磁化次数及磁化灌溉量对棉花生长发育及其产量的影响

黄光伟，翟云龙，吴全忠，李 玲，刘太杰，郭子轩，孟炎奇，陈国栋

(塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔 843300)

0 引 言

【研究意义】在棉花生产中，水资源显得尤为重要，我国当前人均水资源占有量不足世界的四分之一，资源性缺水十分严重[1]。新疆的水资源更为匮乏，一直以来，干旱始终是制约新疆农业发展的一个重要因素[2]。发展节水灌溉农业对新疆南疆发展节水型集约可持续农业有实际意义。【前人研究进展】有研究提出[3-5]将农业灌溉水通过磁场，使其变为“磁化水”，对作物的生长发育有很大的影响。赵黎明等[6]在日光温室下，分析对比了磁化水与普通农田灌溉水的生长差异，结果表明，磁化水可以提高秧苗根冠比，显著增加作物干物质量，秧苗的体积、根系长度以及根数增长较快，促进植株根系生长。磁化灌溉水还可以显著提高冬瓜种子发芽率和发芽势，可以使冬瓜种子保全苗、出齐苗[7]。王德军[8]用不同磁化处理对杉木种子及其幼苗的叶绿素荧光参数的测定，研究结果显示，一定强度的磁化水会促进杉木种子及其幼苗的发育。磁化水对作物的种子、幼苗以及作物生长发育均有促进作用，可以提高作物经济产量。【本研究切入点】前人虽进行了磁化水对作物影响的研究，但对于灌溉水的磁化次数以及磁化灌溉定额对作物的影响研究甚少。研究开展灌溉水的磁化次数以及磁化灌溉定额的配套试验。【拟解决的关键问题】研究灌溉水的最佳磁化次数及磁化水灌溉定额，提高棉田产量，提高灌溉水利用系数[9]，实现水分生产效率最大化，达到节水灌溉[10-11]，为南疆地区发展节水型集约可持续农业提供理论和实践支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验区地处阿克苏地区沙雅县海楼乡乔格铁热克村。该地区常年平均日照3 031.2 h，7月最长达308.3 h，日平均9.9 h，1月最短仅202.5 h，日平均6.58 h。平均气温10.7℃，7月最高24.9℃，极端最高气温41.6℃，最低气温-28.7℃。年平均降水47.3 mm，年均蒸发量2 000.7 mm。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

参试棉花品种为冀杂708，试验地于4月8日进行宽窄行播种，其株行配置为(10+66+10+66+10)(cm)×12.5 (cm)，1膜6行3带。试区土壤质地为砂壤土。播种前取土样测定基础肥力土壤基础肥力值碱解氮100.17 mg/kg，速效磷2.42 mg/kg，速效钾223.82 mg/kg，有机质14.55 g/kg，pH 7.93，EC286.05 uS/cm。2018～2019年试验共设3个处理，3次重复，共9个小区，采用随机区组设计，在不磁化(T0)、一次磁化(T1)、二次磁化(T2)中挑选一个较优的处理。2018年设置不同的灌溉定额[T1(2 640 m3/hm2)、T2(2 880 m3/hm2)、T3(3 120 m3/hm2)、T4(3 360 m3/hm2)、T5(3 660 m3/hm2)]，重复3次，采用随机区组设计。全田全生育期共灌水8次。表1

表1 不同处理灌溉日期及灌溉量Table 1 Irrigation date and irrigation amount of different treatments (m3/hm2)

1.2 方 法

1.2.1 棉花农艺性状测定

棉花从出苗到吐絮经历的天数称为棉花生育期。随着棉花生育期的推进，定期对各个形态指标进行观测，各个处理分别进行挂牌标记，挑选连续且长势均匀的5株棉花，分别在棉花苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期测定株高、叶面积。其中叶面积的测量是在棉花生育期内进行定株活体测量，其方法采用长宽系数法。

