株行距配置對機采棉生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

李 玲，董合林，馬云珍，李鵬程，李春梅，張 娜，萬素梅，徐文修

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，烏魯木齊 830052；2.中國農(nóng)業(yè)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.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】新疆作為我國棉花的主產(chǎn)業(yè)區(qū)，2018年棉花種植面積占全國總種植面積的74.31%，產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的83.88%。密植是新疆棉花高產(chǎn)的重要途徑，但高密度下，棉花葉片重疊緊密造成冠層郁閉嚴重，下部冠層空間通風透光不良，容易出現(xiàn)畸形鈴和爛鈴現(xiàn)象[1-2]，加之高密度種植模式下的植株過于緊湊，脫葉效果不理想，葉片掛枝率高，導致機采棉含雜率高，這嚴重影響棉花產(chǎn)量和纖維質(zhì)量[3]。如何在機采棉配置的基礎上平衡產(chǎn)量與品質(zhì)的關系已成為目前亟需解決的問題。【前人研究進展】有研究圍繞機采棉種植模式，通過減小種植密度和調(diào)整株行距等方式對棉花生長發(fā)育及產(chǎn)量進行了深度研究[4-10,13-16]。鄧福軍[6]等通過研究不同密度對棉花生長的影響，得出北疆中等肥力棉田采用中密度(21×104株/ hm2)栽培方式可獲得較高產(chǎn)量水平。也有學者研究認為18×104株/hm2是適宜的種植密度，更有利于干物質(zhì)的供應與產(chǎn)量的形成[7]。蔡曉莉[8]等研究表明，相同密度下，三行模式的生育期較六行模式提前且棉株個體優(yōu)勢強于六行模式。馬錦穎[9]等在兵團第六師的棉花種植模式比較試驗中指出，76 cm等行距種植方式下的棉花產(chǎn)量及品質(zhì)都優(yōu)于常規(guī)機采棉種植模式(66 cm+10 cm)，這是因為隨著行距的擴大，寬行距模式下的葉片光合能力及群體光能利用率均優(yōu)于寬窄行模式，有助于光合物質(zhì)的積累，從而提高棉花產(chǎn)量[10]。近年來棉花寬行稀植栽培模式在新疆多地得到了小范圍的示范推廣，且產(chǎn)量高品質(zhì)優(yōu)[11]。合理的種植方式可以獲得較優(yōu)的作物群體結(jié)構(gòu)和良好的生態(tài)環(huán)境，提高單位面積的光合作用量，從而達到高產(chǎn)[12]。【本研究切入點】前人對傳統(tǒng)棉花密度研究較深入，但有關不同株行距配置模式下機采棉的報道較少。研究株行距配置對機采棉生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。【擬解決的關鍵問題】研究不同株行距配置下棉花生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的規(guī)律，確立適宜機采棉的株行距配置，為機采棉合理密植栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

于2018年在新疆生產(chǎn)建設兵團第一師阿拉爾市10團中棉所南疆試驗站進行試驗。試驗地位于塔里木盆地北部，屬于暖溫帶大陸性氣候，年均日照2 556.3～2 991.8 h，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 876.6～2 558.9 mm。試驗地土壤為粘壤土，pH值7.68，有機質(zhì)含量10.23 g/kg，堿解氮含量84.87 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用隨機區(qū)組排列，共設3種株行距配置模式，分別為一膜三行(76 cm等行距，株距7 cm)；一膜四行(76 cm +66 cm +10 cm +76 cm，平均行距57 cm，株距10 cm)；一膜六行(66 cm +10 cm，平均行距38 cm，株距14.6 cm)；種植密度18×104株/hm2，試驗4次重復，共20個小區(qū)，各小區(qū)面積為38.98 m2(5.7 m×6.84 m)。供試品種為中棉所49號，于4月19日人工播種，7月6日打頂，灌溉方式采用膜下滴灌，全生育期灌水總量4 200 m3/hm2，分8次灌溉，結(jié)合播前整地施基肥尿素225 kg/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2；追肥為尿素195 kg/hm2，磷酸二銨270 kg/hm2，磷酸二氫鉀90 kg/hm2，均隨水滴施。其余田間管理均與當?shù)卮筇锕芾砟Ｊ揭恢隆?/p>

1.2.2 測定指標1.2.2.1 農(nóng)藝性狀

在棉花苗期、現(xiàn)蕾、盛蕾期、盛花期、盛鈴期于各小區(qū)定點定株選取具有代表性的5株棉花，掛牌標記，測量其株高(子葉節(jié)至生長點高度)。并于收獲期調(diào)查果枝數(shù)、果枝始節(jié)位(棉花第1果枝的著生節(jié)位)、及始節(jié)高度(子葉節(jié)至第1果枝高度)。

