郝先哲，夏軍，時曉娟，田雨，石峰，李楠楠，李軍宏，高宏云，羅宏海，馮楊

(1石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆 石河子 832003；2新疆兵團第七師農(nóng)科所，新疆 奎屯 833200)

棉花作為新疆的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其種植面積、單產(chǎn)水平、總產(chǎn)量均居于全國各省(區(qū))首位，得益于新疆棉花的規(guī)模化和機械化生產(chǎn)[1-3]。但近年來，新疆棉花“高投入，低產(chǎn)出”的趨勢日益嚴重，致使新疆植棉收益逐漸下滑[4-5]。合理利用棉花雜種優(yōu)勢是提高棉花產(chǎn)量的有效措施[6]。由于新疆棉區(qū)高密度植棉，提高了雜交棉的用種成本[7]，同時機采雜交棉含雜率較高[8]，嚴重制約了雜交棉種植的經(jīng)濟效益及其推廣。研究[9]表明，通過對株行距配置的調(diào)整，雜交棉在等行距種植模式下表現(xiàn)出較高的產(chǎn)量潛力。因此，開展等行距稀植模式下雜交棉的增產(chǎn)機理研究，對于新疆棉花產(chǎn)量持續(xù)增加具有重要意義。

構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)是棉花生產(chǎn)中獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的重要栽培手段之一[10]。研究者通過對棉花株行距配置的調(diào)整[8-9,11-15]，分析其對干物質(zhì)積累[8-9]、產(chǎn)量及品質(zhì)[11]棉花生長發(fā)育[12-13]、成鈴結(jié)構(gòu)[14-15]、等不同方面的影響，得出適宜機采的高產(chǎn)棉田，應(yīng)構(gòu)建合理的群體密度來協(xié)調(diào)棉花的營養(yǎng)生長和生殖生長[12]，同時增加結(jié)鈴數(shù)和單鈴重[13]，減少機采雜質(zhì)來提高原棉品質(zhì)[11]。此外，適度稀植也能充分發(fā)揮雜交棉的雜種優(yōu)勢，從而有效的提高棉花產(chǎn)量[7,16]。然而以往的研究大多是針對皮棉產(chǎn)量水平為2 500 kg/hm2的棉田，針對等行距稀植下產(chǎn)量水平為3 000 kg/hm2的雜交棉研究較少。因此，本研究以等行距稀植(76 cm)模式下的雜交棉為研究對象，密植模式(66 cm+10 cm)的常規(guī)棉為對照，通過測定與分析棉花干物質(zhì)積累與分配、成鈴結(jié)構(gòu)、群體生長指標、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的變化，明確等行距稀植對雜交棉群體生長及產(chǎn)量品質(zhì)特征的影響，以期為新疆棉花高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2017—2018年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第七師的125團17連(84°31′N，44°47′E)、125團2連(84°31′N，44°47′E)、128團9連(84°38′N，45°02′E)、128團7連(84°40′N，44°58′E)和130團試驗站(84°50′N，44°43′E)進行。以七師主栽雜交棉品種魯棉研24號等行距稀植為研究對象，選用常規(guī)棉品種科研5號常規(guī)密植為對照，在各示范條田內(nèi)選擇長勢均勻的地塊設(shè)置試驗小區(qū)，小區(qū)面積為6.9 m×16 m，重復(fù)3次，詳細試驗條田見表1，試驗點棉花生育期內(nèi)每月平均溫度與降雨量情況如表2所示。

表1 不同試驗處理取樣點詳情

表2 試驗點月平均氣溫和降雨量

雜交棉種植采用2.05 m超寬膜，一膜三行，等行距(76 cm+76 cm+ 76 cm)種植，株距為9.5 cm，1穴1粒精量播種，理論密度為13.86×104株/hm2。常規(guī)棉種植采用機采棉高密度，一膜六行，寬窄行(66 cm+10 cm)種植，株距為11 cm，理論密度為23.92×104株/hm2。2017年于4月13—15日播種，6月28日—7月1日打頂，全生育期灌水10至12次，總滴灌量5 700～6 000 m3/hm2，共施用尿素600 kg/hm2，磷鉀復(fù)合肥525 kg/hm2；2018年于4月19—20日播種，7月1—5日打頂，全生育期灌水10～12次，總滴灌量5 250～6 000 m3/hm2，共施用尿素600 kg/hm2，磷鉀復(fù)合肥375～525 kg/hm2(N、P、K比例為1∶0.71～0.98∶0.46～0.65)。全生育期內(nèi)化調(diào)(縮節(jié)胺)7次，其中雜交棉稀植棉田用量為270 g/hm2、常規(guī)棉密植棉田用量為525 g/hm2。田間的其它管理同膜下滴灌高產(chǎn)棉田。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 干物質(zhì)積累與分配

