膜下滴灌棉花不同播期對植株頂部棉鈴單鈴重和纖維品質的影響

隨龍龍，田景山，張煦怡，趙寶改，向導，張旺鋒

(1.石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003；2.新疆烏蘭烏蘇農業氣象試驗站，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】新疆具有發展棉花的光熱資源優勢，但無霜期短，棉花生長季節有限，極易受到春季不穩定氣溫的影響，尤其是春季早播出現降溫、霜凍等極端天氣[1]。同時，新疆秋季降溫快，影響棉鈴生長，很大程度的限制了棉花生長和吐絮[2]。新疆棉花早熟是優質高產的前提，研究機采棉脫葉催熟、棉鈴發育狀況對提高棉花品質有實際意義。【前人研究進展】棉鈴發育時間和所處的溫度環境直接影響著棉花的產量和品質[3]。早播是實現早熟的關鍵措施[4]，研究表明，早播條件下棉花花鈴期光合效率高，有利于加快干物質累積，提高霜前花率、單鈴重，改善品質[5-7]，但春季早播極易出現降溫天氣，不利于棉花出苗和幼苗植株生長[8]。相對于早播，晚播棉花纖維品質隨著鈴期日均氣溫和日均最高氣溫的下降而降低[3]。也有學者認為播期推遲，由于生育期短，棉鈴所需的有效積溫不足，導致棉鈴的吐絮期受到延長，中、上部果枝鈴重顯著降低，棉花纖維品質下降[9]，不利于機械正常采收。【本研究切入點】新疆棉花生育后期氣溫下降，應提高棉花成熟度和改善棉花纖維品質。研究不同播期播種與頂部棉鈴發育的關系，確定適宜的播種時間、脫葉催熟。【擬解決的關鍵問題】研究不同播期處理生育后期不同氣溫變化對棉鈴發育響應，測定棉花頂部棉鈴發育時間、單鈴重、纖維品質等指標，分析棉花頂部棉鈴發育和鈴期變化特點，揭示鈴期和頂部纖維發育過程中頂部棉鈴對溫度的響應機制，為實現棉花最佳播期和優質高產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于 2016～2017 年在石河子氣象局烏蘭烏蘇農業氣象試驗站試驗地(44°17' N，85°49' E) 進行，當地多年平均無霜期約 170 d，年平均氣溫 7.0 ℃，年日照時數 2 861.2 h；試驗地土壤類型為灰漠土，土壤質地為中壤土，肥力中等。土壤含有機質 19.0 g/kg、全氮 1.25 g/kg、全磷 2.04 g/kg、堿解氮 78.0 mg/kg、速效磷 91.5 mg/kg、速效鉀 315 mg/kg。2年供試品種均為當地生產上主栽品種新陸早 59 號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗以播種前3 d的溫度變化確定播期，依據棉花播種對溫度的要求，設置3～4個播期。列出播種日期及前3 d氣溫、膜下5 cm土壤平均溫度等指標。采用隨機區組設計，每處理重復3次。種植模式1膜4行，寬窄行距配置，膜面寬140 cm；行長 15 m，小區面積21 m2，理論密度為19.21×104株/hm2。結合當地機采棉大田生產實際，各處理棉花生育期內隨水施肥，一水一肥，共施用純N 440 kg/hm2、P2O5420 kg/hm2、K2O 270 kg/hm2。其它田間管理措施按當地高產田進行。表1

表1 不同溫度播種播前3 d氣溫指標及膜下土壤溫度變化
Table 1 Changes of air temperature averaged over three days before sowing date and soil temperature under mulching film at different sowing dates

年份Year播期Sowing date name播種日期sowing date(M/D)平均氣溫DMT(℃)最高氣溫HT(℃)最低氣溫LT(℃)土壤平均溫度DST(℃)2016第一播期4/0814.10±0.3021.70±2.526.90±2.8317.60±0.49第二播期4/1613.80±1.8718.70±1.729.20±3.7018.40±1.53第三播期4/2217.50±0.6726.20±1.398.10±1.1122.2±1.222017第一播期4/086.70±2.2611.30±1.191.76±3.049.50±1.41第二播期4/1210.00±1.8916.20±3.053.70±2.6612.00±2.36第三播期4/2115.70±0.6823.90±2.677.50±2.2118.70±2.30第四播期4/2917.60±1.5418.20±2.4317.00±1.4524.70±3.05

