濱海鹽堿地不同適性棉花品種的篩選及其性狀特征

馮國藝，張謙，雷曉鵬，祁虹，王樹林，王燕，梁青龍，林永增

（河北省農林科學院棉花研究所，農業部黃淮海半干旱區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北石家莊050051）

濱海鹽堿地不同適性棉花品種的篩選及其性狀特征

馮國藝，張謙，雷曉鵬，祁虹，王樹林，王燕，梁青龍，林永增*

（河北省農林科學院棉花研究所，農業部黃淮海半干旱區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北石家莊050051）

在濱海鹽堿棉區，針對不同鹽堿程度的棉田篩選相適應的棉花品種，對于提升該區域棉花產量具有重要意義。以18個棉花品種為試材，在不同鹽堿程度棉田上進行種植，依據出苗率（出苗率達到80%以上的品種作為適應該鹽堿程度的品種）對參試品種的適應性進行了劃分；并以3種鹽堿程度下出苗率均≤50%的品種作為對照，對3種鹽堿程度相適應品種的植株性狀、光合性狀、產量性狀和產量進行了分析。結果表明：輕適性品種株高59.6～75.0 cm，果枝數7.3～9.7個，產品器官數8.0～10.1個，葉片SPAD值45.4～47.6，葉面積指數2.39～4.39，葉片光合速率12.2～16.3 μmol/（m2·s），皮棉產量達到1 200 kg/hm2以上水平；中適性品種株高61.4～68.1cm，果枝數7.9～9.2個，產品器官數7.1～10.6個，葉片SPAD值45.4～48.0，葉面積指數1.67～4.07，葉片光合速率10.3～16.2 μmol/（m2·s），皮棉產量達到1 000 kg/hm2以上水平；高適性品種株高66.7～74.7 cm，果枝數8.3～9.1個，產品器官數6.7～14.2個，葉片SPAD值41.3～42.7，葉面積指數1.08～2.80，葉片光合速率8.8～10.8 μmol/（m2·s），皮棉產量達到900 kg/hm2以上水平。品種對不同程度鹽堿脅迫的適應性，外在表現為營養器官增強、產品器官減少，其生理基礎是光合性能的提高。收獲期單位面積鈴數和衣分增加是不同適性品種產量提高的主要原因。

棉花；鹽堿地；產量；植株性狀；光合指標

棉花為我國僅次于糧食的第二大作物，是關系國計民生的戰略物資。其具有較強的耐鹽堿性，常作為先鋒作物在鹽堿地區廣泛種植[1]。為了緩解糧棉爭地矛盾，棉花種植逐漸向生產能力低下的濱海鹽堿地區集中[2，3]。受地理位置及耕作措施的影響，棉花不同品種以及同一品種不同生育時期的耐鹽性都存在明顯差異[4]。研究表明，棉花萌發和生長的極限鹽度分別為0.4%和0.6%～0.7%[5]；鹽分含量較低（0.2%）時有利于棉花出苗、生長以及產量和品質的提高[6]，而鹽分含量高于0.2%時就會產生離子脅迫和滲透傷害[7]；棉花種子萌發時可以忍受1.5%的NaCl溶液脅迫[8]。從棉花生育期來看，幼苗階段和開花結鈴時期對鹽分較為敏感[9]，特別是三葉期前的幼苗[8]；也有資料報道，棉花耐鹽性以萌發出苗時期最小[7]，隨著生育進程的推進而不斷提高，但在蕾期、初花期漸趨下降，至開花結鈴盛期耐鹽能力上升為最強[10]。我國濱海鹽堿地面積遼闊[2]，不同棉田的土壤鹽堿程度差異較大。以往對棉花耐鹽性的研究主要是針對棉花某一時期或在某一鹽堿程度下展開的[11，12]，而對不同鹽堿程度下棉花各生育期農藝性狀的全面評價較少。因此，對多個棉花品種在不同鹽堿脅迫條件下的農藝性狀和產量表現進行評價，篩選出相適應的棉花品種，旨為不同鹽堿區棉花品種選擇和高產抗逆栽培技術提供理論支持。