分別在盛蕾期、盛花期、盛鈴期、盛鈴后期、吐絮期進行田間的取樣工作。在各棉田第3重復(fù)選取長勢一致的棉花6株。將植株分成根、莖、葉、蕾鈴等器官，裝袋帶回實驗室。先用LI-3000葉面積儀(LI-COR,Lincoln,USA)測定葉片鮮樣葉面積，再將葉片、莖、蕾花鈴等放入烘箱，105 ℃殺青0.5 h，80 ℃烘干至恒重后稱重。

1.2.2 群體生長參數(shù)

干物質(zhì)測定同期，利用植株烘干后的干物質(zhì)重，采用WANG C等[17]方法計算群體生長率(CGR)、凈同化率(NAR)和棉鈴生長率(BGR，g/(m2·d))；采用DONALD C M等[18]方法計算生殖器官質(zhì)量與營養(yǎng)器官質(zhì)量的比例(RVR)。

CGR=(M2-M1)/(T2-T1)×1/P，

(1)

NAR=[(M2-M1)×(lnLA2-lnLA1)]/[(T2-T1)×(LA2-LA1)]，

(2)

BGR=(BM2-BM1)/(T2-T1)×1/P，

(3)

RVR=BDWmax/(SDWmax+LDWmax)。

(4)

式中M1(BM1)和M2(BM2)分別為植株在T1和T2時的平均總干重(鈴干重)；LA1和LA2分別為植株在T1和T2時的總?cè)~面積，P為土地面積；BDWmax、SDWmax和LDWmax分別為蕾鈴干重、莖干重和葉干重的最大值。

1.2.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

收獲期(2017年為9月12日、2018年為9月14日)在每個取樣條田內(nèi)選擇長勢均勻且有代表性的區(qū)域定1個樣點，樣點面積2.0 m×2.5 m，重復(fù)3次，調(diào)查樣點內(nèi)的全部株數(shù)，并選取代表性植株10至12株，分別按照下層 (第1至3果枝)、中層(第4至6果枝)和上層(第7果枝以上)、內(nèi)圍(第1果節(jié))和外圍(第2果節(jié)以上)分別調(diào)查記錄單株結(jié)鈴數(shù)并將采樣棉鈴帶回室內(nèi)，晾干后測定單鈴重。然后將棉鈴按上、中、下層分別軋花，測定衣分。

1.2.4 棉花纖維品質(zhì)

按下、中、上層軋花后皮棉取30 g，送至農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督中心(烏魯木齊)，測定棉花的纖維長度、整齊度、比強度、斷裂伸長率、成熟度及馬克隆值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0整理分析數(shù)據(jù)，采用Duncan法進行顯著性檢驗(P<0.05)，采用Sigmaplot14.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成空間分布的變化

試驗結(jié)果表明(圖1)，等行距稀植模式下雜交棉皮棉產(chǎn)量達到3 000 kg/hm2以上(2017年Z2、2018年Z1)，較CK增幅為7.9%～24.1%。對棉鈴的空間分布比例分析(表3)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量水平3 000 kg/hm2以上的雜交棉棉田，上部成鈴比例為27%～30%，較CK提高了47.8%。不同產(chǎn)量水平的中部成鈴差異不大，而2018年雜交棉產(chǎn)量水平2 500 kg/hm2以上的棉田，下層結(jié)鈴比例較CK增加了10.3%。水平分布上，CK的內(nèi)圍成鈴在總成鈴數(shù)中占據(jù)主導(dǎo)地位，高達80%以上，而雜交棉在等行距稀植條件下，表現(xiàn)為單株果枝生長旺盛，外圍鈴較CK平均增加了76.7%。

圖中標有不同小寫字母的值表示在Duncan’s分析中 0.05水平差異顯著。圖1 不同種植模式下棉花皮棉產(chǎn)量的變化

針對不同部位果枝，分析其產(chǎn)量構(gòu)成因素及對皮棉貢獻率的差異發(fā)現(xiàn)(表4)，雜交棉下、中、上層的單株結(jié)鈴數(shù)顯著高于CK(2018年Z2、Z3的上層除外)分別較CK平均提高了36.8%、32.3%、52.0%；而雜交棉產(chǎn)量水平3 000 kg/hm2以上的棉田，上層結(jié)鈴數(shù)在3.4～3.8個，結(jié)鈴過多或過少都不利于產(chǎn)量的增加。就棉花單鈴重而言，CK表現(xiàn)為中層>下層>上層，而雜交棉表現(xiàn)為上層>中層>下層(除2018年Z2、Z3)，2018年的Z2、Z3處理的下層顯著高于CK，其他部位單鈴重差異不顯著。衣分表現(xiàn)為2018年的Z2、Z3處理下層顯著低于CK。從對皮棉產(chǎn)量的貢獻度來看，CK的貢獻主要是集中在中下層果枝，而雜交棉上層的貢獻率顯著高于CK(除2018年Z2、Z3處理外)，雜交棉產(chǎn)量水平3 000 kg/hm2以上的棉田，上層果枝對皮棉產(chǎn)量的貢獻率在29%～32%。

