新疆南疆機(jī)采棉品種株型結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性

鄭巨云，王俊鐸，張澤坤，梁亞軍，龔照龍，艾先濤，郭江平，莫 明，李雪源

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花在全世界都有廣泛地種植。如今，棉花在我國主要種植在新疆、河南等地，而新疆又以其獨(dú)特的地質(zhì)、氣溫、光照、濕度等地理因素，成為了目前我國最主要的棉花種植地區(qū)，2018年棉花種植面積為264.4×104hm2，占全國66.7%；總產(chǎn)為522×104t，占全國83.8%左右[1]。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)水平的提高，社會(huì)生產(chǎn)環(huán)境的變化以及新疆棉花種植面積增大，便于規(guī)模化種植統(tǒng)一管理的獨(dú)特優(yōu)勢，使用機(jī)械采收棉花已經(jīng)成為普遍趨勢，但機(jī)采棉快速發(fā)展過程中也涌現(xiàn)出栽培模式欠合理、種植密度過大造成脫葉催熟效果差、采收品質(zhì)降低及采凈率低等問題[2-4]，培育出適應(yīng)機(jī)采的高產(chǎn)棉花品種已成為適應(yīng)目前情況的急切需求。近些年來，不少研究集中于探究不同的機(jī)采種植模式和管理措施對光能利用率、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及機(jī)采性狀的影響，研究發(fā)現(xiàn)一膜四行較一膜六行機(jī)采棉種植模式棉花生育進(jìn)程提前,霜前花率提高,單株結(jié)鈴多；72+4(cm)模式較66+10(cm)模式現(xiàn)蕾早,但開花和吐絮晚,生育期延長，凈光合速率降低，產(chǎn)量降低，行距配置對上、下部棉纖維各指標(biāo)影響顯著,中部影響不顯著；等行距低密度下雜交棉產(chǎn)量最高，生育前期葉面積指數(shù)及光吸收率增長迅速,干物質(zhì)積累較快;生育后期葉面積指數(shù)及光吸收率下降緩慢,能維持較高水平,光合生產(chǎn)能力較高,干物質(zhì)積累量最大；增加植株高度可使植株形態(tài)更符合機(jī)采要求,增加莖粗可使單株結(jié)鈴數(shù)增加并且可減少倒伏,降低機(jī)采損失[4-8]。而從品種結(jié)構(gòu)本身改良入手的研究則相對較少[9-12]，想必這與棉花冠層結(jié)構(gòu)受著多種棉花株型性狀及環(huán)境的共同影響和支配而導(dǎo)致較難分析有關(guān)。【本研究切入點(diǎn)】試驗(yàn)于2017年收集了10個(gè)品種的各類株型及產(chǎn)量性狀，又于2018年從中挑選出6個(gè)具有代表性的品種(17N5、17N6、17N7、17N10、17N11、17N13)，額外收集了葉片大小、果枝角度等數(shù)據(jù)。【擬解決的關(guān)鍵問題】旨在闡明一些高產(chǎn)品種所具有的株型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為株型結(jié)構(gòu)育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

于2017～2018年連續(xù)2年在阿拉爾第一師16團(tuán)開展，供試的6個(gè)品種均由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供。采取隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，機(jī)采棉模式種植，一膜六行(66+10)cm，行長8 m，行距1 m，株距10 cm。常規(guī)大田管理。

于2017收集了10個(gè)品種的各類株型及產(chǎn)量性狀，又于2018年從中挑選出6個(gè)具有代表性的品種(17N5、17N6、17N7、17N10、17N11、17N13)，額外收集了葉片大小、果枝角度等數(shù)據(jù)。

1.2 方 法

采集株型性狀數(shù)據(jù)時(shí)在每個(gè)重復(fù)中選取連續(xù)5株長勢均衡的棉花進(jìn)行測量，最終以3重復(fù)的平均值作為該性狀的表型值進(jìn)行計(jì)算分析。

