旱區不同熟性棉花品種各器官干物質積累及產量構成差異特征

張金龍，董合林，陳國棟，胡守林，王 雪，趙盼盼，孫 勇，萬素梅

(1.塔里木大學 植物科學學院， 新疆 阿拉爾 843300； 2.中國農業科學院棉花研究所，棉花生物學國家重點實驗室， 河南 安陽 455000;3.阿克蘇市農業技術推廣中心，新疆 阿克蘇 843000; 4.新疆生產建設兵團第一師六團， 新疆 阿拉爾 843300)

棉花干物質是指在60℃～90℃恒溫下充分干燥后的有機物質量，是衡量棉花有機物積累、營養成分含量的重要指標。建立棉花高效結構、實現棉花優質高產必須依賴于棉花干物質生產[1]。塔里木盆地是中國最重要的產棉區，該區地處新疆南部，屬典型的大陸極端干旱荒漠氣候，年平均降雨量50～70 mm，年均蒸發量2 000～2 500 mm，全年無霜期200 d左右，年日照時數2 650～3 100 h，≥10℃的積溫為3 800℃～4 700℃，為中國優質商品棉的生產創造了得天獨厚的自然條件。但是，近年來隨著環境及生產條件的不斷變化，使得一些棉花品種適應性發生較大變化，在這種背景下，以往種植于塔里木棉區的中早熟品種的適應性是否發生改變尚不明確，進行不同熟性棉花品種各器官干物質積累及產量形成差異研究可從區域適應性方面對以上問題給予回答。大量研究表明，調控作物不同器官干物質的積累、合理分配及轉化，協調庫源關系，是高產的重要途徑之一[2-6]。張旺峰等[7]研究了新陸早4棉花在北疆干物質積累特征，結果表明：物質積累的關鍵時期出現在7月上旬至8月中旬，此時該地區棉株生長正處于花鈴期的階段;在高密度條件下，地上部總干物質、莖葉干物質積累的最快時期提前出現。棉花干物質積累及分配直接影響到經濟產量的形成和棉花的品質。有關這方面的研究，前人已做了大量的工作，但大多數關于干物質分配的研究沒有考慮棉花的不同熟性和不同器官分配。本試驗對棉花的生長發育及干物質累積和分配規律進行研究，為探索棉花優質高產所采取的合理措施提供依據。為進一步研究該地區棉花干物質的動態變化，本試驗于2015年進行大田試驗，系統地測定了不同熟性棉花的干物質累積動態及產量情況。在不同栽培條件下，探討特定的農藝措施組合對棉花干物質生產與分配規律影響的數量關系，對生產實踐具有一定的指導意義。同時，對棉花光合生產力研究、棉花育種等也有一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料

根據生育期不同，棉花品種可以劃分為早熟品種(生育期112～125 d)、中早熟品種(生育期126～134 d)、中熟品種(生育期135～145 d)、中晚熟品種(生育期145～154 d)和晚熟品種(生育期>155 d)[8]。按此標準，試驗供試3個品種(系)可分為早熟品種(豫早9110)、中早熟品種(中植棉2號)和中熟品種(中棉所12)。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2015年在新疆建設兵團第一師十團科研基地(40.62°N，81.34°E)進行，該區位于塔里木盆地西北側，屬暖溫帶大陸干旱荒漠氣候類型，年均氣溫10.7℃。試驗地地勢平坦，肥力中等，土質為沙壤土。試驗為單因素試驗，隨機區組設計，3個品種設3個處理，3次重復，種植密度為5.55萬株·hm-2。采用寬膜覆蓋種植，1膜3行，每小區15膜，行株距配置為76 cm×22 cm，小區面積273.6 m2。棉花于2015年4月20日播種，10月5日收獲，全生育期灌水10次，累計施尿素300 kg·hm-2，磷酸二胺375 kg·hm-2，磷酸二氫鉀75 kg·hm-2，其它栽培管理措施同當地大田。

