767.1107.0107.55.05.49.6a9.8a低密度LowdensityD124952.0b5455.4b99.1c97.5c5.05.6a8.48.7b中密度MiddledensityD245537.6a5940.0a110.9a112.8a5.05.3b9.49.5ab高密度HighdensityD365519.1a6138.4a114.6a117.1a4.85.2b9.49.9a滴灌模式Irrigationpatternnsnsnsnsnsns8.66.6種植密度Plantingdensity6.76.59.28.2ns4.5ns3.8滴灌模式×種植密度Irrigationmode×Plantingdensity48.571.421.36.2nsns98.4104.4年×滴灌模式×種植密度Year×Irrigationpattern×Plantingdensity6.4ns12.5ns

注：同列中標的相同字母表示鄧肯分析中5%水平上沒有顯著性差異；“ns”表示差異不顯著

Note: Means within a column followed by the same letter are not significantly different (P=0.05) according to Duncan’s multiple range test. “ns” indicates non-significant

3 討 論

合理的冠層結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)作物高產(chǎn)高效的基礎(chǔ)[18-19]，優(yōu)化作物冠層結(jié)構(gòu)，改善群體光分布，提高群體的光截獲能力是挖掘作物產(chǎn)量潛力的重要技術(shù)途徑[20]。土壤水分和種植密度在影響棉花株高和葉面積指數(shù)的同時，使棉花平均葉簇傾斜角發(fā)生變化，平均葉簇傾斜角的變化又影響葉片對光的截獲[21-23]。研究中，與常規(guī)滴灌處理相比，有限滴灌處理顯著降低了棉花的株高和初花期至盛鈴前期的LAI，且將LAI的峰值推遲至盛鈴期，這是由于棉花盛花期以前有限供水顯著抑制了棉花盛蕾至初花期株高日增長率，葉片生長相對較慢，而恢復正常供水后棉花葉片生長得到部分補償。盛鈴后期以后，不同滴灌模式間LAI無明顯差異，可能與前期干旱鍛煉增強了棉花的抗旱性有關(guān)[24]。常規(guī)滴灌處理棉花的平均葉簇傾角(MTA)小于有限滴灌處理，與前人研究結(jié)果一致[5]。常規(guī)滴灌條件下，LAI、MTA、冠層總光吸收率(LIR)以中密度處理較高；有限滴灌條件下，上述參數(shù)均以高密度處理最高。I425D36和I500D24處理的上層光吸收率小于I500D36處理，但中、下部光吸收率大于I500D36處理。說明I500D24、I425D36處理在保持較高葉面積指數(shù)條件下，通過調(diào)節(jié)葉傾角，保證冠層中、下部較高的光吸收率，進而提高冠層總光吸收率。

植被冠層結(jié)構(gòu)特征與產(chǎn)量的形成密切相關(guān)[25]，作物產(chǎn)量主要取決于群體的光截獲能力，而合理高效的冠層結(jié)構(gòu)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[3,26]。張娟等[27]分析了小麥冠層結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)性，結(jié)果表明提高光能利用率，可以提高產(chǎn)量。研究結(jié)果表明，I425D36和I500D24處理顯著提高了單位面積鈴數(shù)，獲得了較高的產(chǎn)量，而WUE以I425D36處理較高。從冠層結(jié)構(gòu)角度分析發(fā)現(xiàn)，一個原因主要是I425D36和I500D24處理在生育期內(nèi)保持較高的LAI，且延緩了生育后期葉面積衰老的速度，保證了較高的光合面積。此外與相同滴灌模式下其他處理相比，I425D36和I500D24處理在保證較高的LAI的情況下，增加了MTA和冠層開度，有利于棉花田間的通風透光性，改善群體內(nèi)光照條件，增加中、下光吸收率，促進群體光合功能改善和提高結(jié)鈴能力，減少爛鈴[28-29]，單位面積鈴數(shù)增加，最終產(chǎn)量增加。說明適當減少群體冠層植株上部的光截獲比重，增加中下部光截獲量，可提高產(chǎn)量。