1.2.2 棉花干物质测定

分别在棉花的苗期、蕾期、花铃期、吐絮期采集棉株地上部分的植株样品，在每个小区随机选取有代表性的3株棉花，按不同器官分离开，在105℃下杀青30 min，85℃条件下烘干至恒重，记录干物质重。

1.2.3 棉花考种测定

在棉花成熟期间进行田间测产，每个处理选取连续5株带回室内进行考种，分别测定其株高、果枝数、单株铃数、节位数、始节高度等农艺性状。在吐絮盛期时，每小区随机抽取50个正常吐絮棉铃，分别测定其籽棉重、单株铃数，计算单铃重，籽棉分别进行轧花，测定皮棉重，计算衣分。

2 结果与分析

2.1 不同磁化次数对棉花生长发育及其产量的影响

2.1.1 不同磁化次数对棉花株高的影响

研究表明，不同处理间棉花株高存在显著性差异。各处理的株高在打顶后均出现生长缓慢的现象，T0(CK)处理下的棉花株高随生育期推进呈先增高后下降的趋势；T1(一次磁化)处理下的棉花株高随生育期推进持续增高；T2(二次磁化)处理下的棉花株高随生育期推进持续增高，在花期后增长缓慢。且T2处理的株高显著高于T1、T0(CK)处理下的植株，增加磁化次数会显著促进植株高度的生长。图1

图1 喷施不同磁化次数棉花株高变化Fig.1 Effect of different magnetization times on cotton plant height

2.1.2 不同磁化次数对棉花叶面积指数的影响

研究表明，棉花叶面积指数在各个生育期均存在显著性差异，T0处理的棉花叶面积指数呈先增加后减小的趋势，T1处理和T2处理的棉花叶面积指数随生育期推进持续增高，且总体表现为T2>T1>T0。增加磁化次数会促进棉花叶面积指数的增加。图2

图2 喷施不同磁化次数棉花叶面积指数变化Fig. 2 Effect of different magnetization times on cotton leaf area index

2.1.3 不同磁化次数对棉花干物质积累及其分配的影响

研究表明，各个处理棉花单株干物质曲线均呈抛物线增长，均符合“S”型增长曲线。随着生育期的推进，各处理苗期增长较为缓慢，蕾期开始营养生长与生殖生长并进，植株生长加快，花铃期后棉花主要进行生殖生长，故8月20日(盛铃期)达到极大值，8月20日(盛铃期)之后由于棉花叶片脱落导致干物质积累量会有所下降。

随着磁化次数的增加，各个处理干物质积累量也随之增加。植株苗期至现蕾初期，未施用磁化灌溉水之前，各处理干物质积累量无显著差异，第一次灌水之后(6月20日)，植株干物质积累量逐渐出现差异，且随着生育期的推进差异逐渐明显，至8月20日(盛铃期)差异最为显著。T2(二次磁化)、T1(一次磁化)处理下的植株显著高于T0(CK)处理的植株，且各处理干物质积累量总体表现为T2(二次磁化)>T1(一次磁化)>T0(CK)，增加磁化次数可以显著增加棉花干物质积累量。图3

图3 喷施不同磁化次数棉花单株干物质积累变化Fig.3 Effects of different magnetization times on dry matter accumulation of cotton plants

研究表明，营养器官干物质分配系数随着生育天数的增加而不断减小，其中在7月20～30日，营养器官干物质分配系数下降最快。生殖器官干物质分配系数随着生育天数的增加而增加，在花芽分化后生殖器官干物质分配系数增长加快。

随着磁化次数的增加，棉花营养器官和生殖器官干物质分配系数均存在显著性差异。磁化次数增加，营养器官干物质分配系数越低，生殖器官干物质分配系数越高，更利于促进花芽分化时棉株从营养生长向生殖生长转变。增加磁化次数更有利于棉花干物质分配的平衡，养分合理的运输，更有利于产量的形成。表2

表2 喷施不同磁化次数棉花干物质分配系数变化Table 2 Effect of cotton dry matter partition coefficient on different magnetization times

