棉花是我国重要的经济作物，长期以来在湖北省汉江平原腹地四湖流域有着广泛栽培[1]。但是，在棉花生长阶段雨水较多，特别是5—8月出现的强降水过程，常造成棉花生长发育不良、产量降低和品质下降[2-5]。因此，棉田涝渍防治研究对本区域棉花生产具有重要实际意义。客观上，我国尚缺乏田间水平上对作物涝渍危害进行长期的定位观测，并且在统计上对雨涝（内涝）与洪涝造成的灾损未加区分。因此，基于各地上报的统计数据，很难准确区分雨季洪涝致灾与雨涝致灾各自的损失，一定程度上会影响到易涝易渍农区治河与治田决策。以往在田间进行过棉花涝渍观测，研究棉花年内涝渍指标与棉花相对产量之间的关系。在多年棉花田间涝渍观测的基础上，研究棉花年际间涝渍指标与棉花相对产量之间的关系，分析雨涝形成的4种田间情形对棉花产量的影响，建立相互之间的定量关系，对区别不同情况客观评价涝渍对棉花的影响具有重要参考价值。
用于田间涝渍观测的地点位于湖北省荆州市四湖工程管理局排灌试验站（简称四湖试验站），海拔高程29.4 m。试验站1975—2016年的年平均降水量为1 136.3 mm。在棉花处于主要生长阶段的5—8月，降水量310.5～1 034.8 mm，多年平均618.2 mm，占多年年均降水量的54.1%。1次最大降水量320.8 mm，1次降水过程大于25 mm的降水每年有4～14次，平均8.4次，1次持续降水历时1～11 d，平均3 d。根据农田雨涝水情动态，可将因降水过多引起棉田涝渍通常有4种情形：一次持续受渍和多次受渍过程，一次涝渍连续过程和多次涝渍过程[6-8]。
棉花涝渍观测在四湖试验站17个田间小区CK、AG1、AG2、AG3、AGC1、AGC2、AGF、AGS、AGS1、AGS2、LC、LC1、LC2、LI、LG、LF和LC3中进行，CK为对照，面积为50 m×4 m，AG1、AG2和AG3小区面积均为50 m×20 m，AGC1和AGC2小区面积均为50 m×10 m，AGF面积为50 m×4 m，AGS面积为50 m×24 m，AGS1和AGS2小区面积均为50 m×8 m，LC小区面积为50 m×13 m，LC1、LC2、LI、LG、LF和LC3小区面积均为20 m×5 m。因微地势差异，17个田间小区地面有一定高差。相比之下CK地势最高，AGF、AGC1、AGC2、AG1、AG2、AG3和AGS地势较高，基本在一个水平；LC1、LC2、LI、LG和LF地势较低，基本在一个水平，LC3地势最低。冬季地下水位最大埋深为60～100 cm。田间小区土壤为中壤，肥力条件基本一致。每小区布设3～5眼地下水埋深观测井，埋入地面以下部分的观测井管120～150 cm。
在雨季降水过程和雨后1周内，每天观测1次地下水埋深。强降水引起田间积水时，每天上下午各观测田间积水深度1次，并记录作物受涝时间。平时，每5 d观测1次田间地下水埋深。为分析作物受渍、受涝以及受涝渍共同作用对产量的定量关系，用地下水连续动态指标（SEW30）反映作物受渍程度，用田间涝水深累积值（SFW）反映作物受涝程度，用涝渍综和指标（SFEW30）综合反映作物受涝渍共同作用的程度。基于田间水情观测资料，按文献[7]给出的方法计算棉田地下水连续动态指标（SEW30）、涝水深累积值（SFW）和涝渍综合指标（SFEW30）。
各田间小区棉花种植方式一致。4月中旬进行棉花营养钵育苗，5月中下旬移栽，株距0.5 m，行距1.0 m。进入收获阶段，分区收获，实收计产。自1999年以来，先后种植的棉种有鄂杂棉、湘杂棉和中棉等，为消除品种间产量差异对分析的影响，在涝渍危害分析中采用相对产量。以种植在地势相对较高、未受涝渍影响的棉田为对照，计算受涝渍影响观测区的棉花相对产量和减产率。利用统计分析软件，分析涝渍指标和棉花相对产量（Ry）或减产（Rd）之间的相关性和定量关系。
