灌水量和水质对盆栽棉花出苗率和苗期生长的影响

潘秋艳，刘玉春，徐 倩，孙红春，李存东，朱 浩，白彩虹

(1.河北农业大学城乡建设学院，河北 保定 071001；2.河北农业大学农学院，河北 保定 071001)

微咸水和再生水在水源不足的农业区是一种重要的灌溉水源，用于耐盐性较强的作物灌溉是缓解水资源危机的有效途径之一。微咸水灌溉较淡水灌溉减产，但较旱地增产[1]。贾玉珍等[2]研究表明，土壤盐分对棉花出苗有明显影响，一般是随土壤含盐量的增加，棉花出苗率递减；冯棣等[3]研究表明，灌水矿化度达到一定水平后棉花出苗率显著降低；王春霞等[4]研究表明，灌水矿化度及土壤含盐量均与棉花相对出苗率呈线性负相关；王俊娟等[5]研究表明，在不同生育阶段棉花耐盐能力不同，萌发出苗期是盐敏感时期；而张俊鹏等[6]认为低矿化度的微咸水不会明显影响棉花出苗率。有研究认为，微咸水灌溉增加土壤盐分，可能导致棉花株型矮小，茎部纤细，叶面积降低等[7-10]；而孙肇君等[11]研究表明，棉花耐盐能力随生育期推进而增强；马丽娟等[12]研究表明，适宜矿化度和灌溉水量的微咸水对棉花生长影响不大。Hogg等[13]，Qian等[14]，Chakrabatri等[15]研究表明再生水灌溉具有增加土壤表土盐分的趋势；但魏益华等[16]认为，再生水中含有大量的氮磷钾，能够增加土壤肥力，减少施肥，而且短期再生水灌溉对土壤环境不会造成重金属累积污染的影响。前人研究多是对微咸水或再生水灌溉的单一研究，而将微咸水和再生水灌溉进行综合研究的较少。本文采取微咸水和再生水对棉花进行灌溉，研究了对棉花出苗率、苗期冠层生长情况和根系生长情况的影响，旨为微咸水和再生水在棉花灌溉中的应用提供理论和技术指导。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验在河北省保定市河北农业大学东校区绿化区内进行，分别于2014年4月20日至6月25日和6月26日至8月11日进行了2期试验。保定市位于38°10′-40°00′ E、113°40′-116°20′ N,属温带季风性气候，多年平均最低和最高气温分别为-12和27 ℃，年日照时数2 500～2 900 h，无霜期165～210 d，多年平均降水量550 mm左右。

试验地块东西长10 m，南北宽3 m，总面积30 m2。盆栽试验用土壤取自试验地块0～20 cm土层，土壤物理性质经百特激光粒度分析系统Ver 7.21测定，并根据中国土壤质地分类确定为沙粉土，见表1。试验用土壤的初始养分含量由TRF-2PC型土壤测试仪测定，见表2。

表1 供试土壤物理和水力特性参数Tab.1 Physical and hydraulic properties of experimented soil

表2 试验土壤初始养分含量Tab.2 Test the initial soil nutrient content

1.2 试验设计

试验设置灌水量和灌水水质2个试验因素，灌水量考虑4个试验水平，分别为田间持水率f的95%、85%、70%和55%，分别记为W1、W2、W3和W4；灌水水质考虑微咸水和再生水，其中微咸水考虑低、中和高3个矿化度水平，用清水作为对照，5个水质水平分别记为Q1、Q2、Q3、Q4和Q5。微咸水用离子成分摩尔配比NaCl∶Na2SO4∶CaCl2∶MgCl2=4∶2∶1∶1人工配置成低、中和高3个矿化度，第1期试验低、中和高3个矿化度分别设置为2、3、4 g/L，第2期试验低、中和高3个矿化度分别设置为2、4、6 g/L；再生水取自保定银定庄污水处理厂过滤池，COD含量为26.0～30.8 mg/L、NH4-N含量为4.5～8.9 mg/L、总磷含量为3～4 mg/L、总氮含量为3.0～3.8 mg/L；对照用清水取自河北农业大学东校区绿化区水井。试验共20个处理，每个处理设置10个重复，采用完全随机试验设计，共计200个试验用盆。