注：土壤平均溫度為膜下5 cm土壤平均溫度(平均值±標準偏差). DMT為平均溫度, HT為最高溫度, LT為最低溫度, DST為土壤平均溫度

Note：average soil temperature is that under 5 cm for mulching film (mean±SD). DMT, mean daily temperature; Tmax, the maximum temperature; Tmin, the minimum temperature; ST, soil temperature

1.2.2 測定項目

1.2.2.1 鈴期

于開花期，在各處理中選取有代表性的棉株50株進行掛牌，掛棉花第8或9節果枝頂部的花期，記載鈴期、吐絮期所需時間，待完全吐絮收回掛牌并記錄時間。

1.2.2.2 單鈴重

于鈴齡15、22、29、36、43、50 d取長勢基本一致的棉株頂部第8或9果枝棉鈴，每個處理取10個棉鈴，105℃殺青30 min，80℃至恒重，稱取各鈴期單鈴重并記錄。于吐絮期，在各處理中選取有代表性的棉株取頂部第8或9果枝棉鈴，每個小區取45個棉鈴，取完裝袋帶回實驗室，自然風干后稱取棉花單鈴重并記錄。

1.2.2.3 測定棉花纖維品質

將各處理皮棉纖維樣品，送至農業部農產品質量監督檢驗測試中心(河南安陽市)進行各指標的品質測定。

1.2.2.4 溫度指標

各氣象溫度數據均來自石河子市烏蘭烏蘇農業氣象試驗站。

1.2.2.5 有效積溫

采用公式K=N(T-C)計算有效積溫[10]，式中，K為棉花完成某階段發育所需要的總有效積溫(℃)；T為當天發育溫度，N即完成某階段發育所需要的天數(d)；C為生長發育的下限溫度 15℃。

1.3 數據處理

采用 Microsoft Excel 2010 軟件處理數據和作圖，用 spss21.0 軟件進行統計分析，用 LSD 法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同播期下棉花生育進程變化

不同播期下，棉花各生育進程的早晚與經歷時間的長短均有差異，兩年各生育進程變化結果相一致。早播(2017年4月8日)條件下，播種至出苗時間延長，苗期階段長，但棉株吐絮期棉鈴生長發育時間增加，吐絮時間提前3～10 d。晚播條件(2017年4月29日)，出苗所需時間縮短，苗期至開花期生育進程加快；但棉株吐絮期棉鈴生長發育遲緩，收獲期延遲。表2

表2 不同播期下棉花生育進程變化
Table 2 Changes of growth stage under different sowing date in cotton

年份Years播期Sowing date(M/D)出苗期(d)播種-出苗期(M/D)Emergence/S-E現蕾期(d)出苗-蕾期(M/D) Squaring/E-B開花期(d)蕾期-花期(M/D)Flowering/B-F吐絮期(d)花期-吐絮期(M/D)Boll opening/F-BODate (m-d) /Days (d)20164/084-17/96-01/457-08/378-31/534/164-24/86-05/427-10/359-04/564/225-02/106-10/397-13/339-08/5720174/084-23/156-05/447-05/308-28/544/124-24/126-06/447-09/339-05/584/214-28/76-09/377-10/319-08/604/295-07/86-12/347-12/309-18/68

2.2 不同播期下棉花生育期溫度變化

不同播期處理下棉花各生育時期的溫度變化各不同，2年氣溫變化規律基本一致。晚播(4月22～29日)條件下，出苗至現蕾期日均最高氣溫、≥15℃/d有效積溫較高，吐絮期日均最高氣溫和≥15℃/d的有效積溫表現最低。相反，早播(2017年4月8日)條件下吐絮期日均最高氣溫、≥15℃/d有效積溫較高。圖1

2.3 不同播期棉花頂部棉鈴發育與氣象溫度關系

不同播期頂部棉鈴隨播期推遲頂部鈴吐絮時間推遲，單鈴重顯著下降，2年單鈴重變化趨勢相一致。其中2016年4月8日播種條件下頂部棉鈴單鈴重最大，較4月16日、4月22日高0.79%、2.38%，2017年4月8日播種條件下頂部棉鈴單鈴重最大，較4月12日、4月21日、4月29日高5.35%、7.46%、11.02%。不同播期處理條件下頂部棉鈴發育時間隨著開花期和吐絮期的推遲縮短，且各溫度指標及≥15℃氣積溫均呈下降趨勢。表3

