徐高羽，林 濤，邵亞杰，張 昊 ，湯秋香

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院, 烏魯木齊 830052; 2.新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所, 烏魯木齊 830091;3.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091)

0 前 言

【研究意義】機械采收棉花已成為新疆主要的采棉方式[1]。大面積實施機械采收棉花后，原來高密度種植模式下棉花行距較小，噴施脫葉劑效果不明顯，殘留葉較多，脫葉率較低達不到機械采收的要求，機采籽棉含雜量較高，原棉品質(zhì)下降[2-3]。76 cm等行距模式下棉花機械化采摘效果較好[4]?，F(xiàn)有76 cm等行距密度和施氮調(diào)控機理尚不清晰，針對種植密度和施氮量對等行距機采棉的調(diào)控機制，研究種植密度和施氮量對棉花根系生長發(fā)育的影響,對于促進機藝融合和提高產(chǎn)量有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】作物種植密度與單株次生根數(shù)和根干重呈負相關(guān)，密度過大時，田間冠層郁蔽，光照不足，光合產(chǎn)物減少，根系和地上部的生長同時受到阻礙[5-7]。需要通過調(diào)配氮肥施用量來緩和密度過大時根系間的競爭[8]。增加施氮量，作物可以以相對較少的根系獲取充足的養(yǎng)分，滿足作物生長發(fā)育的需求，可以在降低根系生物量的情況下，促進地上部生物量的增長[9]；而在土壤養(yǎng)分虧缺條件下，根系則需要增加擴展范圍才能獲得足夠的養(yǎng)分保證植株生長需求[10]?！颈狙芯壳腥朦c】作物根系在生長發(fā)育過程中能夠自我調(diào)節(jié)，根系生物量增加和減少也是根系自我調(diào)節(jié)的一個方面。目前施氮量對植物根系的研究報道較多，但有關(guān)種植密度和施氮量對76 cm等行距種植模式下棉花根系生長的研究鮮有報道。亟需研究在76 cm等行距條件下不同種植密度和施氮量組合對棉花根系生物量以及形態(tài)指標的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】供試棉花品種為新陸中88號,采用裂區(qū)設(shè)計，分別為主區(qū)密度3個和副區(qū)氮肥處理3個。研究不同密度和施氮量下合理的根系構(gòu)型，篩選出76 cm等行距機采棉種植模式下較好的密度和氮肥組合。

1 材料與方法

1.1 材 料

大田試驗于2019年在阿瓦提縣新疆農(nóng)業(yè)科學院棉花綜合試驗站進行(N 40°06'，E 80°44'，海拔1 025 m)。該地區(qū)屬于典型溫帶大陸性干旱氣候，降雨稀少、熱量豐富。年平均降雨量46.4 mm，蒸發(fā)量2 900 mm，日照時數(shù)2 679 h，≥10℃年積溫3 987.7℃，無霜期211 d。試驗區(qū)土壤類型為灌淤土，母質(zhì)為沖積物，質(zhì)地為沙壤土，播前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分有機質(zhì)8.3 g/kg、全氮0.48 g/kg、堿解氮58.4 mg/kg、速效磷35.4 mg/kg、速效鉀130.7 mg/kg。供試品種為新陸中88號(新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所提供)。

1.2 方 法

棉花生育期：苗期(5月15日～6月7日)、蕾期(6月8日～7月6日)、開花期(7月7日～8月1日)、盛鈴期(8月2日～8月21日)、吐絮期(8月22日～9月28日)、生育期(5月15日～9月28日)。生育期灌溉10次，6月下旬開始，8月下旬結(jié)束，灌溉定額270 m3/hm2，灌溉間隔7 d，灌水定額27 m3/hm2。

1.2.1 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，分別為主區(qū)密度(M1：13.5×104株/hm2、M2：18×104株/hm2、M3：22.5×104株/hm2)和子區(qū)施氮量(N1：0 kg/hm2、N2：300 kg/hm2、N3：600 kg/hm2)。即有M1N1、M1N2、M1N3、M2N1、M2N2、M2N3、M3N1、M3N2、M3M39個處理，每個處理重復(fù)4次，總共36個試驗小區(qū)。每小區(qū)長6.8 m,寬是7.0 m,面積是47.6 m2，小區(qū)總面積1 644 m2(2.46畝)。采用1膜3行3管(76 cm等行距)的種植方式，磷肥(P2O5150 kg/hm2)和鉀肥(K2O 150 kg/hm2)全部作為種肥，在播種時一次性施入，氮肥30%作為基肥，70%作為追肥，分10次隨水滴入。6月22日滴頭水，每7 d灌水1次，生育期共灌水10次，灌水定額為4 050 m3/hm2，隨水施入尿素。表1

