新疆阿拉爾墾區不同播期對棉花生長的影響

王文濤,吳 博,邰紅忠,練文明,戴翠榮,李雙江,蒲艷梅

(1.新疆生產建設兵團第一師農業科學研究所,新疆阿拉爾 843300;2.塔里木大學,新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】新疆棉區無霜期短,“促早”栽培是加快棉花生育進程的主要措施,而新疆春季氣溫多變,要做到“促早”栽培,必須適期早播[1-3]。新疆阿拉爾墾區地處塔克拉瑪干盆地邊緣,春季氣溫反復,變化幅度大,容易出現持續低溫的極端天氣,播種過早苗期易遭受低溫危害,播種過晚則熱量不足,易造成減產,棉纖維品質下降,研究不同播期對棉花生長的影響,對促進新疆阿拉爾墾區棉花高產栽培有重要意義。【前人研究進展】棉籽萌發要求最低溫度為10.5～12℃,長時間低于此溫度會使種子霉爛,造成發芽遲緩、發芽率低,降低棉苗株高,抑制根系生長[4-5],低溫強度和低溫持續時間是影響棉種出苗的重要因素[6],一般將當地表或膜下5 cm土層溫度穩定達到12～14℃時作為播種指標,新疆南疆播期為4月5日至15日,在4月20日之前播種結束[1],新疆阿拉爾墾區棉花播種時間一般為每年4月5～25日[1,7]。適期早播能夠有效延長棉花開花結鈴期,促進棉花優質高產[8],播期推遲則造成生育期延長,并使子棉產量、單株鈴數、衣分和霜前花率逐漸下降[9,10],播期對棉花產量、纖維品質的影響受到當地光熱條件和品種熟性的影響[11-13]。【本研究切入點】有關新疆阿拉爾墾區不同播期對棉花生長的影響研究未見文獻報道,需新疆阿拉爾墾區研究不同播期對棉花出苗、棉苗生長、生育期、農藝性狀、產量性狀、干物質量及纖維品質的影響。【擬解決的關鍵問題】設計5個播期的試驗,研究不同播期的對棉花出苗、苗期生長、產量、纖維品質的影響,分析適期早播與晚播對棉花生長造成的差異,為阿拉爾墾區棉花品種選擇、促早栽培等提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 棉花品種

2018年于十團十一連3-25南#地無病田進行,試驗品種為第一師陸地棉主栽品種J206-5。

2月18日春灌水,4月8日犁地,4月12日噴施封閉除草劑,4月13日耙地,基肥:尿素225 kg/hm2,磷酸二銨300 kg/hm2,鉀肥75 kg/hm2。采用機力鋪膜并覆土保墑,播前3 d,膜下5 cm日平均地溫穩定通過12℃,每個播期采用人工點播,1穴1粒。7月8日打頂,9月23日噴施脫葉劑(脫吐隆375 g/hm2,乙烯利1.2 kg/hm2),10月25日實收子棉。

1.1.2 試驗地氣象情況

4月下旬平均溫度17.9℃,并伴有少量降雨;5月平均溫度19.4℃,上中旬遭遇降溫天氣;6月平均溫度24.6℃,降雨量較大;7月平均氣溫25.7℃,氣溫較平穩;8月平均氣溫23.8℃,降雨量較往年偏多;9月平均氣溫18.7℃,較往年偏低,陰天居多,并伴隨少量降雨。圖1

注：HT 為最高溫度,LT 為最低溫度,MDT為平均溫度,MST為膜下5 cm土壤平均溫度

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

播期設置5個:4月14日、4月17日、4月20日、4月23日、4月26日,分別用T1,T2,T3,T4,T5代表,播種密度均為2.52×105株/hm2。采用完全隨機排列,3次重復,共計15個小區。每個小區面積34.2 m2,試驗地總面積513 m2。種植模式為1膜6行,行距為(66+10) cm,株距為11.5 cm。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 土壤溫度

使用溫度記錄器RC-5測定土壤5 cm地溫,每天08:00、14:00、18:00、02:00測量并記錄土壤溫度。

1.2.2.2 生育期

調查記錄各處理50%棉花出苗,第1、2、3片真葉展平,現蕾,開花,吐絮的日期。

1.2.2.3 苗 期

出苗率=出苗數/供試種子總數×100;

出苗速率=1/播種至出苗天數×100;

平均溫差=∑(日最高氣溫-日最低氣溫)/出葉天數。

1.2.2.4 農藝性狀

于5月25日選取各處理長勢均勻6個棉株,調查株高、主根長、節位、莖粗。于7月20日定點調查株高、葉齡、第一果枝節位、第一果枝節位高度、單株果枝臺數;于8月20日定點調查大鈴數、小鈴數、葉枝鈴數,每個小區連續調查10株。

