花鈴期水分虧缺對不同部位果枝棉鈴發(fā)育及產(chǎn)量的影響

竇巧巧，張瑋濤，陳秀玲，何慶雨，代健敏，段松江，張巨松

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】新疆是綠洲灌溉農(nóng)業(yè)，干旱是影響新疆棉花生產(chǎn)的主要因素之一，棉花在花鈴期對水分脅迫較為敏感，花鈴期是棉田灌溉水管理的重要時期[1-2]。棉花的生長不具有同步性，不同的環(huán)境條件及不同部位果枝形成了不同發(fā)育速度的棉鈴。碳水化合物是棉鈴發(fā)育的主要來源，其易受土壤水分的影響[3]。棉鈴是棉花生產(chǎn)中最重要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物，棉鈴的物質(zhì)積累影響棉花的產(chǎn)量[4]。研究花鈴期水分虧缺對棉花不同部位果枝棉鈴動態(tài)發(fā)育及干物質(zhì)積累對北疆機(jī)采棉節(jié)水栽培有重要意義。【前人研究進(jìn)展】新疆生態(tài)條件下，棉鈴直徑、長度和體積在鈴齡30～35 d趨于穩(wěn)定，在鈴齡10～20 d棉鈴直徑增長最快，在鈴齡20～30 d棉鈴長度、體積和干重增長最快[5]。棉鈴干物質(zhì)積累符合“S”曲線的變化規(guī)律[6]，陳冠文[7]和王榮棟[8]等認(rèn)為棉鈴干重在開花后35 d內(nèi)增長較快，后期變慢，直至吐絮。正常播種下棉籽、纖維干物質(zhì)積累快速增長分別在開花后13～53和16～52 d[9]。徐立華等[10]研究認(rèn)為，鈴殼干重在鈴齡22～28 d達(dá)最大值，棉纖維和棉種干重在花后45 d左右達(dá)到最大值。毛廷勇等[11]認(rèn)為南疆棉花棉鈴長度對單鈴干重的影響最大，其次是棉鈴體積和直徑。花鈴期干旱影響不同部位果枝棉鈴生物量積累，進(jìn)而改變棉花產(chǎn)量形成[12]。棉鈴生物量隨土壤含水量的降低而減小，隨果枝部位升高該趨勢更加明顯[13]。劉昭偉等[2]研究表明，花鈴期持續(xù)干旱脅迫導(dǎo)致盆栽棉花各部位果枝鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量減少，而上部果枝最為明顯。【本研究切入點(diǎn)】花鈴期是棉田水分管理的關(guān)鍵時期，有關(guān)花鈴期水分虧缺對新疆北疆機(jī)采棉不同部位果枝棉鈴發(fā)育及產(chǎn)量的影響還未明確。研究水分虧缺條件下北疆棉區(qū)不同部位果枝棉鈴大小、各組分干重及產(chǎn)量變化。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究花鈴期水分虧缺對不同部位果枝棉鈴大小(直徑、長度、體積)、各組分干重(鈴殼、纖維、棉籽)和產(chǎn)量的變化，為機(jī)采棉花鈴期供水不足時提供參考滴灌量。以新陸早50號和新陸早73號為材料，花鈴期設(shè)3個滴灌量測定棉鈴大小及各組分干重。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2019年在新疆沙灣縣渠邊村(85°70′58″E，44°69′04″N)進(jìn)行。棉花品種為新陸早50號(敏旱品種)，生育期126 d左右；新陸早73號(抗旱品種)，生育期125 d左右，均由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育。前茬作物為棉花，土壤質(zhì)地為粘壤土，pH為8.11，有機(jī)質(zhì)11.2 g/kg，速效氮66.43 mg/kg，速效磷10.7 mg/kg，速效鉀285 mg/kg。旬平均降雨量及溫度等數(shù)據(jù)由氣象儀器(Wireless Vantage Pro 2，Davis公司，美國)測定。圖1

