新疆作为典型的温带大陆性干旱气候区，年均降水量仅150 mm，蒸发量高达1600~2200 mm，水资源短缺已成为制约棉花产业可持续发展的核心矛盾。2023年新疆棉花产量达511.2万t，占全国总产量90%以上，但棉花生产消耗了区域农业用水的65%~75%^[1]。尽管棉花本身具备一定抗旱性，但持续缺水仍会导致叶片光合能力下降、花铃脱落加剧及纤维品质劣变^[2-3]。在全球气候变化与水资源刚性约束的双重压力下，筛选抗旱节水型棉花品种，协同优化灌溉制度，已成为突破新疆棉花生产瓶颈的关键路径^[4-7]。

目前已明确棉花生育期水分需求规律，苗期土壤相对湿度低于55%会抑制光合作用^[8]，花铃期缺水则直接导致单株铃数减少（贡献产量损失70%~85%）^[9]、纤维品质指标显著劣化^[10-11]。此外，不同棉花品种在生长过程中对水分的需求差异较大，根系发达程度、叶片蒸腾速率和生长周期不同均会影响其需水量。干旱缺水严重时，抗旱品种通过关闭气孔导度减少了植株间水分的蒸腾^[12]，降低了高温缺水对植株的损伤。尽管膜下滴灌技术已在新疆广泛应用，但现有研究^[13-14]多聚焦单一灌溉模式对产量的影响，而对不同亏缺灌溉与抗旱品种协同效应的机制探索不足。如何通过品种遗传潜力与精准水分调控的耦合实现“以水调产”仍缺乏系统研究。

本研究以新疆石河子垦区主栽棉花品种为对象，在膜下滴灌系统下设置不同亏缺灌溉处理，通过分析不同品种在关键生育期的水分利用效率、农艺性状及产量构成响应规律，旨在揭示抗旱品种在亏缺灌溉条件下的生理补偿机制与节水潜力，提出基于品种抗旱性与灌溉制度匹配的精准节水方案，为新疆棉区实现“以种适水、以水定产”提供理论依据。本研究对突破干旱区作物生产的水资源约束、推动棉花产业绿色可持续发展具有重要实践意义。

试验于2024年在石河子农业科学研究院试验地（44°33′31.46″ N，86°0′44.80″ E）进行，海拔362.3 m。地处天山北麓中段，古尔班通古特沙漠南缘，属于典型的温带大陆性气候，年均气温约7 ℃，年均降水量125~220 mm，降水多集中在4-7月，该地区日照充沛，无霜期160 d左右。供试土壤类型为灰漠土，土壤质地为中壤，属中等肥力田，为典型干旱灌溉农业区。

采用裂区试验，以灌水梯度为主区，以品种为副区。设置4个灌水梯度，分别为正常灌溉量（对照，W₁₀₀，4200 m³/hm²）、轻度缺水（W₈₅，3570 m³/hm²）、中度缺水（W₇₀，2940 m³/hm²）和重度缺水（W₅₅，2310 m³/hm²），试验材料选择2024年第八师棉花主栽品种惠远720、新陆早79号、新陆早80号、新陆早84号及对照品种新陆早61号。试验正常总灌溉量、每次灌溉量和灌溉时间的确定参考当地大田生产，同时结合棉花生产实际情况。每个灌水处理内将5个品种随机排列，设置3个重复，共设置60个小区，小区面积为3.50 m（长）×1.75 m（宽）。于2024年4月19日开始播种，种植模式为膜下滴灌，采用“一膜两管四行”的方式种植，膜宽145 cm，株距10 cm。播种时土壤墒情较好，故带墒播种未滴出苗水，具体灌水情况见表1。未施基肥，全生育期总施肥量1365 kg/hm²，其中施用磷酸一铵（MAP，N含量12%，P₂O₅含量61%）450 kg/hm²，尿素（N含量46%）540 kg/hm²，农用硫酸钾（K₂O含量50%）375 kg/hm²，具体施肥情况见表2。采用人工打顶的方式，其他农事操作与大田生产一致。

苗期、蕾期、花铃期、盛铃期和吐絮期均以达到50%为标准，并记录各处理日期。

每个处理定点标记5株，并在每个生育期末调查定株的相关农艺指标。以地面到顶端生长点为标准测定株高；茎粗测定植株基部；使用托普云农的活体叶面积测量仪YMJ-B调查功能叶的叶面积（打顶前选择倒4叶，打顶后选择倒2~3叶）；使用SPAD-502Plus（柯尼卡美能达，日本）进行测定叶绿素含量；蕾期统计现蕾数；花铃期统计蕾、铃和初始果枝高度；吐絮期统计有效果枝台数和铃数。

