早熟棉區(qū)行距與密度互作對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

敦 磊，李鵬程，余 超，萬素梅，董合林

(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽 455000；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師七團(tuán)三連，新疆阿拉爾 843000)

0 引 言

【研究意義】合理密植是實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)的重要手段，棉花的生長(zhǎng)環(huán)境，可以通過種植密度和行距來調(diào)節(jié)，在合適種植密度條件下，合理寬窄行配置有利于改善棉田通風(fēng)透光性，促進(jìn)棉株發(fā)育，使棉株生育進(jìn)程加快，實(shí)現(xiàn)棉花早發(fā)、早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效[1]。近年來隨著氣候條件的變化，棉花品種更新，栽培制度改進(jìn)，棉花種植密度和株行距配置發(fā)生了相應(yīng)變化。雜交棉和普通常規(guī)棉相比，明顯具有個(gè)體優(yōu)勢(shì)，更適合低密度種植[2]。以種植密度和株行距配置來分析棉花生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量、品質(zhì)的差異，研究個(gè)體與群體的最佳結(jié)合點(diǎn)，合理調(diào)節(jié)群體結(jié)構(gòu)，對(duì)指導(dǎo)棉花生產(chǎn)和提高棉花經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義[3]。【前人研究進(jìn)展】Bednarz等[4]研究表明，每種栽培技術(shù)措施促進(jìn)產(chǎn)量的提升，因?yàn)閮?yōu)化了產(chǎn)量構(gòu)成因素。棉花產(chǎn)量由鈴數(shù)、鈴重和衣分三要素組成[5]，棉花株型結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)是源、流、庫之間相互關(guān)系，合理密植是實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要技術(shù)手段，行距對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和早熟性指數(shù)具有極顯著的影響[6]。不同地域和氣候條件下棉花種植密度差距較大，同一地區(qū)不同品種要求的種植密度也不相同，新疆地區(qū)高密栽培模式密度最大為22×104株/hm2左右[7]，而在黃河流域棉區(qū)，各種Bt雜交棉種植密度一般在4.5×104株/hm2，晚播的密度要比正常播種的密度高2×104～3×104株/hm2[8]，在種植密度最低的長(zhǎng)江流域，棉花種植密度一般在2.5×104株/hm2，而且還在逐步降低用種數(shù)量[9]。新疆與黃河流域和長(zhǎng)江流域棉區(qū)相比，棉花栽培技術(shù)最具特色的是種植密度，相同種植密度在不同行距配置下會(huì)有不同株距，改變了棉株在田間分布均勻性，棉花相關(guān)生理特征和群體質(zhì)量性狀就會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，也會(huì)引起田間小氣候的變化[10]。前人在棉花種植密度和株行距配置方面已經(jīng)做了研究[11]。【本研究切入點(diǎn)】目前研究密度或行距對(duì)棉花產(chǎn)量影響的研究報(bào)道較多，但在新疆南疆早熟棉區(qū)雜交棉較低密度的條件下，不同密度和株行距配置對(duì)棉花產(chǎn)量影響的研究報(bào)道較少。研究新疆南疆早熟棉區(qū)的雜交棉株合理行距配置。【擬解決的關(guān)鍵問題】在新疆南疆阿克蘇市溫宿縣早熟棉區(qū)進(jìn)行大田試驗(yàn)，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，研究不同行距及密度互作對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，為棉花合理密植和株行距配置提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

大田試驗(yàn)于2018年在新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣青年農(nóng)場(chǎng)中棉所試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬棉花，土質(zhì)壤土，0～20 cm有機(jī)質(zhì)含量14.7 g/kg，全氮含量0.74 g/kg，堿解氮含量50.1 mg/kg，速效磷含量17 mg/kg，速效鉀含量79.6 mg/kg。

供試品種為棉花雜交種中棉所75號(hào)，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為行距，共3個(gè)處理，分別為66 cm等行距，76 cm等行距，86 cm等行距，分別用A1、A2、A3表示；副區(qū)為密度，共3個(gè)處理，分別為12×104、15×104、18×104株/hm2，分別用B1、B2、B3表示。每個(gè)小區(qū)6行棉花，小區(qū)長(zhǎng)8 m，窄行距小區(qū)寬3.96 m，中行距小區(qū)寬4.56 m，寬行距小區(qū)寬5.16 m，面積分別為31.68、36.48、41.28 m2，每個(gè)處理重復(fù)3次，共27個(gè)小區(qū)。

