花鈴期滴灌棉花不同氮素水平ABA濃度與氣孔導(dǎo)度的響應(yīng)關(guān)系研究

張建新 ，楊寶玉，何江勇，李益農(nóng)

花鈴期滴灌棉花不同氮素水平ABA濃度與氣孔導(dǎo)度的響應(yīng)關(guān)系研究

張建新1，楊寶玉2，何江勇1，李益農(nóng)3

（1新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；2新疆奎屯第七師一二八團(tuán)，新疆 奎屯 833207；3中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所，北京 100044）

利用滴灌盆栽試驗(yàn)，研究花鈴期不同施N水平的條件下，滴灌棉花ABA濃度與氣孔導(dǎo)度之間的響應(yīng)特征，結(jié)果表明：花鈴期，盆栽滴灌棉花不同處理純N分別為2 g/盆（N2）、4 g/盆（N4）、6 g/盆（N6）的條件下，ABA含量與氣孔導(dǎo)度之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)（r）分別為-0.785、-0.899、-0.857，T檢驗(yàn)顯著水平P為 0.116、0.038、0.063，對(duì)應(yīng)相關(guān)分析模型分別為對(duì)數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)和二次函數(shù)，模型擬合決定系數(shù)（R2）分別為0.623、0.911、0.970，F(xiàn)檢驗(yàn)顯著水平 P分別為 0.112、0.089、0.030，N4和N6處理達(dá)到顯著水平，表明回歸模型能較好地描述滴灌棉花花鈴期ABA與氣孔導(dǎo)度之間相關(guān)性及其不同施N水平的響應(yīng)特征。

滴灌；盆栽；棉花；氣孔導(dǎo)度；ABA；花鈴期

0 引言

植物激素（ABA）的合成受溫度、光照、水分和礦質(zhì)營養(yǎng)等諸多因子的誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)[1]，這些因子中營養(yǎng)因子更容易調(diào)控[2]。營養(yǎng)脅迫可促使植物激素的含量[3]和活性發(fā)生變化，并通過這些變化影響其生理過程[4]。

氣孔是土壤—植被—大氣連續(xù)體物質(zhì)[5]、能量以及信息交換的重要通道[6]，對(duì)植物與外界環(huán)境水分[7]和氣體交換平衡起著重要的調(diào)節(jié)作用[8]。在植物生理生態(tài)學(xué)中，氣孔的開閉程度用氣孔導(dǎo)度來表達(dá)[9]。它在控制碳和水分交換的平衡中起著關(guān)鍵作用[10]。研究滴灌棉花內(nèi)源激素和氣孔導(dǎo)度特征[11]，對(duì)揭示滴灌棉花生長發(fā)育的節(jié)肥節(jié)水規(guī)律[12]和指導(dǎo)棉花生產(chǎn)具有重要意義。

已有國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，李永秀等建立了冬小麥氣孔導(dǎo)度與光合作用的耦合模型[13]；Shimshi發(fā)現(xiàn)，氮素缺乏植株不能像供給氮素適量的植株氣孔關(guān)閉正常，氣孔導(dǎo)度降低[14]。王清泉等認(rèn)為，氮鉀配比不僅可以增加玉米葉片中IAA、ZR和GA3含量[15]，降低ABA含量，而且能夠調(diào)節(jié)各個(gè)激素之間的平衡；庫文珍等認(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)[16-17]；陳駿等認(rèn)為，玉米苗期傷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、吸收氮特性、氮素利用效率以及植株形態(tài)特征等方面[18-20]；在低氮條件下，不同玉米品種氮素營養(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[21-22]。開展滴灌棉花在不同氮肥條件下內(nèi)源激素和氣孔導(dǎo)度及其特征研究報(bào)導(dǎo)的相關(guān)內(nèi)容較少。

棉花是新疆的主要經(jīng)濟(jì)作物，花鈴期是棉花一生中生長發(fā)育最旺盛的時(shí)期，是棉花生殖生長的關(guān)鍵時(shí)期，是棉花需肥需水的關(guān)鍵時(shí)期，又是棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、節(jié)水和高效的關(guān)鍵時(shí)期，研究滴灌棉花花鈴期的內(nèi)源激素和氣孔導(dǎo)度特性，深入了解滴灌棉花的花鈴期節(jié)水節(jié)肥生理特性，對(duì)提高滴灌棉花產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。本文采用滴灌盆栽方法研究花鈴期在不同氮肥條件下滴灌棉花內(nèi)源激素與氣孔導(dǎo)度相關(guān)性及其特征變化，為滴灌棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)節(jié)水高效管理提供技術(shù)依據(jù)。

