全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(11): 2074−2082 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家转基因生物新品种培育科技重大专项(2009ZX08005-013B)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 罗俊杰, E-mail: hnsljjie@163.com, Tel: 0931-7612658; 王蒂, E-mail: wangd@gansu.edu.cn, Tel: 0931-7631167
第一作者联系方式: E-mail: chenyl925@163.com, Tel: 0931-7616636
Received(收稿日期): 2013-03-07; Accepted(接受日期): 2013-06-24; Published online(网络出版日期): 2013-08-12.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130812.1749.007.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.02074
干旱胁迫对彩色棉花农艺、品质性状和水分利用效率的影响
陈玉梁 1,2 石有太 2 罗俊杰 2,* 李忠旺 2 厚毅清 2 王 蒂 1,*
甘肃农业大学 / 甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室, 甘肃兰州 730070; 2甘肃省农业科学院生物技术研究所, 甘肃兰州
730070
摘 要: 为了探索干旱胁迫对彩色棉花主要性状的影响及其水分利用机制, 选用 7个不同色彩的棉花品种(系), 在常
规灌溉、胁迫灌溉和生育期不灌溉 3 种环境条件下, 调查其农艺性状、品质性状、水分利用效率(WUE)和产量。结
果表明, 干旱胁迫下不同色彩棉花品种的单株成铃数、单铃重、株高、花铃期叶片数、有效果枝数、收获指数、果
节数、籽指、茎粗和果茎节间长度减少, 衣分增加; 灌水量减少一半, 参试棉花品种的产量均降低, 不灌溉处理的籽
棉产量与常规灌溉间差异显著(P<0.05); 籽棉产量的降低幅度品种间存在较大差异(P<0.05), 棕色棉的减产幅度高于
绿色棉。常规灌溉处理下, 白色棉花水分利用效率高于棕色棉花和绿色棉花, 而后二者差异不显著; 干旱胁迫下, 棕
色棉花的水分利用效率高于绿色棉花。与水分利用效率相关的主要农艺性状、品质指标是: 叶片数、单株成铃数、
有效果枝数、果节数、株高、收获指数、单铃重、主茎节间长度、茎粗、籽指、衣分。
关键词: 彩色棉花; 产量; 农艺性状; 品质性状; 水分利用效率
Effect of Drought Stress on Agronomic Traits, Quality, and WUE in Different
Colored Upland Cotton Varieties (Lines)
CHEN Yu-Liang1,2, SHI You-Tai2, LUO Jun-Jie2,*, LI Zhong-Wang2, HOU Yi-Qing2, and WANG Di1,*
1 Gansu Key Laboratory of Crop Genetic & Germplasm Enhancement / Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2 Bio-technology
Institute, Gansu Academy of Agriculture Sciences, Lanzhou 730070, China
Abstract: To explore the effect of drought stress on main colored cotton traits and water use efficiency (WUE) mechanism, we
performed the experiments with split-plot design, irrigation amounts (normal irrigation, stress irrigation, and no irrigation) were
taken as the main-plots, and seven colored cotton varieties (lines) were used as the sub-plots. The results showed that the boll
number per plant, weight per boll, plant height, leaf number, number of fruiting branch, harvest index, number of fruit nodes, seed
index, stem diameter, internode length of fruit branches and main stem reduced, but the lint percentage increased under drought
stress. When the irrigation amount reduced by half, all cultivars yield decreased, there was significant difference between normal
irrigation and no irrigation (P<0.05). There also existed significant difference in seed cotton yield among varieties (lines)
(P<0.05), the yield reduction of brown cotton cultivar was higher than that of green cotton cultivar. Under normal irrigation, the
WUE of white cotton was higher than that of green cotton and brown cotton; there was no significant difference in WUE between
brown cotton and green cotton. Under drought stress, the WUE of brown cotton was higher than that of green cotton. So WUE is
related to leaf number, the boll number per plant, number of fruiting branches, number of fruit nodes, plant height, harvest index,
weight per boll, length between fruit branches and main stem, seed index, the stem diameter, and lint percentage.
