霍飛超,李鵬程,李運(yùn)海,鄭蒼松,馮衛(wèi)娜,敦磊,胡守林,董合林
(1塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院,新疆阿拉爾 843300;2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所,河南安陽455000)
【研究意義】“矮密早”模式為新疆的棉花生產(chǎn)提供了產(chǎn)量保障,隨著對棉花品質(zhì)的要求以及生產(chǎn)中對于輕簡化的需求,過密的種植方式影響化調(diào)脫葉及機(jī)械采摘。采用降密度、促光效的優(yōu)質(zhì)栽培方式正逐漸被生產(chǎn)所需求,降密條件下進(jìn)行株型調(diào)控以保障棉花產(chǎn)量,成為了棉花生產(chǎn)中亟待解決的問題[1]。新疆棉花雖然依靠高密度達(dá)到高產(chǎn),但并非密度越高產(chǎn)量越高,因?yàn)樵谝欢芏确秶鷥?nèi),葉面積指數(shù)隨密度提高而增大,單位面積內(nèi)提高棉花對光的截獲效率,源強(qiáng)度增大,而相應(yīng)的蕾、花、鈴的數(shù)量降低,庫容減小,源庫關(guān)系失衡從而可能引起產(chǎn)量降低[3]。為適應(yīng)棉花機(jī)采的要求,新疆棉區(qū)棉花行距配置方式普遍由人工采收模式(55+30)cm改為機(jī)采模式(66+10)cm,平均行距縮小,種植密度增大,一般在22.5×104~27×104株/hm2,致使棉田蔭蔽,下部葉片受光不足而早衰,下部棉鈴發(fā)育不良,纖維長度、強(qiáng)度和成熟度受到影響;噴灑脫葉劑后棉花葉片出現(xiàn)“脫而不落”,機(jī)械采收子棉含雜率高,加工時(shí)必須增加清花次數(shù),損傷棉纖維。噴施縮節(jié)胺能有效矮化棉花株高,減少果枝分化,提高花鈴數(shù),增加庫容[4]。【前人研究進(jìn)展】在密度與縮節(jié)胺互作對棉花產(chǎn)量等影響研究中,任曉明等[2]認(rèn)為,種植密度與縮節(jié)胺調(diào)節(jié)對棉花產(chǎn)量有極顯著的影響;周永萍等[3]認(rèn)為,棉花產(chǎn)量隨密度的升高呈先升后降趨勢,高密度會(huì)降低單株成鈴數(shù),影響棉花產(chǎn)量;ZHAO Wenqing等[4]也認(rèn)為,籽棉產(chǎn)量隨密度的增加呈非線性增加,并在達(dá)到最高值后出現(xiàn)下降;劉麗英等[5]研究表明,合理化控能增加鈴重和單株成鈴數(shù),從而達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。Zhang Q等[6],高密度和過量化調(diào),不利于作物高產(chǎn),合理密植搭配適量化調(diào)是提高產(chǎn)量的有力保障?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】種植密度及化學(xué)調(diào)控是影響棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要因素。適當(dāng)?shù)脑黾臃N植密度,是提高棉花產(chǎn)量的重要手段之一,而在不同的密度下如何進(jìn)行化學(xué)調(diào)控,調(diào)節(jié)群體長勢,改良群體冠層結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)源與庫關(guān)系,提高群體生產(chǎn)力,已成為目前棉花高產(chǎn)理論研究的難點(diǎn)問題之一[5]。棉花1膜3行種植模式下,研究密度與縮節(jié)胺用量對棉花生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響及互作效應(yīng)。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究新疆南疆棉區(qū)1膜3行種植模式下,種植密度與縮節(jié)胺對棉花生長發(fā)育與產(chǎn)量的影響及其密度和縮節(jié)胺優(yōu)化組合,為其在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2018年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所新疆阿拉爾綜合試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)位于海拔約1 015 m的新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師10團(tuán)。其位處塔克拉瑪干沙漠西北緣、塔里木河的上游,光熱資源豐富,年日照時(shí)數(shù)約為2 996 h,日照率66%,太陽輻射年均為559.4~612.1 KJ/cm2,≥10℃年積溫4 000℃以上,無霜期180~224 d,年均氣溫達(dá)到了10.8℃。