新疆綠洲干旱區(qū)不同棉種主要性狀綜合評(píng)價(jià)及分析

吾買爾江·庫爾班，努斯熱提·奧斯曼，阿爾曼·阿不利米提，李 杰，張鵬忠，吐爾遜江·買買提

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院庫車陸地棉試驗(yàn)站，新疆庫車 842000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；3.國家棉花工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，優(yōu)質(zhì)品種是其生產(chǎn)的核心，增產(chǎn)貢獻(xiàn)率可達(dá)30%以上，因地制宜選擇、利用棉花種質(zhì)資源、培育適宜品種對(duì)促進(jìn)棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要作用[1-4]。【前人研究進(jìn)展】戴茂華等[5]通過對(duì)10個(gè)北疆優(yōu)質(zhì)雜交棉新品種(系)的若干農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量、品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)果枝數(shù)、株高和單株鈴數(shù)對(duì)皮棉產(chǎn)量影響較大。李永山等[6]對(duì)20世紀(jì)50年代至90年代，中國自育的棉花品種20份進(jìn)行產(chǎn)量性狀的相關(guān)性和通徑分析表明，衣分和單株結(jié)鈴數(shù)是影響皮棉產(chǎn)量的主要因素。董承光[7]等研究發(fā)現(xiàn)，整齊度與上半部平均長度、比強(qiáng)度及伸長率呈顯著正相關(guān)，比強(qiáng)度與長度呈極顯著正相關(guān)。但是，受研究群體相對(duì)較小、材料來源不同、種植環(huán)境及方式差異大等因素影響，前人研究結(jié)論具有較大差異[8-9]。新疆是我國最大的棉花生產(chǎn)基地，2017年種植面積達(dá)2 217.47×103hm2，總產(chǎn)456.6×104t，均超過全國的70%以上[10]。【本研究切入點(diǎn)】新疆高溫干旱，屬典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，水資源匱乏、水分利用水平低是制約新疆棉業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因子[11-12]，加上獨(dú)特的自然條件、栽培模式、植株生長的系統(tǒng)性、多樣性，需要篩選、培育具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗等特性的品種，針對(duì)南疆陸地棉產(chǎn)量品質(zhì)性狀的綜合分析的研究報(bào)道很少。【擬解決的關(guān)鍵問題】16個(gè)棉花品種為材料，分析新疆干旱綠洲區(qū)“密、矮、早”，“大群體，小個(gè)體”栽培下棉花農(nóng)藝形狀、品質(zhì)、根系、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子等主要性狀相關(guān)性和聚類分析，綜合評(píng)價(jià)南疆生產(chǎn)上推廣應(yīng)用的棉花品種，為選擇品種、制定栽培措施等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2016年4月～2017年10月在新疆農(nóng)科院庫車陸地棉試驗(yàn)站棉花根系原位觀測平臺(tái)基地進(jìn)行，地理位置41°09′N，83°15′E，海拔910 m，年降水量50～80 mm，年蒸發(fā)量2 800 mm左右，無霜期200 d，有效積溫4 300～4 500℃，屬典型的暖溫帶大陸性干旱氣候。土壤質(zhì)地為砂壤土，0～60 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量20.13 mg/kg，全氮0.72 g/kg、速效磷13.2 mg/kg、速效鉀154.4 mg/kg。

材料為新疆農(nóng)科院經(jīng)作所棉花品種，分別為C460、C8517、C4769、新陸202，以及石185等年代比較早的新疆陸地棉品種的重要核心種質(zhì)資源，新疆農(nóng)科院經(jīng)作所選育的早熟、超高產(chǎn)特性的10-108-3(新陸中42號(hào)提高系)、AY4、26號(hào)；高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)特性的種質(zhì)材料3、4號(hào)(新陸中28號(hào)提高系)；抗逆種質(zhì)新陸中36號(hào)、中棉所41號(hào)；早熟新品種新陸早59號(hào)、新陸早60號(hào)、新陸早63號(hào)；適應(yīng)性、穩(wěn)產(chǎn)性好的軍棉1號(hào)等16個(gè)棉花品種(系)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，采用1膜6行種植，行距配置(10+66+10+66+10)cm，株距10 cm，小區(qū)面積54 m2，采用膜下滴灌干播濕出技術(shù)，分別于2016年4月17日和 2017年4月14日進(jìn)行膜上點(diǎn)播，于2016年4月18日和2017年4月16日滴出苗水。