Keywords: Colored cotton; Yield; Agronomic traits; Quality traits; Water use efficiency (WUE)
受全球气候变化的影响, 西北地区是中国气候
变暖最敏感的地区之一, 据统计, 西北地区年平均
气温 1987—2003年比 1961—l986年升高了 0.70℃,
冬季气温升高幅度最大, 为1.37℃, 春、夏、秋季分
别升高0.33℃、0.40℃和0.73℃, ≥0℃年积温平均增
加了112℃, ≥10℃年积温平均增加了107℃, <0℃负
第 11期 陈玉梁等: 干旱胁迫对彩色棉花农艺、品质性状和水分利用效率的影响 2075
积温的绝对值平均减少137℃[1]; 王鹤龄等[2]研究认
为, 气候变暖对棉花需水量的影响大, 当生长期内
温度上升 1~4℃时 , 棉花需水量将增加 2.17%~
12.66%, 相当于15.00~83.00 mm的降水 , 在此气候
变化条件下, 甘肃敦煌棉区地下水位降低、湿地萎
缩、水资源短缺已成为该地区农业及社会经济可持
续发展的“瓶颈”[3]。彩色棉因其纤维具有独特的自然
色彩 , 可减少印染过程中化工染料对环境的污染 ,
20世纪90年代全球开始掀起彩色棉研究的热潮, 全
国种植面积最高时达5.5万公顷, 种植区域集中在新
疆、甘肃等内陆棉区; 彩色棉的育种研究也取得了
很大的成就, 并系统研究了其抗旱性鉴定方法和指
标, 提出了有效的抗旱鉴定指标体系[4-10], 而水分胁
迫对彩色棉花的主要农艺性状、品质和水分利用效
率的相关研究还未见报道。近几年, 由于彩色棉颜
色单一、产量较低、纤维品质不足和产能过剩等矛
盾, 种植面积开始压缩, 主要作为高档棉织品的配
料。因此, 开展干旱胁迫彩色棉花产量、品质性状
指标和水分利用效率的研究, 对于提高彩色棉花种
植效益、节约水资源、指导当地农业生产具有重要
现实意义。本研究通过敦煌棉区高密度覆膜栽培模
式下的不同彩色棉品种(系)主要农艺性状和品质性
状的测定, 旨在阐明棉花籽棉产量、农艺性状和纤
维品质性状在干旱胁迫下的变化特征及其与水分
利用效率的关系, 为抗旱节水棉花新品种选育提供
理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验点概况
甘肃省敦煌市肃州镇魏家桥村 , 纬度 40°08′,
经度 94°41′, 海拔 1138 m, 年平均气温 10.5℃, 无霜
期 142 d, 10℃以上活动积温 3611.3℃, 年平均降雨
量 42 mm, 蒸发量 2486 mm, 是典型的大陆干旱性
气候, 属西北内陆棉区。试验播种前 10 d浇足水, 平
整土地。试验地土壤为灌淤土 , 最大田间持水量
18.35%、饱和持水量 30.33%、凋萎含水量 2.66%、
播种时 1 m土层平均土壤容重 1.52 g m–3、pH 8.93,
含有机质13.4 g kg–1、全氮0.61 g kg–1、碱解氮 49 mg kg–1、
有效磷 28.29 mg kg–1、速效钾 189 mg kg–1。
1.2 供试材料
7 个棉花品种中白色棉品种(系 )为陇棉 2 号
(LM2); 绿色棉品种为 G3-6、陇绿棉 3 号(LVM3)、
GC06-45 (GC06); 棕色棉品种为 BC05-07-18-2
(BC05)、BC06-45 (BC06)、陇棕棉 1 号(LZM1), 均
由甘肃省农业科学院作物研究所棉花课题组提供。
1.3 处理方法
2010—2012年采用裂区设计, 以灌水量为主区,
设常规灌溉、胁迫灌溉和不灌溉3个水平, 重复3次。
常规灌溉 (A), 按2 m 土层达到田间最大持水量
(18.35%)灌溉, 于棉花现蕾后(6月20日)开始每隔15
d灌水1次, 小区灌水量根据试验设计安装水表读数,
全生育期灌溉4次, 保证棉花全生育期不缺水。胁迫
灌溉(B), 灌溉量为处理 A 的50%, 灌溉次数与时间
同 A; 不灌溉(C), 全生育期不灌溉。以品种(系)为裂
区, 主区长17 m, 宽5 m, 主区间和重复间用80 cm
垂直埋设地膜隔离水分水平渗透。主区内品种随机
排列, 主区边界均用培土分离。每一品种(系)种植4
行, 地膜覆盖以宽窄行方式种植110 cm (地膜)×30
cm (露地), 株距为15 cm (密度约166 700株 hm–2)。
为消除水肥互作影响 , 施复合肥 (N∶ P2O5∶
