微咸水膜下滴灌對棉花植株鹽分、養分吸收及品質的影響

劉雪艷,丁邦新,白云崗

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

新疆淡水資源短缺，導致棉花種植規模受到限制，而微咸水豐富，合理利用新疆豐富的微咸水是解決這一問題的有效途徑。相關學者關于鹽分脅迫下棉花養(鹽)分的吸收與分布做了大量研究。隨著土壤鹽度的增加，棉花對養分(N、P、K)的吸收和分配呈現降低的趨勢，鹽分(Ca2+、Na+與Cl-)呈現增加的趨勢[1]；鹽脅迫使得棉花組織中Na+的濃度升高，K+的濃度降低[2-4]。棉花吸收的鹽分主要累積在莖葉中[5]，蕾鈴中較少，籽棉中鹽分離子含量極低[6-7]。棉田經過長期微咸水灌溉，棉株蕾鈴期地上部全氮及K+含量顯著降低，但磷素表現為幼葉及柄中含量升高，老葉及柄中含量較低[8]。同時，棉花對鹽分的響應，有些學者持不同觀點。馬麗等[9]通過試驗得出棉花植株中的氮、磷積累量隨著土壤鹽度的升高而顯著降低，K+含量則隨著土壤鹽度的升高而顯著增加。王艷娜等[10]研究發現，棉株體內K+、Cl-、Ca2+含量隨著咸水濃度的增加而升高，Na+濃度變化較小。鹽分在一定程度上促進棉花部分器官對磷素的吸收，隨著鹽分的升高，增加了根和莖對氮素的截留作用，鹽分對棉花吸收鉀素的影響不大[11]。利用微咸水進行灌溉，可以為植物的生長提供所需的水分，但微咸水本身會攜帶一定量的鹽分，這些鹽分，如果未能淋洗出土體，可能會造成土壤次生鹽漬化；如果把微咸水中的鹽分控制到合理的范圍內，微咸水中還帶有其他微量元素，可以促進作物的生長。此外，由于地質條件、棉花品種的耐鹽性、田間管理方式等多種因素的影響，棉花對鹽分的響應不同，產生結果也有所差異。因此，針對不同區域鹽分對棉花養分鹽分吸收的影響，確定最佳灌溉水的淡咸比例，合理利用微咸水，對于緩解新疆南部地區淡水資源緊缺具有積極的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區新疆生產建設兵團第2師31團地處巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣境內，塔克拉瑪干沙漠邊緣，塔里木河下游，地理坐標為85°24′～88°30′E，39°30′～42°20′N，全團土地面積36 586.7 hm2。屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，光照時間充足，熱量豐富；氣候干燥，晝夜溫差大，春季風沙大，且3—4月較為頻繁，無霜期為180～220 d；降雨量少，多年平均降水量為30.5 mm，蒸發量大,多年平均蒸發量為2 273～2 788 mm。該團主要種植棉花、香梨、紅棗以及羅布麻。全團土壤主要以砂壤土、壤土為主，有部分砂土和黏土。區內水資源缺乏，地下水為礦化水，嚴重抑制該區農業的發展。

1.2 試驗設計

于2019年4月上旬播種，9月下旬收獲。采用一膜兩管四行的種植模式，株距為10 cm，覆膜寬度為125 cm。本試驗利用淡水(礦化度0.38～0.75 g·L-1)與咸水(礦化度9.81～11.81 g·L-1)進行不同比例混合，共設置6種處理：即對照，淡咸比為1∶0，礦化度為0.38～0.75 g·L-1；處理1，淡咸比為4∶1，礦化度為2.36～3.39 g·L-1；處理2，淡咸比為3∶2，礦化度為3.34～5.51 g·L-1；處理3，淡咸比為2∶3，礦化度為6.36～7.74 g·L-1；處理4，淡咸比為1∶4，礦化度為7.30～9.32 g·L-1；處理5，淡咸比為0∶1，礦化度為9.81～11.81 g·L-1。每個處理重復3次，小區面積為30 m2。苗期用少量淡水進行灌溉以保證棉花植株正常生長，在現蕾期之后采用微咸水灌溉，灌水量為5 250 m3·hm-2，灌水周期為7 d 1次。試驗采用的是重力自壓滴灌方式，首先把淡咸水按不同比例抽入容量為1 t水罐中，混勻后灌入小區。試驗地棉花全生育期內氮磷鉀施用量分別為300、120、90 kg·hm-2；氮肥用尿素(N:46%)，二銨(N:18%；P2O5:46%)，鉀肥(K2O:60%)。其它管理及農藝措施均參考當地經驗。

