不同機采棉種植模式對棉花主要植株形態影響效應分析

李健偉，吳鵬昊，石洪亮，李春艷，崔建平，張巨松

(1.新疆農業大學棉花工程研究中心，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業科學院 經濟作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091)

新疆是全國最大的商品棉生產基地，通過使用機械采棉設備取代人工采摘棉花可解決植棉生產成本上升和勞動力短缺的問題[1-2]。目前新疆機采棉品質問題突出，采凈率低，脫葉效果差，含雜率高，嚴重制約機采棉的發展[3-4]。原因之一是目前還沒有真正的機采棉品種，其二是當前廣泛采用的(66+10) cm機采棉種植模式其植株農藝與采棉機匹配性差[5-8]。前人主要從育種的角度研究農藝性狀的遺傳相關性，針對機采棉農藝性狀之間的相關性研究較少，基于非機采棉種植模式下的農藝性狀并不能代表機采棉種植模式下植株形態特征。適宜機采的合理株型構造不僅與品種內在因素有關，而且不同株行距配置下植株形態差異顯著，很大程度上也可影響植株形態診斷依據[9-12]。因此從栽培的角度通過研究不同機采棉種植模式下品種間植株形態的變化特點及其各指標間的相關性分析，可以為塑造適宜機采的合理株型，改進目前機采棉栽培管理技術提供理論依據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

于2016年在阿瓦提縣新疆農科院試驗基地進行試驗。試驗地土壤為沙壤土，pH7.6，試驗地0～20 cm土層含全氮9.2 g·kg-1、有效磷32.2 mg·kg-1、速效鉀166.0 mg·kg-1、有機質9 g·kg-1、堿解氮63.8 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗地于4月8日，采用膜下滴灌方式，人工打孔播種。地膜寬2.05 m，厚度0.01 mm，播幅寬2.3 m。試驗設置3個機采棉種植模式，分別用R1、R2、R3表示(如圖1所示)。R1模式為一膜六行(66+10) cm寬窄行，株距11 cm，理論密度24萬株·hm-2；R2模式為一膜六行(64+12) cm寬窄行，株距11 cm，理論密度24萬株·hm-2；R3模式為一膜四行(64+12) cm單雙行，株距9.5 cm，理論密度19萬株·hm-2。兩個供試棉花品種分別為新陸中54號(株形松散)和新陸中75號(株形較緊湊)。試驗采用完全隨機區組設計，雙因素試驗，6個處理，每個處理重復3次，共18個小區。小區長7.0 m，寬6.9 m(3個播幅)，過道寬0.5 m。各生育期施肥隨水進行，一水一肥，田間管理按當地高產田管理模式進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生育進程 調查出苗、現蕾、初花、盛花、盛鈴、吐絮、吐絮90%的日期。

A：R1，(66+10)cm一膜六行；B：R2，(64+12)cm一膜六行；C：R3，(64+12)cm一膜四行A:R1,(66+10)cm, a six-line machine cotton modes; B:R2,(64+12)cm a six-line machine cotton modes;C:R3,(64+12)cm,a four-line machine cotton modes圖1 不同機采種植模式示意圖Fig.1 Machine picking cotton planting modes

1.3.2 植株形態指標 選取各處理具有代表性的15株作為該處理的15組重復進行調查測量。打頂前一天測定株高和倒四葉長、寬并計算葉形指數(葉形指數=長/寬)；在盛鈴期測植株主莖葉葉柄長度；在吐絮期測定植株始果節高度、始果節位、果枝臺數、莖粗、果枝長度、單株結鈴數等相關指標。

1.3.3 霜前花率 10月16日調查霜前花率，每個小區隨機選取連續棉株80株記錄吐絮鈴與青鈴。

霜前花率(%)=下霜前吐絮鈴數/(下霜前吐絮鈴數+青鈴數)*100%

1.4 數據分析

用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0進行數據整理和分析。利用方差分析和多重比較分析不同品種間以及不同機采棉種植模式下各個主要性狀的顯著差異，利用皮爾遜相關分析法分析主要植株形態指標間的相關性。

2 結果與分析

2.1 不同機采棉種植模式對棉花生育進程的影響

如表1、表2所示，相同機采棉種植模式下，新陸中54號比新陸中75號出苗時間長2 d，苗期長4～5 d，蕾期長1～3 d，而花鈴期短1～2 d，生育期長4～6 d，霜前花率低3～5個百分點。在同一品種不同機采種植模式下，生育期天數R1>R2>R3，霜前花率R3>R2>R1。新陸中54號在R3模式下較R1生育進程提前6 d，霜前花率高4%；新陸中75號在R3模式下較R1生育進程提前4 d，霜前花率高2個百分點。

表1 不同機采棉種植模式對棉花生育進程的影響/(M-d)

