盆栽条件下不同灌水方式对移栽短季棉苗期生长发育的影响

 

摘要：为了明确不同灌水方式对麦后移栽短季棉缓苗进程的影响，在盆栽试验条件下，设置了滴灌、喷灌和地面灌溉3种灌水方式，研究了不同灌水方式下移栽短季棉苗期植株生长、耗水规律、根系生长、干物质累积及干物质水平上的水分利用效率（WUEm）。结果表明，3种灌水方式对短季棉苗期植株的地上部分生长没有显著影响；与地面灌溉方式相比，滴灌和喷灌灌水方式下短季棉苗期的耗水量分别减小了30.8%和14.4%；不同灌水方式的短季棉新生根数无显著性差异，但滴灌灌水方式显著提高了单株根长和根冠比，大幅度提高了WUEm。在不降低地上干物质生产的基础上，滴灌有效地促进了根系生长，为后期棉花营养生长和生殖生长奠定了良好的基础。

 

黄河流域是我国主要植棉区之一，该区域热量丰富，光照充足，无霜期长，以往种植模式以麦棉套种为主，传统的麦棉套种棉田，棉花占地40%~50%，与小麦单作相比，小麦减产20%以上[1]，而且不便于机械化收获，生产上费时费力，同时小麦收获时对棉苗损伤严重，传统的麦棉套作二熟制度受到了巨大的冲击[2]。

粮棉争地矛盾和人工成本的增加使该区域麦套棉面积锐减，随着工厂化育苗和机械化移栽技术的不断发展和成熟，麦后移栽短季棉新型种植方式正逐步兴起。麦后移栽短季棉以其能充分利用耕地和光热资源，提高了土地利用效率和复种指数，充分显示出实现粮棉双丰收的独特优势[3-5]，小麦-麦后移栽短季棉连作模式有取代费时费力的麦棉套种模式之势。

 

黄河流域移栽短季棉的生长主要集中在夏季高温期，经常会出现间断性干旱，仅靠降雨不能满足移栽短季棉对水分的需求，灌溉用水必不可少。因生活、农业、环境等用水矛盾的加剧，棉花灌溉用水量逐渐减少，与此同时棉花的灌溉水利用效率并非最优状态，仍有提升潜力。大水漫灌、畦灌和沟灌等常规的地面灌溉方式容易造成深层渗漏、水分利用率低及次生盐碱化等问题[6]。滴灌、喷灌等灌水技术显示出节水、省工、操作简便、提高作物产量及品质等优点[7]。与传统的畦灌、沟灌等灌水方式相比，滴灌技术可有效提高棉花的产量[8]，水分利用效率可提高15%~30%[9]。刘浩等[10-12]对喷灌和常规地面灌溉条件下麦后移栽棉的生长发育、产量及水分利用等方面进行了系统研究，并提出了喷灌和地面灌溉条件下麦后移栽短季棉的适宜耕作方式及灌溉控制指标。



有不少学者在不同水氮作用[13]、不同水盐动态[14-17]、不同土壤湿度[18]对膜下滴灌棉花的根系生长和分布等方面做了大量研究，并取得了一定成果。与地面灌溉相比，滴灌促进了植株生长发育，显著提高了籽棉产量，且纤维品质有了明显改善[19-20]。然而，以上研究均缺乏移栽短季棉苗期干物质累积、根系生长及根冠比对不同灌水方式响应方面的研究。基于目前的研究现状，在盆栽试验条件下，通过模拟滴灌、喷灌、地面灌溉等灌水方式，研究不同灌水方式对移栽短季棉苗期耗水量、地上植株干物质、根系生长及根冠比的影响，从机理上阐述不同灌水方式下移栽短季棉的缓苗进程，为移栽短季棉适宜灌水技术的选择提供理论参考。

 

1材料与方法

 

1.1试验设计

 

试验于2013年在中国农业科学院农田灌溉研究所作物需水量试验场内的防雨棚下进行，试验所用盆上下口直径分别为25cm和19cm，高38cm。为了更好地模拟麦后移栽的实际情况，在大田小麦收获后，选耕层20cm土壤过筛后装入盆内至上口4~6cm处，每盆装耕层干土质量16kg，确保装土体积质量为1.3g/cm3。土壤质地为砂壤土，田间持水率为24%（质量含水率），土壤碱解氮、速效磷、速效钾质量分数分别为41.3、4.7、218.1mg/kg，有机质质量分数为12.8g/kg；试验品种为中棉所50，精选种子，浸后播种，采用基质育苗，每穴播种3粒。当棉苗长至3片真叶时，于2013年6月13日选长势一致的植株由苗床移植至盆中，每盆移栽1株。

 

盆栽试验设计3种灌水方式处理，分别为滴灌（DT）、喷灌（ST）和地面灌溉（CT），每个处理设计20盆。每天08：00用精度为10g的电子秤称质量测定土壤含水率，当盆内土壤含水率降至田间持水率的60%~65%时进行灌水，根据不同灌水方式的特点，滴灌、喷灌和地面灌溉3种灌水方式的灌水上限分别为田间持水率的85%、90%和100%，其中滴灌的滴头流速为2.0L/h，喷灌的模拟灌水强度以不产生地表积水为准，根据灌水上下限计算喷灌灌水量，灌水前后称质量以确保灌水量的准确性，地面灌溉采用量筒直接灌水。各处理在灌溉过程中均无渗漏，记录各盆每次灌水量和灌水时间，由水量平衡方程计算日耗水量。

 

1.2研究方法

 

分别在移栽后2、5、10、15及20d取样观测地下根系生长发育状况（新根数量、长度等）。每次破坏性取样，每个处理取样3盆。试验开始前，将每个盆铺设尼龙塑料网，在麦田取表层20cm土壤过筛后按设定体积质量装土，每次取样时将尼龙网提出，这样可以避免破坏土壤中根系，将整个盆中的土样泡到水盆中，等到土壤松散后，轻轻抖动，将根系与土壤分离，尽量保证根系的完整性，量取根系长度和新生根尖数。

 

分别在棉花移栽后10d和20d选出3株有代表性的植株，从茎基部切断，获得完整的地上部，将茎秆和叶片分开置于烘箱内115℃杀青30min，在恒温75℃烘干至质量恒定后称量。通过棉花根系生长量（根长）与地上干物质量的比值计算根冠比。

 

水分利用效率是指干物质水平上的水分利用效率（WUEm），即指单位水量消耗所生产的地上部分干物质量。WUEm的应用可为研究移栽短季棉苗期不同灌溉方式的用水效率提供了一个客观、量化的依据[21]，计算式为：

 

WUEm=Ym/ETa，

 

式中：WUEm为干物质水平上的水分利用效率（g/kg）；Ym为地上部分植株的干物质量（g）；ETa为实际耗水量（g）。

 

气象数据由距试验地点20m的自动气象站获得，气象资料主要包括日照时间、气温、相对湿度、风速、降雨量等。