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計

花鈴期設(shè)3個滴灌量：2 450 m3/hm2(CK)、2 050 m3/hm2(D1)、1 650 m3/hm2(D2)，其中CK為當(dāng)?shù)剡m宜的花鈴期滴灌量[14-15]。于7月4日～ 8月12日進(jìn)行滴灌處理，灌水量由水表和球閥控制。采用1膜3管6行的機(jī)采棉種植模式，行株距配置為(66+10) cm×10 cm，理論密度均為26×104株/hm2。田間隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，共設(shè)置18個6.8×9 (m2)的小區(qū)，4月18日機(jī)械鋪膜后人工點(diǎn)播，除花鈴期滴灌量外，棉田生育期內(nèi)其他管理均按常規(guī)大田進(jìn)行。表1

表1 不同處理滴灌量及滴水時間Table 1 Distribution of drip irrigation volume and drip time

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 棉鈴體積、鈴長和直徑

選擇長勢基本相同的棉株，分別在第2、第5和第7果枝的第1果節(jié)開花當(dāng)日對白花掛牌標(biāo)記，記錄開花日期。于花后17 d開始，每隔7 d取1次樣，共5次，每個小區(qū)取6個棉鈴，用游標(biāo)卡尺測定棉鈴的直徑和長度；排水法測定棉鈴體積。

1.2.2.2 棉鈴各組分

測定完棉鈴體積、鈴長和直徑后，人工將棉鈴剝離為鈴殼、纖維和棉籽3部分后，分別置于105℃下殺青30 min后，鈴殼和棉籽在烘箱中70℃條件下烘干至恒重，纖維在37℃條件下烘干至恒重，稱量各部分的干重。

1.2.2.3 產(chǎn)量

在收獲時，每小區(qū)選取連續(xù)棉株10株，分別統(tǒng)計下部(第1～3果枝)、中部(第4～6果枝)和上部(第7～10果枝)果枝的鈴數(shù)，并分別摘取30朵、40朵和30朵，稱得各部分單鈴重后扎花獲得衣分，重復(fù)3次，計算產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗(yàn)，Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 花鈴期水分虧缺對不同部位果枝棉鈴發(fā)育的變化

研究表明，2個品種棉鈴長度、直徑和體積均呈CK > D1> D2的規(guī)律，且各處理呈“S”型曲線增長，在花后17～24 d內(nèi)呈快速增長，花后31 d趨于穩(wěn)定，略有下降。在同一滴灌量下，新陸早73號棉鈴直徑和體積高于新陸早50號，而鈴長則相反。圖2

2個品種不同部位果枝棉鈴體積、長度和直徑均呈“S”型曲線增長，增速由快變慢。其中，各處理中上部果枝棉鈴直徑有明顯差異，下部果枝棉鈴體積、長度和直徑差異不顯著。與對照相比，在花后45 d，新陸早50號D2處理上部果枝棉鈴長度較對照降低4.79%。在花后45 d，2個品種D1和D2處理中上部果枝棉鈴直徑較對照差異顯著，新陸早50號中部和上部果枝分別降低2.92%～4%和2.21%～5.35%，新陸早73號分別降低2.66%～6.38%和2.77%～8.69%。在花后45 d，新陸早50號和新陸早73號D2處理中部和上部果枝體積分別降低10.64%～15.47%和0.96%～3.57%，D1處理中上部果枝棉鈴體積與對照差異不顯著。新陸早50號各處理棉鈴直徑下部果枝最高，新陸早73號則是中部果枝；新陸早50號對照和D1處理棉鈴體積呈上部 > 中部 > 下部，D2處理呈中部 > 下部 > 上部，新陸早73號各處理體積均呈中部 > 上部 > 下部；2個品種中下部果枝鈴長均高于上部果枝。在花后45 d，在同一滴灌量下，新陸早73號中上部果枝棉鈴長度、直徑和體積明顯高于新陸早50號。圖3

2.2 花鈴期水分虧缺對不同部位果枝棉鈴各組分干物質(zhì)的影響

研究表明，2個品種棉鈴干重表現(xiàn)為棉籽 > 纖維 > 鈴殼，各處理棉纖維和棉籽重在花后38 d內(nèi)快速增長，鈴殼重在花后31 d內(nèi)快速增長，后期呈下降趨勢。棉纖維和棉籽重均表現(xiàn)為CK > D1> D2，鈴殼重則相反。品種間，新陸早73號棉籽干重顯著高于新陸早50號。圖4