2.1.4 不同磁化次数对棉花农艺性状的影响

研究表明，棉花各个农艺性状均存在显著性差异。随着磁化次数的增加，棉花的植株生长高度逐渐增加，其中T0(未磁化)处理的棉花植株高度较矮，T2(二次磁化)处理下的植株高度最高，达到了75.13 cm，显著高出其他处理，且较对照处理高出16.19 cm。棉花节数越多，对棉花的生长越发有利。T1(一次磁化)、T2(二次磁化)处理下的节位数均显著多于T0(CK)处理的植株，T2(二次磁化)的植株节位数最多，较对照处理高出3.67个/株。棉花的子叶节粗是反映棉花养分运输、分配的重要指标。随着磁化次数的增加，棉株的子叶节粗逐渐增加，其中T2(二次磁化)、T1(一次磁化)处理下植株的子叶节均粗于T0(CK)处理的植株，T2(二次磁化)处理子叶节粗最大，达到了13.54 mm，较对照处理高出2.52 mm。棉花果枝台数随着磁化次数的增加也随之增加，T2(二次磁化)处理的果枝台数最多，为9.37台/株，显著高出对照处理1.82台/株。棉花的叶枝数在棉花的生长发育中同样重要，叶枝数不宜过多，会影响产量的形成，其中T2处理的叶枝数最少，为0.97台。棉花的第一果枝节位数差异不显著，其大小均保持在5～6.5。第一果枝节位高度对棉花机械采摘有很大的影响，若第一果枝节位高度过低，则会导致棉花下部棉铃采摘不干净；若第一果枝节位高度太高，棉花易倒伏，还会导致棉田减产。三个处理的第一果枝节位高度均较高，相对适合机械采摘，不影响棉花下部棉铃的采摘。对棉花的上、中、下部果枝的调查来看，各个处理均为中部果枝长，上、下部果枝相对较短，其株型为菱形或椭圆形。增加磁化次数有利于棉花农艺性状的形成。表3

表3 不同磁化次数棉花农艺性状变化Table 3 Effects of different magnetization times on cotton agronomic traits

2.1.5 不同磁化次数对棉花产量性状的影响

研究表明，随着磁化次数的增加，棉花各个产量性状均存在显著性差异。棉花单株有效铃个数随着磁化次数的增加而增加，其中有效铃个数最多的为T2(二次磁化)处理，达到了7.47个/株，显著高出对照处理0.82个/株，故成铃率最高的为T2(二次磁化)处理，达到了51.33%，显著高于其他处理。各个处理的籽棉产量也随着磁化次数的增加而增加，籽棉产量最高的为T2(二次磁化)处理下的植株，达到了5 550 kg/hm2，显著高于其他处理，较对照处理增产17.38%，皮棉产量也最高，达到了2 333 kg/hm2。增加磁化次数可以显著提高棉花的产量性状。表4

2.2 不同磁化灌溉量对棉花生长发育及产量的影响

2.2.1 不同磁化灌溉量对棉花株高的影响

研究表明，不同处理下的植株高度均存在显著性差异。随着生育期的推进，棉花的植株高度呈不断增加的趋势，并在植株生长后期有减缓生长或最后停止生长的现象。在棉花第1次灌水之后(6月24日)，T2、T4、T5植株生长高度较高，且显著高于T1、T3处理；棉花发育至7月17日前，各处理株高增长迅速，均达到了67 cm以上；棉花打顶之后，各个灌水处理的植株生长较为缓慢，表明将棉花封顶可以达到减缓植株高度生长的作用[19]。但T5处理的植株高度仍明显高于其他处理，这可能与打顶前水分供应过于充足有关。增加磁化灌水量可以有效地增加植株高度。图4

表4 喷施不同磁化次数棉花产量性状变化Table 4 Effect of different magnetization times on cotton yield traits

图4 喷施不同磁化水量下棉花各生育时期株高变化Fig.4 Effects of different magnetized water treatments on plant height of cotton at different growth stages