根冠比=地下根系生物量干重/地上部生物量干重。

采用LI-6400光合仪（LI-COR，美国）在苗期（6月6日）、蕾期（6月27日）和花铃期（7月15日）测定功能叶的蒸腾速率（T_r）、胞间CO₂浓度（C_i）、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、水蒸气压亏缺（VPD）和水分利用效率（WUE），每个处理选择定株测定。

在花铃期取植株功能叶，用锡纸包裹好后放入液氮中，使用苏州科铭生物技术有限公司的酶活性试剂盒，采用可见分光光度计进行比色测定脯氨酸（Pro）含量、过氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性糖（SS）和丙二醛（MDA）含量。

收获前每小区取3株，分器官烘干后计算生物量。收获前每小区取30朵棉铃（上部、中部、下部各10朵）测定单铃重。取长度1 m统计株数并折算出每公顷收获株数。产量为小区实打实收。

水分利用效率（WUE，kg/m³）=Y/I，式中，Y为棉花的籽棉产量（kg/hm²）；I为滴灌棉花全生育期灌水量（m³/hm²）。

采用Excel 2019进行数据统计及处理，采用IBM SPSS Statistics 26.0软件进行方差分析，采用Origin 2022绘图。

由表3可知，同一灌溉水平内主栽品种间生育期无明显差异，而主栽品种较对照品种苗期早2 d，蕾期无差异，初花期和花铃期均晚1 d，吐絮期W₁₀₀、W₈₅、W₇₀、W₅₅分别晚16、9、11、2 d，主栽品种较对照品种全生育期差异与吐絮期一致。同一品种在不同亏缺灌溉条件下苗期和蕾期无差异，W₅₅较其他处理初花期早1 d，花铃期早2 d。吐絮期W₅₅主栽品种较W₇₀、W₈₅和W₁₀₀分别早13、16和23 d，W₅₅对照品种较W₇₀、W₈₅和W₁₀₀分别早4、9和9 d。随着灌水亏缺程度的加剧，主栽品种在初花期、花铃期、吐絮期和全生育期分别比对照组提前了1、2、7~23和13~23 d，对照品种在初花期、花铃期、吐絮期和全生育期分别比对照组提前了1、2、4~9和4~9 d。灌水亏缺主要影响花铃期―吐絮期这一阶段，主栽品种在花铃期―吐絮期W₁₀₀、W₈₅、W₇₀和W₅₅分别为58、51、48和37 d，对照品种在花铃期―吐絮期W₁₀₀、W₈₅、W₇₀和W₅₅分别为43、43、38和36 d。

随着亏缺灌溉的加剧，各品种株高均表现出降低的趋势。同一亏缺灌溉条件下株高各生育时期新陆早61号表现最好，且与主栽品种存在显著差异，这可能是品种特性造成的。主栽品种间在蕾期和花铃期，新陆早79号株高优于惠远720（图1）。

随着亏缺灌溉的加剧，各品种茎粗均表现出降低的趋势，新陆早79号和新陆早80号在蕾期、花铃期的W₅₅明显低于其他处理，W₇₀与W₈₅和W₁₀₀差异不明显。新陆早84号和新陆早61号在蕾期W₅₅和W₇₀差异不显著，但两者与W₈₅和W₁₀₀存在明显差异。W₇₀与W₈₅和W₁₀₀存在明显差异。同一亏缺灌溉条件下在蕾期和花铃期茎粗无显著性差异，而在苗期阶段品种间略有差异，这可能是品种特性所致（图2）。

随着亏缺灌溉的加剧，各品种的叶面积和SPAD值均表现出降低的趋势（图3）。全生育期功能叶叶面积表现出先增加后降低的趋势，在花铃期各品种功能叶叶面积最大，各品种在花铃期W₁₀₀分别比W₅₅、W₇₀和W₈₅的功能叶叶面积多34.2~52.9、13.0~32.2和0~15.4 cm²。在苗期各处理的SPAD值差异较小，在苗期后，即开始亏缺灌溉，功能叶SPAD值出现差异，亏缺越严重SPAD值越低（图3）。

亏缺灌溉降低了初始果枝高度和有效果枝台数，亏缺越严重，降低越多。同一亏缺灌溉主栽品种间初始果枝高度差异不显著，主栽品种间W₅₅、W₇₀、W₈₅和W₁₀₀的初始果枝高度分别为23.5~28.2、26.5~ 29.9、26.3~28.8和27.3~32.2 cm，主栽品种W₅₅、W₇₀、W₈₅和W₁₀₀的初始果枝高度比新陆早61号同一亏缺灌水分别少7.8~12.5、6.8~11.2、11.6~14.1和7.9~12.8 cm（图4）。

