Field. Crops. Res. | 改变种植密度以改变不同土壤层的水分利用率，调节棉花的植物生长和产量形成

论文内容

研究背景：

在大多数以缺水为特征的旱地农业系统中，水是高产的主要限制因素。此外，全球变暖限制了干旱和半干旱地区水资源的可用性。尽管有相当多的研究表明，耗水量与茎干重呈正相关，与产量呈正相关，不同土层的水分利用如何调节棉花的植株生长和产量形成尚不清楚。此外，了解不同土层的水分利用也可能有助于确定具有较好根系特征的棉花种群。因此，了解每一土层的水分利用就变得越来越重要。

Guo等利用一维土壤水分运动方程模拟根系水分吸收(RWU)，其重点在于量化各土层的耗水量。然而，这个方程只有在假设土壤各土层均质且各向同性的情况下才有意义。Zhang等根据土壤含水量的变化程度，间接发现各土层的水分利用是不同的。这一结论缺乏各土层水分利用的直观数据。本研究中各土层水分利用的计算方法是在水平衡方程的基础上变形的，水平衡方程是目前应用最广泛的估算用水量的方法。

种植密度是棉花生产中最重要的农艺措施之一，通常对产量、纤维品质和水分利用有很大影响。在限灌(425 mm)条件下，高密度种植36.0株/m2的棉花产量较其他处理提高1.4 ~ 22.4%，且纤维品质不受影响。说明适当增加种植密度可以在不降低产量的情况下实现节水。然而，增加种植密度是否可以调节各土层的水分利用尚不清楚，这可能与高种植密度导致节水的机制有关。此外，Chen等在该试验点的棉花研究中发现，8.7株/m2(高于当地种植密度)有助于提高产量，这表明该地区具有高种植密度的潜力。因此，有必要明确种植密度对各土层水分利用的影响。

考虑到旱地作物的耗水量可以通过一米土层内的水分变化来计算，因此对一米土层内的水分动态进行了连续监测。同时，在田间设置灌溉管道进行水管理。本研究的主要目的是:(1)确定不同土层的水分利用;(2)阐明不同土层的水分利用对棉花生长和产量形成的影响。

研究内容：

种植密度管理对棉花生物量积累和籽棉产量形成具有调控作用，且与耗水量有关。然而，改变种植密度是否会影响不同土层的水分利用，从而调节棉花的植株生长和产量形成，目前尚不清楚。在2020-2021年为期两年的田间试验中，以不同的种植密度(1.5、3.3、5.1、6.9、8.7和10.5株/m²)种植棉花，评估了耗水量、株高、叶面积指数(LAI)、生物量积累和籽棉产量的空间分布。结果表明:随着种植密度的增加，中下层土壤(40-80 cm和80-120 cm)水分消耗增加，各土层(0-40 cm、40-80 cm、80-120 cm和0-120 cm)水分利用效率(WUE)提高;株高差异主要归因于累计总耗水量(0 ~ 120 cm)， LAI变化主要归因于种植密度和累计总耗水量。种植密度越高，地上生物量越大，主要是由于中下层土壤(40-80 cm和80-120 cm)耗水量越大。此外，过高的种植密度可能导致根系过早衰老，因为在高种植密度下，40-100 cm的水分消耗与地下生物量的相关性较弱。0 ~ 40 cm处水分利用效率与植株下部(1 ~ 6结实枝)铃分布和单位面积铃数成正比，与铃重和收获指数(HI)成反比，与籽棉产量呈抛物线关系(y =-426.83 + 244.50-3.48x2)。综上所述，我们的数据集中在不同土层水分利用对棉花生长和产量形成的影响;此外，这些发现填补了棉花科学的知识空白，并为确定华北平原合理的水资源管理措施提供了可行的方向。

研究结论：

增加种植密度增加了中下层土壤耗水量，提高了各土层(0-40、40-80、80-120和0-120 cm)水分利用效率。各土层累积耗水量与株高和LAI呈线性正相关。株高受累积耗水量的正调节，LAI受种植密度和累积耗水量的正影响。种群密度越大，地上生物量越大，这与40 ~ 120 cm土层耗水量越大有关。与低种植密度相比，高种植密度下地下生物量与土壤深层(50、70和90 cm)耗水量的相关性较弱，表明根系发生了过早衰老。0 ~ 40 cm处水分利用效率与植株下部(1 ~ 6子枝)铃分布和铃数成正比，与铃重和铃高成反比，与籽棉产量呈抛物线关系。

但是，需要对根指数的研究进行补充，使分析更加全面，这可能是未来的研究方向。综上所述，我们的研究结果不仅量化了不同种植密度下不同土层水分的利用，而且揭示了水分对棉花植株生长、生物量积累和产量形成的调节作用。这为农田用水量的量化提供了方法和视角。

转自：“农科学术圈”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！