不同氮水平处理下滴灌棉花气孔导度与土层（10 cm）田间持水率之间的响应特征

张建新+何江勇+石荣媛

摘    要：为了揭示滴灌棉花节水节肥效果，为滴灌棉花节水节肥提供技术参数和理论依据，以新陆早42号为试验材料，采用滴灌盆栽试验，研究滴灌棉花气孔导度与土层（10 cm）的田间持水率之间的响应关系，获得蕾期和花铃期不同施N水平条件下其相关性和模型。结果表明，在蕾期不同处理纯N分别为2，4，6 g·盆-1的条件下，气孔导度与土层10 cm的田间持水率之间呈负相关关系，相关性系数（r）分别为-0.859，-0.863，-0.934，T检验显著水平P为0.062，0.059，0.020;6 g·盆-1处理的拟合模型为线性函数，模型拟合决定系数（R2）为0.872，F检验显著水平P为0.020，达到显著水平;花铃期，气孔导度与土层10 cm的田间持水率之间呈正相关关系，相关性系数（r）分别为0.918，0.750，0.867，T检验显著水平P为0.028，0.144，0.057;2 g·盆-1处理的拟合模型为指数函数，模型拟合决定系数（R2）为0.891，F检验显著水平P为0.016，达到显著水平。该函数模型很好地描述了滴灌棉花气孔导度与土层10 cm的田间持水率之间的相关关系，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理论依据。

关键词：滴灌;盆栽;棉花;气孔导度;田间持水率

中图分类号：S562            文献标识码：A              DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.11.001

Response Characteristics between Drip Irrigation Cotton Stomatal Conductance and Field Capacity of 10 cm Soil Layer under Different Conditions of Nitrogen Fertilizers

ZHANG Jian-xin1， HE Jiang-yong1，   SHI Rong-yuan2

（1. Institute of Irrigation and Water Conservancy and Soil and Fertilizer of Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences， Shihezi City， Xinjiang 832000，China; 2. Paotai Soil Improvement Test Station of Eighth Division， Xinjiang Production and Construction Corps， Shihezi City， Xinjiang 832066，China ）

Abstract： To reveal the water-saving and fertilizer-saving effect of the drip irrigation cotton and provide technical parameters and theoretical basis， the No.42 Xinluzao Cotton was taken as experimental material， the experimental method of drip irrigation potting was adopted to study the response relationship between the drip irrigation cottons stomatal conductance and the field capacity 10 cm beneath the ground， acquiring the correlation and model of the blossoming stage and the bud stage under different nitrogen fertilizer levels. The results showed that during the bud stage of cotton， there was negative correlation between stomatal conductance and field capacity 10 cm beneath the ground under the nitrogen fertilizer level of 2， 4， 6 g per pot（N）， and the relative coefficients （r） were -0.859， -0.863， -0.934， the significant level P of T test were 0.062， 0.059， 0.020; the fitting model of 6 g per pot （N） was linear function， the model fitting determination coefficients （R2） was 0.891， and the significant level P of F test was 0.016， reaching the significant level. Therefore， the function model studied in this paper have described the response relationship between the drip irrigation cottons stomatal conductance and the field capacity 10 cm beneath the ground， thus providing new computing methods and theoretical basis with the estimation of water consumption of drip irrigation cotton in the oasis farming of inland arid region.

Key words： drip irrigation;potting;cotton;stomatal conductance;field capacity

气孔是土壤—植被—大气连续体（SPAC）物质、能量[1]以及信息交换的重要通道[2]，对植物与外界环境水分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和蒸腾作用强度的重要决定因素，外界环境因子对其影响明显，气孔又是作物水分循环和CO2交换的重要通道。在植物生理生态学中，气孔的开闭程度用气孔导度来表达[4]，它在控制碳和水分交换的平衡中起着关键作用[5] ，叶片气孔导度主要受遗传及环境因素共同影响。研究滴灌棉花气孔导度和土层10 cm的田间持水率的响应关系，对揭示滴灌棉花的生长发育的节肥节水规律和指导棉花生产具有重要意义。

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[6];Ye和Yu建立了冬小麦气孔导度与光合作用的耦合模型[7];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[8];Shimshi发现，氮素缺乏的植株不能像供给氮素适量的植株那样使气孔关闭正常[9]，气孔导度降低[10]。国内若何萍等认为，氮钾配比不仅可以增加玉米叶片中IAA、ZR和GA3含量[11]，降低ABA含量[12]，而且能够调节各个激素之间的平衡[13];库文珍等[14]认为，水稻耐低钾与其植物激素水平或植物激素间比例关系有关;陈范骏等[15]认为，玉米苗期上流液中氨基酸与硝态氮的比值具有很大的遗传差异，且在低氮条件下与田间产量有很好的相关性，主要集中在低氮胁迫下（玉米、水稻、小麦等作物）棉花的产量[16]、吸收氮特性、氮素利用效率[17]以及植株形态特征等方面[18]，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[19]， 段勇华等[20]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，导致叶片净光合速率也明显降低，且品种间降幅差异不显著，这表明缺钾、镁和锌处理时水稻叶片叶绿素含量降低[21]和气孔导度降低均导致净光合速率显著降低[22]。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与品种的净光合速率、气孔导度等都有一定相关性[23-26]。

