朱曉偉，劉連濤，萬(wàn)華龍，張永江，孫紅春，李存東

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)/河北省作物生長(zhǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定071000）

作物產(chǎn)量與其群體冠層結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，良好的群體結(jié)構(gòu)是提高生物學(xué)產(chǎn)量的重要前提。目前在黃河流域，棉花種植多采用“中密壯”（中密度、壯株）株型群體結(jié)構(gòu)，冠層高度整齊一致；但整齊一致的冠層結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致群體內(nèi)部通風(fēng)透光性差，微環(huán)境惡化，蕾鈴脫落，產(chǎn)量降低[1-3]。因此研究棉花不同冠層結(jié)構(gòu)及其與產(chǎn)量性狀的關(guān)系，對(duì)于優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu)配置，提高棉花產(chǎn)量、指導(dǎo)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培具有重要意義。

作物冠層結(jié)構(gòu)是指群落中地上部分器官的數(shù)量和空間排列方式，主要包括葉、枝和果枝等的大小、角度、位置分布及時(shí)空動(dòng)態(tài)[4]。作物高產(chǎn)與適宜的冠層結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)有緊密聯(lián)系[5-8]，合理的冠層結(jié)構(gòu)有利于調(diào)節(jié)作物冠層內(nèi)的光分布，改善冠層內(nèi)環(huán)境，增加單株有效鈴數(shù)，提高鈴重，提高產(chǎn)量[1,9-10]。前人圍繞棉花高產(chǎn)的理想冠層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量研究，其中通過(guò)整枝方式調(diào)控冠層結(jié)構(gòu)的研究居多。研究認(rèn)為，留葉枝能增結(jié)伏桃和早秋桃，當(dāng)棉株保有3個(gè)葉枝時(shí)，葉枝鈴貢獻(xiàn)率接近理論最適值[11]；無(wú)論是去葉枝或留葉枝，棉鈴主要分布在下中層和內(nèi)圍，上層和外圍分布較少，整枝方式的不同主要影響棉鈴在棉株上的垂直分布，留葉枝使產(chǎn)量上下分布更加分散[12]；留營(yíng)養(yǎng)枝不改變棉花的生育進(jìn)程，但能夠提早封行，棉花的皮棉產(chǎn)量與常規(guī)整枝處理相當(dāng)或略有提高[13]。關(guān)于棉花株型調(diào)控冠層結(jié)構(gòu)的研究也有大量報(bào)道，目前研究比較一致地認(rèn)為，在滿足棉株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)的前提下，通過(guò)化控盡量縮小棉株?duì)I養(yǎng)體，塑造與密度相適應(yīng)的高矮相間冠層結(jié)構(gòu)，能夠有效改善群體通風(fēng)透光條件，有效利用全生育期的光、熱、水等資源，可促使內(nèi)圍果節(jié)多結(jié)鈴，提高棉花內(nèi)圍鈴的成鈴率，提高籽棉產(chǎn)量[14-16]。前人對(duì)整枝方式或冠層高度作為單一因子在促進(jìn)光合[17-18]、改善小氣候[19-20]和提高產(chǎn)量[21-22]等方面的研究報(bào)道較多，但關(guān)于整枝方式和冠層高度配合對(duì)棉鈴時(shí)空分布和產(chǎn)量的互作效應(yīng)尚少見(jiàn)研究。針對(duì)此種情況，本研究基于整枝方式和冠層高度單一效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，以當(dāng)前主推棉花品種為試驗(yàn)材料，通過(guò)裂區(qū)設(shè)計(jì)研究整枝方式和冠層高度對(duì)棉鈴時(shí)空分布、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的單因子效應(yīng)和互作效應(yīng)，為優(yōu)化黃河流域棉花冠層結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年和2017年在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)清苑實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)站位于保定市清苑區(qū)（N 38°53′，E 115°28′），年光照時(shí)間2 400～2 800 h，年均氣溫13.8℃，無(wú)霜期達(dá)200～240 d，屬亞濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。土質(zhì)為壤土，2016年試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)地力：有機(jī)質(zhì)含量17.41 g·kg－1，堿解氮65.14 mg·kg－1，速效磷30.66 mg·kg－1，速效鉀150.67 mg·kg－1；2017年試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)地力：有機(jī)質(zhì)含量15.02 g·kg－1，堿解氮55.57 mg·kg－1，速效磷23.68 mg·kg－1，速效鉀129.93 mg·kg－1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016―2017年均以冀棉958（由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物所提供）為試驗(yàn)材料，4月24日播種，密度4.5萬(wàn)株·hm－2。大小行種植，大行距100 cm，小行距50 cm。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為整枝方式，設(shè)去葉枝（P1）和留葉枝（P2）2種處理；副區(qū)為冠層高度，設(shè)高矮相間冠層（C1）、矮冠層（C2）和高冠層（C3）3種處理，其中高矮相間冠層（C1）處理為2行高冠層（C3）和2行矮冠層（C2）相間種植。共6個(gè)試驗(yàn)處理：去葉枝高矮相間冠層（P1C1）、去葉枝矮冠層（P1C2）、去葉枝高冠層（P1C3）、留葉枝高矮相間冠層（P2C1）、留葉枝矮冠層（P2C2）和留葉枝高冠 層（P2C3），小 區(qū)面積100 m2（長(zhǎng)10 m，寬10 m），重復(fù)3次。冠層高度差異通過(guò)化控和分期打頂相結(jié)合的方式塑造（表1）；兩年試驗(yàn)中，均對(duì)矮冠層處理追加3～4次化控（98%甲哌鎓，7月中旬2次，75 g·hm－2；7月下旬1～2次，105 g·hm－2），其他田間管理措施參照常規(guī)高產(chǎn)棉田。

