胡以華 張取仁

（1懷寧縣三橋鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)站，安徽懷寧 246111；2懷寧縣種植業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽懷寧 246121）

留葉枝棉花指在棉花生長過程中不去葉枝，保留葉枝，在葉枝長有3～5臺果枝時(shí)摘去葉枝頂心。留葉枝棉花栽培是棉花輕簡化栽培的重要內(nèi)容之一，通過增枝減株，減少種植株數(shù)，保留葉枝，使單位面積有較多的果枝（含葉枝上的果枝），減少移栽、施肥、噴藥等用工，降低用種量及購種成本，在生產(chǎn)上有應(yīng)用價(jià)值，因而研究留葉枝棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)甚為重要[1-3]。留葉枝棉花栽培技術(shù)與去葉枝棉花栽培技術(shù)一樣，由各種單項(xiàng)技術(shù)有機(jī)集合而成，只有各單項(xiàng)技術(shù)相互協(xié)調(diào)應(yīng)用，才能使棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。以往國內(nèi)研究多停留在留葉枝棉花單項(xiàng)技術(shù)上，有關(guān)綜合栽培技術(shù)措施對留葉枝棉花的影響研究甚少。盡管有人用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)研究了棉花綜合栽培技術(shù)措施對棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[4-7]，但這些研究的對象是去葉枝棉花，其研究結(jié)果不適用于留葉枝棉花栽培。為研究留葉枝棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)化綜合栽培技術(shù)，筆者采用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)研究了種植密度、純N施用量、K2O施用量對留葉枝棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期篩選出優(yōu)化的農(nóng)藝措施組合。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)安排在懷寧縣三橋鎮(zhèn)雙河村（東經(jīng)116.72°，北緯30.61°）。試驗(yàn)田土質(zhì)為馬肝土，肥力均勻，土壤含有機(jī)質(zhì)22.4 g/kg、全氮1.29 g/kg、有效磷8.5 mg/kg、速效鉀91 mg/kg，pH值5.6。試驗(yàn)田前作未種植農(nóng)作物。

1.2 供試材料

供試棉花品種為中棉所63，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。供試肥料為尿素（含純N 46%，市購）、磷酸二銨（含純 N 18%、P2O546%，市購）、氯化鉀（含 K2O 60%，市購）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)種植密度（X1）、純 N 施用量（X2）、K2O施用量（X3）等3個(gè)栽培因子，各因子水平編碼具體見表1。

表1 試驗(yàn)各因子的水平設(shè)計(jì)

采用3因素5水平二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，共組合了20個(gè)處理，各處理設(shè)計(jì)見表2。

表2 留葉枝棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)化栽培措施組合試驗(yàn)處理

本試驗(yàn)不設(shè)重復(fù)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積30 m2，種植4行，行距1.2 m，株距根據(jù)種植密度而定。小區(qū)間步道寬1 m。田間排列形狀近似正方形，以減少試驗(yàn)誤差，將處理1～14進(jìn)行隨機(jī)排列，處理15～20（0水平處理）均勻分布于試驗(yàn)區(qū)內(nèi)。試驗(yàn)地四周設(shè)保護(hù)行。

1.4 試驗(yàn)過程

4月16日播種，5月23日移栽。氮肥分4次施用，基肥占25%、蕾肥占15%、花鈴肥占50%、蓋頂肥占10%，基肥在移栽前施用，蕾肥于5層果枝左右時(shí)施用，花鈴肥于單株有1個(gè)大鈴時(shí)施用，蓋頂肥于立秋前后施用。鉀肥分基肥、蕾肥2次施用，基肥占40%，蕾肥占60%。各小區(qū)氮肥和鉀肥用量依設(shè)計(jì)方案而定。磷肥作基肥、蕾肥施用，分配比例為基肥占40%、蕾肥占60%，各處理P2O5用量為112.5 kg/hm2（折算為磷酸二氫銨244.56 kg/hm2），各小區(qū)依此用量折算磷肥用量。

各處理中耕、除草、化調(diào)、整枝、打頂?shù)忍镩g管理一致，均在一天內(nèi)完成。

1.5 測定項(xiàng)目及方法

9月20日在每小區(qū)中間固定20株作為觀察株，調(diào)查棉花株高、果枝數(shù)以及單株成鈴數(shù)；每小區(qū)分別在9月30日、10月15日、10月30日、11月15日采摘吐絮棉鈴50個(gè)曬干，測定單鈴重。每小區(qū)分次釆收籽棉，單摘、單曬、單稱，記錄實(shí)產(chǎn)，最后折算出單位面積實(shí)際籽棉產(chǎn)量、霜前籽棉產(chǎn)量以及霜前花率等。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用Excel軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用DPS 19.05對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各因素與籽棉產(chǎn)量、霜前籽棉產(chǎn)量間數(shù)學(xué)模型的建立與檢驗(yàn)

