阿不都卡地爾·庫爾班，李健偉，楊培，張巨松，郭仁松，林濤

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國國民經(jīng)濟中占主要地位的經(jīng)濟作物之一[1]?！懊?、早、矮、膜” 是新疆棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主體栽培技術(shù)[2]。機械采收棉花，能減輕勞動強度和降低植棉成本和有效提高植棉經(jīng)濟效益[3]。機采棉種植是迫切需要推廣應(yīng)用收獲模式。機械采收棉花不僅可解決手工采摘效率低，從而能降低國外棉花低價的競爭壓力，同時能激發(fā)采棉技術(shù)創(chuàng)新等作用[4-5]。實現(xiàn)棉花機械采收技術(shù)和合理密植種植，主要采用調(diào)整機采棉株行距配置手段。由于采棉機采摘頭是決定機采棉株行距配置的重要因素，新疆機采棉在高密度種植下以(66 +10) cm及(68+8) cm等作為主要的配置方式[6]。研究不同機采棉株行距配置在棉花生產(chǎn)與實踐中具有實際意義?！厩叭搜芯窟M展】棉花栽培技術(shù)與種植品種、種植密度、氣候等因素間存在密切聯(lián)系[7]，棉區(qū)的品種特性、栽培模式和生態(tài)條件決定棉花高產(chǎn)的適宜密度[8-9]。作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)以較高的生物量為前提[10-11]，棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)與群體生物量生產(chǎn)密切相關(guān)。群體生物量累積以養(yǎng)分吸收為基礎(chǔ)[12]，且生物量的積累與養(yǎng)分吸收關(guān)系密切[13]。大量研究表明，作物生長模型(Logistic 模型)為深入研究作物產(chǎn)量、品質(zhì)形成與生物量和養(yǎng)分積累及分配特征關(guān)系提供了必要手段[7,14-15]，研究機采棉株行距配置對棉花生物量和養(yǎng)分積累、分配和運移具有重要意義。目前,關(guān)于作物氮素吸收和轉(zhuǎn)化方面的研究多集中在氮肥的施用方式[16]、種植方式[17]、棉花品種[18]、種植密度[19]等方面。【本研究切入點】不同品種與機采株行距配置對機采棉氮素積累分配特征的研究尚鮮見報道。研究機采棉株行距配置對棉花生物量和氮素累積分配及產(chǎn)量的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究機采棉株行距配置對不同株型棉花品種生物量和氮素積累、分配與運移特征，為機采棉株行距配置對不同株型棉花品種養(yǎng)分運移規(guī)律及高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016年4～10月在新疆阿克蘇市阿瓦提縣豐收二場新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗中心進行。試驗中心位于天山南麓,處于E80°44′,N40°06′,海拔1 025 m,地勢平坦,坡度<1°;屬暖溫帶大陸性氣候,無霜期183～227 d,多年平均氣溫10.4℃,全年≥10℃積溫3 987.7 ℃,多年平均降水量46.7 mm,多年平均蒸發(fā)量1 890.7 mm,年日照時數(shù)為2 750～3 029 h試驗地土質(zhì)為砂壤土。表1

表1 供試土壤養(yǎng)分狀況Table 1 Nutrients contents of the tested soil

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗選新疆南疆常規(guī)品種新陸中54號和新陸中75號(生育期相同為140 d左右)。采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)分別用松散型品種新陸中54號和緊湊型品種新陸中75號。試驗設(shè)置3個行距配置處理，分別用R1為高密度一膜六行寬窄行(66 +10) cm、平均行距38 cm，株距11 cm，理論密度24×104株/hm2：R2為高密度一膜六行寬窄行(64+12) cm，平均行距38 cm，株距11 cm，理論密度24 萬株/hm2：R3為低密度一膜四行單雙行(64+12) cm，平均行距57 cm，單株距9 cm，雙行株距10 cm理論密度19.5 萬株/hm2。試驗共六個處理，三次重復(fù)，共18個小區(qū)，每個小區(qū)占地面積44.85 m2，試驗總占地面積869.4 m2。4月8日人工播種，全生育期共滴水7 次，灌溉總定額4 500 m3/hm2?；适㎞ 160 kg/hm2、三料磷肥(含P2O546%) 347 kg/hm2和硫酸鉀(含K2O 51%) 75 kg/hm2，其他田間管理措施同大田膜下滴灌棉花。圖1