根据对观测数据进行整理分析（表1），1999—2016年间，棉花在生长期内由自然降水引起的仅出现1次受渍过程的年份有5 a，作物受渍的时期从苗期到花铃期都有，2005年和2011年苗期受渍，2003年和2014年蕾期受渍，2004年花铃期受渍。各年不同生育期内棉花植株受渍时间2～4 d不等，受渍后减产1.2%～7.9%。2000年系人为持续受渍处理，棉花因受渍时间较长（6、9 d），减产较重。
表1 棉花受1次渍涝减产结果
注Tg-30表示地下水埋深小于30 cm的时间，下同。
Rd/%12.2 29.4 6.6 3.7 2.3 7.9 5.4 6.3 1.2年份2000 2000 2003 2004 2005 2005 2011 2011 2014田间小区AG2 AG3 AGF AGF AGC1 AGC2 AG1 AG3 LC1受渍时期花铃期（人为）花铃期（人为）蕾期花铃期苗期苗期苗期苗期蕾期Tg-30/d 6 9 4 2 3 4 3 3 2 SEW30/（cm·d）165 244 52 32 37 72 80 92 17 Ry/%87.8 70.6 93.4 96.3 97.7 92.1 94.6 93.7 98.8
分析表明，地下水埋深小于30 cm的持续时间越长或者地下水连续动态（SEW30）指标值越大，棉花减产就越多，这与在同一年内进行的关键生育期持续受渍试验结论[3]相一致。对多年试验资料进行相关分析发现，棉花相对产量（Ry）与地下水动态指标（SEW30）存在显著的线性相关关系（相关系数r＝0.954，显著性水平α＝0.01），其回归方程式为：Ry＝-0.11SEW30+101.11。
棉花生长期正值研究区域雨季，在主要生育期多次受渍比一次受渍普遍得多。根据1999—2016年自然降水过程田间观测，棉花在整个生育期内受渍不少于2次的年份有10 a，2005年受渍多达11次。表2观测结果表明，受渍过程越多，Tg-30越大或者地下水连续动态指标（SEW30）越大，引起棉花减产往往比较重。
表2 棉花受多次渍涝减产结果
注Nw表示受渍过程次数，下同。
Rd/%13.6 18.7 19.9 14.9 30.6 57.2 6.9 9.8 11.5 15.2 21.9 1.1 5.5 14.0 22.9 2.6 4.4 10.0 19.5 17.4 18.7 7.0 6.4 5.4 4.0 30.3年份1999 1999 1999 2005 2005 2005 2006 2006 2006 2006 2006 2007 2007 2007 2007 2008 2008 2008 2008 2009 2009 2010 2010 2012 2013 2015田间小区AG1 AG2 AG3 LI LG LF AGC1 AG2 AGS2 AG1 AGC2 AGC1 AG2 AGC2 LC AGC1 AG2 AG1 LC AG2 AGC2 AG1 AG2 AGS AGS LC1受渍生育期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、吐絮期苗期、蕾期、花铃期、吐絮期苗期、蕾期、花铃期、吐絮期苗期、蕾期、花铃期、吐絮期苗期、蕾期、花铃期、吐絮期苗期、蕾期、花铃期、吐絮期苗期、蕾期、花铃期、吐絮期苗期、蕾期、花铃期、吐絮期苗期、蕾期苗期、蕾期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期、花铃期苗期、蕾期蕾期苗期、蕾期、花铃期、吐絮期Nw 3 3 3 4 6 1 1 5 7 6 7 7 4 4 7 8 6 6 6 6 2 2 3 3 3 2 7 Tg-30/d 9 11 13 16 22 33 6 10 10 12 15 7 8 1 4 15 6 8 1 0 11 8 8 4 4 6 3 1 6 SEW30/（cm·d）219 286 306 95 172 411 48 94 117 170 228 34 63 150 226 47 110 144 242 114 184 41 55 75 47 137 Ry/%86.4 81.3 80.1 85.1 69.4 42.8 93.1 90.2 88.5 84.8 78.1 98.9 94.5 86.0 77.1 97.4 95.6 90.0 80.5 82.6 81.3 93.0 93.6 94.6 96.0 69.7