2.2.2 不同磁化灌水量对棉花叶面积指数的影响

研究表明，随着生育进程的推进，各个处理的叶面积指数呈逐渐增加的趋势，并在7月28日(花期)左右达到最大值，在7月28日(花期)后，生殖生长速度加快，营养生长逐渐缓慢，导致叶面积指数不再增加或有下降趋势[12]。

随着磁化灌溉水量的增加，各个处理叶面积指数呈逐渐增加的趋势，且叶面积指数总体呈T5>T4>T1>T2>T3，各个处理棉花叶面积指数均保持在0～6。T5处理叶面积指数最高为5.95，T4处理叶面积指数最高为4.65，T4处理叶面积指数较为适合棉花生长发育，且增加磁化水灌溉量会显著提高棉花叶面积指数。图5

2.2.3 不同灌溉量对棉花干物质积累与分配的影响

研究表明，随着播种天数的增加，棉花干物质积累量逐渐增加，前期植株养分竞争较小，无显著差异，在播种后76 d逐渐出现差异，至播种后132 d(盛铃期)达到极大值，吐絮期由于叶片的脱落，干物质积累量有下降的趋势，较符合干物质积累的“S”型曲线。随着磁化灌溉量的增加，各处理的干物质量也逐渐增加。其中干物质积累量最多的为T4处理，增加磁化灌溉量会增加干物质量，但增加到需水临界期后继续增加磁化灌水量，则不会增加干物质量，甚至会出现减小的趋势。适宜的磁化灌水量会增加棉花干物质积累量。图6

图 5 喷施不同磁化水量下棉花叶面积指数变化Fig.5 Effect of different magnetized water on cotton leaf area index

图6 干物质积累变化曲线Fig. 6 Dry matter accumulation change curve

研究表明，不同磁化灌水量对棉花叶片干物质分配的影响不同，棉花叶片干物质分配系数随着生育进程的推进逐渐降低。其中T4处理的叶片占整株干物质比例下降较快，茎秆所占单株干物质比例呈先增加后下降的趋势。T4处理生殖器官所占单株干物质比例迅速增长，其营养器官、生殖器官干物质分配系数较为合理。综合对比不同生育时期各个处理的干物质分配系数变化可知，T4处理可以提高棉花生殖器官养分的分配的比例，有利于促进棉花经济产量的构成。表5

表5 不同处理棉花地上部分干物质分配系数Table 5 Distribution coefficient of dry matter in above-ground parts of cotton under different treatments (%)

2.2.4 不同磁化灌水量对棉花农艺性状的影响

研究表明，随着磁化灌溉量的增加，棉花各个农艺性状均呈现显著性差异。在不同磁化灌溉量处理中，T5处理的植株生长高度最高，达到了70.27 cm，显著高出其他处理，且较其他处理分别高出21.29 、1.90、13.19和8.25 cm。T4处理的果枝台数最多，达到了9.50台/株，单株铃数最多，达到了12.5个/株，节位数最多，达到了6.50个/株，且显著高于其他处理。但T4处理棉花始节高度为11.67 cm，相对于目前机采棉株型来看，T4处理植株始节高度较矮，下部棉铃不宜采净。表6

表6 不同磁化水量处理棉花农艺性状变化Table 6 Effects of different magnetized water quantities on agronomic characters of cotton

2.2.5 不同磁化灌水量对棉花产量性状的影响

研究表明，棉花各个产量性状均随着磁化灌水量的增加呈显著性差异。其中T4处理的单铃重最大，达到了6.05 g，子指也最大，达到了10.88 g，T4处理的50个铃的皮棉重量达到了302.40 g，其皮棉重也达到了131.5 g，均显著高于其他处理。表7