兩年的降水量和太陽(yáng)輻射量數(shù)據(jù)均來(lái)自于實(shí)驗(yàn)地氣象站（圖1）。2016年總降水量360.17 mm，2017年總降水量522.3 mm，兩年比較表現(xiàn)為2017年降水量大，但降水時(shí)間早，與棉花生長(zhǎng)發(fā)育需水時(shí)間相符合；2016年太陽(yáng)總輻射量934.56 MJ·m－2，2017年太陽(yáng)總輻射量1 013.24 MJ·m－2，高于2016年。

表1 不同冠層結(jié)構(gòu)處理及植株結(jié)構(gòu)Table 1 Treatment and plant structure of different cotton canopy structures

圖1 2016年和2017年棉花生育期降水量和太陽(yáng)輻射量Fig.1 Precipitation and solar radiation during cotton growth period in 2016 and 2017

1.3 研究方法

1.3.1成鈴時(shí)間分布。每小區(qū)選擇雙行40株棉花，分別于7月15日調(diào)查伏前桃數(shù)，8月15日調(diào)查伏桃數(shù)，9月10日調(diào)查秋桃數(shù)，以40株棉花的“三桃”（伏前桃、伏桃和秋桃）數(shù)平均值作為單株棉花的“三桃”成鈴數(shù)。

1.3.2成鈴空間分布。按空間將棉鈴分為橫向分布和縱向分布，橫向分布為內(nèi)圍鈴（果枝1～2果節(jié)所結(jié)棉鈴）和外圍鈴（果枝第3果節(jié)及以上果節(jié)所結(jié)棉鈴），縱向分布為葉枝、第1～4、第5～8、第9～12、第13及以上果枝所結(jié)棉鈴。在吐絮期，每小區(qū)選取中間2個(gè)雙行結(jié)合株式圖調(diào)查棉株各果枝果節(jié)成鈴數(shù)。

1.3.3產(chǎn)量調(diào)查。吐絮后分3次（9月、10月和11月）收獲每小區(qū)中間2個(gè)雙行的籽棉，并記錄收獲鈴數(shù)，每次收獲后，曬干稱取質(zhì)量后軋花，獲得鈴重、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量。

1.3.4數(shù)據(jù)處理。利用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖，用DPS 7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉鈴時(shí)間分布的影響