K2O=21∶10∶14) 600 kg hm–2, 尿素150 kg hm–2,
于播前7 d开沟深施, 之后全生育期不施肥。田间管
理同常规大田。
1.4 测定指标与方法
叶片数、第一果枝节位和株高3个指标在打顶后
调查。吐絮盛期选取30株棉苗测定果节数、主茎节
间长度、单株成铃数、单铃重和有效果枝数5项农艺
性状指标, 收获后测定衣分、籽指、籽棉产量和收
获指数4个产量性状指标和茎粗 , 并计算各品种的
生育期(出苗期到吐絮期的天数), 参照《农作物田间
试验记载项目及标准》[11]中对棉花田间记载标准测
定以上指标 , 其中5个棉花品质指标由农业部农产
品质量监督检验测试中心测定。
1.5 数据处理与计算
参照李儒等[12]的方法, 于播种前、每次灌水前
一天和收获后取1 m土层的土壤测定土壤含水量 ,
并计算土壤贮水量和水分利用效率。
土壤含水量(%)=(湿土重–烘干土重)/烘干土重
×100%;
土壤贮水量W = h×a×b×10, 式中W单位为mm,
h为土层深度(cm), a为土壤容重(g cm–3), b为土壤含
水量(%), 10为换算系数;
作物耗水量(ET) = P+U–R–F–ΔW, 式中ET单位
为mm, P为作物生育期有效降水量(mm), U为地下水
补给量(mm), R为径流量(mm), F为深层渗漏量(mm),
ΔW为计算时段内土壤贮水量的变化(mm), 式中土
2076 作 物 学 报 第 39卷
壤贮水量及作物耗水量均以1 m土层含水量计算 ;
因试验区地下水位较低, 多在20 m以下, 所以地下
水上移补给量、深层渗漏、地面径流均忽略不计, 因
此上式可简化为ET=P–ΔW。
作物水分利用效率WUE = Y/ET, 式中, WUE单
位为kg hm–2 mm–1, ET为作物耗水量(mm), Y为籽棉
产量(kg hm–2)。
抗旱系数DC=Yd/Yp; 敏感指数 SI=[1–(Yd/Yp)]/
[1–(Ymd/Ymp)]; 干旱伤害指数ID=1–(Yd/Yp); 抗旱指数
DI=(Yd/Yp)×(Yd/Ymp)。式中, Yd为水分胁迫下棉花品种
的平均产量, Yp为非水分胁迫下棉花品种(系)的平均
产量, Ymd为水分胁迫下所有棉花品种(系)的平均产量,
Ymp为非水分胁迫下所有棉花品种(系)的平均产量。
采用Microsoft Excel 2003处理数据、图表 , 用
SPSS11.5处理软件进行样本方差分析及Duncan’s新复
极差检验。
2 结果与分析
2.1 试验期间试验区气候情况和土壤含水量的
变化
分别于播种前、每次灌水前和收获后于试验地
小区取样, 测定 1 m土层平均土壤相对含水量(表 1),
受气候的影响, 试验期间 1 m 土层平均土壤相对含
水量存在年份间差异, 2010 年, 由于播种时和收获
期间气温低, 蒸发量较小, 土壤含水量均高于后两
年(表 1和图 1)。
表 1 不同时期土壤相对含水量
Table 1 Relative soil water content at different growth stages
年份
Year
处理
Treatment
播种前
Preplanting
一水前
First watering
二水前
Pre-second
watering
三水前
Pre-third
watering
四水前
Pre-fourth
watering
收获后
Post-harvest
常规灌溉 A 17.98 13.99 12.50 12.37 11.12 13.08
胁迫灌溉 B 17.98 13.78 11.02 8.97 7.36 8.82
2010
不灌溉 C 17.98 13.68 10.15 6.70 5.80 6.78
常规灌溉 A 14.89 7.63 11.79 9.06 9.05 10.49
胁迫灌溉 B 14.89 7.63 8.70 6.68 6.49 7.28
2011
不灌溉 C 14.89 7.63 6.12 5.00 4.58 4.22
常规灌溉 A 15.58 9.70 9.00 9.73 8.42 11.43
胁迫灌溉 B 15.58 9.70 7.16 7.32 7.16 6.65
2012
不灌溉 C 15.58 9.70 5.15 6.08 4.14 4.76
A: normal irrigation; B: stress irrigation; C: no irrigation.
