微咸水膜下滴灌对棉花植株盐分、养分吸收及品质的影响

刘雪艳,丁邦新,白云岗

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049)

新疆淡水资源短缺，导致棉花种植规模受到限制，而微咸水丰富，合理利用新疆丰富的微咸水是解决这一问题的有效途径。相关学者关于盐分胁迫下棉花养(盐)分的吸收与分布做了大量研究。随着土壤盐度的增加，棉花对养分(N、P、K)的吸收和分配呈现降低的趋势，盐分(Ca2+、Na+与Cl-)呈现增加的趋势[1]；盐胁迫使得棉花组织中Na+的浓度升高，K+的浓度降低[2-4]。棉花吸收的盐分主要累积在茎叶中[5]，蕾铃中较少，籽棉中盐分离子含量极低[6-7]。棉田经过长期微咸水灌溉，棉株蕾铃期地上部全氮及K+含量显著降低，但磷素表现为幼叶及柄中含量升高，老叶及柄中含量较低[8]。同时，棉花对盐分的响应，有些学者持不同观点。马丽等[9]通过试验得出棉花植株中的氮、磷积累量随着土壤盐度的升高而显著降低，K+含量则随着土壤盐度的升高而显著增加。王艳娜等[10]研究发现，棉株体内K+、Cl-、Ca2+含量随着咸水浓度的增加而升高，Na+浓度变化较小。盐分在一定程度上促进棉花部分器官对磷素的吸收，随着盐分的升高，增加了根和茎对氮素的截留作用，盐分对棉花吸收钾素的影响不大[11]。利用微咸水进行灌溉，可以为植物的生长提供所需的水分，但微咸水本身会携带一定量的盐分，这些盐分，如果未能淋洗出土体，可能会造成土壤次生盐渍化；如果把微咸水中的盐分控制到合理的范围内，微咸水中还带有其他微量元素，可以促进作物的生长。此外，由于地质条件、棉花品种的耐盐性、田间管理方式等多种因素的影响，棉花对盐分的响应不同，产生结果也有所差异。因此，针对不同区域盐分对棉花养分盐分吸收的影响，确定最佳灌溉水的淡咸比例，合理利用微咸水，对于缓解新疆南部地区淡水资源紧缺具有积极的意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区新疆生产建设兵团第2师31团地处巴音郭楞蒙古自治州尉犁县境内，塔克拉玛干沙漠边缘，塔里木河下游，地理坐标为85°24′～88°30′E，39°30′～42°20′N，全团土地面积36 586.7 hm2。属暖温带大陆性荒漠气候，光照时间充足，热量丰富；气候干燥，昼夜温差大，春季风沙大，且3—4月较为频繁，无霜期为180～220 d；降雨量少，多年平均降水量为30.5 mm，蒸发量大,多年平均蒸发量为2 273～2 788 mm。该团主要种植棉花、香梨、红枣以及罗布麻。全团土壤主要以砂壤土、壤土为主，有部分砂土和黏土。区内水资源缺乏，地下水为矿化水，严重抑制该区农业的发展。

1.2 试验设计

于2019年4月上旬播种，9月下旬收获。采用一膜两管四行的种植模式，株距为10 cm，覆膜宽度为125 cm。本试验利用淡水(矿化度0.38～0.75 g·L-1)与咸水(矿化度9.81～11.81 g·L-1)进行不同比例混合，共设置6种处理：即对照，淡咸比为1∶0，矿化度为0.38～0.75 g·L-1；处理1，淡咸比为4∶1，矿化度为2.36～3.39 g·L-1；处理2，淡咸比为3∶2，矿化度为3.34～5.51 g·L-1；处理3，淡咸比为2∶3，矿化度为6.36～7.74 g·L-1；处理4，淡咸比为1∶4，矿化度为7.30～9.32 g·L-1；处理5，淡咸比为0∶1，矿化度为9.81～11.81 g·L-1。每个处理重复3次，小区面积为30 m2。苗期用少量淡水进行灌溉以保证棉花植株正常生长，在现蕾期之后采用微咸水灌溉，灌水量为5 250 m3·hm-2，灌水周期为7 d 1次。试验采用的是重力自压滴灌方式，首先把淡咸水按不同比例抽入容量为1 t水罐中，混匀后灌入小区。试验地棉花全生育期内氮磷钾施用量分别为300、120、90 kg·hm-2；氮肥用尿素(N:46%)，二铵(N:18%；P2O5:46%)，钾肥(K2O:60%)。其它管理及农艺措施均参考当地经验。

