滴灌量對新疆棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和水分利用效率的影響

中圖分類號：S562 文獻標志碼：A 文章編號：1001-4330（2025）02-0294-08

摘要：【目的】探究不同灌溉量處理對棉花的發(fā)育、產(chǎn)量和水分利用效率的作用機理。【方法】在新疆博樂市設置大田試驗，以正常灌溉量為對照 ），設置（正常灌溉的 8 0 % 、正常灌溉的 、正常灌溉的 4 0 % ）不用水分梯度，測定棉花不同生育期株高、主莖節(jié)數(shù)、果枝數(shù)、結鈴和脫落特征，采收期測定棉花產(chǎn)量構成。【結果】（1）相比正常灌溉處理，虧缺灌溉使棉花的蕾期、花期、盛鈴期、吐絮期分別提前了 （2）蕾期之后，棉花株高、主莖節(jié)間長度、果枝數(shù)和單株蕾鈴數(shù)均表現(xiàn)出隨著灌溉量減少而降低的趨勢；主要分布在冠層中下部的結鈴和坐果數(shù)均隨灌水量減少而降低。（3）棉花整株生物量表現(xiàn)出灌溉量減少而降低趨勢。（4）籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)出灌溉量減少而降低趨勢，正常灌溉處理籽棉產(chǎn)量達 ，分別比虧缺灌溉處理高出 7 . 0 % ～ 3 2 . 4 % ，主要由單株鈴數(shù)降低所致；隨著灌溉量減少，灌溉水分利用效率逐漸提高，重度缺水處理最高，達 。【結論】適度的虧缺灌溉有助于提前棉花開花和結鈴時間，縮短棉花生育期。

0 引言

【研究意義】新疆是我國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地[1]。2022年新疆棉花總產(chǎn)量高達 ，占據(jù)全國總產(chǎn)量的 。然而，盡管新疆擁有豐富的光熱資源，但其干旱半干旱的地理特征導致水資源嚴重匱乏[3]。【前人研究進展】棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要因素是水分。張慧等[4]、王寧等[5]研究結果表明，過量灌溉對棉花生長造成不良影響，包括主莖節(jié)間過長、果枝長度增加等現(xiàn)象。代健敏等[6、牛媛等[7的研究表明水分虧缺會導致棉花的生物量減少、果枝數(shù)量下降、單鈴重減小，甚至引發(fā)早期衰老，影響棉花生育期生長。劉磊[8]等研究指出，通過在苗期和蕾期施行水分脅迫，可以調(diào)控棉花的營養(yǎng)生長，提升干物質(zhì)積累速率，進而提高產(chǎn)量；而花期和鈴期，虧缺灌溉處理可能導致花蕾大量脫落和結鈴性下降，從而減少產(chǎn)量[10-]。【本研究切人點水分調(diào)控是實現(xiàn)棉花高產(chǎn)和棉田節(jié)水的重要技術。因此，如何合理施行灌溉管理，以最大化產(chǎn)量并確保水分利用效率是當前研究亟待解決的問題。以新疆滴灌棉田為研究對象，基于灌溉模式，設置4個水分梯度用以研究棉花在水分虧缺條件下的生長發(fā)育情況和產(chǎn)量形成過程的機理。【擬解決的關鍵問題】闡明灌水量對新疆棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，提高水資源利用效率，為新疆棉田的節(jié)水灌溉和水資源提供可參考依據(jù)。

材料與方法

1.1材料

試驗于2022年 4 ～ 1 0 月在新疆博樂市決肯村進行，該地氣候干燥，日照充足，年日照時數(shù)2 7 3 4 . 9 h ，平均氣溫 6 . 8 % ，年均降水量200.3mm ，年蒸發(fā)量 ，適宜棉花的生長。土壤主要為灌溉土，農(nóng)業(yè)主要利用地下水灌溉，屬于典型干旱灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。

試驗于2022年4月17日播種，選擇中亞惠新棉花品種。采用1膜3帶3行的方式進行種植，其中膜寬 ，兩膜間寬 6 5 c m 。圖1

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗以正常灌溉量為對照（ ），設置（正常灌溉的 80 % ， 、正常灌溉的 、正常灌溉的 40 % ， ）不用水分梯度，分別以 正常灌溉（ 100 % ）、 輕度缺水 中度缺水 重度缺水（ 4 0 % ）表示。每個處理設置4個重復，共設置16個小區(qū)，單個小區(qū)面積為 。