1.3 測定項目及方法

植株樣品的采集：于棉花的不同生育期在每個試驗小區隨機采取3株，分根、莖、葉、蕾鈴4部分，在105℃殺青2 h，80℃烘干至恒重并稱重，將烘干后的植物樣粉碎并過0.1 mm篩。

植株樣品的測定：全N使用凱氏定氮法測定，全P利用釩鉬黃比色法測定，全K采用火焰光度計進行測定，Na+采用火焰光度法進行測定，Cl-采用莫爾法進行測定，Ca2+采用原子吸收分光光度法。

棉花纖維測定：農業部棉花質量檢測中心(烏魯木齊)進行上半部平均長度、整齊度、斷裂比強度、斷裂伸長率、短纖維指數、馬克隆值等品質指標測定。

1.4 數據處理與分析

采用Excel軟件進行數據整理，Sigmaplot 10.0軟件進行繪圖，SPSS進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對棉花鹽分離子含量與積累量的影響

2.1.1 Na+含量與積累量 從圖1可以看出，在吐絮期棉花各器官中Na+含量的大小為：葉>莖>根>蕾鈴。隨著灌溉水礦化度增大，不同處理棉花器官Na+含量呈現增大的趨勢，且增加趨勢顯著。棉花根中Na+含量對照處理為3.27 g·kg-1，處理5較對照增長最多，增長30.0%，其次是處理2增長28.7%。棉花莖中Na+含量最低為對照處理(4.21 g·kg-1)，處理4、5較對照分別增長39.10%和42.69%。葉中Na+含量處理1～5較對照分別增加8.29%、32.49%、32.87%、42.62%、48.05%。蕾鈴中Na+含量雖然也有所增加，但是與根、莖、葉器官相比增長幅度較小。

隨著灌溉水礦化度的增加，單株棉花Na+積累量呈現無規律性的波動變化，是因為隨著灌溉水礦化度的增大，Na+含量呈現上升，但干物質量卻呈現下降的趨勢。Na+積累量范圍在0.42～0.51 g·株-1，其中處理5最低，處理2最高，但不同處理間差異不顯著。單株棉花不同器官中莖、葉和蕾鈴的Na+積累量較高，導致此結果的主要原因是在吐絮期莖、葉和蕾鈴生物量大，且Na+的含量也較高。

2.1.2 Cl-含量與積累量 由圖2可知，在吐絮期棉花各器官中Cl-含量隨灌溉水礦化度的增大而增加，以葉中Cl-含量最高，其次是蕾鈴和莖，根中最低。葉片中的Cl-含量對照為最低，處理1與對照之間差異不顯著，其它各處理均較對照顯著增加。蕾鈴中Cl-含量隨著灌溉水礦化度的增大而增加，處理1較對照增加最少，為14.53%，處理4較對照增加最多，為33.81%。棉花莖中Cl-含量隨著灌溉水礦化度的增大而增加，各處理均與對照達到顯著差異水平，處理1～5較對照分別增加31.72%、45.80%、43.93%、57.93%、56.00%。棉花根中對照Cl-含量最低，最高是處理5，較對照增加97.05%。

隨著灌溉水礦化度的增大，單株棉花中Cl-積累量呈現無規律性的波動下降，是因為隨著灌溉水礦化度的增大，Cl-含量呈現上升，但干物質量卻呈現下降的趨勢。Cl-積累量范圍在1.45～2.06 g·株-1，其中處理5最低，處理2最高。對照與處理1～4之間差異不顯著，而處理5較其它各處理有顯著性下降，是因為受灌溉水礦化度的影響，處理5的生物量較低。蕾鈴的Cl-積累量較高，占單株Cl-積累總量的68.05%～75.85% ，導致此結果的主要原因是蕾鈴在吐絮期生物量大，而且Cl-的含量也較高。

