灌溉量对棉花干物质积累及产量构成因子的影响

目录TOC\o"1-3"\h\u7005摘要 灌溉量对棉花干物质积累及产量构成因子的影响摘要：棉花是全球重要的纤维作物，新疆是我国重要的棉花产区，但是其生产却受制于干旱区水资源短缺，亟需通过优化精准灌溉体系来实现水资源约束下的棉花产能提升。【目的】本试验通过研究灌溉量对棉花植株干物质积累及产量构成因子的影响，以期为新疆棉花生产实践中灌溉方案的优化配置提供理论依据。【方法】选用中棉113号棉花品种，开展随机区组大田试验，设置灌溉量为调控因子，灌溉量设五个水平梯度：W1（2100m3/hm2）、W2（2887.5m3/hm2）、W3（3675m3/hm2）、W4（4462.5m3/hm2）、W5（5250m3/hm2），其中W5为大田常规灌溉量。【结果】棉花植株干物质积累动态分析显示，全生育期内单株干物质积累遵循典型“S”型增长模式，经历缓增、速增和稳增三阶段。随着灌溉量的降低，棉花干物质积累量显著下降，最终表现为W5>W4>W3>W2>W1。单株棉花干物质快速增长期在69.37~118.89d（花铃期~吐絮期）且随灌溉量的降低有缩短趋势。棉花生殖器官干物质量随灌溉量的增加呈现先增后降的趋势，吐絮期W4相较于其他处理经济器官干物质积累量提高14.42-57.43%。随着灌溉量的增加单铃重、单株铃数与产量呈先增后降趋势，以W4的单铃重、单株铃数与产量最大分别达5.07g、6.02个/株及534.26kg/亩，适当亏缺灌溉对棉花产量并无显著影响。【结论】随着灌溉量增加棉花干物质积累持续时间延长，最大积累速率时间后移，干物质积累总量增加，在4462.5m3/hm2时达到峰值，适度减少灌溉量有利于棉花经济器官干物质积累。灌溉量对棉花产量有显著调控作用。因此，在综合考虑生产与资源利用及生态环境等方面效益时，新疆棉花进行适度调亏灌溉可以提高灌溉水利用效率实现高效高产。关键词：棉花；灌溉量；干物质积累；产量

InfluenceofIrrigationAmountsonDryMatterAccumulationandYieldComponentsFactorsofCottonAbstract:Cotton,agloballyvitalfibercrop,facesproductionconstraintsinXinjiang—China'sprimarycotton-growingregion—duetoaridwaterscarcity,necessitatingprecisionirrigationoptimizationtoenhanceyieldunderwater-limitedconditions.Objective:ThisstudyinvestigatedtheeffectsofirrigationvolumeoncottondrymatteraccumulationandyieldcomponentstooptimizeirrigationstrategiesforXinjiangcottonproduction.Methods:ArandomizedblockfieldexperimentusingcottoncultivarZhongmian113wasconductedwithfiveirrigationlevels:W1(2100m³/ha),W2(2887.5m³/ha),W3(3675m³/ha),W4(4462.5m³/ha),andW5(5250m³/ha,conventionalirrigation).Results:Drymatteraccumulationperplantexhibitedasigmoidalgrowthcurveacrossthegrowthcycle,progressingthroughslow,rapid,andstablephases.Reducedirrigationsignificantlydecreasedtotaldrymatteraccumulation(W5>W4>W3>W2>W1).Therapidaccumulationphase(69.37–118.89days,flowering-bolltoboll-openingstages)shortenedunderlowerirrigation.Reproductiveorgandrymatterinitiallyincreasedthendeclinedwithirrigation,peakingatW4(14.42–57.43%higherthanothertreatmentsduringbollopening).Bollweight,bollsperplant,andyieldalsofollowedaparabolictrend,withW4achievingmaxima(5.07g,6.02bolls/plant,and534.26kg/mu,respectively),demonstratingthatmoderatedeficitirrigationmaintainedyield.Conclusion:Increasingirrigationprolongeddrymatteraccumulationdurationanddelayedpeakaccumulationrates,peakingat4462.5m³/ha.Strategicdeficitirrigationenhancedwater-useefficiencyandeconomicorganproductivitywithoutcompromisingyield.Optimalregulateddeficitirrigationbalancesyield,resourceefficiency,andecologicalsustainabilityinXinjiangcottonsystems.Keywords:Cotton;IrrigationAmount;DryMatterAccumulation;Yield

【研究意义】水资源不足已成为制约我国农业长期可持续发展的关键因素。棉花是全球最重要的纤维和油料作物，其种植面积和产量位居世界第一，是需水较多的作物。新疆作为我国棉花主产区，2024年总产量568.6万t，约占全国棉花总产量的92.25%，已然成为我国最重要的植棉基地REF_Ref20261\r\h[1]。水作为新疆作物最为广泛且较为突出的生长逆境因素，严重影响着作物生长发育和产量形成，新疆维吾尔自治区地处我国西北地区，呈现典型的温带大陆性干旱气候特征，云层稀薄，日照资源丰富，降水量仅186mm左右，年平均蒸发量介于1600~2064mm之间，是我国水资源极度匮乏的地带，农业用水占用水总量比例高达90%左右，棉花产业作为新疆当地主导产业，其发展高度依赖大量农业用水，水资源短缺成为主要限制因素。构建科学合理的灌溉体系是实现新疆棉花产业可持续发展的关键所在REF_Ref7256\r\h[2]。灌溉量对棉花干物质积累及其生殖生长与营养生长间的平衡关系具有重要影响REF_Ref2427\r\h[3,REF_Ref3413\r\h4]。适宜的灌溉水平可以显著促进棉花干物质积累，而灌溉量过高则导致干物质积累效果不明显，还会因为营养生长过盛引发棉花发生贪青晚熟现象REF_Ref3550\r\h[5]。吴立峰REF_Ref3573\r\h[6]等人研究显示，灌溉量过低会造成土壤水分亏缺，使棉花植株营养不良，株高受限，棉花干物质积累和籽棉产量均显著下降。【前人研究进展】灌溉量显著影响棉花各器官的干物质积累与分配REF_Ref5181\r\h[7]。棉株干物质的积累与分配对产量形成至关重要。在生育期内，将群体干物质保持在合理范围，有助于协调各器官生长与源库矛盾，从而构建适宜高产的群体结构REF_Ref26519\r\h[8]。多项研究表明，作物的高产优质以较高的生物量为前提条件REF_Ref26943\r\h[9,REF_Ref26976\r\h10]。近年来，关于施肥及水氮互作对棉花干物质积累动态和生长发育变化的研究逐渐增多REF_Ref27531\r\h[11]。【本研究切入点】新疆水资源紧张，种植过程中仍按照经验采取灌溉措施方案，造成农业水资源浪费、产量增加不大，确定适宜的棉花灌溉用水量以实现水分高效利用与产量提高，是目前亟待解决的科学问题。【拟解决的关键问题】本试验在北疆棉田设置全生育期不同灌溉量试验，以当地推广的高产优质品种中棉113号为供试材料，探究不同灌溉量对棉花干物质积累及分配的影响，分析棉铃指标与产量间的关系，明确减量灌溉对棉花产量形成机制的影响，以期为北疆棉田供水不足时提出可行的灌溉量和理论依据。