袁席天，白云崗，孫三民，劉洪波，鄭 明，肖 軍

（1.塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊 830049）

0 引 言

棉花是我國重要的經濟作物和纖維作物，新疆作為我國棉花主要產地之一，棉花產量占全國棉花總產量的80%，棉花種植面積以及產量均居全國首位[1]。干旱可能抑制作物生產力，尤其是在高溫條件下[2]，而由于新疆地處歐亞大陸腹地，是典型的內陸干旱半干旱區(qū)[3]，干旱少雨而蒸發(fā)強烈的特征使新疆農業(yè)以綠洲灌溉農業(yè)為主[4]。新疆南疆地區(qū)水資源短缺，土壤次生鹽漬化嚴重，水資源定額管理下，生育期、非生育期用水矛盾突出，現狀灌溉用水方式難以為繼，采取有效措施實現水資源對經濟社會發(fā)展的有效支撐和持續(xù)利用是當務之急。干播濕出技術是近年來研究推廣的一項重要節(jié)水技術，節(jié)水效果顯著，可緩解用水緊張現狀。南疆地區(qū)采用干播濕出技術，即48 h 內滴水補墑出苗，可以實現節(jié)水增效、適期早播的目的[5]。張永玲等認為對于南疆灌區(qū)特定的氣候土壤環(huán)境下，干播濕出膜下滴灌棉花種植方式可促進棉花發(fā)芽出苗，有利于棉花苗期提墑增溫[6]。王成、王久生等研究表明一年免冬春灌采用干播濕出播種方式可滿足棉花出苗水分要求，且節(jié)水增產效果明顯，滴灌具有的節(jié)水控鹽作用使目前棉花非生育期大水洗、壓鹽向棉花生育期滴灌控鹽轉變成為可能[7,8]。姚寶林等研究發(fā)現免冬春灌下相同灌溉定額下高頻率灌溉可提高棉花生長指標量累計速度[9]，危常州等研究發(fā)現干播濕出在花鈴期鈴重、根系載鈴量顯著高于常規(guī)灌溉處理,生育期比常規(guī)灌溉處理提前,表現較大增產優(yōu)勢[10]。南疆由于冬季無積雪，播前土壤墑情較差，出苗水灌溉定額受土壤質地影響較大，滴水補墑技術還存在著滴水量、滴水頻次對棉花生長發(fā)育調控機理認識不清等問題，嚴重影響了大面積推廣應用,干播濕出調控土壤的作用對棉花生理生態(tài)的影響還需進一步研究[11]。本文結合當地生產實際，在南疆地區(qū)開展干播濕出實際應用下，通過設置不同出苗水量及灌水頻率，出苗期后再進行當地灌水，為該地區(qū)干播濕出的適用以及農業(yè)生產過程中出苗水分滴灌調配提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2021年4-10月在沙雅縣海樓鎮(zhèn)實驗站(82°72′E41°29N)進行，沙雅縣位于中國新疆阿克蘇地區(qū)東偏南，塔里木盆地北部，渭干河綠洲平原南端，屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，近年平均降雨量約為149.85 mm，平均蒸發(fā)量約為2 089.7 mm。棉花生育期試驗區(qū)地下水埋深約為3.8 m 左右，土壤含鹽量在1 g/kg 以下，0～80 cm 土層以低鹽堿沙壤土為主，80～100 cm土層以沙土為主，土壤的各項物理參數見表1。

表1 播前土壤理化性質Tab.1 Soil physical and chemical properties before sowing

1.2 試驗設計

棉花供試作物為源棉11號。試驗采用單翼迷宮式滴灌帶，滴頭間距為46 cm，滴頭設計流量2.1 L/h，采用1 膜3 管6 行（單位地膜覆蓋6 行棉花，鋪設3 條滴灌帶）的模式，見圖1，整膜寬205 cm，寬行膜間距離66 cm。灌溉水源用地表水，實測的礦化度值為2.1 g/L，采用水泵供水和水表計量，采用施肥罐進行施肥。試驗共設6 個出苗水量處理和冬灌對照處理，每個處理3 次重復，C1、C2、C3 處理為1 次灌水，灌水定額為675、900、1 125 m3/hm2；C4、C5處理為兩次灌水，灌水定額為675、225 m3/hm2和675、450 m3/hm2；C6 處理灌水3 次，灌水定額為675、300、150 m3/hm2。各處理出苗后灌水方案均一致，具體試驗設計見表2。