株高(Plant height,PH)：于7月20日，用卷尺測量(始節(jié)高、果枝節(jié)間距亦用此法)，棉花根頸部到頂部(打頂后)之間的距離。

主莖節(jié)間距(Internode length,IL)：于7月20日測量主莖上兩相鄰果枝之間的距離

果枝數(shù)(Fruit branch,FB)：于打頂后，清算1株棉花上所有的果枝數(shù)目

果枝夾角(The Angle between the fruit Branches and stem,ABS)：于8月15日，用量角器分別測取上部、中部、下部果枝與主莖間的夾角。

主莖葉片面積(Leaf area, LA)：于8月15日，用直尺分別測取上部、中部、下部葉片的長和寬，用長×寬×0.76公式計(jì)算[10-11](活體)。

主莖葉片脫落率(Shedding rates of leaves of stem,SR )：于8月15日調(diào)查上、中、下部主莖葉缺失的情況，并用“脫落的主莖葉數(shù)/主莖葉總數(shù)”公式計(jì)算。

角度指數(shù)[10-11]( Angle Coefficient)：

其中，β1、β2、β3、分別表示上部、中部、下部果枝的夾角度數(shù)。

產(chǎn)量(Cotton yield,CY)：棉花收獲后稱量每個(gè)小區(qū)(18.4 m2)的籽棉產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2010進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和匯總，使用Spass17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 株型性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性

研究表明，籽棉產(chǎn)量與株高、主莖節(jié)間長、果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)存在正相關(guān)但不顯著，與果枝始節(jié)高度呈負(fù)相關(guān)；株高與果枝始節(jié)高存在顯著正相關(guān)(R值為0.665)，與主莖節(jié)間長度呈極顯著相關(guān)(R值為0.877)，與果節(jié)數(shù)呈不顯著的正相關(guān)，與果枝數(shù)呈負(fù)相關(guān)；果枝始節(jié)高度與主莖節(jié)間長度呈正相關(guān)，與果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)均呈負(fù)相關(guān)；主莖節(jié)間長度與果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)均呈負(fù)相關(guān)；果枝數(shù)與果節(jié)數(shù)呈正相關(guān)。表1

2.2 不同品種間產(chǎn)量的比較

研究表明，試驗(yàn)6個(gè)品種中產(chǎn)量最高的為17N11，達(dá)到了9.69 kg/hm2,17N10的產(chǎn)量最小，為7.35 kg/m2。6個(gè)品種的產(chǎn)量排名為17N11>17N6>17N7>17N13>17N5>17N10。表2

2.3 不同品種間果枝數(shù)的比較

6個(gè)品種果枝數(shù)平均值為6.3臺，高于平均值的品種有2個(gè)(17N11、17N5)，低于平均值的品種有3個(gè)(17N6、17N7、17N13)，17N10果枝與平均值相等；不同品種間存在顯著差異，17N11的果枝最多，為7.2臺,它與17N6、17N7、17N13之間具有顯著差異，與17N5、17N10之間則差異不大;17N13果枝數(shù)最少，為5.7臺。表3

表1 2017年株型性狀與籽棉產(chǎn)量相關(guān)性Table 1 Correlation Analysis of Plant Type Traits and Seed Cotton Yield in 2017

注：*. 在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān);**. 在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)
Note：*and**showed the significant level at 5% and l% respectively. Relative germination potential，Cotton yield(CP), Plant height(PH), The height of the first node of fruit branch(HFNFB), Internode length (IL), Fruit branch(FB), Fruit node(FN)

表2 不同品種間產(chǎn)量比較Table 2 Comparison of yields among different varieties

注：表中數(shù)字后的小寫英文字母表示5%顯著水平,下同
Note：The different lowercase letters mean significant differences at 5%，the some as belon

