無膜棉‘中619’不同品系SPAD值與產量品質的關系

李田甜，向為民，胡宇凱，陳國棟，郭子軒，曹娟，李浩，田玉剛

（塔里木大學農學院，新疆 阿拉爾 843300）

新疆土地面積遼闊，具有獨天得厚的自然資源，因此為棉花的生長發育創造了良好的條件。新疆棉花產業的快速發展，使其成為我國最大的棉產區，新疆棉花的種植總面積大約占新疆全年經濟作物種植總面積的一半以上［1］。在棉花產業發展的同時對地膜覆蓋技術貢獻也逐漸增大，地膜覆蓋技術的研究及應用推廣能夠很好地增加農作物的產量［2］。地膜覆蓋不僅提高了農田地溫，減少了農田土壤水分的大量蒸發，同時也保持了農田土壤的墑情，繼而大大增加了棉花的產量［3］。覆膜栽培技術現已大面積普及，然而在提高經濟效益的同時，也直接加劇了殘膜污染。新疆兵團的殘膜污染面積2020年己經首次達到了6×105hm2，占到了新疆兵團地區耕地種植總面積的60%［4］。根據新疆農業土壤環境監測管理部門的相關調查研究，結果表明，由于地覆膜種植技術在新疆全域范圍內已得到了廣泛應用，目前新疆已成為我國最大最具規模的地膜污染區［5］。無膜棉的推廣與應用將徹底解決國內棉田殘膜污染的問題，防止耕地資源質量下降，推動棉花產業向綠色可持續發展方向轉型［6］。

無膜棉由于采用裸地栽培方式，與有膜棉存在較大差異，但相同的是它們的最終目的皆為提高棉花的高產潛力。植物體中的葉綠素相對含量（SPAD）與植物進行光合作用和吸收營養的效率密切相關。SPAD值比較高的葉片可以更加充分利用光能進行有效的光合作用，制造出更多的光合產物。相反，SPAD值含量低的葉片光合功能差，干物質積累量少，葉片也存在過早衰老的現象［7］。在多種作物上，SPAD值測量簡單方便，且與作物葉片的葉綠素有一定的相關性［8-10］。棉花SPAD值和產量之間同時也存在著協同效應［11］，而目前對于棉花SPAD值和棉花品質間關系的研究較少。因此，本試驗主要以4個‘中619’品系無膜栽培為基礎，于不同時期測定葉片SPAD值，收獲后測定產量及纖維品質，研究無膜栽培下棉花SPAD值與無膜棉產量、品質的關系，旨在找到適合南疆棉花無膜栽培的適宜品系，探討無膜栽培的可行性，為南疆棉花無膜栽培高效種植技術提供理論和技術支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020年在新疆阿拉爾市塔里木大學農學教學科研實踐基地（40°32′42″N，81°18′53″E）進行。試驗地屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，年均氣溫11.3℃，日照時數約3 000 h，無霜期為180～221 d，年平均降水量50 mm，而年蒸發量卻高達2 218 mm。光熱資源豐富，為純灌溉農業區，主栽作物有棉花和紅棗等。試驗區土壤質地為砂壤土，氣候干燥，年降水量稀少，熱量豐富，光照充足，溫差較大，適宜于喜溫植物生長，是新疆主要的產棉區之一。

1.2 試驗設計

以中國農業科學院棉花研究所早熟課題組提供的短季棉早熟品系‘中619’‘中619’-1、‘中619’-2和‘中619’-4共4個品系為供試品種，試驗設計為單因素隨機區組設計，采用無膜栽培方式，于2020年4月19 日播種。設‘中 619’‘中 619’-1、‘中 619’-2、‘中619’-4共4個處理，每個處理重復3次，共計12個小區，每個小區面積為66.7 m2。灌溉方式為滴灌，其余管理為大田統一管理。

1.3 測定內容與方法

SPAD值：于棉花苗期開始，在各小區中選朝向和長勢基本一致、無病蟲害、無生理病斑的棉花標記5株，選擇天氣晴朗，日均溫度在30℃左右時，在12：00—15：00時間段內，采用Spad-502型葉綠素測定儀測定每個棉株倒三葉的SPAD值，測定時避開葉脈，選取底部、中部和頂部葉片的平均值。從棉花苗期開始進行多次測量，直到生育期結束。

