種植模式與灌溉定額對機采長絨棉產量及纖維品質形成的影響

王 心,林 濤,崔建平,吳鳳全,唐志軒,崔來園,郭仁松,王 亮,鄭子漂

(1.新疆農業科學院經濟作物研究所,烏魯木齊 830091;2.新疆農業大學農學院/棉花教育部工程研究中心,烏魯木齊 830052;3.農業農村部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國唯一的長絨棉產區,由于新疆無霜期較短,在收獲期間為提高棉花吐絮率需要噴施脫葉催熟劑以促進棉鈴的集中成熟。與陸地棉相比長絨棉為零式果枝,株型更為湊型,此外長絨棉葉片大而肥厚,葉面蠟質較多,化學脫葉效果差,主要表現為脫葉劑的滲透和吸收效果差[1],脫落的葉片易掛在下部果枝而不落地,造成機采過程中棉籽葉屑雜質含量高,商品屬性下降。研發長絨棉的機械采摘農機農藝深度融合關鍵技術,對促進長絨棉產業發展具有重要意義。【前人研究進展】目前,長絨棉機采種植模式,主要借鑒陸地棉寬窄行(66 cm+10 cm)模式,該模式對水肥要求較高,容易導致中下部冠層郁閉,通風透光不良,蕾鈴脫落率增加,影響早熟[2-4];此外冠層郁閉,不利于脫葉劑的穿透,降低脫葉劑的脫葉效率,為降低皮棉葉屑雜質,須增加籽棉清理和皮棉清理工序2～3次,又會引起纖維長度、纖維強度的機械損傷,即加工損失[4],降低了商品等級。近年來生產中提出76 cm等行距機采棉種植模式,具有通風透光良好,葉片脫落率較高,纖維品質較好的優勢[5],也有研究表明,該模式下產量不穩定[6-7],株距縮小后,群體水肥競爭加劇,可能是產量下降的主要原因。【本研究切入點】水資源短缺制約長絨棉的產量和品質,機采模式的優化必須建立在節水的基礎上[8]。目前機采長絨棉種植模式較為單一,種植模式與灌溉定額對產量形成和機采品質的影響尚缺乏系統研究。需研究種植模式與灌溉定額對機采長絨棉產量及纖維品質形成的影響。【擬解決的關鍵問題】在最優種植密度的基礎上,調控機采種植模式和灌溉定額,分析不同處理對機采長絨棉產量和品質形成的影響,為機采長絨棉農機農藝融合措施提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年4～10月在新疆阿克蘇地區阿瓦提縣新疆農業科學院阿瓦提棉花綜合實驗基地進行(N 40°06＇,E 80°44＇,海拔1 025 m)。該區屬典型暖溫帶大陸性干旱氣候,降雨稀少,日照充足,熱量豐富。近50年年均降水量46.4 mm,日照時數2 679 h,≥10℃年積溫3 987.7℃,無霜期211 d。土壤為沙質壤土,0～40 cm耕層土壤有機質8.3 g/kg,全氮0.5 g/kg,速效氮58.4 mg/kg,速效磷35.4 mg/kg,速效鉀130.7 mg/kg。

供試品種為新78(機采長絨棉品種,新疆農業科學院經濟作物研究所選育),于2020年4月14日播種,4月22日出苗,10月上旬收獲。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用雙因素裂區試驗設計,主區為種植模式。依據主流采棉機對于行距的基本要求,選擇生產中最佳密度22.5×104株/hm2,在密度一致的基礎上,設置3種不同的機采棉行距:1膜3行平均行距76 cm、株距5.8 cm(S3);1膜4行平均行距57 cm、株距7.7 cm(S4);1膜6行平均行距38 cm、株距11.6 cm(S6)。副區為3個灌溉定額:重度虧缺3 150 m3/hm2(W1)、輕度虧缺4 050 m3/hm2(W2)和充分灌溉4 980 m3/hm2(W3)。試驗共9個處理,27個小區,小區面積49 m2(長7 m,寬7 m)。采用1膜3管種植方式,膜寬2.05 m,滴頭間距0.25 m,滴頭流量2.1 L/h2。不同處理之間均采用統一的水肥管理措施,所有小區施肥量和施肥頻率均保持一致。其中基肥施入磷酸二銨(P2O553.8%,N 21.2%)450 kg/hm2,尿素(N 46.4%)300 kg/hm2,硫酸鉀(K2O 51%)225 kg/hm2。生育期采用 “1水1肥”方式追肥,6月中旬開始灌溉,8月中旬停水,灌水定額為灌溉定額的1/10,共追施尿素600 kg/hm2,其他管理方式參照當地高產棉田。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 干物質積累量及特征值計算