注: ES: 出苗期; SS: 現蕾期;SS: FOS: 開花期; FBO: 吐絮期

Note: SE: Emergence stage; SS: Squaring stage; FOS: flowering open stage; FBO: Flocculation boll opening

圖1 不同播期條件下棉花各生育時期日均最高氣溫、有效積溫變化
Fig.1 The changes of mean daily maximum temperature, accumulated temperature variation at different growth stages in cotton with different sowing date表3 不同播期棉花頂部棉鈴發育與溫度關系
Table 3 Relationship between cotton boll development and temperature at the top of different sowing dates

年份Year播期Sowing date(M/D)開花日期Flowering stage(M/D)吐絮日期Flocculation stage(M/D)日均氣溫DAT(℃)日均最高氣溫DHT(℃)日均最低溫度DLT(℃)≥15℃氣積溫Accumulation temperature(℃)單鈴重Boll weight(g)20164/087/159/1323.7031.2116.87530.705.67±0.06a4/167/179/1723.3330.9416.45525.005.53±0.11a4/227/239/2223.1130.8916.09502.805.34±0.07b20174/087/139/0623.8631.5216.57496.205.55±0.15a4/127/169/1123.4931.2916.07492.285.26±0.07b4/217/189/1622.9630.8015.55486.585.14±0.11c4/297/219/2122.4430.5514.90469.504.94±0.12b

2.4 棉花棉鈴發育與溫度相關性

選取單鈴重(y)、日均氣溫(x1)、日均最高氣溫(x2)、日均最低氣溫(x3)和≥15℃積溫(x4)作為棉花頂部棉鈴發育間的因素。棉鈴發育階段，Y與x3和x4之間的相關系數分別為0.750 0、0.920 0、0.770 0均達到顯著或極顯著水平，說明棉花頂部棉鈴發育氣象因素與單鈴重之間以及各單項因素之間相互的影響，從直接通徑系數值可以看出，日均氣溫(x1)、日均最高氣溫(x2)對頂部棉鈴發育的直接通徑系數值較大。故日均氣溫和日均最高氣溫可分別作為棉花頂部棉鈴發育單項指標的第一選擇和第二選擇，適當早播，增加日均氣溫和日均最高氣溫，有助于最終產量的形成。間接通徑系數表明，構成棉鈴發育的各單因素通過其他各因素對單鈴重的影響程度，日均氣溫對單鈴重的影響主要是直接影響，而通過≥15℃有效積溫對單鈴重的影響次之。日均最低氣溫通過日均氣溫對單鈴重的間接影響最大，而直接對單鈴重的影響次之。表4

表4 頂部棉鈴單鈴重的相關分析和直接通徑系數變化
Table 4 Correlation analysis of boll weight per boll on top of cotton and change of direct path coefficient

因子Factors相關系數Correlation coefficent直接通徑系數Direct path coefficient間接通徑系數 Indirect path coefficientx1→yx2→yx3→yx4→yx10.750 0*1.981 8-1.642 80.421 8-0.012 1x20.560 0-1.705 31.909 20.360 4-0.003 9x30.920 0**0.466 21.793 0-1.318 3-0.022 5x40.770 0**-0.034 60.692 9-0.192 60.303 5

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01

Note:*indicatesP<0.05,**indicatesP<0.01

2.5 不同播期對棉株頂部棉鈴生長影響

2.5.1 棉株頂部棉鈴干物質累積的變化

不同播期棉花隨鈴齡增加頂部棉鈴干物質累積變化呈“慢-快-慢”的S型曲線，棉鈴發育期間隨著播期推遲頂部棉鈴干物質累積量降低，4月8日(早播)播種條件下棉株頂部單鈴重較4月16日、4月22日高2.52%、5.39%。圖2