1 研究區(qū)域

石河子市南臨天山依連哈比爾尕山北部的前山地帶，北接山前傾斜平原及泉水溢出帶，東經(jīng)84°58′—86°24′，北緯 43°26′—45°20′。 由東南向西北稍有傾斜，南北坡降1.2%，東西坡降0.9%，海拔430—520 m，屬典型的溫帶大陸性氣候，冬季長而嚴(yán)寒，夏季短而炎熱，年平均氣溫7.5—8.2℃，日照2 318—2 732 h，無霜期147—191 d，年降雨量180—270 mm，年蒸發(fā)量1 000—1 500 mm。土壤多系灰漠土、潮土、草甸土，土質(zhì)多系礫質(zhì)土、沙質(zhì)土、粘質(zhì)土。

2 研究方法

2.1 供試材料

選取新陸早42號(hào)為供試材料，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一二一團(tuán)新5連灌耕中壤土，容重為1.632 g/m3（注：取土點(diǎn)），田間持水量為 20.11%（注：取土點(diǎn)），基礎(chǔ)肥力為：有機(jī)質(zhì)含量0.64%，堿解氮42.03 mg/kg，速效磷17.80mg/kg，速效鉀271.37mg/kg，PH為8.09，總鹽為0.34%。試驗(yàn)盆缽為塑料圓桶，上口內(nèi)直徑400 mm，桶底內(nèi)直徑310 mm，高度370 mm，離桶底310 mm處開孔，盆缽上裝有通過內(nèi)鑲式的滴水管穿孔，盆缽底部鋪有細(xì)砂塑料網(wǎng)一層，其次為細(xì)砂和小石頭混合料3—4 cm，再裝供試土壤27—28 cm。滴灌系統(tǒng)：水源，φ32球閥一個(gè)，φ32過濾器一個(gè)，φ32PE黑色塑料管20 m，水表10塊，壓力表10塊，φ16球閥 30個(gè)，φ16堵頭 10個(gè)，ψ16內(nèi)鑲式滴灌管60 m，每盆一個(gè)滴頭，滴頭流量為2 L/h，滴頭間距為50 cm，灌水后第2天進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)定工作。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)：灌水量270 m3/666.7m2（注：當(dāng)前新疆兵團(tuán)大田滴灌棉花的畝灌溉定額），滴水次數(shù)為13次（注：當(dāng)前新疆兵團(tuán)大田滴灌棉花的畝灌溉次數(shù)），處理：每個(gè)處理一盆，3個(gè)施肥水平，重復(fù)20次，共計(jì)60盆（注：因提取棉花木質(zhì)部傷流液ABA要剪去每盆的一棵棉株，每次必須對(duì)每個(gè)水平進(jìn)行4個(gè)盆的平行取樣，3個(gè)施肥水平，一次則采集12個(gè)盆的傷流液樣，共采樣5次）；3個(gè)施肥水平分別為：N2（低氮）：純 N 2 g/盆，即尿素和磷酸一銨 6.22 g/盆；N4（中氮）：純 N 4 g/盆，即尿素和磷酸一銨 7.22 g/盆；N6（高氮）：純 N 6 g/盆，即尿素和磷酸一銨 9.22 g/盆，施肥比例N∶P2O5為1∶0.4（注：因新疆滴灌棉花產(chǎn)量和效益的最佳氮磷肥配比為1∶0.4，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行氮肥量和磷肥量的增減），N用尿素折算，P2O5用磷酸一銨折算。

表1 棉花花鈴期不同施氮量ABA與氣孔導(dǎo)度的統(tǒng)計(jì)特征值Table1 Statisticalcharacteristic values ofdifferentnitrogenapplicationrate and stomatalconductance ABAcottonbollstage

表2 棉花花鈴期不同施氮量ABA與氣孔導(dǎo)度的成對(duì)樣本T檢驗(yàn)Table 2 Paired samples T-test with different nitrogen amount ABA stomatal conductance cotton boll stage

2.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2.3.1 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·次，測(cè)試方法為烘干法測(cè)定。