试验用瓦盆高17 cm、盆底和盆口直径分别为15和20 cm，总容积16 458 cm3。试验土壤过5 mm筛，按初始密度分层均匀填装，填装深度15 cm。装好后覆膜将盆埋于土沟中。静置48 h后，按4个灌水水平进行播前灌，2 d后将表层土壤疏松，每盆均匀播种20粒棉籽，试验用材料为农大棉601，待棉苗长到3片真叶时定苗，每盆留长势均匀的棉苗1株。试验无基肥和追肥，雨天用塑料棚遮盖，无雨淋。

1.3 测定项目及方法

棉花播种后每个处理选取3个重复每天早晨6∶00-7∶00用AMT-300电子四合一土壤测试计测量土壤温度，第1期试验土壤温度为14～23 ℃，第2期试验土壤温度为23～28 ℃。用20 cm蒸发皿测量水面蒸发量，第1期试验日平均蒸发量5.35 mm，第2期试验日平均蒸发量6.31 mm。试验采用土钻取样用烘干法测量土壤含水率，每5～7 d灌水一次，第1期灌水7次，W1、W2、W3和W4灌水量处理分别灌水77.0、66.5、56.0和45.5 mm，第2期灌水6次，W1、W2、W3和W4灌水量处理分别灌水66、57、48和39 mm。

试验测定项目包括出苗量、株高、茎粗、叶长、最大叶宽、叶绿素SPAD值、根系干重和冠层干重等。自出苗开始，每天统计出苗量，以出苗量与播种棉籽数之比作为出苗率。试验期间每个处理选取长势均匀的棉株3株，每周采用直尺测量植株的株高；用游标卡尺测量植株的茎粗；用直尺测量叶片的长度和最大叶宽，计算叶面积指数LAI，其中棉花的叶面积系数取为0.75[17]；用SPAD测量仪测量叶绿素含量；试验结束时将棉株自子叶节剪断，分为根系和冠层，用去离子水清洗后，70 ℃烘干，称重测定根系干重和冠层干重，计算根冠比[17]。

1.4 试验数据分析方法

数据分析采用数据分析软件SPSS Statistics 17.0 V进行，选用Duncan新复极差法进行多重比较，利用Microsoft Excel 2007进行数据处理及作图。

2 结果与分析

2.1 播前灌水量和水质对盆栽棉花出苗率的影响

表3给出了播前灌水量对出苗率的影响及方差分析结果，可知，在播前灌水量W1、W2、W3和W4处理时，第1期试验平均出苗率分别为61.7%、58.0%、61.5%和55.6%，第2期试验平均出苗率分别为72.7%、75.9%、67.1%和59.1%。方差分析结果表明第1期试验播前灌水量对出苗率没有显著影响，第2期试验对出苗率在α<0.01水平上影响极显著。可知，出苗率随着播前灌水量的减少而降低。而第2期试验出苗率高于第1期试验，可能是由于第2期试验土壤温度较高，有利于出苗。

表3 播前灌水量对棉花出苗率的影响及方差分析结果 %

注：同列中的不同大写字母表示0.01水平差异显著，小写字母表示0.05水平差异显著。

表4给出了播前灌水水质对出苗率的影响及方差分析结果，第1期试验在播前灌水水质Q1、Q2、Q3、Q4和Q5处理时，平均出苗率分别为62.4%、63.0%、62.7%、59.5%和48.4%，微咸水3个矿化度对出苗率的影响无显著差异，与对照清水相比，微咸水和再生水处理出苗率增加29.62%和22.98%。第2期试验在播前灌水水质Q1、Q2、Q3、Q4和Q5处理时，平均出苗率分别为75.6%、64.1%、61.7%、73.2%和68.7%，随着微咸水矿化度增加出苗率降低，与对照清水相比，2 g/L微咸水和再生水处理出苗率增加10.00%和6.50%，4和6 g/L微咸水处理出苗率降低6.72%和10.18%。方差分析表明，播前灌水水质对第1期和第2期的出苗率在α<0.01水平上影响显著。说明，2～4 g/L微咸水和再生水有利于棉花出苗，高矿化度微咸水会抑制棉花出苗。