1.2.2 測定項目

于棉花現(xiàn)蕾期(出苗后45 d)、盛蕾期(出苗后60 d)、開花期(出苗后75 d)、盛花期(出苗后90 d)、盛鈴期(出苗后105 d)、吐絮期(出苗后135 d)取樣,每試驗小區(qū)取棉花6株,將棉株按莖、葉、蕾/花/鈴等器官分解,105 ℃下殺青30 min,80 ℃下烘干后稱重。將烘干棉株樣品按各器官分別粉碎,過0.5 mm篩,留樣備用。

棉株按各器官進行測定全氮含量(采用奈氏比色法)。以出苗后天數(shù)(x)為自變量,以各生育時期測得的生物量、氮素累積量為因變量(Y),用Logistic 方程模擬生物量、氮素累積的動態(tài)過程。

收獲時實數(shù)各小區(qū)處理的收獲株數(shù)及單株結(jié)鈴數(shù)，并取180個吐絮鈴(上、中、下果節(jié)各60個)測其單鈴重，軋花后測算衣分，并以各小區(qū)收獲株數(shù)、單鈴重及衣分計算皮棉產(chǎn)量。

1.2.3 指標計算

氮素累積量(kg/hm2)=生物量×氮含量

(1)

營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量=盛鈴期營養(yǎng)器官氮素積累量-吐絮期營養(yǎng)器官氮素積累量。

(2)

營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移率(%)=營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量/營養(yǎng)器官氮素總積累量×100。

(3)

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0進行分析顯著性差異并在Microsoft Excel 2010作圖。方差分析均為0.05水平,采用LSD法。

圖1 不同機采棉株行配置示意
Fig.1 Different machine production line configuration diagram of cotton

2 結(jié)果與分析

2.1 不同機采株行距配置對棉花地上部分生物量積累與分配的影響

2.1.1 對棉花地上部分生物量積累的動態(tài)變化

研究表明，用Logistic 生長模型對各處理地上部生物量累積進行擬合,對其分析表明。生物量累積最快時期，最大累積速率分別出現(xiàn)在出苗后71～125 d，96～98 d。新陸中54號在不同處理間R3生物量累積最大速率比R2，R1大且分別提前3 d、7 d;生物量最大累積速率則比R1，R2處理高34.88%、14.57%;總體水平積累表現(xiàn)為R3>R2>R1。新陸中75號在不同處理間R3生物量累積最大速率比R1，R2大且分別延遲1 d、2 d; 生物量最大累積速率則比R1，R2處理高15.11%、5.97%;總體水平積累表現(xiàn)為R3>R2>R1。不同品種間,新陸中54號生物量累積最大速率比新陸中75號平均提前6 d。表明新陸中54號與新陸中75號中R3處理各特征參數(shù)表現(xiàn)最為協(xié)調(diào)，從而可獲得較高的生物量積累。表2

表2 地上生物量的動態(tài)累積模型參數(shù)特征值Table 2 Parameter eigenvalues of the dynamic cumulative model of aboveground biomass

注：t為棉花出苗后的時間(d)；t1和t2分別為Logistic 生長函數(shù)模型的2 個拐點,t0為最大積累速率出現(xiàn)時間(d)，Δt=t2-t1為快速增長持續(xù)期。y為棉花生物量積累量(kg/hm2)，Vm為最大積累速率(kg/(hm2·d2))，*表示P<0.05
Note:tis the time for cotton emergence (d),t0is the time of the maximum accumulation rate occurred (d),t1andt2are the two inflection points of Logistic growth function model respectively,yis the cotton dry matter accumulation (kg/hm2),Vmis the maximum increase rate (kg/(hm2·d2)),*P<0.05

