南疆无膜滴灌栽培对棉花出苗及生长指标的影响

文卿琳 刘绍东

摘要：为了探明无膜栽培对南疆荒漠绿洲带不同品种棉花出苗、生长指标及产量的影响。采用裂区设计，主区为栽培方式，设无膜和覆膜2个处理；副区为品种，分别为‘中619（‘CCRI619）、‘新陆早48号（‘XZ48）、‘中74（‘CCRI74）。通过大田试验和室内分析相结合方法对各处理棉花的出苗情况、植株性状、生长分析指标及产量等进行测定分析。结果表明：（1）无膜栽培降低了棉花的萌动速度、顶土破土能力及出苗率，出苗整齐度差；（2）无膜栽培与覆膜栽培相比，显著降低了棉花群体的经济产量，极显著降低了棉花的群体生物产量，而对棉花植株性状、干物质分配的影响较小；（3）无膜栽培棉花单株籽棉产量与覆膜栽培相比差异不显著，但无膜栽培下不同品种间单株籽棉产量和群体经济产量差异均显著，表现为‘CCRI619的产量显著高于其余2个品种。‘CCRI619适合南疆地区无膜栽培。

关键词：棉花；无膜栽培；出苗；生长指标；干物质；产量；南疆

中图分类号：S562文献标志码：A论文编号：cjas20190400001

No Film Mulching Drip Irrigation in Southern Xinjiang： Effects on Cotton Seedling Emergence and Growth Index

Wen Qinglin1，2， Liu Shaodong2

（1College of Plant Science， Tarim University， Alar 843300， Xinjiang， China； 2Institute of Cotton Research， Chinese Academy of Agricultural Sciences/ State Key Laboratory of Cotton Biology， Anyang 455000， Henan， China）

Abstract： To explicit the effects of no film mulching on the cotton emergence， growth index and yield in desert oasis zone in southern Xinjiang， split block design was used with the cultivation methods of film mulching and no film mulching assigned as the main plots， and the cotton varieties of‘CCRI619，‘XZ48and‘CCR174assigned as the sub plots. We studied the emergency， plant traits， growth index and yield of cotton by the methods of field experiment and laboratory analysis. The results showed that： （1） under no film mulching， the seed germination， the top soil breaking capacity， the emergency rate decreased， and the uniformity of seedling was bad； （2） compared with the film mulching， the no film mulching significantly reduced the economic output of cotton groups， extremely and significantly reduced the population biomass， and had a little effect on the plant traits and dry matter partition of cotton； （3） there was no significant difference of seed cotton yield per plant between the film mulching and no film mulching， whereas， under no film mulching， significant differences of seed cotton per plant and the economic yield of population were found among the three varieties， showing the yield of‘CCRI619significantly higher than that of the other two. The‘CCRI619is suitable for no film mulching cultivation of cotton in southern Xinjiang.

Keywords： Cotton； No Film Mulching； Seedling Emergence； Growth Index； Dry Material； Yield； Southern Xinjiang

0引言

南疆位于天山南部，气候干燥，年降雨量不足200mm，极端年份年降雨量50～70 mm，而蒸发量高达2000 mm以上，无霜期较长，且倒春寒严重，春季低温冷害、冻害频繁发生，种植业自然条件相对脆弱，而且早晚、昼夜温差大。棉花产业是南疆区域的支柱产业，也是南疆各族群众重要经济收入来源之一。自20世纪90年代以来，为了抵御倒春寒、土壤干旱、盐渍化对棉花苗期的生长发育，地膜被广泛推广并大量应用。地膜的使用，不但起到了增温保墒的作用，而且由于地膜的使用提前了棉花的播种期，也就相应的延长了棉花的生育期，使棉花增产增效。在新疆棉花產业发展中，地膜的使用使棉花生产发生了质的飞跃，使棉花产量从不足1500 kg/hm2，增加到6000 kg/hm2。但由于地膜具有分子量大、性能稳定、难降解等特点，长时间（20～30年覆膜年限）、大规模（66.7万hm2现有覆膜棉）的覆盖地膜造成了农田残膜积累污染。当前，新疆棉田地膜平均残留量超过265.3 kg/hm2，是全国平均水平的4.5倍[1]。随着覆膜面积的不断扩大、地膜使用量的逐渐增加，棉田残膜污染情况变得越来越严重，前人通过大量研究表明：残留地膜在土壤中的大量积累，显著降低了土壤的通气透水性[2-5]，土壤的理化性状和生物学性状恶化[6-11]，进而影响作物种子的发芽和出苗以及作物的正常生长发育，从而造成棉花产量的降低[12-15]。虽然新疆极力推广使用残膜回收机回收残膜，但是其回收率不高且故障率高[16-17]。另有人研究适时揭膜能增加作物根系的透气性和活性，有利于棉花后期生长发育，抑制地膜棉的早衰，但揭膜需要大量人力物力，增加了成本，农民积极性不高，而且仍有地膜残留[18-20]。

