不同密度下南疆陸地棉鈴形及各組分干物質(zhì)發(fā)育規(guī)律

宋 佳, 何良榮, 郭金成, 郭偉鋒, 胡守林, 曹新川

(塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆阿拉爾 843300)

作物生產(chǎn)是群體生產(chǎn)的過程,群體內(nèi)各個體間相互獨立又密切聯(lián)系,作物高產(chǎn)是群體數(shù)量和質(zhì)量相互協(xié)調(diào)的結(jié)果[1-3],作物群體質(zhì)量受播期、密度、施肥等栽培措施的影響[4-6]。合理密植是作物高產(chǎn)的重要技術(shù)措施[7],研究種植密度對作物群體干物質(zhì)累積的影響對作物產(chǎn)量提高具有重要意義。

棉鈴作為棉花生產(chǎn)中重要的經(jīng)濟產(chǎn)物[8],是由鈴殼、纖維和棉籽組成。棉纖維的產(chǎn)量及品質(zhì)與品種遺傳和環(huán)境因素密切相關(guān),適宜的密度有助于改善棉株的通風(fēng)透光情況,提高光合利用率,密度過高容易導(dǎo)致棉株生長發(fā)育受阻、產(chǎn)量下降。馮艷波等研究發(fā)現(xiàn),正常播種情況下纖維、棉籽干物質(zhì)累積量分別在開花后16～52、13～53 d快速增加,鈴殼干物質(zhì)量在22～28 d達到最大值,棉纖維和棉籽干物質(zhì)在花后45 d左右達到最大值[9]。棉鈴變化不僅表現(xiàn)為內(nèi)部充實物的變化,也表現(xiàn)為外在體積的變化;而體積變化則具體表現(xiàn)為鈴縱徑和鈴橫徑的變化。劉萍等研究發(fā)現(xiàn),棉鈴體積、鈴縱徑和鈴橫徑在30～35 d趨于穩(wěn)定,10～20 d橫徑增長最快,20～30 d體積和縱徑增長最快[10]。王修山等用方程模擬推測出鈴縱徑是影響鈴質(zhì)量最顯著的指標(biāo)[11]。棉鈴鈴部性狀特征前人已做大量試驗,但因區(qū)域、品種遺傳、栽培方式等不同而出現(xiàn)差異。本試驗通過研究3種密度下28個陸地棉材料棉鈴各組分干物質(zhì)的累積規(guī)律和鈴形性狀變化規(guī)律,以期為新疆南疆陸地棉高產(chǎn)栽培及新品種選育提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 試驗材料

本試驗材料為7個親本:新陸中37、99B/R9、新陸中51、德0905/R2//無號卡、德0905/R2、新宇7號/R6、德0905/R2//新宇7號/R6,以Griffing-Ⅱ方式配置雜交種21個。

1.2 試驗方法

2021年4月13日將7個親本及F1代種植于新疆阿拉爾市12團11連。本試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)置3次重復(fù),小區(qū)行長4 m,株行比配置為(10+66+10+66+10)cm。種植方式為人工點播。分別設(shè)置高密度(24萬株/hm2)、中密度(18萬株/hm2)和低密度(12萬株/hm2),肥水管理同大田生產(chǎn)。

7月11日選取當(dāng)日盛開的花統(tǒng)一掛牌,5、10、15、20、25、30、40、50 d在每個小區(qū)隨機取9個棉鈴,用排水法測定鈴體積,游標(biāo)卡尺測定鈴縱徑(棉鈴鈴尖到基部),最大粗徑為鈴橫徑;室內(nèi)分解為鈴殼、纖維和棉籽,將鮮樣置于 105 ℃烘箱中殺青 0.5 h,然后將溫度調(diào)至80 ℃烘至恒質(zhì)量,稱各組分干質(zhì)量。

1.3 分析方法

利用Logistic曲線擬合棉鈴各部分干物質(zhì)及鈴形性狀,并估算方程的累計特征值Wm、速度特征值(最大累積速率vm以及出現(xiàn)時間t0)、時間特征值(進入快增期時間t1和結(jié)束快增期時間t2、快增期的持續(xù)時間Δt)[12]。利用Origin 2019和DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度下陸地棉單鈴不同發(fā)育時期各組分干質(zhì)量變化趨勢