1.2.2.2 地上部干物質(zhì)

在現(xiàn)蕾、盛蕾期、盛花期、盛鈴前期、盛鈴后期、吐絮期于各小區(qū)選取具有代表性棉株3株，按莖、葉、蕾花、鈴等器官分開，將葉片平鋪于平臺掃描儀上進行掃描，得到jpg.格式圖片，利用Image J軟件計算葉面積。將分解后的棉株樣在烘箱105℃殺青30 min后，80℃烘至恒重，冷卻后測定其干物質(zhì)重。

1.2.2.3 棉鈴時空分布

在每個小區(qū)選取15株長勢均勻一致的棉花，分別于7月15日調(diào)查伏前桃個數(shù)、8月10日調(diào)查伏桃個數(shù)和9月10日調(diào)查秋桃個數(shù)，計算單株棉鈴總數(shù)及其比例。于收獲期調(diào)查棉株下部鈴(1～3果枝鈴)、中部鈴(4～6果枝鈴)、上部鈴(7及以上果枝鈴)、內(nèi)圍鈴(第1果節(jié)鈴)及外圍鈴(2及以上果節(jié)鈴)個數(shù)。

1.2.2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

于收獲期在每小區(qū)選中間一膜調(diào)查收獲株數(shù)和總成鈴數(shù)，并計算單株成鈴數(shù)。各個小區(qū)選取具有代表性的植株，分別取下、中、上部吐絮鈴各30個，測定單鈴重，實收籽棉產(chǎn)量計產(chǎn)。

1.2.2.5 纖維品質(zhì)

籽棉晾干后軋取皮棉，將棉纖維樣送至農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心進行品質(zhì)檢測。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010處理并繪制圖表，采用SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 株行距配置對棉花農(nóng)藝性狀的影響

研究表明，不同株行距配置對棉花株高變化影響一致，均呈“S”型變化趨勢，盛花期后(7月6日打頂后)基本保持不變。苗期至現(xiàn)蕾期各模式下棉花株高差異不顯著，現(xiàn)蕾期之后一膜三行的株高始終高于其他2種模式，76 cm等行距種植模式下，棉花群體對水肥資源競爭強，個體發(fā)育較好，株高較高。3種模式下的果枝數(shù)和果枝始節(jié)位差異不顯著，但果枝始節(jié)高度以一膜三行處理最高，分別比一膜四行和一膜六行高出8.99%、10.23%，且與其它2個處理存在顯著性差異(P<0.05)，一膜三行等行距模式有利于果枝始節(jié)高度的提升，更符合棉花機采要求。表1，圖1

表1 不同株行距配置下棉花農(nóng)藝性狀變化Table 1 The agronomic characters of cotton under different row spacing

注：同列不同字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)
Note: Value in same column followed by different letters are significant difference at 0.05 level

圖1 不同株行距配置下棉花株高動態(tài)變化
Fig.1 Dynamic changes of cotton plant height under different row spacing

2.2 株行距配置對棉花葉面積指數(shù)的影響

研究表明，棉花生育期內(nèi)葉面積指數(shù)均呈先升后降的變化趨勢，苗期至盛花期各處理間差異不顯著，盛蕾期后葉面積指數(shù)快速上升，至盛鈴期達到峰值，其中一膜三行種植模式的葉面積指數(shù)最高，為5.11，較一膜四行、一膜六行種植模式分別高出11.57%、4.50%。吐絮期各處理葉面積指數(shù)均有不同程度下降，其中一膜六行葉面積指數(shù)下降最明顯，降幅為15.34%，而一膜三行葉面積指數(shù)依然維持在較高水平。說明在等行距種植模式下更有利于棉花生育后期有效光合葉面積的增加，為干物質(zhì)的持續(xù)積累和產(chǎn)量提高打下了基礎；一膜六行由于平均行距小，植株下部環(huán)境條件不如寬行距模式，光照不足造成葉片變黃、脫落現(xiàn)象嚴重。圖2

圖2 不同株行距配置下棉花葉面積指數(shù)動態(tài)變化
Fig.2 Dynamic changes of cotton LAI under different row spacing