研究表明，2個品種不同部位果枝纖維、棉籽和鈴殼重均呈“S”型曲線增長。在花后45 d，2個品種中部和上部果枝棉籽重差異較明顯，新陸早50號D1和D2處理較對照分別下降8.9%～20.71%和11.53%～20.73%；新陸早73號D1和D2處理較對照分別下降8.96%～16.24%和10.21%～17.06%。各部位果枝棉纖維和鈴殼重及下部果枝棉籽重與對照差異不顯著，呈CK > D1> D2的規(guī)律。2個品種纖維和棉籽重上部果枝最高，其次是中下部果枝，新陸早50號鈴殼重表現(xiàn)為中部 > 下部 > 上部，新陸早73號則是上部 > 下部 > 中部。在花后45 d，在同一滴灌量下，新陸早73號中上部果枝棉籽重及上部果枝鈴殼重高于新陸早50號。圖5

2.3 花鈴期水分虧缺對不同部位果枝產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

研究表明，2個品種不同部位果枝產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素因滴灌量、品種和部位而異。2個品種D2處理單株鈴數(shù)與對照差異顯著，新陸早50號下部和上部果枝分別下降29.31%和40.91%，新陸早73號上部果枝下降46.43%。新陸早50號D2處理下部果枝單鈴重較對照下降15.4%。新陸早50號D2處理中部和上部果枝衣分分別下降2.32%和1.66%，新陸早73號D2處理中部和上部果枝衣分分別下降2.43%和2.82%。新陸早50號D2處理下部、中部和上部果枝籽棉產(chǎn)量分別下降12.5%、13.48%和15.67%，新陸早73號D2處理下部、中部和上部果枝籽棉產(chǎn)量分別下降12.69%、11.9%和18.21%。D2處理下，上部果枝單株鈴數(shù)、中上部果枝衣分及各部位果枝籽棉產(chǎn)量更易受到影響。表2

表2 花鈴期水分虧缺下不同部位果枝棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化Table 2 Effects of water stress during flowering and boll-setting period on yield and yield components on different fruiting branches of cotton

2.4 花鈴期減量滴灌下棉花性狀指標(biāo)的相關(guān)性

研究表明，2個品種棉鈴體積、長度、直徑、棉籽和纖維干物質(zhì)量均隨滴灌量減少呈下降趨勢，鈴殼干物質(zhì)量隨滴灌量減少呈上升趨勢。新陸早50號和新陸早73號棉鈴體積(R2=0.986 8、R2=0.983 5)和纖維干物質(zhì)(R2=0.999 3、R2=0.988 1)與滴灌量存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，新陸早50號棉鈴長度(R2=0.834)與滴灌量相關(guān)性不顯著。圖6

水分虧缺處理后，籽棉產(chǎn)量與單鈴重、纖維和棉籽重呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.96、0.83和0.84。其中纖維和棉籽重相關(guān)系數(shù)為0.97，且均與鈴殼重呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.91、0.9。鈴殼/棉鈴比值、纖維/棉鈴和棉籽/棉鈴比值均互為顯著的正相關(guān)，其中前兩者呈極顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.96。鈴殼與棉纖維密切相關(guān)，鈴殼干物質(zhì)積累有利棉纖維發(fā)育，提高產(chǎn)量。表3

表3 減量滴灌后棉鈴指標(biāo)與產(chǎn)量的相關(guān)性Table 3 Correlation between boll index and seed yield per plant after drip irrigation

3 討 論

2個品種各處理棉鈴體積、鈴長、直徑及其組分變化規(guī)律相似。這與徐敏[16]和毛廷勇[11]等研究結(jié)果一致，決定棉鈴發(fā)育的根本因素在于品種遺傳特性，外界條件對其具有一定的影響，但不能改變其總體趨勢。

棉鈴體積主要因棉鈴長度和直徑的增大而增加。陳源等[17]對常規(guī)陸地棉研究發(fā)現(xiàn)，棉鈴長度、直徑和體積分別在花后0～30 d、0～30 d和0～20 d增長較快，其中棉鈴長度對體積影響較大。而試驗(yàn)2個品種棉鈴長度、直徑和體積在花后17～24 d快速增長，得出棉鈴直徑對體積影響顯著，這與王修山[18]等研究結(jié)果相同。其中，2個品種水分虧缺處理中上部果枝棉鈴直徑和體積差異明顯，中部和上部果枝棉鈴直徑降低4%～8.69%，體積降低0.96%～15.47%，新陸早50號棉鈴體積下降更為明顯。這可能是干旱促進(jìn)光合產(chǎn)物向下部器官分配，為后期棉鈴發(fā)育提供了充實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。

