黃淮海棉花形態(tài)發(fā)育與源庫(kù)的調(diào)節(jié)效應(yīng)

黃淮海棉區(qū)主要采用麥棉套，這是棉花高產(chǎn)的基本保證。近年來(lái),隨著農(nóng)業(yè)用水資源的日益缺乏,棉區(qū)節(jié)水灌溉越來(lái)越受到人們的重視。很多學(xué)者在棉花的虧缺灌溉、棉花水分利用效率和棉花生理特性對(duì)水分脅迫的響應(yīng)等方面做了有益的探索,對(duì)改善棉花源庫(kù)關(guān)系的方法和手段做了嘗試,但是,對(duì)于不同土壤水分條件下棉花植株的形態(tài)差異和株內(nèi)葉源分布狀況的研究較少,尤其是土壤水分對(duì)棉花源庫(kù)的調(diào)節(jié)效應(yīng)。為此,我們?cè)诿藁ɡ倨诘酵滦跗诘纳A段內(nèi),研究了土壤水分對(duì)棉花形態(tài)發(fā)育和源庫(kù)關(guān)系的影響,以期為棉花生產(chǎn)中進(jìn)行合理灌溉和田間水分管理提供必要的理論依據(jù)。1田間土壤水分變化試驗(yàn)試驗(yàn)于2004年10月～2005年10月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所大型移動(dòng)式防雨棚下進(jìn)行。土質(zhì)為壤土,土壤容重為1.36g/cm3,有機(jī)質(zhì)含量為10.3g/kg,全氮含量1.01g/kg,水解氮為101.42mg/kg,速效磷為17.81mg/kg。供試小麥品種為新麥13,棉花品種為雜交棉豫雜35。小麥于10月15日播種,小麥播種前底施尿素300kg/hm2,二銨300kg/hm2,返青期追施尿素110kg/hm2。棉花于4月5日進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)缽育苗,于5月11日移栽。移栽棉花前,于預(yù)留行施底肥(三元復(fù)混肥料)150kg/hm2。試驗(yàn)采用3∶1式麥棉套種模式,設(shè)計(jì)麥棉帶寬1m,內(nèi)種3行小麥1行棉花。小麥行距0.2m,3行小麥占帶寬0.6m,預(yù)留棉行占帶寬0.4m。麥棉共生期田間土壤水分控制在60%～70%,小麥?zhǔn)斋@后即進(jìn)行土壤水分處理,試驗(yàn)設(shè)5個(gè)土壤水分下限,T1:40%(相對(duì)含水量,試驗(yàn)場(chǎng)地的田間持水量為24%,下同);T2:50%;T3:60%;T4:70%;T5:80%。小區(qū)土壤水分控制的土體深度為1.0m。棉花于小麥?zhǔn)斋@后形成等行距種植,行距1m,株距45cm。小區(qū)面積4.0m×10m,3次重復(fù),隨機(jī)排列。試驗(yàn)過(guò)程中,采用取土烘干法和TDR(時(shí)域反射儀)相結(jié)合監(jiān)測(cè)土壤水分的變化。定期調(diào)查不同處理棉花株高和葉片面積在植株內(nèi)不同部位的分布情況,其中,葉面積采用LI-3000型葉面積測(cè)定儀測(cè)定。果枝和營(yíng)養(yǎng)枝傾角是指果枝和營(yíng)養(yǎng)枝與棉花主莖的夾角,先測(cè)定果枝和營(yíng)養(yǎng)枝的長(zhǎng)度,然后測(cè)定果枝和營(yíng)養(yǎng)枝生長(zhǎng)點(diǎn)與主莖的水平距離,通過(guò)反正弦三角函數(shù)計(jì)算得出。同時(shí)將棉花果枝分為上部、中部和下部3個(gè)部位,分別調(diào)查營(yíng)養(yǎng)枝和不同部位果枝的載果量(包括鈴、蕾和花等)。單位葉面積載果量(個(gè)/cm2)是指單位面積葉源所能夠飼育的鈴、花或蕾的個(gè)數(shù),葉果比(cm2/個(gè))為飼育1個(gè)鈴、花或蕾所需要的葉源面積,后者為前者的倒數(shù)。進(jìn)入吐絮期后,每個(gè)處理各小區(qū)分期單獨(dú)采收,最后計(jì)算不同處理棉花的生物產(chǎn)量、籽棉干重/莖枝葉干重和收獲指數(shù)。