何平如，張富倉(cāng)，范軍亮，侯翔皓，劉 翔，張迎春，薛占琪

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西 楊凌 712100)

新疆地處內(nèi)陸干旱區(qū)，光熱資源豐富，日照時(shí)間充足，2018年新疆棉花產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的84.9%，新疆棉區(qū)已發(fā)展成我國(guó)最大的商品棉生產(chǎn)基地[1]。棉花收入占新疆農(nóng)民收入的30%以上，南疆地區(qū)甚至達(dá)50%～70%[2]。然而，新疆棉區(qū)干旱少雨，棉花生長(zhǎng)所需水分主要依靠灌溉，因此，發(fā)展膜下滴灌技術(shù)，提高水分利用效率，制定科學(xué)合理的灌溉制度是促進(jìn)新疆農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要措施[3-5]。通過(guò)對(duì)土壤水分定量調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)適時(shí)適量灌溉，適宜水分下限在實(shí)際生產(chǎn)中有很大的指導(dǎo)意義[6]。產(chǎn)量和品質(zhì)的同步提高已成為當(dāng)今節(jié)水農(nóng)業(yè)追求的主要目標(biāo)[7]，探究不同土壤水分下限調(diào)控對(duì)作物產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的影響對(duì)實(shí)現(xiàn)作物節(jié)水高效生產(chǎn)有重要的理論和實(shí)際意義。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)干旱區(qū)土壤水分下限調(diào)控、棉花灌溉制度等進(jìn)行了大量研究。土壤水分下限值是土壤供給植物可利用水分的臨界值[8]，根據(jù)土壤水分下限值可以確定作物的灌水時(shí)間、灌水定額和灌水次數(shù)[9-10]，土壤水分上限應(yīng)接近田間持水量，下限略高于作物水分脅迫的含水率[11]。根據(jù)文獻(xiàn)查新，以滴灌灌溉控制指標(biāo)的研究及應(yīng)用主要應(yīng)用于溫室蔬菜或花卉等[12-14]。近幾年，有學(xué)者針對(duì)棉花灌水下限指標(biāo)進(jìn)行了研究，裴冬等[15]、孟兆江等[16]通過(guò)盆栽試驗(yàn)得出苗期土壤含水量應(yīng)維持在50%～60%FC(田間持水量)，蕾期和花鈴期分別保持在65%FC和70%FC左右，吐絮期維持在50%～55%FC。汪昌樹(shù)等[17]、何平如等[18]在南疆針對(duì)灌水下限指標(biāo)進(jìn)行的研究主要集中于棉花滴灌土壤水鹽運(yùn)移方面。李彥[6]、申孝軍等[19]提出了石河子地區(qū)不同棉花生育期內(nèi)適宜的灌水下限。潘俊杰等[20]在新疆呼圖壁縣開(kāi)展了不同灌水下限的大田試驗(yàn)，通過(guò)Logistic模型模擬棉花的株高和生物量，得出棉花蕾期和花鈴期適宜的灌水下限分別為65%FC和75%FC。鄭旭榮等[21]的研究結(jié)果表明：保持土壤含水率在50%～80%田間持水量可以得到較理想的棉花耗水分布。目前針對(duì)南疆鹽堿化棉田土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響尚少見(jiàn)報(bào)道，本論文以田間持水量為土壤水分上限，梯次性選取不同土壤水分下限開(kāi)展田間試驗(yàn)，采用Logistic曲線擬合棉花株高、生物量，應(yīng)用主成分分析法評(píng)價(jià)棉花纖維綜合品質(zhì)，以節(jié)水增產(chǎn)調(diào)質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，尋求基于水分-產(chǎn)量-品質(zhì)響應(yīng)關(guān)系的棉花灌溉制度，為優(yōu)質(zhì)高效種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2018年4—10月在新疆庫(kù)爾勒市尉犁縣31團(tuán)2連開(kāi)展，試驗(yàn)區(qū)地理坐標(biāo)為40°53′03″N，86°56′58″E，海拔900 m左右。屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，多年平均降水量58 mm，年蒸發(fā)量2 417 mm，同期蒸發(fā)量約為降水量的50～80倍，平均氣溫11℃，晝夜平均溫差14℃～15℃，多年平均日照時(shí)間2 941.8 h，無(wú)霜期180～220 d。試驗(yàn)田地表以下60 cm以砂壤土為主，60～100 cm以砂土為主。0～60 cm土層土壤平均容重1.57 g·cm-3，田間持水量19.39%(質(zhì)量含水率)，0～100 cm土層土壤初始電導(dǎo)率為187～256 dS·m-1。試驗(yàn)區(qū)2018年棉花生育期內(nèi)有效降雨僅為5.6 mm，平均地下水埋深為1.53 m，水面蒸發(fā)量在棉花播后30～70 d較高。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為棉花(新陸中66號(hào))，以FC(田間持水量)為土壤水分上限，按計(jì)劃濕潤(rùn)層FC的不同百分比作為土壤水分下限指導(dǎo)灌溉，試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)灌水處理，控制土壤水分下限分別為85%FC(T1)、75%FC(T2)、65%FC(T3)、55%FC(T4)、45%FC(T5)，每個(gè)試驗(yàn)處理設(shè)3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。采用一膜兩管四行的毛管布置方式，滴頭間距為30 cm，滴頭流量為2.4 L·h-1，棉花種植行距為10 cm×66 cm×10 cm，株距10 cm(圖1)。小區(qū)長(zhǎng)9 m，寬6 m，各小區(qū)之間設(shè)置1 m寬保護(hù)行，每個(gè)小區(qū)面積為60 m2。