2.1.3 Ca2+含量與積累量 由圖3可知，吐絮期的棉花各器官Ca2+含量總體表現為隨著灌溉水礦化度的增大出現下降，但是各處理之間差異不顯著，葉中Ca2+含量最高。根中Ca2+含量隨灌溉水礦化度的增大而下降，但是下降幅度較小，處理4最低。莖中的Ca2+含量在7.27～8.8 g·kg-1，各處理間差異不顯著。葉中的Ca2+含量在43.29～46.38 g·kg-1，各處理間差異不顯著。蕾鈴中Ca2+含量處理間差異不顯著，在12.33～13.98 g·kg-1之間。隨著灌溉水礦化度的增大，各處理棉花單株Ca2+積累量均較對照下降，處理1～5較對照分別下降23.59 %、21.92%、 25.81%、42.94 %、48.22%。由不同器官Ca2+積累量可以看出，葉和蕾鈴最高，因為吐絮期的葉和蕾鈴的生物量大且Ca2+含量高，導致積累量最高。

2.2 不同處理對棉花養分含量與積累量的影響

2.2.1 N含量與積累量 由圖4可知，在吐絮期，隨著灌溉水礦化度的增大，不同處理下棉花中的N含量呈現無規律性變化。不同器官中N含量，以地上部含量最高，根部含量較低。其中地上部葉片中N含量最高，其次是蕾鈴和莖。葉和蕾鈴作為儲存器官儲存了大量的N以保證棉花正常的營養生長和生殖生長，根中N含量較少，說明根對N的截留作用較小，將更多的N由地下運輸到地上，提高了N的利用率。葉片中N含量，處理1較對照增大，其它處理較對照均有不同程度降低。不同微咸水處理下，蕾鈴對N吸收情況不同，處理3蕾鈴中N含量最低，為3.51 g·kg-1，處理1蕾鈴中N含量最高，為5.78 g·kg-1。在莖中，N含量沒有隨著灌溉水礦化度的變化而出現顯著性變化。由此推斷，隨著灌溉水礦化度的增大，根部截留部分N，使得葉片和蕾鈴中的N含量有所下降。同時，由圖可以看出，莖對N的截留不明顯。由不同灌溉水礦化度處理下的棉花單株氮素積累量來看，隨著灌溉水礦化度的增大，各處理下N積累量呈下降趨勢，導致此結果的主要原因是在吐絮期棉花各器官N含量隨灌溉水礦化度的增大沒有出現規律性的變化，隨著灌溉水礦化度的增大，棉花的生長受到鹽分的抑制，干物質降低，造成積累量下降。不同處理下單株棉花N積累量在0.95～2.19 g·株-1，對照與處理3～5之間存在顯著性差異，與處理1、2之間差異不顯著。從棉花各器官N積累量可以看出，蕾鈴的N積累量最高，是因為吐絮期的蕾鈴生物量較大的原因。

圖2 不同微咸水灌溉對棉花植株Cl-含量和積累量的影響Fig.2 Effects of different brackish water irrigation on Cl-content and accumulation of cotton plants

2.2.2 P含量與積累量 如圖5所示，吐絮期莖、葉、蕾鈴P含量隨著灌溉水礦化度的增大，出現先增加后下降的趨勢，而不同微咸水處理下的P積累量隨灌溉水礦化度的增大而逐漸降低。根中P含量隨著灌溉水礦化度的增大而降低，但各處理間差異不顯著，其中P含量最高是對照1.16 g·kg-1，含量最低是處理3、5。莖中P含量較根、葉、蕾鈴低(0.58～0.85 g·kg-1)。葉中P處理1 P含量最高，為1.61 g·kg-1，其次是對照，為1.57 g·kg-1，最低為處理5，為1.25 g·kg-1。蕾鈴中的P含量隨著灌溉水礦化度的增大呈先增加后減少的趨勢，處理1與其它各處理之間存在顯著性差異，以處理1最高，處理5最低。由棉花單株P積累量可知，隨著灌溉水礦化度的增大，各處理P積累量顯著降低，處理1～5分別較對照減少15.83%、34.56%、35.22%、48.73%、59.22%。從棉花各器官P積累量可以看出，蕾鈴的P積累量最高，是因為吐絮期的蕾鈴生物量較大的原因。