棉鈴干重與棉鈴的形態(tài)指標(biāo)有著密切的關(guān)系，毛廷勇等[11]認(rèn)為，鈴長對單鈴干物重的影響最大，其次是棉鈴體積和直徑，而試驗(yàn)結(jié)果不完全相同，鈴直徑對單鈴干物重(鈴殼、棉籽和纖維重)影響最顯著，其次是體積和長度，這可能是品種特性造成的。棉鈴各組分干物質(zhì)積累分配中，纖維和種子作為棉鈴經(jīng)濟(jì)系數(shù)的重要組成部分[10]。試驗(yàn)棉鈴各組分干重表現(xiàn)為棉籽 > 纖維 > 棉殼，這與徐敏等[16]研究結(jié)果一致。鈴殼在棉鈴的整個發(fā)育過程中起著“中轉(zhuǎn)站”的作用[20]。徐立華等[10]研究認(rèn)為，在鈴齡22～28 d鈴殼干重達(dá)最大值，后期逐漸下降，試驗(yàn)結(jié)果接近，2個品種鈴殼重在花后24 d達(dá)到最大值，后期呈下降趨勢。棉纖維及棉籽重各處理在花后38 d達(dá)到最大值，這與馮艷波[9]結(jié)論相符。水分虧缺限制了葉片光合產(chǎn)物的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)，將影響棉鈴的發(fā)育，最終不利于纖維的發(fā)育[21]。試驗(yàn)隨著滴灌量減少，纖維重呈下降趨勢。2個品種中上部果枝棉籽與對照差異明顯，D1和D2處理較對照分別下降8.9%～20.71%和10.21%～20.73%；其中，新陸早73號中上部果枝棉籽重高于新陸早50號，可能是水分虧缺不利于中上部果枝棉籽發(fā)育，且新陸早50號是敏旱品種的原因。

劉昭偉等[2]研究發(fā)現(xiàn)，花鈴期土壤持續(xù)干旱顯著降低棉花鈴數(shù)、鈴重和成鈴率，導(dǎo)致棉花產(chǎn)量降低，其中對成鈴的時空動態(tài)影響主要是在上部果枝。研究結(jié)果也表明，水分虧缺后棉花的成鈴數(shù)和皮棉產(chǎn)量均顯著下降，尤其是上部果枝。新陸早50號和新陸早73號D2處理下部、中部和上部果枝籽棉產(chǎn)量分別下降12.5%、13.48%、15.67%和12.69%、11.9%、18.21%。這是由于干旱嚴(yán)重影響凈光合強(qiáng)度，非結(jié)構(gòu)碳水化合物含量下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降[22]。干旱條件下棉鈴發(fā)育主要受庫強(qiáng)度的影響，碳首先供給老鈴，干旱促進(jìn)了老鈴的碳分配，并且上部果枝棉鈴經(jīng)歷了更長的干旱時間[23]。

4 結(jié) 論

4.12個品種棉鈴體積、鈴長和直徑在花后24 d增長較快，棉鈴直徑是影響棉鈴干重的重要因素。

4.22個品種棉鈴各組分干重表現(xiàn)為棉籽 > 纖維 > 棉殼，鈴殼、棉纖維及棉籽干重分別在花后31、38和38 d趨于平穩(wěn)。水分虧缺不利于中部和上部果枝棉籽發(fā)育，D1和D2處理較對照分別下降8.9%～20.71%和10.21%～20.73%，新陸早50號降幅更明顯。

4.32個品種D2處理上部果枝籽棉產(chǎn)量易受水分虧缺影響，下降15.67%～18.21%。D1處理與對照各部位果枝成鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量差異不顯著，均高于D2處理，2 050 m3/hm2(D1)可作為應(yīng)對花鈴期供水不足的參考滴灌量。