针对覆膜棉花带来的根系变浅、侧根减少以及对土壤造成的污染严重等问题，本研究以无膜滴灌栽培棉花为研究对象，研究不同品种在无膜栽培下的发芽出苗情况、棉花农艺性状、生长分析指标、干物质分配特点及产量的变化特点，探讨无膜栽培的可行性，以期为新疆棉花无膜栽培提及农业可持续发展供理论依据及技术支持。

1材料与方法

1.1试验时间、地点

本试验于2016年4—10月在中国农业科学院棉花研究所阿拉尔试验基地进行。试验地土壤为壤土，有机质10.6 g/kg，碱解氮43.9 mg/kg，速效磷12.0 mg/kg，速效钾170 mg/kg。试验田排灌方便，地势平坦。

1.2试验设计

采用裂区设计，主区为栽培方式，设无膜和覆膜2个处理；副区为品种，以‘中74（‘CCRI74）、‘中619（‘CCRI619）和‘新陆早48号（‘XZ48）分别来自黄河流域棉区和西北内陆棉区3个早熟品种为试验材料。重复3次，共计18个小区，小区长1.6 m，宽2.28 m，种植密度为22.5万株/hm2，于4月10日播种，棉花种植行距采用66+10 cm，株距10 cm的种植模式，其他管理统一按新疆机采棉栽培要求進行。

1.3测定项目及方法

1.3.1棉花出苗情况调查分别于棉花播种后5天、7天、9天、11天、13天，每小区选择3个点，每点选择连续100穴调查棉花的萌动及出苗情况。

1.3.2生长发育性状测定分别于播后60天、90天、120天在每个小区取生长均匀一致的3株棉花，按不同器官（叶、主茎+叶枝、果枝、蕾花铃）分样，测定鲜重，然后80℃烘干至恒重，测定其干物质重。于棉花蕾期、花铃期，每小区取样3株，带回实验室采用打孔法测定棉花叶面积指数，采用烘干法测定棉花叶片、植株干物质重，计算棉花的相对生长率、净同化率、比叶面积、作物生长率等指标。

1.3.3考种及产量调查吐絮期每小区取样5株，带回实验室考种。在小区内分层取样，具体为1～4果枝，5～ 7果枝，8果枝以上，每层分别采正常吐絮的单铃50朵，带回实验室测定棉花平均单铃重，并实收小区棉花换算为每公顷棉花的籽棉产量。

1.4数据处理

数据经Excel处理后，采用SPSS 16.0软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1无膜和覆膜处理下不同棉花品种出苗情况比较

由表1可以看出，不同栽培方式下，不同品种棉花发芽和出苗存在极显著差异。总体表现为覆膜处理的棉花种子萌发出苗速度快，于播后5天3个品种平均拱土率为93.6%，播后7天破土率为91.2%，播后9天出苗率90.3%，播后11天出苗率达92.7%，播后13天出苗率为92.8%；而无膜种植的棉花种子萌发出苗速度慢，于播后5天3个品种平均拱土率为57.1%，播后7天破土率为39.7%，播后9天出苗率36.6%，播后11天出苗率达53.3%，播后13天出苗率为67.2%。

3个品种间表现为，在覆膜栽培下，3个品种的萌发速度、破土能力以及出苗速度不存在极显著差异，播后9天出苗率均可以达到88%以上，田间表现为出苗整齐；而无膜栽培下3个品种的萌发速度和出苗情况呈极显著差异，表现为‘CCRI619明显优于其余2个品种，于播后5天拱土率比‘XZ48和‘CCRI74分别高30.2%和39.9%，播后7天破土率比‘XZ48和‘CCRI74分别高37.6%和43.7%，播后9天出苗率比‘XZ48和‘CCRI74分别高37.4%和39.9%，播后11天出苗率比‘XZ48和‘CCRI74分别高32.6%和36.5%，播后13天出苗率比‘XZ48和‘CCRI74分别高24.6%和31.0%。无膜栽培下3个品种相比较，‘CCRI619更适合无膜栽培。‘CCRI619在无膜栽培下与覆膜栽培相比较，萌发、出苗速度相对较慢，但于播种后9天的出苗率能够达到65.7%，而播后13天出苗率达85.4%。2.2无膜和覆膜处理下不同棉花品种农艺性状比较

