微咸水灌溉优化：基于棉花产量、纤维品质与水分利用效率协同提升的干旱区阈值研究

为解决干旱区农业水资源短缺问题，研究人员通过两年田间试验系统评估了不同矿化度(0.85-8 g L-1)微咸水膜下滴灌对棉花生长参数(Ph/Sd/LAI/Ab)、生理指标(Pn/Tr/Gs)、产量构成(SCY/BW/FB)及纤维品质(MIC/UFI)的影响。研究发现3 g L-1处理可显著提升产量(4.76-5.92%)和WUE(5.53-6.35%)，SEM分析揭示盐度通过调控Tr-LAI-Ab通路影响产量，确定1.76-3.00 g L-1为最优灌溉盐度区间，为干旱区咸水资源高效利用提供科学依据。

　　

在全球水资源日益紧缺的背景下，干旱半干旱地区的农业生产面临严峻挑战。中国西北内陆的棉花主产区新疆，年均降水量不足200毫米，而蒸发量高达1660毫米，淡水资源的匮乏严重制约着当地农业发展。然而，这片土地却蕴藏着丰富的微咸水资源，占全国西北干旱区内陆地区天然补给量的57.6%，年可开采量达17.24亿立方米。如何科学利用这些微咸水资源进行农业灌溉，成为解决区域农业用水矛盾的关键突破口。

棉花作为新疆最重要的经济作物，具有中等耐盐性，但其生长、产量和纤维品质对灌溉水盐度极为敏感。以往研究表明，盐胁迫会抑制棉花株高(Ph)、茎粗(Sd)和叶面积指数(LAI)等生长参数，降低净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)等生理指标，最终影响皮棉产量(SCY)和纤维品质。然而，关于能同时优化产量、纤维品质和水分利用效率(WUE)的灌溉水盐度阈值，学术界尚未达成共识。

针对这一科学问题，石河子大学的研究团队在2021-2022年开展了系统的田间试验。研究采用完全随机区组设计，设置了0.85（对照）、3、5和8 g L^-1四个灌溉水矿化度处理，基于当地主栽品种"新陆早42"，采用"一膜三管六行"的膜下滴灌模式。通过测定棉花形态指标、生理参数、产量构成和纤维品质，结合结构方程模型(SEM)和回归分析，揭示了微咸水灌溉影响棉花生产的生理机制，并确定了最优盐度区间。

研究主要采用了以下关键技术方法：1) 标准化田间试验设计，模拟当地典型的地下水离子组成比例；2) 多参数动态监测，包括生长指标(Ph/Sd/LAI)、生物量(Ab)、光合参数(P_n/T_r/G_s/C_i)的系统测定；3) 产量构成(SCY/BW/FB)和纤维品质(MIC/UFI/STR/ELO)的标准化评估；4) 综合运用Pearson相关分析、SEM路径分析和主成分分析等多维统计方法。

3.1 棉花生长参数对不同灌溉水盐度制度的差异响应
研究发现3 g L^-1处理显著提升了棉花的Ph、Sd、LAI和Ab，在盛铃期较对照分别增加1.77-2.25%、6.61-6.71%和7.63-7.65%。而高盐处理(5/8 g L^-1)则产生显著抑制作用，8 g L^-1处理使上述指标降低11.34-26.24%。这表明适度盐分可能通过渗透调节刺激棉花生长，而过高盐度则引发渗透胁迫。

3.2 棉花对灌溉水盐度的生理响应
生理数据显示3 g L^-1处理显著提升了P_n(4.63-4.68%)和T_r(6.23-13.64%)，同时降低胞间CO₂浓度(C_i)20.47-22.68%。SEM分析表明盐度主要通过调控T_r影响LAI和Ab，形成"盐度-T_r-LAI-Ab-SCY"的关键通路。

3.3 棉花产量和品质对灌溉水盐度的响应
3 g L^-1处理使SCY和WUE分别提高4.76-5.92%和5.53-6.35%，纤维长度和整齐度指数(UFI)也有所改善。值得注意的是，盐度与纤维马克隆值(MIC)呈显著正相关(r=0.63)，表明盐分可能促进纤维成熟度但降低细度。

3.5 最优灌溉水盐度阈值的确定
通过多目标优化分析，确定1.76-3.00 g L^-1为同时实现SCY、纤维品质和WUE最优化的盐度区间。在此范围内，3 g L^-1处理使纤维品质综合评分达到峰值45.25，而2.33 g L^-1更利于产量最大化(5152.79 kg hm^-2)。

这项研究首次系统阐明了微咸水灌溉影响棉花生产的生理机制，建立了盐度-T_r-LAI-Ab-SCY的关键路径模型。确定的1.76-3.00 g L^-1最优盐度区间，为新疆棉花生产的咸水资源高效利用提供了精准调控依据。研究成果对全球干旱区农业水资源可持续利用具有重要参考价值，相关发现已发表于《Industrial Crops and Products》。未来研究可进一步探讨长期微咸水灌溉对土壤盐渍化的累积效应，以及不同基因型棉花对盐度的响应差异，为盐碱地农业可持续发展提供更全面的科学支撑。