干旱胁迫对棉花产量形成的影响

干旱胁迫对棉花产量形成的影响

水分直接影响棉花的生长、生理代谢和产量。由于不同阶段的不同亲水性，不同程度的棉花生产会对作物的生长发育和产量产生直接和后效影响。许多试验研究了特定水分亏缺程度胁迫作物生长及生理生化指标的响应[11,12,13,14,15,16,17,18]。生产实践中,棉花花铃期不同持续时间的土壤干旱胁迫及解除胁迫对棉花产量和品质影响最为直接,研究短期干旱胁迫解除前后的作物生理生态响应尚少见报道。我们以不同持续时间的土壤干旱胁迫为条件,研究棉花产量形成的调节效应及其生理响应,试图为半干旱、干旱生态区棉花高产优质栽培花铃期土壤干旱胁迫解除土壤水分预测及合理的节水灌溉制度提供理论依据。1材料和方法1.1土壤养分含量及种植密度供试棉花品种为南农7号,试验在南京农业大学网室水泥池(4m×1m)内进行。小区间以外裹塑料薄膜木板隔水,水泥池上方设有塑料薄膜防雨棚。试验用土为粘黄壤,有机质含量1.47%,全N0.117%,速效N、P、K分别为49.8mg·kg-1,31.2mg·kg-1,128.8mg·kg-1,土壤最大持水量为25.2%。采用基质育苗,播期4月8日,种植密度4.5万株·hm-2,宽窄行种植。施纯氮300kg·hm-2,N:P:K=3:1:3。基肥占55%,于移栽前一周开沟深施;花铃肥占45%,于初花后7d穴施。分别于盛蕾期、盛花期和打顶后7d喷用缩节胺30、45、45g·hm-2;其它措施同大田栽培。1.2土壤持水量和着力水势2003年试验设:开花后土壤相对持水量70%～75%为对照(CK)、保持土壤相对持水量50%～55%持续干旱(W5)和开花后土壤相对持水量50%～55%持续20d(W2)3个处理。2006年试验设:CK、W5和开花后土壤相对持水量50%～55%持续10d(W1)、20d(W2)、30d(W3)后复水至70%～75%处理和土壤相对持水量50%～55%持续20d,并于处理当天喷施160mg·L-1浓度黄腐酸盐FA(W4)6个不同处理。各处理重复3次,随机区组排列,小区面积18m2。所有处理在开花前保持65%相对持水量,用取土烘干法分层测定0～60cm土壤实际含水量,田间土壤最大持水量用威而克斯法测定。期间每3d用HR-33T露点水势仪和PST-55样品室测量土壤原位水势,以实现不同土壤水分环境、土壤水势与土壤相对持水量的关系。当某一处理的土壤含水量降至设计的下限时,即进行灌溉并达到相应的上限含水量。1.3干物质重测定于9月20日调查各小区(除边行外)的成铃数,测算实际密度,并选取连续20株画出结铃株式图。棉株干物质重测定以干旱处理当天和以后每隔10d取样一次,每处理取5株,置于105℃烘箱杀青30min,80℃恒温持续烘48h后称干重。铃重考察每小区选代表性棉株10株,按空间部位挂牌标记、收获整株棉铃,分单铃称铃壳、子棉以及纤维重量。2结果与分析2.1花铃期土壤持续干燥对棉花产量和组成因素的影响2.1.1不同水势持续干旱对子棉产量的影响子棉产量及其构成因素、成铃数、铃重结果表明(表1),花后土壤持续干旱10d后供水解除胁迫的W1处理单株成铃数和平均铃重比CK增加2.83%和0.45%,子棉产量较CK增加1.93%,差异不显著,但据各处理最高;持续干旱20d以上各处理单株成铃数、铃重和子棉产量均比CK和W1处理降低达显著水平,单株成铃数较CK降低13.71%～24.05%,铃重较CK降低4.03%～6.49%,子棉产量降低12.94%～29.08%,胁迫降产效应W5、W3处理大于W2处理,W5与W3处理间无差异。