圖1 棉花種植模式及土樣采集點(diǎn)位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of cotton planting mode and soil sample collection points

圖2 2018年不同處理土壤含水率變化Fig.2 Changes of soil water content ofdifferent treatments in 2018

試驗(yàn)地于2017年在秋收后進(jìn)行冬灌，冬灌定額為3 000 m3·hm-2。棉花生育期內(nèi)采用膜下滴灌方式進(jìn)行灌溉，灌水量及灌水時(shí)間根據(jù)土壤水分控制下限確定，棉花計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤含水率在播種后的變化如圖2所示，2018年不同處理的田間灌水方案見(jiàn)表1。控制各試驗(yàn)處理棉花生育期內(nèi)施肥水平一致，肥料均采用文丘里施肥罐隨水施入，棉花蕾期、花期、鈴期、吐絮期的施肥量占總施肥量(N 300 kg·hm-2，P2O5120 kg·hm-2，K2O 60 kg·hm-2)的比例分別為25%、30%、30%、15%，其他田間管理措施(打頂、打藥、除草等)均與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植模式保持一致。

表1 不同處理田間灌水方案

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤含水率的測(cè)定及灌水量的計(jì)算 土壤含水率均采用傳統(tǒng)的烘干法測(cè)定，在試驗(yàn)田按4鉆6層法(見(jiàn)圖1)取土樣，取土樣時(shí)以滴頭為中心，在寬行、滴灌帶、窄行及膜外裸地，分別取0～10、10～20、20～40、40～60、60～80 cm和80～100 cm土層土壤，試驗(yàn)期間不間斷監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)降雨情況加測(cè)，當(dāng)各試驗(yàn)處理計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤含水率小于控制下限即進(jìn)行灌溉。

根據(jù)棉花各生育期設(shè)定的土壤水分上、下限，計(jì)算灌水定額，棉花各生育期灌水定額計(jì)算公式[22]：

M=10×γ×H×p×(θmax-θmin)

(1)

式中,M為各生育期灌水定額(mm)；γ為土壤容重(g·cm-3)；H為土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層厚度，蕾期取40 cm，花期、鈴期與吐絮期取60 cm；p為濕潤(rùn)比，取0.7；θmax為田間持水量，θmin為測(cè)定土壤含水率。

1.3.2 株高與地上部干物質(zhì)量的測(cè)定 待棉花出苗后，在各小區(qū)分別選取10株具有代表性的棉花植株掛牌觀測(cè)，自蕾期開(kāi)始每間隔10 d記錄作物的株高。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)自蕾期開(kāi)始每間隔10 d隨機(jī)選取5株具有代表性的棉花，從莖基部與地上部分離，采樣后分離植株各器官，分別放入105℃ 恒溫箱中殺青30 min，于75℃烘干至恒重，稱量各部分干重并計(jì)算地上部干物質(zhì)量。