表4 播前灌水水质对棉花出苗率的影响及方差分析结果 %

2.2 灌水量和水质对盆栽棉花苗期冠层生长的影响

不同灌水量和水质对盆栽棉花苗期株高的影响见图1。分析可知，灌水量W1、W2、W3和W4处理时，第1期试验平均株高分别是13.4、9.6、8.4和6.8 cm，第2期试验平均株高分别是18.2、17.9、16.2和15.8 cm，棉花苗期株高随着灌水量的减少而降低，说明苗期灌水量对棉花株高影响显著。与对照清水相比，第1期试验2、3、4 g/L微咸水和再生水处理时株高增加了30%、22%、42%和41%；第2期试验2、4、6 g/L微咸水处理时株高降低了10%、30%和27%，再生水处理时株高增加了2%。说明在环境温度较低的情况下，盐分胁迫不明显时，2、3、4 g/L微咸水和再生水有利棉花株高的生长；在环境温度较高的情况下，盐分胁迫明显时，微咸水抑制苗期株高生长。

图1 灌水量和水质对盆栽棉花苗期株高的影响Fig.1 Effects of irrigation amount and water quality on plant height of potted cotton in Seedling Stage

图2 灌水量和水质对盆栽棉花苗期茎粗的影响Fig.2 Effects of irrigation amount and water quality on the stem diameter of potted cotton in Seedling Stage

图3 灌水量和水质对盆栽棉花苗期LAI的影响Fig.3 Effects of irrigation amount and water quality on LAI of potted cotton in Seedling Stage

不同灌水量和水质对盆栽棉花苗期茎粗和叶面积指数LAI的影响见图2和图3。分析可知，灌水量W1、W2、W3和W4处理时，第1期试验平均茎粗分别是3.56、3.24、3.04和2.86 mm，第2期试验平均茎粗分别是4.82、4.63、4.19和4.10 mm，随着灌水量的减少茎粗降低，表明苗期灌水量对棉花茎粗的影响显著。第1期试验2、3、4 g/L微咸水和再生水处理棉花茎粗比对照清水处理增加了20.48%、12.32%、10.90%和18.97%，表明微咸水浓度越高，对棉花茎粗影响越显著；第2期试验2、4、6 g/L微咸水和再生水处理棉花茎粗比对照清水处理降低了14.85%、21.97%、14.99%和5.98%，表明在环境温度较高时，微咸水和再生水会抑制棉花苗期的茎粗。方差分析结果表明，灌水量和水质对两期试验棉花茎粗和叶面积指数LAI在α<0.05水平上影响显著，灌水量和水质对叶面积指数LAI的影响与对茎粗的影响规律相同。

SPAD值可以间接反映作物叶片的叶绿素含量，图4给出了灌水量和水质对盆栽棉花苗期SPAD值的影响。分析可知，在灌水量W1、W2、W3和W4处理时，第1期试验SPAD值分别为46.24、49.96、48.11和47.34，第2期试验SPAD值分别为33.98、35.25、36.95和36.21，第1期试验SPAD值高于第2期，可能原因是第2期试验环境温度高于第1期，水分胁迫程度高于第1期，导致植物叶片叶绿素含量降低，并会促进已形成的叶绿素加速分解。

在灌水水质Q1、Q2、Q3、Q4和Q5处理时，第1期试验SPAD值分别为48.98、46.49、43.92、49.58和48.09，第2期试验SPAD值分别为33.75、38.55、36.69、33.45和35.54，与对照清水相比，第1期试验2 g/L微咸水和再生水处理时SPAD值分别增加1.86%和3.11%，3，4 g/L微咸水处理时SPAD值分别降低3.38%和8.67%，第2期试验4，6 g/L微咸水处理时SPAD值分别增加8.46%和3.23%，2 g/L微咸水和再生水处理时SPAD值分别降低5.03%和5.86%。方差分析可知，2期试验中灌水量对SPAD值没有显著影响，灌水水质对SPAD值在α<0.05水平上影响显著。