1 材料與方法

參試棉花品種（系）18個（表1）。2016年在河北省國營海興農場（東經117°31′，北緯38°21′）進行試驗。前茬作物為棉花，一年一熟制，棉田土質為中壤土，0～20 cm耕層土壤基礎養分含量為有機質9.9 g/kg、全氮0.8 g/kg（其中堿解氮35.4 mg/kg）、速效磷11.7 mg/kg、速效鉀203.9 mg/kg。

根據4月中下旬0～20 cm土層含鹽量，試驗鹽堿程度設重度（含鹽量4.0～6.0 g/kg）、中度（含鹽量3.0～4.0 g/kg）和輕度（含鹽量3.0 g/kg以下）3個處理。小區面積60.0 m2，隨機區組排列，3次重復。棉花于4月底在開溝器犁出的深10 cm左右的窄溝中搶墑播種，播后采用寬膜覆蓋（2行/膜），行距配置為90 cm＋45 cm，留苗密度5.25萬株/hm2；播種時施尿素450 kg/hm2和過磷酸鈣750 kg/hm2做底肥；其他田間管理同當地常規。

表1 參試棉花品種及其育種單位Table 1 Tested cotton varieties

每小區固定20株棉株，分別于7月15日（生育前期）和8月15日（產量形成期），調查植株性狀〔株高、果枝數、產品器官數（花蕾及成鈴數）〕和光合生理性狀（SPAD值、葉面積指數、單葉光合速率），其中，SPAD值采用SPAD-502葉綠素計（Minolta，JPN）選取主莖倒四葉測定，單葉光合速率采用Li-6400便攜式光合作用系統（Li-cor，USA）選取主莖倒二葉測定，葉面積指數采用打孔法測定。各小區實收測產，9月初收1次僵瓣爛桃花計入小區產量，霜前和霜后籽棉分別計產。每個小區選取10株，測定單鈴重和衣分。

利用Microsoft Excel 2003和SPSS 11.0進行數據處理與分析，采用最小顯著差數法進行平均值比較。

2 結果與分析

2.1 不同鹽堿程度下參試棉花品種（系）的出苗率

參試品種在不同鹽堿程度條件下出苗率不同，其中，輕度鹽堿條件下出苗率為0.00%～100.00%，中度鹽堿條件下出苗率為8.33%～100.00%，重度鹽堿條件下出苗率為0.00～100.00%（表2）。1401在輕度和重度鹽堿條件下出苗率均為100%、在中度鹽堿條件下出苗率為91.67%，可見該品種在3種鹽堿程度條件下均表現出較強的適應性，為廣適性品種，本文中不再進行分析。

將出苗率達到80%以上的品種作為適應該鹽堿程度的品種，據此對剩余的17個參試品種（系）進行適應性劃分。結果顯示，輕適性品種（適應輕度鹽堿脅迫的品種）有冀優861、冀棉228、F180、冀雜1號、F108、滄棉666、創優168、JM8號、1158系、873系、342和989系，共計12個；中適性品種（適應中度鹽堿脅迫的品種）有冀棉616、冀優861、冀棉958、冀雜2號、JM8號和873系，共計6個；高適性品種（適應重度鹽堿脅迫的品種）有冀雜2號、冀雜1號、F108、滄棉666和1158系，共計5個。JM5號在3種鹽堿程度下出苗率均不高于50%，將其作為對照品種（CK）。