1.2.2 測定項目

(1) 干物質測定

在試驗田內選擇長勢均勻具有代表性的區域設置取樣點，于棉花出苗后每30天取樣一次，全生育期共取樣5次，每次選擇長勢均勻具有代表性棉株5株(苗期取樣30株)，按照根、莖、葉、花、蕾、鈴等不同器官進行分樣，隨后105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒定后分器官稱量，重復3次。

(2) 單鈴重與產量測定

收獲期按小區實收計產，各小區收取正常開裂的100個棉鈴，測定單鈴重、籽棉重、皮棉重、衣分等產量性狀。

(3) 數據分析

不同處理間的測定結果用Microsoft Excel 2003進行數據計算、繪圖，用DPS7.55進行方差分析、顯著性檢驗(Duncan法)。

2 結果與分析

2.1 不同熟性棉花品種單株干物質積累特征

單株總干物質是作物產量形成的物質基礎，棉花能否形成足夠的單株干物質量與產量有著密切的關系。由圖1和圖2可知，不同熟性棉花品種單株干物質積累均符合作物生長的“S”形曲線，增長的速度為先慢后快再慢；在出苗后60 d之前，豫早9110和中棉所12的增長趨勢要高于中植棉2號，說明中植棉2號在苗期相對長勢較弱；三個品種在60～90 d的時間段內干物質迅速增加，尤其是豫早9110和中植棉2號，干物質積累速率達到最大值，分別為1.89 g·株-1·d-1和2.15 g·株-1·d-1，這是由于品種的早熟性造成的；在90～120 d時間段豫早9110和中植棉2號干物質增長變緩，而中棉所12的干物質積累速率達到了最大值2.5 g·株-1·d-1，這是因為中棉所12是中熟性品種，能較好地利用生育期長的優勢；在120～150 d時間段，三個品種干物質增加緩慢，干物質積累速率下降，但是中植棉2號的積累速率又有一定程度的增加，這可能是因為二次生長所造成的。三種熟性棉花品種都具有較好的長勢，單株干物質為173.91 g(中植棉2號)>167.84 g(中棉所12)>158.45 g(豫早9110)，單株干物質平均積累速率為1.16 g·株-1·d-1(中植棉2號)>1.12 g·株-1·d-1(中棉所12)>1.06 g·株-1·d-1(豫早9110)。

圖1不同熟性棉花品種單株干物質總量的積累變化

Fig.1 The changes of dry matter accumulation per plant of cotton cultivars differing in maturity

圖2不同熟性棉花品種單株干物質總量的積累速率變化

Fig.2 The changes of dry matter accumulation per plant velocity of cotton cultivars differing in maturity

2.2 不同熟性棉花品種單株營養器官和生殖器官干物質積累特征

棉株生長前期干物質積累量少且積累速率慢，主要進行營養生長，隨著生育期的延長，營養生長變慢，生殖生長加快。圖3、圖4為不同熟性棉花品種營養器官干物質變化。由圖3、圖4可知，不同熟性棉花品種干物質積累前期較快(豫早9110和中植棉2號營養生長最快的時期是出苗后90天，分別為0.92 g·株-1·d-1和1.38 g·株-1·d-1，而中棉所12營養生長最快的時期在出苗后60天，為0.87 g·株-1·d-1)，后期逐漸衰退，干物質積累量變大，但積累速率變慢，值得一提的是在120～150 d，豫早9110和中植棉2號的營養器官干物質積累速率還有所增加，具體原因還有待探討。單株營養器官干物質總量為84.51 g(豫早9110)>76.61 g(中植棉2號)>73.70 g(中棉所12)，單株營養器官干物質平均積累速率為0.56 g·株-1·d-1(豫早9110)>0.51 g·株-1·d-1(中植棉2號)>0.49 g·株-1·d-1(中棉所12)。