1.2.2.5 產量性狀

于10月25日,每個小區分別取3行連續棉株,采收整株吐絮鈴30個,每個小區共計90鈴,用于測定鈴重、纖維品質分析;對各個處理分別取6.67 m2,調查收獲株數、總鈴數、吐絮鈴數、青鈴數、爛鈴數并進行子棉實收,并稱取1 kg籽棉測量衣分。

1.2.2.6 干物質累積

于5月25日對選取的6株棉苗,按根、莖、葉進行分樣,分別于6月20日、7月20日、8月20日、9月20日采樣,每小區取生長均勻一致的棉株3株,按主莖+果枝、葉片、蕾、鈴分樣,全部樣品采用105℃殺青30 min后,置于80℃烘干至恒重后,測定其干物質量。

1.2.2.7 纖維品質

取10月25日采收的棉樣30 g,由新疆生產建設兵團第一師農業科學研究所檢驗測試中心進行纖維品質檢測(HVICC校準),測定棉花上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值、成熟度、整齊度、斷裂伸長率共計6項指標。

1.3 數據處理

采用Excel與DPS數據分析系統進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對出苗的影響

研究表明,在不同播期條件下,出苗天數和出苗率差異顯著,隨播期推遲,出苗天數變短,出苗率提高,T5處理出苗用時天數最短,出苗率最高;出苗速率隨日均溫度升高逐漸提高。出苗率與出苗天數呈顯著負相關,與日均溫度和出苗速率呈極顯著正相關,日均溫度和出苗天數呈顯著負相關,出苗速率和日均溫度成顯著正相關,出苗有效積溫與任一指標不存在相關關系。在滿足出苗最低溫度的條件下,對出苗影響最大的是的日均溫度,日均溫度越高,出苗速率增加,出苗天數縮短,出苗率提高;出苗所用的時間越長,則出苗率越低。表1

表1 不同播期下棉花出苗變化

2.2 不同處理對棉花3葉期的影響

研究表明,各處理日均氣溫均在15 ℃以上,4月26日至5月8日呈現持續的降溫天氣,8日、9日的日最低溫度低于10 ℃,5月10日氣溫急劇回升,13日至22日再次呈現持續的降溫。圖1

由于不同處理出苗時間不同,出苗至第3片真葉展平所需時間為15～18 d,氣溫≥15℃的有效積溫為75.7～95.8℃。出苗至第1片真葉展平的有效積溫為27.8～47.8℃,用時7～8.7 d,第1～2片有效積溫為11.5～37℃,用時4～5.7 d,第2～3有效積溫為11～33.8℃,用時3.7～6 d,反映棉苗在第1片真葉展平后,出葉時間縮短,出葉的有效積溫變少。

T1、T2、T3在出苗至第1片真葉期間日均溫差較大,遇少量降雨,出葉較慢。第1～2片真葉期間,T4處理的日均氣溫、有效積溫較高,日均均溫差較大,棉苗在5月8日和9日分別遭遇日最低溫度9和8℃,低溫持續時間高于其他處理,出葉時間最長。第2～3片真葉期間,5月16日至21日出現持續降雨,降溫處于T4出葉的末期,日均溫度略高于T5,而降溫處于T5出葉前期,日均溫度最低,出葉所需時間最長,有效積溫最少,低溫在出葉期間的不同階段會對出葉造成影響。表2

表2 不同處理下棉花3葉期出葉變化

2.3 不同處理5月25日棉花生長

研究表明,株高與節位、莖粗、各器官干物質量相互呈顯著正相關。氣溫≥15 ℃有效積溫與株高、節位、莖粗、各器官干物質量呈顯著正相關,和根冠比呈顯著負相關,而T1至T5氣溫≥15 ℃有效積溫為129.5、120.8、110.7、96.3、82 ℃,表明有效積溫越高越有利于棉苗生長,對地上部分干物質量積累作用更為顯著。同時還表明株高與節位、莖粗、各器官干物質量相互呈顯著正相關。早播處理的棉苗較壯,株高隨播期依次遞減,并存在顯著差異,T1至T5分別為11.4、9、7.6、6.9、6.2 cm;T1莖粗為3.3 mm、節位為4.7、莖、葉干物質量分別為0.18 g、1.41 g,均高于其他處理,與T4、T5處理達顯著水平,表明莖粗、節位、莖、葉干物質量的變化均隨播期呈現遞減趨勢。早播處理根系強健,T1主根長為13.6 cm,與T5的11.7 cm存在顯著差異,其根系干物質量為0.31 g,隨播期推遲,根系干物質量依次遞減,并與T4、T5處理存在顯著差異。生長優勢明顯,綜合表明早播處理植株健壯,根系強健,具有明顯生長優勢,而播期越晚其株高、主根長、節位、莖粗、各器官干物質量下降越明顯。表3,圖2