表3 不同種植模式下棉鈴的空間分布比例

表4 不同種植模式下不同部位果枝的產(chǎn)量構(gòu)成及皮棉貢獻率

2.2 纖維品質(zhì)的變化

棉花上、中、下層棉鈴纖維品質(zhì)各指標差異見(表5)。CK的絨長、整齊度、比強度、伸長率表現(xiàn)為中層>下層>上層，馬克隆值則表現(xiàn)為上層>下層>中層。對于雜交棉而言，絨長和比強度表現(xiàn)為下層>中層>上層，整齊度、伸長率、馬克隆值則表現(xiàn)為中層>下層>上層。雜交棉上層的品質(zhì)與CK無顯著差異，與雜交棉產(chǎn)量水平2 500 kg/hm2以上的棉田相比，產(chǎn)量水平3 000 kg/hm2以上的雜交棉比強度提高了7.2%，馬克隆值則顯著降低。對于中下層品質(zhì)而言，與CK相比，雜交棉的馬克隆值提高了16.1%，且中層的馬克隆值達到了顯著水平。與雜交棉產(chǎn)量水平2 500 kg/hm2以上的棉田相比，產(chǎn)量水平3 000 kg/hm2以上的雜交棉馬克隆值降低了10.4%。

2.3 干物質(zhì)積累和分配的變化

結(jié)果見圖2。

E—出苗；FS—盛蕾期；FF—盛花期；FB—盛鈴期； LFB—盛鈴后期；BO—吐絮期圖2 不同種植模式下棉花干物質(zhì)積累與分配的變化

由圖2可以看出:不同產(chǎn)量水平的棉花干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)先慢后快再慢的現(xiàn)象，符合作物生長的“S”形曲線。CK由于植棉密度高，群體干物質(zhì)積累較高，TDW較雜交棉平均增加了18.7%～19.2%；而雜交棉產(chǎn)量水平3 000 kg/hm2以上的棉田，BDW與CK相比平均增加了1.4%，且TDW與CK差異不顯著(表5)。說明雜交棉在等行距稀植模式下，雖然群體總生物量積累存在不足，但是蕾鈴生物量得到充分積累。

2.4 棉花各生長參數(shù)的變化

從棉花各生長參數(shù)(表6)可以看出:雜交棉在等行距稀植條件下，CGR、BGR、NAR與CK無顯著差異，但是RVR顯著高于CK，較CK平均增加了18.1%。與產(chǎn)量水平為2 500 kg/hm2的雜交棉田相比，CGR、BGR、NAR、RVR均表現(xiàn)為產(chǎn)量水平3 000 kg/hm2的雜交棉田較高，分別提高14.8%、15.8%、10.0%、12.6%。說明雜交棉在等行距稀植下，單株優(yōu)勢大大彌補了密度不足對群體結(jié)構(gòu)造成的不利影響，且有利于光合物質(zhì)向蕾鈴的優(yōu)先分配。

相關(guān)分析結(jié)果(表7)表明：CGR與NAR在盛花期至吐絮期呈顯著或極顯著正相關(guān)，與BGR在盛鈴期至吐絮期呈顯著正相關(guān)；BGR與NAR在盛鈴期至吐絮期呈顯著正相關(guān)，與RVR在盛花期至盛鈴后期呈極顯著正相關(guān)。

表6 不同種植模式下棉花各生長參數(shù)變化

表7 各生長參數(shù)之間的相關(guān)性

3 討論

3.1 雜交棉等行距稀植模式對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

雜交棉產(chǎn)量性狀中的畝結(jié)鈴數(shù)除受遺傳主效基因控制，環(huán)境效應(yīng)作用大[19]。通過合理的水肥配比，提高單位面積總鈴數(shù)是獲得高產(chǎn)的有利保證[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，2018年Z2、Z3處理上層結(jié)鈴受到影響，是因為2018年在棉花的營養(yǎng)生長旺盛時期，降水量較少，且在棉花需水時由于該試驗小區(qū)灌水未及時導(dǎo)致營養(yǎng)生長較弱，而大田的管理是統(tǒng)一進行，打頂時期未因前期生長較弱而推遲致使試驗小區(qū)棉花株高較矮，使得棉花上層的果枝發(fā)育較少，導(dǎo)致上層的成鈴及皮棉貢獻率較低。