由表2可以看出，栽培方式对棉花植株性状影响差异不显著，表现为无膜栽培的棉花株高较覆膜栽培的偏低，而主茎叶数、果节数、铃数及果枝台数影响较小，说明出苗后栽培方式对棉花的生长影响较小。而同一栽培方式下，各品种间差异显著，无膜栽培下表现为‘CCRI619和‘CCRI74品种的株高较‘CCRI74的株高高，主茎叶数3个品种无差异，3个品种的果节数、铃数、果枝总台数‘XZ48最少，其余2个品种差异不明显。说明较常规覆膜栽培相比，无膜栽培对棉花出苗后的植株性状及生殖器官影响较小。

2.3无膜和覆膜处理下不同棉花品种生长分析比较

由表3可以看出，不同处理对棉花生长分析指标影响不同，表现为无膜处理的蕾期平均相对生长率RGR、比叶面积SLA、作物生长率CGR小于覆膜处理，而花铃期的平均RGR、SLA高于覆膜处理，说明无膜生长影响了作物前期的生长速度，而随着气温的升高，到后期生长速度反而加快；而NAR则表现为蕾期无膜处理高于覆膜处理，而花铃期除了‘CCRI619的净同化率NAR较覆膜处理的高，其余2个品种均低于覆膜处理。无膜栽培下，3个品种表现为，‘CCRI619蕾期的RGR、NAR、SLA、CGR均低于其余2个品种，而花铃期的各项生长指标均高于其余2个处理；‘XZ48在蕾期和花铃期的各项指标均高于‘CCRI74。说明‘CCRI619在无膜栽培下，前期生长较缓慢，而后期不易早衰，生长良好，更适合于无膜栽培。

2.4无膜和覆膜处理下不同棉花品种干物质分配比较

由表4可以看出，不同处理对棉花干物质积累有一定的影响，表现为播后60天，无膜处理的营养器官干物质重于覆膜处理；而播后90天、120天的无膜处理营养器官干物质均轻于覆膜处理；生殖器官表现为播后60天2种栽培方式差异不明显，播后90天无膜处理的干物质重小于覆膜处理，播后120天无膜处理的生殖器官干物质均较覆膜处理的重。说明无膜栽培对棉花单株生育前期的干物质积累以及棉花最终的生殖器官及产量的积累影响较小。

由表5可以看出，不同处理棉花在播后90天之前都以营养生长为主，覆膜栽培的棉花营养器官干物质重所占比率较无膜栽培的营养器官干物重所占比率高，而播后120天棉花以生殖生长为主，其中生殖器官所占比重大于50%，不同栽培方式表现为，无膜栽培的生殖器官干物重所占比率低于覆膜栽培生殖器官干物重比例。说明棉花生育前期以营养生长为主，干物质主要集中在叶片和叶枝上，后来随着棉花生殖生长增强，叶片的干物质向蕾花铃迁移，为棉花蕾铃的生长发育提供营养。而无膜和覆膜处理下的棉花干物质的分配百分率數值相似，差异不大，说明无膜和覆膜处理对棉花干物质分配没有重要影响。

2.5无膜和覆膜处理下不同棉花品种产量比较

对棉花群体产量进行方差分析，结果表明：无膜和覆膜处理间的群体生物产量F=12.8484，P=0.0063小于0.01。说明无膜和覆膜处理的群体生物产量有极显著差异。群体经济产量的F=23.0926，P=0.0459小于0.05。说明无膜和覆膜处理的群体经济产量有显著差异。品种间的单株生物产量F=11.1981，P=0.0474小于0.05，说明不同品种间的单株生物产量有显著差异。品种间的单株经济产量F=0.2248，P=0.8304大于0.05。说明不同品种间的单株经济产量无显著差异。因为处理间存在极显著和显著差异，所以试验数据进一步分析如图1、图2。

由图1可以看出，不同处理对棉花单株产量表现为覆膜栽培的棉花单株生物产量显著高于无膜栽培的生物产量，而单株经济产量在2种栽培方式下差异不显著；无膜栽培下，‘CCRI619的生物产量显著高于‘XZ48，经济产量均高于‘XZ48和‘CCRI74，但差异不显著。

由图2可以看出，不同处理下棉花的群体生物产量和经济产量存在显著和极显著差异，表现为覆膜处理下的3个品种的生物产量均极显著高于无膜栽培处理的棉花生物产量，而无膜栽培下3个品种表现为‘CCRI619的生物产量极显著高于‘XZ48和‘CCRI74；覆膜处理下3个品种的经济产量显著高于无膜栽培的经济产量，无膜栽培下3个品种表现为‘CCRI619的群体经济产量显著高于‘XZ48和‘CCRI74，而‘XZ48和‘CCRI74间经济产量差异不显著。