降雨量很少,歷年降水量約為40.1~82.5 mm,年均蒸發(fā)量1 976.6~2 558.9 mm。地表蒸發(fā)強(qiáng)烈,空氣干燥,主風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng),屬典型的暖溫帶大陸干旱荒漠氣候,也是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)[6]。試驗(yàn)地前茬為棉花,土壤有機(jī)質(zhì)12.5 g/kg、全氮 0.61 g/kg、堿解氮53.55 mg/kg、速效磷22 mg/kg、速效鉀157.5 mg/kg。供試品種為中棉所49號。4月22日播種,播種模式為1膜3行,機(jī)器鋪膜,人工點(diǎn)播。
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì),其中密度為主處理A,設(shè)3個(gè)水平,分別為A1:密度9.4×104株/hm2,行距76 cm,株距14 cm;A2:密度14.1×104株/hm2,行距76 cm,株距9.3 cm;A3:密度18.8×104株/hm2,行距76 cm,株距7 cm。縮節(jié)胺用量為副處理B,3個(gè)水平,分別為B1:90 g/hm2,B2:180 g/hm2,B3:270 g/hm2,縮節(jié)胺分五次根據(jù)生育期按比例噴施。4月5日基肥施復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=17-17-17)750 kg/hm2,從6月21日開始第1次滴灌,截止8月31日,期間每7 d滴灌1次,全生育期一共滴灌9次, 滴施磷酸二氫鉀150 kg/hm2、磷酸二銨225 kg/hm2、尿素225 kg/hm2,按生育期棉花需求隨水滴施。表1
表1 縮節(jié)胺用量與時(shí)期Table 1 The application amount and period of growth regulator (DPC)(g/hm2)
1.2.2 測定指標(biāo)1.2.2.1 株高、莖粗和節(jié)間長度
每小區(qū)定點(diǎn)10株,根據(jù)生育期分別于5月15日、6月15日、7月15日、8月15日和9月10日,用直尺測量株高,游標(biāo)卡尺測量莖粗,節(jié)間長度待打頂后用直尺測量。
1.2.2.2 干物質(zhì)積累和分配
每小區(qū)取3株,分為莖、葉和鈴(含蕾和花)3部分,105℃殺青30 min,然后80℃烘干至恒重,稱干重。
1.2.2.3 葉面積指數(shù)(LAI)、葉綠素含量
使用Lai-2000型冠層儀于棉株下部行間測定;使用Spad-502型葉綠素測定儀測量棉株倒3葉葉片的葉綠素含量。
1.2.2.4 產(chǎn)量
取每處理中部花50朵,曬干后稱籽棉質(zhì)量,籽棉軋花后測定單鈴重和衣分等數(shù)據(jù)。小區(qū)產(chǎn)量分霜前和霜后2次收取,以實(shí)收計(jì)產(chǎn)。
1.2.2.5 纖維品質(zhì)
每處理取25 g棉樣,郵寄到農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心(安陽),進(jìn)行纖維品質(zhì)檢測。
采用Microsoft Excel 2007 軟件處理數(shù)據(jù),用SPSS 25.0軟件統(tǒng)計(jì)分析。
研究表明,在棉花2~3葉期和蕾期,各處理間株高及莖粗差異不顯著,這是由于生育前期植株矮小,葉片吸收縮節(jié)胺量少,棉株間相互影響較小,但處理間依然存在隨密度的增加,株高升高,莖粗變細(xì)的趨勢;而開花期及吐絮期,棉花株高在相同縮節(jié)胺用量下,株高隨密度的增加而升高,高密度(A3)處理>中密度(A2)處理>低密度(A1)處理;在相同種植密度下,株高隨縮節(jié)胺用量增加而降低。棉花莖粗在開花期和吐絮期均有差異。莖粗在同等縮節(jié)胺用量下,隨著密度升高而減小;相同密度水平,隨縮節(jié)胺用量增加而增大,以A1B3處理最高。雙因素分析表明,密度和縮節(jié)胺在開花期之后對棉花株高和莖粗有顯著的交互作用。表2
表2 不同種植密度和縮節(jié)胺用量下棉花株高和莖粗變化Table 2 Effects of planting density and the DPC on cotton plant height and stem thickness
注:A1、A2、A3分別代表種植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2;B1、B2、B3分別代表縮節(jié)胺用量為90 、180 和270 g/hm2。*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著,NS表示差異不顯著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)
