劉雪艷,丁邦新,白云崗

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

新疆淡水資源短缺，導(dǎo)致棉花種植規(guī)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(wèn)題的有效途徑。相關(guān)學(xué)者關(guān)于鹽分脅迫下棉花養(yǎng)(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(duì)養(yǎng)分(N、P、K)的吸收和分配呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，鹽分(Ca2+、Na+與Cl-)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[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(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(xiàn)為幼葉及柄中含量升高，老葉及柄中含量較低[8]。同時(shí)，棉花對(duì)鹽分的響應(yīng)，有些學(xué)者持不同觀點(diǎn)。馬麗等[9]通過(guò)試驗(yàn)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(fā)現(xiàn)，棉株體內(nèi)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(jìn)棉花部分器官對(duì)磷素的吸收，隨著鹽分的升高，增加了根和莖對(duì)氮素的截留作用，鹽分對(duì)棉花吸收鉀素的影響不大[11]。利用微咸水進(jìn)行灌溉，可以為植物的生長(zhǎng)提供所需的水分，但微咸水本身會(huì)攜帶一定量的鹽分，這些鹽分，如果未能淋洗出土體，可能會(huì)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(nèi)，微咸水中還帶有其他微量元素，可以促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。此外，由于地質(zhì)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(duì)鹽分的響應(yīng)不同，產(chǎn)生結(jié)果也有所差異。因此，針對(duì)不同區(qū)域鹽分對(duì)棉花養(yǎng)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(duì)于緩解新疆南部地區(qū)淡水資源緊缺具有積極的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第2師31團(tuán)地處巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣境內(nèi)，塔克拉瑪干沙漠邊緣，塔里木河下游，地理坐標(biāo)為85°24′～88°30′E，39°30′～42°20′N，全團(tuán)土地面積36 586.7 hm2。屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，光照時(shí)間充足，熱量豐富；氣候干燥，晝夜溫差大，春季風(fēng)沙大，且3—4月較為頻繁，無(wú)霜期為180～220 d；降雨量少，多年平均降水量為30.5 mm，蒸發(fā)量大,多年平均蒸發(fā)量為2 273～2 788 mm。該團(tuán)主要種植棉花、香梨、紅棗以及羅布麻。全團(tuán)土壤主要以砂壤土、壤土為主，有部分砂土和黏土。區(qū)內(nèi)水資源缺乏，地下水為礦化水，嚴(yán)重抑制該區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(yàn)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(jìn)行不同比例混合，共設(shè)置6種處理：即對(duì)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(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為30 m2。苗期用少量淡水進(jìn)行灌溉以保證棉花植株正常生長(zhǎng)，在現(xiàn)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(yàn)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(qū)。試驗(yàn)地棉花全生育期內(nèi)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(nóng)藝措施均參考當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

植株樣品的采集：于棉花的不同生育期在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)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(guò)0.1 mm篩。

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

棉花纖維測(cè)定：農(nóng)業(yè)部棉花質(zhì)量檢測(cè)中心(烏魯木齊)進(jìn)行上半部平均長(zhǎng)度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、短纖維指數(shù)、馬克隆值等品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，Sigmaplot 10.0軟件進(jìn)行繪圖，SPSS進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)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(xiàn)增大的趨勢(shì)，且增加趨勢(shì)顯著。棉花根中Na+含量對(duì)照處理為3.27 g·kg-1，處理5較對(duì)照增長(zhǎng)最多，增長(zhǎng)30.0%，其次是處理2增長(zhǎng)28.7%。棉花莖中Na+含量最低為對(duì)照處理(4.21 g·kg-1)，處理4、5較對(duì)照分別增長(zhǎng)39.10%和42.69%。葉中Na+含量處理1～5較對(duì)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(zhǎng)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(xiàn)無(wú)規(guī)律性的波動(dòng)變化，是因?yàn)殡S著灌溉水礦化度的增大，Na+含量呈現(xiàn)上升，但干物質(zhì)量卻呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。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(dǎo)致此結(jié)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(duì)照為最低，處理1與對(duì)照之間差異不顯著，其它各處理均較對(duì)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(duì)照增加最少，為14.53%，處理4較對(duì)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(duì)照達(dá)到顯著差異水平，處理1～5較對(duì)照分別增加31.72%、45.80%、43.93%、57.93%、56.00%。棉花根中對(duì)照Cl-含量最低，最高是處理5，較對(duì)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(xiàn)無(wú)規(guī)律性的波動(dòng)下降，是因?yàn)殡S著灌溉水礦化度的增大，Cl-含量呈現(xiàn)上升，但干物質(zhì)量卻呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。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(duì)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?yàn)槭芄喔人V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(dǎo)致此結(jié)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(xiàn)為隨著灌溉水礦化度的增大出現(xiàn)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(duì)照下降，處理1～5較對(duì)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?yàn)橥滦跗诘娜~和蕾鈴的生物量大且Ca2+含量高，導(dǎo)致積累量最高。