由圖1可知,高、中、低3種密度下棉鈴各組分干質(zhì)量變化趨勢基本相似。鈴殼干質(zhì)量在5～30 d生長速度較快,且在30 d達到最大值,之后由于同化物質(zhì)向種子、纖維輸送,干質(zhì)量逐漸下降,最終干質(zhì)量表現(xiàn)為中密度處理>低密度處理>高密度處理。3種密度處理的纖維干質(zhì)量在5～20 d生長緩慢,20～25 d生長速度略有上升,25～30 d生長速度加快,幾乎呈直線增長,30～50 d纖維干質(zhì)量持續(xù)增加,最終低密度處理干物質(zhì)量大于中密度處理,但生長速度卻慢于中密度處理,可能是因為棉鈴在50 d已經(jīng)進入吐絮期,但還沒有達到完全成熟的程度;高密度處理生長起始質(zhì)量雖然高于中密度和低密度處理,但最終積累量低于中密度和低密度處理。3種密度處理的棉籽干質(zhì)量在5～10 d生長緩慢,高密度處理10～25 d生長速度加快,幾乎呈直線增長,25～50 d生長速度略有下降;中密度處理10～50 d基本呈直線增長;低密度處理10～30 d生長速度明顯增大,幾乎呈直線增長,30～50 d生長速度略有降低,棉籽干質(zhì)量最終表現(xiàn)為中密度處理>低密度處理>高密度處理。鈴殼作為源頭將光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運到纖維和棉籽,干質(zhì)量先增加后下降;纖維干物質(zhì)量在不同密度處理的變化趨勢基本相同,低密度處理增質(zhì)量快于中密度處理,中密度處理又快于高密度處理,最終干質(zhì)量亦如此;棉籽的干物質(zhì)量在中密度處理增加速度最快, 可能是由于密度適中,營養(yǎng)物質(zhì)有效運輸,導(dǎo)致棉籽干物質(zhì)累積速度快,最終干物質(zhì)量最大。

2.2 不同密度下陸地棉單鈴不同發(fā)育時期鈴形性狀變化趨勢

棉鈴鈴形性狀變化趨勢如圖2所示。高密度下,5～25 d體積生長速度較快,幾乎呈直線增長并在25 d達到最大值,25～40 d體積略有下降,可能是由于棉鈴內(nèi)部含水量逐漸減少,40～50 d體積基本不變;鈴縱徑在5～25 d呈上升趨勢,25～50 d略有上升;鈴橫徑在5～25 d呈上升趨勢,25～30 d呈下降趨勢,30～50 d基本保持不變。中密度處理的體積在5～25 d呈直線增長,25～30 d減小,30～50 d 略有上升;鈴縱徑在5～25 d生長較快,25～30 d 生長緩慢,30～50 d略有上升;鈴橫徑在5～20 d 呈上升趨勢,20～25 d略有下降,25～50 d繼續(xù)增加。低密度處理的體積在5～25 d生長速度較快,幾乎呈直線增長,25～40 d生長緩慢,40～50 d下降;鈴縱徑在5～20 d生長較快,20～25 d基本持平,25～30 d略有上升,之后基本保持不變;鈴橫徑5～25 d呈直線增長,25～40 d緩慢下降,40～50 d緩慢上升。結(jié)果表明,3種密度處理的鈴體積、鈴縱徑和鈴橫徑均在5～25 d快速增長,30 d后趨于穩(wěn)定,50 d的鈴體積、鈴縱徑表現(xiàn)為低密度處理>中密度處理>高密度處理,鈴橫徑為低密度處理>高密度處理>中密度處理。

2.3 不同密度下陸地棉單鈴各組分干質(zhì)量生長特征值差異

由表1可知,不同密度棉鈴各組分干物質(zhì)累積呈“S”形曲線,且Logistic方程擬合均達極顯著水平(P<0.01)。各處理的鈴殼最大累積量為1.73～1.86 g,隨著密度降低而增加。速度特征值表明,最大生長速率出現(xiàn)時間隨密度降低而增加,在低密度處理達到最大值(13.12 d),與中密度處理無顯著差異(P>0.05),與高密度處理存在極顯著差異;高密度和低密度處理的最大累積速率無顯著差異,與中密度處理存在極顯著差異。時間特征值表明,3種密度處理的時間特征值存在極顯著或顯著差異,中密度處理進入快增期時間最早, 結(jié)束快增期時間最晚,持續(xù)時間最長。