應(yīng)用Logistic曲線對(duì)不同土壤水分下限處理株高和地上部干物質(zhì)累積量進(jìn)行擬合，Logistic函數(shù)表達(dá)式[20]：

(2)

式中，K為最大株高Hm(cm)或最大干物質(zhì)Bm(g)，F(xiàn)為因變量株高(H)或地上干物質(zhì)(B)，t為播后天數(shù)(d)，a、b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。對(duì)Logistic方程求一階導(dǎo)函數(shù)，得式(3)。

(3)

式中，V為株高生長(zhǎng)速率(cm·株-1·d-1)或干物質(zhì)積累速率(g·株-1·d-1) 。求解Logistic方程的二階導(dǎo)函數(shù)，并令其等于0，得干物質(zhì)積累速率最快的時(shí)間點(diǎn)為：

(4)

帶入一階導(dǎo)函數(shù)得最大速率：

(5)

求解Logistic方程三階導(dǎo)函數(shù)并令其等于0，得株高或地上干物質(zhì)快速積累開(kāi)始時(shí)間(t1)和結(jié)束時(shí)間(t2)。

(6)

(7)

同時(shí)得株高或地上干物質(zhì)快速積累持續(xù)時(shí)間：

GT=t2-t1

(8)

1.3.3 籽棉產(chǎn)量 試驗(yàn)結(jié)束后在各小區(qū)隨機(jī)選取1.52 m2(長(zhǎng)1.0 m×寬1.52 m)區(qū)域采摘棉花，每個(gè)小區(qū)重復(fù)3次。在該區(qū)域內(nèi)測(cè)定棉花株數(shù)和總有效鈴數(shù)，計(jì)算單株有效鈴數(shù)和收獲密度；隨機(jī)選取試驗(yàn)田不同高度(中上-中-下層)的棉絮共30朵，計(jì)算單鈴重；最后估算棉花籽棉產(chǎn)量。

1.3.4 水分利用效率 水分利用效率(WUE)計(jì)算[22]：

WUE=Y/ET

(9)

式中，Y為籽棉產(chǎn)量(kg·hm-2)；ET為作物全生育期內(nèi)累積耗水量(m3·hm-2)。

1.3.5 作物耗水量的計(jì)算 作物耗水量通過(guò)水量平衡法得到[23]：

ET=Pγ+U+I-D-R-ΔW

(10)

式中，Pγ為有效降雨量(mm)；U為地下水補(bǔ)給量(mm)；I為灌水量(mm)；D為深層滲漏量(mm)；R為地表徑流量(mm)；ΔW為試驗(yàn)初期和試驗(yàn)?zāi)┢?～100 cm土層土壤水分的變化量(mm)，可由試驗(yàn)獲得。由于試驗(yàn)區(qū)干旱少雨，地勢(shì)平坦，滴灌單次灌水量較少，無(wú)法形成地表徑流，取R=0；根據(jù)試驗(yàn)區(qū)地下水埋深和水面蒸發(fā)資料，結(jié)合阿維里揚(yáng)諾夫公式[24-26]計(jì)算棉花生育期內(nèi)的地下水補(bǔ)給量U=144.86 mm；由于每次膜下滴灌定額較小，不會(huì)產(chǎn)生深層滲漏，取D=0。本文試驗(yàn)田水量平衡方程如下：

ET=Pγ+U+I-ΔW

(11)

1.3.6 品質(zhì)測(cè)定 棉花收獲后委托農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)棉花纖維品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016以及Origin 2017繪圖并統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，利用SPSS 20.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性方差分析和回歸分析，采用主成分分析法對(duì)棉花纖維品質(zhì)各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花株高和干物質(zhì)累積量的影響