于蕾期、花期、盛鈴期和吐絮期在各小區內選長勢均勻的中行和邊行棉株各3株,按莖葉、蕾花鈴及根等不同器官分開,105℃殺青30 min后于80℃烘干至恒重,測定其干物質質量。棉花干物質隨時間變化的量化特征利用Logistic 曲線擬合[9]。

1.2.2.2 產量及其構成因素

吐絮期每個處理的試驗小區分別選取長勢均衡的66.7 m2代表性區域,調查實收株數和總鈴數,折算出單株結鈴數和單位面積鈴數。每小區取30株長勢均勻的棉株,分冠層上、中、下部位棉鈴數,并按照相應部位摘取吐絮鈴30朵,自然風干后稱質量,折算出棉鈴質量、籽棉產量和衣分率等產量指標。

1.2.2.3 脫葉率與掛枝率

當天噴施脫葉劑之前,每處理標記連續長絨棉10株,調查其單株葉片數。噴施后7和14 d調查單株葉片數與葉片掛枝數,計算脫葉率與掛枝率。

脫葉率(%)=(施藥前葉片總數-施藥后葉片總數)/施藥前葉片總數×100% ;

掛枝率(%)=掛枝葉片總數/施藥前葉片總數×100%。

1.2.2.4 纖維品質

將采取的長絨棉綿樣送至農業部棉花品質監督檢驗測試中心(烏魯木齊)測定。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2016軟件計算和繪制圖表;DPS 7.05統計軟件,LSD法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 種植模式與灌溉互作對干物質積累動力學參數的影響

研究表明,干物質積累的動力學參數用Logistic方程進行模擬,其模擬效果較好(R2>0.99)。在同一灌溉定額下,S4處理平均干物質積累開始時間(t1)最早,出現在苗后88.35 d。S6處理干物質快速積累結束時間(t2)最晚,出現在苗后118.84 d。隨著平均行距的降低,干物質最大積累速率(Vm)呈上升趨勢,t1和t2縮短。S3處理Vm平均分別比S4和S6處理增加0.62和0.77 g/(株·d)。干物質最大積累速率出現時間(T)分別增減4.11和-1.02 d。S6處理Δt分別較S3和S4處理延長8.33和5.68 d。S3處理快速增長期生長特征值平均分別較S4和S6處理高出22.78%和17.28%。隨著平均行距的擴大可提早進入干物質快速積累時期并提高Vm,但會減少Δt。在同一種植模式下,隨著灌溉定額的減少,t1提前,W1處理平均干物質積累開始時間最早,出現在苗后66.80 d,平均分別比W2和W3處理提前2.00和3.42 d。并且灌溉定額的減少使Δt縮短,Vm降低,W1處理平均分別比W2和W3處理降低0.53和0.10 g/(株·d)。兩者互作下,隨平均行距的擴大和灌溉定額的增加,Vm變大,Δt較長。表1

表1 不同種植模式與灌溉定額下長絨棉干物質累積動態特征值變化

2.2 種植模式與灌溉定額對干物質積累與分配的影響

研究表明,干物質積累量隨生育期的推進而增加。平均行距和灌溉定額的增加顯著提升了干物質積累量和生殖器官的分配比例(P<0.05)。在同一灌溉定額下,S3處理在蕾期、花期、鈴期和吐絮期干物質積累量平均比S4處理大了10.34%、0.78%、19.08%和22.08%;平均比S6處理大了20.38%、7.69%、21.36%和19.96%。S3處理在蕾期、花期、鈴期和吐絮期生殖器官干物質積累量平均比S4處理大了1.46%、32.11%、41.68%和20.12%;平均比S6處理大了31.89%、38.46%、3.73%和15.43%。隨行距的增加,棉株個體之間的競爭得到緩解,冠層下部通風透光條件好,LAI適宜,促進了生殖器官的發育。