圖3 不同微咸水灌溉對棉花植株Ca2+含量和積累量的影響Fig.3 Effects of different brackish water irrigation on Ca2+content and accumulation of cotton plants

圖4 不同微咸水灌溉對棉花植株N含量和積累量的影響Fig.4 Effects of different brackish water irrigation on N content and accumulation of cotton plants

2.2.3 K含量和積累量 如圖6所示，吐絮期隨著灌溉水礦化度的增大，棉花不同器官中K含量無規律性變化。棉花根中以處理2 K含量最高，與其它各處理之間存在顯著差異。莖中K含量隨著灌溉水礦化度的增大出現先增加后下降的趨勢。處理1莖中K含量最高，對照、處理2～5分別較處理1低13.30%、12.12%、18.21%、15.92%、22.00%。葉片中處理2 K含量最高，為40.51 g·kg-1，處理3為最低(30.12 g·kg-1)。蕾鈴中的K含量隨著灌溉水礦化度的增大，呈現無規律性的變化，各處理K含量在40.14～43.03 g·kg-1。隨著灌溉水礦化度的增大，單株棉花全鉀積累量下降，對照、處理1～5 K積累量分別為7.79、6.57、5.97、5.74、5.01、3.88 g·株-1。造成這種結果的主要原因是隨著灌溉水礦化度的增大各處理生物量呈現顯著下降。從棉花各器官K積累量可以看出，蕾鈴的K積累量最高，是因為吐絮期的蕾鈴生物量較大的原因。

2.3 不同微咸水膜下滴灌對棉花品質的影響

棉花品質受品種和環境共同影響，品質的好壞決定著棉花的經濟價值。對不同灌溉水礦化度處理下的上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、斷裂伸長率、短纖維指數和馬克隆值6個指標進行鑒定，結果如表1。由表可以看出，隨著灌溉水礦化度的增大，棉花的短纖維指數較對照呈現不同程度的上升，但各處理之間差異不顯著。其中，處理5的短纖維指數最大，與對照相比增加7.65%。不同灌溉水礦化度處理下棉花上半部平均長度較對照均有所下降，處理3與其它各處理之間存在顯著差異。不同灌溉水礦化度處理下斷裂比強度亦有不同變化，其中，對照最高，為25.80 cN·tex-1，其次是處理1，為24.85 cN·tex-1，處理3和處理5最低，分別為23.65 cN·tex-1和23.70 cN·tex-1。馬克隆值處理1較對照增加0.2，處理5較對照減少0.25，其余各處理的馬克隆值與對照差異不顯著。隨著灌溉水礦化度的增大短纖維指數呈現增加趨勢，上半部平均長度、斷裂比強度和馬克隆值隨著灌溉水礦化度的增大呈現降低的趨勢，鹽分對整齊度和斷裂伸長率的影響無規律性變化，總體來說不同微咸水處理間品質差異下降。

圖5 微咸水灌溉對棉花植株P含量和積累量的影響Fig.5 Effects of different brackish water irrigation on P content and accumulation of cotton plants

圖6 不同微咸水灌溉對棉花植株K含量和積累量的影響Fig.6 Effects of different brackish water irrigation on K content and accumulation of cotton plants