研究表明,各處理第1~2臺(tái)果枝間的長度最長,隨著生育期的推進(jìn),節(jié)間長度先急劇縮短,后緩慢伸長,在第6~7臺(tái)果枝后再次縮短。雙因素分析表明,在第5臺(tái)果枝之前,密度與縮節(jié)胺對棉花節(jié)間長度無顯著影響,這與株高的結(jié)果相一致。從第7臺(tái)果枝開始,隨著生育期進(jìn)程與縮節(jié)胺用量的增加,節(jié)間長度出現(xiàn)顯著差異。密度對節(jié)間長度有顯著影響,且密度和縮節(jié)胺存在交互作用。表3
研究表明,各處理地上部分營養(yǎng)器官(葉片及莖枝)占全株比重隨時(shí)間的推移而降低,生殖器官(蕾鈴花)隨生育期的推進(jìn)而逐漸升高。蕾期、密度和縮節(jié)胺用量對棉花生殖器官干物質(zhì)的積累無明顯差異,而對地上營養(yǎng)器官干物質(zhì)重影響顯著;其中A2B2處理最高?;ㄆ谏称鞴僭谙嗤s節(jié)胺用量下,隨密度的升高而降低,同密度水平下,隨縮節(jié)胺用量的加大而增加;而在鈴期,生殖器官所占比重呈先升后降趨勢,但各處理間差異不顯著,以A2B2處理最高。表4,表5
表3 不同種植密度和縮節(jié)胺用量下棉花節(jié)間長度變化Table 3 Effects of planting density and the DPC on cotton fruit branches
注:A1、A2、A3分別代表種植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2;B1、B2、B3分別代表縮節(jié)胺用量為90、180和270 g/hm2;G1-2G1-2代表地上第一果枝到第二果枝之間的長度,G2-3、G3-4等均表示兩果枝之間的長度。*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著,NS表示差異不顯著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000 , and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine 90 , 180 , and 270 g/hm2; G1-2 to G8-9 represent the internodes of each fruit branch.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)
表4 不同種植密度和縮節(jié)胺用量下棉花干物質(zhì)積累變化Table 4 Effects of planting density and the DPC on cotton dry matter accumulation
注:A1、A2、A3分別代表種植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2;B1、B2、B3分別代表縮節(jié)胺用量為90、180和270 g/hm2。*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著,NS表示差異不顯著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000, 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)
表5 種植密度和縮節(jié)胺互作下棉花干物質(zhì)分配變化Table 5 Effects of the interaction between planting density and the DPC on cotton dry matter allocation
注:A1、A2、A3分別代表種植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2;B1、B2、B3分別代表縮節(jié)胺用量為90、180和270 g/hm2。*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著,NS表示差異不顯著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)
研究表明,種植密度和縮節(jié)胺用量對棉花LAI均有顯著影響,且存在互作效應(yīng)。棉花盛蕾期,相同縮節(jié)胺用量下,LAI隨密度增大而增加;相同種植密度下,隨縮節(jié)胺用量的增加而減?。浑S著生育期的進(jìn)程,A1處理LAI持續(xù)增高,A2和A3處理在盛花期達(dá)到峰值,之后下降;在盛蕾期,以A3B1處理LAI值較高,初花期后以A2B2處理LAI值最高。