全生育期同一種植模式下,隨著灌溉定額的增加,干物質積累量及干物質向生殖器官的轉運逐漸增加。均表現出W3與W2處理差異不顯著,與W1處理差異顯著。W3處理在蕾期、花期、鈴期和吐絮期干物質積累量平均比W1處理大了21.89%、57.07%、35.76%和29.20%;平均比W2處理大了12.87%、16.54%、7.22%和6.78%。W3處理在蕾期、花期、鈴期和吐絮期生殖器官干物質積累量平均比W1處理大了37.17%、68.13%、35.35%和68.08%;平均比W2處理大了26.94%、9.98%、10.76%和13.31%。W2處理在減少了灌溉量的基礎上,還提升了生殖器官分配比例,并與W3處理差異不顯著;而W1處理對干物質積累量及生殖器官分配比例影響顯著,不利于產量的形成。圖1,圖2

圖1 不同種植模式和灌溉定額下干物質動態積累變化

圖2 不同種植模式和灌溉定額下生殖器官群體干物質積累量變化

2.3 種植模式與灌溉定額對產量構成的影響

研究表明,灌溉定額對籽棉產量影響顯著(P<0.05)。籽棉產量隨平均行距和灌溉定額的增加而增加。以S4W1處理產量最低,S3W3處理產量最高。同一灌溉定額下,S3處理的籽棉產量分別比S4和S6處理高13.90%和10.26%。在同一種植模式下,W3處理的籽棉產量分別比W2和W3處理高2.49%和3.57%。在產量構成因素方面,單株結鈴數受各處理的影響,隨著平均行距和灌溉定額的增加而增加,W2與W3處理差異不顯著。單鈴重受各處理的影響(P<0.05)。3種種植模式下,各灌溉處理的單鈴重差異顯著(P<0.05),均以W3處理單鈴重最大,W1處理單鈴重最小。兩者互作下,隨平均行距和灌溉定額的增加,單鈴重變大;S3W3處理分別比S4W3和S6W3處理大了10.14%和4.30%。1膜3行種植模式與灌溉定額為4 980 m3/hm2(S3W3)組合籽棉產量最高,S3W2與其差異不顯著。表2

2.4 種植模式與灌溉定額對長絨棉脫葉率和掛枝率的影響

研究表明,隨著脫葉劑噴施時間的延長,葉片開始大量脫落,各處理間差異顯著。噴藥后7 d左右,脫葉率已達70%以上;噴藥后14 d,脫葉率可達80%以上;噴施脫葉劑14 d時,各種植模式之間差異不顯著,但隨平均行距的擴大脫葉率上升。在同一灌溉定額下,S3處理分別比S4和S6處理高出3.21%和5.01%。在同一種植模式下,W3處理分別比W1和W2處理高出10.49%和0%。二者互作下,脫葉率隨平均行距和灌溉定額的增加而增加。

噴藥后第14 d,葉片掛枝數達到穩定。掛枝數隨平均行距的擴大和灌溉定額的降低而降低,達到顯著水平。同一灌溉定額下,S3處理掛枝率最低,分別比S4和S6處理低了11.37%和16.75%。同一種植模式下,掛枝率隨灌溉定額的增加而降低,W1處理分別比W2和W3處理低了32.84%和41.97%。兩者互作條件下,隨著平均行距的擴大和灌溉定額的降低,葉片掛枝率最低,以S3W1處理掛枝率最低,為7.2%,最高為S6W3,為15.78%。圖3

圖3 不同種植模式和灌溉定額下脫葉率和掛枝率變化

2.5 種植模式與灌溉定額對長絨棉纖維品質的影響

研究表明,種植模式對纖維品質影響顯著,灌溉定額及二者互作對纖維品質影響不顯著。同一灌溉定額下,平均行距的擴大顯著增加了上半部均長、整齊度、強度和紡織參數。等行距與寬窄行處理之間差異顯著,S3處理的上半部均長、整齊度、比強度和紡織參數較S6處理高出1.09 mm、0.61、0.81和4.15 CN/tex。表3