2005年LF棉田小区位于稻田旁，受渍11次，其多次受渍影响，既有自然降水因素也有稻田灌溉的影响，使棉花反复受渍，累计受渍时间达33 d，减产也是最严重的（与未受渍害影响的棉田相比，减产57.2%）。这是因为相邻稻田灌溉引起棉田地下水位上升，棉田地下水埋深小于30 cm，棉花根系经常处于受渍状态，吸水吸肥困难，生长发育不良，棉花产量降低。
由表2可知，当受渍次数相同时，Tg-30越长或者地下水连续动态指标（SEW30）越大，减产就越严重；当地下水连续动态指标相同或很接近时，受渍次数少，也即地下水埋深浅者减产越重；地下水埋深小于30 cm的累计时间相同时，以地下水连续动态指标（SEW30）大者减产重。
棉花相对产量（Ry）与地下水连续动态指标（SEW30）之间的关系式为：Ry＝-0.1 SEW30+100.47（r＝0.854，α＝0.01）。这与之前相关研究的结论[9-11]一致。
2001年和2002年，在田间小区进行了棉花花铃期仅受1次涝渍相随影响的试验，受涝持续时间4～10 d，受涝期间涝水深累积值（SFW）28～70 cm，地下水埋设小于30 cm的持续时间7～13 d，结果造成棉花减产25.8%～49.1%（表3）。
表3 棉花花铃期受1次持续涝渍减产结果
注Tw表示受涝时间，下同。
Rd/%49.1 46.2 25.8 30.2 32.6年份2001 2001 2002 2002 2002田间小区AG1 AG2 AG3 AG2 AG1 Tw/d 10 7 4 5 6 Tg-30/d 13 10 7 8 9 SEW30/（cm·d）355 280 150 180 210 SFW/（cm·d）70 49 28 35 42 SFEW30/（cm·d）425 329 178 215 252 Ry/%50.9 53.8 74.2 69.8 67.4
分析表明，涝水深累积值（SFW）和地下水连续动态指标（SEW30）越大，棉花减产越严重，二者与棉花相对产量（Ry）之间存在显著相关（复相关系数r=0.994），回归方程式为：Ry=99.76+0.87SFW-0.31SEW30，这与文献[6-7]试验研究得出的结论一致。此外，棉花相对产量（Ry）与涝渍综合指标（SFEW30）也存在显著的相关性（r=0.984，α=0.01），回归方程式为：Ry=-0.12 SFEW30+97.33。
对2003年以来棉花遭遇多次涝渍相随影响的4 a小区试验数据进行了整理分析，结果如表4所示。
表4 棉花受多次涝渍减产结果
田间小区AGS1 AGS2 AGC1涝（渍）次数Tw/d Ry/%82.6 78.8 63.2 Rd/%17.4 21.2 36.8 AGC2 AGS1 AGC1 50.5 86.3 78.2 49.5 13.7 21.8 AGC265.035.0 Tg-30/d 9 10 16 12 22 15 4 17 30 26 30 44 13 38 28.6 LC 71.4 9 4 1 0 LC 87.6涝渍发生时间20030705—16 20030705—17 20030625—28 20030705—20 20030625—28 20030705—21 20040713—23 200400604—06 20040711—0816 20040604—18 20040711—0817 20040528—0617 20040618—30 20040711—0818 20090527—0601 20090629—0702 20160525—0603 20160630—0715 20160525—0603 20160630—0715 0 06 00 1 2 21 