3讨论

3.1栽培方式对棉花出苗的影响

棉花是喜温作物，对低温比较敏感，播种期的最低温度要求气温连续5天稳定在12℃以上。新疆倒春寒严重，通常播种出苗期及苗期是棉花最易受低温危害的生育时期。Wendell J F[18]、Kargiotidou A等[19]研究发现，低于15℃的温度会严重影响棉花的生长发育，降低棉花的抗病性，造成缺苗断垄，降低棉花田间出苗率，最终导致棉花减产。Ashraf M[20]研究发现，棉花在整个生育期均容易遇到低温胁迫，主要是在萌发期和苗期。本试验结果表明，2种栽培方式下，无膜栽培对棉花萌发、芽期、出苗具有较大影响，而且从田间表现来看，低温对棉花种子萌发的影响较对棉花发芽后到破土出苗这个芽期阶段的影响小，说明棉花芽期比萌发期对低温冷害更敏感，是棉花对低温胁迫比较敏感的时期，但是关于低温对棉花种子芽期影响最为敏感的时期，在本研究中没有进行相关测定，还需要进一步进行研究。

3.2栽培方式对棉花植株性状及产量的影响

孙绘健等[21-27]研究结果表明，无膜栽培显著影响了棉花花期前的株高、主茎叶数、始果节位、果枝数。但从棉花籽棉产量来看，在干旱区滴灌条件下，无膜栽培对各品种籽棉产量影响不显著。因此，虽然无膜栽培显著影响了棉花早期的生长发育，但从籽棉产量角度来看，无膜栽培和覆膜栽培差异不明显，但品种之间差异较大。本试验结果表明，无膜栽培的棉花株高较覆膜栽培的偏低，而主茎叶数、果节数、铃数及果枝台数与覆膜棉花相比差异较小；无膜栽培对棉花单株籽棉产量的影响较小，与覆膜栽培棉花单株产量相比较差异不显著，但是由于无膜栽培影响了棉花田间的出苗率，致使单位面积上的株数下降，从而导致单位面积的群体籽棉产量显著低于覆膜栽培的棉花群体籽棉产量。但品种间单株籽棉产量差异不显著，群体籽棉产量差异显著，表现为无膜栽培下，‘CCRI619的群体经济产量显著高于‘XZ48和‘CCRI74。造成群体产量差异显著的主要原因是无膜栽培下不同品种间出苗率的差异，最终导致棉田株数的差异。

4结论

为了解决低温、盐碱、缺水等恶劣的自然条件给农业带来的危害，新疆地膜棉花被大面积推广种植，地膜棉的产生在发挥农业生产和促进农民增收方面发挥了积极作用，然而带来效益的同时也付出了惨重的生态代价，地膜持续的使用，残膜回收技术的相对落后，致使土壤中残膜量逐年增加，造成土壤结构板结、耕地质量下降，出苗困难，生态环境严重破坏等一系列问题，严重制约了新疆农业的可持续发展。为了解决棉田地膜污染、提高棉田效益，推进农业可持续发展，在中国工程院院士、著名棉花遗传育种专家、棉花首席科学家喻树迅院士的倡导下，全国各地农业学者、专家都纷纷开展棉花无膜栽培研究。本试验结果表明：无膜栽培降低了棉花的出苗率，延长了棉花的出苗期，造成棉花田间出苗不整齐，但对出苗后的农艺性状、干物质分配影响较小；无膜栽培由于影响了棉花的田间出苗率，单位面积株数下降，致使棉花产量降低，表现为群体经济产量显著低于覆膜对照处理，生物产量极显著低于对照处理；无膜栽培棉花对单株籽棉产量的影响较小，与对照相比差异不显著，并且各品种间差异也不显著。

因此，虽然无膜栽培显著影响了棉花苗期的生长发育，尤其影响了棉花的萌动、发芽、出苗，但从单株籽棉产量角度来看，无膜栽培和覆膜栽培差异不明显。而同在无膜栽培下，品种之间差异较大，其中‘CCRI619的出苗整齐度、出苗率、植株性状及经济产量均优于其余2个品种，较适合南疆地区无膜栽培。

本试验结果也表明，要想在南疆荒漠绿洲带推广无膜滴灌棉花种植，目前首要的任务是如何解决无膜棉花出苗问题。因此，研究低温胁迫对棉花萌动、芽期、出苗期的影响及响应机制，是今后亟待解决的问题。

参考文献

[1]喻树迅.无膜棉对中国棉花产业转型升级的意义[J].农学学报， 2019，9（3）：1-5.

