“干播湿出”水分调控方式对棉花土壤水分与盐分动态、根系生长及产量的影响

《Frontiers in Plant Science》：Impact of “dry sowing and wet emergence” water regulation on cotton soil water and salt dynamics, root growth and yield

新疆棉花种植中干播种和湿出苗（DSWE）技术对土壤水盐动态、根系生长及产量影响的研究。两年田间试验表明，W2F2处理（中等出苗水量+双次灌溉）显著提高土壤含水率（较CK高10.2%），降低盐分（EC值降低至CK的60%），促进根系发育（RLD增加162.5%），增强抗氧化酶活性（POD、SOD、CAT分别降低23.2%、18.0%、下降趋势），使棉铃数和籽棉产量分别提升23.3%和23.5%，灌溉水生产效率提高57.05%。研究证实双次灌溉结合适中水量（W2）是平衡水盐调控、根系健康与产量的最优策略。

　　在新疆地区，棉花种植面临着独特的自然条件与挑战。该地区具备有利于棉花生长的气候和土壤环境，但由于水资源短缺和土壤盐碱化问题日益严重，传统的灌溉方式难以满足现代农业发展的需求。针对这些问题，干播湿出（DSWE）技术作为一种新型的节水灌溉方式，被广泛研究和应用。DSWE技术通过膜下滴灌和干播后适时补充水分，不仅有助于提高土壤水分保持能力，还能有效降低盐碱地的盐分积累，从而改善棉花的生长环境。然而，关于DSWE技术对土壤水分盐分动态、土壤脱盐率（SDR）、棉花根系生长、产量以及灌溉水生产效率（IWPE）的具体影响，目前的研究仍较为有限。

本研究通过为期两年的田间试验，探讨了不同灌溉方案对棉花生长和土壤环境的影响。试验设计采用了三种不同的苗期灌溉量（W1为22.5 mm，W2为37.5 mm，W3为45.0 mm）和两种滴灌频率（F1为一次性灌溉，F2为两次灌溉），共形成六种不同的灌溉组合。同时，还设置了一个基于当地春季灌溉量的对照组（CK）。研究结果显示，在相同苗期灌溉量下，F2处理的土壤含水量显著高于F1处理，而土壤盐分含量则明显低于F1。这表明，提高滴灌频率有助于保持土壤水分的稳定，同时减少盐分在土壤表层的积累，从而为棉花的萌发和早期生长创造有利条件。

此外，研究还发现，在相同灌溉条件下，W2F2和W3F2处理的棉花根系长度密度（RLD）和根系活力显著优于W2F1和W3F1处理。这说明，增加灌溉频率和灌溉量可以有效促进根系的发育，提高其吸收水分和养分的能力。然而，值得注意的是，W2F2和W3F2处理的根冠比（R/S）低于W2F1和W3F1处理，表明在满足水分需求的前提下，适当提高灌溉频率可以促进棉花根系的扩展，同时减少地上部分的生长比例，从而优化资源分配。进一步分析显示，W2F1和W3F1处理的棉花根系中过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和类胡萝卜素（CAT）活性显著升高，同时丙二醛（MDA）含量也增加，这可能表明这些处理导致了更严重的氧化应激。相比之下，W2F2和W3F2处理的这些指标与对照组（CK）相似，表明其并未引起明显的生理压力，反而有助于维持根系的正常生理状态。

在产量方面，F2处理的棉花铃数和籽棉产量均比F1处理提高了23.3%和23.5%。这一结果进一步说明，提高滴灌频率能够有效促进棉花的生长发育，提高最终产量。然而，值得注意的是，在W2F2和W3F2处理之间，铃数和籽棉产量并无显著差异，这表明在一定的灌溉频率下，增加灌溉量对产量的提升作用有限。因此，优化灌溉频率和量的组合，可能是实现高效灌溉的关键。

本研究还通过相关性分析，揭示了土壤水分和盐分含量、根系特征、出苗率和产量之间的关系。结果显示，土壤含水量、根系活力和根系长度密度与出苗率呈显著正相关，而土壤盐分含量则与这些指标呈负相关。此外，籽棉产量与出苗率、土壤含水量、根系长度密度、根系活力和铃数呈正相关，而与根冠比、POD、SOD和MDA含量呈负相关。这表明，维持土壤水分的稳定和降低盐分含量是提高棉花产量的关键因素，同时，合理的灌溉管理有助于减少根系的生理压力，提高其生长活力。

在节水与减盐方面，W2F2处理表现出最佳的节水效果，其灌溉水生产效率（IWPE）比对照组（CK）提高了57.05%。这说明，通过减少灌溉次数和提高频率，能够有效降低灌溉用水量，同时保持较高的产量和脱盐率。此外，W2F2处理的土壤脱盐率比W2F1和W3F1处理分别提高了40.2%和39.5%，进一步证明其在脱盐方面的有效性。

综上所述，DSWE技术通过优化灌溉频率和量，能够有效改善土壤水分和盐分的动态平衡，促进棉花根系的发育和生理状态的稳定，从而提高出苗率和产量。在当前的实验条件下，W2F2处理被证明是最有效的灌溉方案，它不仅能够实现节水和减盐的目标，还能增强棉花的生长活力。然而，未来的研究需要进一步结合智能农业技术，建立土壤-水分-作物-气象一体化的监测与调控系统，以提高研究的精确性和实用性。这将有助于实现更加科学、高效的棉花种植管理，为干旱和半干旱地区的可持续农业发展提供理论支持和技术保障。