2.2.6 不同磁化水量对棉花磁化水利用系数的影响

研究表明，棉花的生物产量(磁化水利用效率)、经济产量(磁化水利用效率)随着磁化水量的增加呈显著性差异。在这5个处理中，生物产量最高的为T4处理(18 645 kg/hm2)，磁化水利用效率为5.55 (kg·hm2)/m3。T4处理的经济产量最高，达到了5 955 kg/hm2，磁化水利用效率达到了1.77 (kg·hm2)/m3，显著高于其他处理。表8

表7 不同磁化水量处理棉花产量性状变化Table 7 Effects of different magnetized water quantities on cotton yield characters

表8 不同磁化水量处理棉花灌溉水利用效率变化Table 8 Effects of different magnetized water quantities on irrigation water use efficiency of cotton

3 讨 论

棉花的生长发育受很多因素的影响，其中自然因素(光、温、气、热)占据十分重要的位置，农业栽培技术也同样对棉花生长发育有很大的影响。前人对磁化水对棉花生长发育以及增产效应已经做了很多研究[13]，但研究结果不尽相同。

研究表明，灌溉水经过磁化后，其株高、叶面积指数、干物质积累及其分配均显著高于未磁化灌溉水下的植株，表明磁化水对棉花生长发育(株高、叶面积指数、干物质积累与分配)及产量(农艺性状、产量性状)均有促进作用，且经过二次磁化灌溉水处理下的植株表现更好于一次磁化的灌溉水处理下的植株。研究结果与石学军等[14]的研究成果相一致，磁化水可以显著使棉花农艺性状的表现更优，且在各个处理中，二次磁化的灌溉水处理的棉株表现显著优于一次磁化、不磁化处理下的棉株，不仅如此，经过二次磁化的灌溉水对棉田盐碱地改良具有很好的效果。卜东升等[15]的研究表明，二次磁化的灌溉水显著优于一次磁化、未磁化的灌溉水，二次磁化的灌溉水不仅对土壤起到良好的脱盐作用，而且对棉花的产量性状(单铃重、单株铃数、衣分等)都具有良好的促进作用，同时还可以提高棉花的纤维品质。

研究表明，不同磁化灌溉量对棉花生长发育有很大的影响，灌溉量过大，茎秆、叶片增加迅速，棉花营养生长过于旺盛，导致叶面积指数不断增加，造成群体郁蔽，透风透光不良造成棉田减产。营养生长时间过长，严重影响棉花的花芽分化过程，养分对生殖器官的运输不协调，不平衡。研究与王淑芬等[16]研究结果相一致，适宜的灌溉量可以使棉花群体形成良好的群体结构；灌溉量过大或过小都不利于棉花干物质的积累，灌溉量过小会导致棉株发育不良，出现提前吐絮的现象。灌溉量过大则有可能大幅度提高营养生长的时间，不利于产量的形成。这与前人的研究结果相一致[17-18]；张永莉等[19]认为随着灌水量的增加，株高、果枝数、单株铃数、节位数、单铃重、子指都呈现旺盛生长的趋势，但是灌水量过多会增加蕾铃脱落比例，株高较难控制，不利于棉花的生长和产量的形成。

4 结 论

增加磁化次数会显著提高棉花生长发育水平，促进棉花产量的形成，其中二次磁化的灌溉水更有利于棉花的生长发育，促进干物质的积累，增加各器官干物质分配系数，减少蕾铃脱落的比例，从而提高产量。T2处理产量达到了5 550 kg/hm2，比对照增产22.3%，故灌溉水经过二次磁化后更有利于棉花的生长。

二次磁化的灌溉定额达到3 360 m3/hm2时，棉花生长高度适中，果枝台数多，单株铃数较多，单铃重高，衣分适中，籽棉、皮棉产量均达到最高，但始节高度偏低，下部棉铃采净率可能会受到影响，从植株农艺性状、产量性状等可以看出，灌溉定额为3 360 m3/hm2较优。对比磁化水利用效率可知，磁化水的灌溉定额小于常规农田灌溉水的定额，可以达到高效节水的目的，且灌溉定额为3 360 m3/hm2时，产生作物最大经济效益。