棉花產量：小區產量分霜前和霜后兩次收取，以實收計產。

棉花品質：每小區采收棉株中部花50朵，進行纖維品質檢測，包括馬克隆值、上半部均長、斷裂比強度、整齊度指數和伸長率。

1.4 數據分析

采用Microsoft office Excel 2016進行數據處理，DPS 9.01統計軟件進行方差分析，SPSS 26進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 ‘中619’不同品系棉花SPAD值變化比較

如圖1所示，棉花SPAD值隨生育進程大致呈先升高后降低再升高的趨勢，在苗期階段（5月11日—5月30日）無明顯的差異，蕾期階段（6月11日—6月20日）SPAD值升高，之后又開始下降。在初花期（7月1日—7月9日）各品系SPAD值降低至45左右。在初花期后，各品系SPAD值開始升高，花鈴期（7月22日—8月26日）各品系SPAD值得均有較多的升高，后隨著進入吐絮期（9月30日至收獲），棉花開始衰敗，SPAD值也隨之有所降低。其中‘中619’在蕾期SPAD值達到最高且遠高于其他三個品系，為70.03；‘中619’-1在苗期與花鈴期時SPAD值相比其他品系較高。‘中619’-2在吐絮期達到最大；‘中619’-4在整個生育期過程中SPAD值都要較低于其他品系。

圖1 不同棉花品系的SPAD值隨時間的變化趨勢

2.2 ‘中619’不同品系棉花產量比較

產量既是農業生產者追求的主要目標之一，也是棉花栽培品種優劣的主要指標之一［12］。由圖2可知，在相同管理條件下‘中619’和‘中619’-4間產量存在顯著差異。‘中619’產量最高為5 546.5 kg/hm2，其次‘中619’-1產量為5 230.9 kg/hm2，‘中619’-2產量為 5 102.0 kg/hm2，‘中 619’-4 產量最低為 4 975.5 kg/hm2，棉花生物產量從大至小依次為‘中619’>‘中619’-1>‘中619’-2>‘中 619’-4。

圖2 無膜栽培下4個棉花品系的產量表現

2.3 ‘中619’不同品系棉花纖維品質比較

2.3.1 馬克隆值

馬克隆值愈大，表示棉纖維越粗，也表示纖維的成熟度越高，馬克隆值過高影響成紗強力，而過低則易產生有害疵點，不易染色。國際上稱3.7～4.2為最優馬克隆值范圍。由表1可知，各品系馬克隆值居于4.95～5.25之間，品系間不存在顯著差異，具體表現為：馬克隆值最高的品系是‘中619’-1，為5.23；最低的品系是‘中619’-4，為4.96；兩者相差0.27。按照國家細絨棉標準，B級取值范圍為3.5～3.6和4.3～4.9，C級取值范圍為3.4及以下和5.0及以上。其中‘中619’-4馬克隆值屬于B級，其它三個品系均為C級。

2.3.2 纖維上半部平均長度

纖維的上半部平均長度與其紡紗品質的關系非常緊密，當其它品質相同時，纖維愈長，其紡紗支數也愈高。由表1可知，不同品系之間上半部平均長度無顯著差異。各品系之間表現為‘中619’-4上半部平均長度最長，為29.78 mm，‘中619’上半部平均長度最短，為28.88 mm。‘中619’-1和‘中619’-2兩個品系的上半部平均長度介于29～29.5 mm之間，上半部平均長度分別為29.12 mm和29.24 mm。

2.3.3 整齊度

整齊度指數表明纖維中長纖維數量越多，纖維的一致性越好。由表1可知，‘中619’-1與‘中619’‘中619’-4間整齊度指數存在顯著差異。整齊度指數最高的是‘中619’-1品系，為86.10%，其次為‘中619’-2，整齊度指數為84.97%，再次為‘中619’-4，整齊度指數為84.40%，整齊度指數最低的是‘中619’品系，為84.17%。

2.3.4 斷裂比強度

斷裂比強度指拉伸一根或一束纖維在即將斷裂時所能承受的最大負荷，單纖維強度因品種不同而存在差異。由表1可知，不同品系之間的斷裂比強度總體上保持27～30 cN/tex之間。‘中619’和‘中619’-1間存在顯著差異。斷裂比強度最高的品系是‘中619’-1，強度值為29.16 cN/tex，斷裂比強度最低的是‘中619’，強度值為27.5 cN/tex，強度差別為 1.66 cN/tex。‘中 619’-2 的棉花強度值為28.65 cN/tex，‘中619’-4的棉花強度值為28.39 cN/tex。