1.3 测定项目及方法

植株样品的采集：于棉花的不同生育期在每个试验小区随机采取3株，分根、茎、叶、蕾铃4部分，在105℃杀青2 h，80℃烘干至恒重并称重，将烘干后的植物样粉碎并过0.1 mm筛。

植株样品的测定：全N使用凯氏定氮法测定，全P利用钒钼黄比色法测定，全K采用火焰光度计进行测定，Na+采用火焰光度法进行测定，Cl-采用莫尔法进行测定，Ca2+采用原子吸收分光光度法。

棉花纤维测定：农业部棉花质量检测中心(乌鲁木齐)进行上半部平均长度、整齐度、断裂比强度、断裂伸长率、短纤维指数、马克隆值等品质指标测定。

1.4 数据处理与分析

采用Excel软件进行数据整理，Sigmaplot 10.0软件进行绘图，SPSS进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对棉花盐分离子含量与积累量的影响

2.1.1 Na+含量与积累量 从图1可以看出，在吐絮期棉花各器官中Na+含量的大小为：叶>茎>根>蕾铃。随着灌溉水矿化度增大，不同处理棉花器官Na+含量呈现增大的趋势，且增加趋势显著。棉花根中Na+含量对照处理为3.27 g·kg-1，处理5较对照增长最多，增长30.0%，其次是处理2增长28.7%。棉花茎中Na+含量最低为对照处理(4.21 g·kg-1)，处理4、5较对照分别增长39.10%和42.69%。叶中Na+含量处理1～5较对照分别增加8.29%、32.49%、32.87%、42.62%、48.05%。蕾铃中Na+含量虽然也有所增加，但是与根、茎、叶器官相比增长幅度较小。

随着灌溉水矿化度的增加，单株棉花Na+积累量呈现无规律性的波动变化，是因为随着灌溉水矿化度的增大，Na+含量呈现上升，但干物质量却呈现下降的趋势。Na+积累量范围在0.42～0.51 g·株-1，其中处理5最低，处理2最高，但不同处理间差异不显著。单株棉花不同器官中茎、叶和蕾铃的Na+积累量较高，导致此结果的主要原因是在吐絮期茎、叶和蕾铃生物量大，且Na+的含量也较高。

2.1.2 Cl-含量与积累量 由图2可知，在吐絮期棉花各器官中Cl-含量随灌溉水矿化度的增大而增加，以叶中Cl-含量最高，其次是蕾铃和茎，根中最低。叶片中的Cl-含量对照为最低，处理1与对照之间差异不显著，其它各处理均较对照显著增加。蕾铃中Cl-含量随着灌溉水矿化度的增大而增加，处理1较对照增加最少，为14.53%，处理4较对照增加最多，为33.81%。棉花茎中Cl-含量随着灌溉水矿化度的增大而增加，各处理均与对照达到显著差异水平，处理1～5较对照分别增加31.72%、45.80%、43.93%、57.93%、56.00%。棉花根中对照Cl-含量最低，最高是处理5，较对照增加97.05%。

随着灌溉水矿化度的增大，单株棉花中Cl-积累量呈现无规律性的波动下降，是因为随着灌溉水矿化度的增大，Cl-含量呈现上升，但干物质量却呈现下降的趋势。Cl-积累量范围在1.45～2.06 g·株-1，其中处理5最低，处理2最高。对照与处理1～4之间差异不显著，而处理5较其它各处理有显著性下降，是因为受灌溉水矿化度的影响，处理5的生物量较低。蕾铃的Cl-积累量较高，占单株Cl-积累总量的68.05%～75.85% ，导致此结果的主要原因是蕾铃在吐絮期生物量大，而且Cl-的含量也较高。