土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花株高和干物質(zhì)累積量的影響見(jiàn)圖3，棉花生育期內(nèi)各處理地上部干物質(zhì)累積速率均在苗期和蕾期較小，在花期和鈴期增長(zhǎng)速率較高，在吐絮期趨于穩(wěn)定。Logistic函數(shù)能很好地?cái)M合不同水分處理?xiàng)l件下株高和干物質(zhì)隨生長(zhǎng)天數(shù)的變化，株高擬合的R2>0.97，干物質(zhì)量擬合的R2>0.99，表明Logistic曲線能夠較好地反映株高和地上部干物質(zhì)量的生長(zhǎng)過(guò)程。棉花在播后100 d進(jìn)行打頂，打頂后棉花株高增長(zhǎng)緩慢，因此采用Logistic曲線只模擬了播后0～100 d的株高生長(zhǎng)狀況。由擬合方程可知(表2)，棉花株高快速生長(zhǎng)期從播后45 d左右(苗期)開(kāi)始到播后75 d左右(蕾期)結(jié)束，各處理大致在第60天左右(蕾期)株高生長(zhǎng)速率達(dá)到最大。提高土壤水分下限有利于植株生長(zhǎng)，打頂前T1處理植株高達(dá)85.33 cm，分別比T2、T3、T4、T5高2.68%、5.37%、13.43%和25.80%，T1處理土壤水分下限高，對(duì)應(yīng)棉花根系層土壤水分充足，植株生長(zhǎng)茂盛。T5處理在灌水前長(zhǎng)期處于水分虧缺狀態(tài)，作物受水分脅迫，作物生長(zhǎng)受到抑制，受旱嚴(yán)重，株高僅67.83 cm。

由擬合方程可知，棉花地上部干物質(zhì)量快速積累期從播后85 d左右(花期)開(kāi)始到播后125 d左右(鈴期)結(jié)束，各處理大致在第105天左右(鈴期)地上部干物質(zhì)積累速率最大。提高土壤水分下限，地上干物質(zhì)積累量增大，T1處理地上干物質(zhì)積累量最大，相比于T2、T3、T4和T5增加了2.10%、10.73%、18.29%、25.38%。T5處理進(jìn)入t1的時(shí)間較其他處理分別提前了6.5、4.31、3.13、0.08 d，進(jìn)入t2的時(shí)間較其他處理分別提前了5.96、6.05、4.87、1.82 d，說(shuō)明降低土壤水分下限，棉花受旱，棉花生育進(jìn)程加快，生育期縮短，不利于生物量的積累。

表2 棉花株高與播種后天數(shù)的Logistic函數(shù)擬合

表3 棉花干物質(zhì)量與播種后天數(shù)的Logistic函數(shù)擬合

圖3 土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花株高和干物質(zhì)累積量的影響及Logistic函數(shù)擬合Fig.3 Effects of different soil water regulation on plant height and aboveground dry biomass and fitting of Logistic function

整體來(lái)看，棉花株高快速生長(zhǎng)結(jié)束在播后75～78 d，棉花地上部干物質(zhì)量快速積累期在播后82～88 d，植株在結(jié)束株高的快速增長(zhǎng)后再進(jìn)入地上干部物質(zhì)量的快速積累，說(shuō)明此時(shí)植株從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)。株高快速積累期持續(xù)時(shí)間T1和T5處理較T2、T3、T4處理長(zhǎng)，地上部干物質(zhì)量快速積累期持續(xù)時(shí)間T1和T5處理較T2、T3、T4處理短，說(shuō)明T1、T5促進(jìn)了棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

2.2 土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花產(chǎn)量及水分利用效率的影響

不同土壤水分下限對(duì)棉花產(chǎn)量及水分利用效率的影響見(jiàn)表4，不同土壤水分下限對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量、耗水量、WUE均有顯著的影響。棉花的產(chǎn)量受單株有效鈴數(shù)、單鈴重、收獲密度等因素的綜合影響。由表4可看出，各產(chǎn)量構(gòu)成因子在不同灌水處理下差異明顯。T2處理棉花單株有效鈴數(shù)最大，相比T1、T3、T4、T5處理高12.56%、11.85%、18.59%、16.63%。T5處理棉花單鈴重最小，其余各處理單鈴重?zé)o明顯差異。T1處理收獲密度較大，其余各處理收獲密度無(wú)明顯差異。不同土壤水分下限處理的棉花最終產(chǎn)量為T(mén)1>T2>T3>T4>T5，其中，T1處理籽棉產(chǎn)量高達(dá)7 233.2 kg·hm-2，相比T2、T3、T4、T5處理分別增加1.21%、9.97%、18.05%和20.78%，T1與T2處理間產(chǎn)量沒(méi)有顯著性差異，土壤水分下限為85%FC和75%FC時(shí)，棉花產(chǎn)量較高。隨著土壤水分下限的降低，灌溉定額逐漸減少，T1處理灌溉定額最大(378 mm)，T2、T3、T4、T5處理與之相比分別節(jié)水11.64%、33.07%、33.95%、46.83%；隨著土壤水分下限的增大，棉花耗水量逐漸增大；T5處理的水分利用效率最高，為1.63 kg·hm-2，相對(duì)T1、T2、T3和T4處理增加28.35%、16.43%、7.95%和9.40%。說(shuō)明棉花產(chǎn)量隨著土壤水分下限的增大逐漸增大，水分利用效率均隨著土壤水分下限的增大逐漸降低。

