不同種植模式對棉花產量和土壤養分含量的影響

秦文利，劉忠寬，智健飛

（河北省農林科學院農業資源環境研究所，河北石家莊050051）

不同種植模式對棉花產量和土壤養分含量的影響

秦文利，劉忠寬，智健飛

（河北省農林科學院農業資源環境研究所，河北石家莊050051）

為合理選擇棉花種植模式提供科學依據，田間試驗棉花種植模式設單作、間作1行綠豆、間作2行綠豆，每種模式的行距均設2個水平處理，研究了不同模式處理對棉花株高、葉面積、干物質積累、SPAD值、光合速率、產量以及土壤養分含量的影響。結果表明：與75 cm＋75 cm等行距種植模式相比，90 cm＋60 cm寬窄行單作種植能顯著增加蕾期和花鈴期的棉花葉面積以及地下部干物質積累量，顯著提高花鈴期棉花倒四葉的葉綠素含量，提升光合效率，顯著增加單鈴數、籽棉產量和皮棉產量。與棉花寬窄行單作處理相比，采用100 cm＋50 cm行距、在棉花寬行間作1行綠豆處理的棉花單鈴數、單鈴重、籽棉產量和皮棉產量下降均不明顯，耕層土壤堿解氮含量略有提高，還可以增加綠豆收益。綜合考慮棉花產量與經濟效益，本研究條件下，適宜的棉花種植模式為寬窄行90 cm＋60 cm單作或100 cm＋50 cm間作1行綠豆。

棉花；綠豆；間作；行距；光合速率；產量

棉花是我國重要的經濟作物，合理配置株行距和間作模式對提高棉花產量、保證棉花穩產高效至關重要。眾多研究表明，寬窄行較等行距種植模式有利于作物行間通風透光，增強邊行效應，增加作物葉片葉面積及葉綠素含量，提高光合效率，促進干物質積累和產量的形成[1～8]。間作因能高效利用光、熱、水、土資源并減少病蟲害發生而成為傳統農業的精華[9～11]。棉花與綠豆的生育期以及對養分的偏耗不同[12]，二者間作可以實現植株高矮搭配、根系深淺互補，充分利用光熱資源，提高土地利用率，防止土壤養分被偏耗。且綠豆還可以進行生物固氮，并具有誘瓢控蚜的作用，因此，能提高土壤含氮量，減輕蚜蟲對棉花的為害[13，14]。棉花與綠豆間作具有良好的生態和經濟效益，逐漸發展為我國棉花產區重要的種植模式。而目前，對棉花寬窄行及間作綠豆模式的研究尚不多見。作者通過大田試驗，研究了不同種植模式對棉花生長、光合效率、產量構成以及棉田土壤養分含量的影響，旨為科學選擇棉花種植模式提供理論依據。

1 材料與方法

試驗于2010年在石家莊市鹿泉區大河鎮河北省農林科學院大河試驗站進行。土壤類型為粘壤質洪沖積石灰性褐土，0～20 cm耕層土壤基礎養分含量為有機質17.41 g/kg、全氮1.14 g/kg（其中堿解氮103.78 mg/kg）、全磷2.16g/kg（其中有效磷44.88mg/kg）、全鉀25.82g/kg（其中有效鉀132.6 mg/kg），pH值7.68。

參試棉花品種為冀豐197，綠豆品種為冀綠8號。試驗設3種種植模式，每種模式的行距均設2個水平處理（表1），小區面積36 m2（6 m×6m），田間隨機區組排列，3次重復。4月20日同時播種棉花和綠豆，棉花種植密度52 500株/hm2，綠豆株距10 cm，播深均為3 cm；N、P2O5、K2O施肥量分別為270、150和255 kg/hm2，其中，50%的氮肥以及全部的磷鉀肥做基肥隨整地施入，剩余的50%氮肥在棉花花鈴期隨水追施；棉花10月30日一次性集中收獲。其他管理措施同常規。

表1 試驗設計的棉花與綠豆種植模式Table 1 The planting models of cotton and mung bean in the experimental design