圖3 不同熟性棉花品種單株營養器官干物質積累變化

圖4不同熟性棉花品種單株營養器官干物質積累速率變化

Fig.4 The changes of dry matter accumulation vegetative organ per plant velocity of cotton cultivars differing in maturity

從圖5、圖6可以看出，不同熟性棉花品種單株生殖器官干物質積累完全符合作物生長曲線，生殖器官干物質積累量在全生育期呈現出前期積累少、中期增多且加快，后期緩慢增加的“S”形趨勢。三種熟性的棉花品種生殖器官干物質積累速率最快的時期都在出苗后90～120 d(盛鈴期)，且差異較大，積累速率最快的是中棉所12(1.97 g·株-1·d-1)，其次是中植棉2號(1.51 g·株-1·d-1)，積累速率最慢的是豫早9110(1.13 g·株-1·d-1)。單株生殖器官干物質總量為97.30 g(中植棉2號)>94.15 g(中棉所12)>73.94 g(豫早9110)，單株生殖器官干物質平均積累速率為0.65 g·株-1·d-1(中植棉2號)>0.63 g·株-1·d-1(中棉所12)>0.49 g·株-1·d-1(豫早9110)，這與單株總干物質變化規律一致。

圖5 不同熟性棉花品種單株生殖器官干物質積累變化

圖6不同熟性棉花品種單株生殖器官干物質積累變化

Fig.6 The changes of dry matter accumulation reproductive organ per plant velocity of cotton cultivars differing in maturity

在整個生育期內，不同熟性棉花品種干物質積累呈現不同的變化趨勢。生育前期(開花前)以營養器官為中心，營養器官干物質積累速率明顯高于生殖器官干物質積累速率；后期(開花后)干物質積累中心轉移至生殖器官，生殖器官干物質積累速率明顯高于營養器官干物質積累速率。RAR值的大小(生殖器官與營養器官干物質比值)與產量呈正相關[9]，從圖7中可以看出，中棉所12和中植棉2號的RAR值分別為1.28、1.27，都高于豫早9110的0.87，可以初步確定這三種熟性棉花品種的產量水平，中棉所12和中植棉2號的產量相差不大，豫早9110的產量較低。

圖7不同熟性棉花品種生殖器官與營養器官干物質比值變化

Fig.7 The changes of dry matter accumulation ratio reproductive organ and vegetative organ of cotton cultivars differing in maturity

2.3 不同熟性棉花品種產量及產量構成要素

干物質的累積是棉花產量形成的基礎，并且源與庫的干物質分配直接影響棉花的經濟產量。前人在棉花單株和群體干物質累積對棉花產量影響方面已做了深入的研究[10-14]。

由表1可以看出，不同熟性棉花品種單株結鈴數存在顯著差異，中熟品種中棉所12單株結鈴數達到16.2個，顯著高于中早熟品種中植棉2號和早熟品種豫早9110；不同熟性棉花品種單鈴重表現為中早熟品種中植棉2號(5.69 g)>中熟品種中棉所12(5.53 g)>早熟品種豫早9110(4.86 g)；不同熟性棉花品種衣分表現為中早熟品種中植棉2號(43.37%)>早熟品種豫早9110(42.36%)>中熟品種中棉所12(40.66%)；從產量方面來看，中早熟品種中植棉2號和中熟品種中棉所12的籽棉產量分別為4 002.2 kg·hm-2和4 130.1 kg·hm-2，皮棉產量分別為1 735.8 kg·hm-2和1 679.2 kg·hm-2，差異不顯著，早熟品種豫早9110的籽棉產量和皮棉產量分別為2 832.6 kg·hm-2和1 199.8 kg·hm-2，顯著低于其他兩個品種。綜合來看，中早熟品種中植棉2號表現最好，中熟品種中棉所12次之，早熟品種豫早9110產量表現最差。

表1 不同熟性棉花品種的產量及產量構成要素

注：數據為3個重復的平均值。同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note：Values are mean of three plots of each treatment. Different letters within a column indicate significant difference among treatments (P<0.05).