2.3.2 氣孔導(dǎo)度

取樣時(shí)間為中午 12：00—14：00，測(cè)試方法：SC-1氣孔儀測(cè)定。

2.3.3 ABA測(cè)試

取樣時(shí)間為下午10：00開始，取傷流液量為200μL/mL·盆·次·株，測(cè)試方法采用酶聯(lián)免疫分光光度計(jì)分析方法。

2.3.4 土樣N、P、K養(yǎng)分測(cè)試

10月份取樣，取土樣量為1 000 g/盆，測(cè)試方法N（氮）采用0.01 mol/LCaCl2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 NH4OAc浸提—火焰光度法。

2.3.5 成熟期考種及產(chǎn)量測(cè)定

采用百株平均數(shù)及實(shí)收產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)分析方法

用Excel、SPSS19等分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 滴灌棉花花鈴期ABA與氣孔導(dǎo)度之間的統(tǒng)計(jì)特征

表1為滴灌棉花在花鈴期時(shí)，不同氮處理下，棉花傷流ABA含量和氣孔導(dǎo)度特征值，在施氮水平分別為 N2、N4和 N6，ABA含量的均值為 20.991、22.925和 23.326， 極 小 值 為 16.939、19.941和21.827，極大值為 23.552、25.570 和 26.779，差異明顯，其峰度系數(shù)為-2.390、-1.173和3.694，偏度系數(shù)為-0.717、-0.239和 1.872，服從正態(tài)分布；氣孔導(dǎo)度的均值為 1712.584、1 565.125和 2 047.980，極小值為 1 383.967、629.733和 744.400，極大值為 2 101.900、2 436.700和3 464.300， 差異明顯，其峰度系數(shù)為 0.625、-0.894和 0.729，偏度系數(shù)為0.515、-0.145和0.267，服從正態(tài)分布。結(jié)果表明，花鈴期棉花傷流ABA含量和氣孔導(dǎo)度特征值差異明顯，服從正態(tài)分布。

3.2 滴灌棉花花鈴期ABA與氣孔導(dǎo)度之間的成對(duì)樣本T檢驗(yàn)分析

表2給出滴灌棉花花鈴期不同氮處理棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度的成對(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，ABA含量與氣孔導(dǎo)度成對(duì)樣本的均值為-1 691.592、-1 542.199和-2024.653，標(biāo)準(zhǔn)誤為 269.000、707.389和 1000.396，T檢驗(yàn)值為-14.061、-4.875和-4.525，顯著水平P為0.000、0.008和0.011，結(jié)果表明，在花鈴期時(shí)，棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度成對(duì)樣本T檢驗(yàn)達(dá)到極顯著水平。

3.3 滴灌棉花花鈴期ABA與氣孔導(dǎo)度之間相關(guān)性及T檢驗(yàn)分析

表3為滴灌棉花在花鈴期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度相關(guān)性分析及T檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6，ABA含量與氣孔導(dǎo)度相關(guān)系數(shù) （r）分別為-0.785、-0.899和-0.857，T檢驗(yàn)值顯著水平 P為 0.116、0.038和0.063。結(jié)果表明，在花鈴期時(shí)，棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度的相關(guān)性為負(fù)相關(guān)，T檢驗(yàn)N4、N6達(dá)到了顯著水平。

表3 棉花花鈴期不同施氮量ABA與氣孔導(dǎo)度的相關(guān)性及T檢驗(yàn)Table 3 Different Nitrogen ABA and stomatal conductance of cotton boll stage correlation and T-test

3.4 滴灌棉花花鈴期ABA與氣孔導(dǎo)度之間擬合模型及類型

表4 棉花花鈴期不同施氮量ABA與氣孔導(dǎo)度的回歸關(guān)系及類型Table 4 Regression relationships and different types of nitrogen application rate and stomatal conductance ABA cotton boll stage

表4為滴灌棉花在花鈴期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度回歸分析及模型，在施氮水平分別為N2、N4和N6條件下，ABA含量與氣孔導(dǎo)度之間回歸模型分別為：

結(jié)果表明，花鈴期施氮水平分別為N2、N4和N6時(shí)，棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度之間模型類型分別為對(duì)數(shù)函數(shù)模型、二次函數(shù)和二次函數(shù)模型（見圖 1）。

3.5 滴灌棉花花鈴期ABA與氣孔導(dǎo)度之間模型擬合度及F檢驗(yàn)分析

表5為滴灌棉花在花鈴期時(shí)，不同處理水平氮的施用量下，棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度的模型擬合度及F檢驗(yàn)，在施氮水平分別為N2、N4和N6條件下，ABA含量與氣孔導(dǎo)度之間的決定系數(shù)R2分 別 為 0.623、0.911和 0.970，F(xiàn)檢 驗(yàn) 值 分 別 為4.963、10.190和31.892，顯著水平P分別為 0.112、0.089和0.030，結(jié)果表明，在花鈴期，施氮水平為N4和N6條件下棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度之間的模型擬合達(dá)到顯著水平。