各品种间有效果枝台数在亏缺灌溉的情况下，W₈₅和W₁₀₀差异不显著，且两者显著高于W₅₅和W₇₀。同一亏缺灌溉主栽品种的有效果枝台数均高于新陆早61号，主栽品种在W₅₅、W₇₀、W₈₅和W₁₀₀条件下有效果枝台数分别比新陆早61号多0.2~1.0、0.6~1.8、0.4~1.9和0.6~1.7（图4）。

随着亏缺灌溉的加剧，蕾铃脱落率也呈现增加的趋势。各品种蕾铃脱落率总体表现为W₈₅和W₁₀₀差异不显著，但W₁₀₀显著低于W₅₅和W₇₀。所有品种在W₁₀₀、W₈₅、W₇₀和W₅₅蕾铃脱落率分别为55.5%~60.0%、60.8%~65.6%、63.2%~66.7%和64.4%~68.9%（图5）。

由表4可知，不同品种均表现为随着亏缺灌溉的加剧，总生物量及各器官生物量均呈现降低的趋势（W₁₀₀>W₈₅>W₇₀>W₅₅），且存在显著差异。收获期正常灌溉总生物量、籽棉生物量和根系生物量分别较亏缺灌溉增加13.8%~63.0%、2.2%~46.9%和19.0%~52.6%。同一灌溉处理新陆早61号总生物量最大，主栽品种间总生物量排序为新陆早84号>新陆早80号>新陆早79号>惠远720，正常灌溉处理主栽品种的总生物量较新陆早61号低17.8%~39.9%。随着亏缺灌溉的加剧根冠比总体呈增加的趋势，主栽品种间新陆早80号和新陆早84号的根冠比表现较好。

随着亏缺灌溉的加剧，MDA、Pro、SS含量及POD和SOD活性呈不同程度增加（表5）。

由表6可知，同一品种间亏缺灌溉主要通过影响单株籽棉和单株铃数来影响产量，随着灌水量的减少单株籽棉和单株铃数呈下降的趋势，对收获株数影响较小。同一灌水条件下新陆早80号和新陆早84号产量表现最好，主栽品种在产量上与对照品种有显著差异。同一品种间W₁₀₀产量最高，惠远720号、新陆早79号、新陆早80号、新陆早84号和新陆早61号分别比亏缺灌溉增加4.7%~ 48.1%、4.4%~44.7%、4.6%~41.9%、5.3%~45.2%和6.2%~47.6%。主栽品种间在W₁₀₀条件下新陆早80号（6932.0 kg/hm²）和新陆早84号（6904.0 kg/hm²）较惠远720（6720.0 kg/hm²）存在显著差异，在W₈₅条件下新陆早80号（6615.5 kg/hm²）较惠远720（6404.5 kg/hm²）存在显著差异，在W₇₀条件下新陆早84号（5502.5 kg/hm²）产量最高，在W₅₅条件下新陆早80号（4027.0 kg/hm²）产量最高。

在同一灌水量条件下，主栽品种较对照在W₁₀₀、W₈₅、W₇₀和W₅₅条件下水分利用效率分别提高3.50%~6.76%、5.11%~8.58%、6.49%~18.08%和2.63%~18.44%；在同一产量水平条件下，水分利用效率提高12.5%~15.3%。主栽品种间在W₈₅条件下水分利用效率均为1.8 kg/m³，且惠远720和新陆早79号在此处有最大水分利用效率。新陆早61号在W₈₅条件下水分利用效率最大（1.7 kg/m³），在W₅₅条件下水分利用效率最小（1.5 kg/m³）（图6）。

由表7可知，同一品种在同一生育时期随着亏缺灌溉程度的增加P_n、G_s、C_i和T_r呈降低的趋势，VPD和WUE呈增加的趋势。同一品种同一灌水梯度随着生育时期的延长，P_n和WUE呈下降的趋势，Gs、C_i、T_r和VPD呈先增加后降低的趋势。

各水分处理组P_n均随处理时间呈现显著下降趋势，初期（6月6日）各处理无显著差异，但至胁迫后期（7月15日-8月2日），W₅₅的P_n降幅达70%，显著低于W₁₀₀。处理间差异随胁迫时间延长而扩大，W₈₅与W₁₀₀差异不显著，而W₇₀和W₅₅处理较W₁₀₀分别下降19.8%和28.8%（新陆早84）。生理机制分析表明，P_n下降与G_s显著正相关，暗示气孔限制为主导因素，同时长期胁迫可能引发叶绿体功能损伤。环境因子分析进一步揭示P_n与VPD呈显著负相关，尤其在后期高温低湿条件下，W₅₅处理VPD达3.50 kPa时P_n较W₁₀₀（VPD=2.17 kPa）降低31.4%。品种间耐旱性差异显著，如新陆早80号在W₅₅处理下仍维持P_n在22.0 μmol/(m²·s)，与对照差异不显著，而惠远720同期P_n下降达70%。亏缺灌溉抑制了植物的光合作用，灌第1水时光合作用和WUE最大，要确保灌量足。