表2 灌水設計方案Tab.2 Irrigation test schence

圖1 棉花種植模式（單位：cm）Fig.1 Cotton planting pattern

1.3 測定項目與方法

播種18 d 后，統(tǒng)計棉苗出苗率(出苗株數占總播種粒數的百分比)，每個處理選取3 個樣本點（中間三膜），每個樣本點測100 穴棉苗，分別調查出苗率、未發(fā)芽率、爛種率、空穴率，其中：發(fā)芽率+未發(fā)芽率+爛種率+空穴率=100%。

從棉苗4～5葉片后，每隔10 d左右觀測各處理棉花的不同生育期生長發(fā)育情況，選擇小區(qū)內附近位置生長情況基本接近的棉株15株（兩邊行5株，中行5株），測量株高、莖粗等。株高從子葉節(jié)處開始至最上部葉片頂心處進行測量，莖粗測量子葉節(jié)到第一片真葉節(jié)間最細處莖的直徑。將蕾、根、花、鈴、莖、葉等器官剪下用電子天平測量其鮮重，后置于105 ℃的烘箱中殺青30 min，然后在烘箱85 ℃條件下烘干至恒重，測定其干重。

棉花收獲時，在各小區(qū)隨機挑選3 個1 m×1 m 大小的樣方，取3個小區(qū)平均值，測得單株鈴重、單株鈴數、籽棉產量等產量構成要素。

1.4 數據處理與分析方法

采用Excel 2016 軟件進行數據整理，Origin 2019b 軟件繪圖，SPSS 26.0軟件進行顯著性分析、相關性分析。

2 結果與分析

2.1 干播濕出不同出苗水處理對棉花出苗率的影響

各處理出苗率如圖2所示，CK處理出苗率最高，C1、C2、C3、C4、C5、C6 出苗率分別為對照的81.48%，88.62%，67.35%，95.01%，73.66%，80.06%。C3 處理與CK 處理顯著性差異最大(P＜0.01)，出苗率下降明顯，可能是由于單次灌水量過大，大幅提高了土壤含水率，降低土壤溫度，導致土壤孔隙氧氣不足，形成了不適宜種子萌發(fā)的環(huán)境，因而最終出苗率低。C4 處理與C2 處理，C5、C6 處理與C3 處理灌溉定額相同，隨著更高頻次地灌水，出苗率有所上升，C4 處理較C2處理出苗率提升7.21%，C5、C6 處理較C3 處理出苗率提高9.37%、18.88%。C4 處理出苗率與CK 處理無顯著性差異(P＞0.05)，灌水頻次與C5處理相同，灌溉定額低于C5，相較于C5處理出苗率提高22.47%。表明適量的出苗水量(675～900 m3/hm2)加以較高頻的灌水次數更有利于出苗。

圖2 各處理出苗率Fig.2 Seedling emergence rate of each treatment

2.2 干播濕出不同出苗水處理對棉花生理性狀的影響

2.2.1 干播濕出不同出苗水處理對棉花干物質量的影響

各生育期干物質量變化及Logistic 生長函數擬合如圖3所示，各處理干物質量隨時間均呈S 形曲線變化，蕾期前，各干播濕出處理干物質量積累迅速，除C3 處理以外，各干播濕出處理干物質量均大于CK 處理。在播種76 d 后C4 處理干物質累積量達到最高，C1、C2、C3、C5、C6、CK 相比C4 處理干物質量分別降低4.95%，9.03%，27.66%，18.09%，15.49%，22.33%。蕾期后，干物質積累量迅速升高，進入棉花干物質積累旺盛期。蕾期后整個生育期內CK 處理干物質含量最高，在播種116 d 后各處理干物質達到峰值，C1、C2、C3、C4、C5、C6 相比CK 處理干物質量分別降低4.28%、4.14%、7.99%、2.51%、9.16%、11.04%。整體上看，各干播濕出處理相較于CK 在蕾期前干物質積累速度有所提升，但蕾期后干物質累積速度降低。Logistic 生長函數常用模擬棉花生物量積累[12,13]，用Logistic 生長函數對各處理生物積累量進行擬合，擬合程度均達顯著水平，R2分別為CK(0.981 69)、C1(0.993 86)、C2(0.975 46)、C3(0.971 85)、C4(0.962 99)、C5(0.961 60)、C6(0.978 08)。對擬合方程求二階導數，各處理在播種后83 d(CK)、93 d(C1)、99 d(C2)、100 d(C3)、101 d(C4)、86 d(C5)、93 d(C6)達到最大生長速率值，最大生長速度為1.495 968 g/d、1.311 243 g/d、1.146 472 g/d、1.082 429 g/d、1.098 148 g/d、1.356 665 g/d、1.178 127 g/d。進入蕾期后期，各干播濕出處理干物質積累速度小于CK，最大生長速率點較CK有所延后。