表3 不同種植模式和灌溉定額下長絨棉纖維品質變化

3 討 論

3.1 種植模式與灌溉定額對機采長絨棉產量形成的影響

李建偉、魏鑫等[10-12]對比1膜3行、1膜4行和1膜6行研究得出,與寬窄行相比,1膜3行處理顯著改善了棉行間的通風透光條件,提高了干物質向生殖器官的分配比例,增加了單株結鈴數進而提高了產量[13]。試驗結果與其基本一致。等行距處理有效的提高了干物質最大積累速率,干物質快速積累時期提前,致使棉花提早進入生殖生長,吐絮期干物質積累量最高。且擴大平均行距顯著降低了冠層中下部葉片的重疊程度,增加冠層中下部的透光率,從而增加冠層中下部單株結鈴數與單鈴重,促進產量的提高。楊北方等[7]研究發現,輕度虧缺灌溉在減少灌溉定額的基礎上,還能保持棉花不減產(增產),若灌溉定額過低,雖然WUE 較高,但產量明顯降低[14-19]。研究發現,隨著灌溉定額的增加,W3處理的生殖器官分配比例和W2處理差異不顯著,分別較W1和W2高出30.32%和4.02%;W3處理的籽棉產量分別比W2和W3高2.49%和3.57%。可能是因為灌溉定額過低不利于光合同化物的積累,而灌溉定額過大不利于同化物向棉鈴轉運[20],導致單株結鈴數和單鈴質量顯著下降,不利于產量的形成。

3.2 種植模式與灌溉定額對機采長絨棉脫葉掛枝的影響

脫葉是影響籽棉含雜率的重要因素[21-23],提高棉花脫葉率降低掛枝率可有效降低籽棉含雜率,提升原棉纖維品質。WANG等[24]在調整行距和適當降低密度下發現,在HWR(76 cm等行距,密度21.9×104株/hm2)處理下,等行距通過增加鈴重獲得了高產穩產,并且對棉纖維品質沒有負面影響。該模式可使吐絮顯著提前,有利于促進成熟,落葉效果好,干葉和無效落葉少,對提高機采棉質量具有重要作用。李建峰[25]、王聰[26]等研究結果表明,株行距配置對棉株脫葉率、掛枝葉片數影響較大,施藥后35 d,等行距低密度下脫葉率顯著高于寬窄行高密度,干枯葉片數表現與其相反。適量增加行距有利于棉花脫葉率的提高和掛枝率的降低,脫葉效果更好。研究結果與其基本一致,在脫葉14 d后,脫葉數量居于穩定。隨平均行距的擴大脫葉率上升,掛枝率下降。可能是因為隨著平均行距的擴大,極大改善了棉行間的通風透光條件,使脫葉劑的藥效發揮到最大,且棉行間較大的行距也利于棉花葉片的脫落,不易掛枝。王剛等[27]研究表明,土壤過于干旱及灌水量太大,都不利于棉花脫葉。研究發現,在常規灌溉處理下(W3),長絨棉脫葉率隨灌溉定額的增加而增加,葉片掛枝率表現與其相反。可能是棉花灌溉定額過高或過低,導致棉花葉片活性過低或過旺,導致棉花葉片脫落時易干枯掛在吐絮棉鈴上或不易脫落。

3.3 種植模式與灌溉定額對機采長絨棉纖維品質的影響

研究發現[28, 29],棉花纖維品質受遺傳因素的影響較顯著,但也在一定程度上受栽培方式影響。張文等[30]研究表明,種植模式對棉花纖維品質影響顯著,隨平均行距的擴大斷裂比強度顯著增加[31];研究表明,等行距模式下的馬克隆值顯著變大,但衣分較低。研究發現,種植模式對上半部均長、整齊度、強度和紡織參數影響顯著,均隨平均行距的擴大而增加。可能是因為隨著平均行距的擴大,長絨棉葉片脫葉率上升,掛枝率下降,降低了機采的籽棉含雜率,減少了軋花步驟,纖維品質較好。研究發現,除伸長率外,灌溉定額對纖維品質影響不顯著,均以重度虧缺處理(W1)纖維品質較好。等行距和重度虧缺處理(S3W1)下纖維品質較好。

4 結 論

棉花干物質的積累符合 Logistic 生長函數模型。同一灌溉定額下,隨平均行距的擴大可提早進入干物質快速積累時期,S3處理最大干物質積累速率平均分別比S4和S6處理增加0.62和0.77 g/(株·d)。76 cm 1膜3行等行距機采種植模式和適度虧缺灌溉組合處理(S3W2)在降低了灌溉定額的基礎上,促進了同化物向生殖器官分配,提高了經濟器官分配比例,提高棉花產量。同時該模式還兼具化學脫葉效率較高,葉片掛枝率較低,籽棉葉屑雜質少,纖維品質優的特性。