新疆南疆不同棉花品種的生長特征及其品質分析

辛明華，李小飛，韓迎春，王占彪，馮 璐，王國平，雷亞平，楊北方，邢芳芳，熊世武，辛明宇，李亞兵

(中國農業科學院棉花研究所/棉花生物學國家重點實驗室, 河南安陽 455002;2. 新疆大學軟件學院，烏魯木齊 830046)

0 引 言

【研究意義】棉花(G.hirsutumL.)是我國重要的經濟作物，也是植株結構較為復雜的作物之一[1]。新疆棉花種植面積為228.11×104hm2，約占全國棉花種植面積的70%[2]。阿拉爾作為南疆棉花主產區之一，其氣候干燥，溫差大，非常利于高品質棉花的生產[3]。該棉區種植的棉花品種多而雜，鑒于品種特性的不同，其對當地氣候的適應性也不同。研究新疆南疆不同棉花品種的生長特征及其纖維品質，對篩選出適合該地區種植的優良品種及機采棉優質栽培有實際意義?！厩叭搜芯窟M展】研究表明，不同棉花品種的株高株型差異較多，影響群體冠層結構分布，進而導致對光能的利用不同，最終影響棉花植株干物質生產、皮棉產量及其品質[4-6]。【本研究切入點】不同區域的棉花種植，應因地制宜，因氣候制宜，篩選適合當地的優良品種，配套優化的管理技術，實現棉花的高產與高品質生產。研究新疆南疆不同棉花品種的生長特征及其纖維品質等，分析其特征差異?！緮M解決的關鍵問題】選用6個當地大面積種植的棉花品種，設置品種對比試驗，測定不同棉花品種生理指標，分析其生長特征及品質差異，篩選出適合當地種植的高潛力機采棉棉花品種，為南疆優質棉花的生產提供理論依據與技術指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016～2018年在新疆阿拉爾10團中國農業科學院棉花研究所試驗站(40°51'N，81°30'E)進行。該試驗點屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，3年平均氣溫10.43℃，≥10℃累計日照時數達1 755.00 h，常年平均降雨量47.63 mm，無霜期208.67 d，試驗田土壤pH為7.23，0～20 cm土層有機質含量為12.32 g/kg、全氮含量1.36 g/kg、有效磷28.83 mg/kg、速效鉀147.61 mg/kg。表1

選用新疆南部地區生產上幾種主栽品種和近年來新疆引進內地的棉花品種共計6個，分別為中棉所75號、魯棉研36號、中雜7號、中棉所57號、中棉所88號和中棉所60號，播期為4月10 ～ 17日，播種密度為15.25×104株/hm2。采用機采棉種植模式，1膜6行，每區5膜，9 m長，行距配置為(66+10) cm，小區面積102.6 m2。采用隨機區組設計，3次重復。其他田間管理同一般高產棉田。

表1 新疆南疆阿拉爾地區氣候特征Table 1 Climate characteristics of Alaer Region in Southern Xinjiang

1.2 方 法

1.2.1 地上部植株干物質量及葉面積指數

記錄棉花生育期；棉花分別于苗期、蕾期、開花期、盛蕾期、吐絮期進行取樣，每小區選擇有代表性的2株棉花，將子葉節以上部分按莖、葉和蕾(鈴)分解植株后得到葉面積：用掃描儀(Phan-tom 9800xl，MICROTEK，上海，中國)掃描后，用Image-Pro Plus(Media Cybernetics，Inc.)計算得葉面積，最后得到葉面積指數(Leaf area index)。將分解后的鮮樣105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重并測定干物質質量。

1.2.2 冠層光截獲

用Lincoln (LI-191SA, LI-COR, Lincoln, NE, USA)和數據記錄器(LI-1400, LI-COR, Lincoln, NE, USA)于每小區長勢均一的2行棉花中間[7,8]，縱向和橫向每隔20 cm 測定，直到高于棉花冠層，參考支曉宇等[9,10]的測定方法。PAR截獲率(In)計算公式如下：

In=(PARI- PARt- PARr) / PARI.