圖3 干物質累積量變化Fig.3 Change in dry matter accumulation

2.2.2 干播濕出不同出苗水處理對棉花株高和莖粗的影響

合理的株高是評估棉花生長、調節(jié)生長和估計產量的重要依據[14]。如圖4所示，在苗期株高、莖粗均呈現CK 最大，C1、C2、C3、C4、C5、C6 處理株高分別對比CK 減少10.63%、10.37%、36.33%、8.05%、22.45%、26.74%，莖粗對 比CK 降低2.14%、6.05%、31.67%、4.27%、12.81%、16.73%。C1、C2、C4、CK處于同一顯著性水平，均處于較高水平，出苗灌水定額嚴重影響苗期株高莖粗，灌水量過高抑制棉花苗期生長發(fā)育。C3、C5、C6處理灌水量一致，其中C3處理株高為7.43 cm，莖粗為1.92 mm，與C5、C6 處理存在顯著差異，出苗期更高頻率的出苗水滴灌會降低大水量對株高以及莖粗的影響。苗期至蕾期，干播濕出處理較CK 增長較快，各處理間差異顯著性逐漸降低，僅C3 處理與其他處理存在顯著差異。進入蕾期后，株高和莖粗進入快速增長期，其中CK 處理增幅最快，株高、莖粗差異不顯著，從蕾期至花鈴期各處理間株高、莖粗仍無明顯差異。

圖4 不同灌水頻率對棉花株高、莖粗的影響Fig.4 Effects of different irrigation frequency on plant height and stem diameter of cotton

2.2.3 干播濕出不同出苗水處理對棉花產量指標的影響

不同出苗水處理棉花產量及產量構成因素如表3所示，棉花單株鈴數、單株鈴重、籽棉產量以及每公頃株數等隨著不同出苗水量及頻率的不同而存在不同程度的差異。C3、CK 處理單株鈴數間存在顯著差異，單株鈴數隨著收獲密度的增加而減少，其中C3 處理單株鈴數最大，為8.49 個/株，CK 處理單株鈴數最小，為8.28 個/株。各處理單株鈴重均值在148～152 g 左右，各干播濕出處理與冬灌處理相比單株鈴重略有下降，但差異不顯著。不同出苗水量及頻率對棉花籽棉產量、收獲密度有顯著的影響，較低的出苗水量以及較高的滴水頻率處理下顯著提高了籽棉產量和收獲密度。CK、C4 處理籽棉產量、收獲密度差值為233.21 kg/hm2、16 176.08 株/hm2。籽棉產量、收獲密度上不存在明顯差異，從干播濕出節(jié)水效益來考慮，生產上可以采用C4 處理。整體上看，各處理單株鈴重差異不顯著，而收獲密度顯著降低，最終造成籽棉產量下降明顯。

表3 不同灌水頻率對棉花籽棉產量和產量構成因素的影響Tab.3 Effects of different irrigation frequency on cotton seed yield

2.2.4 干播濕出不同出苗水處理棉花產量指標相關性分析

將單株鈴數、單株鈴重、收獲密度等產量構成因素指標進行相關性分析，計算各變量之間的相關系數，分析各因素對籽棉產量的影響程度。冬灌棉與干播濕出棉產量構成因素的相關系數由表4所示，冬灌棉與干播濕出棉均呈現單株鈴重、收獲密度與籽棉產量呈正相關，單株鈴數與籽棉產量呈負相關；其中冬灌棉單株鈴重與籽棉產量的相關性最高(r=0.646)，達到顯著水平，收獲密度次之(r=0.582)，單株鈴數最低(r=-0.048)；干播濕出棉收獲密度與籽棉產量相關最密切(r=0.748)，達到極顯著水平，其次是單株鈴重(r=0.187)、單株鈴數(r=-0.203)，差異均不顯著。多變量簡單相關通常不能真實地反映兩變量間關系，偏相關分析則可以避免這種偏差，提高分析質量[15]。冬灌棉單株鈴重與籽棉產量間的相關系數r=0.646，p＜0.05，存在強相關性，在消除變量影響后，兩者相關系數r=0.640，p＞0.05，二者差異不顯著；干播濕出棉收獲密度與籽棉產量間的相關系數r=0.748，p＜0.01，存在極顯著相關性，在消除變量影響后，兩者相關系數r=0.721，p＜0.01，二者仍存在極強相關性。