表1 施肥日歷Table 1 Date of fertilization

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 生育時期

調(diào)查并記錄各處理到達苗期、蕾期、盛花期、盛鈴期、吐絮期的時間，到達該時期均以各處理棉花達到50%為標準進行記錄。

1.2.2.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

將標準煤樣放入復(fù)合溶液中分別浸泡12h、24h、48h，浸泡溫度為25℃，將浸泡前后煤樣放在105℃烘干箱中烘干24h后研磨成粉末狀，分別取3g樣品進行X射線衍射實驗，測試浸泡前后煤樣中礦物質(zhì)含量的變化，并繪制X射線衍射圖譜，如圖3所示。

在收獲期每小區(qū)分上中下部分各取30 朵棉花，曬干至恒重后測其單鈴質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量，軋花后測其皮棉產(chǎn)量、衣分。吐絮期在各小區(qū)隨機挑選3個2.27 m×2.93 m大小(6.67 m2)的樣方，記錄其株數(shù)和結(jié)鈴數(shù)。

衣分(%)=皮棉質(zhì)量(kg)/籽棉質(zhì)量(kg)×100。

籽棉產(chǎn)量(kg/hm2)=單鈴重(kg)×樣方株數(shù)×單株鈴數(shù)×100×15。

1.2.2.3 根系指標

在試驗小區(qū)內(nèi)，選擇長勢均勻且連續(xù)的棉株作為棉花根系取樣點，在棉花吐絮期采用根鉆法取樣，根鉆規(guī)格為長、寬和高均為10 cm的正方形土鉆，在每個處理平行中行取3個樣點，垂直于中行取5個樣點，每個樣點分 0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm，50～60 cm 6層取樣。沖洗后稱重，按照不同位點，不同層次分類后用掃描儀于Epson Perfection V39型掃描儀在300dpi 象素下掃描成圖片，將掃描以后的根系樣本放入 80℃ 烘箱中烘至恒重，用萬分之一天平稱重。掃描后圖片采用LA-S(杭州萬深檢測科技有限公司, CHN)萬深根系處理系統(tǒng)進行處理，分析根系長度、根系表面積、體積及平均直徑。圖1

圖1 取樣位點Fig.1 Sampling site

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS Version 7.05(Data Processing System Software, Inc.CHN)軟件和Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)的整理與分析，采用最小顯著性差異(LSD)法進行顯著性測驗。采用Sigmaplot Version 12.5(Systat Software, Inc.USA)軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植密度和施氮量對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

研究表明，種植密度和施肥量及二者交互作用對產(chǎn)量構(gòu)成因素均有不同程度影響。在種植密度一定時，隨著施氮量的增加各處理單株成鈴無顯著差異。在N1施氮量下，隨著種植密度的增加，單株成玲數(shù)顯著減小,高密度處理比低密度處理少3.8個/株。在N2施氮量下，M2處理與M1和M3處理無顯著差異。種植密度對單株結(jié)鈴有極顯著影響，但二者交互作用影響不顯著。在M1種植密度下，各施氮量處理差異不顯著；在M2種植密度下，各施氮量處理間差異顯著呈N3>N2>N1趨勢，N3處理比N1處理 和N2處理分別高15.4%和7.1%。在M3種植密度下各處理間差異不顯著。種植密度、施氮量和二者交互作用對單鈴質(zhì)量均有極顯著影響。在M1種植密度下，N3處理衣分顯著高于N1處理2.0%。M2和M3種植密度下各處理間衣分均無顯著差異。種植密度對衣分具有極顯著差異，施氮量對衣分有顯著差異，但二者交互作用對衣分均無顯著影響。

表2 不同處理下產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化Table 2 Yield and yield components under different treatments