PARI為冠層頂部入射PAR(μmol / (m2·s))，PARt和PARr分別為冠層底部入射PAR和冠層頂部反射PAR。

1.2.3 產量指標及品質

利用雷亞平[11]的株式圖統計方法于9月15～20日對所定點的10株棉花分別數計不同果枝、果節上的成鈴數。收獲期各小區實收測產，均勻選取100鈴測鈴重，用皮輥扎花機(SY-20)軋出皮棉，棉花纖維品質由農業部棉花品質監督檢驗測試中心檢測。

1.3 數據處理

采用Excel 2016進行數據分析和圖表繪制，用SPSS 23.0統計軟件進行方差分析和差異顯著檢驗(Duncan法)。

2 結果與分析

2.1 參試的不同棉花品種生育期差異

研究表明，棉花生長季內不同年份與品種處理條件下，同一年度不同品種之間出苗時間一致；生育時間變化表明，魯棉研36號和中棉所57號2品種生育期要晚于其他品種1～5 d；6品種全生育期天數相比，魯棉研36號和中棉所57號2品種均低于其他品種，幅度分別達到10～14 d和10～15 d，其中中棉所60號生育期最長，達到136～141 d，其它品種生育期范圍為133～137 d。魯棉研36號和中棉所57號為早熟品種，中棉所75號、中棉所88號和中雜7號生育期相對適中，而中棉所60號則相對于其他品種熟性較晚。表2

表2 參試的不同棉花品種生育期的差異Table 2 The differences of growth stages between different cotton varieties

2.2 參試的不同棉花品種冠層結構差異

2.2.1 參試的不同棉花品種葉面積指數隨生育期的變化

研究表明，6個品種各年度葉面積指數的動態變化規律基本一致，均隨生育時期的推進呈現先增加達到峰值再降低的變化趨勢，并于盛鈴期達到最大值。不同棉花品種葉面積指數在年際間表現出差異，均是2016年度高于2018和2017年度。同年度下，蕾期至吐絲期，各品種的葉面積指數表現為中棉所88號>中雜7號>中棉所75號>中棉所57號>中棉所60號>魯棉研36號，相比于中雜7號、中棉所75號、中棉所57號、中棉所60號、魯棉研36號，中棉所88號平均增幅分別達8.94%～14.07%、18.08%～20.59%、21.10%～24.92%、23.37%～30.81%、31.48%～36.59%。相比于其它品種，中棉所88號品種在整個生育期內葉面積指數均處于較高的水平，前期有利光合作用，后期有利于減緩棉花衰老進程，利于維持較長期的光合作用，從而促進地上部干物質的積累。圖1

2.2.2 參試的不同棉花品種冠層光截獲率隨生育期的變化

研究表明，參試的不同棉花品種冠層光截獲率在年際間表現出差異，2016和2018年度相對較高，2017年度相對較低。整體來看，6個棉花品種的光截獲率隨生育期呈單凸曲線變化，先遞增后下降，于盛鈴期達到峰值，然后快速降低。同一年度內，不同棉花品種的冠層光截獲率基本呈現為中棉所88號>中雜7號>中棉所75號>中棉所57號>中棉所60號>魯棉研36號，其中，中棉所88號的光截獲率較中雜7號、中棉所75號、中棉所57號、中棉所60號、魯棉研36號的增幅分別為4.08%～5.06%、7.27%～8.23%、11.93%～13.21%、16.88%-25.11%、25.52%～28.02%。綜上，相對于其他品種，中棉所88號品種在不同生育期能截獲較多的光輻射，從而利于光合作用增強和干物質生產增加。圖2

圖1 參試的不同棉花品種葉面積指數在各生育期的變化
Fig. 1 Changes of leaf area index of different cotton varieties in different growth stage

圖2 參試的不同棉花品種冠層光截獲率在不同生育時期的變化
Fig. 2 Changes of light interception rate of different cotton varieties in different growth stage

2.3 參試的不同棉花品種地上部干物質積累量差異

研究表明，參試的不同品種棉花地上部干物質積累量在年際間發生變化，基本呈現出2016 > 2018 > 2017的趨勢；隨生育進程的推進，不同品種干物質積累量表現趨勢一致，呈現逐漸上升的趨勢，在成熟期達到最大值，其中中棉所88號最高，魯棉研36號最低；具體而言，在盛鈴期以前，植株各器官發育緩慢，干物質上升較為平緩，多集中于171.46～4 728.75 kg/hm2，具體表現為中棉所88號>中雜7號>中棉所75號>中棉所57號>中棉所60號>魯棉研36號；盛鈴及以后干物質積累上升較快，具體表現為：中棉所88號>中雜7號>中棉所75號>中棉所60號>中棉所57號>魯棉研36號。同一年際間，中棉所88號較中雜7號、中棉所75號，中棉所57號，中棉所60號、魯棉研36號的地上部干物質重的平均增幅為1.245%～3.08%、8.06%～10.17%、13.18%～19.39%、20.27%～28.72%、22.85%～29.97%。相比其他品種，中棉所88號無論是在盛鈴前還是盛鈴后，干物質積累量均較快，有利于在試驗區的種植。圖3

注：A：苗期；B：蕾期;C:開花期；D：盛鈴期；E：吐絮期；下同
Note:A：Seeding stage；B：Budding stage；C：Flowering stage；D：Bolling stage；E：Boll opening stage，the same as below
圖3 參試的不同棉花品種干物質積累量隨生育時期的變化
Fig. 3 Changes of dry matter accumulation of different cotton varieties in different growth stage.