本试验持续干旱20d并喷施FA的W4处理,单株成铃数和子棉铃重分别较CK降低但比W2处理增加9.76%和1.86%,子棉产量较CK显著降低但比不喷施FA的W2处理增加达极显著水平。经产量构成因数对子棉产量影响的通径分析表明,花铃期不同土壤持续干旱条件下对子棉产量形成的影响效应单株成铃数>成铃率>铃重。W1处理促进了增加单株总成铃数对子棉的增产效应。W2、W3、W4、W5处理对子棉减产的影响,随土壤干旱胁迫时间延长单株成铃数效应趋降而铃重则趋升。恢复供水可减轻单株成铃数和铃重的下降幅度,本试验以较早恢复供水处理下降幅度小于较晚恢复供水处理,年度间结果趋势一致。干旱持续20d处理辅助喷施FA,单株成铃数、铃重较CK显著减少,但比未喷施处理极显著和显著增加,即喷施黄腐酸盐可增加结铃数和铃重而补偿子棉产量。2.1.2干旱胁迫对子棉产量的调控土壤不同持续干旱处理子棉产量空间分布如表2所示。空间同部位子棉产量与CK处理比较,W1处理下部内围铃极显著降低,达15.30%;下、中部外围和上部内围铃极显著增加,达7.39%～28.63%,中部内围铃增加不显著;W2处理下部内、外围和中部内围铃极显著下降14.97%～24.85%,中部外围和上部内围铃呈现不显著增加;W3和W5处理下、中、上部内围铃极显著降低16.68%～48.37%,下、中部外围铃极显著降低14.22%～36.46%;土壤干旱持续20d并喷施FA的W4处理下部内外围、中部内围铃极显著降低11.59%～15.38%,中部外围和上部内围铃显著增加了5.44%～6.07%,W4处理的外内围铃子棉产量的比值分别提高了22.22%、15.56%、6.67%、20%、6.67%,两年结果趋势一致。上述结果表明,土壤不同持续干旱胁迫处理对子棉产量的调控显示空间区位效应,W1处理干旱胁迫效应极显著降低下部内围铃子棉产量;W2处理干旱胁迫效应极显著降低子棉产量区位由下部内围拓展到下部外围铃和中部内围铃;W3处理及更长时间的W5处理干旱胁迫效应极显著降低子棉产量区位扩展达下中部内、外围和上部内围铃。即干旱胁迫导致子棉减产的调节效应随干旱持续时间延长显示由下而上、有内而外的区位拓展态势。W1处理胁迫时间短,减产效应限下部内围,在解除胁迫后极显著提高下、中部外围和上部内围铃子棉产量的补偿效应实现高于CK的子棉产量;持续20d以上干旱胁迫各处理,胁迫减产效应区位趋拓展,解除胁迫后可在胁迫减产效应区位外部位获得一定提高产量的补偿效应,但其补偿效应小于干旱胁迫减产效应,结果表现极显著降低子棉产量。2.2不同处理对下下内围铃纤维重的影响花铃期土壤不同持续干旱处理的棉花衣分,显示外围果节铃高于内围果节铃(同步单铃纤维重内围高于外围)、内围果节铃衣分均以中部果枝高于上部和下部果节铃趋势,可见外围果节铃高衣分系棉子干物质积累不足主导。土壤干旱各处理下部内外围铃衣分均极显著高于CK,与此同步的外围铃单铃纤维重呈现高于CK、内围铃单铃纤维重除W1处理外则低于CK,表明土壤持续干旱胁迫在下部内围铃同步抑制棉纤维和棉子的物质积累量,而在下部外围铃更趋抑制棉子的物质积累。各处理还显示降低了中上部内围果节铃的衣分,中部外围果节铃衣分不显示差异,而单铃纤维重则显示低于CK,表明持续干旱整体降低对中上部棉铃的积累物质供应量。资料显示,W1处理胁迫解除后可能增加棉纤维干物质的总积累量,减小或解除中上部内围果节铃衣分降低效应,表现单铃纤维重不低于或高于CK处理。