图4 灌水量和水质对盆栽棉花苗期SPAD值的影响Fig.4 Effects of irrigation amount and water quality on SPAD value of potted cotton in Seedling Stage

2.3 灌水量和水质对盆栽棉花苗期根冠比的影响

表5给出了灌水量和水质对盆栽棉花苗期根冠比的影响及方差分析结果。在灌水量W1、W2、W3和W4处理时，第1期试验根系干重分别为0.50、0.56、0.44和0.39 g，冠层干重分别为1.38、1.16、0.97和0.73 g；第2期试验根系干重分别为0.89、0.76、0.67和0.59 g，冠层干重分别为2.21、2.14、1.88和1.74 g。随着灌水量的减少根系干重和冠层干重减轻，第1期试验根系和冠层干重低于第2期的可能原因是第2期试验日照时间增长，光合作用加强，有利于干物质的积累。

在灌水水质Q1、Q2、Q3、Q4和Q5处理时，第1期试验根系干重分别为0.53、0.51、0.43、0.58和0.33 g，冠层干重分别为1.20、1.01、0.96、1.26和0.87 g，与对照清水相比，2，3和4 g/L微咸水和再生水处理时根系干重增加了60.6%、54.5%、30.3%和75.5%，冠层干重增加了37.9%、16.1%、10.3%和44.8%，随着微咸水浓度增加根系和冠层干重降低；第2期试验根系干重分别为0.60、0.54、0.58、0.85和0.91 g，冠层干重分别为1.94、1.46、1.68、2.42和2.45 g，与对照清水相比，2，4和6 g/L微咸水和再生水处理时根系干重降低了34.1%、40.6%、36.2%和6.6%，冠层干重降低了20.8%、40.4%、31.4%和1.2%，随着微咸水浓度增加抑制作用增强。方差分析结果表明，灌水量和水质对根系和冠层干重在α<0.05水平上影响显著，对苗期根冠比无显著影响。

表5 灌水量和水质对根系干物质的影响及方差分析结果Tab.5 Effect of irrigation amount and irrigation water quality on root dry matter and analysis of variance

注：同列中的不同小写字母表示0.05水平差异显著。

3 结 语

通过不同灌水量时微咸水和再生水处理对盆栽棉花出苗率、苗期生长情况和苗期根冠比影响的试验，得出以下结论：

(1)灌水量和水质对棉花出苗率有极显著影响，棉花出苗率随着播前灌水量的减少而降低，适当提高土壤温度有利于出苗；出苗率随着矿化度的升高而减低，2～4 g/L微咸水和再生水作为播前灌水水质有利于棉花出苗，高于4 g/L矿化度的微咸水对棉花出苗起抑制作用。

(2)灌水量对棉花苗期冠层生长情况、根系干重和冠层干重有显著影响，棉花苗期株高、茎粗、叶面积指数LAI、根系干重和冠层干重随着灌水量的减少而降低，棉花叶片叶绿素含量在水分胁迫作用下降低。

(3)灌水水质对棉花苗期冠层生长情况、根系干重和冠层干重有显著影响。在环境温度较低时，盐分胁迫不明显，2～4 g/L微咸水和再生水处理促进株高、茎粗、叶面积指数LAI、根系干重和冠层干重的增加，2 g/L微咸水和再生水处理促进SPAD值增加，3～4 g/L微咸水降低SPAD值；在环境温度较高时，盐分胁迫明显，2～6 g/L微咸水处理抑制株高、茎粗、叶面积指数LAI、根系干重和冠层干重的增加，再生水处理略微促进株高、茎粗、叶面积指数LAI增加，抑制根系干重和冠层干重的增加，2 g/L微咸水和再生水处理抑制SPAD值增加，4～6 g/L微咸水促进SPAD增加。

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