2.4 參試的不同棉花品種間產量性狀

2.4.1 參試的不同棉花品種棉鈴空間分布差異

研究表明，單株棉鈴數在年際間表現出差異，2016年低于2017和2018年，但就參試的不同品種而言，3個年度均是中棉所88號最高(10.5～11.6)，中雜7號次之(9～10.2)，魯棉研36號最低(6～7.8)。棉鈴的水平和垂直分布在年際間變化較小，趨勢基本一致，各品種棉株均表現為內圍鈴>外圍鈴，下層>中層>上層；就不同品種而言，棉鈴水平分布表現出差異性，3個年度內，中棉所88號的外圍結鈴數顯著高于其他品種，其次為中雜7號品種外圍結鈴數較高；就垂直分布而言，各品種中下層結鈴數無顯著性差異，但上層分布以中棉所88號最高，且達顯著水平，其次為中雜7號處于較高水平。 表3

表3 參試的不同棉花品種棉鈴空間分布Table 3 Spatial distribution of different cotton bolls

注：內圍鈴(1～3果節)，外圍鈴(≥4果節)；上層(1～3果枝)，中層(4～6果枝)，下層(≥7果枝)
Note: Peripheral bolls (1-3 fruiting nodes), Peripheral bolls (≥ 4 fruiting nodes), Upper layer (1-3 fruiting branches), centre layer (4-6 fruiting branches), and Lower layer (≥ 7 fruiting branches)

2.4.2 參試的不同棉花品種產量構成因素的差異

研究表明，參試的不同棉花品種的籽棉、皮棉產量雖然表現出年際間和品種間的變化，但總體來看，3個年度下均以中棉所88號的產量最高; 相同年度內，籽棉產量以中棉所88號、中雜7號和中棉所75號顯著高于中棉所57號、中棉所60號和魯棉研36號，中棉所88號相比其它品種產量增幅范圍為1.88%～25.35%；相同年度內，各品種皮棉產量表現趨勢與籽棉產量相似，也是中棉所88號、中雜7號和中棉所75號產量相對較高，中棉所88號相比其它品種產量增幅范圍為1.74%～32.76%。不同品種霜前花率、衣分和單鈴重指標隨年份變化不大，同一年度內各品種相比較而言，中棉所88號綜合表現最好，能顯著提高衣分和單鈴重。表4

2.5 參試的不同棉花品種纖維品質性狀分析

研究表明，6個棉花品種各品質指標在3個年度內表現出差異，但不同品種受影響不同。上半部平均度和整齊度數均以中棉所88號和中雜7號顯著高于其他品種，其中中棉所88號最高；斷裂比強度以中棉所88號、中棉所75號和中雜7號品種顯著高于其他品種，其中棉所88號最高，中棉所75號次之；馬克隆值以中棉所57號、魯棉研36號和中棉所60號顯著高于中棉所75號、中雜7號和中棉所88號，其中中棉所88號最低；斷裂伸長率以中棉所57號顯著高于其它品種，其中以中棉所88號最低。，就3個年度間各品種比較而言，中棉所88號的纖維品質綜合性狀最好，中雜7號次之。表5

表4 參試的不同棉花品種產量指標的差異表4 The differences of yield indicators between different cotton varieties

注：*表示差異達到0.05顯著水平，**表示差異達到0.01顯著水平，***表示差異達到0.001顯著水平
Note：*means difference significant at 0.05 level，**means difference significant at 0.01 level，***means difference significant at 0.001 level

表5 參試的不同品種纖維品質Table 5 Fiber quality of different varieties

注：*表示差異達到0.05顯著水平，**表示差異達到0.01顯著水平，***表示差異達到0.001顯著水平
Note：*means difference significant at 0.05 level，**means difference significant at 0.01 level，***means difference significant at 0.001 level