2.2 不同適應性棉花品種的植株性狀

對不同鹽堿程度下相適應品種的植株性狀（圖1和2）進一步研究發現，與CK相比，各適應性品種在生育前期和產量形成期均表現出株高顯著增加、果枝數增多、產品器官數顯著減少的變化趨勢，其中，輕適性、中適性、高適性品種的株高分別為59.6～75.0、61.4～68.1和66.7～74.7 cm，增幅分別為17.1%～18.9%、14.6%～26.8%和24.6%～32.2%；果枝數分別為7.3～9.7、7.9～9.2和8.3～9.1個/株，增幅分別為5.9%～17.3%、14.6%～15.6%和4.3%～16.0%；單株產品器官數為8.0～10.1、7.1～10.6和6.7～14.2個/株，降幅分別為26.4%～80.0%、31.7%～91.3%和36.0%～66.4%。差異顯著性分析結果顯示，不同鹽堿程度下，除生育前期輕適性和高適性品種的果枝數與CK差異不顯著外，其他指標與CK差異均達到了顯著水平。可以看出，棉花品種對不同程度鹽堿脅迫的適應性在植株性狀上的表現為營養器官增強、產品器官減少。

表2 不同鹽堿程度下參試棉花品種（系）的出苗率（%）Table 2 The emergance rate of cotton varieties under different saline-alkali degrees

圖1 不同適應性棉花品種生育前期的植株性狀Fig.1 The plant traits of different adaptable cotton varieties at early growth stage

圖2 不同適應性棉花品種產量形成期的植株性狀Fig.2 The plant traits of different adaptable cotton varieties at yield formation stage

2.3 不同適應性棉花品種的光合生理性狀

對不同鹽堿程度下相適應品種的光合性狀（圖3和4）進一步研究發現，與CK相比，各適應性品種在生育前期和產量形成期均表現出葉片SPAD值顯著增加、葉面積指數增大、光合速率明顯提升的變化趨勢，其中，輕適性、中適性、高適性品種的葉片SPAD值分別為45.4～47.6、45.4～48.0和41.3～42.7，增幅分別為12.6%～16.1%、10.6%～19.1%和10.3%～26.5%；葉面積指數分別為2.39～4.39、1.67～4.07和1.08～2.80，增幅分別為43.9%～44.8%、8.5%～59.0%和36.7%～65.7%；光合速率分別為12.2～16.3、10.3～16.2和8.8～10.8 μmol/（m2·s），增幅分別為49.1%～60.4%、32.6%～65.6%和63.9%～69.6%。差異顯著性分析結果顯示，不同鹽堿程度下，除產量形成期中適性品種的葉面積指數與CK差異不顯著外，其他指標與CK差異均達到了顯著水平。可以看出，棉花品種對不同程度鹽堿脅迫的適應性在光合生理性狀上的表現為葉片SPAD值、葉面積指數和光合速率的提升。

圖3 不同適應性棉花品種生育前期的光合生理性狀Fig.3 The photosynthesis physiology indexes of different adaptable cotton varieties at early growth stage

圖4 不同適應性棉花品種產量形成期的光合生理性狀Fig.4 The photosynthesis physiology indexes of different adaptable cotton varieties at yield formation stage

2.4 不同適應性棉花品種的產量及其構成因子

不同鹽堿程度下，各適應性品種的籽棉產量及其構成因子與CK差異均達到了顯著水平；皮棉產量僅中適性品種與CK差異達到了顯著水平（表3）。從皮棉產量看，輕適性品種較CK提高了56.2%，達到1 200 kg/hm2水平；中適性品種較CK提高了36.8%，達到1 000 kg/hm2水平；高適性品種較CK提高了29.7%，達到900 kg/hm2水平。

進一步對不同適性品種的產量構成因子進行分析后發現，輕適性品種單位面積鈴數、單鈴重、衣分分別提高了44.7%、5.9%和1.9%；中適性品種單位面積鈴數、衣分分別提高了38.5%和1.1%，而單鈴重降低了2.4%；高適性品種單位面積鈴數、單鈴重、衣分分別提高了20.8%、6.4%和0.8%。可以看出，單位面積鈴數和衣分顯著增加是不同適性品種產量提高的主要原因，而單鈴重對產量的作用還有待進一步研究。

表3 不同適應性棉花品種的產量及其構成因子Table 3 The yield and yield components of different adaptable cotton varieties