2.1.3 Ca2+含量与积累量 由图3可知，吐絮期的棉花各器官Ca2+含量总体表现为随着灌溉水矿化度的增大出现下降，但是各处理之间差异不显著，叶中Ca2+含量最高。根中Ca2+含量随灌溉水矿化度的增大而下降，但是下降幅度较小，处理4最低。茎中的Ca2+含量在7.27～8.8 g·kg-1，各处理间差异不显著。叶中的Ca2+含量在43.29～46.38 g·kg-1，各处理间差异不显著。蕾铃中Ca2+含量处理间差异不显著，在12.33～13.98 g·kg-1之间。随着灌溉水矿化度的增大，各处理棉花单株Ca2+积累量均较对照下降，处理1～5较对照分别下降23.59 %、21.92%、 25.81%、42.94 %、48.22%。由不同器官Ca2+积累量可以看出，叶和蕾铃最高，因为吐絮期的叶和蕾铃的生物量大且Ca2+含量高，导致积累量最高。

2.2 不同处理对棉花养分含量与积累量的影响

2.2.1 N含量与积累量 由图4可知，在吐絮期，随着灌溉水矿化度的增大，不同处理下棉花中的N含量呈现无规律性变化。不同器官中N含量，以地上部含量最高，根部含量较低。其中地上部叶片中N含量最高，其次是蕾铃和茎。叶和蕾铃作为储存器官储存了大量的N以保证棉花正常的营养生长和生殖生长，根中N含量较少，说明根对N的截留作用较小，将更多的N由地下运输到地上，提高了N的利用率。叶片中N含量，处理1较对照增大，其它处理较对照均有不同程度降低。不同微咸水处理下，蕾铃对N吸收情况不同，处理3蕾铃中N含量最低，为3.51 g·kg-1，处理1蕾铃中N含量最高，为5.78 g·kg-1。在茎中，N含量没有随着灌溉水矿化度的变化而出现显著性变化。由此推断，随着灌溉水矿化度的增大，根部截留部分N，使得叶片和蕾铃中的N含量有所下降。同时，由图可以看出，茎对N的截留不明显。由不同灌溉水矿化度处理下的棉花单株氮素积累量来看，随着灌溉水矿化度的增大，各处理下N积累量呈下降趋势，导致此结果的主要原因是在吐絮期棉花各器官N含量随灌溉水矿化度的增大没有出现规律性的变化，随着灌溉水矿化度的增大，棉花的生长受到盐分的抑制，干物质降低，造成积累量下降。不同处理下单株棉花N积累量在0.95～2.19 g·株-1，对照与处理3～5之间存在显著性差异，与处理1、2之间差异不显著。从棉花各器官N积累量可以看出，蕾铃的N积累量最高，是因为吐絮期的蕾铃生物量较大的原因。

图2 不同微咸水灌溉对棉花植株Cl-含量和积累量的影响Fig.2 Effects of different brackish water irrigation on Cl-content and accumulation of cotton plants

2.2.2 P含量与积累量 如图5所示，吐絮期茎、叶、蕾铃P含量随着灌溉水矿化度的增大，出现先增加后下降的趋势，而不同微咸水处理下的P积累量随灌溉水矿化度的增大而逐渐降低。根中P含量随着灌溉水矿化度的增大而降低，但各处理间差异不显著，其中P含量最高是对照1.16 g·kg-1，含量最低是处理3、5。茎中P含量较根、叶、蕾铃低(0.58～0.85 g·kg-1)。叶中P处理1 P含量最高，为1.61 g·kg-1，其次是对照，为1.57 g·kg-1，最低为处理5，为1.25 g·kg-1。蕾铃中的P含量随着灌溉水矿化度的增大呈先增加后减少的趋势，处理1与其它各处理之间存在显著性差异，以处理1最高，处理5最低。由棉花单株P积累量可知，随着灌溉水矿化度的增大，各处理P积累量显著降低，处理1～5分别较对照减少15.83%、34.56%、35.22%、48.73%、59.22%。从棉花各器官P积累量可以看出，蕾铃的P积累量最高，是因为吐絮期的蕾铃生物量较大的原因。