2.3 株行距配置對棉花地上部干物質(zhì)積累與分配的影響

研究表明，3種株行距模式下的單株干物質(zhì)變化趨勢基本一致，進入蕾期后開始快速增長，至吐絮期有所下降或基本保持不變。苗期至盛蕾期，各處理單株干物質(zhì)積累總量之間無顯著差異，盛花期至盛鈴后期，一膜三行模式的單株干物質(zhì)積累總量一直處于最高水平，在盛鈴后期達到最高值，為131.33 g，分別比一膜四行、一膜六行的高出18.85%、13.32%，且存在顯著性差異(P<0.05)。各處理干物質(zhì)分配變化可知，棉花盛蕾期前，以營養(yǎng)生長為主，各處理營養(yǎng)器官和生殖器官的干物質(zhì)分配差異不顯著；盛蕾期之后，蕾花鈴的干物質(zhì)積累量和分配比例逐漸增大，盛花期，一膜三行和一膜六行的莖葉干物質(zhì)量較高，且與一膜四行存在顯著差異，盛鈴前期至盛鈴后期，一膜三行處理下蕾花鈴干物質(zhì)分配量一直保持最高水平，且與一膜四行、一膜六行存在顯著差異。吐絮期，各處理生殖器官干物質(zhì)分配量均達到65%以上，其中一膜三行的生殖器官比例最高，占總干物質(zhì)量的67.07%，分別比一膜四行和一膜六行高出0.32和1.68個百分點。表2

表2 不同株行距配置下棉花干物質(zhì)分配變化Table 2 The dry matter accumulation and distribution of cotton under different row spacing

注：同列不同字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)
Note:Value in same column followed by different letters are significant difference at 0.05 level

2.4 株行距配置對棉鈴時空分布的影響

2.4.1 棉鈴時間分布

研究表明，各模式下的“三桃”以伏前桃和伏桃為主，秋桃占比最小。伏前桃以一膜六行模式下的比例最大，為49.03%，伏前桃隨著平均行距的縮小而增大；伏桃以一膜三行模式下最高，為54.40%，分別比一膜四行和一膜六行高出3.73%、8.39%，伏桃隨著平均行距的縮小而縮小；一膜六行下的秋桃比例較大，為4.96%。一膜三行模式下的棉鈴時間分配較合理。圖3

圖3 不同株行距配置棉花“三桃”比例
Fig.3 The boll ratio of cotton under different row spacing (pre mid-summer bolls, mid-summer bolls, autumn bolls)

2.4.2 棉鈴空間分布

研究表明，在縱向分布上，3種模式棉鈴以中、下部為主，上部鈴比例最小，其中下部鈴以一膜三行最多，為42.06%，比一膜四行、一膜六行分別高出12.39、10.55百分點，且與其他2種模式存在顯著性差異(P<0.05)；中部鈴比例表現(xiàn)為一膜六行>一膜四行>一膜三行，中部鈴比例隨著平均行距的縮小而增大；株行距配置對上部鈴的影響不顯著。在橫向分布上，各模式棉鈴以內(nèi)圍鈴居多，占總鈴數(shù)的73.95%～77.38%，其中一膜三行和一膜六行的內(nèi)圍鈴較多，但不同株行距配置對內(nèi)圍鈴和外圍鈴影響不顯著。表3

表3 不同株行距配置棉鈴空間分布Table 3 The spatial distribution of cotton bolls under different row spacing

注：同列不同字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)
Note: Value in same column followed by different letters are significant difference at 0.05 level

2.5 株行距配置對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

研究表明，不同株行距配置下的單株成鈴數(shù)以一膜三行最多，為6.08個/株，分別比一膜四行、一膜六行高出6.48%和4.29%，且與一膜四行和一膜六行存在顯著性差異；單鈴重以一膜三行模式的最大，但各處理間差異不顯著；籽棉產(chǎn)量以一膜三行最高，為6 269.46 kg/hm2，較一膜四行、一膜六行分別高出4.06%、4.85%，并且差異顯著。表4

表4 不同株行距配置下棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 4 The yield and yield components of cotton under different row spacing

注：同列不同字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)

Note: Value in same column followed by different letters are significant difference at 0.05 level

2.6 株行距配置對棉花纖維品質(zhì)的影響

研究表明，一膜三行模式下的上半部平均長度為29.4 mm，比一膜四行高出6.9%，且與一膜六行之間無顯著差異。整齊度指數(shù)以一膜六行模式最高，為83.6%，斷裂比強度以一膜三行模式下的最大，為28.0 cN/tex，馬克隆值以一膜六行模式最高為5.1。株行距配置對棉花纖維品質(zhì)影響較小，除各處理的棉纖維上半部平均長度有顯著差異外，其余各項品質(zhì)指標在處理間均無顯著差異。說明在同一密度條件下，株行距配置對棉花品質(zhì)基本無影響。表5

表5 不同株行距配置下棉花纖維品質(zhì)變化Table 5 The changes of fiber quality of cotton under different row spacing

注：同列不同字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)
Note: Value in same column followed by different letters are significant difference at 0.05 level