2.2 不同種植密度和施氮量對0～60 cm土層根系質(zhì)量的影響

研究表明，不同種植密度和施氮量處理對根系質(zhì)量影響顯著。在M1種植密度下，隨著施氮量的增加，根系質(zhì)量呈先增大后減小的趨勢。N2處理根系質(zhì)量最高，分別比N1和N3處理高16.0%和29.1%。M2和M3種植密度下，根系質(zhì)量都隨施肥量的增加而減小，其中M3處理下根系質(zhì)量下降幅度比M1處理大，M3種植密度下，N1處理根系質(zhì)量最高，比最低處理N3高23.9%。相同種植密度下，施氮量由N1增加到N3，根系質(zhì)量分別減小10.1%、34.3%和23.9%。相同施氮下密度由M3增加到M1根系質(zhì)量分別減小3.7%、增加31.8%和增加22.1%。種植密度為M1施氮量為N2時，根系質(zhì)量最大。圖2

2.3 不同種植密度和施氮量對0～60 cm土層平均根長密度的影響

研究表明，在N1處理即不施肥的情況下，平均根長密度隨種植密度的增加而減小。在N2和N3施氮量下，根系的平均根長密度隨種植密度的增加而增加，分別增加28.7%和21.4%；M1種植密度下，增加施肥量具有提高平均根長密度的作用，最高處理N3較最低N1處理高16.2%。M2種植密度下，根系根長密度隨著施氮量的增加而分別減小20.3%和22.3%。 M3種植密度下，N1處理根長密度比N2處理高20.9%。種植密度為M3時會抑制根長密度的增加。圖3

圖2 不同處理下根系質(zhì)量變化Fig.2 Effects of different treatments on total root weight

圖3 不同處理下棉花平均根長密度變化Fig.3 Effects of different treatments on average length denslty

2.4 不同種植密度和施氮量對0～60 cm土層平均根表面積密度的影響

研究表明，密度和施氮對0～60 cm土層平均根表面積密度的影響。M1種植密度下，平均根表面積密度隨施肥量的增加呈先上升后下降的趨勢，N2處理平均根表面積密度分別比N1和N3處理顯著高18.0%和39.5%。M2種植密度下，隨著施氮量的增加，平均根表面積密度逐漸降低,N3處理分別較N1和N2處理降低22.71%和9.5%。M3種植密度下，平均根表面積密度隨施肥量的增加呈先下降后上升的趨勢，N1處理平均根表面積密度分別比N2和N3處理高21.7%和4.2%；N1和N2施氮量下，種植密度由M3增加至M1平均根表面積密度分別顯著提高15.5%和59.8%，N3施氮量下平均根表面積密度M3較M1和M2分別提高1.9%和7.9%。提高種植密度可顯著提高平均根表面積密度。在中等施氮(N2)情況下高密度(M1)種植可獲得最大平均根表面積。圖4

圖4 不同處理下棉花平均根表面積密度變化Fig.4 Effects of different treatments on average root surface

2.5 不同種植密度和施氮量對棉花根體積和平均直徑的影響

研究表明，M1種植密度下，棉花根體積隨施氮量增加呈先上升后下降的趨勢，其中N2處理下棉花根體積比N1處理顯著高13.4%，比N3處理顯著高17.0%。M2種植密度下，隨著施氮量的增加，棉花根體積逐漸降低，施氮量由N1增加至N3棉花根體積分別顯著減少10.0%和24.6%。M3種植密度下，N1處理棉花根體積比N2處理顯著高43.1%，與比N3處理高18.2%；N1施氮量下，隨著種植密度的增大，棉花根體積先減小后增大，棉花根體積最大處理M3比最低處理M2高21.2%。N2和N3施氮量下，棉花根體積隨種植密度的增大而增加，分別顯著增加28.2%和48.5%。圖5

在M1和M2種植密度下，隨著施氮量的增加，根系平均直徑均呈先增大后減小的趨勢，最高處理都為N2分別比最低處理高32.7%和25.6%。在M3種植密度下，根系平均直徑隨著施氮量的增高而減小25.8%；N1施氮量下，根系平均直徑隨種植密度的增加呈先下降后上升的趨勢，其中M3處理下根系平均直徑比M2處理顯著高22.2%。N2和N3施氮量下，根系平均直徑隨著種植密度的增大分別顯著增加30.7%和17.7%。過量施用氮肥都會顯著降低棉花根體積和根系平均直徑，提高種植密度都可顯著提高棉花根體積和根系平均直徑，高密度(M1)種植配合中等施氮量(N2)可得到最大根體積和根系平均直徑。圖6