每小區隨機選定10株棉花，掛牌定株，分別在苗期、蕾期和花鈴期，測量株高、葉面積（葉長×葉寬× 0.73），并于收獲時調查棉花單鈴數和單鈴重。苗期、蕾期、花鈴期，每處理分別隨機選取10株、5株、5株棉花采集地上部和地下部（0～40 cm土層棉花根系）樣品，清凈后用恒溫烘箱105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重，用電子天平（精度0.01 g）稱量干重；采用5點取樣法采集花鈴期0～20 cm耕層土樣，陰干后粉碎，采用常規方法[15]測定土壤堿解氮、有效磷和有效鉀含量；選取花鈴期棉株倒四葉，分別采用葉綠素儀（SPAD520，日本產）和便攜式光合測定儀（LI-6400，美國產），測定SPAD值及光合速率，每處理均4次重復。棉花和綠豆單獨收獲，全區實收計產。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式對棉花株高和葉面積的影響

株高反映了棉花的營養生長狀況，是評價棉花群體結構的重要指標[16]。不同模式處理對苗期、蕾期和花鈴期棉花的株高影響不同（表2）。苗期，不同處理的棉花株高差異均不顯著。蕾期，間作2行種植模式的棉株較矮，二者差異不顯著，但普遍顯著＜其他處理，而其他處理的株高差異均不顯著。花鈴期，不同種植模式的棉花株高順序為單作＞間作1行＞間作2行，且差異均達到了顯著水平，而同一模式下2個行距水平處理的差異均不顯著。可以看出，苗期綠豆生長量小，對棉花生長影響不明顯；隨著生育進程的推進，綠豆生長量增加，對棉花生長資源的競爭越來越強，其對棉花生長產生的不利影響隨著間作行數的增加而增大。

葉片是植物進行光合作用、生產有機物的重要器官。葉面積大小直接影響著作物冠層對光能的截獲，對產量影響較大。不同模式處理對苗期、蕾期和花鈴期棉花的葉面積影響不同。苗期，不同處理的棉花葉面積差異均不顯著。蕾期和花鈴期，H90-60L0處理的棉花葉面積最大，顯著＞H75-75L0處理，說明單作模式下，采用寬窄行種植有利于棉花蕾期和花鈴期葉片的生長；間作2行模式的2個處理葉面積差異不顯著，但二者均顯著＜其他處理，說明棉花寬行間作2行綠豆種植模式顯著抑制了棉花蕾期和花鈴期葉片的生長。

表2 不同種植模式下棉花的株高和葉面積Table 2 The plant height and leaf area of cotton at different planting models

2.2 不同種植模式對棉花干物質積累的影響

干物質積累是作物產量形成的前提，一定條件下，干物質積累量與作物產量呈正相關。不同種植行距下，作物對光照、水分和養分的競爭不同，導致干物質積累不同[17]。不同模式處理對苗期、蕾期和花鈴期棉花的地上部及地下部干物質量影響不同（表3）。苗期，不同處理的棉花地上部和地下部干物質量差異均不顯著。蕾期，不同種植模式的棉花地上部干物質量順序為單作＞間作1行＞間作2行，其中，H90-60L0處理的地上部干物質量最大，與單作等行距種植和間作1行模式處理差異均不顯著；間作2行模式的2個行距水平處理差異不顯著，但二者均顯著＜H90-60L0處理。花鈴期，H90-60L0處理的地上部干物質量最大，與單作等行距種植和間作1行模式處理差異均不顯著，但四者均顯著＞間作2行模式處理。蕾期和花鈴期，H90-60L0處理的地下部干物質量均最高且顯著＞其他處理，而其他處理之間差異均不顯著。可以看出，采用單作模式的寬窄行種植最有利于棉花干物質的積累；與該處理相比，間作綠豆會影響棉花地上部和地下部的干物質積累，其中，間作1行模式處理對棉花地上部干物質積累的影響并不顯著。

表3 不同種植模式下棉花的地上部和地下部干物質量（g/株）Table 3 The biomass above and under ground of cotton at different planting models