2.3.5 伸長率

纖維的斷裂伸長率是決定纖維加工條件及其制品使用性能的重要指標之一。從表1可知，不同品系之間伸長率無顯著差異。‘中619’-2伸長率最大，為8.83%，‘中619’-1伸長率最小，為7.33%，‘中619’伸長率為8.17%，‘中619’-4伸長率為8.53%。

表1 ‘中619’不同品系棉花纖維品質比較

2.4 不同生育時期棉花SPAD值與產量品質的相關分析

由表2可知，初花期、花鈴期SPAD值與產量呈顯著正相關，關聯系數分別為0.89和0.90。說明初花期和花鈴期無膜棉SPAD值越高，無膜棉產量越高。在其他生育時期無膜棉的SPAD值與棉花產量也存在著正相關，但相關性較小。

表2 不同生育時期段棉花SPAD值與產量品質的相關系數

在苗期、花鈴期棉花SPAD值與馬克隆值呈顯著正相關，說明在苗期、花鈴期棉花SPAD值越高，馬克隆值越高，表現為棉花品質越差；在花鈴期棉花SPAD值與纖維上半均長呈顯著負相關，說明在花鈴期棉花SPAD值越高，纖維上半均長越短，棉花品質越差；在蕾期棉花SPAD值與整齊度呈顯著正相關，說明蕾期棉花SPAD值越高，棉花纖維整齊度越好，棉花品質越好；在初花期棉花SPAD值與斷裂比強呈顯著負相關，說明初花期棉花SPAD值越高，棉花纖維斷裂比強越弱，棉花品質越差；在蕾期棉花SPAD值與伸長率呈顯著負相關，說明蕾期棉花SPAD值越高，棉花纖維伸長率越弱，棉花品質越差。

3 討論

新疆棉花地膜覆蓋技術被大面積推廣應用，棉花地膜覆蓋栽培在提高農業生產力和促進農民增收方面發揮了積極作用，然而提高效益的同時也付出了慘重的生態代價，地膜持續的使用與殘膜回收技術的相對滯后，致使土壤中殘膜量逐年增加，造成土壤結構板結、耕地質量下降、出苗困難，生態環境嚴重破壞等一系列問題，嚴重制約了新疆農業的可持續發展，探索無地膜棉花栽培技術體系是解決棉田殘膜污染的最直接措施。本試驗通過研究‘中619’‘中619’-1、‘中619’-2和‘中619’-4的SPAD值與產量和品質間的關系，得出適宜在南疆種植的無膜栽培品系為‘中619’-1。

王潭剛［13］在研究中得出棉花葉片SPAD值與產量之間呈正相關，在本試驗中無膜棉SPAD值和產量之間存在著協同效應，與其結果一致。彭小峰等［14］研究表明棉花葉片SPAD值在蕾期和花鈴期表達量高于其他時期，這與本試驗研究結果相似。本試驗中不同品系SPAD值在蕾期和花鈴期達到最大值。SPAD值與品質的相關性結果表明，苗期、花鈴期棉花SPAD值越高，馬克隆值越高；初花期和花鈴期SPAD值越高，無膜棉產量越高。花鈴期棉花SPAD值越高，纖維上半均長越短；蕾期棉花SPAD值越高，棉花纖維整齊度越好；初花期棉花SPAD值越高，棉花纖維斷裂比強越弱。綜合得出無膜棉在初花期至花鈴期這一生育階段棉花SPAD值與棉花產量及品質間存在著緊密聯系，需要加強這段生育時期的田間管理，才能生產出高產優質的棉花。

4 結論

本試驗中，產量最高的品系是‘中619’，產量最低的是‘中619’-4。4個品系的馬克隆值、纖維上半均長和伸長率并不存在顯著性差異，而不同品系的整齊度、斷裂比強存在顯著性差異，整齊度指數最高的是‘中619’-1，整齊度指數最低的是‘中619’；斷裂比強度最高的品系是‘中619’-1，斷裂比強度最低的品系是‘中619’。

在苗期、花鈴期棉花SPAD值越高，馬克隆值越高；在蕾期棉花SPAD值越高，棉花纖維整齊度越好；初花期棉花SPAD值越高，纖維斷裂比強越弱；在花鈴期棉花SPAD值越高，纖維上半均長越短；在初花期和花鈴期無膜棉SPAD值越高，無膜棉產量呈增加趨勢。‘中619’-1品系的纖維品質性狀和產量均表現為較佳，適宜南疆地區棉花無膜栽培。由于本試驗是無膜滴灌棉花探索性試驗，而棉花生長及產量品質也會隨著不同氣候變化在年際間存在差異，還需開展進一步的相關試驗研究。