表1 不同處理對棉花品質的影響

3 討 論

利用咸水進行灌溉，咸水中的鹽分被帶入土壤，在土壤中不斷累積，尤其是Na+和Cl-對植物的影響較大，極易造成植物的營養失衡[12]。本試驗結果發現隨著灌溉水鹽分的增大，棉花植株中Na+含量顯著增加，各器官Na+含量的從多到少依次為葉>莖>根>蕾鈴。棉花根系和蕾鈴吸收的Na+含量遠低于莖葉，說明根系和生殖器官對Na+的截留較少，部分Na+通過莖的運輸被截留，更多的Na+被運輸到葉中。棉花吸收的Cl-在葉片含量最高，根中含量最低。這與趙可夫[13]試驗結果較為一致。地上部積累了較多的Na+和Cl-，而根部的含量較低，加大了地上部和根部之間的滲透勢差，促進更多的水分由根部向地上部的運輸，利于改善地上部的水分狀況，促進生長[14]。NaCl脅迫嚴重抑制棉花根系對Ca2+的吸收，以及Ca2+在棉花體內的運輸和分配[15]。隨著灌溉水礦化度的增大 ，棉花葉片中Na+含量增加，葉片中累積的Na+對Ca2+吸收有一定的抑制作用，Ca2+呈現下降的趨勢，但是下降趨勢不明顯，說明鹽分的增加，主要對Na+和Cl-的增加有促進作用，而對Ca2+含量影響較小，Ca2+對保護細胞膜及緩解鹽分脅迫作用具有一定積極作用。

從棉花各器官養分含量來看，棉花葉片和蕾鈴中的養分含量最高，保證了棉花的營養生長和生殖生長；隨著灌溉水礦化度的增大，棉花各器官養分含量呈現先增加后降低的趨勢，說明少量的鹽分可以促進各器官對養分的吸收，過多的鹽分則會抑制對養分的吸收作用。鹽分對不同養分含量的影響不同，從本試驗結果來看，N含量和P含量隨著鹽分的增加呈現下降的趨勢，而K含量則變化不明顯，說明土壤中較多的鹽分會抑制棉花對養分的吸收，且對N、P肥的抑制作用大于K肥。閔偉[16]通過試驗證明，咸水灌溉會顯著降低N吸收。合理使用氮肥會提高氮肥利用率，減輕鹽分危害，但隨著灌溉水鹽度的增加，其促進效應明顯受到抑制[17]，而N、P、K肥配合施用，可以促進棉花對N、P、K養分吸收，減少對Na+吸收，延緩鹽漬土棉花衰老[18]。因此，利用微咸水進行灌溉時，應該注意N、P、K肥的施用，以提高肥料利用率及減輕鹽分對棉花產生的危害。

隨著灌溉水礦化度的增大，不同處理下單株棉花中Na+和Cl-積累量差異不顯著，而單株Ca2+積累量有顯著差異，并且Ca2+積累量隨著灌溉水礦化度的增大出現顯著下降的趨勢。各養分的積累量隨灌溉水礦化度的增大而下降，這與龔江[19]得出試驗結果一致。有研究表明，棉花籽粒中含氮量占植株總含氮量8%，更多的氮素被積累在葉片中[20]。本研究結果表明，吐絮期氮素積累量最大的器官是蕾鈴。造成這種結果的原因主要有：一是棉花生育后期主要進行生殖生長，更多的養分被運輸到生殖器官中，氮素含量增多；二是吐絮期生殖器官的生物量最大。

4 結 論

1)隨著灌溉水礦化度的增大，棉花各器官Na+和Cl-含量呈現增加的趨勢，其中處理1較對照差異較小，其它各處理與對照均存在顯著性差異；Ca2+含量呈現下降的趨勢，但各處理之間差異不顯著。

2)棉花Na+、Cl-、Ca2+積累量隨著灌溉水礦化度的增大呈現波動性變化，其中各處理之間Na+積累量差異不顯著，Cl-和Ca2+積累量隨著灌溉水礦化度的增大而下降。

3)棉花各器官N、P、K含量隨灌溉水礦化度的增大出現先增加后降低的趨勢，整體以處理1含量最高；隨灌溉水礦化度的增大單株棉花N、P、K的累積量下降，處理1較對照下降幅度最小。

4)隨著灌溉水礦化度的增大，棉花的短纖維指數較對照呈現不同程度的上升，但各處理之間差異不顯著。其它各品質之間均較對照呈現不同程度的下降，整體棉花品質隨著礦化度的增大而下降。