1材料与方法1.1试验地概况及材料试验于2024年4月-10月在新疆维吾尔自治区昌吉市大西渠镇华兴农场（44°12′N，87°18′E）开展，该地区属于中温带大陆性干旱气候，年平均气温6.8℃，年平均降水量为190mm，年≥10℃积温为3450℃，试验区土壤质地为粘性壤土。供试品种为中棉113号，以“1膜3管6行”机采棉种植方式为例。采用株行距为（（10+66+10）+66）cm×11cm的配置方式，种植密度理论值为22×104株/hm2。滴灌带布置间隔76cm，滴头间距离为25cm，滴灌头出水量为2.1L/H。1.2试验设计与田间管理本试验以灌溉量为调控因素，设五个灌溉水平：W1（2100m3/hm2）、W2（2887.5m3/hm2）、W3（3675m3/hm2）、W4（4462.5m3/hm2）、W5（5250m3/hm2）。如图1试验共计5个处理，设计3次重复，共计15个小区。采用随机区组排列。各小区之间采用独立排灌。棉田中肥料施用保持统一，其余管理措施及农艺操作均依照常规大田模式开展。图1试验田概况图Fig1Overviewoftheexperimentalfield1.3测定项目及方法1.3.1生育期调查方法棉苗出土后，于每小区选择连续十株棉花，内外行各占五株，观察其生长进程，包括播种出面、苗期、蕾期、花铃期与吐絮期，记录进入各阶段的具体日期。1.3.2干物质的测定在棉花生长的五个关键时期（播种出苗期、苗期、蕾期、花铃期、吐絮期），于各小区选取5株代表性棉株，将各器官分离后，置于电热恒温鼓风干燥箱中，在105℃条件下进行30min杀青处理，80℃烘干至恒重，对其干物质质量予以测定。1.3.3产量及其构成因子的测定待棉花生长至吐絮期，实数每小区各两幅膜中部2.27×2.93m2的棉花株数和铃数，选取有代表性的棉株，将棉花分为下部(1~3果枝)、中部(4~6果枝)、上部(7果枝以上)三部分，分别取棉花50朵，晒至恒重，测定单铃质量，轧花后测定皮棉产量及衣分。1.4数据处理数据经Excel2019整理，借助Origin2021完成图表绘制，数据以均值加减标准误差表示，通过单因素方差分析评估不同处理在特定指标上的显著性差异，利用LSD法完成多重比较。2结果与分析2.1灌溉量对棉花干物质积累的影响作物干物质积累受到灌溉量的显著影响，合理灌溉对棉花生长发育起到关键作用。本研究发现，棉花干物质积累量在全生育期呈现典型的“S”型曲线变化，具体表现为初期缓慢积累、中期快速增长及后期趋于平缓的三阶段干物质积累变化特征。如表1数据显示，W5处理使棉花干物质快速积累的持续时间最长，达到47.92d，而W1处理下干物质快速积累期最短。随着灌溉量的降低，棉花干物质快速积累持续时间逐步缩短，棉花干物质最大积累速率及其快速增长期均呈逐步降低趋势，其中W5处理的最大积累速率最高，较W4、W3、W2和W1处理分别高51.8%、46.3%、32.3%和21.4%。不同灌溉水平显著改变棉花各器官干物质积累情况。研究发现，W4灌溉量更有利于棉花生物量提升。生殖器官与营养器官干物质积累量在不同灌溉条件下存在显著差异（P<0.05）。水分亏缺程度加剧时，生殖器官的干物质积累量减少。综合数据分析发现，适度亏缺灌溉可促进棉花干物质积累并利于产量形成。随着灌溉量减少，棉花干物质积累量显著降低。图2表明，与W5相比，W4、W3、W2、W1处理棉花干物质积累量分别降低8.37%、28.51%、57.14%、63.72%。因此，适度减少灌溉量对棉花成熟期的干物质积累水平影响不显著。图2各生育时期不同灌溉处理下棉花干物质积累总量Fig.2Thetotaldrymatteraccumulationofcottonunderdifferenttreatmentsduringvariousgrowthstages.