棉花根系原位觀測平臺(tái)基地大田種植，根系原位觀測基地，每培養(yǎng)池種植10株棉花用于研究棉花根系和地上部發(fā)育指標(biāo)的研究，滴灌栽培、自然生長(不打頂、不化學(xué)調(diào)控)。

室內(nèi)栽培：每盆種植6株，使用營養(yǎng)液漂浮栽培法研究棉花根系生長，營養(yǎng)液具體配方為：四水硝酸鈣(945 mg/L)，硝酸鉀(506 mg/L)，硝酸銨(80 mg/L)，磷酸二氫鉀(136 mg/L)，硫酸鎂(493 mg/L)，鐵鹽溶液(2.5 mL)，微量元素液(5 mL，pH=6.0)；鐵鹽溶液：七水硫酸亞鐵(2.78 g)，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA.Na 3.73 g)；蒸餾水500 mL(pH=5.5)；微量元素液：碘化鉀(0.83 mg/L)，硼酸(6.2 mg/L),硫酸錳(22.3 mg/L)，硫酸鋅(8.6 mg/L)，鉬酸鈉(0.25 mg/L)，硫酸銅(0.025 mg/L)，氯化鈷(0.025 mg/L)。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 生育期

記錄棉花播種、出苗及各生育期的開始與結(jié)束日期。

1.2.2.2 農(nóng)藝性狀

各處理選擇代表性棉株10株，測定株高、始節(jié)高、節(jié)間長度、始節(jié)位、果枝數(shù)、鈴數(shù)等。

1.2.2.3 纖維品質(zhì)

在吐絮期，收取單株中部正常吐絮棉鈴20個(gè)，混樣，測定其鈴重、衣分、衣指、子指，將棉樣送農(nóng)業(yè)部纖維檢驗(yàn)測試中心測定纖維品質(zhì)。

1.2.2.4 根系性狀

采用LC-4800植物根系形態(tài)掃描儀和加拿大引進(jìn)的根系分析軟件(WinRHIZOBasic32-bit2013)根系圖像掃描分析系統(tǒng)，分析根系長度、直徑、面積、體積、根尖記數(shù)等指標(biāo)。

1.2.2.5 產(chǎn)量

根據(jù)棉花吐絮情況分3次采摘并記錄收獲株數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴重，實(shí)測每個(gè)測坑的棉花產(chǎn)量作為最終的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，并化為每公頃產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)產(chǎn)量及品質(zhì)等數(shù)據(jù)分析用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行；對(duì)主要形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行賦值后，用DPS14.5軟件采用可變類平均法聚類分析進(jìn)行聚類。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種棉花地上部農(nóng)藝性狀差異與產(chǎn)量性狀的關(guān)聯(lián)度

研究表明，石185、C460、8517、新陸202、C4769等種質(zhì)資源材料的株高比審定的品種普遍很低；新陸早59號(hào)、新陸早60號(hào)、新陸早63號(hào)等早熟品種的株高發(fā)育比早中熟品種快，株高普遍比較高，10-108-3株高在16個(gè)品種中最高，生長速度快。果枝節(jié)位軍棉1號(hào)、10-108-3、C4769顯著低于其他品種，僅為3.2～4.2，新陸中36號(hào)最大為7.4。葉齡新陸早60號(hào)顯著高于其他品種可達(dá)17.2片，軍棉1號(hào)和AY4最小，其他各品間差異不顯著。果枝數(shù)新陸中42號(hào)的最多，AY4次之，新陸202的最少，各品種果枝數(shù)在6.7～13.1，差異顯著。AY4的現(xiàn)蕾數(shù)最多可以達(dá)到31個(gè)蕾，4號(hào)的現(xiàn)蕾數(shù)第二，28.6個(gè)蕾；石185、C460、8517、新陸202、C4769等基礎(chǔ)種質(zhì)資源的現(xiàn)蕾數(shù)最少。表1

