湖南地區短季直播栽培模式下密度對棉花產量和品質的影響

晏平 劉皓然 郭指君 劉愛玉

摘要：本研究于2018年在湖南長沙進行，以湖南農業大學選育的JX0010為供試材料，在短季直播栽培模式下設置了五個種植密度，分別是A1為30000株/hm2，A2為60000株/hm2，A3為90000株/hm2，A4為120000株/hm2，A5為150000株/hm2。通過對棉花的產量性狀和品質性狀考察，探討短季直播栽培種植密度對產量和品質的影響。結果表明：種植密度對棉花總鈴數、棉纖維上半部平均長度、斷裂比強度的影響大，其中總鈴數表現為隨密度增加先增加后減少，A4處理擁有最高的群體成鈴數量，為117.2萬個/hm2;纖維上半部平均長度A5>A1>A4>A3>A2，且在A2～A5之間時隨著種植密度的增加纖維長度而變長，以A5處理最長，為28.10 mm;纖維的斷裂比強度隨著密度的增加呈先減小后增大趨勢，A3處理的值最低，A1處理有著最高的棉纖維斷裂比強度，為28.4 cN/tex。對衣分和纖維整齊度的影響不顯著，對鈴重、馬克隆值的影響沒有趨勢性，對棉纖維伸長率無影響。本試驗中，密度為120000株/ hm2時籽棉產量和皮棉產量最高，分別為5983.79 kg/ hm2、2217.64 kg/ hm2，可作為棉花短季直播栽培的參考密度。

關鍵詞：湖南;短季直播;棉花;密度;產量;品質

中圖分類號：S562.041 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：2095-3143（2019）03-0021-08

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2019.03.005

0 ?引言

湖南植棉區傳統的“寬行稀植，大棵壯株，大水大肥”精細化栽培模式對延長棉花有效生長期、充分發揮個體生產潛力、提高棉花單產發揮了重要作用，但隨著城市化進程的加速，農村青壯年勞動力向第二、第三產業大量轉移、勞動力成本飛速上漲，這種勞動密集型的棉花生產方式已經越來越不適應社會發展需要。因此棉花生產的輕簡化、機械化、現代化是湖南地區棉花產業發展的必然趨勢，只有通過科技創新和技術創新來推動棉花生產良性發展，才能提高湖南棉花在國際市場上的競爭力[1]。短季直播栽培（short-growth-duration cultivation with direct seeding，SGDDS）通過推遲播種、減氮增密、化學調控、催熟脫葉、等一系列措施，大幅度縮短生產周期，不僅有利于解決棉花與冬季作物爭地的矛盾，同時，棉花集中在光熱條件較好的8月成鈴，有利于提高棉花的纖維品質，還可大幅度減少棉花生產環節和管理成本，由于吐絮集中也為機械化采收創造了條件[2]。棉花的產量由鈴數、鈴重、衣分三個要素構成。一部分學者認為衣分受密度的影響較小而主要受遺傳因素調節[3-7]，但張勇，等[8]通過研究雜交棉在不同密度下的產量性狀指出，衣分會隨著密度的增加而減小。Constable G A，等[9]也認為過高種植密度下棉株之間遮陰嚴重，會降低光合效能造成減產。同時，不同的氣候條件與灌溉水平也會造成各個地區種植密度的差異。張旺鋒，等[10]和李鵬程，等[11]認為在新疆植棉區，種植密度為180000～225000株/hm2時能獲得較高的皮棉產量。目前關于種植密度對棉花纖維品質是否有影響還存在爭議，因此本研究著重探討密度對短季直播栽培棉花產量與品質的影響，以期為棉花短季直播栽培提供參考。

1 ?材料和方法

1.1 ?試驗時間與地點

試驗于2018年在湖南農業大學校內耘園科研基地進行。基地位于長沙市內，屬于亞熱帶季風氣候，光照充足、雨熱同期。試驗地塊地勢平坦、排灌方便，前茬作物為煙草，冬閑。供試土壤類型為粘壤土，地力均勻。