3 討 論

不同熟性棉花品種干物質積累和分配差別較大，這主要是由于棉花品種特性決定的。干物質是作物光合作用產物的最終形態，其積累與合理分配及運轉是提高作物產量的關鍵[5]。Craig等發現，較高的生殖器官與營養器官干物質分配比能促進棉花單株鈴數和單鈴質量增加，最終引起增產[2]，本研究也得到了類似的結論，中熟品種中棉所12和中早熟品種中植棉2號的RAR值明顯高于早熟品種豫早9110(圖7)，產量也是同樣的趨勢(表1)。

棉花初花后干物質的累積對最終產量影響較大，生產中提高棉花花鈴期的干物質累積有利于棉花高產[15]。棉花產量性狀是由于多因素控制的復雜數量性狀，其形成既受品種遺傳特性的控制，也受栽培技術和環境條件等因素的影響。唐燦明等[16]和馬新明等[17]的研究表明，皮棉產量的直接構成因素為單位面積鈴數、鈴重和衣分。這與實驗結果基本一致，中熟品種中植棉2號皮棉產量最高，衣分最高，單鈴重最高。中熟品種中棉所12的單株有效鈴數顯著高于中早熟品種中植棉2號，籽棉產量也相對較高，但是由于衣分較低，皮棉產量也不如中早熟品種中植棉2號。

雖然前人對棉花單株和群體干物質對棉花產量影響進行了許多研究，但是，由于所用的品種、生態地區和試驗設計的差異，結論也不盡相同。在新疆塔里木棉區特定的生態條件下，不同熟性棉花品種不同器官干物質積累和分配呈現怎樣的規律及差異也未見報道。另一方面，不同熟性棉花品種干物質積累速率的差異以及峰值出現的時間，也提示了在不同地區選擇適宜熟性品種的重要性—只有與當地氣候條件相適應的熟性品種，才能充分快速發育，積累較多的干物質，為高產奠定基礎。

4 結 論

不同熟性棉花品種干物質積累動態基本一致，均符合植物生長的“S”形曲線，在不同生育階段單株總干物質積累規律為苗期緩慢，蕾期逐漸加快，花鈴期是干物質積累的高峰期，此后又逐漸平穩。三種熟性棉花品種單株干物質積累總量為中早熟品種中植棉2號(173.91 g)>中熟品種中棉所12(167.84 g)>早熟品種豫早9110(158.45 g)，這與夏紹南等[18]的研究結果不同。

不同熟性棉花品種干物質積累速率差異比較明顯，均表現為“慢—快—慢”的趨勢。不同熟性棉花品種營養器官干物質積累速率均為先快后慢的變化趨勢，早熟品種豫早9110和中早熟品種中植棉2號的峰值出現在出苗后90 d，分別為0.92 g·株-1·d-1和1.38 g·株-1·d-1，中熟品種中棉所12的峰值在出苗后60 d，為0.87 g·株-1·d-1；不同熟性棉花品種生殖器官干物質積累速率符合“慢—快—慢”的變化趨勢，三種熟性棉花品種生殖器官干物質積累速率的峰值都在出苗后120 d，早熟品種豫早9110為1.13 g·株-1·d-1，中早熟品種中植棉2號為1.51 g·株-1·d-1，中熟品種中棉所12為1.97 g·株-1·d-1。

三種熟性棉花品種中，中早熟品種中植棉2號干物質平均積累速率相對較高，最終的干物質積累量最大，在出苗后120～150 d產量形成的關鍵階段積累速率保持較高，最終的RAR值相對較大，具有最大的單株干物質積累量。在生育后期，中早熟品種中植棉2號生殖器官干物質積累量和積累速率都最大，為產量的形成奠定了基礎，最終的皮棉產量最高。因此，在目前種植條件下，中早熟品種中植棉2號可獲得較高的收益，更適合在南疆塔里木地區種植，可以作為首推熟性品種。

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