上述研究主要是气孔导度与养分、叶绿素和光合作用之间的相关性研究，而近几年来，报道滴灌棉花在不同氮肥条件下土层10 cm的田间持水率和气孔导度及其特征研究的相关内容较少，研究滴灌棉花蕾期和花铃期的土层10 cm的田间持水率与气孔导度特性，对深入了解滴灌棉花这个重要时期的节水节肥生理特征，提高滴灌棉花产量具有重要意义;因此，本研究采用滴灌盆栽方法，研究滴灌棉花在不同生育期限不同氮肥条件下土层10 cm的田间持水率和气孔导度及其特征变化，为滴灌棉花优质高产节水高效提供理论和技术依据。

1 材料和方法

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。供试土壤为新疆石河子121团新五连灌耕中壤土，容重为1.632 g·m-3，田间持水量为20.11%，基础肥力为有机质含量0.64%，碱解氮42.03 mg·kg-1，速效磷17.80 mg·kg-1，速效钾271.37 mg·kg-1，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，细砂和小石头混合料3～4 cm，装有供试土壤27～28 cm。滴灌系统：水源，32球阀一个，32过滤器一个，32PE黑色塑料20 m，水表10块，压力表10块，16球阀30个，16堵头10个，16内镶式滴灌管60 m。滴头流量2 L·h-1，滴头间距为50 cm。

1.2 试验设计

盆栽试验设计：4 050  m3·hm-2（当前新疆兵团大田滴灌棉花的灌溉定额），滴水次数为13次（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，重复20次，共计60盆。3个施肥水平分别为：N2（低氮），纯N：2 g·盆-1，即尿素和磷酸一铵6.22 g·盆-1;N4（中氮）：纯N：4 g·盆-1，即尿素和磷酸一铵7.22 g·盆-1， N6（高氮）：纯N：6 g·盆-1，即尿素和磷酸一铵9.22 g·盆-1。施肥比例N∶P2O5为1∶0.4，N用尿素折算，P2O5用磷酸一铵折算。

1.3 测定项目及方法

土壤田间持水率：取样时间为早上10：00，取土样量为20 g·盆-1·次-1，测试方法为烘干法。

气孔导度：取样时间为中午12：00—14：00，采用SC-1气孔仪测定。

叶绿素：取样时间为中午12：00—14：00，每株测5点次，采用SPAD-502叶绿素仪测定。

土样采集N、P、K养分测试：10月份取样，取土样量为1 000 g·盆-1，测试方法N（氮）采用0.01 mol·L-1 （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·L-1 NH4OAc浸提—火焰光度法。

根系收集：在11月份，整个植株进行测定根的形态和质量形态、质量。

成熟期考种及产量测定。

1.4 数据分析方法

使用Excel，SPSS19等分析软件。

2 结果与分析

2.1 滴灌棉花气孔导度与土层（10 cm）田间持水率之间的统计特征

从表1可以看出，滴灌棉花在蕾期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度和土层为10 cm的田间持水率特征值，在施氮水平分别为N2、N4和N6时气孔导度的均值分别为634.780，664.533， 618.206，极小值分别为165.733，144.500，51.733，极大值分别为983.600，1 078.100，1 095.000，差异明显，其峰度系数分别为-0.571，0.169和0.303，偏度系数分别为-0.569，-0.636和-0.460，服从正态分布;土层为10 cm的田间持水率的均值分别为80.284，88.295，92.707，极小值分别为56.343，81.719，87.724，极大值分别为92.69， 93.752，97.135，差异明显，其峰度系数分别为1.515，-2.399，-2.651，偏度系数分别为-1.331，-0.372，-0.341，服从正态分布。

在花铃期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度和土层为10 cm的田间持水率特征值，在施氮水平分别为N2、N4和N6时气孔导度的均值分别为1 712.584，1 565.125，2 047.980，极小值分别为1 383.967，629.733，744.400，极大值分别为2 101.900，2 436.700，3 464.300，差异明显，其峰度系数分别为0.625，-0.894，0.729，偏度系数分别为0.515，-0.145，0.267，服从正态分布;土层为10 cm的田间持水率的均值分别为96.335， 90.989，92.276，极小值分别为90.435，85.790， 78.693，极大值分别为99.876，99.176，99.979，差异明显，其峰度系数分别为1.376，1.370，0.620，偏度系数分别为-1.168，1.155，-1.192，服从正态分布。这表明气孔导度和土层为10 cm的田间持水率特征值差异明显，服从正态分布。