2結(jié)果與分析2.1不同土壤條件下?tīng)I(yíng)養(yǎng)枝傾角的變化規(guī)律表1為花鈴前期不同土壤水分條件下棉花植株的個(gè)體形態(tài)情況,從中可以看出,隨著土壤含水量的提高,棉花的植株高度顯著增加,80%土壤含水量處理的株高比40%處理的株高增加了81.4%。表明在花鈴前期,較高的土壤水分明顯地促進(jìn)了植株生長(zhǎng)。但是,隨著土壤含水量增加,營(yíng)養(yǎng)枝傾角則顯著減小,土壤含水量從40%增加到80%時(shí),營(yíng)養(yǎng)枝傾角幾乎減小了一半。傾角越小,則營(yíng)養(yǎng)枝越顯直立,反之則越顯下垂。土壤含水量增加,營(yíng)養(yǎng)枝的載果量隨之增多。對(duì)于果枝的傾角,不管是下位、中位或者上位的果枝,其傾角的變化趨勢(shì)均與營(yíng)養(yǎng)枝傾角的變化趨勢(shì)一致,即隨著土壤含水量的增加而減小。表1同時(shí)顯示,除了T1和T5兩個(gè)處理,下位果枝的載果量明顯多于中位果枝,而中位果枝的載果量均大于上位果枝。但是,對(duì)于下位果枝,土壤含水量增加,其載果量先增加然后逐漸下降,而中位果枝和上位果枝的載果量則隨著土壤含水量的增加而增大,當(dāng)土壤水分超過(guò)70%后,中位和上位果枝的載果量基本無(wú)變化。2.2土壤含水量對(duì)果生長(zhǎng)的影響土壤水分對(duì)棉花株內(nèi)葉面積的分布具有顯著的影響(表2)。從表2可以看出,隨著土壤含水量的增加,棉花的植株總?cè)~面積呈逐漸增大的趨勢(shì),說(shuō)明土壤含水量增加有利于棉花葉片的生長(zhǎng)。主莖葉面積、營(yíng)養(yǎng)枝葉面積和果枝葉面積都隨著土壤含水量的增加而增大,但是當(dāng)土壤含水量達(dá)到70%時(shí),果枝葉面積和主莖葉面積達(dá)到最大,土壤含水量繼續(xù)增加,果枝葉面積和主莖葉面積反而減小。而營(yíng)養(yǎng)枝葉面積的最大值出現(xiàn)在80%土壤含水量處理,土壤含水量為70%時(shí)葉面積卻較小。可見(jiàn),在土壤含水量70%時(shí),有利于株內(nèi)葉面積在主莖和果枝上的分布,即促進(jìn)了主莖葉片和果枝葉片的生長(zhǎng)和擴(kuò)大,同時(shí)抑制了營(yíng)養(yǎng)枝葉面積的生長(zhǎng)。進(jìn)一步分析不同土壤水分條件下主莖葉面積、營(yíng)養(yǎng)枝葉面積和果枝葉面積占植株總?cè)~面積的比例,可以看出,果枝葉面積占總?cè)~面積的比例最大,其次為主莖葉面積,營(yíng)養(yǎng)枝葉面積所占比例最小。土壤水分小于70%時(shí),果枝葉面積所占比例有隨含水量下降而減小的趨勢(shì),主莖葉面積所占比例有隨含水量下降而增大的趨勢(shì),而營(yíng)養(yǎng)枝葉面積所占比例的變化無(wú)明顯規(guī)律。土壤水分超過(guò)70%,果枝葉面積和主莖葉面積占植株總?cè)~面積的比例下降,而營(yíng)養(yǎng)枝葉面積所占比例上升。由此可見(jiàn),在土壤水分不足,棉花發(fā)生水分脅迫時(shí),棉花植株將會(huì)優(yōu)先保證主莖葉片的生長(zhǎng),果枝葉片的生長(zhǎng)會(huì)明顯受到抑制,而在土壤水分較高時(shí),將會(huì)優(yōu)先營(yíng)養(yǎng)枝葉片的生長(zhǎng),主莖葉片和果枝葉片的生長(zhǎng)變緩。2.3不同土壤水分對(duì)棉花產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和分配的影響在不同的土壤水分條件下對(duì)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育和源庫(kù)變化進(jìn)行了研究(表3),以探求土壤水分對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響和源庫(kù)的調(diào)節(jié)效應(yīng)。