本研究发现，亏缺灌溉显著缩短了棉花的生育期，尤其是花铃期至吐絮期阶段。主栽品种在亏缺灌溉条件下，初花期、花铃期、吐絮期和全生育期分别比正常灌溉提前1、2、7~23和13~23 d。这与孙绘健等^[8]在南疆棉花品种的研究结果一致，即花铃期干旱显著缩短了棉花的生育期，尤其是吐絮期的提前较为明显。此外，杨明凤等^[10]的研究也表明，花铃期持续干旱胁迫会导致棉花生育期缩短，尤其是吐絮期的提前。这些研究均表明，水分亏缺会加速棉花的生长发育进程，尤其是在花铃期至吐絮期阶段，水分亏缺导致棉花提前进入成熟期，可能与水分胁迫下棉花的生理代谢加速有关。

本研究发现，随着亏缺灌溉的加剧，棉花的株高、功能叶叶面积、SPAD值、初始果枝高度、有效果枝台数、收获期总生物量及各器官生物量均呈下降趋势。这一结果与前人^[3,15]的研究结果一致，他们发现水分胁迫显著降低了棉花幼苗的株高、叶面积和生物量积累。此外，王森等^[11]的研究也表明，花铃期干旱胁迫显著降低了棉花的干物质积累和产量。水分亏缺导致棉花光合作用减弱，进而影响其生长发育和生物量积累。本研究发现，随着亏缺灌溉的加剧，棉花的MDA、Pro、SS含量及POD和SOD活性均呈增加趋势。这与孙丰磊等^[14]的研究结果一致，即花铃期干旱胁迫显著提高了棉花的MDA和Pro含量，表明棉花在水分胁迫下通过增加渗透调节物质和抗氧化酶活性来应对逆境。此外，王俊娟^[16]的研究也表明，干旱胁迫下棉花的抗氧化酶活性显著提高，以减轻氧化损伤。这些生理指标的变化反映了棉花在水分亏缺条件下的逆境响应机制^[17]。

本研究发现，随着亏缺灌溉的加剧，各品种的产量均呈下降趋势，惠远720、新陆早79号、新陆早80号、新陆早84号和新陆早61号分别比正常灌溉减产4.7%~48.1%、4.4%~44.7%、4.6%~41.9%、5.3%~45.2%和6.2%~47.6%。这与张慧等^[18]的研究结果一致，即不同灌溉量对新疆棉花的产量有显著影响，随着灌溉量的减少，棉花产量显著下降。此外，崔豫疆等^[9]的研究也表明，棉花产量主要受单株铃数和单株籽棉的影响，水分亏缺显著降低了这2个产量构成因素。萨仁娜等^[19]研究表明，高灌水定额较亏缺灌溉显著提高了棉花的株高、茎粗、叶面积指数、生物量、收获指数（HI）、产量及其构成因素，低灌水定额有效提高了灌溉水利用效率。尽管亏缺灌溉导致产量下降，但本研究还发现，在同一灌水量条件下，主栽品种的WUE较对照品种有所提高，尤其是在轻度和中度亏缺灌溉条件下，WUE提高了3.50%~18.44%。这与杨明凤等^[10]的研究结果一致，即适度亏缺灌溉可以提高棉花的WUE，尤其是在干旱地区，适度亏缺灌溉可以在保证一定产量的同时，减少水资源的消耗。此外，李腾宇等^[1]的研究也表明，棉花具有一定的抗旱性，适度亏缺灌溉可以通过提高水分利用效率来缓解水资源短缺的压力。

本研究表明，水分胁迫显著缩短棉花生育周期，加速生殖发育进程，但也会加剧蕾铃脱落率（W₅₅达64.4%~68.9%）。亏缺灌溉导致P_n降幅达70%（W₅₅），主栽品种在W₇₀~W₈₅区间WUE达1.8 kg/m³，平衡节水与产量潜力。

新陆早80号和84号在W₅₅下维持较高产量（4020~5040 kg/hm²），耐旱性强。花铃期为需水关键期，功能叶叶面积在花铃期达峰值（W₁₀₀较W₅₅多34.2~52.9 cm²），建议优化花铃期水分供给以保障产量。适度亏缺可实现节水增效，W₈₅处理下主栽品种WUE提升5.11%~8.58%，产量降幅仅4.4%~5.3%，表明膜下滴灌下轻度水分调控（85%灌溉量）可兼顾节水与稳产。