各個生育期均施肥1次。在試驗期間，棉田肥料施用方式一致，在棉花各個生育期通過滴灌的方式施人。除了灌溉量的變化外，試驗期間的其他管理和農(nóng)藝措施均按照常規(guī)大田試驗進行。表1，表2

表1 不同處理滴灌期和滴灌水量

1.2.2 測定指標

棉花生育期性狀：在整個棉花生育期對所有小區(qū)的棉花進行定點測定，記錄其生長性狀。每個區(qū)域選擇長勢均勻片區(qū)10株標記定點調(diào)查[2]，記錄棉花的株高、主莖節(jié)數(shù)、果枝數(shù)、坐果臺位，以及其蕾、花、鈴、坐果及其脫落的數(shù)量[13] 。吐絮期測定植株上層、中層和下層的蕾、花、鈴生長及其脫落的數(shù)量[14] 。

棉花干物質(zhì)積累量：每小區(qū)選取10株植株，將植株直接從地里拔出，分成莖、葉、鈴、殼、絮、籽等部分[15]，將根部和地上部分分別裝入紙質(zhì)信封袋中放進烘箱進行烘干，并用精確度為千分之一的天平測定植株生物量[16] O

產(chǎn)量：在收獲期測產(chǎn)，將棉株劃分為下、中、上3個部分，每個部分采摘10朵，裝入紗網(wǎng)袋中自然風干，隨后稱重。在每個小區(qū)內(nèi)，選擇棉花長勢整齊的地方，并隨機選取 的樣點。統(tǒng)計棉花株數(shù)和單株鈴數(shù)，計算單位面積棉絮的重量。將其換算成公頃數(shù)來表示棉花產(chǎn)量[17] O

籽棉產(chǎn)量 Σ= Σ 植株密度 × 單株鈴數(shù) × 單鈴重;

水分利用效率[18] σ= σ 棉花籽棉產(chǎn)量（ ）/棉花全生育期灌水量（ ）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在MicrosoftExcel2021中整理棉花整個生育期的數(shù)據(jù)，然后對不同處理間的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，并采用LSD檢驗進行組間比較。數(shù)據(jù)分析階段使用SPSS27.0 統(tǒng)計軟件（SPSSInc.，Chicago，IL，USA），最后，使用GraphPadPrism9.5進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 棉花生育期

研究表明，棉花的蕾期、花期、盛鈴期和吐絮期分別提前了 1 ～ 3 d . 2 ～ 6 d . 2 ～ 7 d 和 3 ～ 1 1 d 。表3

2.2 棉花生長發(fā)育性狀

研究表明，隨著生育期推進，棉花株高和主莖節(jié)間長度先迅速增長然后趨于平穩(wěn)。開花期（6月21日），株高和主莖節(jié)在 處理下間長度達到最大值， 處理下最低。不同處理組之間存在顯著差異（ 。自7月14日開始，隨著灌溉量的減少，棉花的株高逐漸減小，而主莖節(jié)間長度則保持穩(wěn)定。坐果臺位在7月2日之后沒有明顯變化且不同處理組之間無顯著性差異。果枝數(shù)先快速增加后逐漸趨于平緩，且隨著灌溉量的減少而減少。在7月2日之后不同處理組之間存在顯著差異（ 。圖2

Fig.2Changes of alterations in the height of cottonplants，length of the main stem internodes， positioning of fruiting branches，and the number of bols under diverse irrigation treatments

2.3 棉花單株蕾鈴數(shù)

研究表明，棉花在各個生育時期對灌水量的響應有區(qū)別，導致單株蕾鈴數(shù)表現(xiàn)出顯著差異。蕾期和花期階段，灌水量的變化對棉花蕾鈴數(shù)量的影響相對較小，呈相對穩(wěn)定的趨勢。在幼鈴期和成鈴期，隨著灌水量逐漸減少，棉鈴數(shù)量逐步減少。在花期之后不同處理組之間出現(xiàn)顯著性差異（ P lt; 0 . 0 5 ） 。圖3