表4 冬灌棉與干播濕出棉產量構成因素的相關系數Tab.4 Correlation coefficient of yield components of winter irrigated cotton and dry sowing wet cotton

3 討 論

試驗結果表明，通過合理控制和管理，在棉花滴灌條件下干播濕出的灌溉方式對于含鹽量較低的沙壤土，干播濕出完全可行。周繼勝等研究發(fā)現改為大水方一次性滴足對棉花高產較為有利，采取輕滴出苗水的辦法，每公頃滴水量在225～300 m3基本能滿足棉花出苗，有利于降低田間濕度，對地溫回升較為有利[16]。陳續(xù)蘭等研究發(fā)現出苗期土壤含水率過高會導致地溫回升慢，易導致爛種、爛芽、爛根等病害[17]。滴水水量上結果較為一致，干播濕出不同出苗水灌溉定額會嚴重影響到棉花出苗，單次灌水量過大，大幅提高了土壤含水率，降低土壤溫度，形成了不適宜種子萌發(fā)的環(huán)境，因而最終出苗率低。滴水頻率上，相同灌溉定額下高頻率灌溉可提高棉花生長指標量累計速度[9]，C5、C6 處理與C3 灌溉定額相同，隨著更高頻次地灌溉，出苗率有所上升，C4 處理較C2處理出苗率提升7.21%，C5、C6 處理較C3 處理出苗率提高9.37%、18.88%，滴水頻率越高，越利于棉花出苗。干播濕出處理會使苗期棉花株高、莖粗降低，與何漢升的研究基本一致，即不冬春灌比春灌一水日生長慢[18]，出苗灌水量嚴重影響苗期株高莖粗，灌水量過高抑制棉花苗期生長發(fā)育。干播濕出對各生育期棉花干物質量積累產生了不同程度的影響，蕾期前各干播濕出處理干物質量積累迅速，較CK 處理有所提升，可能是由于棉花生長對溫度的變化很敏感，干播濕出膜下滴灌具有提高和平抑土壤溫度的作用[11]，改變了棉花播種期的水熱綜合環(huán)境，在苗期前對棉株耐旱能力進行鍛煉。蕾期后干播濕出處理干物質累積速度相較于CK 有一定放緩[20]，與危常州[10]等研究存在一定差異，可能是由于南疆播期較北疆更晚，生育期更長，干播濕出對棉花各時期生長影響程度不同。處理籽棉產量呈CK＞C4＞C2＞C1＞C6＞C5＞C3，大水量出苗不利于增產，早期滴水量過高導致出苗率降低，收獲密度存在顯著降低，最終造成籽棉產量下降明顯。相同灌水量下增加棉花生育期灌水次數有利于提高棉花籽棉產量[19]，本試驗干播濕出技術中較低的出苗水量以及較高的滴水頻率顯著提高了籽棉產量和收獲密度。干播濕出棉相比冬灌棉籽棉產量與收獲密度相關性更強，是由于CK 間處理差異不大，各干播濕出處理水量、頻率差異過大，導致干播濕出棉出苗率差異顯著，冬灌棉籽棉產量與單株鈴重相關性更強。675 m3/hm2以內水量更適合干播濕出下提升作物產量，出苗水下限還需進一步試驗研究。

4 結 論

本文通過設置不同出苗水量及頻率，研究干播濕出條件下棉花生長狀況、產量的影響，得出以下結論。

(1)干播濕出條件下，大水量不利于棉花出苗，適量的出苗水量(675～900 m3/hm2)加以較高頻的滴灌次數(2～3 次)更有利于出苗。

(2)干播濕出處理棉花較冬灌處理棉花蕾期前干物質累積量積累速度更快，成熟速度更快，蕾期后干物質累積量積累速度放緩。

(3)干播濕出條件下出苗水量嚴重影響苗期株高莖粗，灌水量過高以及低頻次滴灌會明顯降低出苗期棉花株高、莖粗，蕾期后株高、莖粗差異逐漸不顯著。

(4)干播濕出條件下，不同出苗水量嚴重影響后期棉花產量，在南疆低鹽堿地區(qū)開展干播濕出種植模式建議出苗水量在675 m3/hm2以內，能達到節(jié)水的同時保證產量。