2.3 土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花纖維品質(zhì)的影響

在評(píng)價(jià)棉花纖維品質(zhì)優(yōu)劣的過(guò)程中，通過(guò)單一指標(biāo)無(wú)法對(duì)棉花纖維品質(zhì)進(jìn)行判別，因此，采用主成分分析法對(duì)表5中8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，評(píng)價(jià)出相對(duì)較優(yōu)的灌溉處理。由于各指標(biāo)具有不同的量綱和數(shù)量級(jí)，為了保證結(jié)果的可靠性，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于棉花斷裂伸長(zhǎng)率大于7時(shí)數(shù)值越小棉花品質(zhì)越好，馬克隆值大于4.2時(shí)數(shù)值越小棉花品質(zhì)越好，短纖維指數(shù)和成熟度指數(shù)越小棉花品質(zhì)越好[27]，本文先取棉花的馬克隆值、斷裂伸長(zhǎng)率、成熟度指數(shù)和短纖維指數(shù)為負(fù)數(shù)，然后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。參考王偉娜等[28]的計(jì)算方法，按如下原則選擇主成分: 將特征值大于1.0或累積方差貢獻(xiàn)率大于85%的因子數(shù)定為主成分個(gè)數(shù)，該因子即為主成分。分析標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，得到主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率(表6)。

通過(guò)分析，前兩個(gè)成分特征值均大于1.0，可作為主成分。各指標(biāo)與第1主成分的關(guān)系為：F1=0.216X1-0.028X2-0.2X3-0.25X4+0.147X5+0.198X6+0.246X7-0.067X8，與第2主成分的關(guān)系為F2=0.156X1+0.334X2+0.214X3+0.082X4+0.184X5+0.049X6+0.098X7+0.331X8，其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8分別表示上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、馬克隆值、短纖維指數(shù)、成熟度指數(shù)、紡織一致性指數(shù)。綜合評(píng)價(jià)公式為：F=3.627F1+2.905F2。將表6中的標(biāo)準(zhǔn)化值對(duì)應(yīng)帶入主成分公式和綜合評(píng)價(jià)公式中，得出不同灌溉制度下棉花品質(zhì)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)值(表7)。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，棉花纖維品質(zhì)依次為T(mén)2>T1>T3>T4>T5。

表4 土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花產(chǎn)量和水分利用效率的影響

表5 土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花纖維品質(zhì)的影響

表6 棉花纖維主成分特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率

表7 主成分分析法評(píng)價(jià)棉花纖維品質(zhì)綜合指標(biāo)分?jǐn)?shù)與排名

3 討 論

研究表明，滴灌條件下土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率有顯著的影響。Logistic方程已廣泛用于模擬水稻[29]、玉米[30]、棉花[31]株高或者生物量的生長(zhǎng)過(guò)程，可以為田間灌水和作物生長(zhǎng)預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)。株高是衡量棉花生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)，也是反映作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)協(xié)調(diào)程度的重要指標(biāo)[32]。Wang等[33]研究認(rèn)為，棉花的株高隨著灌水下限的增加而增加，低灌水下限會(huì)產(chǎn)生鹽分脅迫，抑制植株的生長(zhǎng)。劉素華等[34]研究得出作物在調(diào)虧灌溉下?tīng)I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)會(huì)受到一定程度限制，體現(xiàn)在株高降低、生物產(chǎn)量也顯著降低。本文研究結(jié)果與之相似，通過(guò)Logistic方程描述棉花植株的株高、地上干物質(zhì)量隨播后天數(shù)的變化，表明不同土壤水分下限處理間棉花株高、地上干物質(zhì)量差異明顯，提高土壤水分下限，株高和生物量顯著增加。土壤水分下限過(guò)高(85%FC)，棉花側(cè)重于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，產(chǎn)生旺長(zhǎng)型棉花植株，不利于生物量的持續(xù)增高；土壤水分下限過(guò)低(45%FC)，棉花受旱，導(dǎo)致棉花生育進(jìn)程加快，生育期縮短，產(chǎn)生生長(zhǎng)不足型棉花植株，不利于生物量的積累。