2.4 棉花結鈴特征

研究表明，棉花的上部冠層結鈴隨著灌溉量的減少數(shù)量先增加后減少， 灌溉處理下結鈴數(shù)最多，達到每株7.32個。中部和下部冠層結鈴隨著灌水量減少數(shù)量也減少，不同灌溉處理組之間表現(xiàn)出顯著差異（ ）。棉花坐果數(shù)主要集中在中部和下部冠層并且隨著灌溉量的減少數(shù)量也減少，在不同灌溉處理組之間表現(xiàn)出顯著差異（ ）。

棉花節(jié)枝比是指棉花果節(jié)數(shù)與果枝數(shù)的比值，其值越大表示棉花果節(jié)數(shù)越多。棉花冠層中部和下部的節(jié)枝比較大。棉花冠層上部，隨著灌水量的減少，節(jié)枝比呈先增大后減小的趨勢，不同處理組之間存在顯著性差異（ ，其中以 處理的節(jié)枝比最高，達到了1.53。圖4

2.5 棉花的生物量積累與分配

研究表明，灌溉量對棉花生物量產(chǎn)生顯著影響。在采收期內(nèi)，不同灌溉量處理下棉花的生物量 ，較高的灌溉量有助于促進棉花的生物量積累。隨著灌水量的逐漸減少，棉花的總生物量呈下降趨勢，其中 處理的棉花總生物量最高，而 處理的總生物量最低，且不同處理組之間的干物質(zhì)積累存在顯著性差異（ P lt; 0 . 0 5 ）。表4

2.6 棉花產(chǎn)量構成和水分利用效率

研究表明，不同灌溉處理下，棉花的單株結鈴數(shù)、單鈴重和籽棉產(chǎn)量存在顯著差異，相對于正常灌溉，單株結鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量分別較虧缺灌溉組高出了 3 . 4 6 % 到 2 5 . 1 2 % 和 6 . 1 5 % 到 7 . 5 2 % （ P lt; 0 . 0 5 ），而單鈴重在不同灌溉處理下未表現(xiàn)出顯著差異。表5

籽棉產(chǎn)量隨著灌溉量的增加而增加， 處理產(chǎn)量達到最高，為 ;灌溉水分利用效率隨著灌水量的增加而降低，在 處理時灌溉水分利用效率達到最高，為 。圖5

3討論

3.1 不同灌溉處理對棉花生長發(fā)育的影響

水分是影響棉花生長發(fā)育的重要因子[19 -20]作為反映生長狀況的關鍵指標[21]，坐果臺位和果枝數(shù)是反映了棉花的生產(chǎn)性能和產(chǎn)量潛力指標[22-23]。棉花結鈴主要分布在中部和下部冠層。不同的灌溉處理對棉花各冠層部位的結鈴和坐果有不同的影響[24-26]。灌水量在棉花生長發(fā)育過程中的發(fā)揮著關鍵作用[27]。研究表明，輕度缺水在一定程度上刺激植株的發(fā)育，促使棉花提前進入生育期，可以增加棉鈴的生長時間；而過度缺水導致棉花生長緩慢，株高縮短、主莖節(jié)間長度減少，果枝數(shù)減少，與董海波等28的研究結果相近。水分脅迫激發(fā)了棉花的生長調(diào)節(jié)機制，促使其盡快由營養(yǎng)生長進入生殖生長階段。隨著進入開花期，灌溉量減少造成水分供應不足，導致棉花株高下降和果枝數(shù)減少。因此，棉花在蕾期適度虧缺灌溉，增加棉鈴的生長時間，在開花期之后，不宜虧缺灌溉。

3.2 不同灌溉量對結鈴、蕾鈴脫落特征和節(jié)枝比的影響

結鈴、蕾鈴脫落特征和節(jié)枝比是棉花產(chǎn)量形成過程中相互關聯(lián)的重要指標[29]。研究結果表明，在棉花的蕾期和花期，灌溉量的變化對棉花蕾鈴數(shù)量的影響較為有限；而在幼鈴期和成鈴期，棉鈴隨著灌溉量減少而減少。結鈴數(shù)、坐果臺位、節(jié)枝比隨著灌水量逐漸減少，數(shù)量呈遞減趨勢，與楊北方等的研究結果相近[30]，表明鈴期水分虧缺會降低棉花的結鈴數(shù)。