表3 2018年不同品種果枝數(shù)比較Table 3 Comparison of Number of Fruit Branches of Different Varieties in 2018

2.4 不同品種間棉花果枝夾角的比較

研究表明，17N11的上部果枝夾角最小，且與17N13、17N5、17N10、之間具有顯著差異，與17N6、17N7之間差異較小。17N11、17N6、17N7的中部果枝夾角與17N5、17N10之間呈現(xiàn)顯著差異，而各品種的下部果枝間除17N7號與17N13號間有顯著差異外，其他品種間均沒有顯著差異。17N11的角度系數(shù)與17N6差異不明顯，與17N6、17N7、17N13之間均具有顯著差異。棉花果枝角度由上至下呈增大趨勢，而變異能力則呈現(xiàn)與之相反的趨勢(上部>中部>下部)。表4，表5

表4 2018年不同品種上、中、下部果枝夾角及角度系數(shù)比較 Table 4 Comparisons of Angle Coefficient and Angle Coefficient between Upper, Middle and Lower Fruit Branches of Different Varieties in 2018

表5 2018年果枝角度變異Table 5 Variation analysis of leaf area in 2018

2.5 不同品種間株高的比較

研究表明，17N11最高，且與17N13、17N10、17N6、17N7之間均具有顯著差異， 17N6最矮小。株高的總體排名為17N11>17N13>17N5>17N10>17N6>17N7。 表6

表6 2018年不同品種的株高比較Table 6 Comparison of plant height of different Varieties in 2018

注：表中數(shù)字后的小寫英文字母表示5%顯著水平
Note：The different lowercase letters mean significant differences at 5%

2.6 不同品種間主莖葉之間的比較

研究表明，棉花上、中、下部葉片的大小間均有顯著性差異，且為上部>中部>下部。各品種間上部葉片的變異系數(shù)最小為0.04、其次為中部0.21、下部的變異系數(shù)最大為0.34。17N11、17N13具有較大的葉面積大小，分別為372和380 cm2。17N5號的下部葉片脫落率最小,其次為17N11、17N6、17N7、17N13、17N10。表7～9

表7 2018年棉花各部葉片大小的LSD檢驗(yàn) Table 7 LSD Test of Leaf Size of Cotton Varieties in 2018

注:*. 在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)
Note：*and**showed the significant level at 5%

表8 2018年葉片大小的變異分析Table 8 Variation analysis of leaf area in 2018

表9 2018年不同品種的葉片大小及下部葉片脫落率的比較Table 9 Comparisons of leaf size and lower leaf abscission rates of different Varieties in 2018

注：因各品種的上部及中部的葉片脫落率均接近0故不列出
Note: And because abscission rates of upper and middle leaf would be almost zero，is was not listed

3 討 論

冠層結(jié)構(gòu)是由多種株型性狀共同影響的，因?yàn)樽兞侩y以控制，故難以用單獨(dú)某一種株型性狀去評價(jià)它對產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)[12-14]，但高產(chǎn)品種確實(shí)普遍具有更多的有助于高產(chǎn)的性狀條件，而低產(chǎn)量的品種則往往受到了其他劣勢性狀因素的影響，從而在整體上無法形成具有高效光能利用率的冠層結(jié)構(gòu)。

3.1 果枝數(shù)對棉花產(chǎn)量的影響

試驗(yàn)中2017年株型性狀與產(chǎn)量的相關(guān)分析，得出了棉花產(chǎn)量與調(diào)查的所有株型性狀均沒有顯著相關(guān)的結(jié)論。2018年中產(chǎn)量較低的3個(gè)品種的果枝數(shù)與17N11沒有顯著差異，這可能與棉花產(chǎn)量不僅與果枝數(shù)有關(guān)，且與果節(jié)數(shù)、鈴數(shù)、鈴重等性狀也有關(guān)系。經(jīng)程備久等[15]的研究，過多的果枝會(huì)導(dǎo)致棉花營養(yǎng)分配分散，第3果節(jié)乃至第2果節(jié)上的蕾鈴可能會(huì)因?yàn)橥L(fēng)透光性差而脫落，從而降低經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

