不同氮肥水平条件下滴灌棉花气孔导度与土层20cm田间持水率之间的响应关系*

张建新，张勇，文秀金，何江勇

（1.新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆石河子832000；2.兵团第七师一三〇团）

不同氮肥水平条件下滴灌棉花气孔导度与土层20cm田间持水率之间的响应关系*

张建新1，张勇2，文秀金2，何江勇1

（1.新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆石河子832000；2.兵团第七师一三〇团）

采用滴灌盆栽试验，研究滴灌棉花气孔导度与土层20 cm的田间持水率之间的响应关系，取得蕾期和花铃期不同施N水平条件下其相关性及模型，结果表明，在蕾期不同处理纯N分别为N2、N4、N6 g/盆的条件下，滴灌棉花气孔导度与土层20 cm的田间持水率之间呈负相关关系，相关性系数（r）分别为-0.781、-0.890、-0.887，T检验显著水平P分别为0.119、0.043、0.045；N4 g/盆和N6 g/盆其模型为直线函数，模型拟合决定系数（R2）分别为0.792、0.786，F检验显著水平P分别为0.043、0.045，达到显著水平；花铃期，气孔导度与土层20 cm的田间持水率之间呈正相关关系，相关性系数（r）的分别为0.916、0.750、0.894，T检验显著水平P分别为0.029、0.114、0.041；N2 g/盆、N4 g/盆和N6 g/盆其模型分别为指数、对数和S，模型拟合决定系数（R2）分别为0.877、0.916、0.786，F检验显著水平P分别为0.019、0.011、0.045，达到显著水平；因此，本文研究的拟合模型函数有利地描述了滴灌棉花气孔导度与土层20 cm的田间持水率之间响应特性，为内陆干旱区绿洲农业滴灌棉花耗水量的估算提供了新的计算方法和科学依据。

滴灌；盆栽；棉花；气孔导度；田间持水率

气孔是作物水分循环和CO2交换的重要通道，它在控制碳和水分交换的平衡中起着关键作用［1］，对植物与外界环境水分、养分［2］和气体交换平衡起着重要的调节作用［3］。气孔的开闭程度是光合作用［4］和蒸腾作用强度的重要决定因素［5］，外界环境因子对其影响明显［6］，气孔的开闭程度用气孔导度来表达［7］，植物的叶片气孔导度主要受遗传及环境因素共同影响［8］。利用气孔导度研究与土壤田间持水率之间相关性，同时土壤田间持水率是又土壤水分的一项重要指标，土壤水分是干旱植物赖以生存的主要源泉，决定着植物根系的发育，而对于传统的土壤水分测量方法来说，其最大的局限就是不能提供区域范围内的土壤含水量变化信息［9］，同时调控地表水量，保护流域生态环境，控制水土质量向良性发展［10］，利用新的测量手段和方法，研究作物需水规律及特点，对当前发展节水农业具有非常重要意义，因此，研究滴灌棉花气孔导度与土层20 cm的田间持水率的响应特征，揭示滴灌棉花的生长发育的节水节肥规律和指导棉花生产具有重要意义

目前国外内有关方面研究，国外，Johan和Hakan研究了春小麦在不同发育阶段气孔导度和光合作用的变化；Peasles和Mose报道，玉米在缺氮处理时，玉米叶片叶绿素含量和气孔导度均显著降低共同导致净光合速率降低；国内，陈范骏等认为，玉米苗期伤流液中氨基酸与硝态氮的比值具有很大的遗传差异［11］，且在低氮条件下与田间产量有很好的相关性［12］，主要集中在低氮胁迫下（玉米、水稻、小麦等作物）棉花的产量［13］、吸收氮特性、氮素利用效率［14］以及植株形态特征等方面［15］，王笑影等研究了植被-大气相互作用中的气孔导度及其尺度转换，段勇华等研究发现，在缺氮、镁、钾和锌处理下，水稻各品种叶绿素、气孔导度均降低［16］，导致叶片净光合速率也明显降低［17］，且品种间降幅差异不显著。表明缺钾、镁和锌处理时水稻叶片叶绿素含量降低和气孔导度降低均导致净光合速率显著降低［18］；黄高宝等报道，在低氮条件下不同玉米品种氮素营养效率的高低［19］与品种的净光合速率、气孔导度等都有一定相关性［20］。