2.5.2 棉株頂部棉鈴干物質累積擬合特征值的變化

不同播期間棉花頂部棉鈴生長差異均達到極顯著水平。早播(4月8日)處理頂部棉鈴生長提前進入棉鈴快速累積期，且持續時間延長，但最大累積速率減慢。當日均氣溫為23.70℃時，棉花頂部棉鈴在17 d開始快速累積，持續到鈴齡40 d時，最大累積速率為0.396 0 g/d；在日均氣溫為23.33℃鈴齡18 d進入快速累積期，持續時間為19 d，當日均氣溫為22.98℃時，鈴齡21 d才開始快速累積，持續時間不足16 d，最大累積速率則高達1.842 0 g/d。表5

圖2 不同播期下棉花頂部棉鈴干物質累積變化
Fig.2 Effects of different sowing dates on dry matter accumulation of cotton bolls at the top

表5 不同播期棉花頂部棉鈴干物質累積的擬合特征值
Table 5 Characteristic values of dry matter accumulation from cotton bolls at different sowing dates

年份Year播期Sowing date(m-d)R2特征值 Characteristic valuet1 (d)t2 (d)T (d)Vmax (g/d)Wm (g)20164-80.980 4**17.437 340.669 923.232 70.396 05.879 64-160.998 0**18.386 238.176 819.790 60.622 95.780 44-220.999 5**21.029 736.605 615.575 91.841 95.637 7

注：**P=0.01 水平顯著；t1、t2：快速累積期起始時間、終止時間；T：快速累積持續時間； Vmax：最大累積速：Wm：干物質最大含量。同列不同大、小寫字母分別表示在 0.01 和 0.05 水平差異顯著

Note: ** Significantly at 0.01 probability level; t1, t2: Date for starting and terminating of dry matter speedy accumulation period in cotton(d); T: Duration for dry matter speedy accumulating in cotton (d); Vmax: Maximal speed of dry matter accumulating in cotton(%/d); Wm: Maximal dry matter accumulation content in cotton(%). Values followed by a different capital and small letter within the same column mean different significantly at 0.01 and 0.05 levels, respectively

2.6 不同播期條件對棉花頂部鈴纖維品質的影響

不同播期條件下棉花頂部棉鈴隨播期推遲纖維長度、整齊度、比強度馬克隆值下降，兩年試驗結果表現相一致。不同播期處理間棉花纖維品質存在顯著差異，其中，2016年4月8日(早播)播種條件下棉花纖維長度值較4月16日、4月22日1.05%、1.89%；整齊度分別高0.59%、0.71%；纖維比強度高2.00%、4.00%；馬克隆值高2.55%、11.28%。2017年4月8日(早播)播種條件下棉花纖維長度值較4月12日、4月21日、4月29日高1.40%、2.46%、3.86%；整齊度高0.96%、1.56%、2.03%；纖維比強度高5.52%、6.82%、9.74%。馬克隆值高0.41%、3.49%、13.76%。表6

表6 不同播期條件下棉花頂部鈴纖維品質變化
Table 6 Effect of different sowing date on cotton top boll fiber quality

年份Year播期Date(M/D)纖維長度Fiber length(mm)整齊度Fiber uniformit(%)比強度Fiber strength(CN/ tex)馬克隆值Micronaire20164/829.67±0.26a84.50±0.22a30.00±0.83a4.70±0.11a4/1629.35±0.50a84.00±0.35b29.40±0.58a4.58±0.20b4/2229.10±0.23b83.90±0.43b28.80±0.63b4.17±0.13c20174/828.50±0.13a83.60±0.24a30.80±0.24a4.87±0.23a4/1228.10±0.26b82.80±0.41b29.10±0.42b4.85±0.18a4/2127.80±0.55c82.30±0.34b28.70±0.36b4.70±0.12a4/2927.40±0.42c81.90±0.33b27.80±0.25c4.20±0.15b

2.7 不同播期條件下棉花頂部鈴期溫度與纖維品質的關系

棉花纖維品質發育與溫度有著密切關系，各溫度指標對棉花纖維品質均有不同程度的影響，棉花纖維品質與各溫度指標存在顯著或極顯著差異。其中，整齊度、比強度、馬克隆值與日均氣溫均達到顯著和極顯著水平，比強度相關系數最大達到0.95；馬克隆值與日均最高氣溫達到顯著水平，比強度相關系數最大達到0.90；纖維長度、整齊度、比強度均與日均最低氣溫達到極顯著水平，整齊度相關系數最大達到0.92；纖維長度、整齊度與≥15℃氣積溫均達到極顯著水平，纖維長度相關系數最大達到0.96。表7