3 結論與討論

以往研究表明，土壤改良劑、耕作措施和秸稈還田均對棉花植株性狀、光合生理特性以及產量有顯著影響[13～15]。本研究結果顯示，品種適應性對棉花植株性狀、光合生理特性以及產量均有顯著影響。依據出苗率劃分的不同適性品種對相應程度鹽堿脅迫的適應性表現為株高增大、果枝數增多、產品器官數減少，葉片葉綠素含量、葉面積指數和光合速率等光合生理指標提高。與對照品種JM5號相比，不同適性品種植株性狀和光合生理指標提高程度不同，其中，高適性品種增幅最為明顯。

由于不同適應性品種在光合生理性狀上的差異，導致其在產量上的表現明顯不同。輕適性品種生育前期和產量形成期的光合性狀、單位面積鈴數、單鈴重和衣分較高，因此，產量水平最高。高適性品種雖然在產量形成期具有較多的產品器官數，但在重度鹽堿條件下器官脫落嚴重，最終成鈴數最少，且光合生理性狀受到明顯抑制，因此，產量水平最低。

綜上所述，棉花品種適應鹽堿脅迫的外在表現是植株性狀的改善，而產量提升的生理基礎是光合性能的提高。針對濱海區域不同鹽堿程度的棉田選擇相適應的品種，有利于顯著提高棉花產量。

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Screening and Characteristics of Different Adaptable Cotton Varieties in Coastal Saline-alkali Area

FENG Guo-yi，ZHANG Qian，LEI Xiao-peng，QI Hong，WANG Shu-lin，WANG Yan，LIANG Qing-long，LIN Yong-zeng*
（Cotton Research Institute of Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area of Ministry of Agriculture，Shijiazhuang 050051，China）

It is of great significance to improve cotton yield by screening cotton varieties suitable to different saline-alkali degree in the coastal saline-alkali area.Eighteen cotton varieties were screened under different saline degree of coastal area.The adaptability of tested varieties was divided by the emergence rate.The variety with the emergence rate above 80%was defined as the adaptable variety.The cotton varieties with the emergence rate of less than 50%were selected as the control under three saline-alkali degrees.The plant traits，photosynthesis physiology，yield and yield components of adaptable cotton varieties were studied at three saline-alkali degrees.The results showed that the plant height，number of fruit branches，product organ numbers，SPAD value，leaf area index，photosynthetic rate of leaf and lint yield of mild adaptable varieties were 59.6-75.0 cm，7.3-9.7，8.0～10.1，45.4-47.6，2.39-4.39，12.2-16.3 μmol/（m2·s），and more than 1 200 kg/hm2，respectively.Those of moderate adaptable varieties were 61.4-68.1 cm，7.9-9.2，7.1-10.6，45.4-48.0，1.67-4.07，10.3-16.2 μmol/（m2·s），and more than 1 000 kg/hm2，respectively.And those of severe adaptable varieties were 66.7-74.7 cm，8.3-9.1，6.7-14.2，41.3-42.7，1.08-2.80，8.8-10.8 μmol/（m2·s），and more than 900 kg/hm2，respectively. Theadaptabilityofcottonvarietiestodifferentsaline-alkali stresses was mainly reflected in the enhancement of nutrition organs and the decrease of product organs，and the improvement of photosynthetic performance was the physiological basis of cotton variety adaptation enhancement.The main reason for the yield increasing of different adaptable cotton varieties was the increase of the boll number per unit area and lint percentage at harvesting period.

Cotton；Saline-alkali；Yield；Plant trait；Photosynthesis index

S562

A

1008-1631（2017）03-0025-05

2017-03-23

國家科技支撐計劃項目（2013BAD05B0503）；河北省渤海糧倉科技示范工程項目；河北省青年自然基金項目（C2015301051）

馮國藝（1982-），男，河北邢臺人，副研究員，博士，主要從事棉花抗逆高產生理研究。E-mail：fgy_2010@sina. com。

林永增（1963-），男，河北威縣人，研究員，主要從事棉花高產高效栽培技術研究。E-mail：zaipei@sohu.com。