對(duì)兩年數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，整枝方式和冠層高度對(duì)成鈴時(shí)間分布無(wú)顯著的互作效應(yīng)，因此分別對(duì)整枝方式和冠層高度處理進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。由表2可知，在兩年數(shù)據(jù)中，不同冠層結(jié)構(gòu)處理的“三桃”數(shù)多表現(xiàn)為以伏桃數(shù)最高，比例在45%～70%之間。2016年由于出苗晚，伏前桃少，不做分析；在伏桃中，整枝方式間并無(wú)顯著差異，但在不同冠層高度處理中，高矮相間冠層群體與矮冠層群體的伏桃數(shù)差異不顯著，但顯著高于高冠層群體；去葉枝群體中高矮相間冠層的伏桃數(shù)分別較矮冠層和高冠層高5.1%和9.6%，留葉枝群體中分別高4.2%和8.9%；在秋桃中，留葉枝群體鈴數(shù)顯著高于去葉枝群體，高冠層群體的秋桃數(shù)顯著高于矮冠層群體和高矮相間冠層群體，可能是由于單株果枝數(shù)多的原因。

2017年（表2），在伏前桃中，留葉枝群體的伏前桃數(shù)顯著高于去葉枝群體，高矮相間冠層群體的伏前桃數(shù)高于矮冠層群體，矮冠層群體的伏前桃數(shù)高于高冠層群體，但均未達(dá)到顯著差異水平；在伏桃和秋桃中，不同冠層高度處理下高冠層群體的鈴數(shù)均顯著高于矮冠層群體，但和高矮相間冠層群體在伏桃中差異不顯著，說(shuō)明塑造高矮相間冠層能夠保證一定的伏桃數(shù)和比例；留葉枝群體的伏桃數(shù)顯著高于去葉枝群體，相對(duì)提高了9.6%，兩者秋桃數(shù)差異不顯著。

表2 不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉花“三桃”數(shù)量的影響Table 2 Effect of different canopy structure on the number of boll in three periods 個(gè)

2.2 不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉鈴空間分布的影響

2.2.1棉鈴的橫向分布。由表3可見(jiàn)，整枝方式和冠層高度對(duì)棉鈴的橫向分布均有顯著影響。在2016年，不同冠層結(jié)構(gòu)處理均表現(xiàn)為棉株內(nèi)圍鈴數(shù)高于外圍鈴數(shù)；去葉枝群體的果枝內(nèi)圍鈴數(shù)和外圍鈴數(shù)均高于留葉枝群體，說(shuō)明去除葉枝能夠增加棉花果枝各果節(jié)結(jié)鈴數(shù)；不同冠層高度處理間表現(xiàn)為高冠層群體的內(nèi)圍鈴數(shù)顯著高于矮冠層群體和高矮相間冠層群體，但在外圍鈴中，3種處理間并無(wú)顯著差異。此外，整枝方式與冠層高度對(duì)棉株外圍鈴數(shù)的互作效應(yīng)顯著。

在2017年（表3），不同整枝方式間所表現(xiàn)的趨勢(shì)同2016年保持一致；整枝方式的變化對(duì)不同冠層高度處理棉鈴的橫向空間分布影響不大，不同整枝方式下高冠層群體的內(nèi)圍鈴數(shù)和外圍鈴數(shù)均高于高矮相間冠層群體和矮冠層群體，但高冠層群體和高矮相間冠層群體的外圍鈴數(shù)差異不顯著。

表3 不同冠層結(jié)構(gòu)下棉鈴的橫向空間分布Table 3 Lateral distribution of boll number under different canopy structures 個(gè)

2.2.2棉鈴的縱向分布。在2016年（表4），不同整枝方式處理間的果枝結(jié)鈴數(shù)表現(xiàn)為留葉枝群體下部、中上部及上部果枝的結(jié)鈴數(shù)及所占比例均小于去葉枝群體，但差異不顯著。而不同冠層高度處理間的棉株結(jié)鈴數(shù)在冠層下部（第1～4果枝）和中上部（第9～12果枝）中并無(wú)顯著差異；但在冠層中下部（第5～8果枝），高矮相間冠層群體的結(jié)鈴數(shù)顯著高于高冠層群體，而和矮冠層群體差異不顯著；在冠層上部（第13及以上果枝），高冠層群體的結(jié)鈴數(shù)高于高矮相間冠層群體和矮冠層群體，達(dá)到顯著差異水平。