目前，对滴灌棉花在不同氮肥条件下土层20 cm的田间持水率和气孔导度及其特征研究的报导较少，棉花是新疆的主要经济作物［21］，蕾期和花铃期是棉花一生中生长发育2个重要时期［22］；是棉花生殖生长的关键时期；又是棉花需水需肥的关键时期，又是棉花优质高产、节水和高效的关键时期，研究滴灌棉花蕾期和花铃期土层20 cm的田间持水率与气孔导度的响应特性，深入了解滴灌棉花这个重要时期的节水节肥生理特征，对提高滴灌棉花产量具有重要意义。因此，本文采用滴灌盆栽方法研究滴灌棉花不同生育期在不同氮肥条件下土层20 cm的田间持水率与气孔导度的响应关系及其特征变化，为滴灌棉花优质高产、节水高效提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以棉花新陆早42号为供试材料，于2012年至2014年在新疆农垦科学院棉花所棉花育种良繁育基地内进行试验，供试土壤为新疆石河子一二一团新5连灌耕中壤土，容重1.632 g/m3，田间持水量20.11%；有机质含量0.64%，碱解氮42.03 mg/kg，速效磷17.80 mg/kg，速效钾271.37 mg/kg；pH值8.09，总盐0.34%。试验盆钵为塑料圆桶，上口内直径40 cm，桶底内直径31 cm，高度37 cm；离桶底31 cm处开孔，盆钵上装有塑料制内镶式的滴水管穿孔，盆钵底部铺有细砂塑料网一层，其次为细砂和小石头混合料3～4 cm，其上为供试土壤27～28 cm。滴灌系统组成：水源，Φ32球阀1个，Φ32过滤器1个，Φ32PE黑色塑料20 m，水表10块，压力表10块，Φ16球阀30个，Φ16堵头10个，Φ16内镶式滴灌管60 m，滴头流量2 L/h，滴头间距50 cm。

1.2 试验设计

灌溉定额为270 m3/667 m2（注：当前新疆兵团大田滴灌棉花的灌溉定额），滴水次数为13次（注：当前新疆兵团大田滴灌棉花的灌溉次数）；每个处理1盆，3个施肥水平分别为N2（低氮）：纯N2 g/盆，即尿素和磷酸一铵6.22 g/盆，N4（中氮）：纯N4 g/盆，即尿素和磷酸一铵7.22 g/盆，N6（高氮）：纯N6 g/盆，即尿素和磷酸一铵9.22 g/盆，施肥N∶P2O5比例为1∶0.4，N用尿素折算，P2O5用磷酸一铵折算。重复20次，共计60盆。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤田间含水率

取样时间为10：00，取土样量每次为20 g/盆，测试方法为烘干法测定。

1.3.2 气孔导度

取样时间为12：00至14：00，用SC-1气孔仪测定。

1.3.3 ABA测定

取样时间为10：00，每次每盆取伤流液量为200 μL/株，测试方法采用酶联免疫分光光度计分析方法测定。

1.3.4 土样N、P、K养分测试

10月取样，取土样量为1 000 g/盆，测试方法：N（氮）采用0.01 mol/L CaCl2浸提-紫外分光光度法，P（磷）采用Olsen法比色分析，K（钾）采用1.0 mol/LNH4OAc浸提-火焰光度法。

1.3.5 考种与测产

成熟期取样考种并测定产量。

1.4 数据分析方法

采用Excel、SPSS19等分析软件对试验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 滴灌棉花气孔导度与土层20 cm的田间持水率之间的统计特征

从表1可以看出，在蕾期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度和土层20 cm的田间持水率特征值，在施氮水平分别为N2、N4和N6，气孔导度的均值为634.780、664.533和618.206，极小值为165.733、144.500和51.733，极大值为983.600、1 078.100和1 095.000，差异明显，其峰度系数为-0.571、0.169和0.303，偏度系数为-0.569、-0.636和-0.460，服从正态分布；土层20 cm的田间持水率的均值为87.077、91.700和94.349，极小值为71.433、85.231和87.325，极大值为93.814、97.922和99.446，差异明显，其峰度系数为3.531、-2.236和-2.926，偏度系数为-1.827、-0.176和-0.546，服从正态分布；在花铃期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度和土层20 cm的田间持水率特征值，在施氮水平分别为N2、N4和N6，气孔导度的均值为1 712.584、1 565.125和2 047.980，极小值为1 383.967、629.733和744.400，极大值为2 101.900、2 436.700和3 464.300，差异明显，其峰度系数为0.625、-0.894和0.729，偏度系数为0.515、-0.145和0.267，服从正态分布；土层20 cm的田间持水率的均值为96.544、90.202和87.389，极小值为91.635和85.545和77.328，极大值为99.889、97.744和96.906，差异明显，其峰度系数为-0.374、0.039和-1.582，偏度系数为-0.839、0.948和-0.242，服从正态分布。结果表明，在蕾期和花铃期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度和土层20 cm的田间持水率特征值差异明显，服从正态分布。