2.3 不同種植模式對棉花SPAD值和光合速率的影響

光合作用是物質合成的前提，對作物產量的形成至關重要[18]，其中，葉綠素是與光合作用有關的重要色素[19]，而SPAD值是衡量葉綠素相對含量的參數，二者呈正相關。單作模式下，H90-60L0處理的葉片SPAD值和光合速率均＞H75-75L0處理，其中SPAD值差異達到了顯著水平（圖1），說明與等行距種植相比，寬窄行種植有利于改善棉花群體的受光情況，提高冠層對光能的截獲，明顯增加棉花葉綠素含量，提高光合速率。寬窄行種植條件下，與H90-60L0處理相比，間作1行模式處理的葉綠素含量和光合速率雖有所降低但差異均不顯著，而間作2行模式處理的葉綠素含量和光合速率均明顯降低，說明盡管寬窄行種植改善了棉花群體的光照條件，但增加種植的綠豆與棉花形成了資源競爭，不利于棉花葉綠素的合成，導致棉花光合速率降低，且這種負面影響隨著綠豆間作行數的增加而加劇，其中，間作1行模式處理（H90-60L1、H100-50L1）的負面影響不顯著。

圖1 不同種植模式下棉花花鈴期倒四葉的葉綠素含量和光合速率Fig.1 SPAD value and photosynthetic rate of the top forth leaf at flowering and boll setting stage of cotton at different planting models

2.4 不同種植模式對棉花產量構成和產量的影響

不同模式處理對棉花產量構成和產量的影響不同，其中，對衣分影響不顯著（表4）。H90-60L0處理的棉花單鈴數、單鈴重、籽棉產量和皮棉產量均為最高，較H75-75L0處理分別高0.64個、0.11g、192.46kg/hm2、105.49 kg/hm2，除單鈴重外，其他指標差異均達到了顯著水平，說明寬窄行較等行距種植模式棉花增產的主要原因是單鈴數的增多。在寬窄行種植模式下，棉花單鈴數、單鈴重、籽棉產量和皮棉產量順序均為單作＞間作1行＞間作2行，其中，間作1行模式處理的皮棉產量與單作模式差異不顯著，而間作1行模式中H100-50L1處理的皮棉產量＞H90-60L1處理。可以看出，采用單作寬窄行種植模式棉花產量最高；而間作模式下，棉花間作1行綠豆種植模式的皮棉產量與單作寬窄行種植模式差異不顯著，其中，H100-50L1處理的皮棉產量略高于H90-60L1處理。

表4 不同種植模式下棉花的產量構成因素和產量Tab 4The yield components and yield of cotton at different planting models

2.5 不同種植模式對棉花花鈴期土壤養分含量的影響

氮、磷、鉀是維持植物生命活動的三大必需營養元素[20]。間作模式的土壤堿解氮含量＞單作模式，但差異均不顯著（圖2），說明不同種植模式對花鈴期棉田土壤堿解氮含量影響不大。分析原因，主要有2個方面：一是，綠豆根瘤能固定大氣中的氮素，減少了間作群體對土壤氮素的消耗[21]；另一方面，綠豆秸稈含氮量高，豆莢收獲后秸稈還田也補充了一部分土壤氮素。間作模式的土壤有效磷和有效鉀含量均顯著＜單作模式，說明棉花間作綠豆種植模式明顯加大了土壤有效磷和有效鉀的消耗。

圖2 不同種植模式下棉花花鈴期土壤的養分含量Fig.2 The soil nutrients contents at flowering and boll setting stage of cotton at different planting models