图 1 试验期间月日照时数及降雨量
Fig. 1 Monthly average sunshine time and rainfall during the experiments
2.2 干旱胁迫对不同彩色棉花品种(系)籽棉产量
的影响
从图 2可知, 干旱胁迫条件下, 参试品种(系)的
籽棉产量均有所降低, 不灌溉处理所有品种(系)的
籽棉产量与常规灌溉间均差异显著, 在灌水量减少
一半的情况下, 除棕色棉 BC05 外, 所有品种(系)胁
迫灌溉和常规灌溉的籽棉产量均差异显著。在不灌
溉条件下, 棕色棉 BC05 籽棉产量最高, 为 2425.42
kg hm–2, 减产幅度最小(50.37%), 其次为对照白色
棉品种 LM2, 籽棉产量 2396.85 kg hm–2, 减产幅度
达 59.14%; 绿色棉 G3-6减产幅度最大(65.31%)。生
育期不灌溉处理的绿色棉减产幅度均在 60%以上,
第 11期 陈玉梁等: 干旱胁迫对彩色棉花农艺、品质性状和水分利用效率的影响 2077
棕色棉均在 60%以下, 说明全生育期干旱胁迫对绿
色棉的影响高于棕色棉和白色棉。
2.3 参试品种(系)的抗旱性评价
胁迫敏感指数是作物抗旱性鉴定和评价最有
效的指标, 代表作物对干旱胁迫环境的反应敏感程
度 , 其值越大 , 表示作物对干旱越敏感 , 抗旱性越
差, 反之抗旱性越强。以不灌溉处理和常规灌溉的
籽棉产量计算参试品种(系)的抗旱系数、抗旱指数
和敏感指数, 表 2 表明, 棕色棉 BC05 敏感指数和
伤害指数最小, 抗旱系数和抗旱指数最高, 在参试
品种(系)中抗旱性最强, 绿色棉G3-6的敏感指数和
伤害指数最高, 抗旱系数和抗旱指数小, 是抗旱性
最差的品种。参试品种均为早熟棉 , 生育期接近 ,
抗旱性为BC05>BC06>GC06>LM2>LZM1>LVM3>G3-6。
图 2 干旱胁迫下不同棉花品种(系)籽棉产量的变化
Fig. 2 Changes of the seed cotton yield of different cotton
cultivars(lines) under drought stress
标以不同小写字母的柱值同一品种不同处理间差异显著
(P<0.05)。A: 常规灌溉; B: 胁迫灌溉; C: 不灌溉。
Bars superscripted by different letters are significantly by different
at 0.05 probability level. A: normal irrigation; B: stress irrigation;
C: no irrigation.