在2017年（表4），不同冠層結(jié)構(gòu)處理的第1～4果枝和第5～8果枝的總結(jié)鈴數(shù)占全株鈴數(shù)的60%～75%，去葉枝群體不同處理的不同層次果枝結(jié)鈴數(shù)及所占比例均高于留葉枝群體，說(shuō)明棉株下部和中下部是優(yōu)勢(shì)結(jié)鈴部位，保留葉枝會(huì)使各果枝結(jié)鈴數(shù)和所占比例降低；從下部果枝分析，在不同冠層高度處理中矮冠層群體的結(jié)鈴數(shù)最多，表現(xiàn)為矮冠層群體的下部果枝結(jié)鈴數(shù)顯著高于高矮相間冠層群體和高冠層群體，其占總鈴數(shù)的比例最高，在去葉枝和留葉枝群體中分別為45.93%和37.13%；在冠層中下部（第5～8果枝）、中上部（第9～12果枝）和上部（第13及以上果枝）中表現(xiàn)為高冠層群體的結(jié)鈴數(shù)顯著高于矮冠層群體，但和高矮相間冠層群體在中下部和中上部果枝中并無(wú)顯著差異。以上分析結(jié)果說(shuō)明：在棉鈴縱向分布上，矮冠層處理可提高下部果枝的成鈴率，但由于果枝數(shù)限制，其中上部果枝的結(jié)鈴數(shù)少于高冠層群體。

2.3 不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉花成鈴和產(chǎn)量的影響

2.3.1不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉花成鈴的影響。整枝方式和冠層高度對(duì)單位面積鈴數(shù)的互作效應(yīng)顯著，且兩年的趨勢(shì)基本一致（表5）。相同冠層高度處理，均是留葉枝群體鈴數(shù)多于去葉枝群體；無(wú)論何種整枝方式，均是高冠層群體棉鈴數(shù)多于高矮相間冠層群體和矮冠層群體；在2016年和2017年，留葉枝高冠層（P2C3）群體棉鈴數(shù)較去葉枝高矮相間（P1C1）群體分別增加了22.6%和13.0%。

表4 不同冠層結(jié)構(gòu)下棉鈴的縱向空間分布Table 4 Vertical distribution of boll number under different canopy structures 個(gè)

整枝方式和冠層高度對(duì)鈴重的影響與單位面積鈴數(shù)相反；相同冠層高度處理，均是去葉枝群體鈴重大于留葉枝群體；無(wú)論何種整枝方式，均是高矮相間冠層群體鈴重大于高冠層群體和矮冠層群體，互作效應(yīng)顯著。在2016年和2017年，去葉枝高矮相間（P1C1）群體的鈴重較留葉枝高矮相間（P2C1）群體分別增加了8.5%和12.9%。

2.3.2不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉花產(chǎn)量的影響。2016年，因出苗較晚，導(dǎo)致棉鈴貪青晚熟，沒(méi)有全部吐絮，產(chǎn)量較低，不同處理的籽棉產(chǎn)量沒(méi)有表現(xiàn)出顯著差異。2017年，整枝方式間無(wú)顯著差異，但冠層高度對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量的影響顯著，不同整枝方式下均以高矮相間冠層群體的棉花籽棉產(chǎn)量最高，其籽棉產(chǎn)量較矮冠層群體提高了24.3%，較高冠層群體提高了10%。此外，整枝方式與冠層高度對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量互作顯示，P1C1群體的籽棉產(chǎn)量最高，達(dá)到4 640 kg·hm－2；而P1C2群體最低，僅3 534 kg·hm－2。

表5 不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉花成鈴狀況和產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of different canopy structure on boll setting and yield

3 討論

3.1 不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉鈴時(shí)間分布的影響

棉鈴在時(shí)間上的分布主要指“三桃”：即伏前桃、伏桃和秋桃，“三桃”數(shù)量及比例是衡量棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的重要指標(biāo)[23]。不同整枝方式和冠層高度因其外部形態(tài)和生育進(jìn)程的不同，其“三桃”數(shù)量及所占比重均有所差異。前人研究認(rèn)為，棉花去葉枝和打頂能夠在一定程度上促進(jìn)秋桃的形成，增加秋桃比例，而留葉枝則對(duì)伏桃的形成有利[24]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，棉花高矮相間冠層群體與常規(guī)冠層群體相比，能夠顯著提高其伏前桃數(shù)，但秋桃數(shù)差異不顯著[25]。本研究表明，在不同整枝方式處理中，留葉枝處理能夠顯著增加棉株的“三桃”總鈴數(shù)，但其秋桃數(shù)和去葉枝處理相比，兩年間表現(xiàn)為留葉枝處理秋桃數(shù)較多或兩者間差異不顯著，與劉燕[24]關(guān)于棉花整枝效應(yīng)的研究結(jié)果并不完全一致，可能是由于材料及地區(qū)氣候條件不同的原因。在不同冠層高度處理中，高矮相間冠層處理比高冠層處理顯著增加棉株伏前桃數(shù)，但其秋桃數(shù)卻顯著少于高冠層處理，與成國(guó)鵬[25]對(duì)棉花群體冠層結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果并不完全相同，可能是由于棉花品種熟性不同所致。