表1 不同密度處理陸地棉單鈴各組分干物質(zhì)生長特征值比較

纖維干物質(zhì)的最大生物累積量隨密度降低呈先上升后下降的趨勢,但無顯著差異。速度特征值中,最大累積速率出現(xiàn)時間隨密度降低而降低,低密度處理出現(xiàn)時間最早,為31.29 d,與高密度處理出現(xiàn)的最晚時間33.24 d存在極顯著差異;最大累積速率隨密度降低而上升,且各密度處理間存在極顯著差異,低密度處理最大,為0.12 g/d。時間特征值上,進入快增期的時間無顯著差異,均在23 d左右,高密度處理快增期持續(xù)時間最長,但由于密度過高,累積速率較慢,最終累積量最低。中密度處理快增期持續(xù)時間適中,累積量最大,這可能與棉花種植密度有關(guān),適宜的密度有利于干物質(zhì)累積。低密度條件下棉花營養(yǎng)供應(yīng)充足,快增期持續(xù)時間最短。

不同密度下棉籽干物質(zhì)的生長特征值存在顯著或極顯著差異,表明密度會影響棉籽的生長發(fā)育。高密度處理最大累積量和最大累積速率均最小,且與中密度處理存在極顯著差異;進入快增期時間最快,與低密度處理無顯著差異,與中密度處理存在極顯著差異;快增期持續(xù)時間最長,為 21.99 d,與低密度處理存在顯著差異。中密度處理的最大累積量最大(2.53 g),最大累積速率極顯著高于高密度處理,與低密度處理無顯著差異,最大累積速率出現(xiàn)時間和結(jié)束快增期時間均晚于其他2個密度;低密度處理結(jié)束快增期時間均較早,持續(xù)時間最短,最大累積量適中。

2.4 不同密度處理陸地棉單鈴鈴形性狀生長特征值差異

對不同密度處理棉鈴體積進行Logistic方程擬合,結(jié)果見表2。不同密度處理的擬合結(jié)果均較好,達到了極顯著水平。最大累積量在23.99～25.46 cm3之間,隨著密度增加呈下降趨勢,各密度處理之間存在極顯著差異。高密度處理的最大累積速率出現(xiàn)時間在13.14 d,與低密度處理存在顯著差異;最大累積速率為1.85 cm3/d,與其他2個密度處理無顯著差異;進入快增期較晚,結(jié)束時間較早,快增期持續(xù)時間較短。中密度處理最大累積速率出現(xiàn)時間較早,最大累積速率適中,進入快增期時間較早。低密度處理最大累積速率出現(xiàn)時間均晚于中密度和高密度處理,最大累積速率小于中密度和高密度處理,快增期持續(xù)時間最長。體積累積量和快增期持續(xù)時間表現(xiàn)為低密度處理>中密度處理>高密度處理。

表2 不同密度處理陸地棉單鈴體積生長特征值差異比較

對不同密度鈴處理的縱徑、鈴橫徑進行Logistic方程擬合,結(jié)果見表3。不同密度處理擬合結(jié)果均較好,達極顯著水平。鈴縱徑在高密度處理的最大累積量為45.36 mm,與中密度處理無顯著差異,與低密度處理存在極顯著差異;最大累積速率出現(xiàn)時間最晚;最大累積速率與其他2個密度處理無顯著差異。中密度處理的最大累積量最小,為 45.33 mm;最大累積速率出現(xiàn)時間較早,與低密度處理無顯著差異,與高密度處理存在極顯著差異;最大累積速率最大,為2.58 mm/d。低密度處理的最大累積量最大(46.03 mm),快增期持續(xù)時間最長,達到12 d。

表3 不同密度處理陸地棉單鈴縱徑、橫徑生長特征值差異比較

高密度處理的鈴橫徑最大累積量為33.17 mm,與中密度處理相同,與低密度處理無顯著差異;最大累積速率出現(xiàn)時間均較中密度和低密度處理晚;最大累積速率與中密度處理相同,較低密度處理小,快增期進入和結(jié)束時間均較晚。中密度處理快增期持續(xù)時間最長。低密度處理的最大累積量、最大累積速率出現(xiàn)時間和快增期持續(xù)時間均低于中密度和高密度處理,最大累積速率高于其他2個密度處理。

3 討論

種植密度決定著群體數(shù)的大小,影響棉花個體生長發(fā)育和競爭、產(chǎn)量形成以及品質(zhì)提升[13-14]。棉鈴是協(xié)調(diào)棉花源庫關(guān)系的主要器官,在發(fā)育早期,鈴殼主要作為庫接受葉輸送的光合產(chǎn)物,后期將光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運到纖維和棉籽,與自身生長發(fā)育存在競爭關(guān)系。干物質(zhì)作為產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),其物質(zhì)累積與合理分配是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵[15]。