李百鳳等[8]研究表明，土壤水分控制下限是影響作物產(chǎn)量的重要因素，土壤水分對(duì)作物生長(zhǎng)過(guò)程影響最為密切，土壤水分不足首先表現(xiàn)在作物生物量積累相對(duì)緩慢，并最終體現(xiàn)在作物產(chǎn)量上。劉梅先等[35]研究認(rèn)為雖然滴灌水量少于300 mm可獲得較高的水分利用效率，但作物減產(chǎn)嚴(yán)重，但過(guò)量滴灌也無(wú)明顯增產(chǎn)效應(yīng)。本文研究結(jié)果表明，隨著土壤水分控制下限的降低，棉花產(chǎn)量逐漸減小，水分利用效率逐漸增大。土壤水分下限過(guò)高引起灌水量的增加，棉花側(cè)重營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，產(chǎn)量未明顯提高且不利于節(jié)水；土壤水分下限過(guò)低導(dǎo)致灌水量的減少，可以提高棉花對(duì)土壤水的吸收利用，提高水分利用效率，但植株受旱易發(fā)生早衰，導(dǎo)致棉花產(chǎn)量降低。這與蔡煥杰等[36]的研究結(jié)果一致，他們認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的水分虧缺會(huì)造成棉株代謝失調(diào)及生長(zhǎng)速率下降，從而影響作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，充分供水促使棉株旺長(zhǎng)，棉株過(guò)早封行，透光透氣條件變差，脫蕾、落花現(xiàn)象嚴(yán)重，從而造成了產(chǎn)量的降低。

隨著人們生活水平的提高，品質(zhì)的提升已成為當(dāng)今節(jié)水農(nóng)業(yè)追求的主要目標(biāo)。主成分分析法在番茄[37]、馬鈴薯[38]、棉花[39]等作物品質(zhì)及性狀評(píng)價(jià)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主成分分析與評(píng)價(jià)是一種多元統(tǒng)計(jì)方法，采用主成分分析方法對(duì)棉花品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以在較少損失原有指標(biāo)信息的情況下，將多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為一個(gè)品質(zhì)綜合主成分評(píng)價(jià)變量[38]。在一定灌水量范圍內(nèi)，適度減少灌水量可增大馬克隆值，斷裂比強(qiáng)度會(huì)隨著水分虧缺程度的升高而降低[40]。本文結(jié)果與之相似，土壤水分調(diào)控顯著影響棉花的纖維品質(zhì)，土壤水分下限越低，灌水量越少，馬克隆值越大，成熟度指數(shù)越高，斷裂比強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率減少。本文通過(guò)主成分分析法提取了2個(gè)主成分，包含原始數(shù)據(jù)81.65%的變異信息，獲得棉花品質(zhì)綜合較優(yōu)的處理(T2)。

4 結(jié) 論

土壤水分下限為75%FC時(shí)棉花單株有效鈴數(shù)、單鈴重和干物質(zhì)量增加，棉花品質(zhì)最好，可以至少獲得最高皮棉產(chǎn)量的98%，并節(jié)省11%左右的灌水量，產(chǎn)量和水分利用效率分別達(dá)到7 146.4 kg·hm-2和1.40 kg·m-3。因此，綜合考慮提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí)，達(dá)到節(jié)水的目的，建議南疆棉花生長(zhǎng)的適宜灌水下限為75%FC。初步得出南疆鹽堿地膜下滴灌灌溉制度為：非生育期進(jìn)行冬灌淋鹽，冬灌定額為300 mm，生育期灌溉定額為334 mm，蕾期灌水定額為21 mm，花期、鈴期及吐絮期灌水定額為32 mm，整個(gè)生育期灌水12次，灌水周期為8 d。