图3 不同微咸水灌溉对棉花植株Ca2+含量和积累量的影响Fig.3 Effects of different brackish water irrigation on Ca2+content and accumulation of cotton plants

图4 不同微咸水灌溉对棉花植株N含量和积累量的影响Fig.4 Effects of different brackish water irrigation on N content and accumulation of cotton plants

2.2.3 K含量和积累量 如图6所示，吐絮期随着灌溉水矿化度的增大，棉花不同器官中K含量无规律性变化。棉花根中以处理2 K含量最高，与其它各处理之间存在显著差异。茎中K含量随着灌溉水矿化度的增大出现先增加后下降的趋势。处理1茎中K含量最高，对照、处理2～5分别较处理1低13.30%、12.12%、18.21%、15.92%、22.00%。叶片中处理2 K含量最高，为40.51 g·kg-1，处理3为最低(30.12 g·kg-1)。蕾铃中的K含量随着灌溉水矿化度的增大，呈现无规律性的变化，各处理K含量在40.14～43.03 g·kg-1。随着灌溉水矿化度的增大，单株棉花全钾积累量下降，对照、处理1～5 K积累量分别为7.79、6.57、5.97、5.74、5.01、3.88 g·株-1。造成这种结果的主要原因是随着灌溉水矿化度的增大各处理生物量呈现显著下降。从棉花各器官K积累量可以看出，蕾铃的K积累量最高，是因为吐絮期的蕾铃生物量较大的原因。

2.3 不同微咸水膜下滴灌对棉花品质的影响

棉花品质受品种和环境共同影响，品质的好坏决定着棉花的经济价值。对不同灌溉水矿化度处理下的上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、断裂伸长率、短纤维指数和马克隆值6个指标进行鉴定，结果如表1。由表可以看出，随着灌溉水矿化度的增大，棉花的短纤维指数较对照呈现不同程度的上升，但各处理之间差异不显著。其中，处理5的短纤维指数最大，与对照相比增加7.65%。不同灌溉水矿化度处理下棉花上半部平均长度较对照均有所下降，处理3与其它各处理之间存在显著差异。不同灌溉水矿化度处理下断裂比强度亦有不同变化，其中，对照最高，为25.80 cN·tex-1，其次是处理1，为24.85 cN·tex-1，处理3和处理5最低，分别为23.65 cN·tex-1和23.70 cN·tex-1。马克隆值处理1较对照增加0.2，处理5较对照减少0.25，其余各处理的马克隆值与对照差异不显著。随着灌溉水矿化度的增大短纤维指数呈现增加趋势，上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值随着灌溉水矿化度的增大呈现降低的趋势，盐分对整齐度和断裂伸长率的影响无规律性变化，总体来说不同微咸水处理间品质差异下降。

图5 微咸水灌溉对棉花植株P含量和积累量的影响Fig.5 Effects of different brackish water irrigation on P content and accumulation of cotton plants

图6 不同微咸水灌溉对棉花植株K含量和积累量的影响Fig.6 Effects of different brackish water irrigation on K content and accumulation of cotton plants