棉鈴的生長發(fā)育與環(huán)境密切相關(guān),不同的環(huán)境不僅影響棉鈴的數(shù)量與質(zhì)量,還調(diào)節(jié)植株營養(yǎng)運輸情況[16-17]。本試驗棉鈴各組分(鈴殼、纖維和棉籽)和鈴形性狀(體積、長和直徑)在3種密度的生長趨勢基本相同,表明外界條件對棉鈴的生長發(fā)育具有一定的影響,但不改變總體趨勢,這一點與薛曉萍等的研究結(jié)果[18-19]一致。徐敏等研究發(fā)現(xiàn),鈴殼干物質(zhì)累積量前期較多,分配比例在前期占有絕對優(yōu)勢,之后迅速下降[20]。本研究也印證了這一規(guī)律,鈴殼30 d即可達到最大值,之后緩慢下降;纖維和棉籽干物質(zhì)量30～50 d快速增加,幾乎呈直線增長;體積、鈴縱徑和橫徑0～25 d生長較快,25～50 d在一定范圍內(nèi)波動。環(huán)境中充足的水分會影響棉鈴體積的增大[21-22],水分變少會導(dǎo)致棉鈴體積減小[23]、鈴殼變薄[24-25]。本試驗與前人研究結(jié)果基本相同,在高密度下,鈴殼干質(zhì)量和體積均最小。徐乃銀等認為棉鈴體積、鈴橫徑和鈴縱徑與鈴質(zhì)量之間都存在極顯著正相關(guān)關(guān)系[26],因此在陸地棉品種選育時可以有目的地選擇棉鈴縱徑、橫徑和體積均較大的。中密度處理的纖維最終干質(zhì)量小于低密度處理,可能是因為最后一次取樣時,雖然棉花生育期進入吐絮期,但還沒有達到完全成熟的程度。鈴殼和棉籽干質(zhì)量在中密度處理最大,低密度處理次之,高密度處理最小。

對不同密度鈴殼、纖維和棉籽進行Logistic方程擬合,棉鈴累積過程符合“S”形變化,擬合效果較好,均達到極顯著水平,這與前人研究結(jié)果[27-31]一致。本研究表明,鈴殼的累積早于種子和纖維的累積,且累積速度較快;鈴殼干物質(zhì)的累積集中在7～18 d,高密度、低密度處理進入快增期時間較晚,結(jié)束時間較早。與中密度處理相比,快增期持續(xù)時間短。不同密度處理的纖維、棉籽快增期分別為22～43、15～38 d,說明棉籽快速發(fā)育時間早于纖維發(fā)育。隨著密度降低,棉鈴體積增大,這與周治國等的研究結(jié)果[32]一致。棉鈴體積在開花受精后35 d內(nèi)增長較快,這與陳冠文等的研究結(jié)果[33]出現(xiàn)差異,可能與品種和所處環(huán)境有關(guān)。

4 結(jié)論

研究表明,棉鈴各組分和鈴形性狀的累積快慢不同,但生長趨勢基本相同。其中,鈴殼30 d即可達到最大值,之后緩慢下降;纖維和棉籽干物質(zhì) 30～50 d生長加快,幾乎呈直線增長。體積、縱徑和橫徑0～25 d生長較快,25～50 d在一定范圍內(nèi)波動。比較不同密度棉鈴各組分和鈴形性狀,低密度鈴殼累積量最大,最大累積速率出現(xiàn)時間最晚;棉籽和纖維在高密度處理快增期持續(xù)時間最長,中密度的累積量最大,纖維干物質(zhì)累積量無顯著差異,棉籽在高密度和中密度處理中存在極顯著差異。各密度間體積最大累積量和快增期持續(xù)時間存在極顯著或顯著差異,且低密度處理>中密度處理>高密度處理;鈴縱徑最大累積量在高密度和中密度處理無顯著差異,極顯著低于低密度處理;鈴橫徑特征值在3種密度下無顯著差異。不同密度特征值之間存在顯著或極顯著差異,表明陸地棉棉鈴發(fā)育不僅受材料遺傳特征影響,還受環(huán)境影響。在栽培上應(yīng)創(chuàng)造棉鈴發(fā)育的適宜環(huán)境條件,新疆南疆地區(qū)陸地棉栽培應(yīng)以中密度為主。