Optimal drip irrigation leaching amount and timing enhanced cotton fiber yield, quality and nitrogen uptake by regulating soil salinity and nitrate nitrogen in saline-alkaline fields
- X. Liu
- M. Li
- D. Xue
- S. He
- J. Fan
- F. Zhang
- F. Yin
Resumo
Melhorar a qualidade da fibra do algodão pode aumentar a renda econômica dos cotonicultores, mas alcançar alta qualidade de fibra sem diminuir a produtividade permanece um grande desafio em campos de algodão salino-alcalinos. Um experimento de campo foi conduzido em 2020 e 2021 em solo salino-alcalino com algodão sob irrigação por gotejamento para examinar como a quantidade e o momento da lixiviação afetaram a salinidade do solo, a produtividade e a qualidade da fibra do algodão. Houve cinco quantidades de lixiviação (CK: 0 mm, W1: 75 mm, W2: 150 mm, W3: 225 mm e W4: 300 mm) e três épocas de lixiviação (T1: uma vez no estágio de muda, T2: duas vezes nos estágios de muda e botão floral, e T3: três vezes nos estágios de muda, botão floral e definição de polén). Foram investigados a salinidade do solo, o nitrogênio nítrico do solo (NO3-N), a absorção de nitrogênio (N) pelo algodão, a produtividade da água de irrigação (PAI), o rendimento de fibra de algodão, o comprimento da fibra, a uniformidade da fibra, a resistência da fibra, o alongamento da fibra, índice de micronaire e o índice de qualidade da fibra (IQF). Os resultados indicaram que a salinidade do solo e o NO3-N reduziram com o aumento da quantidade de lixiviação. A absorção de N das maçãs do algodão foi maior do que nas folhas, caules e raízes do algodão, e o acúmulo total de N aumentou com o aumento da quantidade de lixiviação. O rendimento ideal de fibra de algodão e PAI ocorreu no tratamento W3T2, e foram 3.199 e 2.771 kg ha−1, e 0,5482 e 0,4912 kg m−3 em 2020 e 2021, respectivamente. O comprimento, a resistência, o alongamento e a uniformidade da fibra aumentaram com o aumento da quantidade de lixiviação, enquanto houve uma relação negativa entre o micronaire da fibra e a quantidade de lixiviação. A salinidade do solo, o NO3-N e o micronaire da fibra correlacionaram-se negativamente com a qualidade da fibra (ou seja, comprimento, resistência, alongamento e uniformidade) e o rendimento, a absorção de nitrogênio de vários órgãos (ou seja, raiz, caules e folhas) e a absorção total de nitrogênio pela planta. A análise de correlação de Pearson revelou que o alongamento da fibra foi mais sensível à salinidade do solo. O método de tomada de decisão multicritério denominado EM–TOPSIS (Entropy–Order Preference by Similarity to Ideal Solution) indicou que a lixiviação de 300 mm de água aplicada igualmente nos períodos de muda e botão floral foi o tratamento ideal para manter a salinidade do solo e os níveis de nutrientes e alcançar alto rendimento e qualidade da fibra de algodão. Em conclusão, o nível ideal de tratamento de lixiviação diminuiu a salinidade do solo e melhorou a absorção de nitrogênio, sendo benéfico para alcançar alto rendimento e qualidade da fibra. Nossos resultados serão significativos para guiar a prática de lixiviação por irrigação por gotejamento em solos salino-alcalinos para a produção sustentável de fibra de algodão.
Abstract
Improving cotton fiber quality can increase the economic income of cotton farmers, but achieving high fiber quality without decreasing cotton fiber yield remains a major challenge in saline-alkaline cotton fields. A field experiment was conducted in 2020 and 2021 on saline-alkaline soil with cotton under drip irrigation to examine how amount and timing of leaching affected soils salinity, cotton fiber yield and quality. There were five leaching amounts (CK: 0 mm, W1: 75 mm, W2: 150 mm, W3: 225 mm and W4: 300 mm) and three leaching timings (T1: once at the seedling stage, T2: twice at the seedling and budding stages, and T3: thrice at the seedling, budding and pollen-setting stages). Soil salinity, soil nitrate nitrogen (NO3-N), cotton nitrogen (N) uptake, irrigation water productivity (IWP), cotton fiber yield, fiber length, fiber uniformity, fiber strength, fiber elongation, micronaire and fiber quality index (FQI) were investigated. The results indicated that soil salinity and NO3-N reduced with increasing leaching amount. The N uptake of cotton bolls was greater than in cotton leaves, stems and roots, and total N accumulation increased with increasing leaching amount. The optimal cotton fiber yield and IWP occurred in treatment W3T2, and were 3,199 and 2,771 kg ha−1, and 0.5482 and 0.4912 kg m−3 in 2020 and 2021, respectively. Fiber length, strength, elongation, and uniformity increased with increasing leaching amount, while there was a negative relationship between fiber micronaire and leaching amount. Soil salinity, NO3-N and fiber micronaire were negatively correlated with fiber quality (i.e., length, strength, elongation and uniformity) and yield, nitrogen uptake of various organs (i.e., root, stems and leaves) and whole plant nitrogen uptake. Pearson correlation analysis revealed that fiber elongation was most sensitive to soil salinity. The method of Entropy–Order Preference by Similarity to Ideal Solution (EM–TOPSIS) indicated that leaching of 300 mm of water applied equally at the seedling and budding periods was the optimal treatment to maintain soil salinity and nutrient levels and achieve high cotton fiber yield and quality. In conclusion, the optimal level of leaching treatment decreased soil salinity and improved nitrogen uptake and was beneficial to achieve high fiber yield and quality. Our results will be significant for guiding drip irrigation practice of leaching on saline-alkaline soils for sustainable cotton fiber production.