表5 棉花花鈴期不同施氮量ABA與氣孔導(dǎo)度的模型擬合度及F檢驗(yàn)Table 5 Model fit different nitrogen application rate and stomatal conductance ABA cotton boll stage and the F-test

4 結(jié)論與討論

花鈴期是棉株逐漸長大，根系大量生長，葉面蒸騰不斷增加，耗水量日益增大的時(shí)期。這個(gè)時(shí)期需要用灌水有效地調(diào)節(jié)棉株的營養(yǎng)生長，促進(jìn)棉花生殖生長，以提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)。

本研究結(jié)果表明，不同氮肥水平條件下滴灌棉花花鈴期傷流液ABA與氣孔導(dǎo)度的相應(yīng)關(guān)系為：（1）N2（即純 N 2 g/盆）、N4（即純 N 4 g/盆）、N6（即純N 6 g/盆）棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度的相關(guān)性（r）為負(fù)相關(guān)，分別為-0.785、-0.899 和-0.857，T 檢驗(yàn)N2、N4和N6達(dá)到了顯著水平。（2）在施氮水平為N2、N4、N6條件下，棉花傷流ABA含量與氣孔導(dǎo)度之間的擬合模型分別為對(duì)數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)、二次函數(shù)，決定系數(shù)R2分別為0.623、0.911和0.970，經(jīng)過F檢驗(yàn)，N4和N6達(dá)到顯著水平。

以上不同氮水平處理?xiàng)l件下滴灌棉花傷流液ABA含量與氣孔導(dǎo)度的相關(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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Response Relationshipsbetween Drip Irrigated Cotton ABA and Stomatal Conductanceunder Different Conditionsof Nitrogen Fertilizersin the Blooming Period

ZANG Jian-xin1， YANG Bao-yu2， HE Jiang-yong1， LIYi-nong3
（1Institute of Irrigation and Water Conservancy and Soil and Fertilizer of Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences， Shihezi832000， Xinjiang；2Xinjiang Kuitun seventh division one hundred twenty-eight regiment， Kuitun 833207， Xinjiang；3Department of Irrigation and Drainage， China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100044）

In thisresearch,drop irrigation pottingexperimentswere adopted tostudy theresponse characteristics between drip irrigated cotton's ABA concentration and stomatal conductance under the different conditionsof Nfertilizer levels in the blooming period.As theresultsshowed,under thecondition of pure Nincluding N2g,N4gand N6gper plant in thebloomingperiod,thecomparison of relative coefficients(r)between ABAcontentand stomatal conductancewere-0.785,-0.899and-0.857 respectively,thesignificantlevelsof Pby T testwere0.116,0.038 and 0.063,themodel fittingdetermination coefficients(R2)were0.623,0.911 and 0.970 respectively,thesignificant levelsof Pby Ftestwere0.112,0.089and 0.030,and under theconditionofpure Nwith N2g,N4gand N6gper plantin thebloomingperiod,the correlation between drip irrigation cotton's ABA content and stomatal conductance was negative,and the correlation of N4g per plant and N6 per plantreachesthesignificantlevel.Therefore,theprocessingmodel fittingdetermination coefficient(R2)of N6gper plantreaches thesignificantlevel,and itsmodel isquadratic.

Drip irrigation；Potting；cotton； Stomatal conductance；ABA and blooming period

2017-07-18

國家國際科技合作專項(xiàng)“基于ABA信號(hào)的滴灌棉花水肥調(diào)控技術(shù)合作研究”（2011DFA32800）；兵團(tuán)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)與成果轉(zhuǎn)化計(jì)劃“滴灌棉花液體氮肥隨水施肥技術(shù)研究與示范”(2016AC011)

聯(lián)系方式：張建新(1962-),男,四川人,副研究員,研究向方為農(nóng)業(yè)節(jié)水、植物營養(yǎng)和鹽堿土改良及利用,E-mai l:zhangj x0993@si na.com.通迅作者:李益農(nóng)(1963-),男,安徽人,教授,研究方向?yàn)榈孛婀喔燃夹g(shù),E-mai l:l i yi nnong@i whr.com