圖2 不同處理下棉花5月25日的干物質量變化

表3 不同處理下棉花5月25日生長變化

2.4 不同處理的生育期

研究表明,隨播期推遲,現蕾期、開花期、吐絮期均推遲,生育期顯著延長,T1時間最短,為133.7 d,T5時間最長,為138.3 d。不同播期對出苗至現蕾所用時間影響最大,T1至T5處理出苗至現蕾所用時間隨播期推遲顯著延長,≥19℃有效積溫增加,T1用時最短為30.7 d,有效積溫39 ℃,T5用時最長為39.7 d,有效積溫88.7℃,由于晚播處理苗期生育進程慢,造成現蕾推遲。現蕾至開花所用時間無顯著差異,處于27～29.7 d,≥20℃有效積溫為100.2～115.8℃;開花至吐絮所用時間僅T1和T3表現顯著差異,其他處理間差異不顯著,處于70.7～73.3 d,≥20℃有效積溫隨播期推遲而變少,由于9月12日以后日平均氣溫低于20 ℃,T4、T5處理的有效積溫均較少。表4

表4 不同處理下棉花生育期變化

2.5 不同處理的農藝性狀

研究表明,播期對株高、葉齡、第一果枝節位、第一果枝節位高度、果枝臺數、大鈴數產生顯著影響。株高、葉齡、果枝臺數、大鈴數均隨播期推遲而顯著降低,T1較其他處理株高、葉齡、果枝臺數、大鈴數分別增加3.6～7.5 cm、0.6～2.1、1.9～3.5臺、0.7～2個。第一果枝節位和高度均隨播期推遲而顯著增加,表明晚播處理生育進程較晚。各處理小鈴數和葉枝鈴數并無顯著差異。表5

表5 不同處理下棉花農藝性狀變化

2.6 不同處理的產量性狀

研究表明,早播處理產量具有明顯優勢。隨播期推遲,T2、T3、T4產量下降,較T1分別減產0.5%、4.1%、14.3%,但未達到顯著差異,T5產量下降較為顯著,較T1減產24.8%;衣分、單株鈴數、吐絮鈴隨播期顯著下降,早播有利于提升衣分、成鈴數量和吐絮率。在株數、單鈴重和爛鈴率方面,各處理并無顯著差異。表6

表6 不同處理下棉花產量性狀變化

2.7 不同處理生殖器官干物質積累變化

研究表明,隨播期推遲,各處理進入快速積累期的時間提前,快速積累期縮短,最大積累速率出現時間提前,最大積累速率降低,快速積累期生長特征值下降。T1的快速積累期是在播種后113.75 d開始,最大積累速率出現時間為播種后126.38 d,結束時間為139.01 d,持續25.25 d,即8月6日至9月1日,最大積累速率達2.25 g/d;T2的快速積累期為23.45 d,最大積累速率達2.21 g/d;T3的快速積累期為21.31 d,最大積累速率達2.24 g/d;T4的快速積累期為19.23 d,最大積累速率達2.31 g/d;T5的快速積累期為20.39 d,最大積累速率達2.09 g/d。表7

表7 不同處理下棉花生殖器官干物質量變化

早播處理在6月20日的生殖器官占總干物質量比率高于晚播處理,早播處理由營養生長向生殖生長轉化的時間較早;各處理在7月20日、8月20日的比率沒有顯著差異,其中各處理在8月20日時生殖器官干物質量比率接近50 %;9月20日,各處理已全部吐絮,生殖器官干物質量比率隨播期推遲而下降,早播處理在產量上具有較大優勢。圖3

圖3 生殖器官占總干物質量比率

2.8 不同處理的纖維品質

研究表明,受播期影響的棉花纖維指標有馬克隆值、成熟度,隨播期推遲、馬克隆值、成熟度顯著降低,其它指標并未受到播期顯著影響,上半部平均長度為31.16～31.88 mm,斷裂比強度為28.49～29.2 cN/tex,整齊度為83.9%～84.88%,斷裂伸長率為6.27%～6.73%。表8