表1 不同生育期不同施氮量气孔导度与田间持水率（20 cm）的统计特征值

表2 不同生育期不同施氮量气孔导度与田间持水率（20 cm）的成对样本T检验

2.2 滴灌棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间的成对样本T检验分析

从表2可以看出，在蕾期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率成对样本特征值及T检验，在施氮水平分别为N2、N4和N6条件下气孔导度与土层20 cm的田间持水率成对样本的均值为547.702、572.832和523.857，标准误为149.334、160.939和177.680，T检验值为3.668、3.559和2.948，显著水平P为0.021、0.024和0.042；在花铃期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm的田间持水率成对样本特征值及T检验，在施氮水平分别为N2、N4和N6条件下气孔导度与土层20 cm的田间持水率成对样本的均值为1 616.040、1 474.135和1 960.590，标准误为117.873、313.726和443.469，T检验值为13.710、4.699和4.421，显著水平P为0.000、0.009和0.012，结果表明，在蕾期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm的田间持水率的成对样本T检验达到显著水平；在花铃期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm的田间持水率的成对样本T检验达到极显著水平。

2.3 滴灌棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间相关性及T检验分析

表3 不同生育期不同施氮量气孔导度与田间持水率（20 cm）的相关性及T检验

从表3可以看出，在蕾期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率相关性分析及T检验，在施氮水平分别为N2、N4、N6，气孔导度与土层20 cm的田间持水率的相关系数分别为-0.781、-0.890和-0.887，T检验显著水平P为0.119、0.043和0.045；在花铃期时，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率相关性分析及T检验，在施氮水平分别为N2、N4和N6，气孔导度与土层20 cm的田间持水率的相关系数分别为0.916、0.750和0.894，T检验显著水平P为0.029、0.114和0.041，结果表明，在蕾期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率的相关性为负相关，T检验N4和N6达到了显著水平；花铃期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率的相关性为正相关，T检验N2和N6达到了显著水平。

表4 不同生育期不同施氮量气孔导度与田间持水率（20 cm）的回归关系及类型

表5 不同生育期不同施氮量气孔导度与田间持水率（20 cm）的模型拟合度及F检验

2.4 滴灌棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间拟合模型及类型

从表4可以看出，在蕾期时，施氮水平分别为N2、N4和N6条件下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间回归模型分别为Y=-4.013 X2+ 630.781 X-23 598.608、Y=-58.809 X+6 057.342、Y=-60.551X+6 331.120；在花铃期时，施氮水平分别为N2、N4、N6条件下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间回归模型分别为ln Y =0.044 X+25.224、Y=12 412.664 ln X-54 302.515、Y=-476.553/X+12.999，结果表明，在蕾期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间模型类型分别为二次、直线和直线（见图1）；花铃期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间模型类型分别为指数和对数。

2.5 滴灌棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间模型拟合度及F检验分析

从表5可以看出，在蕾期时，施氮水平分别为N2、N4和N6条件下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间的决定系数R2分别为0.925、0.792和0.786，F检验值分别为12.365、11.448和11.029，显著水平P分别为0.075、0.043和0.045；在花铃期时，施氮水平分别为N2、N4和N6条件下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间的决定系数R2分别为0.877、0.916和0.786，F检验值分别为21.382、32.661和11.001，显著水平P分别为0.019、0.011和0.045，结果表明，在蕾期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间的模型拟合度N4和N6达到了显著水平；花铃期，不同处理水平氮的施用量下，棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间的模型拟合度N2、N4和N6达到了显著水平。

3 小结

（1）在蕾期时，N2、N4和N6棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间呈负相关关系，相关性（r）系数分别为-0.781、-0.890、-0.887，N4和N6的T检验水平P为00.043和0.045，达到了显著水平（见表3）；N4和N6的拟合模型分别为直线函数和直线函数（见表5），决定系数R2分别为0.792和0.786，F检验水平P分别为0.043和0.045，达到了显著水平；（2）在花铃期时，N2、N4和N6棉花气孔导度与土层20 cm田间持水率之间呈正相关关系，相关性（r）系数分别为0.916、0.750和0.894，N2、N4和N6的T检验水平P为0.029、0.114和0.041，达到了显著水平（见表3）；N2、N4和N6的拟合模型分别为指数函数、对数函数和S函数（见表5），决定系数R2分别为0.877、0.916和0.786，F检验水平P分别为0.019、0.011和0.045，达到了显著水平。

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2015—07—23

国家国际科技合作专项“基于ABA信号的滴灌棉花水肥调控技术合作研究”，项目编号：2011DFA32800。