表1不同处理下棉花干物质积累的Logistic函数生长模型及相关参数处理Treatment回归方程RegressionequationR2K/(g/plant)t1/dt2/dtm/dVm/(g/plant/d)t/dGt/(g/plant)灌溉量Irrigationvolume/(m3/hm2)W1Y=60.1698/[1+e(6.894-0.077X1)]0.982760.1772.53106.7889.651.1634.2539.62W2Y=72.9547/[1+e(6.189-0.068X1)]0.996772.9571.34109.9090.621.2538.5648.04W3Y=86.0678/[1+e(5.534-0.061X1)]0.998886.0769.37112.6991.031.3143.3256.67W4Y=104.703/[1+e(5.651-0.061X1)]0.9996104.7070.94114.0592.491.6043.1168.94W5Y=131.116/[1+e(5.210-0.055X1)]0.9983131.1270.91118.8994.901.6147.9886.34Table1Logisticfunctiongrowthmodelsandrelatedparametersofcottondrymatteraccumulationunderdifferenttreatments2.2灌溉量对棉花干物质分配的影响灌溉量对棉花干物质分配的影响如图3，图4，图5所示，随着灌溉量降低，植株生物量呈现减少趋势，干物质向生殖器官分配的比例逐渐降低。生殖器官生物量占总生物量的比例也会随着灌溉量减少而变小。在蕾期，W5与W4灌溉处理棉花干物质积累量差异不显著。在花铃期，与W5相比，W4灌溉量下营养器官和生殖器官干物质积累量分别平均提高32.41%和21.73%。在吐絮期，W5与W4相比，棉株营养器官和生殖器官的干物质积累量分别平均增加5.48%和12.35%。说明在W4适度亏缺灌溉条件下，有利于生殖器官干物质积累，提高籽棉产量。图3不同灌溉量对棉花蕾期单株干物质分配的影响Fig.3Theeffectofdifferentirrigationtreatmentsonthedrymatterdistributionofindividualcottonplants图4不同灌溉量对棉花花铃期单株干物质分配的影响Fig4Effectsofdifferentirrigationamountsonthedrymatterallocationperplantofcottonduringthefloweringandboll-settingstage图5不同灌溉量对棉花吐絮期期单株干物质分配的影响Fig5Effectsofdifferentirrigationamountsonthedrymatterallocationperplantofcottonduringtheboll-openingstage2.3灌溉量对棉花产量及其构成因子的影响探究灌溉量对棉花产量及其构成因子单铃重、单株铃数、衣分等的影响，结果如表2所示，其中灌溉量变化对衣分没有显著影响（P>0.05）。灌溉量对单株结铃数有显著影响（P<0.05），与W5相比，W4的棉花单株结铃数提高了5.78%。在籽棉产量方面，与W5相比，W4的籽棉产量分别提高了17.73%。分析结果发现，W4灌溉条件下，单株结铃数和单铃重与W5、W3、W2、W1相比提高8.08%~69.10%和5.78%~44.6%，差异显著（P<0.05）。由此可见，水分作用主要通过影响棉花单株结铃数进而影响棉株产量，棉花单铃重对产量的影响较小。表2灌溉量对棉花产量及其构成因子的影响Table2Theeffectofirrigationvolumeoncottonyieldanditscompositionalfactors.处理Treatment单铃重（g）Singlebollweight单株铃数(个/株)Numberofbollsperplant收获株数(×103株/公顷)Harvestnumberofplants籽棉产量(kg/亩)Yield衣分Lintpercent/%W13.92c3.56d230.49a214.44d39.03aW24.48b4.07c239.84a291.54c39.86aW35.41a5.14bc237.92a441.05bc39.14aW45.67a6.02a234.78a534.26a40.03aW55.36a5.57b228.02a453.82b40.25a3讨论3.1灌溉量对棉花干物质积累与分配的影响水分通过对作物生长发育的影响通过各部分的生物量累积及产量来体现REF_Ref2349\r\h[11]。