4 結(jié) 論

常規(guī)滴灌中密度、有限滴灌高密度處理有利于延緩盛鈴期以后LAI的降低速率，LAI分別比相同滴灌條件下其他種植密度高3.7%～6.7%、22%～27%，MTA提高2.5%～6%、4.7%～4.8%，DIFN提高10.6%～13.8%、10.6%～20%，冠層中、下部的光吸收率提高6.5%～16%、7.1%～11%，最終獲得較高的產(chǎn)量，分別為5 869和6 154 kg/hm2；而WUE以有限滴灌高密度較高，為10.8 kg/mm。因此，在水分相對充足地區(qū)，可以選擇中密度種植；在水分相對虧缺地區(qū)，可以通過增加種植密度利用群體優(yōu)勢彌補個體生長不足的同時，構(gòu)建高光效冠層結(jié)構(gòu)，提高光吸收率，在獲得較高產(chǎn)量的前提下提高水分利用效率。

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Fund project:Supported by The National Natural Science Foundation of China "The study of the physiological mechanism and regulation of senescence prevention of high photosynthetic cotton by drip irrigation under mulch film in Xinjiang" (U1203283) and The Doctoral Program of The Xinjiang Production and Construction Crops "The study of physiological regulation of high efficient water use of cotton based on compensation on the compensation effect of water shortage by drip irrigation under mulch film (2014BB009)

Effect of Planting Density on Canopy Structure Characteristics of Cotton under Different Drip Irrigation Patterns

NIU Yu-ping, CHEN Zong-kui, CHEN Hou-chuan, JU Di, LUO Hong-hai, ZHANG Wang-feng

(KeyLaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps,CollegeofAgronomy,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China)

【Objective】 The study is to make clear the effects of planting densities on canopy structure, light interception, yield and water use efficiency under different drip irrigation patterns and explore the new ways and technical measures of cotton high-yielding and water-saving in arid area.【Method】A high-yielding cotton (GossypiumhirsutumL.) cultivars, Xinluzao 45, was grown in fields, and split-plot experiment with two drip irrigation patterns (conventional drip irrigation (I500), limited drip irrigation (I425) and three levels of planting densities 12×104(D12), 24×104(D24), 36×104(D36) was designed. Planting height, leaf area index (LAI), mean tilt angle (MTA), diffusion noninterceptance (DIFN), light interception, yield and water use efficiency (WUE) were determined.【Result】Compared with I500, I425postponing the growth rate of planting height, maintaining higher LAI during later full boll stage and boll opening stage, MTA and DIFN led to increase in WUE through increasing light inception rate (LIR) in middle and lower parts of canopy under the condition of non-significant changes in seed yield. At I500, the maximum LAI, MTA and LIR, were observed under D24. I425, D36had the maximum values of all of the above parameters. Finally, I425D36and I500D24had the highest seed yield which attributed to the increasing of boll number per area. I425D36had higher WUE.【Conclusion】I425D36achieved the aim of high-yield and water-saving. The reason is that it increased total canopy light interception rate through adjusting leaf angle and improving light inception rate in middle and lower parts of canopy under the condition of high LAI.

cotton; drip irrigation pattern; planting density; canopy structure; yield; water use efficiency

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.10.001

2016-05-10

國家自然科學基金聯(lián)合基金重點項目“新疆膜下滴灌棉花高光效群體防衰生理生態(tài)機理及調(diào)控研究”(U1203283)；新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團博士資金專項“基于缺水補償效應(yīng)的膜下滴灌棉花高效用水生理調(diào)控技術(shù)研究”(2014BB009)

牛玉萍(1989- )，女，新疆輪臺人，碩士研究生，研究方向為作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培，(E-mail)1054460258@qq.com

羅宏海(1979-)，男，遼寧撫順人，副教授，博士，研究方向為作物高產(chǎn)生理及節(jié)水栽培，(E-mail)luohonghai79@163.com

S563；S504

A

1001-4330(2016)10-1765-13