2.1.2 對機采棉地上部分營養(yǎng)器官生物量的動態(tài)變化

研究表明，用Logistic 生長模型函數(shù)對各處理地上部營養(yǎng)器官生物量累積進行擬合。對其分析表明，生物量累積最快時期，最大累積速率分別出現(xiàn)在出苗后48～86 d、64～67 d。新陸中54號在不同處理間快速增長期起始日和結(jié)束日、最大生長速率無明顯差異。但，R3處理營養(yǎng)器官積累較協(xié)調(diào)。新陸中75號在不同處理間R2、R3生物量累積最大速率無明顯差異。R3處理營養(yǎng)器官生物量快速積累開始時間與結(jié)束時間比R1，R2分別提前均1.5 d、3.5 d;總體水平積累表現(xiàn)為R3>R2>R1。品種間,新陸中54號比新陸中75號生物量累積最大速率大2.9 kg/(hm2·d2)。新陸中54號中R3處理特征參數(shù)表現(xiàn)最為協(xié)調(diào)，獲得較高的生物量積累。表3

表3 地上部營養(yǎng)器官生物量動態(tài)累積模型參數(shù)特征值Table 3 Eigenvalues of the dynamic models of aboveground biomass accumulation of vegetative organs

注：t為棉花出苗后的時間(d)，t1和t2分別為Logistic 生長函數(shù)模型的2 個拐點,t0為最大積累速率出現(xiàn)時間(d)，Δt=t2-t1為快速增長持續(xù)期。y為棉花生物量積累量(kg/hm2)，Vm為最大積累速率(kg/(hm2·d2))，*表示P<0.05
Note:tis the time for cotton emergence (d),t0is the time of the maximum accumulation rate occurred (d),t1andt2are the two inflection points of Logistic growth function model respectively,yis the cotton dry matter accumulation (kg/hm2),Vmis the maximum increase rate (kg/(hm2·d2)),*P<0.05

2.1.3 對機采棉地上部分生殖器官生物量的動態(tài)變化

研究表明，用Logistic 生長函數(shù)模型對各處理地上部生殖器官生物量累積進行擬合,對其分析表明，生殖器官生物量累積最快時期，最大累積速率分別出現(xiàn)在出苗后81～112 d、86～98 d。新陸中54號在不同處理間R3生殖器官生物量累積最大速率比R1，R2大且均提前2 d;生物量最大累積速率則比R1，R2處理高57.30%、27.16%;總體水平積累表現(xiàn)為R3>R2>R1。新陸中75號在不同機采株行距配置間R3處理生殖器官生物量累積最大速率比R1，R2大。生殖器官生量最大累積速率則比R1，R2處理高10.21%、18.60%，總體水平積累表現(xiàn)為R3>R2>R1。品種間,新陸中54號生殖器官生物量累積最大速率比新陸中75號平均高356.6 kg/(hm2·d2)，但，快速積累持續(xù)時間平均短12.3 d。表明新陸中54號中R3處理為較高產(chǎn)量打下較高的生殖器官生物量。表4

表4 生殖器官生物量動態(tài)累積模型參數(shù)特征值Table 4 Eigenvalues of the dynamic models of reproductive organ biomass accumulation

注：t為棉花出苗后的時間(d)；t1和t2分別為Logistic 生長函數(shù)模型的2個拐點,t0為最大積累速率出現(xiàn)時間(d)，Δt=t2-t1為快速增長持續(xù)期。y為棉花生物量積累量(kg/hm2)，Vm為最大積累速率(kg/(hm2·d2))，*表示P<0.05
Note:tis the time for cotton emergence (d),t0is the time of the maximum accumulation rate occurred (d),t1andt2are the two inflection points of Logistic growth function model respectively,yis the cotton dry matter accumulation (kg/hm2),Vmis the maximum increase rate (kg/(hm2·d2)),*P< 0.05