表 2 参试品种(系)的抗旱性评价
Table 2 Evaluation of drought resistance of the tested varieties (lines)
品种
Variety (line)
抗旱系数
Drought coefficient
抗旱指数
Drought index
敏感指数
Sensitivity index
伤害指数
Injury index
抗旱性排序
Resistance level
LM2 0.410 0.202 0.349 0.590 4
LVM3 0.372 0.138 0.372 0.628 6
G3-6 0.358 0.140 0.381 0.642 7
GC06 0.412 0.169 0.348 0.588 3
BC05 0.492 0.241 0.301 0.508 1
BC06 0.432 0.173 0.337 0.568 2
LZM1 0.381 0.154 0.367 0.619 5
2.4 干旱胁迫对不同彩色棉花品种(系)农艺性状
的影响
干旱胁迫使不同彩色棉花品种(系)的单株成铃
数、单铃重、株高、花铃期叶片数、有效果枝数、
收获指数、果节数、籽指、茎粗和果茎节间长度减
少, 衣分增加; 同一品种(系), 不灌溉处理各指标值
均与常规灌溉处理存在显著差异; 胁迫灌溉处理的
各农艺性状与常规灌溉处理在不同品种间存在差
异。生育期间灌水量减少一半和生育期不灌水使棉
花的叶片数分别降低 8.3%~29.9%和 39.0%~47.8%,
单株成铃数分别降低 13.4%~24.0%和 43.0%~52.9%,
有效果枝数分别降低 8.4%~25.2%、41.3%~51.8%,
果节数分别降低 8.2%~23.7%和 28.3%~39.2%, 株高
分别降低 6.4%~15.8%和 30.3%~35.9%, 收获指数分
别降低 5.6%~10.5%和 15.0%~24.6%, 单铃重分别降
低 2.9%~9.1%和 14.2%~22.7%, 主茎节间长度分别
降低 2.7%~9.3%和 10.7%~29.0%, 茎粗分别降低
3.8%~9.0%和 15.8%~23.0%, 籽指分别降低 2.2%~
4.5%和 10.4%~24.3%, 衣分分别增加 1.9%~6.3%和
7.7%~14.2% (表 3)。
2.5 干旱胁迫对不同彩色棉花品种(系)品质性状
的影响
随着灌水量的减少 , 不同彩色棉花品种(系)上
半部分纤维长度均变短, 常规灌溉与不灌溉处理间
差异均显著差异; 整齐度指数降低了 1.7%, 常规灌
溉与胁迫灌溉处理的整齐度指数差异不显著 , 除
LVM3和GC06外, 常规灌溉与不灌溉处理间差异均
显著。干旱胁迫对不同彩色棉花品种(系)的马克隆
值、伸长率和断裂比强度的影响品种(系)间存在差异,
品质指标在不同基因型间有差异, 白色棉 LM2的马
克隆值增加, 处理间差异显著, 对伸长率的影响处理
间差异不显著, 断裂比强度降低, 处理间差异显著;
绿色棉的马克隆值增加, 伸长率降低, 断裂比强度
2078 作 物 学 报 第 39卷
第 11期 陈玉梁等: 干旱胁迫对彩色棉花农艺、品质性状和水分利用效率的影响 2079
增加, 断裂比强度常规灌溉与不灌溉处理间差异显
著 ; 棕色棉马克隆值的影响品种 (系 )间存在差异 ,
BC05 的马克隆值降低, 伸长率增加, 断裂比强度降
低 , 常规灌溉处理与不灌溉处理间差异均显著 ,
BC06和 LZM1的马克隆值和伸长率均增加, 常规灌
溉与胁迫灌溉处理间差异不显著(表 4)。
表 4 干旱胁迫对不同彩色棉花品种(系)主要纤维品质性状的影响
Table 4 Effect of irrigation amounts on main fiber quality traits of colored cotton varieties (lines)
品种(系)
Variety (line)
灌水处理
Treatment
上半部纤维平均长度
Fiber length
(mm)
整齐度指数
Uniformity
(%)
马克隆值
Micronaire
伸长率
Elongation
(%)
断裂比强度
Specific breaking
strength (cN tex–1)
常规灌溉 A 30.008 a 85.150 a 4.512 c 6.567 a 31.153 a
胁迫灌溉 B 28.898 b 84.413 ab 4.824 b 6.402 a 29.904 b