表1 不同处理对棉花品质的影响

3 讨 论

利用咸水进行灌溉，咸水中的盐分被带入土壤，在土壤中不断累积，尤其是Na+和Cl-对植物的影响较大，极易造成植物的营养失衡[12]。本试验结果发现随着灌溉水盐分的增大，棉花植株中Na+含量显著增加，各器官Na+含量的从多到少依次为叶>茎>根>蕾铃。棉花根系和蕾铃吸收的Na+含量远低于茎叶，说明根系和生殖器官对Na+的截留较少，部分Na+通过茎的运输被截留，更多的Na+被运输到叶中。棉花吸收的Cl-在叶片含量最高，根中含量最低。这与赵可夫[13]试验结果较为一致。地上部积累了较多的Na+和Cl-，而根部的含量较低，加大了地上部和根部之间的渗透势差，促进更多的水分由根部向地上部的运输，利于改善地上部的水分状况，促进生长[14]。NaCl胁迫严重抑制棉花根系对Ca2+的吸收，以及Ca2+在棉花体内的运输和分配[15]。随着灌溉水矿化度的增大 ，棉花叶片中Na+含量增加，叶片中累积的Na+对Ca2+吸收有一定的抑制作用，Ca2+呈现下降的趋势，但是下降趋势不明显，说明盐分的增加，主要对Na+和Cl-的增加有促进作用，而对Ca2+含量影响较小，Ca2+对保护细胞膜及缓解盐分胁迫作用具有一定积极作用。

从棉花各器官养分含量来看，棉花叶片和蕾铃中的养分含量最高，保证了棉花的营养生长和生殖生长；随着灌溉水矿化度的增大，棉花各器官养分含量呈现先增加后降低的趋势，说明少量的盐分可以促进各器官对养分的吸收，过多的盐分则会抑制对养分的吸收作用。盐分对不同养分含量的影响不同，从本试验结果来看，N含量和P含量随着盐分的增加呈现下降的趋势，而K含量则变化不明显，说明土壤中较多的盐分会抑制棉花对养分的吸收，且对N、P肥的抑制作用大于K肥。闵伟[16]通过试验证明，咸水灌溉会显著降低N吸收。合理使用氮肥会提高氮肥利用率，减轻盐分危害，但随着灌溉水盐度的增加，其促进效应明显受到抑制[17]，而N、P、K肥配合施用，可以促进棉花对N、P、K养分吸收，减少对Na+吸收，延缓盐渍土棉花衰老[18]。因此，利用微咸水进行灌溉时，应该注意N、P、K肥的施用，以提高肥料利用率及减轻盐分对棉花产生的危害。

随着灌溉水矿化度的增大，不同处理下单株棉花中Na+和Cl-积累量差异不显著，而单株Ca2+积累量有显著差异，并且Ca2+积累量随着灌溉水矿化度的增大出现显著下降的趋势。各养分的积累量随灌溉水矿化度的增大而下降，这与龚江[19]得出试验结果一致。有研究表明，棉花籽粒中含氮量占植株总含氮量8%，更多的氮素被积累在叶片中[20]。本研究结果表明，吐絮期氮素积累量最大的器官是蕾铃。造成这种结果的原因主要有：一是棉花生育后期主要进行生殖生长，更多的养分被运输到生殖器官中，氮素含量增多；二是吐絮期生殖器官的生物量最大。

4 结 论

1)随着灌溉水矿化度的增大，棉花各器官Na+和Cl-含量呈现增加的趋势，其中处理1较对照差异较小，其它各处理与对照均存在显著性差异；Ca2+含量呈现下降的趋势，但各处理之间差异不显著。

2)棉花Na+、Cl-、Ca2+积累量随着灌溉水矿化度的增大呈现波动性变化，其中各处理之间Na+积累量差异不显著，Cl-和Ca2+积累量随着灌溉水矿化度的增大而下降。

3)棉花各器官N、P、K含量随灌溉水矿化度的增大出现先增加后降低的趋势，整体以处理1含量最高；随灌溉水矿化度的增大单株棉花N、P、K的累积量下降，处理1较对照下降幅度最小。

4)随着灌溉水矿化度的增大，棉花的短纤维指数较对照呈现不同程度的上升，但各处理之间差异不显著。其它各品质之间均较对照呈现不同程度的下降，整体棉花品质随着矿化度的增大而下降。