種植密度對棉花葉片中葉綠素的含量沒有顯著影響,而縮節(jié)胺對其有顯著影響。在相同種植密度下,葉片中葉綠素含量B3處理>B2處理>B1處理,縮節(jié)胺可調(diào)節(jié)棉花葉綠素含量,葉綠素隨縮節(jié)胺用量增加而增多。表6
種植密度和縮節(jié)胺用量對棉花籽棉產(chǎn)量均有極顯著影響,且兩者存在互作效應(yīng)。在相同縮節(jié)胺用量下,籽棉產(chǎn)量A2處理顯著高于A1和A3,且A1和A3無顯著差異;而在同密度處理下,B2處理籽棉產(chǎn)量最高,B1最低,且兩者間差異顯著。種植密度和縮節(jié)胺用量對棉花籽棉產(chǎn)量存在互作效應(yīng),其中A2B2處理的籽棉產(chǎn)量最高。
種植密度和縮節(jié)胺對棉花的單鈴重及單株成鈴數(shù)有顯著影響,而對衣分的影響差異不顯著。在相同縮節(jié)胺用量下,單鈴重隨密度的增加呈下降趨勢;而在相同種植密度下,單鈴重B3>B2>B1,以A1B3處理單鈴重最高。種植密度對單株鈴數(shù)有極顯著影響,不同種植密度下,單株鈴數(shù)A1>A2>A3,而不同縮節(jié)胺用量下,單株鈴數(shù)呈先升后降的趨勢。由雙因素分析可知,種植密度和縮節(jié)胺用量對棉花單株鈴數(shù)存在互作效應(yīng),其中A1B1單株鈴數(shù)最多。表7
種植密度和縮節(jié)胺用量對棉花纖維品質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)沒有顯著差異。表8
表6 種植密度和縮節(jié)胺互作下棉花葉面積指數(shù)(LAI)及葉綠素含量變化Table 6 Effects of the interaction between planting density and the DPC on cotton leaf area index (LAI) and chlorophyll content
注:A1、A2、A3分別代表種植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2;B1、B2、B3分別代表縮節(jié)胺用量為90、180和270 g/hm2。*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著,NS表示差異不顯著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)
表7 不同種植密度和縮節(jié)胺下棉花產(chǎn)量變化Table 7 Effects of planting density and DPC on cotton yield
注:A1、A2、A3分別代表種植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2;B1、B2、B3分別代表縮節(jié)胺用量為90、180和270 g/hm2。*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著,NS表示差異不顯著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)
表8 不同種植密度和縮節(jié)胺用量下棉花纖維品質(zhì)變化Table 8 Effects of planting density and DPC on cotton fiber quality
注:A1、A2、A3分別代表種植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2;B1、B2、B3分別代表縮節(jié)胺用量為90、180和270 g/hm2。*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著,NS表示差異不顯著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)
種植密度與縮節(jié)胺用量對棉花株高、莖粗以及節(jié)間長度存在顯著影響。崔延楠等[8]認(rèn)為,棉花株高及莖粗隨密度的升高而降低。而試驗(yàn)研究表明,在蕾期之前,由于葉量較少,對縮節(jié)胺吸收利用較少,各密度處理的空間足夠棉株自由生長,相互間影響較小?;ㄆ谝院螅谕芏认?,隨縮節(jié)胺用量增加,株高降低,莖粗增大,節(jié)間長度變短;相同縮節(jié)胺用量下,密度與株高呈正相關(guān),與莖粗呈負(fù)相關(guān),節(jié)間長度隨密度升高呈先升后降趨勢。