表1 不同品種棉花地上部農(nóng)藝性狀差異Table 1 Differences of aboveground agronomic traits of different cotton cultivars

研究表明，鈴數(shù)與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度最大，其值為0.93；株高、蕾數(shù)、果枝數(shù)、主莖節(jié)間數(shù)次之，其值分別為0.87、0.85、0.82、0.81；葉齡數(shù)、果枝節(jié)位最小，其值為0.76、0.76。從灰色關(guān)聯(lián)度的數(shù)值來看，其值都大于0.75，株型性狀(株高、葉齡數(shù)、主莖節(jié)間數(shù)、果枝節(jié)位、果枝數(shù)、蕾數(shù)、鈴數(shù))對(duì)產(chǎn)量的影響較明顯。其中，株高、葉齡數(shù)、主莖節(jié)間數(shù)反映植株發(fā)育進(jìn)程；果枝數(shù)、蕾數(shù)、鈴數(shù)與“庫”密切相關(guān)，反映生殖器官發(fā)育動(dòng)態(tài)。表2

表2 地上部主要農(nóng)藝性狀與籽棉產(chǎn)量之間灰色關(guān)聯(lián)度Table 2 Grey relational analyses between major agronomic trait of above ground part and unginned cotton yield

2.2 不同棉花品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

研究表明，各品種單株鈴數(shù)差異明顯，最多的為10-108-3為9.4個(gè)，其次為4號(hào)為7.2個(gè)，新陸202最少僅為1.8個(gè)；各品種鈴重為4.5～6.5 g，軍棉1號(hào)和8517最大，顯著高于其他處理。衣分石185最小為32%，4號(hào)最高48.3%。C460、C8517、C4769、新陸202、2-3、石185等新疆陸地棉品種的重要核心種質(zhì)資源籽棉產(chǎn)量1 500～3 000 kg/hm2，其中C460、C8517等基礎(chǔ)種質(zhì)材料19世紀(jì)末20世紀(jì)初引進(jìn)的陸地棉基礎(chǔ)種質(zhì)資源材料，C4769、2-3等基礎(chǔ)種質(zhì)資源50年代后引進(jìn)的種質(zhì)資源，新陸202是70年代新疆審定的品種。2010年后選育審定的早熟新品種新陸早59號(hào)、新陸早60號(hào)品種籽棉產(chǎn)量可以達(dá)到5 250 kg/hm2以上，南疆歷史上推廣面積最大的品種軍棉1號(hào)產(chǎn)量可以達(dá)到5 850 kg/hm2。具有早熟、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)特性的AY4、4號(hào)可以達(dá)到5 429、7 517 kg/hm2，較50年代的陸地棉增加高3倍以上，比41號(hào)、新陸中36號(hào)、新陸早59號(hào)、新陸早60號(hào)、新陸早63號(hào)高2倍以上。10-108-3籽棉產(chǎn)量最高可達(dá) 9 306 kg/hm2。表3

表3 產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀Table 3 Yield and yield trait

2.3 不同品種棉花主要產(chǎn)量指標(biāo)間的相關(guān)性

研究表明，單株鈴數(shù)與鈴重呈負(fù)相關(guān)性，且達(dá)到極顯著水平；單株結(jié)鈴數(shù)與衣分、纖維重呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，鈴重與鈴殼、棉籽重、纖維重、種子數(shù)呈顯著正相關(guān)，鈴大鈴殼加厚，棉籽重、纖維重、種子數(shù)增加；衣分與籽指、衣指、纖維重相關(guān)系數(shù)分別為0.829、0.606、0.632；籽指與籽棉重、纖維重呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.492、0.538，衣分與種子數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.532；鈴殼與籽棉重、種子數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.544、0.691；纖維重與種子數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.682。表4

表4 棉花產(chǎn)量指標(biāo)間的相關(guān)性Table 4 Correlation analysis result of cotton yield index