3 結論與討論

合理的行距可以改善作物群體的通風透光條件，從而提高冠層的光合效率，增加作物產量[21]。楊吉順等[22]研究顯示，玉米采用寬窄行種植可以增加葉面積、提高光合效率，提升作物產量水平。韓海飛等[8]研究發現，采用70 cm＋50 cm的寬窄行種植模式可以增加玉米株高和莖粗，提高生育后期穗位葉葉綠素含量和PEP羧化酶活性，促進其生長發育。毛樹春等[23]研究表明，選擇合適寬窄行種植模式能提高棉花葉面積，促進棉田光能合理分布。本研究條件下，與75 cm＋75 cm等行距種植模式相比，90 cm＋60 cm寬窄行單作種植能顯著增加蕾期和花鈴期的棉花葉面積及地下部干物質積累量，顯著提高花鈴期棉花倒四葉的葉綠素含量，提升光合效率，顯著增加單鈴數、籽棉產量及皮棉產量。可以看出，采用寬窄行種植能促進棉花生長發育，提高冠層的光合效率，增加產量，與前人研究結果一致。

2種作物間作因所占據生態位不同而互補，因生態位重疊而競爭[24]。本研究條件下，不同間作處理的棉花株高、葉面積、地上部生物量、地下部生物量在苗期差異均不明顯，但在蕾期和花鈴期差異達到了顯著水平。隨著作物生長，棉花與綠豆群體間對土壤水分和養分的競爭加劇[25，26]，且綠豆種植行數越多，競爭程度越大[27]，影響了棉花后期的生長發育。其中，間作2行綠豆的花鈴期倒四葉光合速率、干物質積累量、單鈴數和單鈴重顯著降低，導致棉花明顯減產。與棉花寬窄行單作處理相比，采用100 cm＋50 cm行距，間作1行綠豆時棉花單鈴數、單鈴重、籽棉產量和皮棉產量下降均不明顯；同時，增收的綠豆可以提高經濟效益，抵抗市場逆境風險。為保證棉花產量，提高經濟效益，適宜采用90 cm＋60 cm寬窄行單作或100 cm＋50 cm棉花間作1行綠豆的種植模式。

此外，在本研究中還發現，棉花花鈴期間作模式的土壤速效磷和速效鉀均顯著低于棉花單作模式，而堿解氮含量差異不明顯，這可能是因為豆科與非豆科作物間作促進了豆科作物根瘤固氮作用，節約了土壤氮養分[28]。

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Effects of Different Planting Model on Cotton Yield and Soil Nutrient Contents

QIN Wen-li，LIU Zhong-kuan，ZHI Jian-fei
（Institute of Agricultural Resource and Environment，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China）

To supply the scientific basis for the choice of suitable planting model of cotton，the effects of different planting models on the plant height，leaf area，and dry matter accumulation，SPAD value，Pn and yield of cotton，and soil nutrient contents were studied by the field experiment.There were three planting models of cotton in this study，which were cotton monoculture，cotton intercropped one row or two rows of mung beans，respectively，and each model had two levels of row spacing.The results showed that compared with the planting model of equal row spacing（75 cm＋75 cm），the monoculture of cotton with width-narrow row spacing（90 cm＋60 cm）could significantly increase the leaf area and dry matter accumulation under ground of cotton at the budding and at flowering and boll setting stage，furthermore，significantly improve SPAD value and Pn of the top fourth leaf and the number of boll per plant，seed and lint yield of cotton.Compared with the monoculture of cotton with width-narrow row spacing（90 cm＋60 cm），the number of boll per plant，single boll weight and seed and lint yield of cotton decreased indistinctly，the available nitrogen content in topsoil increased slightly，and the yield of mung bean added when one line mung bean was intercropped in width row of cotton with width-narrow row spacing（100 cm＋50 cm）.Considering the yield of cotton and the economic benefits of the different planting models，the optimum planting model was the monoculture of cotton with widthnarrow row spacing（90 cm＋60 cm）or cotton with width-narrow row spacing（100 cm＋50 cm）intercropped one line mung bean in width row.

Cotton；Mungbean；Intercropping；Row spacing；Photosynthetic rate；Yield

S562

A

1008-1631（2017）03-0020-05

2017-04-10

河北省渤海糧倉科技示范工程項目；河北省現代農業科技創新工程項目；國家公益性行業（農業）科研專項（201103005-07）

秦文利（1974-），女，河北邯鄲人，副研究員，博士，主要從事植物營養與牧草綠肥栽培技術研究。E-mail：qinwenli1020@163.com。