2018年4月15日播種，出苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、吐絮期分別為4月22日、6月12日、7月9日、9月5日。播前基肥各用量一致，氮磷鉀肥的用量分別為N 225 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2和K2O 225 kg/hm2。全生育期分別于6月10日、6月17日、6月27日、7月13日、7月19日、7月26日、8月9日、9月1日采用滴灌方式灌水8次，共隨水滴施肥料7次，尿素和磷酸二氫鉀總施用量為1 200 kg/hm2。7月10日打頂，其它田間管理措施同膜下滴灌高產(chǎn)田。表1

表1 試驗(yàn)處理Table 1 Treatments

1.2 方 法

1.2.1 株高、莖粗、傾斜角度和葉面積

于棉花各生育期選取各小區(qū)有代表性棉株10株，用直尺量取株高，棉花定點(diǎn)偏離中心距離，利用三角函數(shù)計(jì)算棉株傾斜角度，電子游標(biāo)卡尺量取子葉節(jié)處莖粗。

在棉花每個(gè)生育時(shí)期在各試驗(yàn)小區(qū)選取有代表性棉花2株，全株葉片用掃描儀掃描，并用軟件計(jì)算單株葉面積。根據(jù)單株葉面積和群體密度計(jì)算葉面積指數(shù)(LAI)，LAI=群體葉面積/占地面積。

1.2.2 冠層結(jié)構(gòu)

在棉花各生育時(shí)期，采用LAI-2000(Li-cor，USA)測(cè)定葉面積指數(shù)(LAI)、葉傾角(MFA)及冠層開度(DIFN)，參照 Malone 等[12]方法進(jìn)行測(cè)量，在棉花冠層上方測(cè)量，兩聲蜂鳴后將魚眼探頭放入棉花行間地面上，保持水平，按下測(cè)定按鈕，兩聲蜂鳴后在棉花行間進(jìn)行水平均勻移動(dòng)測(cè)定。

1.2.3 干物質(zhì)積累量及分配率

分別于5月1日、6月12日、6月20日、7月5日、7月23日、9月5日每處理選取具有代表性棉株2株，按根、莖、葉、蕾、鈴等器官分開105℃殺青30 min后80℃烘干至恒重，測(cè)定各部位干物質(zhì)重。

1.2.4 產(chǎn)量指標(biāo)及纖維品質(zhì)

各小區(qū)籽棉產(chǎn)量實(shí)收，選取各小區(qū)有代表性15株棉花，分上中下3層收獲所有吐絮棉鈴并計(jì)數(shù)，籽棉曬干后測(cè)定籽棉質(zhì)量，計(jì)算單鈴重，籽棉軋花后測(cè)定皮棉質(zhì)量和纖維品質(zhì)，計(jì)算衣分。

1.2.5 相關(guān)計(jì)算

早熟指數(shù)=首次采摘的籽棉重量/所有采摘的籽棉總重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用SPSS25軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Duncan方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 行距和密度對(duì)棉花農(nóng)藝性狀的影響

研究表明,密度和行距的差異，易造成群體生長(zhǎng)空間差異，開始株間競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)間也不同。相同行距不同密度處理下，株高有隨密度增加而增高的趨勢(shì)，但無顯著差異。行距變化對(duì)株高產(chǎn)生顯著影響，株高在不同密度下的差異是由于棉花對(duì)光照的競(jìng)爭(zhēng)所致。

密度顯著影響棉花的莖粗，相同行距下，密度增加，棉花莖稈變細(xì)。在相同密度下，行距的變化對(duì)莖粗的影響不顯著。中行距低密度的莖粗最大12.0 mm，中行距高密度的莖粗最小10.0 mm。

不同處理對(duì)棉株傾斜角度有顯著影響，但行距與密度對(duì)棉株傾斜角度交互作用不顯著，棉株傾斜角度最大的為寬行距高密度，最小的為窄行距低密度。

不同行距和密度對(duì)各處理的果枝始節(jié)高度有顯著影響，且交互作用顯著，在中行距和高行距條件下，果枝始節(jié)高度都超過30 cm，滿足機(jī)采要求。各處理間果枝臺(tái)數(shù)沒有顯著差異。表2

表2 不同處理下棉花農(nóng)藝性狀變化Table 2 Effects of different treatments on the agronomic trait of cotton

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；*P<0.05； ns，未達(dá)顯著性水平
Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments (P<0.05).*P<0.05;ns, not reaching significant level

2.2 行距和密度對(duì)棉花葉面積指數(shù)LAI的影響

研究表明,各處理LAI在生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，不同行距模式都在盛鈴期達(dá)到的峰值，窄行距模式LAI峰值為3.2～4.0，中行距模式LAI峰值為3.7～4.2，寬行距模式LAI峰值為3.1～3.6。在相同行距條件下，LAI隨著密度的增加而增加，其中A1B3、A2B3和A3B3處理在整個(gè)生育期一直處于較低水平，密度過低的群體，無論在何種行距模式下，都無法形成有利于棉花高產(chǎn)的LAI。圖1～3