2.2 不同處理對(duì)棉花養(yǎng)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(xiàn)無(wú)規(guī)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(chǔ)存器官儲(chǔ)存了大量的N以保證棉花正常的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，根中N含量較少，說(shuō)明根對(duì)N的截留作用較小，將更多的N由地下運(yùn)輸?shù)降厣?，提高了N的利用率。葉片中N含量，處理1較對(duì)照增大，其它處理較對(duì)照均有不同程度降低。不同微咸水處理下，蕾鈴對(duì)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(méi)有隨著灌溉水礦化度的變化而出現(xiàn)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(shí)，由圖可以看出，莖對(duì)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(lái)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(shì)，導(dǎo)致此結(jié)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(méi)有出現(xiàn)規(guī)律性的變化，隨著灌溉水礦化度的增大，棉花的生長(zhǎng)受到鹽分的抑制，干物質(zhì)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(duì)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?yàn)橥滦跗诘睦兮徤锪枯^大的原因。

圖2 不同微咸水灌溉對(duì)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(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，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(duì)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(duì)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(shì)，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(guān)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(duì)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?yàn)橥滦跗诘睦兮徤锪枯^大的原因。

圖3 不同微咸水灌溉對(duì)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(duì)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(wú)規(guī)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(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。處理1莖中K含量最高，對(duì)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(xiàn)無(wú)規(guī)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(duì)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(jié)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(xiàn)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?yàn)橥滦跗诘睦兮徤锪枯^大的原因。

2.3 不同微咸水膜下滴灌對(duì)棉花品質(zhì)的影響

棉花品質(zhì)受品種和環(huán)境共同影響，品質(zhì)的好壞決定著棉花的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。對(duì)不同灌溉水礦化度處理下的上半部平均長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、短纖維指數(shù)和馬克隆值6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行鑒定，結(jié)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(shù)較對(duì)照呈現(xiàn)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(shù)最大，與對(duì)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(zhǎng)度較對(duì)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(qiáng)度亦有不同變化，其中，對(duì)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(duì)照增加0.2，處理5較對(duì)照減少0.25，其余各處理的馬克隆值與對(duì)照差異不顯著。隨著灌溉水礦化度的增大短纖維指數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值隨著灌溉水礦化度的增大呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，鹽分對(duì)整齊度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響無(wú)規(guī)律性變化，總體來(lái)說(shuō)不同微咸水處理間品質(zhì)差異下降。

圖5 微咸水灌溉對(duì)棉花植株P(guān)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(duì)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(duì)棉花品質(zhì)的影響

3 討 論

利用咸水進(jìn)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(duì)植物的影響較大，極易造成植物的營(yíng)養(yǎng)失衡[12]。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)低于莖葉，說(shuō)明根系和生殖器官對(duì)Na+的截留較少，部分Na+通過(guò)莖的運(yùn)輸被截留，更多的Na+被運(yùn)輸?shù)饺~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(yàn)結(jié)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(shì)差，促進(jìn)更多的水分由根部向地上部的運(yùn)輸，利于改善地上部的水分狀況，促進(jìn)生長(zhǎng)[14]。NaCl脅迫嚴(yán)重抑制棉花根系對(duì)Ca2+的吸收，以及Ca2+在棉花體內(nèi)的運(yùn)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(duì)Ca2+吸收有一定的抑制作用，Ca2+呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但是下降趨勢(shì)不明顯，說(shuō)明鹽分的增加，主要對(duì)Na+和Cl-的增加有促進(jìn)作用，而對(duì)Ca2+含量影響較小，Ca2+對(duì)保護(hù)細(xì)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(yǎng)分含量來(lái)看，棉花葉片和蕾鈴中的養(yǎng)分含量最高，保證了棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)；隨著灌溉水礦化度的增大，棉花各器官養(yǎng)分含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明少量的鹽分可以促進(jìn)各器官對(duì)養(yǎng)分的吸收，過(guò)多的鹽分則會(huì)抑制對(duì)養(yǎng)分的吸收作用。鹽分對(duì)不同養(yǎng)分含量的影響不同，從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，N含量和P含量隨著鹽分的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，而K含量則變化不明顯，說(shuō)明土壤中較多的鹽分會(huì)抑制棉花對(duì)養(yǎng)分的吸收，且對(duì)N、P肥的抑制作用大于K肥。閔偉[16]通過(guò)試驗(yàn)證明，咸水灌溉會(huì)顯著降低N吸收。合理使用氮肥會(huì)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(jìn)效應(yīng)明顯受到抑制[17]，而N、P、K肥配合施用，可以促進(jìn)棉花對(duì)N、P、K養(yǎng)分吸收，減少對(duì)Na+吸收，延緩鹽漬土棉花衰老[18]。因此，利用微咸水進(jìn)行灌溉時(shí)，應(yīng)該注意N、P、K肥的施用，以提高肥料利用率及減輕鹽分對(duì)棉花產(chǎn)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(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)。各養(yǎng)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(yàn)結(jié)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(jié)果表明，吐絮期氮素積累量最大的器官是蕾鈴。造成這種結(jié)果的原因主要有：一是棉花生育后期主要進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，更多的養(yǎng)分被運(yùn)輸?shù)缴称鞴僦?，氮素含量增多；二是吐絮期生殖器官的生物量最大?/p>

4 結(jié) 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(xiàn)增加的趨勢(shì)，其中處理1較對(duì)照差異較小，其它各處理與對(duì)照均存在顯著性差異；Ca2+含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，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(xiàn)波動(dòng)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(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，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(duì)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(shù)較對(duì)照呈現(xiàn)不同程度的上升，但各處理之間差異不顯著。其它各品質(zhì)之間均較對(duì)照呈現(xiàn)不同程度的下降，整體棉花品質(zhì)隨著礦化度的增大而下降。