圖5 不同處理下棉花根體積變化Fig.5 Effects of different treatments on cotton root volume

圖6 不同處理下棉花平均直徑變化Fig.6 Effects of different treatments on average root diameter of cotton

3 討 論

種植密度和施氮量對作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量有巨大的調(diào)控作用[11]，通過影響單位面積鈴數(shù)和干物質(zhì)積累、分配進而影響產(chǎn)量。隨著種植密度增加時，單株結(jié)鈴數(shù)和鈴重有所降低，單位面積上的總鈴數(shù)和鈴重會顯著提升，但種植密度不宜過大，否則密度的增加效應(yīng)不能彌補鈴數(shù)和鈴重的降低效應(yīng)，產(chǎn)量反而會下降。隨著施氮量的增加，棉花生長發(fā)育加速，干物質(zhì)積累增加，但施氮量過高時，冠層中上部的葉片發(fā)育較好，致使冠層郁閉，導致中下部的棉鈴大量脫落[12]。侯秀玲等[13]研究表明，增施氮肥棉花產(chǎn)量提高，單株成鈴數(shù)增多，而單鈴重和衣分的變化較小。Dong等[14]研究結(jié)果為增加施氮量能夠顯著提高產(chǎn)量，單鈴重顯著提高，而單位面積鈴數(shù)、衣分無顯著變化。李紅等[15]研究指出，在相同密度下，隨著施氮量增加，棉花的單株鈴數(shù)、單鈴重、籽棉和皮棉產(chǎn)量均出現(xiàn)上升趨勢。與試驗結(jié)果一致，在不施氮情況下,隨著密度的增加，單株結(jié)鈴數(shù)顯著減少；在常規(guī)種植密度下，單鈴重隨施氮量的增加而增加；種植密度和施氮量對衣分無顯著影響；產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢，產(chǎn)量最低均為N3處理，比最高N2處理分別低14.5%。皮棉產(chǎn)量最高組合為M1N3,但只比M2N2高出32.4 kg/hm2，高產(chǎn)最佳組合為M2N2。

棉花根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，根系在土壤中的分布狀態(tài)，直接影響到作物地上部分的生長發(fā)育，種植密度和施氮量對根系的分布都有顯著性的影響。謝志良等[16]研究發(fā)現(xiàn)，施氮對根系具有明顯的抑制作用，各土層根干重、根長、根表面積下降。張鳳翔等[17]指出，在土壤水分較低情況下增加施氮水平能夠顯著增加水稻根干重，增大根體積和促進水稻根系的下扎。還有研究表明，氮素的虧缺首先使根長縮短[18]，低氮脅迫下根長呈下降趨勢，高氮水平同樣抑制根長的生長[19]。試驗表明，提高種植密度會減小根系質(zhì)量，但是有利于根長密度、根表面積密度、根體積和根系平均直徑的增加。過量施氮量會降低根系質(zhì)量、根長密度、根表面積密度、根體積和根系平均直徑，在高密度下適當提高施氮量對根系各形態(tài)指標都有促進作用。王曼[20]研究表明，高氮處理下，總根長、根表面積、根體積和根平均直徑增加，與實驗結(jié)果不符，原因有可能是文獻實驗中做的是施氮量對幼苗根系的影響，而試驗為吐絮期，具體差異原因需進一步實驗證明。

4 結(jié) 論

4.1低密中等施氮M1N2(22.5×104株/hm2，300 kg/hm2)處理下棉株干物質(zhì)可得到快速積累，提高施氮量(N2)可使籽棉產(chǎn)量顯著增加10.6%～14 .5%。但施氮量過高(N3)時，干物質(zhì)積累量反而下降，高產(chǎn)最佳組合為M2N2(18×104株/hm2，300 kg/hm2)。

4.2適當提高種植密度和施氮量對棉花根重密度、根長密度、根表面積密度、根體積和根系平均直徑等指標均有促進作用。處理M1N2(22.5×104株/hm2，300 kg/hm2)下根系質(zhì)量、平均根表面積、根體積和根系平均直徑最大，根長密度在處理M1N3(22.5×104株/hm2，600 kg/hm2)下最大。