1.2 ?供試材料

供試棉花品種為JX0010，是耐遲播、特早熟的轉基因常規棉品種，株型為塔形，由湖南農業大學棉花研究所提供。試驗用種為毛籽，播種前不進行催芽處理。

1.3 ?試驗設計與田間管理措施

試驗采用單因素五水平隨機區組設計。設30000株/hm2、60000株/hm2、90000株/hm2、120000株/hm2、150000株/hm2五個種植密度（代號為A1～A5），3次重復，共15個小區。小區面積105.6 m2（22 m ×4.8 m），南北行向種植。試驗采用等行距種植，每個小區6行，行距0.8 m，株距根據密度而異，A1～A5分別為42 cm、21 cm、14 cm、10.5 cm和8.5 cm，在試驗區四周設置保護行。于5月24日進行播種，不施基肥;6月30日至6月31日中耕除草;7月1日一次性施肥（在棉行旁10 cm開溝一次填埋），試驗用肥料為尿素（有效N以46.0%計）、過磷酸鈣（有效P以16%計）、氯化鉀（有效K以60%計），施肥量的有效N為150 kg/hm2，P2O5 為90 kg/hm2，K2O為180 kg/hm2;于8月11日至8月12日打頂;8月13日噴施縮節胺，用量為30 g/hm2;于10月6日噴施噻苯隆進行脫葉催熟，用量為300 g/hm2。

1.4 ?測定項目及方法

1.4.1 ?果枝數與成鈴情況調查

在10月6日于各小區選取有代表性的棉花20株，采用株式圖調查，統計單株成鈴數、果枝數、果節數和成鈴率（成鈴率=單株鈴數÷單株果節數×100%）;根據果枝數和果節數計算節枝比，節枝比=果節數÷果枝數;由單株鈴數×密度計算得出總鈴數;將各果枝1～2果節上所結的棉鈴記為內圍鈴，各果枝第3及以上果節上所結的棉鈴記為外圍鈴，計算占比與了解棉鈴空間分布情況。

1.4.2 ?產量性狀調查

于10月19日在各小區收獲正常吐絮的中部棉鈴100朵，通過曬干、軋花、稱重，調查產量性狀并計算產量。將采收的100朵正常吐絮棉鈴曬干稱重，計算單鈴重;籽指是100粒籽棉重量，衣指是100粒子的皮棉重量，衣分為皮棉占籽棉中的百分數;籽棉產量=總鈴數×鈴重÷1000，皮棉產量=總鈴數×鈴重×衣分÷1000。

1.4.3 ?纖維品質檢測

在調查產量性狀后，各小區取30 g皮棉送往農業部棉花品質監督檢驗檢測中心（安陽）進行棉花纖維品質檢測。檢測項目包括上半部平均長度、整齊度、斷裂比強度、斷裂伸長率、馬克隆值共五項指標。

1.5 ?數據處理與分析方法

1.5.1 ?數據處理

采用EXCEL2016和SPSS24.0進行數據處理與統計分析，利用Duncann新復極差法進行顯著性檢驗。

1.5.2 ?纖維品質的綜合評價

參照王朝暉，等人的方法對纖維品質的數據進行標準化處理。斷裂比強度（j=1），上半部平均長度（j=2），整齊度指數（j=4），伸長率（j=5），按實現值越大越好的公式進行計算。

Uij=（Aij-minAij）/（maxAij-minAij） （j=1，2，4，5;i=1，2，3...，15）

本試驗中各處理的馬克隆值（j=3）均大于3.9，因此按照實現值越小越好計算。

Uij=（maxij-Aij）/（maxAij-minAij）（j=3;i=1，2，3...，15）

式中Uij為無量綱化綜合系數，Aij為各指標原始數據，maxAij表示第j個纖維品質性狀中的最大值，minAij表示第j個纖維品質中的最小值。以Wi表示各指標的權重系數，參照張志剛，等[12]的分析方法，對纖維品質指標的重要性進行排序后通過二分法計算指標的權重系數，得到斷裂比強度：W1=0.3125，上半部平均長度W2=0.3125，馬克隆值W3=0.15625，整齊度指數W4=0.15625，伸長率W5=0.0625。計算各處理纖維品質的綜合得分，計算公式為：

式中，Si為第i個樣品的棉花纖維品質性狀的綜合得分。

2 ?結果與分析

2.1 ?密度對棉花成鈴及其空間分布的影響

2.1.1 ?果枝數

單株果枝數隨種植密度的增加而減少（圖1）。各處理棉株的果枝數從多到少排序勢為A1>A2> A3>A4>A5，A1～A5處理分別為12.82個、11.09個、10.13個、9.38個和8.29個。多重比較顯示A1處理的果枝數最多，顯著高于其他四個處理（p<0.05），A2處理的果枝數顯著高于A3、A4、A5處理，A3和A4處理間沒有表現顯著差異，但這兩個處理的果枝數都顯著高于A5處理。在短季直播栽培模式下，以栽培密度為自變量，棉株的果枝數量為因變量，可得到關于密度與果枝關系的擬合方程y=-0.359x+13.573，R2=0.9763。方程為斜向下的一次函數，分析方程可發現，在短季直播栽培模式下，棉花種植密度在30000株/hm2至150000株/hm2時，密度每增加10000株/hm2，棉株果枝數約減少0.36個。