2.2 不同機采株行距配置對機采棉地上部分氮素積累與分配的影響

2.2.1 對機采棉地上部分氮素積累的動態(tài)變化

研究表明，對各處理地上部氮素累積用生長模型Logistic方程進行擬合。出苗后59～99 d是氮素累積的主要時期,出苗后73～83 d出現(xiàn)氮素累積速率最大值。新陸中54號在不同處理間，R3處理氮素累積最大速率出現(xiàn)時間分別比R1、R2處理平均延遲7、5 d;快速增長持續(xù)期比R1、R2平均延長4、3 d，而氮素最大累積速率則表現(xiàn)為R3>R2>R1，新陸中54號在R3處理氮素吸收最高。新陸中75號在不同處理間，氮素累積最大速率出現(xiàn)時間各處理無明顯差異；快速增長持續(xù)期R3處理平均比R1、R2均延遲4 d。整體氮素累積則表現(xiàn)為R3>R2>R1，新陸中54號在R3處理氮素吸收最高。品種間，新陸中54號較新陸中75號氮素積累各特征參數(shù)協(xié)調(diào)，有利于棉花生長發(fā)育過程中合理地吸收氮素，為機采棉花高產(chǎn)打下基礎(chǔ)。表5

表5 地上部氮素動態(tài)累積模型參數(shù)特征值Table 5 Eigenvalues of the dynamic models of aboveground nitrogen accumulation

注：t為棉花出苗后的時間(d)；t1和t2分別為Logistic 生長函數(shù)模型的2 個拐點,t0為最大積累速率出現(xiàn)時間(d)，Δt=t2-t1為快速增長持續(xù)期。y為棉花氮素積累量(kg/hm2)，Vm為最大積累速率(kg/(hm2·d2))，*表示P<0.05
Note:tis the time for cotton emergence (d),t0is the time of the maximum accumulation rate occurred (d),t1andt2are the two inflection points of Logistic growth function model respectively,yis the accumulation of nitrogen in cotton (kg/hm2),Vmis the maximum increase rate (kg/(hm2·d2)),*P< 0.05

2.2.2 對機采棉地上部分氮素分配的動態(tài)變化

研究表明，營養(yǎng)器官氮素累積先增加后降低;營養(yǎng)器官氮素積累比例逐漸減少;生殖器官的累積量和分配比例均隨生育進程的推移而逐漸增加。新陸中54號不同處理在現(xiàn)蕾期到盛花期營養(yǎng)器官氮素積累量逐漸增加，盛花期至吐絮期反而降低，不同處理間無明顯差異。生殖器官氮素積累隨生育期的推移先增后降的趨勢，于盛鈴期出現(xiàn)最大值。其表現(xiàn)為R3>R2>R1。新陸中75號在不同處理間,營養(yǎng)器官與生殖器官氮素積累量隨生育期的推移先增后降的趨勢，于盛鈴期出現(xiàn)最大值。整體表現(xiàn)為R3>R2>R1。R3處理有利于不同品種營養(yǎng)器官和生殖器官氮素積累且有利于營養(yǎng)器官氮素及時向生殖生長轉(zhuǎn)化并促進最終產(chǎn)量的形成。品種間，新陸中54號對新陸中75號而言整體氮素積累、轉(zhuǎn)運較協(xié)調(diào)，更有利于棉花高產(chǎn)的形成。圖2

圖2 不同機采行株距配置下不同器官中氮素分配變化
Fig.2 Effects of row spacing on nitrogen distribution in different organs