3.2 果枝夾角對棉花產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量最高的品種17N11具有最強(qiáng)的塔型結(jié)構(gòu)。這種塔型結(jié)構(gòu)的構(gòu)造又與它有著由上部至下部，果枝角度依次遞增的趨勢有關(guān)。若中部或上部果枝角度過大，會(huì)減少下部受光組織的受光量。反之，若上部果枝夾角<中部果枝夾角<下部果枝夾角，則果枝角度偏小的上部冠層可使上部棉花受光部分收束，使光到達(dá)棉花冠層的中下部從而增加光能利用率。

3.3 株高對棉花產(chǎn)量的影響

研究表明，株高與產(chǎn)量之間均沒有顯著性相關(guān)。這與前人的一些研究不同，付遠(yuǎn)志，馬小梅等[17-19]的研究顯示株高、果枝節(jié)間距與棉花產(chǎn)量間具有極顯著相關(guān)。而根據(jù)裴炎等[11]的一些研究，主莖節(jié)間距與產(chǎn)量間具有顯著性相關(guān)。

試驗(yàn)中，17N11具有最高的株高，適當(dāng)?shù)脑黾又髑o節(jié)間距(尤其是上部)有助于消光系數(shù)的減少，增加葉層間隙，株高的增加雖然對棉花產(chǎn)量沒有直接貢獻(xiàn)，但可能起到間接貢獻(xiàn)的作用。機(jī)采環(huán)境下，擁有較高的始節(jié)高(大于20 cm)可以提高棉花機(jī)采質(zhì)量[3，13]。根據(jù)楊萬玉等[20]的研究，果枝節(jié)間距與產(chǎn)量之間呈現(xiàn)為開口向下的拋物線關(guān)系。過大的株高會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)的無謂浪費(fèi)無益于增產(chǎn)，而株高太小又可能使節(jié)間距過于緊湊降低了冠層結(jié)構(gòu)的通風(fēng)透光性同樣無益于高產(chǎn)。

3.4 主莖葉對棉花產(chǎn)量的影響

品種的上部主莖葉大小差異較小，越靠近下部，各品種間主莖葉大小差異越大。同時(shí)主莖葉大小具有從上至下越來越小的趨勢。

邱曉等[21]的研究表明，棉花主莖葉中光合強(qiáng)度最高的是上部葉片，中部及下部主莖葉的光合強(qiáng)度分別為上部主莖葉的74.3%和45.7%，因此，上部葉片較大的棉花光和呼吸更加有效。在上部葉片的變異率不大的前提下，具有較大的中部和下部葉片有益于增加棉花的光能利用率。而下部葉片保存是否完好(上部、中部的主莖葉片幾乎均沒有缺失)對棉花的光能利用率也有影響，若下部葉片脫落率過高，必然導(dǎo)致棉花群體光能利用率降低。

4 結(jié) 論

17N11具有較大的葉片，這使得它具良好的截光能力，并且較小的下部葉片脫落率能夠?yàn)橄虏库徧峁└嗟纳锪糠e累，具有良好的塔型結(jié)構(gòu)，即便擁有較大的葉片也能保持良好的通風(fēng)透光性，不會(huì)因此而導(dǎo)致幽閉環(huán)境的產(chǎn)生。

17N11號具有最多的果枝數(shù)，以及較大的葉片，和良好的塔型結(jié)構(gòu)，使得它具有優(yōu)秀的通風(fēng)透光性，具備高產(chǎn)株型基礎(chǔ)特征。同時(shí)因?yàn)榫哂凶罡叩闹旮撸顾舆m宜機(jī)采。上部果枝夾角和下部主莖葉的變異系數(shù)較高，具有較大的改良空間。