研究表明，單株鈴數(shù)、鈴重、衣分對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接影響中，單株鈴數(shù)的直接作用最大，衣分次之，鈴重的直接作用最小。通過分析各個(gè)間接通徑系數(shù)發(fā)現(xiàn)，衣分通過單株鈴數(shù)對(duì)皮棉產(chǎn)量的間接作用較大，其間接通徑系數(shù)為0.437。雖然單株鈴數(shù)通過鈴重對(duì)皮棉產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)的間接作用，但作用很小，而單株鈴數(shù)的直接作用較大，所以對(duì)于皮棉產(chǎn)量單株鈴數(shù)的影響較大，二者的簡單相關(guān)系數(shù)為0.966；單株鈴數(shù)通過衣分對(duì)皮棉產(chǎn)量產(chǎn)生正的間接作用，但作用較小；至于鈴重，其直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)均較小，對(duì)皮棉產(chǎn)量的改變影響不大。表5

表5 簡單相關(guān)系數(shù)Table 5 Decomposition of simple correlation coefficient

2.4 不同棉花品種品質(zhì)性狀特征及根長與品質(zhì)之間的相關(guān)性

研究表明，各品種絨長和整齊度新陸中60號(hào)最大，分別為29.7 mm、88.4%，10-108-3次之，為29 mm和87.9%；各品種馬克隆值為4.62～5.73，處于B2級(jí)4.3～4.9的有新陸早59號(hào)、軍棉1號(hào)、新陸早63號(hào)、10-108-3、8517，其他各品種處于C級(jí)。斷裂比強(qiáng)度中棉所41最大為29.9新陸早60號(hào)，新陸早60號(hào)次之為29新陸早60號(hào)，斷裂伸長率和成熟度各品種差異不顯著，分別在6.4%～6.7%、0.83～0.86，斷纖維率3號(hào)和26號(hào)最大達(dá)8.9%，新陸中36號(hào)最小為6.7；紡織一致性指數(shù)各品種差異較大，介于100～160，10-108-3最大，3號(hào)最小。表6

表6 不同品種棉花相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)Table 6 Quality measurement result of different cotton cultivars

研究表明，總根長與果節(jié)始節(jié)、果枝數(shù)、伸長率呈顯著正相關(guān)，即總根長越大，根系越發(fā)達(dá)越有利于枝芽的生長；生育期與子葉節(jié)高度、果枝數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與果節(jié)始節(jié)、比強(qiáng)度、伸長率呈顯著的正相關(guān)；比強(qiáng)度與馬克隆值呈負(fù)相關(guān)，與伸長率呈正相關(guān)關(guān)系。表7

表7 不同品種棉花根長與品質(zhì)之間的相關(guān)性Table 7 Correlation analysis between root length and quality of different cotton cultivars

2.5 不同品種棉花根系變化特征

研究表明，各品種總根長差異明顯，在12.82～37.02 cm，3最長，軍棉1號(hào)次之，C460最短；根的總表面積3最大為2.47 cm2，石185次之為2.42 cm2，C460最小僅為0.9 cm2。各品種總根容積在0.005～0.013，平均根直徑為0.002 mm，且差異不顯著，根尖數(shù)C460顯著低于其他品種，僅為144.7，新陸早60號(hào)最多可達(dá)660.9。表8

表8 不同品種棉花根系變化特征Table 8 Characteristics of root changes of different cotton cultivars

2.6 根系主要性狀相關(guān)性

研究表明，總根長、根表面積、根容積、根直徑、根尖數(shù)、根分叉與籽棉產(chǎn)量之間相關(guān)關(guān)系很顯著，其中總根長、根表面積、根尖數(shù)、根分叉與籽棉產(chǎn)量正相關(guān)，根尖數(shù)與籽棉產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)最大(+0.117)，根表面積之間的相關(guān)關(guān)系第2(+0.039 3)；根容積、根的直徑與籽棉產(chǎn)量之間負(fù)相關(guān)，根平均直徑的相關(guān)系數(shù)大(-0.185)，根容積的相關(guān)系數(shù)次級(jí)(-0.005 4)。總根長、根表面積、根容積、根直徑、根尖數(shù)、根分叉與籽棉產(chǎn)量結(jié)果中得知超高產(chǎn)特性的棉花品種10-108-3，高產(chǎn)品種4號(hào)，軍棉1號(hào)，新陸早59號(hào)、新陸早60號(hào)，高產(chǎn)品系A(chǔ)Y4等品種中，10-108-3，AY4等品系根系性狀的發(fā)育不是很好明顯的降低根系冗余，反而產(chǎn)量不高的3號(hào)，石185等品系的根系性狀的發(fā)育最好表現(xiàn)明顯的根系冗余現(xiàn)象。表9，圖1