LM2
不灌溉 C 27.717 c 83.783 b 4.955 a 6.550 a 28.717 c
常规灌溉 A 24.377 a 79.617 a 2.407 b 7.033 a 23.800 c
胁迫灌溉 B 23.202 b 79.250 a 2.637 a 6.383 b 24.267 b
LVM3
不灌溉 C 22.362 c 79.033 a 2.635 a 6.200 b 24.567 a
常规灌溉 A 26.018 a 80.850 a 3.303 a 6.833 a 23.361 b
胁迫灌溉 B 25.610 a 81.267 a 3.088 a 6.950 a 23.433 b
G3-6
不灌溉 C 23.503 b 78.217 b 3.128 a 6.817 a 23.767 a
常规灌溉 A 26.335 a 80.817 a 2.702 b 6.667 a 23.183 b
胁迫灌溉 B 25.465 b 81.283 a 2.860 a 6.833 a 23.567 a
GC06
不灌溉 C 24.765 b 81.017 a 2.770 ab 6.150 b 23.900 a
常规灌溉 A 25.972 a 82.433 a 3.988 a 6.533 b 25.383 a
胁迫灌溉 B 25.935 a 81.550 ab 3.828 a 6.667 ab 25.317 a
BC05
不灌溉 C 24.807 b 80.567 b 3.600 b 6.933 a 23.000 b
常规灌溉 A 26.502 a 83.633 a 4.365 b 6.583 a 26.500 a
胁迫灌溉 B 26.318 a 83.117 a 4.498 b 6.633 a 25.583 b
BC06
不灌溉 C 24.645 b 81.500 b 4.800 a 6.833 a 23.367 c
常规灌溉 A 25.222 a 81.417 a 4.227 a 6.633 a 24.550 a
胁迫灌溉 B 24.178 b 81.567 a 4.330 a 6.833 a 24.267 a
LZM1
不灌溉 C 23.508 c 80.267 b 4.352 a 7.067 a 23.483 b
同列标以不同字母的值在同一品种(系)不同处理间差异显著(P<0.05)。A: 常规灌溉; B: 胁迫灌溉; C: 不灌溉。
Values within a column followed by different letters are significantly different between treatments for the same variety (line) at 0.05.
A: normal irrigation; B: stress irrigation; C: no irrigation.
2.6 干旱胁迫对不同彩色棉花品种(系))水分利
用效率的影响
随着灌水量的减少, 棉花的水分利用效率增加,
棕色棉BC05不灌溉处理的水分利用效率最高 , 达
13.318 kg hm–2 mm–1, 较常规灌溉增加44.25%, 较
胁迫灌溉增加19.6%, 增幅高于其他品种(系); 绿色
棉G3-6不灌溉处理的水分利用效率较常规灌溉增加
7.16%, 较胁迫灌溉增加5.05%, 增加幅度最小 ; 白
色棉LM2不灌溉处理的水分利用效率较常规灌溉增
加13.21%, 较胁迫灌溉增加4.6%; 常规灌溉条件下,
白色棉籽棉产量最高, 其水分利用效率达11.058 kg
hm–2 mm–1; 不灌溉条件下, 参试的3个棕色棉品种
(系)的水分利用效率均高于绿色棉品种(系) (图3)。
2.7 不同性状与水分利用效率的相关分析
通过简单相关分析得到不同灌水处理条件下各
主要农艺和品质性状与WUE的简单相关系数。在常
规灌溉条件下, 茎粗、衣分、上半部分纤维长度、
马克隆值、整齐度指数和断裂比强度与WUE呈极
图 3 干旱胁迫对不同彩色棉花品种(系)水分利用效率的影响
Fig. 3 Effect of irrigation amounts on water use efficiency of
colored cotton
A: 常规灌溉; B: 胁迫灌溉; C: 不灌溉。
A: normal irrigation; B: stress irrigation; C: no irrigation.