2.3 機采株行配置對棉花氮素凈吸收量和凈轉(zhuǎn)移量的影響

研究表明，隨著生育期的推移營養(yǎng)器官氮的吸收量呈現(xiàn)先增后降的趨勢，在初花期前，營養(yǎng)器官是氮素的凈吸收器官，隨后則呈下降趨勢，生殖器官的積累逐漸增加，到盛鈴期以后，則成為氮素的轉(zhuǎn)移器官。新陸中54號在不同處理間，營養(yǎng)器官氮的吸收量、轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)運率差異無顯著(P>0.05)。生殖器官氮的吸收量差異達到顯著水平(P<0.05)，其表現(xiàn)為R3>R2>R1,R3比R1、R2處理高35.97%、14.34%。新陸中75號在不同處理間，R2與R3處理營養(yǎng)器官氮的吸收量、轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)運率差異無顯著(P>0.05)。生殖器官氮的吸收量差異達到顯著水平(P<0.05)，其表現(xiàn)為R3>R2>R1,R3比R1、R2處理高40.54%、12.36%。在生殖器官氮的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)運率R1、R2、R3處理差異達到顯著水平(P<0.05)。其表現(xiàn)為R3>R2>R1。不同品種間，新陸中54號對新陸中75號而言生殖器官氮吸收量較高。新陸中54號R3處理具有較高的生殖器官氮積累量，有利于棉花產(chǎn)量形成。表6

2.4 不同機采株行距配置對機采棉產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

研究表明，不同品種間，新陸中54號對新陸中75號而言單株結(jié)鈴數(shù)高出9.23%，最終皮棉產(chǎn)量高出4.98%。 新陸中54號各處理的收獲株數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、衣分，皮棉產(chǎn)量存在顯著性差異(P<0.05)。收獲株數(shù)呈現(xiàn)為R2>R1>R3，單株結(jié)鈴數(shù)呈現(xiàn)為R3>R2>R1，皮棉產(chǎn)量呈現(xiàn)為R3處理最優(yōu)，比R1，R2處理高19.44%，4.08%。 新陸中75號各處理收獲株數(shù)，單株結(jié)鈴數(shù)、衣分，皮棉產(chǎn)量存在顯著性差異(P<0.05)。收獲株數(shù)呈現(xiàn)為R1>R2>R3，單株結(jié)鈴數(shù)呈現(xiàn)為R3>R1>R2，皮棉產(chǎn)量表現(xiàn)為R3的最優(yōu)，比R1，R2處理高11.42%，7.51%。行距的合理增加與種植密度的減少有利于增加單鈴數(shù)和單鈴重，提高皮棉產(chǎn)量。新陸中54號的R3處理表現(xiàn)最優(yōu)。表7

3 討 論

3.1 機采株行距配置對棉花地上部生物量積累與分配的影響

薛曉萍等[20-21]研究表明,作物高產(chǎn)以較高生物量為前提,棉花單位面積總積累生物量與不同種植密度下生物量積累及分配有著十分重要的關(guān)系。有研究認為，增加種植密度使棉花群體的生物量積累提高，但不利于棉花單株個體生物量的積累;隨著種植密度的增加不僅使各器宮生物量積累減少，而且后期生物量向生殖器宮的轉(zhuǎn)移比重減少，不利于高產(chǎn)。前人研究表明，棉花生物量的積累符合Logistic 生長模型[22-23]。研究各處理地上部生物量累積用Logistic 生長模型函數(shù)進行擬合發(fā)現(xiàn),不同機采株行距配置間,在新陸中54號上R3處理地上部生物量最大累積速率的出現(xiàn)時間均較R1和R2提前,反而在新陸中75號上較延遲，最大累積速率反而最高,有利于地上部生物量的積累,說明較低種植密度機采株行距配置在生長后期生殖生長旺盛,為較高產(chǎn)量的形成奠定了基礎(chǔ)。