2.2 滴灌棉花气孔导度与土层（10 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，滴灌棉花在蕾期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度与土层为10 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为10 cm的田间持水率成对样本的均值分别为554.495，576.237，525.498，标准误分别为339.584， 359.613，396.098，T检验值分别为3.651，3.583， 2.967，显著水平P分别为0.022，0.023，0.041。

在花铃期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度与土层为10 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为10 cm的田间持水率成对样本的均值分别为1 616.248，1 474.135，1 955.703，标准误分别为263.207，701.513，991.175，T检验值分别为13.731，4.699，4.412，显著水平P分别为0.000，0.009，0.012。这表明，气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的成对样本T检验达到显著水平。

2.3 滴灌棉花气孔导度与土层（10 cm）田间持水率之间相关性及T检验分析

从表3可以看出，滴灌棉花在蕾期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度与土层为10 cm的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时气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的相关系数（r）分别为-0.859，-0.863，-0.934，T检验显著水平P为0.062，0.059，0.020。

在花铃期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度与土层为10 cm的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时气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的相关系数（r）分别为0.918，0.750，0.867，T检验显著水平P为0.028，0.144，0.057。这表明， 蕾期时气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的相关性为负相关，T检验N6处理达到了显著水平，花铃期时气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的相关性为负相关，T检验N2处理达到了显著水平。

2.4 滴灌棉花气孔导度与土层（10 cm）田间持水率之间拟合模型及类型

从表4可以看出，滴灌棉花在蕾期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度与土层为10 cm的田间持水率回归分析及模型，在施氮水平分别为N2、N4和N6时气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间回归模型分别为Y=-0.933X2+119.779X-2 806.597，Y=-6.995X2+1 168.574X-47 827.508，Y=-87.902X+8 767.436。

在花铃期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度与土层为10 cm的田间持水率回归分析及模型，在施氮水平分别为N2、N4和N6时气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间回归模型分别为ln Y= 0.039X+38.448，Y=102.577X-7768.316，Y=-479.894/X+12.750，这表明，蕾期时在施氮水平分别为N2、N4和N6时，气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间模型类型分别为二次、二次和直线（见图1），花铃期时在施氮水平分别为N2、N4和N6，气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间模型类型分别为指数、直线和S（图1）。

2.5 滴灌棉花气孔导度与土层（10 cm）田间持水率之间模型拟合度及F检验分析

从表5给出滴灌棉花在蕾期时，不同氮肥施用量下，棉花气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的模型拟合度及F检验，在施氮水平分别为N2、N4和N6时气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间的决定系数R2分别为0.921，0.825，0.872，F检验值分别为0.921，4.703，20.422，显著水平P分别为0.841，0.175，0.020。

在花铃期时，不同氮肥的施用量下，棉花气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的模型拟合度及F检验，在施氮水平分别为N2、N4和N6时气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间的决定系数R2分别为0.891，0.563，0.865，F检验值分别为24.508，3.862，19.187，显著水平P分别为0.016，0.144，0.022。这表明，蕾期时N6处理气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间的模型拟合N6处理达到显著水平;花铃期时N2和N6处理气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间的模型拟合达到显著水平。

3 结论与讨论

气孔调节指适应环境胁迫情况的气孔反应的变化，也就是植物通过气孔的开关，控制气体扩散的速度，以解决植物受环境胁迫的问题，利用气孔开关调节蒸腾和光合是一个有效的方式。已有研究以氮、钾、镁和锌为胁迫因子，建立了气孔导度与光合作用、叶绿素和激素之间的相关模型，笔者则研究了不同氮肥水平条件下滴灌棉花气孔导度与田间持水率之间的相关性。

（1）在蕾期时，N2、N4和N6棉花气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的相关性（r）为负相关，分别为-0.859，-0.863，-0.934，T检验N6处理达到了显著水平，决定系数R2分别为0.921，0.825，0.872，F检验N6处理达到了显著水平，N6处理条件下棉花气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间的拟合模型为直线函数。

（2）在花铃期时，N2、N4和N6棉花气孔导度与土层为10 cm的田间持水率的相关性（r）为正相关分别为0.918，0.750，0.867，T检验N2达到了显著水平。决定系数R2分别为0.891，0.563， 0.865，F检验N2和N6处理达到了显著水平，施氮水平为N2和N6处理的棉花气孔导度与土层为10 cm的田间持水率之间的拟合模型分别为指数函数和S函数。

以上不同氮水平处理下滴灌棉花气孔导度与土层（10 cm）田间持水率之间的相关性及拟合模型的确定，还有待进一步研究和完善。

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