表2 不同機采棉種植模式下棉花生育階段(天)和霜前花率/d

2.2 不同機采棉種植模式棉花植株形態特征變化

2.2.1 不同機采棉種植模式植株形態性狀方差分析 機采棉種植模式下植株形態性狀的方差分析如表3所示。機采棉種植模式、品種對株高影響顯著。不同品種間始果節高度和始果節位差異極顯著。果枝臺數、葉形指數、平均果枝長度和葉柄長度在不同機采棉模式之間、不同品種之間差異極顯著。對于莖粗，不同機采棉種植模式之間差異極顯著；不同機采棉種植模式之間單株結鈴數差異顯著。

2.2.2 機采棉種植模式下植株形態特征變化 不同機采棉種植模式下植株形態特征變化如表4所示。兩品種株高均在70 cm以上，始果節高度均在18 cm以上，符合機采要求[6]。新陸中54號R3模式果枝臺數較R1、R2分別多0.87臺和0.6臺，但新陸中75號各處理間差異不顯著。新陸中54號平均果枝長度表現為R3>R2>R1，新陸中75號則表現為R1>R2>R3，說明機采棉種植模式對不同品種果枝長度影響不同。新陸中54號R3較R1、R2單株結鈴數分別多1.8個和1.6個，新陸中75號R3較R1、R2單株結鈴數分別多2.0個和1.3個，莖粗和單株結鈴數均以R3模式最高，均達到顯著差異水平。相同機采棉種植模式下新陸中75號株高比新陸中54號高8.5%～11.3%，始果節高度高5%～22.9%，果枝臺數多3.9%～10.6%，R3和R2模式下新陸中54號平均果枝長度較新陸中75號分別增加72%和35.0%，說明不同品種間株高、始果節高度、葉形指數、平均果枝長度差異顯著，兩品種株形結構差異明顯。

表3 機采棉種植模式下植株形態指標的方差分析

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01。

Note: * Significance is at the 0.05 probability level;**Significance at the 0.01 probability level.

表4 不同機采棉種植模式下棉花植株形態特征

注：同列不同字母表示在5%水平下差異顯著。Note: Different letters in a column mean significant at 5%.

2.3 機采棉種植模式下植株形態指標間的相關性分析

由圖2可見，機采棉種植模式下植株形態各指標間表現出一定的相關性。株高與始果節高度相關性最高，r=0.834**，呈極顯著正相關關系，其次為果枝臺數和葉形指數，相關系數分別為0.730**、0.560**；株高與果枝長度和葉柄長度呈負相關關系，相關系數分別為r=-0.418*和r=-0.460*。果枝臺數與株高正相關性最高，其次為始果節位高度和莖粗，說明增加株高可以提高始果節高度，增加果枝臺數，降低果枝長度。單株結鈴數與莖粗相關性最高，r=0.735**，呈極顯著正相關，與果枝臺數相關性達0.512*，與株高相關性為0.362*，說明莖粗大小直接影響單株結鈴數，增加莖粗可以充分發揮個體優勢。

2.4 單株結鈴數與植株主要機采農藝性狀的相關性分析

單株結鈴數與不同品種不同機采棉種植模式之間植株主要機采農藝性狀的相關性分析結果見下表(表5)。在R1模式下，新陸中54號單株結鈴數與莖粗相關系數最大，r=0.834；新陸中75號的單株結鈴數與莖粗也呈顯著正相關關系，r=0.918。R3模式下新陸中54號和新陸中75號的單株結鈴數與株高、始果節高度、果枝臺數、葉形指數和莖粗均呈現正相關關系，與平均果枝長度呈負相關關系。說明不同機采棉種植模式間影響單株結鈴數的因素不相同，品種不同農藝性狀間相關性也不同，但果枝長度過長不利于提高單株結鈴數。

圖2 機采棉模式下植株形態指標間的相關性Fig.2 Correlation analysis between agronomic traits in the machine picking cotton planting models

品種種棉模式株高/cm始果節高度/cm果枝臺數/臺葉形指數平均果枝長度/cm莖粗/cm葉柄長度/cmCultivarPlantingmodePlant heightFirst fuiltnode heightFruit branchnumbersLeaf indexAverage branchlengthStemdiameterPetiolelength新陸中R10.3170.801??0.3520.103-0.1130.843??0.769??54號R20.784??0.793??0.598?0.704??-0.880??0.657??0.675??R30.852??0.761??0.832??0.861??-0.643??0.926??0.401新陸中R10.1580.198-0.0480.2440.0730.918??-0.34575號R20.4210.4190.2910.297-0.2480.1010.459R30.904??0.900??0.852??0.937??-0.692??0.929??0.426

注：**在0.01水平(雙側)上顯著相關。*在0.05水平(雙側)上顯著相關。

Note: **Significance at the 0.01 probability level; * Significance is at the 0.05 probability level.

