基于Logistic方程对不同土壤盐分棉花株高生长的模拟研究*

龚 江，郭慧娟，石培春，李春艳

（石河子大学农学院，新疆 石河子 832003）

棉花是耐盐作物之一[1]，是盐土地区的主要种植作物。当土壤盐分不高时对棉花生长影响不大，甚至有利于棉花出苗、生长及产量和品质的提高，但土壤盐分浓度大于0.2%时，就会对棉花产生离子毒害和渗透胁迫等。Levitt[2]认为，棉花萌芽和生长的极限耐盐度分别为0.4%和0.6%，当土壤盐分较高时，棉花生长就会延迟[3]，水分运输受到限制[4]，导致棉花营养失衡[5]，影响叶绿素合成[6]，光合作用受到抑制，最终导致产量下降[7]和品质降低[8]。而现行的棉花栽培技术都是统一的、标准化的，并没有专门针对盐土条件的。因此，研究不同盐浓度下棉花生长趋势，并针对不同盐浓度提出相应的管理措施具有十分重要的现实意义，而Logistic方程是常用的生长曲线模拟方程之一，在农业领域应用广泛[9]。本文通过试验研究不同盐度的棉花株高生长趋势的差异，使用出苗后32～80 d 的数据对整个生育期的株高进行预测，即采用部分数据对棉花整个生育期生长趋势进行Logistic 方程预测，其最终株高是否接近预测值的结果，仍需要验证，因此除打顶外各处理同时设置不打顶处理使棉花自然生长，以验证Logistic 方程采用部分数据对棉花整个生育期生长趋势进行预测的可行性，可对盐土地棉花生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020 年在石河子大学农学院实验站进行，采用膜下滴灌栽培，供试棉花品种为新陆早26 号。

1.2 试验设计

试验共设定3 个盐分处理，处理1 为低盐处理（原试验地土壤盐度，土壤EC1∶5值为0.230 dS/m），处理2 为中盐处理（含盐量为0.3%，土壤EC1∶5值为0.904 dS/m），处理3 为高盐处理（含盐量为0.6%，土壤EC1∶5值为1.910 dS/m），每个处理3 次重复，每个盐池种植4 行棉花。一条滴灌带管控2 行，滴头间距40 cm，棉花行距30 cm +60 cm +30 cm+60 cm，株距为8 cm。4 月20 日播种，播种密度为3.15×105株/hm2，为保证出苗，各处理滴出苗水300 m3/hm2，待棉花苗长出3 片真叶时定苗，6 月5 日灌头水，共滴灌9 次，生育期间总灌水量4 200 m3/hm2，7 月23 日打顶，同时设置对照不打顶使其自然生长，8月20日停水，其余农艺措施与大田生产相同。

1.3 取样与测定方法

于6月5日（棉花出苗后32 d）开始每隔8 d测量1 次株高，打顶处理棉花株高测至7 月23 日（出苗后80 d），不打顶对照处理一直测至9 月25 日（出苗后144 d）。

1.4 计算方法

采用SAS 软件的Logistic 生长曲线方程进行棉花生长趋势模拟，方程模型为：

y=k/（1+ae-bx），拐点（最快生长速度的时间）=lnb/k，拐点时干重W=k/2[10]。

2 结果与分析

2.1 盐分对棉花株高生长的影响

棉花株高随着生育期的延长而增加（图1），株高生长表现为慢-快-慢趋势，在蕾期（出苗后32 d）以前各处理棉花株高相差不大，而此时株高较矮，生长缓慢，低盐处理棉花生长速度明显高于其他盐分处理。打顶时（出苗后80 d）低盐处理棉花株高为65.10 cm，随着盐分胁迫程度的加剧，株高呈明显下降趋势，中盐、高盐处理棉花株高分别为55.40 cm 和51.70 cm，明显低于低盐处理。

图1 不同处理棉花株高

2.2 基于Logistic方程的棉花株高生长趋势分析

对Logistic生长曲线方程进行分析得出：低盐处理棉花在出苗后61 d迎来拐点，生长速度达到最快，此时棉花株高为45.75 cm（表1），此后生长速度变缓，至打顶时株高为65.10 cm（出苗后80 d），由于棉花的无限生长特性，株高仍有增加的趋势，预测低盐处理最终株高为91.50 cm，而盐分处理的拐点推迟4～5 d，到达拐点时株高也明显低于低盐处理，说明最适生长时间（拐点）推后，即总的有效生长时间可能缩短4～5 d，这可能是盐分影响棉花生长的主要原因之一。

表1 各处理棉花株高Logistic生长曲线方程（出苗后32～80 d）

大田生产中土壤盐分会使作物生育进程推迟[3]，只有保证足够的生长时间，适当延迟收获，在一定程度上才能弥补由于盐分推迟生长进程造成的损失，但由于大田生产受到气候、种植时间等因素的影响，尽管拐点不同，但生长时间基本相同，如新疆霜期来临后，棉花会停止生长，因此可以采取有效的生产措施促进棉花生长，使其尽快达到拐点，减少盐分造成的损失。拐点是作物生长最快的时期，需投入大量水肥，而本试验中盐分处理水肥管理与低盐处理一致，因此盐分处理应该提前加强水肥管理，促进前期生长，尽快到达拐点，这可能是促进盐分环境下作物生长的主要措施之一，其理论机理还需要试验进一步研究。

2.3 盐分对棉花产量的影响

盐分处理造成棉花生长延迟，最终影响产量。盐分处理的棉花产量重要构成因子均有一定程度下降（表2），高盐处理棉花出苗率下降，因此收获株数减少，平均单株铃数减少明显，而单铃重在盐分较高（高盐处理）时下降显著，最终导致产量下降。

表2 各处理棉花产量及产量因子

3 小结

本试验运用部分数据（出苗后32～80 d）对整个生育期棉花株高进行预测，低盐株高为91.50 cm，中盐为86.06 cm，高盐为79.15 cm（表1）。而9 月25 日（出苗后144 d）实际株高分别为96.00 cm、89.80 cm和80.20 cm，预测值为实际值的95.3%～98.8%，预测值偏低，这可能是因为采用部分数据造成的。

以不打顶对照数据（出苗后32～144 d）进行分析（表3），以低盐为例得Logistic 方程y=98.30/（1+19.830e-0.04641x），最终株高预测值98.30 cm，拐点为64.4 d，而盐分处理的拐点推迟2～3 d，预测最终株高在89.92 cm 和83.26 cm，为实际值的99.95%～103.60%。而9 月25 日棉花已经停止生长，拐点时间和最快生长速度应该最接近实际数据，而实际株高比预测值低，这可能是9 月中下旬温度下降太快造成的。

表3 各处理棉花（不打顶）株高Logistic生长曲线方程（出苗后32～144 d）

由此可见，随时间延续，预测的极限生长量（理论最终株高）准确度在增加，而拐点的时间有所推后。本试验膜下滴灌采用打顶措施使用出苗后32～80 d 数据（部分数据）对整个生育期株高（极限生长量）进行预测，盐分对株高生长进行的抑制，拐点推后的趋势与不打顶得到的趋势较一致，盐分胁迫和生育进程推后有可能是棉花单铃重下降的主要原因，最终造成产量下降。因此，在实际分析中以部分数据对整个生育期变化趋势进行预测是可行的，数据越多预测准确度越高。