[2]董合干，刘彤，李勇冠，等.新疆棉田地膜残留对棉花产量及土壤理化性质的影响[J].农业工程学报，2013，29（8）：91-99.

[3]Liu E K， He W Q， Yan C R.‘White revolutionto‘white pollution-agricultural plastic film mulch in China[J].Environmental Research Letters，2014，9（9）：1-3.

[4]Chen Y， Wu C， Zhang H， et al. Empirical estimation of pollution load and contamination levels of phthalate esters in agricultural soils from plastic film mulching in China[J].Environmental earth sciences，2013，70（1）：239-247.

[5]李仙岳，史海滨，吕烨，等.土壤中不同残膜量对滴灌入渗的影响及不确定性分析[J].农业工程学报，2013，29（8）：84-90.

[6]王志超，李仙岳，史海滨，等.残膜埋深对滴灌条件下粉砂壤土水分入渗影响的试验研究[J].土壤，2014，46（4）：710-715.

[7]王志超，李仙岳，史海滨，等.农膜残留对土壤水动力参数及土壤结构的影响[J].农业机械学报，2015，46（5）：101-106.

[8]李元桥，何文清，严昌荣，等.点源供水条件下残膜对土壤水分运移的影响[J].农业工程学报，2015，31（6）：145-149.

[9]牛文全，邹小阳，刘晶晶，等.残膜对土壤水分入渗和蒸发的影响及不确定性分析[J].农业工程学报，2016，32（14）：110-119.

[10]Wen Z G， Di J H， Zhang X Y. Uncertainty analysis of primary water pollutant control in Chinas pulp and paper industry[J].Journal of Environmental Management，2016，169：67-77.

[11]Michal S， Vladimira J， Jan S， et al. Experimental investigation of preferential flow in a near- saturated intact soil sample[J].Physics Procedia，2015，69：496-502.

[12]张玉梅，李秋艳，刘期国.降解膜在干旱区棉田应用研究[J].新疆农垦科技，2009，32（4）：52-53.

[13]董合干.地膜残留对棉花产量影响的极限研究[D].石河子：石河子大学，2013（2）：6-45.

[14]祖米来提·吐尔干，林涛，王亮，等.地膜残留对连作棉田土壤氮素、根系形態及产量形成的影响[J].棉花学报，2017（4）：374-384.

[15]白岩，毛树春，田立文，等.新疆棉花高产简化栽培技术评述与展望[J].中国农业科学，2017（1）：38-50.

[16]海日古丽·由努斯.棉花残膜机械化回收技术的应用[J].农民致富之友，2017（16）：163.

[17]程卫东.北疆棉田地膜残留现状与回收治理方案浅析[J].新疆农垦科技，2015（12）：64-65.

[18]Wendell J F， Brubaker C， Alvarez I， et al. Evolution and natural history of the cotton genus[M].Paterson A H.Genetics and genomics of cotton. New York ： Springer-Overflag，2009：3-22.

[19]Kargiotidou A， Deli D， Galanopoulos D， et al. Low tem-premature and light regulate delta 12 fatty acid denaturizes （FAD2） at a transcriptional level in cotton （Gossypium hirsute） [J].Journal of Experimental Botany，2008，59（8）：2043-2056.

[20]M Ashraf. Salt Tolerance of Cotton： Some New Advances[J]. Critical Reviews in Plant Sciences，2002，21（1）.

[21]卢秀茹，贾肖月，牛佳慧，等.中国棉花产业发展现状及展望[J].农业工程学报，2018（1）：26-36.

[22]吴博，练文明，喻树迅，等.无膜滴灌栽培条件下不同棉花品种、密度和播期对其生长的影响[J].新疆农业科学，2018，55（3）：393-404.

[23]孙绘健，罗静，张健，等.裸地栽培对南疆滴灌棉花生长发育及产量的影响[J].中国棉花，2016（8）：24-27，30.

[24]雷成霞，魏闯，王振华，等.无膜移栽棉花地下滴灌技术应用初探[J].山西水利科技，2019（1）：20-22.

[25]崔建强，马丽，李克富，等.南疆植棉区早熟棉品种裸地与覆膜栽培对比试验[J].棉花科学，2017，39（4）：13-14，18.

[26]马丽，李克福，王潭刚，等.南疆早熟棉裸地栽培播期与密度试验[J].中国棉花，2016，43（7）：30-33.

[27]李豪，杨永林，万英，等.新陆早62号裸地与覆膜栽培比较试验[J].新疆农垦科技，2016，39（5）：7-9.