2.1.1 數(shù)學(xué)模型的建立。根據(jù)表2及其各處理實(shí)收籽棉產(chǎn)量、實(shí)收霜前籽棉產(chǎn)量，應(yīng)用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)原理進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析，建立了種植密度（X1）、純 N 施用量（X2）、K2O 施用量（X3）與籽棉產(chǎn)量（Y1）回歸方程以及種植密度（X1）、純 N 施用量（X2）、K2O 施用量（X3）與霜前籽棉產(chǎn)量（Y2）回歸方程，得方程式（1）和方程式（2）。

通過方差分析，分別對方程式（1）和方程式（2）失擬項(xiàng)、整體效應(yīng)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。方程式（1）和方程式（2）失擬項(xiàng)檢驗(yàn)的P值分別為0.947 4、0.871 7，檢驗(yàn)結(jié)果不顯著，表明試驗(yàn)中其他因素對試驗(yàn)影響小；檢驗(yàn)方程式（1）和方程式（2）回歸顯著性的P值分別為0.118 6、0.147 6，均大于0.05，表明2個(gè)方程式回歸不顯著，所建立的2個(gè)方程式與實(shí)測值擬合不好，同時(shí)2個(gè)方程式中的多個(gè)回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)也不顯著。依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，以a=0.05為標(biāo)準(zhǔn)，在保留主因子前提下，分別剔去2個(gè)方程式中不顯著的回歸項(xiàng)，從而得到簡化后的回歸方程式（3）和回歸方程式（4）。

2.1.2 各類回歸方程的顯著性檢驗(yàn)。重新對簡化后的回歸方程式（3）和回歸方程式（4）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。由表3可知，用以檢驗(yàn)方程式（3）和方程式（4）失擬程度的P值均大于0.05，檢驗(yàn)結(jié)果不顯著，說明除試驗(yàn)所涉及因素之外的其他未知因素對試驗(yàn)結(jié)果影響很?。挥靡詸z驗(yàn)回歸方程式（3）、回歸方程式（4）顯著程度的P值均小于0.05，表明試驗(yàn)3因素與籽棉產(chǎn)量、霜前籽棉產(chǎn)量相依關(guān)系密切，有可靠實(shí)用性，能用于模擬和預(yù)報(bào)產(chǎn)量[8-9]。

表3 回歸方程及各類回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過顯著性檢驗(yàn)，方程式（3）中純N施用量一次效應(yīng)達(dá)顯著水平，種植密度與純N施用量互作項(xiàng)也達(dá)到顯著水平；方程式（4）中種植密度與純N施用量互作項(xiàng)達(dá)到顯著水平，K2O施用量的二次效應(yīng)接近顯著水平。

2.2 各因素對籽棉產(chǎn)量的影響

2.2.1 主效應(yīng)分析。由方程式（3）可知，從一次項(xiàng)來看，其作用表現(xiàn)為純N施用量>K2O施用量>種植密度。說明純N施用量對籽棉產(chǎn)量起重要作用，種植密度和純N施用量交互作用也對籽棉產(chǎn)量起重要作用，K2O施用量對籽棉產(chǎn)量影響很小。

2.2.2 單因子效應(yīng)分析。由于方程式（3）中X1和X3一次項(xiàng)回歸不顯著，可不考慮對X1和X3進(jìn)行單因素效應(yīng)分析，只將一次項(xiàng)回歸顯著的X2進(jìn)行單因素效應(yīng)分析。采用降維法將方程式（3）中的X1和X3固定為0水平，則方程式（3）簡化為一元直線回歸方程，得方程式（5）。表明純N施用量（X2）在編碼值為-1.682～1.682之間時(shí)，籽棉產(chǎn)量隨純N施用量增加而增加，純N施用量每增加1個(gè)單位，籽棉產(chǎn)量相應(yīng)增加121.02 kg/hm2。

2.2.3 交互作用分析。上述單因子效應(yīng)分析，只反映了在特定條件下各單因子對產(chǎn)量影響的簡單效應(yīng)。實(shí)際上各因子并不是孤立影響棉花生長的，而是相互聯(lián)系、相互制約、共同影響棉花生長的，各因子之間還存在交互作用。進(jìn)行交互效應(yīng)分析，可揭示各因子間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示措施間的相互促進(jìn)或抑制關(guān)系，為制定高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培措施提供依據(jù)。