植株的冠層結(jié)構(gòu),光合效率等指標(biāo)為棉花高產(chǎn)提供有力的保障[9]。葉片對光的截獲量取決于棉花群體的冠層結(jié)構(gòu),合理的群體冠層結(jié)構(gòu)有利于提高光合效率,可以有效增加光合物質(zhì)的積累[10]。張旺峰等[11]研究表明,當(dāng)密度過低時(shí),植株個(gè)體生長條件好,但群體不足,光合效率低,光合物質(zhì)積累少,導(dǎo)致產(chǎn)量偏低;當(dāng)密度過高時(shí),前期群體光合物質(zhì)積累的多,但個(gè)體發(fā)育受到影響,降低對逆境的抗性,以至于生育后期葉片光合速率迅速降低,植株衰老較早,同樣難以獲得高產(chǎn);合理密植可以使個(gè)體發(fā)育健壯,同時(shí)又保證一定數(shù)量的群體,得以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。楊長琴等[12]也指出低密度群體葉面積指數(shù)低、透光率高,不利于提高產(chǎn)量;高密度的密度效應(yīng)不足以彌補(bǔ)個(gè)體生長的不足,也難以達(dá)到高產(chǎn);合理密植使葉面積指數(shù)高而透光率低,是產(chǎn)量較高的基礎(chǔ)。這些結(jié)論與研究一致,合理的降低種植密植與化控可改善冠層結(jié)構(gòu)[13],提高光合效率,協(xié)調(diào)源和庫的關(guān)系,促進(jìn)光合物質(zhì)的積累,從而達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。
種植密度和縮節(jié)胺用量是實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)的重要因素。棉花的產(chǎn)量由單鈴重、單位面積總鈴數(shù)及衣分決定[14],其中衣分受遺傳因素影響較大[15],而單鈴重和成鈴數(shù)不僅與環(huán)境有關(guān),更與栽培措施緊密相連,尤其單株成鈴更具有較大可塑性[16]。大量生產(chǎn)實(shí)踐證明,成鈴數(shù)與棉花產(chǎn)量呈正相關(guān)[17]。邢晉等[18]研究發(fā)現(xiàn),密度增加會(huì)顯著降低棉花單鈴重,總鈴數(shù)呈先升后降的趨勢,從而導(dǎo)致籽棉產(chǎn)量也呈單峰曲線變化趨勢;在同密度下增施縮節(jié)胺可提高籽棉產(chǎn)量,種植密度和縮節(jié)胺在干物質(zhì)積累分配上有互作效應(yīng)。馮國藝等[19]也認(rèn)為,適宜的縮節(jié)胺化控能夠改善冠層,增加鈴重和成鈴數(shù),從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。這與試驗(yàn)研究結(jié)果一致。種植密度和縮節(jié)胺存在互作效應(yīng),在同密度水平或同縮節(jié)胺用量下,籽棉產(chǎn)量呈先升后降的趨勢,其中種植密度為14.1×104株/hm2,縮節(jié)胺用量180 g/hm2時(shí),籽棉產(chǎn)量最高,達(dá)到6 135 kg/hm2。
關(guān)于種植密度與縮節(jié)胺用量對棉花品質(zhì)的影響,不少研究結(jié)果都不盡一致,可能與栽培措施及種植環(huán)境有關(guān)[20]。賴奕英等[21]研究表明,密度對棉花纖維品質(zhì)影響較小。徐立華等[22]同樣指出縮節(jié)胺化控對棉花纖維長度、整齊度影響較小,有降低斷裂比強(qiáng)度和提高馬克隆值的趨勢,但差異不顯著。而楊曉妮等[23]認(rèn)為,種植密度和縮節(jié)胺互作對棉花纖維品質(zhì)影響顯著。研究認(rèn)為種植密度與縮節(jié)胺互作對棉花纖維品質(zhì)無顯著影響,與賴奕英等[21]研究結(jié)論一致。
試驗(yàn)是對1膜3行機(jī)采模式下縮節(jié)胺用量與種植密度的初步研究,在試驗(yàn)設(shè)計(jì)上存在密度和縮節(jié)胺兩因素的水平數(shù)較少,水平梯度較大;在后續(xù)的試驗(yàn)中需要增加因素水平數(shù),縮小水平梯度,并且進(jìn)行多年或多點(diǎn)試驗(yàn),綜合比較試驗(yàn)結(jié)果,得出更令人準(zhǔn)確的結(jié)論。
通過試驗(yàn)研究,低密度處理的棉株個(gè)體優(yōu)勢強(qiáng),但不足以彌補(bǔ)群體生產(chǎn)力的降低;而高密度處理的棉株莖稈較細(xì),田間通風(fēng)透光性差,降低了棉花的抗逆性,同樣不利于作物產(chǎn)量的形成。低縮節(jié)胺用量的化控不能有效控制棉株?duì)I養(yǎng)生長,不利于棉株生物量由營養(yǎng)器官向生殖器官的轉(zhuǎn)運(yùn);而過量化控又會(huì)抑制棉株生長,減少棉鈴的著生位點(diǎn),進(jìn)而影響籽棉產(chǎn)量。種植密度與縮節(jié)胺對棉花生長及籽棉產(chǎn)量存在互作效應(yīng),但對棉花纖維品質(zhì)的影響較小。在密度為14.1×104株/hm2,縮節(jié)胺180 g/hm2時(shí),有利于協(xié)調(diào)棉株的營養(yǎng)生長與生殖生長關(guān)系,增加群體物質(zhì)量的積累,改良冠層結(jié)構(gòu),提高光合利用率,為作物高產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供有力保障。