在作物生长发育阶段，植株器官间同化物的转化和分配受水分状况显著影响REF_Ref2457\r\h[12]，并且在不同生育时期，水分对同化物转运、分配和积累的影响作用存在差异REF_Ref3201\r\h[13]。棉花在各时期的干物质积累量随灌溉量的增加而提升。苗期灌溉量变化对棉花干物质积累影响较小，花铃期与吐絮期干物质积累量差异逐渐增大。合理的灌溉方式不仅可以增强作物的光合产物REF_Ref5301\r\h[14]，还可以提升作物产量REF_Ref5330\r\h[15]。棉花干物质维持在适宜范围有利于协调营养生长与生殖生长的分配比例。董合忠REF_Ref5556\r\h[16]等提出合理的灌溉量可使群体干物质保持在适当的范围内，协调源－库关系以实现最终的高产目标。本试验探究发现，棉花干物质总量会随着灌溉量的减少而降低。尽管提高灌溉量可促进干物质积累总量，但适度亏缺灌溉可以提升植株生殖器官干物质积累效果，提升生殖器官干物质积累量及其占比，并且过低灌溉量会影响棉株生长发育导致早熟减产。3.2灌溉量对棉花产量及其构成因子的影响灌溉量对棉花的生长发育和最终产量具有显著调控作用REF_Ref15169\r\h[17]。研究结果表明，灌溉量对棉花的单株结铃数、单铃重等产量构成因子有显著影响。显示出灌溉量在棉花产量形成过程中具有重要调控作用。亏缺灌溉会对棉花产量造成影响REF_Ref14275\r\h[18]。适度亏缺灌溉可以造成水分胁迫，促使棉花提前进入生殖生长期，有利于棉花提高产量。但是灌溉量过低会降低棉株生物量，导致棉株早衰影响产量，与张慧REF_Ref14354\r\h[19]研究结果相同。盛花期与幼铃期的亏缺灌溉会对单株铃数和籽棉产量造成严重影响REF_Ref18683\r\h[20]。翟中民等REF_Ref15333\r\h[21]认为，灌溉量过高同样会抑制产量提升，原因是棉花为多年生作物，过多水分易导致营养生长与生殖生长失衡，导致棉花晚熟减产。灌溉量对单株结铃及单铃重有显著影响，对产量影响极显著REF_Ref15813\r\h[22]。提高灌溉量可显著提升棉花单铃重、单株结铃数与籽棉产量，但过量灌溉无明显增产效果REF_Ref16489\r\h[23]。本试验探究发现，适当减少灌溉量对单铃重、籽棉产量和皮棉产量无显著影响。4结论本研究探讨了灌溉量对棉花干物质积累、分配及其产量形成的作用。发现灌溉量对棉花各器官干物质积累存在显著作用，水分亏缺加剧时，生殖器官干物质积累呈减少趋势，且棉花干物质积累总量随灌溉量的减少而降低。生物量分配受灌溉量影响明显，灌溉量增加促使生物量上升，生殖器官生物量占总生物量比例随灌溉量降低而减少，但过度亏缺会抑制蕾铃发育并减少棉铃数量。从产量构成分析，灌溉量变化对衣分无显著影响，但对单株结铃数影响显著，适当减少灌溉量对单铃质量、籽棉产量和皮棉产量无显著作用。当地适宜灌溉量为4462.5m3/hm2，建议新疆棉花采用适度亏缺与充分灌溉相结合的方式，在保障作物高产的同时提高灌溉水利用效率并节约水资源。

参考文献：潘洁.2024年全国棉花产量比上年增长9.7%[J].棉花科学,2025,47(01):2.范志超,张巨松,石俊毅,等.调亏灌溉对滴灌棉花光合生产的调节补偿效应[J].西北农业学报,2017,26(10):1461-1469刘生荣,张俊杰,李葆来,等.灌水对棉花植株形态和产量性状的影响[J].中国棉花,2004,(6):20-21.忠智博,翟国亮,邓忠,等.水氮施量对膜下滴灌棉花生长及水氮分布的影响[J].灌溉排水学报,2020,39(1):67-76.聂志勇.灌水量对化学封顶棉花生长发育、株型塑造及生理特性的影响[D].新疆农业大学,2017.吴立峰,张富仓,周罕觅,等.不同滴灌施肥水平对北疆棉花水分利用率和产量的影响[J].农业工程学报,2014,30(20):137-146.宁松瑞,颜安,柳维扬.膜下滴灌棉花地上干物质积累与分配特征的模拟[J].灌溉排水学报,2022,41(10):10-18.王士红.增密减氮对棉花产量品质的影响及氮高效生理基础研究[D].山东农业大学,2019.ShibuJ,SaraM,CraigLR.Growthnutritionphotosynthesisandtranspirationresponsesoflongleafpineseedlingstolightwaterandnitrogen[J].ForestEc