本試驗(yàn)僅對方程式（3）中交互作用顯著的X1與X2互作效應(yīng)進(jìn)行分析。繼續(xù)用降維法，將方程式（3）中的X3固定為0水平，得方程式（6），將X1和 X2編碼值分別代入方程式（6），得到X1與X2互作效應(yīng)值（表 4）。

從方程式（6）可以看出，種植密度和純N施用量存在反向交互作用，它們對籽棉產(chǎn)量有重要影響。由表4可知，在純N施用量水平為-1.682～-1.000時(shí)，產(chǎn)量隨種植密度增加而增加；當(dāng)純N施用量水平為0～1.682時(shí)，產(chǎn)量隨種植密度增加而降低；同理，當(dāng)種植密度水平為-1.682～0時(shí)，產(chǎn)量隨著N施用量增加而增加；當(dāng)種植密度水平為1.000～1.682時(shí)，產(chǎn)量隨純N施用量增加而降低；當(dāng)種植密度為水平-1.682、純N施用量水平為1.682時(shí)，籽棉產(chǎn)量最高，達(dá)到4 877.66 kg/hm2。說明在純N施用量較少時(shí)增加種植密度能增產(chǎn)，當(dāng)純N施用量較多時(shí)適當(dāng)降低種植密度對增產(chǎn)有利，合理的種植密度搭配適宜的純N施用量才能使籽棉產(chǎn)量最高。

表4 種植密度（X1）和純N施用量（X2）互作對棉花籽棉產(chǎn)量的影響

2.3 各因素對霜前籽棉產(chǎn)量的影響

2.3.1 主效應(yīng)分析。由方程式（4）可知，從一次項(xiàng)來看，其作用表現(xiàn)為K2O施用量>純N施用量>種植密度，但這3個(gè)因素一次項(xiàng)回歸不顯著。K2O施用量的二次效應(yīng)接近顯著水平，說明其對霜前籽棉產(chǎn)量起重要作用。種植密度與純N施用量互作項(xiàng)達(dá)到極顯著水平，說明它們之間交互作用對霜前籽棉產(chǎn)量起著極為重要作用。

2.3.2 單因子效應(yīng)分析。由于方程式（4）中X1、X2和X3一次項(xiàng)回歸不顯著，可不考慮對X1和X2進(jìn)行單因素效應(yīng)分析，只將回歸顯著的X3二次項(xiàng)進(jìn)行單因素效應(yīng)分析。用降維法將方程式（4）中的X1和X2固定為0水平，方程式（4）變成了一個(gè)一元二次回歸方程，得方程式（7）。將X3不同編碼值代入方程式（7）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，K2O施用量水平在-1.682基礎(chǔ)上霜前籽棉產(chǎn)量隨K2O施用量增加而增加，但K2O施用量水平由-1.682增加到-0.336 4時(shí)，霜前籽棉產(chǎn)量最高，為3 253 kg/hm2；隨后霜前籽棉產(chǎn)量隨K2O施用量增加而減少。這表明增加K2O施用量可以提高霜前籽棉產(chǎn)量，但是過量施用會(huì)降低霜前籽棉產(chǎn)量。

2.3.3 交互作用分析。只對方程式（4）中交互作用顯著的互作項(xiàng)X1與X2進(jìn)行互作效應(yīng)分析。繼續(xù)用降維法，將方程式（4）中的X3固定為0水平，得方程式（8），將 X1和 X2編碼值分別代入方程式（8），得到 X1與X2互作效應(yīng)值（表5）。

從方程式（8）可以看出，種植密度與純N施用量也存在反向交互作用。由表5可知，當(dāng)純N施用量水平為-1.682～-1.000時(shí)，霜前籽棉產(chǎn)量隨種植密度增加而增加；當(dāng)純N施用量水平在0～1.682時(shí)，霜前籽棉產(chǎn)量隨種植密度增加而降低。同理，種植密度水平在-1.682～0時(shí)，霜前籽棉產(chǎn)量隨純N施用量的增加而增加，當(dāng)種植密度水平在1.000～1.682時(shí)，霜前籽棉產(chǎn)量隨純N施用量增加而降低；當(dāng)種植密度水平為-1.682、純N施用量水平為1.682時(shí)，霜前籽棉產(chǎn)量最高，達(dá)3 900.04 kg/hm2。說明在純N施用量較少時(shí)增加密度可增加霜前籽棉產(chǎn)量，當(dāng)純N施用量增加時(shí)適當(dāng)降低密度能提高霜前籽棉產(chǎn)量，當(dāng)種植密度和純N施用量最協(xié)調(diào)時(shí)霜前籽棉產(chǎn)量最高。