3.3 不同灌溉處理對棉花干物質(zhì)積累量的影響

干物質(zhì)積累是棉花產(chǎn)量形成的基礎[31]。研究結果表明，不同處理的棉花干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為正常灌溉處理 輕度缺水處理（ 中度缺水處理 重度缺水處理 ）。與萬華龍等研究結果一致[32]。正常灌溉處理（ ）下，充足的水分供應有助于植物生物量的積累；而輕度缺水處理（ ），植物可能通過調(diào)整生長策略，將更多的資源分配給果實生長，以應對輕度的水分脅迫；重度缺水處理（ ），植物可能優(yōu)先保證生存所需器官的生長，而減少生物量的積累。因此，確保正常灌溉量，提供充足的水分供應，促進植物的生物量積累，才能有效提高籽棉產(chǎn)量。

3.4 不同灌溉處理對棉花產(chǎn)量和水分利用效率的影響

合理調(diào)控灌溉量是保證棉花產(chǎn)量和灌溉水利用效率的關鍵。研究結果表明，棉花的產(chǎn)量隨著灌溉量減少而降低，但灌溉水利用效率反而增加，二者之間存在權衡關系，與陳玉梁等[33]研究結果相似。合理的灌溉量是保證棉花高產(chǎn)的基礎，而當水分過度虧缺時，棉花可能通過調(diào)整生長策略，提高水分利用效率以適應干旱脅迫，也導致了產(chǎn)量相對較低。因此，在新疆干旱缺水的地區(qū)，應權衡棉花產(chǎn)量和水分利用效率，制訂科學合理的灌溉決策。

4結論

4.1適度的虧缺灌溉有助于提前棉花開花和結鈴時間，縮短棉花生育期。

4.2過度的水分虧缺限制了蕾鈴的正常發(fā)育，導致棉花株高縮短、莖節(jié)間長度減少、果枝數(shù)減少，以及果枝果節(jié)分化減少的現(xiàn)象。

4.3隨著灌溉量的降低，籽棉產(chǎn)量減少，但灌溉水利用效率卻有所提高，存在著產(chǎn)量與水分利用效率之間的權衡關系。

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Effects of drip irrigation on the growth and development， yield formation， and water use efficiency of cotton in Xinjiang

WANG Yiding， ZHANG Kai， ZHANG Lingjian， ZHANG Hui，GUO Xiaomeng，CHEN Guoyue （College of Resources and Environment， Xinjiang Agricultural University/Key Laboratory of Soil and Plant Ecological Processes/Research Center for Green Production Engineering Technology in Xinjiang Planting Industry，Urumqi 830052，China）

Abstract：【Objective】 To explore how different irigation quantities influences on cotton growth and development，yield formation，and water use effciency.【Methods】A field experiment was carried out in Bole City，Xinjiang by using normal irrigation as control （ ），and setting up mild water deficit （ 80 % （20 of normal irrigation， ），moderate water deficit （ 60 % of normal irrigation， ）， severe water deficit （ 40 % of normal irrigation， ）treatments，to determine plant height，number of nodes in the main stem，number of fruiting branches，boling and abscission characteristics of cotton at diferent fertility stages，and mensurate yield components of cotton at harvest.【Results】（1）Compared with the normal irrigation treatment，deficit irrigation advanced the cotton bud stage，flowering stage，full boll stage，and fluffng stage byOto 4 days，2 to6 days，2 to 7 days，and 3 to11 days，respectively. （2）After the bud stage，cotton plant height，main stem internode length，the number offruiting branches and the number ofbudsand bolls per plant showeda tendency to decrease with the reduction of irigation；bols and fruit set were mainly distributed in the middle and lower parts of the canopy，and their numbers all decreased with the reduction of irigation. （3） Cotton whole-plant biomass showed a decreasing trend with decreasing irrigation amounts.（4） Seed cotton yield showed a decreasing trend with the reduction of irrigation amount，and the seed cotton yield of normal irrigation treatment reached ，which was 7 . 0 % - 3 2 . 4 % higher thanthat of deficit irigation treatment，mainlydue to thereduction of singlebollnumber；with the reduction of irigation amount，the irigation waterutilization efficiency gradually increased，and it was the highest in the treatment of severe deficit irrigation，which reached 4.19 .【Conclusion】 Moderate deficit irrigation can help advance the flowering and bell setting time of cotton，shorten the growth period of cotton.

Key Words：cotton； growth and development； irigation treatment； yield formation；water use efficiency;drymatteraccumulation