3 討 論

3.1 不同機采棉種植模式對棉花生育進程的影響

較手摘棉而言，機采棉對生育期、植株形態要求更為嚴格。宋敏的研究表明[6]，較適合北疆機采的品種生育期為120～125 d，較適合南疆機采的品種生育期為130～135 d。有研究表明，北疆雜交棉(66+10) cm寬窄行較76 cm等行距吐絮晚2 d[13]，(72+4) cm模式較(66+10) cm模式現蕾、開花和吐絮晚，生育期延長3 d[14]。本試驗表明，R3模式較R1、R2棉花生育期天數縮短1～6 d，霜前花率提升1～4個百分點。可見，行距配置影響棉花生長發育進程，寬行越寬，窄行越窄，生育期相對延后。

3.2 不同機采棉種植模式下不同品種植株形態結構差異

在新疆“矮密早膜”的栽培模式下，植株群體與個體存在著相互的矛盾。植株高度、始果節高度、平均果枝長度、葉柄長度可以間接反映果枝的交錯程度和冠層結構，對采凈率影響較大；植株始果節位、莖粗和單株結鈴數則對機采產量影響較大[13-16]。對機采棉種植模式下植株形態指標的方差分析結果表明，機采棉種植模式對植株株高、果枝長度等7個主要形態特征影響顯著，品種決定植株始果節高度和始果節位。李建峰等[16]也得出相同結論，機采棉株行距配置對果枝始節高度影響較小，果枝始節受品種影響較大。王聰在北疆的試驗結果表明[13]，行距變化對果枝長度的影響均表現為隨行距的減小，密度的增加，果枝長度逐漸減小。但本試驗結果表明，機采棉種植模式對不同品種棉花植株形態的影響不同。對于新陸中54號，增加行距會使植株果枝長度，果枝臺數增加，增強單株個體優勢；但對于新陸中75號，增加行距會使果枝長度降低，R3模式下單株株形更緊湊，結鈴性更強。

3.3 機采棉種植模式下棉花主要機采形態指標間相關性

多數研究表明，塑造合理株形是實現作物高產的關鍵因素之一，因此農藝性狀與作物產量關系密切，可以通過農藝性狀與產量間的通徑分析來確定各農藝性狀對產量的貢獻和作用[17-21]。加力肯·馬地亞爾對非機采棉種植模式下棉花的產量與農藝性狀的研究表明[22]，棉花的產量與農藝性狀的通徑系數由高到低依次為：鈴重>衣分>果枝臺數>總鈴數>單株鈴數>第一果枝節位>生育期>株高。對于機采棉，不僅要保證高產，而且還要保證較高的采凈率以及較低的籽棉含雜率，因此機采棉對植株農藝性狀要求更嚴格才能保證機藝高度配套。努斯熱提·吾斯曼等[23]在機采棉種植模式下的研究表明棉花株高、果枝始節、葉片大小、出苗-現蕾、現蕾-開花與第一果枝高度呈極顯著或顯著正相關，節間長度、開花-吐絮、生育期與第一果枝高度正負相關不顯著，早熟機采棉在生長前期快速生長發育為適合機采且高產提供了有利的遺傳基礎。本試驗表明，株高與始果節高度、果枝臺數、葉形指數呈極顯著相關，說明株高與植株各形態關系密切，塑造植株合理株型的關鍵在于對株高的調控；適當增加株高，可以提高始果節高度，有利于提高機采采凈率。莖粗與果枝臺數和單株結鈴數呈極顯著正相關，說明增加植株莖粗和一定范圍內提高果枝臺數可以增加植株個體的結鈴數，增加莖粗是提高單株結鈴數的關鍵。宋敏的研究表明[6]，符合北疆機采的棉花品種株高65～70 cm，始果枝節位高度18～20 cm，有效果枝數6～7臺，單株結鈴6～7個，始果節位5～5.8節，果枝類型Ⅰ-Ⅱ式分枝，株型緊湊；較適合南疆機采的品種株高70～75 cm，始果枝節位高度18～20 cm，有效果枝數8～9臺，單株結鈴8～9個，始果節位5～5.8節，果枝類型Ⅱ式分枝，株型緊湊。棉株形態直接影響采棉機的采凈率、機采棉花含雜率等。本試驗表明，新陸中54號在R3模式下表現較好，更符合機采要求；新陸中75號在R2、R3模式下表現均較好，但R3模式下更優。

4 結 論

綜上所述，與一膜六行機采棉種植模式相比，一膜四行機采棉種植模式下植株果枝臺數增加，生育期縮短，霜前花率高，單株鈴數增加，因此既能保證產量又更符合機械采收要求。不同品種間始果節高度、始果節位和果枝長度等農藝性狀差異明顯。新陸中75號較新陸中54號株形更緊湊，始果節高度更高，生育期短，霜前花率高，吐絮相對更集中，更適于下霜早積溫相對低的南疆地區種植。株高與其它農藝性狀關系最為緊密，莖粗與產量關系最為緊密。需打破傳統的“矮密早”棉花栽培模式，在苗期促生長增加株高，提高始果節高度；通過降低密度增加莖粗保證植株健壯從而提高單株結鈴和防止后期倒伏機械采收。