21 121 42 33 1 31 12 22 2 12.4 3 35 06 033 05 09 0 01 01 62 9 57.1 SFW/（cm·d）24 39 50 0 136 0 35 39 0 119 0 169 LC2 42.9 LC3生育期花铃期花铃期现蕾期花铃期现蕾期花铃期花铃期苗期花铃期苗期花铃期苗期现蕾期花铃期苗期现蕾期苗期花铃期苗期花铃期23 12 29 66 2 8 SEW30/（cm·d）220 247 42 172 70 369 149 43 239 103 308 301 243 472 130 86 103 450 210 759 SFEW30/（cm·d）244 286 92 172 206 369 184 82 239 222 308 470 243 472 136 86 103 466 216 78728.271.8
由表4可以看出，①苗期受重涝（受涝3次，Tw=9 d）、现蕾期和花铃期受严重渍害（Tg-30分别为13 d和38 d），或者苗期受轻涝（10 d内2次短时受涝）、花铃期受重涝重渍（16 d内2次受涝，Tw=9 d，Tg-30=29 d），均造成棉花极严重减产，减产幅度28%以上。②无论苗期、现蕾期还是花铃期，半月内多次受涝、受渍，且受涝累计时间不少于5 d，均会明显影响棉花产量，减产幅度35.0%～49.5%；如果累计受涝时间不超过3 d，减产12.4%～21.8%左右。③同一年不同小区的棉花在涝渍程度比较接近时产量水平也比较接近，涝渍程度重者减产相对多些。
棉花受多次涝渍影响，其相对产量（Ry）与涝水深累积值（SFW）和地下水连续动态指标（SEW30）也存在显著复相关关系（r=0.930），回归方程式为Ry=91.33+0.04SFW-0.06SEW30。此外，棉花相对产量（Ry）与涝渍综合指标（SFEW30）也存在显著相关关系（r=0.942，α=0.01），回归方程式为：Ry=-0.06 SFEW30+92.26。
1）在本文研究区域内，因自然降水，棉花从苗期到花铃期可能会遭遇4种不同形式的涝渍过程，即1次持续受渍过程、多次受渍过程、1次涝渍连续过程和多次涝渍过程。多次受渍过程和多次涝渍过程发生次数较多，1次持续受渍过程和1次涝渍连续过程发生次数较少。棉花相对产量和涝渍指标之间存在显著的相关关系，这与已有研究结果[12]相一致。
2）在多数年份，田间因雨积水导致的涝害发生次数少于渍害发生次数。从对棉花生长和产量的影响看，相同持续时间的涝害和渍害，涝造成危害远远大于渍害。在多雨年份，在棉花主要生长期发生涝、渍危害或涝渍相随危害客观存在，多次的受涝渍影响过程中，受涝过程一般发生1次，而受渍发生多次。多次涝渍反复出现往往会引起棉花严重减产，2004年和2016年在棉花苗期和花铃期发生的多次重涝、重渍危害，造成棉花减产42.9%～71.8%。棉田与稻田插花布局会引起棉田地下水位上升，加重棉田的渍害，应尽量避免这种插花种植。棉花涝渍灾害防控既要注意自然降水引起的渍涝，还要防范相邻稻田灌溉引起的棉花灾害。
3）在田间管理一致的条件下，相同的受渍或受涝渍程度对作物最终产量的影响在不同年份不尽一致，这可能与各年种植的品种的抗逆性作物受奢水胁迫后的天气状况（大风降温或与高温）有关。即使品种相同，严重受渍或受较重涝渍后是否遇高温天气，对生长和产量的影响就差异很大[13-16]。因此，在运用获得研究结果指导生产时，需要考虑雨后激烈天气状况的影响。
在运用较长系列资料分析奢水胁迫对作物的影响趋势或规律时，对收集的数据要结合当时的天气状况进行整理，应剔除作物受奢水胁迫后紧接着有极端天气的试验结果，否则建立的定量关系将不能很好地反映作物对受渍或受涝渍综合作用的响应。
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Relationship between Waterlogging and Cotton Yield