2.3行距和密度對(duì)棉花干物質(zhì)積累的影響

利用Logistic方程W=Wm/(1+ea-bt)對(duì)棉花單株干物質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行模擬研究，棉株干物質(zhì)質(zhì)量積累動(dòng)態(tài)均呈“S”型曲線[12]。棉株單株干物質(zhì)質(zhì)量(y)與出苗后天數(shù)(t)之間的Logistic曲線擬合程度較高，經(jīng)F檢驗(yàn)均達(dá)到極顯著水平。

圖1 不同密度下窄行距棉花LAI變化
Fig.1 Effects of density on LAI of narrow row spacing cotton

圖2 不同密度下中行距棉花LAI變化
Fig.2 Effects of density on LAI of middle row spacing cotton

圖3 不同密度下寬行距棉花LAI變化
Fig.3 Effects of density on LAI of wide row spacing cotton

隨生育時(shí)期推進(jìn)，各處理棉花干物質(zhì)積累量均呈逐漸上升趨勢(shì)。單株干物質(zhì)最大速率出現(xiàn)在出苗后88～132 d，中行距高密度處理的單株干物質(zhì)積累最大速率期在出苗后95 d，即7月26日，處于盛花期。生育前期，窄行距下處理干物質(zhì)積累量與中行距處理差異較小；生育后期中行距處理的干物質(zhì)積累量高于窄行距及寬行距。快速生長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間在中行距和寬行距下隨密度增加而縮短，不同處理快速增長(zhǎng)起始時(shí)間在出苗后71～94 d，終止時(shí)間105～170 d。表3

表3 不同處理棉花干物質(zhì)累積方程Table 3 Model equation for dry matter accumulation of cotton

注：t出苗后 d數(shù)，y單株干物質(zhì)重量，t1最大增長(zhǎng)速率起始時(shí)間，t2最大增長(zhǎng)速率終止時(shí)間，t0最大速率出現(xiàn)時(shí)間，Δt干物質(zhì)積累快速增長(zhǎng)期的時(shí)間長(zhǎng)短，Vm最大速率
Note:t: time after cotton emergency;y: cotton dry matter accumulation per plant;t0: days when reach maximum accumulation rate;t1andt2are two inflexions of the logistic equations respectively; △t: time of dry matter rapid accumulation;Vm: maximum increase rate of dry matter;R2: determination coefficient

表4 不同處理下棉花產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素變化Table 4 Effects of different treatments on cotton yield and yield components

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；*：P<0.05； ns：未達(dá)顯著性水平
Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments (P<0.05).*P<0.05;ns, not reaching significant level

2.4 行距和密度對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

研究表明,不同行距對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響顯著，不同處理下棉花產(chǎn)量以中行距高密度處理較高，達(dá)到5 949.0 kg/hm2的高產(chǎn)水平，其次是寬行距高密度，窄行距低密度處理較低，僅為4 947.2 kg/hm2。單株成鈴數(shù)隨密度的增加而明顯降低；相同密度條件下，單鈴重隨著行距的增加有增大的趨勢(shì)，密度對(duì)單鈴重?zé)o顯著影響。行距對(duì)早熟指數(shù)有顯著影響，各處理的衣分之間無顯著差異。表4

2.5 行距和密度對(duì)棉花纖維品質(zhì)的影響

研究表明,行距和密度對(duì)棉花纖維品質(zhì)的影響不大，除上半部平均長(zhǎng)度有顯著差異外，其他纖維品質(zhì)指標(biāo)影響不大，A3B3處理的上半部平均長(zhǎng)度最大，A3B1處理的上半部平均長(zhǎng)度最小、行距及密度對(duì)上半部平均長(zhǎng)度都有顯著影響，但交互作用顯著。A3B2的伸長(zhǎng)率最大，行距對(duì)伸長(zhǎng)率有顯著影響，行距和密度也無交互作用。不同處理對(duì)棉花的整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度均未造成顯著影響。表5

3 討 論

棉花產(chǎn)量是由產(chǎn)量構(gòu)成因素共同作用的結(jié)果[13]，單一增加某一產(chǎn)量構(gòu)成因子來提高棉花的產(chǎn)量不太現(xiàn)實(shí)，合理密植可提高群體成鈴數(shù)，維持較高的單鈴重，實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)。棉花群體密度不同，其單株所占空間不同，植株間對(duì)光、熱、水、肥、氣的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度不同，使得群體發(fā)育呈現(xiàn)很大差異[14]，Kaggwa-Asiimwe等[15]則認(rèn)為高密度對(duì)棉花生育前期增加株高有一定作用，生育后期則不顯著。棉花生產(chǎn)過程中應(yīng)通過各種栽培措施，提高棉花的成鈴率，減少蕾鈴脫落及爛鈴率，使群體成鈴數(shù)保持在較高的水平，增加棉株各部位成鈴的單鈴重是穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的基礎(chǔ)和保障[16]。