協(xié)調(diào)好群體與個體的關(guān)系是獲得高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵[21]。隨著種植密度增加，果枝的橫向發(fā)展收到抑制，棉花產(chǎn)量有向內(nèi)圍鈴集中的趨勢[22-23]。本研究發(fā)現(xiàn)，雜交棉在等行距稀植模式下充分發(fā)揮了雜種優(yōu)勢，皮棉產(chǎn)量較常規(guī)棉密植增加7.9%～24.1%，主要表現(xiàn)為在滿足中下層與內(nèi)圍成鈴的基礎(chǔ)上，上層成鈴與外圍成鈴的比例顯著增加，單株結(jié)鈴數(shù)增幅明顯，同時上部果枝對皮棉的貢獻率顯著提高。表明等行距稀植模式下雜交棉個體生長健壯而彌補了群體生長的不足。產(chǎn)量水平3 000 kg/hm2以上的棉田上層結(jié)鈴數(shù)應(yīng)該在3.4～3.8個，結(jié)鈴數(shù)過多容易導(dǎo)致上層鈴鈴重降低，不利于高產(chǎn)群體的建成。

3.2 雜交棉等行距稀植模式對纖維品質(zhì)的影響

棉花的纖維品質(zhì)受品種的遺傳特性影響較強，種植密度和種植模式對其影響較小[24-26]。徐嬌[27]的研究發(fā)現(xiàn)雜交棉種植密度對纖維品質(zhì)影響不大，不同果枝部位的纖維品質(zhì)差異也不大。但也有研究表明隨種植密度和種植模式的變化，纖維品質(zhì)也會受到影響[28-29]。魏鑫等[8]研究發(fā)現(xiàn)隨著行距的增加，比強度和短纖維率隨之增加，馬克隆值以等行距(76 cm)模式較高。本研究發(fā)現(xiàn)纖維品質(zhì)的不同指標在上中下層變化規(guī)律不一致，可能受取樣誤差影響，也可能是受群體光分布的影響[30]。與常規(guī)棉密植相比，雜交棉在等行距稀植模式下中層的馬克隆值顯著增加，而對于不同果枝部位的其他纖維品質(zhì)指標的影響較小?？赡苁怯捎隈R克隆值受品種影響較大且對溫度的響應(yīng)敏感[31]，等行距稀植模式下群體內(nèi)部的通風(fēng)透光性得到增加[32]，影響了冠層內(nèi)部的光分布和溫度而導(dǎo)致馬克隆值增加，這與WANG F Y等[33]研究結(jié)果一致。

3.3 雜交棉等行距稀植模式對干物質(zhì)積累及群體生長特征的影響

干物質(zhì)累積是作物提高產(chǎn)量、提升品質(zhì)的前提[34],作物群體干物質(zhì)的積累量隨種植密度的增加而增加[9]，但產(chǎn)量的增加還與干物質(zhì)向生殖器官的分配有關(guān)[35-36]。雜交棉種植密度越大，干物質(zhì)累積越高，但各果枝衰老加速[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，雜交棉在等行距稀植模式下單株優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，較低的種植密度并未降低雜交棉的群體干物質(zhì)積累，同時提高了蕾鈴的干物質(zhì)積累量。

構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)有利于提高冠層內(nèi)的光能利用率，是生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量同步提高的有效途徑[37]。源庫關(guān)系受栽培方式的影響，源庫關(guān)系的改變可以影響光合產(chǎn)物的運輸方向和速率[38]。本研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)棉密植相比，雜交棉等行距稀植模式的CGR、NAR、BGR無顯著差異，NAR與CGR在盛花期至吐絮期呈顯著或極顯著的正相關(guān)，與BGR在盛鈴期至吐絮期呈顯著正相關(guān)。說明稀植模式下的雜交棉在產(chǎn)量形成期，“源”供應(yīng)充足，且光合產(chǎn)物在群體內(nèi)部分配合理，單株結(jié)鈴的增多彌補了群體“庫”的不足。此外，雜交棉等行距稀植模式的RVR顯著高于常規(guī)棉密植，且BGR與RVR在在盛花期至盛鈴后期呈極顯著正相關(guān)。說明雜交棉在等行距稀植模式下有利于光合產(chǎn)物向“庫”器官的運輸，有效協(xié)調(diào)了棉花的營養(yǎng)生長和生殖生長，是雜交棉產(chǎn)量增加的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

通過對株行距的調(diào)整，雜交棉皮棉的產(chǎn)量達到3 000 kg/hm2以上。產(chǎn)量的增加主要原因是等行距稀植模式下冠層內(nèi)部的通風(fēng)透光性較好，雜交棉的雜種優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，棉花單株生長旺盛彌補了群體不足帶來的影響，不僅保持較高群體生長率,還促進了光合產(chǎn)物向生殖器官的分配，上層和外圍的結(jié)鈴數(shù)顯著增加，上層果枝對皮棉的貢獻率提高，同時對纖維品質(zhì)無負面影響，這是實現(xiàn)新疆棉花提質(zhì)增效的有效措施。