表7 不同播期條件對棉花頂部鈴纖維品質與溫度指標相關性
Table 7 Correlation analysis of cotton top boll fiber quality and temperature under different sowing date

項目Project日均氣溫Daily average temperature日均最高氣溫Daily maximum temperature日均最低氣溫Daily minimum temperature≥15℃氣積溫Accumulation temperature纖維長度 Fiber length0.610.380.86**0.96**整齊度 Fiber uniformity0.72*0.520.92**0.93**比強度 Fiber strength0.95**0.90**0.88**0.58馬克隆值 Micronaire0.75*0.78*0.530.25

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01

Note:*indicatesP<0.05,**indicatesP<0.01

3 討 論

3.1 適期早播種有利于縮短鈴期和收獲期提前

正常播期棉花生育后期溫度和熱量條件分布合理適合棉鈴正常生長，隨著播期推后，棉花現蕾早，光合物質快速積累期提前，但吐絮期棉鈴生長速率慢，從而造成花鈴期過長，吐絮晚且吐絮率低[11]。研究表明，早播(4月8日)條件下棉花生長提前進入開花期，且鈴期縮短7～20 d，而晚播(4月22日)條件下與則早播表現相反趨勢。這可能是早播鈴期日均溫度高，棉鈴中POD酶活性和與I-AAO含量升高加快了對營養物質的運輸和轉化效率，使得棉花頂部棉鈴快速生長時間提前，而晚播條件下則由于日均最低氣溫較低，保護性酶活性降低使得棉鈴發育時間延長[3]。

3.2 適期早播種有利于頂部棉鈴生長和提高頂部棉鈴單鈴重

播期是影響棉花產量及產量構成的重要栽培措施，有學者認為，棉花鈴重受日照時數、地面溫度在1800小時和最高氣溫氣象因子的影響[12]，最高日溫度與鈴重間存在相關關系[13]。研究表明，早播(4月8日)條件下棉花頂部棉鈴單鈴重較大，這可能是由于鈴期日均溫對棉鈴葉片的保護性酶和碳、氮代謝對營養物質向鈴的輸送有促進作用，進而使得單鈴重增加[14-16]，而由于棉鈴發育的日均溫度較高和有效積溫的增加使得棉花鈴期提前[17-18]。研究表明，棉株頂部棉鈴快速生長時間提前，棉鈴發育時間延長，最大干物質累積速率增大。這可能是由于日均溫度和日均差溫差較低時對鈴重的增加有明顯抑制作用，蒸發速率和日照時數的增加導致棉鈴重的降低[13，19]。

3.3 適期早播種有利于提高棉花纖維品質

早播可以獲得最佳纖維長度和強度，可溶性糖含量在早播作物中含量較高，說明可溶性碳水化合物對籽棉產量有較大影響[5]。早播條件下作物生育期延長，保證了棉花的成熟度[20]，研究表明，早播(4月8日)棉花頂部棉鈴纖維長度、整齊度、比強度、馬克隆值隨日均氣溫和日均最低氣溫的上升顯著增加。晚播減少棉花產量、纖維成熟度和馬克隆值，但是提高纖維長度和強度[21]。溫度適宜條件下，開花早的棉鈴，較多營養物質被運輸到棉纖維中，有利于棉花纖維伸長[22]；研究表明，晚播(4月29日)相對于早播(4月8日)而言棉花頂部棉鈴纖維長度、比強度等指標顯著降低，這可能是由于鈴期日均溫度和最低溫度的降低導致后期葉片生理活性變弱和棉鈴合成纖維素累積量減小，使得纖維品質下降[16，22，23]。

4 結 論

適期早播(4月8日)播前3 d膜下5 cm土壤溫度9.5℃播種、棉花頂部棉鈴發育日均溫在23.49℃條件下，棉花頂部鈴鈴期縮短，且花鈴期提前；單鈴重較大，棉花纖維品質較高。其中，日均溫度和最高氣溫對棉花單鈴重和棉花纖維品質影響最大，可作為衡量棉花頂部棉鈴發育的重要指標。而晚播(4月29日)播前3 d膜下5 cm土壤溫度24.7℃播種條件下棉花頂部棉鈴發育由于最低溫度的影響導致鈴期增加，不利于高強纖維和高質量棉鈴的形成。