全球变暖大背景下长江中下游地区降水强度增加,降水频率减小,导致旱涝灾害频发,对农业生产及农田水管理产生重要影响。棉花是重要的经济作物,对旱涝灾害敏感,一定程度的干旱胁迫和涝胁迫均会导致棉花产量降低;而长江中下游地区是我国重要的棉花生产区之一,其种植面积约占我国棉花种植面积的三分之一,因此研究不同形式早涝胁迫条件下单层叶片气孔行为、棉花生长、产量和产量组成的变化规律,模拟不同旱涝胁迫形式下棉花总干物质量和籽棉产量对于农田水管理和预防旱涝胁迫条件下棉花减产具有重要的意义。本文依托国家自然科学基金面上项目“水旱胁迫条件下作物水分生产函数的统一模型”,于2015年和2016年,在湖北省武汉市武汉大学灌溉排水试验场开展了棉花旱涝胁迫试验。以2015年和2016年开展的旱涝胁迫试验观测数据为基础,采用方差分析和数值模拟的方法,分析了棉花花铃期旱涝胁迫条件下单层叶片气孔导度、净光合速率、蒸腾速率、胞间C02浓度、光能利用效率的变化特征,探讨了旱涝胁迫条件下棉花生长、产量和产量组成的响应规律,并基于实测数据提出了旱涝胁迫条件下统一生产函数模型。得到以下研究结果:(1)与对照组相比较,旱涝胁迫均会导致棉花单层叶片气孔导度、蒸腾速率、净光合速率和光能利用效率减小。与单一干旱胁迫相比较,先旱后涝胁迫条件下气孔导度、蒸腾速率、净光合速率和光能利用效率小于单一干旱胁迫。与对照组相比较,单一干旱胁迫导致棉花单层叶片胞间CO2浓度减小;而单一涝胁迫导致胞间CO2浓度增加;先旱后涝胁迫条件下干旱胁迫阶段会导致胞间CO2浓度减小,而涝胁迫阶段会导致胞间CO2浓度增加。(2)与对照组相比较,单一干旱、单一涝和先旱后涝胁迫均会导致棉花叶面积指数增加量减小;单一涝胁迫会导致叶干物质量增加,而单一干旱、先旱后涝胁迫均会导致叶干物质量减小;与单一干旱胁迫相比较,先旱后涝胁迫导致叶面积指数增加量减小,叶干物质量增加。与对照组相比较,单一涝胁迫会导致棉花株高增加量增加,茎干物质量增加;单一干旱胁迫会导致棉花株高增加量减小,茎干物质量减小;在先旱后涝胁迫条件下,受旱阶段历时较短时,导致棉花株高增加量增加、茎干物质量增大,受旱阶段历时较长时,导致棉花株高增加量减小,茎干物质量减小;与单一干旱相比较,在先旱后涝胁迫条件下,受旱阶段历时较短时,会导致株高增加量增加、茎干物质量增大,受旱阶段历时较长时,导致棉花株高增加量减小,茎干物质量减小。与对照组相比较,单一干旱、单一涝、先旱后涝胁迫均会导致棉花根系总长度增加,根系干物质量减小;与单一干旱胁迫相比较,受旱阶段历时较短时,会导致根系长度增加量增加、根系干物质量增大,受旱阶段历时较长时,同样导致棉花根系长度增加量增大,但根系干物质量减小。(3)与对照组相比较,单一干旱、单一涝、先旱后涝胁迫均会导致皮棉产量和棉籽产量减小。先旱后涝胁迫条件下皮棉产量和棉籽产量大于单一干旱胁迫,表明在先旱后涝胁迫条件下,前一阶段的干旱胁迫会导致棉花减产,而后一阶段的涝胁迫起到了一定程度的补偿作用。开裂棉桃数与皮棉产量和棉籽产量表现为显著的线性关系,开裂棉桃数的减小是导致棉花减产的主要原因。(4)单一干旱、单一涝、先旱后涝胁迫对棉桃内干物质分配的影响表现为均导致棉壳比重增加、棉纤维比重减小;2015年除先旱后重涝胁迫外,其余水分处理均导致棉籽比重减小;除2015年单一干旱胁迫外,其余水分处理均导致棉纤维与棉籽比减小。(5)以土壤含水率为指标,采用P-M公式,并引进根系吸水模型能较好的模拟计算旱涝胁迫条件下棉花日蒸腾量的动态变化。敏感性分析发现在影响潜在蒸腾量的要素中,叶面积指数是影响潜在蒸腾量变化的主要因素。在棉花生育期内,平均气温、风速和叶面积指数的变化对生育期前期潜在蒸腾量的影响较大,生育后期影响较小。株高的变化对生育期前期潜在蒸腾量的影响较小,生育期后期影响较大。其他要素的影响在整个生育期的变化规律不明显。统计分析发现实际蒸腾量与灌溉用水量表现为显著的二次曲线关系,即随着灌溉用水量的增加,蒸腾量呈现先增加后减小的趋势。(6)旱涝胁迫条件下均可以通过蒸腾量来衡量气孔导度的变化对作物生长的影响,棉花总干物质量与蒸腾量表现为显著的线性关系。以实际蒸腾量与潜在蒸腾量的比值修正最大水分利用效率的CROPR改进模型模拟误差均小于CROPR原模型,模型效率和相关系数均大于原模型,表明改进模型提高了对旱涝胁迫条件下棉花总干物质量和产量的模拟精度,可用于早涝胁迫条件下作物总干物质量和产量的模拟。