表8 不同處理下棉花纖維品質

3 討 論

3.1 播期溫度對棉花出苗的影響

適期早播能夠充分利用光熱資源,是形成棉花高產的重要因素之一[1],但是早播易遭受低溫危害,影響棉花出苗及產量,播期溫度成為出苗的關鍵因素[14]。適宜播期的溫度指標最低為≥10℃[15],播種至出苗需要12℃以上,有效積溫50～70℃[3],阿拉爾墾區實際生產中將膜下5 cm,連續3 d日均地溫≥12℃作為棉花播種期的溫度指標。試驗中,播種至出苗膜下5 cm日均溫度均≥12℃,且膜下5 cm≥12℃的有效積溫為83.4～95.8℃,各個播期的溫度滿足出苗指標,其中對出苗影響最大的是土壤5 cm的日均溫度,日均溫度高,有利于出苗[5],而早播的處理出苗速率和出苗率均較低。

3.2 播期溫度對苗期的影響

第1片真葉出現的快慢與溫度的高低密切相關,平均氣溫在15℃以上才開始出葉,隨溫度升高,出葉速度加快[3]。試驗表明,3葉期出葉受到日均氣溫、≥15℃有效積溫、日最低氣溫、低溫持續時間和日均溫差的綜合影響。在日均氣溫≥15℃且滿足不同真葉展平的≥15℃有效積溫時,日均溫差越大,日最低溫度越低、低溫持續時間越長對棉花出葉影響越大,出苗速度減緩,同時造成棉花幼苗葉面積減小,干物重下降,細胞膜透性增加[16]。在出葉的末期,低溫對棉苗生長造成影響較小,可能由于出葉前期熱量積累造成抗逆性增強[17]。

根系是棉花苗期生長的中心,早播時低溫不利于棉花地上干物質積量累,但對根系生長的影響較小[18-20]。從試驗中5月25日的棉苗生長情況來看,早播處理的根系更具有優勢,主根較長、干物質量較高,同樣早播處理的莖稈粗壯、株高較高、出葉較多,抗低溫能力較強。晚播處理的棉苗干物質量、株高、莖粗、節位顯著降低,根冠比低于晚播處理,易受低溫危害。

3.3 播期對生育期、產量、纖維品質的影響

棉花播期直接影響生育進程,隨播期推遲生育期顯著延長,其中現蕾期和吐絮期較為顯著。從現蕾期來看,晚播處理現蕾較晚,出苗至現蕾時間較長,而氣溫≥19℃有效積溫較高,對比5月25日的干物質量,造成這種現象的原因是5月上中旬的降溫影響晚播處理的生育進程,同時表明試驗晚播的熱量積累不足以補償生育進程差異,可能是由于晚播處理苗期的低溫條件限制了棉花的補償能力[18]。晚播吐絮較晚,時長較早播處理略短,氣溫≥20℃有效積溫較較低,可能由于晚播處理花鈴期的氣溫相對比較低,不能在短時間內滿足棉花所需要的有效積溫,造成生育期延長[2,21]。

試驗中隨播期推遲,快速積累期縮短,從農藝性狀來看早播處理果枝臺數、大鈴數較多,6月20日的干物質量表明早播處理生殖器官干物質量積累較早,積累量具有優勢,9月20日的調查結果表明,早播的生殖器官干物質量具有明顯優勢,與產量表現一致。盧和全等[12]研究表明晚播的生育期和產量受品種熟性的影響。劉國棟等[13]研究表明生育期長的棉花品種,晚播會導致產量顯著降低,生育期短的品種,適當晚播可以提高產量。J206-5屬于中熟品種,試驗結果表明,對于中熟品種,晚播會降低產量,延長生育期,然而當遇到極端氣象災害造成重播的情況下,可采用熟性較早,生育期較短的品種挽回經濟損失。

棉花纖維品質受到不同播期花鈴期的溫度、日照輻射等條件的影響[22-25]。趙新華等[24]的研究表明晚播條件下,纖維氮的含量和累積量降低,斷裂比強度和馬克隆值顯著下降;吳博等[9]研究表明在無膜栽培條件下,上半部平均長度、斷裂比強度、斷裂伸長率、整齊度隨播期的推遲而增加,馬克隆值、成熟度隨播期推遲而降低。試驗中馬克隆值、成熟度的影響均表現為隨播期推遲而降低,其他指標沒有顯著差異,可能是由于不同品種的棉花纖維品質對播期的反應不同,不同品種同一個纖維品質指標的反應強度不同造成[25]。

4 結 論

阿拉爾墾區適宜播期為4月上中旬,不宜超過4月20日,3 d膜下5 cm日平均地溫≥12℃可作為棉花播種的適宜溫度指標,早播的棉花出苗率較晚播略低,但是生長優勢明顯,易于形成壯苗,且生育進程早,花鈴期時間長,易于形成產量,提高棉花纖維品質,在品種選擇方面宜采用中熟品種。晚播出苗率較高,但是生育進程晚,花鈴期熱量較低,不利于棉鈴成熟,纖維品質略差,宜采用熟性較早的品種。