從表3可以看出,土壤水分升高,棉花的營(yíng)養(yǎng)枝數(shù)、果枝數(shù)、植株葉面積都有明顯的增加,說(shuō)明土壤水分升高促進(jìn)了棉花生長(zhǎng)和形態(tài)的發(fā)育。較高水分的80%土壤含水量處理和重度水分脅迫的40%土壤水分處理的鈴和蕾數(shù)顯著減少,說(shuō)明這不利于生殖器官庫(kù)的形態(tài)建成和生長(zhǎng)。進(jìn)一步分析不同土壤水分條件下棉花的單位葉面積載果量和葉果比,隨著土壤水分的升高,其單位葉面積載果量迅速下降,葉果比明顯增加。40%和80%土壤水分處理的單位葉面積載果量分別為0.0215個(gè)/cm2和0.0098個(gè)/cm2,葉果比分別為46.43cm2/個(gè)和101.58cm2/個(gè),單位葉面積載果量下降了54.4%,同時(shí)葉果比增加118.8%。可見(jiàn),過(guò)高和過(guò)低的單位葉面積載果量(或葉果比)都不利于棉花鈴和花、蕾的生長(zhǎng)。而70%土壤水分處理,棉花的鈴、蕾個(gè)數(shù)分別達(dá)到9.3個(gè)/株和53.7個(gè)/株,這時(shí)棉花的單位葉面積載果量為0.0164個(gè)/cm2。圖1為在不同土壤水分條件下棉花的產(chǎn)量以及干物質(zhì)積累與分配情況。從圖1可以看出,土壤含水量增加,棉花的生物產(chǎn)量(干重)呈線性增加,其變化趨勢(shì)符合方程:Y=76.764SWC+100.35,R2=0.9994。可見(jiàn),土壤水分增加,有利于棉花生物產(chǎn)量的提高。圖1同時(shí)顯示,70%土壤含水量處理的棉花籽棉干重與莖枝葉干重的比值最大,土壤水分降低,則籽棉干重與莖枝葉干重的比值迅速下降;當(dāng)土壤水分繼續(xù)增加到80%時(shí),其比值下降的幅度更大。一般在一定的生物產(chǎn)量下,籽棉產(chǎn)量與莖枝葉干重的比值可以表征棉花庫(kù)源的狀態(tài)。比值大,說(shuō)明源庫(kù)關(guān)系協(xié)調(diào),源的同化能力和運(yùn)輸能力強(qiáng),庫(kù)容大。在5個(gè)土壤水分處理中,60%和70%土壤水分處理的籽棉干重和莖枝葉干重的比值分別為1.01和1.31,均大于1,偏向于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量庫(kù)的方面,表明在這2個(gè)土壤水分處理?xiàng)l件下,作物源庫(kù)關(guān)系協(xié)調(diào),同化物向籽棉的運(yùn)輸和沉積能力較強(qiáng)。收獲指數(shù)在一定程度上也說(shuō)明了棉花源庫(kù)的關(guān)系和同化物向經(jīng)濟(jì)器官運(yùn)輸?shù)哪芰?但圖1中顯示,籽棉干重與莖枝葉干重的比值能夠更清晰地反映出土壤水分條件對(duì)棉花源庫(kù)的調(diào)節(jié)效應(yīng)。收獲指數(shù)隨著土壤水分升高的變化趨勢(shì)符合方程:HI=-0.0459SWC2+0.3434SWC-0.1,R2=0.9853。3建立雜交棉種植基地,增加棉田花粉的產(chǎn)量,使其能棉花蕾期至吐絮期是田間耗水量最多的時(shí)間段,這期間的田間土壤水分條件顯著影響了棉花的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量。從本試驗(yàn)可知,在黃淮海平原棉田,蕾期至吐絮期的適宜田間土壤水分下限為70%,這時(shí)不但有利于棉花植株的形態(tài)發(fā)育,塑造高產(chǎn)株型,而且有利于源庫(kù)關(guān)系的協(xié)調(diào)發(fā)展,從而提高棉花的產(chǎn)量。近年來(lái),隨著棉花育種技術(shù)和育種手段的