2080 作 物 学 报 第 39卷
显著正相关 , 株高、单株铃数、第一果枝节位、单
铃重和籽指与WUE呈显著正相关 ; 灌水量减少一
半后 , 单株铃数、有效果枝数、第一果枝节位、衣
分、收获指数、马克隆值和单铃重与WUE极显著
正相关 ; 不灌溉条件下 , 株高、果茎节间长度、单
株铃数、有效果枝数、第一果枝节位、茎粗、生
育期、收获指数、籽指和单铃重与WUE极显著正
相关 , 持续干旱胁迫使衣分和棉花品质性状 (上
半部分纤维长度、整齐度指数、马克隆值和断裂
比强度 )与WUE的相关系数降低 , 除马克隆值和
断裂比强度外 , 其他性状均与水分利用效率显著
正相关。
表 5 彩色棉花主要农艺性状与水分利用效率的简单相关系数
Table 5 Correlation coefficients between major agronomic traits and WUE in colored cotton cultivars
水分利用效率 Water use efficiency 性状
Trait
常规灌溉
Normal irrigation
胁迫灌溉
Stress irrigation
不灌溉
No irrigation
籽棉产量 Seed cotton yield (kg hm–2) 0.983** 0.988** 0.983**
纤维长度 Fiber length (mm) 0.572** 0.516** 0.319*
断裂比强度 Specific breaking strength (cN tex–1) 0.512** 0.418** 0.188
整齐度指数 Uniformity (%) 0.421** 0.505** 0.320*
马克隆值 Micronaire 0.376** 0.541** 0.237
伸长率 Elongation (%) –0.213 0.238 0.313*
衣分 Lint percentage (%) 0.392** 0.477** 0.269*
籽指 Seed index (g) 0.322* 0.300* 0.388**
茎粗 Stem diameter (cm) 0.528** 0.560** 0.644**
单株成铃数 Bolls per plant 0.314* 0.460** 0.576**
单铃重 weight per boll (g) 0.284* 0.623** 0.721**
株高 Height (cm) 0.336* 0.280* 0.555**
第一果枝节位 Initial internodes of fruiting branch 0.213 0.478** 0.409**
果节数 Number of fruit nodes 0.278* 0.244 0.358**
有效果枝数 Number of fruiting branch 0.220 0.495** 0.578**
主茎节间长度 Internode length on main stem (cm) 0.099 –0.004 0.425**
生育期 Growth period (d) 0.002 0.070 0.488**
花铃期叶片数 Leaf number at flowering-bolling stage –0.085 0.099 0.276*
收获指数 Harvest index (%) 0.203 0.558** 0.643**
** 表示 P=0.01水平相关; *表示 P=0.05水平相关。** Significance at P<0.01; * Significance at P<0.05.
3 讨论
3.1 干旱胁迫对棉花农艺性状的影响
现有的研究表明, 棉花的抗旱性与基因型、形
态性状及生理生化反应等有关, 而且受干旱发生的
时期、强度及持续时间的影响。王留明等[13]和南建
福等 [14]研究表明 , 干旱严重影响棉花的生长发育 ,
苗期受干旱胁迫群体落蕾率普遍降低 , 落铃率提
高。蕾期适度水分亏缺可控制营养生长促进生殖
生长 , 而花铃后期水分胁迫则有利于棉铃自然吐