3 討 論

3.1 參試的不同棉花品種干物質積累與冠層特征

棉花具有無限生長習性，因品種特性不同，現蕾到吐絮時間跨度有所差異，在不同生態區具體表現也不相同[12-14]。試驗區內，魯棉研36號和中棉所57號通常早熟，中棉所75號、中棉所88號和中雜7號中熟，中棉所60號則晚熟。生育期不同會影響棉花植株冠層的形成和地上部干物質的積累[15-18]。研究表明，作物冠層特性受品種類型影響，高潛力品種具有優良株型，可形成合理冠層結構，葉片分布更合理，既能創造合理的群體氣候環境，又能有效提高光輻射截獲，從而利于增強光合作用，促進地上部干物質生產[19-21]。試驗中，6個品種葉面積指數和光截獲率均是在盛鈴期達到峰值，然后迅速降低，這與前人研究是一致的[14]，但各時期葉面積指數和光截獲率均因品種不同而表現出差異，尤其是中棉所88號品種，在整個生育期內葉面積指數和光截獲率均處于較高的水平，前期較高葉面積和較多光截獲有利于光合生產和形態建成，后期則有利于維持較長期的光合作用，從而減緩棉花衰老進程。有研究表明，高光截獲和高光效品種能有效促進光能轉化和光合產物的形成，促進地上部干物質多積累[22]。研究中，中棉所88號品種冠層結構合理，光截獲率較高，相比于其他品種，無論是在盛鈴前還是盛鈴后，光合產物均較快積累，利于在試驗區獲得較高干物質積累量，進而為高產提供充足的物質基礎。

3.2 參試的不同棉花品種產量構成與品質特性

棉花產量是由多因素控制的復雜數量性狀，其中起決定作用的是品種自身的遺傳特性，其次為年際、地點、氣候、環境等[23]。試驗結果與前人研究一致，棉花產量雖受年際因素影響，但受品種影響更大，6個棉花品種以中棉所88號的產量最高，相同年度內中棉所88號、中雜7號和中棉所75號的籽棉產量顯著高于中棉所57號、中棉所60號和魯棉研36號。棉花的產量與結鈴數，棉鈴分布、霜前花率、衣分、鈴重等指標相關[24-27, 6]。高產棉田棉鈴空間分布以中、下部內圍鈴為主，以上部鈴和外圍鈴為輔[23, 24]。試驗結果與前人研究一致，6個棉花品種棉鈴分布均表現為內圍鈴>外圍鈴，下層>中層>上層；其中中棉所88號棉鈴數最多，與其他5個品種相比，在保持中下層鈴基礎上，外圍鈴和上層鈴顯著提高，這可能就是中棉所88號總棉鈴數增加的原因。唐燦明等[28]研究表明，皮棉產量的直接構成因素為單位面積鈴數、鈴重和衣分。楊延龍等[29]研究表明，在棉花品種更替和產量提高過程中，衣分對產量的貢獻率增大。試驗中，中棉所88號產量構成因子綜合表現較好，相比于其它5個品種，能顯著提高衣分和單鈴重，最終提高產量。

研究表明，棉花纖維品質主要由遺傳因素決定，同時受外部環境影響[23, 30, 31]。不同品種在不同年際間植株所處的生態條件和生理發育狀況具有差異性，必然會影響棉花纖維品質[32,33]。試驗結果與前人研究一致，不同棉花纖維品質指標表現出年度間的差異，但不同品種受影響不同。楊偉華等[34]研究認為，“十一五”期間我國審定棉花品種的纖維長度以28～30 mm(中絨檔次)為主，長度整齊度指數以83%～85%(較高檔次)為主， 斷裂比強度以26～28 cN/tex(中)和29～31 cN；tex(至強)檔次為主，馬克隆值則以4.3～4.9和 ≥5為主。研究結果中，各項纖維品質指標與楊偉華結果一致，就3個年度間各品種比較而言，中棉所88號的纖維品質綜合性狀最好，中雜7號次之。在新疆南疆地區棉花種植中，中棉所88號有利于實現高纖維品質棉花生產的目標。

4 結 論

試驗中6個棉花品種表現出3種熟性，魯棉研36號和中棉所57號早熟，中棉所75號、中棉所88號和中雜7號中熟，中棉所60號晚熟。6品種比較發現，中棉所88號品種冠層結構合理，葉面積指數和光截獲率均較高，地上部干物質積累量大，棉鈴數高且空間分布更合理，籽棉和皮棉產量均最高，分別達到6 470.87、2 612.65 kg/hm2；中棉所88號纖維品質指標中，中上半部平均度、整齊度數和斷裂比強度均最高,3年中均值分別達到30.21 mm、85.12%、30.48 cN/tex，馬克隆值和斷裂伸長率均最低，纖維品質綜合表現較好。在南疆地區種植中棉所88號，有利于實現棉花生產高產和高纖維品質的目標。