張旺鋒等[17]認(rèn)為新疆氣候生態(tài)條件下，中等密度處理葉面積指數(shù)適宜、冠層結(jié)構(gòu)優(yōu)良，群體光合速率較高，光合物質(zhì)積累量較高。實(shí)現(xiàn)棉花的高產(chǎn)，需要通過合理的種植密度，協(xié)調(diào)個(gè)體與群體的關(guān)系，創(chuàng)造合理的群體冠層結(jié)構(gòu)[18]。行距配置對(duì)棉花群體光合作用具有明顯影響，隨密度增加群體有自動(dòng)調(diào)節(jié)改善冠層透光率的能力，但能力遠(yuǎn)小于行距對(duì)透光率的影響。在相同密度下，葉面積指數(shù)隨行距的增加而減小，冠層對(duì)光能的截獲率也減少，群體光合速率明顯減弱。行距較小時(shí)，在棉花生長(zhǎng)前期，較大的株距使得株間競(jìng)爭(zhēng)相

表5 不同行距和密度下棉花品質(zhì)變化Table 5 Effects of different row spacing and density on cotton quality

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；*：P<0.05 ;ns：未達(dá)顯著性水平
Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments (P<0.05).*P<0.05;ns, not reaching significant level

對(duì)較小，光照和營養(yǎng)充足，棉株個(gè)體發(fā)育好，棉花群體的光能利用率更好，但生育后期棉田下部郁蔽，造成透光率較低，造成蕾鈴脫落率高，嚴(yán)重抑制雜種優(yōu)勢(shì)發(fā)揮，對(duì)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)影響較大。

單株鈴數(shù)隨密度的增加而降低，單位面積的總成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量與總生物量在一定范圍內(nèi)隨著種植密度的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，這與王海洋等[19]的研究結(jié)論相似。棉花種植密度過大，棉田群體過旺，病蟲草害防治難度加大，同時(shí)棉田肥水管理困難，易造成苗期、蕾、鈴期營養(yǎng)生長(zhǎng)過旺[7]。田間郁閉度增大，封行期容易提前，生長(zhǎng)不平衡而導(dǎo)致蕾鈴得不到充分的營養(yǎng)而脫落，從而產(chǎn)量減少。棉花種植密度太小，無法形成合理的群體結(jié)構(gòu)而使生產(chǎn)力降低，會(huì)減少單位面積的群體數(shù)量，也會(huì)降低單產(chǎn)[20]。

關(guān)于種植密度對(duì)纖維品質(zhì)的影響，因氣候條件、栽培措施的不同，研究結(jié)果差異較大。婁善偉等[21]報(bào)道密度增加有利于優(yōu)化纖維品質(zhì)，但密度過高又會(huì)對(duì)馬克隆值和比強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，對(duì)纖維品質(zhì)不利；有研究認(rèn)為種植密度對(duì)纖維品質(zhì)沒有明顯影響，棉花纖維品質(zhì)主要由基因型決定[22]；趙振勇[23]研究表明，纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度、整齊度和馬克隆值在密度為18×104～27×104株/hm2時(shí)，會(huì)隨種植密度增加而呈降低趨勢(shì)。研究表明,不同種植行距及密度對(duì)棉纖維上半部平均長(zhǎng)度有顯著影響，對(duì)棉花的整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值均未造成顯著影響，這可能與供試棉花品種和生態(tài)氣候條件不同有關(guān)。

4 結(jié) 論

4.1 增大棉花行距使棉花果枝傾角增大，霜后花率升高，在新疆南疆早熟棉區(qū)氣候條件及常規(guī)大田管理下，寬行距的棉花始終未能形成正常的群體冠層，在整個(gè)生育期群體光合速率較低，單鈴重較窄行距及中行距的輕。窄行距條件下棉花株距較大，植株粗壯，封行早，后期空間蔭蔽，蕾鈴脫落率高，在中行距條件下提高種植密度能夠增加產(chǎn)量。

4.2 隨著密度的增加，單鈴重降低，但單位面積成鈴數(shù)增加，高密度棉花生育后期群體光合速率高，達(dá)到了較高產(chǎn)量水平。適宜的行距為76 cm，密度為18×104株/hm2,株距為7.3 cm。