表9 根系主要性狀與籽棉產(chǎn)量相關(guān)性Table 9 Correlation analysis between main traits of roots and unginned cotton yield

圖1 主要性狀聚類分析和籽棉產(chǎn)量Fig.1 Clustering analysis of major traits and unginned cotton yield

3 討 論

棉株農(nóng)藝性狀是棉株生長發(fā)育狀況的首要指標(biāo)，直接影響著棉花的光能利用率，進(jìn)而影響干物質(zhì)的積累以及最終產(chǎn)量。張香桂等[14]對(duì) 154份國外棉花種質(zhì)的主要農(nóng)藝及經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行了鑒定，從中篩選出了矮稈高籽指高纖維強(qiáng)度的材料；李飛等[15]研究了172份陸地棉品種(系)的產(chǎn)量、株高、籽指等19 個(gè)主要農(nóng)藝性狀變異情況發(fā)現(xiàn)，大部分農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)均大于5%。研究發(fā)現(xiàn)，供試棉種中10-108-3株高在16個(gè)品種中最高，生長速度快。各品種果枝數(shù)為6.7～13.1，新陸中42號(hào)的最多；現(xiàn)蕾數(shù)AY4的最多達(dá)到31個(gè)。相關(guān)分析表明，鈴數(shù)與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度最大，其值為0.93，株型性狀(株高、葉齡數(shù)、蕾鈴數(shù)等)對(duì)產(chǎn)量的影響較明顯，這與前人的研究結(jié)果一致。品種是影響棉花質(zhì)量的內(nèi)在關(guān)鍵因素，不同棉花品種其內(nèi)在纖維品質(zhì)有較大區(qū)別。棉花纖維品質(zhì)一直是品種創(chuàng)新、種植、加工的主要指標(biāo)，尤其隨著供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，對(duì)其提出更高要求。李慧琴等[16]研究發(fā)現(xiàn)株高與單鈴重、衣分、馬克隆值等呈顯著正相關(guān)，與整齊度指數(shù)和伸長率呈極顯著正相關(guān)。研究表明，總根長與果節(jié)始節(jié)、果枝數(shù)、伸長率呈顯著正相關(guān)，與前人研究結(jié)果一致。棉花高產(chǎn)超高產(chǎn)栽培必須發(fā)揮品種的遺傳潛力，提高資源利用效率，而影響選育高產(chǎn)棉花新品種成效包括遺傳、生理、生態(tài)、環(huán)境等諸多因素。根系是作物營養(yǎng)、養(yǎng)分吸收、物質(zhì)同化轉(zhuǎn)化合成的重要器官[17]，龐大的根系作為冗余的存在，導(dǎo)致生物個(gè)體、種群或群落乃至生態(tài)系統(tǒng)等生命水平上對(duì)人類有益的輸出功能降低，而當(dāng)剔除這部分多余實(shí)體，輸出功能就會(huì)得到加強(qiáng)。通過栽培技術(shù)的提高和育種手段的改進(jìn)，減少冗余便可成為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的重要途徑[18]。

4 結(jié) 論

各棉花品種總根長差異明顯，在12.82～37.02 cm，根的總表面積3號(hào)最大為2.47 cm2，總根容積在0.005～0.013，平均根直徑為0.002 mm，根尖數(shù)新陸早60號(hào)最多可達(dá)660.9。總根長、根表面積、根容積、根直徑、根尖數(shù)、根分叉與籽棉產(chǎn)量之間相關(guān)關(guān)系很顯著，根容積、根的直徑與籽棉產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，10-108-3，AY4等品系明顯地降低了根系冗余。