絮 [15]。中度受旱时, 棉株生长缓慢, 叶片数减少, 叶
片变小、新生叶片伸出速率慢, 果枝量少, 且伸展慢;
重旱(土壤水分比对照处理低25%~30%)时生长停止,
产生自然封顶现象[16], 花铃期对籽棉产量构成的影
响因素权重以单株成铃数>成铃率>单铃重。短期干
旱胁迫以增加成铃数显示籽棉增产[17], 生育中、后
期缺水会使株高降低、果枝数、果节数、单株成铃
数减少, 铃期变短, 脱落增加, 产量下降[18-19]。全生
育期持续干旱胁迫下, 单株铃数是决定皮棉产量最
重要的因子, 株高对抗旱品种皮棉产量的综合贡献
较大[20]。本研究表明, 干旱胁迫下不同色彩棉花品
种(系)的单株成铃数、单铃重、株高、花铃期叶片数、
有效果枝数、收获指数、果节数、籽指、茎粗和果
茎节间长度减少, 衣分增加; 棕色棉品种基因型间
差异显著, 产量高于绿色棉。棉花纤维的色泽与籽
棉产量存在负相关, 色泽越深产量越低, 这与前人
对白色棉的研究结果一致[17]。
3.2 干旱胁迫对棉花产量及品质的影响
水是影响棉花生长发育与产量和品质最主要因
素之一, 土壤水分不足或过大, 均会造成产量降低
和品质的下降[21], 俞希根等[16]研究节水灌溉条件下
适宜土壤水分下限(为田间最大持水量百分数)表明,
第 11期 陈玉梁等: 干旱胁迫对彩色棉花农艺、品质性状和水分利用效率的影响 2081
苗期为55%、蕾期为60%、花铃期为70%、成熟期为
55%。蔡红涛等[22]研究认为干旱胁迫对籽棉产量的
调控显示区位效应, 减产效应随干旱延长显示由下
而上、由内而外区位拓展态势, 解除胁迫可获得一
定产量补偿。不同生育阶段的干旱对棉花产量性状
的影响也有差异, 韩会玲等 [23]研究认为, 蕾期和花
铃期连续受旱使棉铃弱小, 产量大幅度降低。蕾期
中度受旱(土壤水分比对照处理低15%~20%为中旱)
使棉花生育进程加快[16], 花铃期是棉花对水肥需求
最敏感的时期, 亦是产量与品质形成的关键时期[24],
这一时期土壤短期的干旱(持续8 d干旱)就可显著降
低棉株各器官的干物质重与氮素累积量[25]。本研究
表明, 灌水量减少一半, 参试棉花品种(系)的产量均
降低, 不灌溉处理的籽棉产量与常规灌溉间差异极
显著; 籽棉产量降低幅度品种(系)间存在较大差异,
棕色棉的减产幅度高于绿色棉; 常规灌溉和全生育
期不灌水处理下与产量重要相关的农艺性状如单株
成铃数、株高、有效果枝数、单铃重等均差异显著,
说明高密度覆膜栽培模式下, 品种(系)间存在基因
型的差异, 这与作者关于抗旱指标筛选鉴定的结论
[8]是一致的。
3.3 干旱胁迫对棉花水分利用效率的影响
作物水分利用效率(WUE)反映作物耗水与光合
作用物质生产的关系 , 彩色棉品种 (系)是评价作
物节水能力的指标 [26], 适时适度的水分亏缺对棉
花籽棉产量的影响不明显, 其溉水利用效率可提高
27.94%~34.85%[18], 不同棉花品种间水分利用效率
存在差异[27]。本研究表明常规灌溉条件下, 白色棉
花水分利用效率高于棕色棉花和绿色棉花, 而后两
者彼此相近, 这与白色棉花产量高的事实吻合, 本
试验中白色棉水分利用相关研究还在进行中; 随着
灌水量的减少 , 棉花的水分利用效率呈增加趋势 ,
而且抗旱品种的水分利用效率增加量高于不抗旱品
种, 这与前人研究认为随着灌水量的增加水分利用
效率降低的结论是一致的 [28-29], 也符合这两种颜
色棉花品种的实际抗旱性[7]。
4 结论
在敦煌极度干旱的气候条件和高密度覆膜种植
模式下, 彩色棉品种(系)大部分农艺性状和品质性
状与籽棉产量的相关性随干旱胁迫强度的增加而增
强。干旱胁迫使绿色棉的断裂比强度增加, 而白色
棉和棕色棉花降低; 与水分利用效率相关的主要指
标是叶片数、单株成铃数、有效果枝数、果节数、
株高、收获指数、单铃重、果茎节间长度、茎粗、
籽指、衣分; 干旱胁迫下, 棕色棉花的水分利用效率
高于绿色棉花, 可达 13.318 kg hm–2 mm–1。
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