3 討 論

3.1 株行距配置對棉花農(nóng)藝性狀及葉面積指數(shù)的影響

種植模式對棉花的形態(tài)特征指標影響顯著，增加植株高度可以提高果枝始節(jié)高度使其更符合機采棉的要求[13]。周永萍等[14]研究認為，在同一密度下，不同行距處理對棉花株高影響不大，而對果枝臺數(shù)、結(jié)鈴性等影響顯著。楊培等[15]研究認為在等密度下，隨著行距的增加，株高和果枝始節(jié)高度增加，這與研究結(jié)果類似。研究認為在同一密度下，果枝臺數(shù)與果枝始節(jié)位受種植模式影響較小，可能受密度和遺傳特性影響較大。葉面積的大小對植物光合效率及物質(zhì)生產(chǎn)有很大影響，群體密度的過高或過低都不利于最大葉面積指數(shù)的出現(xiàn)[1]。隨著行距的縮小，葉面積指數(shù)上升速度減慢，生育后期，行距越小，LAI下降越明顯[16]。研究中，一膜三行模式下棉花生育后期LAI高于其他處理，一膜六行LAI降幅大，可能是由于一膜六行模式行距小，葉片相互重疊，棉花冠層郁閉嚴重，不利于棉株通風透光，造成下部葉片脫落。

3.2 株行距配置對棉鈴時空分布的影響

棉花單位面積產(chǎn)量受結(jié)鈴時間和棉鈴空間部位的顯著影響。伏桃是棉株中部的棉桃，處于棉花最佳結(jié)鈴期，鈴多而大、纖維品質(zhì)好，是棉花早熟高產(chǎn)的主體桃，對于新疆棉區(qū)，應在優(yōu)質(zhì)鈴開花期內(nèi)集中多結(jié)伏前桃和伏桃[17]。試驗結(jié)果顯示，一膜三行模式下的結(jié)鈴時間分配較合理，其伏前桃、伏桃比例分別為43.09%、54.40%，對產(chǎn)量貢獻較大。棉花內(nèi)圍鈴和中下部結(jié)鈴是產(chǎn)量形成的主體[18]。研究認為，等行距模式的下部果枝成鈴數(shù)較高，可能是由于寬行距能提供較好的光熱資源，促進棉株早發(fā)，加之伏前桃的棉鈴生長期短，為后期伏桃的生長發(fā)育提供了有利條件[19]。

3.3 株行距配置對棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

光合物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的基礎，景巖斌等[20]通過比較棉花單、雙行種植方式下的產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，76 cm等行距單行種植模式較雙行種植模式具有明顯的增產(chǎn)效果。魏鑫[21]和張昊[22]通過比較不同的株行距配置發(fā)現(xiàn)，一膜三行等行距模式有利于光合物質(zhì)積累，易獲得較高產(chǎn)量，這與研究結(jié)果相似。棉花產(chǎn)量受單位面積株數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴重的影響[23]，Anjum等[24]設置了60、75和90 cm的行距試驗，結(jié)果顯示，單株結(jié)鈴數(shù)隨著行距的擴大而增大。試驗結(jié)果表明，相較于一膜四行和一膜六行模式，一膜三行模式更有利于增加單株鈴數(shù)提高單鈴重，這與楊培等[15]結(jié)果相似。棉花纖維品質(zhì)受品種、氣候環(huán)境及栽培措施等因素的影響[25]。崔岳寧等[26]研究認為，在斷裂比強度、長度、顏色級、反射率、黃色深度方面，等行距種植模式要優(yōu)于寬窄行種植模式，而長度整齊度、馬克隆值分檔等指標方面，寬窄行種植模式要優(yōu)于等行距種植模式。試驗結(jié)果表明，在同一密度不同株行距配置下，棉纖維品質(zhì)各項指標無明顯差異，這與李健偉等[27]研究結(jié)果基本相似。

4 結(jié) 論

在同一密度下，種植模式對棉花株高、果枝始節(jié)高度、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累、棉鈴時空分布、單株鈴數(shù)、產(chǎn)量均有影響，對果枝數(shù)、果枝始節(jié)高度、單鈴重影響不大，纖維品質(zhì)方面，除上半部平均長度外，對其余纖維品質(zhì)指標無顯著影響。與一膜四行、一膜六行模式相比，一膜三行76 cm等行距模式下棉花個體長勢良好，具有較高的株高和果枝始節(jié)高度，利于機械采收。盛鈴期以前各模式的葉面積指數(shù)差異不明顯，盛鈴期以后，一膜三行模式依然保持較高的葉面積指數(shù)，有利于生育后期干物質(zhì)向生殖器官轉(zhuǎn)移，干物質(zhì)分配合理；且結(jié)鈴時間合適，伏桃比例較大，秋桃比例較小，既保證了產(chǎn)量又降低了采收前秋桃不能正常吐絮的風險，單株成鈴數(shù)較高，增產(chǎn)顯著。一膜三行為較合適的機采棉種植模式。