3.2 機采株行距配置對棉花地上部氮素積累、分配與轉(zhuǎn)運的影響

前人研究表明，棉花氮素動態(tài)積累和吸收規(guī)律均符合Logistic生長模型[24]。不同株行距配置對作物的地上部氮素累積與分配具有一定的影響。研究與其研究結(jié)果一致，新陸中54號在不同處理間,氮素最大累積速率以R3處理較高。新陸中75號在不同處理間，R3處理氮素最大累積速率以及積累持續(xù)天數(shù)較長較高，總體累積水平均表現(xiàn)R3>R2>R1。表明不同處理下,R3處理有利于提高棉花對氮素的吸收。品種間,株型松散品種新陸中54號的氮素最大累積速率在各水分處理下均大于株型緊湊品種新陸中75號。株型松散品種新陸中54號在機采株行距配置較適宜獲得高產(chǎn)。Grechi等[25]和Wang等[26]研究認為，作物提高適應(yīng)和競爭能力以向主次生長部位合理分配氮素實現(xiàn)。研究中,盛蕾期以后,生殖器官的氮素吸收量，氮素累積量均以R3處理較高,較低種植密度會向生殖器官分配較多的氮;有利于生物量的合成,為最終獲得高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。宋海星等[27]研究發(fā)現(xiàn),生物量增長的快慢與養(yǎng)分吸收的多少有一定關(guān)系,但并不具有同步性的特點,養(yǎng)分吸收最大速率出現(xiàn)的時間早于生物量最大累積速率出現(xiàn)的時間。其與研究結(jié)果一致,棉花地上部生物量最大累積速率出現(xiàn)時間比氮素平均晚21 d。

表6 各器官氮的凈吸收與凈轉(zhuǎn)移量Table 6 Net absorption and transfer of nitrogen ineach organ

注：Bd—現(xiàn)蕾期,Fl—初花期,Fb—盛鈴期,Bo—吐絮期,正值表示積累量，負值表示轉(zhuǎn)移量。不同字母表示在0.05水平差異顯著
Note： Bd—Budding; Fl—Flowering; Fb—Full boll; Bo—Boll opening,Positive values mean net absorption,Negative values mean net transfer.The different letters mean significant difference at 0.05 level

表7 不同機采株行距配置下棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化Table 7 Influence of row spacing of different machine on cotton yield and yield components

注：不同字母表示在0.05水平差異顯著
Note：The different letters mean significant difference at 0.05 level．The same as follows

3.3 機采株行距配置對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同機采棉株行距種植配置與棉花不同品種對棉花產(chǎn)量構(gòu)成因子中單位面積結(jié)鈴數(shù)的變化起主要調(diào)節(jié)作用并直接影響產(chǎn)量形成。對不同機采棉株行距配置而言，在保證單位面積結(jié)鈴數(shù)不降低的前提下，提高單鈴重是機采棉花增產(chǎn)的關(guān)鍵。研究與其研究結(jié)果一致，不同機采株行距配置處理可使棉花產(chǎn)量顯著提高。研究中不同機采株行距配置處理間,在R3機采棉株行距配置下皮棉產(chǎn)量最高,平均可達3 307.8 kg/hm2,比R1、R2分別平均高19.44%、4.08%。品種間，新陸中54號的各處理皮棉產(chǎn)量均高于新陸中75號，且單株結(jié)鈴數(shù)高出9.23%，最終皮棉產(chǎn)量高出4.98%。說明，松散型品種新陸中54號單株優(yōu)勢比較強。

4 結(jié) 論

不同品種及機采株行距配置對棉株生物量和氮素積累影響較明顯，生殖器官的氮素凈吸收量、凈轉(zhuǎn)移量和對棉花產(chǎn)量貢獻最大。在南疆，不同品種在機采棉株行距配置間，松散型品種新陸中54號在低密度一膜四行(64+12) cm配置下地上部生物量及氮素累積特征值較協(xié)調(diào),各器官分配比例較合理,使皮棉產(chǎn)量較高。