2.1.2 ?果節數

單株果節數隨種植密度的增加而減少（圖2）。各處理的單株果節數為A1>A2>A3>A4>A5，A1～A5處理分別為60.44個、42.79個、33.37個、25.98個和17.43個。多重比較顯示A1處理的單株果節數最多，顯著高于其他四個處理（p<0.05），A2處理的果節數顯著高于A3、A4、A5處理，A3和A4處理間沒有表現顯著差異，但這兩個處理的果節數都顯著高于A5處理。在短季直播栽培模式下，以栽培密度為自變量，以棉株的果節數量為因變量，可以得到關于密度與果節數的擬合方程y=-3.5003x+67.723，R2=0.9590。方程為斜向下的一次函數，分析方程可以發現，在短季直播栽培模式下，當棉花種植密度在30000株/hm2至150000株/hm2時，種植密度每增加10000株/hm2，棉花果節數量約減少3.50個。

2.1.3 ?節枝比

棉花植株的節枝比能用來分析棉花果枝的發展情況，是果節數與果枝數的比值。棉花植株的節枝比隨種植密度的增加而減少（表1）。處理間的節枝比排序為A1>A2>A3>A4>A5，A1處理下棉花植株擁有最高的節枝比，比A2、A3、A4、A5處理分別高出0.94、1.53、1.97、2.71，多重比較顯示，處理間的差異顯著性與果枝數和果節數一致。這主要是因為當種植密度增大時，植株間枝葉堆疊，果枝的生長受到限制，會導致節枝比顯著下降。

2.1.4 ?成鈴率

成鈴是指開花后8～10天棉鈴直徑達2 cm以上的棉鈴，各處理的成鈴率排序（表1）為A1>A5> A2>A3>A4，A1處理的成鈴率最高，分別比A2、A3、A4、A5處理高出5.44、8.41、85.71、2.81個百分比，其中A1、A5處理與A3、A4處理間的差異達到了顯著水平（p<0.05），其他各處理間的差異未達顯著水平。短季直播棉花群體成鈴率與密度之間的關系表現為：當種植密度為30000株/hm2至120000株/hm2時，棉花群體的成鈴率隨種植密度的增加而減少，這是因為當種植密度增加時，群體間的蔭蔽效果會逐漸增強，導致棉鈴脫落或僵桃，但當種植密度達到150000株/hm2時，棉花群體的成鈴率有較大幅度的上升，這可能是因為過高的密度下棉花植株的果枝發展受限，從而導致果節數量顯著減少，而棉鈴減少的幅度相對較小，從而讓成鈴率有所上升。

2.1.5 ?內外圍鈴分布

各處理的內圍鈴比例大小排序（表1）為A5>A4>A3>A2>A1，A5處理下棉花群體的內圍鈴占比最高，分別比A1、A2、A3、A4處理高出38.90、24.52、20.52、11.86個百分點。短季直播棉花群體內外圍鈴比例與種植密度之間的關系表現為：內圍鈴比例隨著種植密度的增加而提高，這說明增加種植密度有使棉鈴向內圍空間集中的趨勢，同時，隨著種植密度增加，節枝比下降，導致單個果枝上的果節數量減少也是造成內圍鈴比例增加的重要原因。

2.2 ?密度對棉花產量性狀的影響

2.2.1 ?單株鈴數

單株鈴數隨種植密度的增加而減少（圖3）。各處理間單株鈴數的多少排序為A1>A2>A3>A4>A5，A1～A5處理分別為27.88個、17.00個、12.31個、9.77個、7.45個，其中A1處理的單株鈴數要顯著高于另外四個處理（p<0.05），A2處理的鈴數顯著高于A3、A4、A5處理，A3處理的單株鈴數顯著高于A4和A5處理，A4處理的單株鈴數顯著高于A5處理，各處理間的差異均達到了顯著水平，這說明在短季直播栽培模式下密度對單株鈴數有著顯著影響。以短季直播栽培模式下棉花的種植密度為自變量、單株鈴數為因變量，可以得到關于密度與單株鈴數的擬合曲線：y=0.1529x2-3.3559x+38.944，R2=0.9861。在種植密度在30000株/hm2至150000株/hm2時，單株鈴數隨著密度的增加而減少，這與棉花在其他栽培模式下的密度效應表現一致。