3.2 不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉鈴空間分布的影響

一般認(rèn)為，棉株中部果枝以及內(nèi)圍果節(jié)結(jié)鈴較好，鈴重和纖維品質(zhì)較高，且變動(dòng)小，是棉株優(yōu)質(zhì)鈴的空間部位，也稱為優(yōu)勢(shì)成鈴部位[26]。董合忠等[12]研究發(fā)現(xiàn)不同的整枝方式主要影響棉鈴在棉株上的垂直分布，留葉枝使棉鈴上下分布更加分散，對(duì)棉鈴的橫向分布影響不大。孫學(xué)振等[27]研究表明保留葉枝可提高中下部果枝各果節(jié)的結(jié)鈴數(shù)和所占比例，但會(huì)降低果枝總結(jié)鈴數(shù)。本研究表明，在橫向分布上，不同冠層結(jié)構(gòu)群體棉鈴均是內(nèi)圍鈴數(shù)較多，留葉枝使果枝各果節(jié)結(jié)鈴數(shù)下降；在縱向分布上，留葉枝群體果枝棉鈴較去葉枝群體分布均勻，上下分布更加分散，去葉枝群體下部果枝棉鈴分布較多，而留葉枝群體則集中在中部果枝，與前人研究結(jié)果基本一致；此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，2016年整枝方式和冠層高度對(duì)棉株外圍鈴數(shù)的互作效應(yīng)顯著，以去葉枝高冠層群體的外圍鈴數(shù)最多，但2017年兩者間并未表現(xiàn)出顯著的互作效應(yīng)。

3.3 不同冠層結(jié)構(gòu)對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

合理的冠層結(jié)構(gòu)是棉花實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。本研究在黃河流域中等密度（4.5萬(wàn)株·hm－2）條件下，通過(guò)調(diào)控整枝方式和冠層高度塑造6種不同的冠層結(jié)構(gòu)。兩年研究表明，留葉枝群體較去葉枝群體顯著降低了鈴重，但增加了單位面積總鈴數(shù)；降低了籽棉產(chǎn)量，而增加了皮棉產(chǎn)量，可見(jiàn)在中等密度條件下，保留棉花葉枝是可行的，與李維江等[13]關(guān)于棉花簡(jiǎn)化栽培技術(shù)的研究結(jié)果相符。高矮相間群體的單位面積總鈴數(shù)小于高冠層群體，但鈴重、籽棉和皮棉產(chǎn)量均顯著高于高冠層和矮冠層群體，說(shuō)明塑造高矮相間種植模式能夠顯著增加鈴重，提高籽棉和皮棉產(chǎn)量，與徐敏等[15]關(guān)于遼河流域棉花高矮整枝栽培模式的研究結(jié)果一致。此外，在本研究中還發(fā)現(xiàn)整枝方式和冠層高度間存在著顯著的互作效應(yīng)，在去葉枝或留葉枝群體中，2016年和2017年的籽棉產(chǎn)量都是高矮相間冠層處理最高，去葉枝高矮相間群體的籽棉產(chǎn)量高于留葉枝高矮相間群體。

4 結(jié)論

整枝方式和冠層高度互作對(duì)棉鈴時(shí)空分布的影響較小，但對(duì)棉花產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量水平具有顯著的互作效應(yīng)。去葉枝高矮相間群體能夠保證在一定鈴數(shù)的基礎(chǔ)上，顯著提高鈴重，從而提高籽棉產(chǎn)量，但其皮棉產(chǎn)量和留葉枝高矮相間群體差異不顯著。同時(shí)保留葉枝可減少整枝工作量，因此塑造留葉枝高矮相間冠層結(jié)構(gòu)可作為進(jìn)一步提高黃河流域棉花產(chǎn)量的重要栽培模式。