W4表现与W2基本一致的提高中上部内围果节铃衣分趋势(表3)。2.3干旱胁迫对棉株干物质积累的影响各处理棉株干物质积累强度开花后快速递增,50d干物质积累强度达高峰值,而后趋下降。期间显示各不同持续干旱处理棉株干物质积累强度均低于CK处理,不同干旱处理间棉株干物质积累强度随持续干旱时间的延长而降低趋势,表现与不同土壤干旱胁迫处理棉花子棉产量、成铃数和单铃重降低的趋势一致(图1)。本文以产量器官干物质积累强度Iy与棉株干物质积累强度IT的比值Ry作为产量器官干物质积累比效率(效率比),棉株干物质积累强度IT值与产量器官干物质积累比效率Ry值的积Py作为子棉产量潜载势(形成子棉产量的干物质积累潜力),解析花铃期产量形成的干物质积累势。某时间段Ry值趋大,反映该阶段干物质积累优势趋向产量器官,反之干物质累积优势趋向非产量器官;Py值趋大,反映棉株具有高干物质积累强度和干物质积累趋向产量器官的同步优势。本试验W1处理(图2、图3)花后10d干旱胁迫期间的Iy值、Ry值和Py值均低于CK,与下部内围子棉产量低于CK结果相吻合;解除胁迫20～50d期间的Iy值受干旱效应制约显现略低于CK,但Ry值和Py值均高于CK,表明开花初期的短暂干旱有利盛花结铃阶段形成产量潜载势,与极显著提高下、中部外围和上部内围铃子棉产量结果相符。W2、W4、W3、W5处理花后50d内Iy值一直低于对照,Iy高峰值仅为对照的37.60%、41.24%、43.83%、20.93%,显示严重制约花铃期产量器官干物质积累强度,与之同步的Py值也低于CK,结果与各空间部位子棉产量降低相一致。W2、W3处理在复水解除干旱胁迫后,IT值分别在30d、40d后显示一定程度恢复,与本处理中上部产量高于W5处理结果相一致。W4处理显示干旱胁迫期间及解除后Iy值、Ry值和Py值高于非喷施处理,这与喷施FA处理的增产结果相一致。3不同持续干旱胁迫对子棉产量的影响3.1棉花花铃期土壤持续干旱可能导致棉花产量和品质的损失取决于干旱持续的时间和胁迫程度。高产更高产栽培通过研究和实践适时、定量灌溉以最大限度减小干旱胁迫直接造成的减产并实现高产栽培目标。本试验表明花后持续干旱时间20d以上的胁迫效应会延续至花后50d,显示严重制约花铃期的总干物质积累强度,降低子棉产量潜载势;不同持续干旱胁迫处理对子棉产量的调节效应,显示随干旱持续时间延长而由下而上、有内而外拓展的区位态势。结果分别揭示了较长时间干旱胁迫子棉产量降产效应的不可补偿性和效应区位发展性,结果可为干旱、半干旱棉区生产实践合理的节水灌溉制度和花铃期土壤干旱胁迫的适时解除的土壤水分预测提供理论依据。上述结果也揭示在持续干旱过程可能存在将干旱胁迫降产效应减小到最低限度的复水时间阈值,需要进一步探索可作为棉花灌溉技术专家系统的依据。而花后不同持续干旱时间胁迫降产效应的区位拓展态势也为旱灾下制定可行的抗灾夺丰收有效措施提供依据。3.2本研究以土壤水分处理筛选确定的50%～55%土壤持水量作为干旱胁迫条件,表明花后持续10d短时间土壤干旱胁迫效应降低了棉株下部内围的部分产量,但又可能有效稳定初花至盛花期间的营养生长势,促进形成盛花结铃阶段的产量器官干物质积累优势和产品器官的产量增载潜力。试验结果反映了棉花生长发育的耐旱栽培特性,表明初花至盛花期间适宜干旱对高产更高产栽培具必要性,结果趋势可为干旱棉区和伏旱天气条件下的高产更高产栽培的科学灌溉提供依据。3.