2.2.2 ?群體總鈴數

各處理的群體成鈴數（表2）表現為A4>A5>A3>A2>A1，A4處理擁有最高的群體成鈴數量，分別比A2、A3、A4、A5高出33.55萬個/hm2、15.22萬個/hm2、6.41萬個/hm2、5.40萬個/hm2，多重比較顯示其中A4處理與A1、A2處理之間，A3、A5處理和A1處理之間的差異達到了顯著水平（p<0.05），其他各處理之間的差異未達顯著水平。在短季栽培模式下，在一定范圍內，盡管個體的成鈴數隨著密度水平的增加而減少，但群體發揮了補償作用，使得群體的總鈴數在一定范圍內隨著密度的增加而上升，但當密度超過一定水平時，隨著密度的繼續提高，群體總鈴數有變小的趨勢，這說明在過高的密度水平下，群體的補償效應不足以補償個體在單株鈴數上的損失。

2.2.3 ?單鈴重

各處理的單鈴重（表2）表現為A2>A1>A4>A3>A5，A2處理擁有最高的單鈴重，分別比A1、A3、A4、A5高出0.11 g、0.16 g、0.12 g、0.35 g，多重比較的結果顯示A2處理和A5處理之間的差異達到了顯著水平（p<0.05），其他各處理間的差異未達顯著水平。在A1至A4處理之間，隨著密度水平的逐漸增加，各處理間的單鈴重變化并沒有表現出很強的規律性，這說明在短季栽培模式下，密度在一定的水平內對單鈴重的影響不大，但當密度達到A5水平時，單株鈴重有了較為明顯的下降，這說明在A5密度水平下，棉鈴的發育水平受到了一定程度的限制。

2.2.4 ?籽指和衣指

各處理的籽指和衣指如表2所示，各處理的籽指和衣指因栽培密度不同表現出的差異較小。其中各處理間籽指值大小為A2>A3>A1>A4>A5，A2處理的籽指值在各密度水平中最高，分別比A1、A3、A4、A5處理高出0.16 g、0.04 g、0.19 g、0.28 g;衣指值的大小為A4>A1>A2>A3>A5，A4處理的衣指在各密度水平中最高，分別比A1、A2、A3、A5處理高出0.14 g、0.03 g、0.39 g、0.23 g。多重比較顯示，各處理間籽指和衣指在不同密度水平下沒有表現出顯著性的差異（p<0.05）。說明籽指和衣指的變化趨勢與栽培的不同密度水平相關性小。

2.2.5 ?皮棉產量和籽棉產量

各處理的皮棉產量如表2所示，各處理間的皮棉產量為A4>A3>A5>A2>A1，A4處理的皮棉產量在各密度水平中最高，達到了2217.64 kg/hm2，比A1、A2、A3、A5分別高出626.02 kg/hm2、260.52 kg/hm2、193.58 kg/hm2、252.64 kg/hm2，A2、A3、A4、A5的皮棉產量均顯著高于A1（p<0.05），但這四個處理之間的差異均未達到顯著水平。

從表2中還可以看出：各處理間的籽棉產量變化趨勢與皮棉產量變化趨勢一致。

2.2.6 ?衣分

各處理的衣分如表2所示，各處理間衣分的變化趨勢為A1>A4>A2>A5>A3，A1處理的衣分在各密度水平中最高，分別比A1、A2、A3、A5處理高出0.57、1.39、0.20、1.15個百分點。多重比較顯示不同密度水平間的衣分差異均沒有達到顯著水平（p<0.05），在密度水平由A1向A3變化的過程中，衣指有隨著密度的增加而減小的趨勢，但當密度上升到A4和A5水平時，其衣分相對A3密度水平有所提升。在短季直播栽培模式，密度水平對衣分的影響相對較小，這可能是因為衣分主要受遺傳因素的影響。

2.3 ?密度對棉花纖維品質的影響

2.3.1 ?棉花纖維品質的五項指標

本試驗主要考察的是上部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、斷裂伸長率和馬克隆值五項指標。各處理的纖維品質性狀如表3所示。各處理間的上半部平均長度表現為A5>A1>A4>A3>A2。A5處理下的上半部平均長度最長，為28.10 mm，分別比A1、A2、A3、A4分別高出0.63 mm、1.13 mm、0.80 mm、0.73 mm，與A2、A3、A4處理間的差異均達到了顯著水平，A1、A2、A3、A4處理之間沒有表現出顯著性差異（p<0.05）。在種植密度為60000株/hm2至150000株/hm2時，棉花纖維的上半部平均長度有隨著種植密度的增加而增長的趨勢。

各處理的整齊度指數為A5>A1>A3>A4>A2，介于84.07%至85.43%之間，以A5處理的整齊度指數最高，分別比A1、A2、A3、A4高出0.23、1.36、0.73、1.33個百分點，但各處理間的差異均沒有達到顯著水平（p>0.05）。整齊度指數與種植密度之間沒有表現出明顯的相關性。

各處理的斷裂比強度為A1>A2>A5>A4>A3，介于27cN/tex至29cN/tex之間，以A1處理有著最高的斷裂比強度，分別比A2、A3、A4、A5處理高出0.07、0.93、0.50、0.33 cN/tex。多重比較顯示各處理間的差異均沒有達到顯著水平（p>0.05）。在種植密度為A1至A3處理時，斷裂比強度有隨著密度的增大而減小的趨勢，但當密度在A4之后，隨著種植密度的增加斷裂比強度有增大的趨勢。

各個密度處理下的棉花纖維伸長率均為6.80%，可以認為在短季直播栽培模式下種植密度對棉花纖維的伸長率沒有影響。

各處理下棉纖維的馬克隆值介于5.40至5.57之間，以A2處理最大，A1處理最小，A3、A4、A5處理均為5.43。多重比較顯示A2處理顯著高于其他四個處理，A1、A3、A4、A5處理間差異不顯著（p<0.05）。隨著種植密度的變化，馬克隆值沒有表現出明顯的變化特征，各處理的馬克隆值均為C類，這可能是由棉花吐絮期連續的陰雨天氣所導致。

2.3.2 ?纖維品質綜合評價

對各處理的纖維品質五項指標進行加權計算后，各處理纖維品質綜合得分為A5>A1>A4>A3>A2。A1處理得分為0.4920分，A2處理得分為0.2717分，A3處理為0.3296分，A4處理為0.3571分，A5處理為0.5449分，在短季直播栽培模式下，棉花的纖維品質綜合得分表現為隨密度的增加先減小后增加，但多重比較顯示各處理間的得分差異未達顯著水平（P<0.05）。

3 ?討論與結論

本試驗中，種植密度對棉花的單株鈴數影響顯著，棉花的單株鈴數隨種植密度的增加而減少，這與前人的觀點一致。群體總鈴數表現為在A1至A4密度內隨著種植密度的增加而增加，但當密度從A4增加到A5時，會造成群體總鈴數的下降，這是因為當密度增加時，盡管單株鈴數顯著減少，但群體的補償效果讓群體總鈴數得以上升，當密度達到A5時，個體發展與群體發展間的矛盾開始加劇，群體補償效果不足以補償個體在鈴數上的損失，從而造成群體總鈴數下降，這與鄧福軍[13]等人的試驗結果基本一致。一般認為鈴重會隨種植密度的增加而減小，但在本試驗中，當密度在A1至A4處理時，鈴重變化并沒有表現出明顯的規律，但在A5處理下，鈴重下降較為明顯，這有可能是由于密度較高，棉鈴分配的養分較少而不能充分的發展。本試驗中各處理籽指值、衣指和衣分均沒有表現出顯著性差異，可能是因為這些性狀主要受遺傳因素的調節，密度的影響相對較小。在產量方面，由于處理間衣分的差距較小，籽棉產量與皮棉產量的表現一致，均表現為A4>A3>A5>A2>A1，以A4處理的籽棉產量最高，為5983.79 kg/hm2，A5處理盡管有著最高的干物質積累，但產量并沒有表現最高，這說明在湖南地區短季直播栽培模式下，適當增加種植密度有利于提高棉花產量，但過高的密度有可能導致棉花產量下降，這主要是因為過高的種植密度會導致棉花群體中下部光照條件惡化，造成成鈴數量和鈴重顯著減少或減輕，從而減產。本試驗中，密度對棉花纖維的上半部平均長度表現出顯著影響（P<0.05），上半部平均長度有隨著密度增加而增加的趨勢。對棉花纖維的五項品質指標進行加權分析之后，A1處理和A5處理的得分較高，棉花纖維品質整體上有隨著密度增加而提升的趨勢，這與婁善偉[14]等的結論相似。陽會兵[15]等認為密度會影響棉花纖維伸長率，本試驗中各處理的棉花纖維伸長率并沒有表現出差異，這與徐嬌[6]等人的觀點一致。本試驗中只進行了一次縮節胺噴施，對棉花的株高控制不夠，這可能會導致棉花中下層光照條件惡化、呼吸消耗加劇，在后面的試驗中可以探索更為適宜的化調機制。施氮對棉花生產影響顯著，在之后的試驗中可以通過設置施氮水平來研究短季直播栽培模式下密度與氮肥的互作效應，以構建更為合理的源庫流關系。

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