表5 種植密度（X1）和純N施用量（X2）互作對棉花霜前籽棉產(chǎn)量的影響

2.4 棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)化措施組合確定

棉花籽棉產(chǎn)量由霜前籽棉產(chǎn)量和霜后籽棉產(chǎn)量構(gòu)成。霜前籽棉是棉鈴在較高溫度下生長發(fā)育而形成的，其內(nèi)在品質(zhì)好，符合棉紡工業(yè)對棉花內(nèi)在品質(zhì)的要求，其產(chǎn)量高低反映棉花品質(zhì)狀況，在生產(chǎn)上常常將霜前籽棉產(chǎn)量及其占比作為棉花優(yōu)質(zhì)與否的重要指標(biāo)。棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)指棉花籽棉產(chǎn)量高，同時(shí)霜前籽棉產(chǎn)量也高（占比達(dá)80%以上）。生產(chǎn)上要求棉花高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)兼?zhèn)?，既滿足棉農(nóng)對產(chǎn)量的要求，又滿足棉紡工業(yè)對品質(zhì)的要求。根據(jù)目前懷寧縣棉花產(chǎn)量狀況，本試驗(yàn)要求篩選棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)化栽培措施組合所對應(yīng)的籽棉產(chǎn)量目標(biāo)值起點(diǎn)在3 750 kg/hm2以上、霜前籽棉產(chǎn)量目標(biāo)值起點(diǎn)在3 000 kg/hm2以上，篩選棉花更高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)化栽培措施組合所對應(yīng)的籽棉產(chǎn)量目標(biāo)值起點(diǎn)在4 125 kg/hm2以上、霜前籽棉產(chǎn)量目標(biāo)值起點(diǎn)在3 300 kg/hm2以上，篩選棉花超高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)化栽培措施組合所對應(yīng)的籽棉產(chǎn)量目標(biāo)值起點(diǎn)在4 500 kg/hm2以上、霜前籽棉產(chǎn)量目標(biāo)值起點(diǎn)在3 600 kg/hm2以上。本試驗(yàn)根據(jù)上述所建立的數(shù)學(xué)模型，取步長為1，將不同種植密度、純N施用量、K2O施用量的因子碼值代入籽棉產(chǎn)量回歸方程，對3因子5水平的125套組合方案進(jìn)行模擬仿真試驗(yàn)，獲得籽棉產(chǎn)量為3 750～4 125 kg/hm2組合方案42套，占33.6%；獲得籽棉產(chǎn)量為4 125～4 500 kg/hm2組合方案53套，占42.4%；獲得籽棉產(chǎn)量>4 500 kg/hm2組合方案15套，占12%。同理，獲得霜前籽棉產(chǎn)量為3 000～3 300 kg/hm2組合方案47套，占37.6%；獲得霜前籽棉產(chǎn)量為3 300～3 600 kg/hm2組合方案23套，占18.4%；獲得霜前籽棉產(chǎn)量>3 600 kg/hm2組合方案10套，占8%。根據(jù)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)對霜前籽棉產(chǎn)量的要求，將籽棉產(chǎn)量為3 750～4 125 kg/hm2與霜前籽棉產(chǎn)量為3 000～3 300 kg/hm2、籽棉產(chǎn)量為4 125～4 500 kg/hm2與霜前籽棉產(chǎn)量為3 300～3 600 kg/hm2、籽棉產(chǎn)量>4 500 kg/hm2與霜前籽棉產(chǎn)量>3 600 kg/hm2所對應(yīng)的因子取值范圍取其交集，即得到數(shù)學(xué)上統(tǒng)籌兼顧的最優(yōu)解，也就是產(chǎn)量與品質(zhì)兼顧的優(yōu)化措施組合方案。由表6可知，不同產(chǎn)量水平下，留葉枝棉花兼顧產(chǎn)量與品質(zhì)的優(yōu)化栽培措施組合各因子取值范圍有差異，總體上向更高產(chǎn)量與更好品質(zhì)水平邁進(jìn)時(shí)，要降低種植密度、減少K2O施用量，增加純N施用量。

表6 不同產(chǎn)量水平下棉花產(chǎn)量與品質(zhì)兼顧的優(yōu)化措施組合

表6 （續(xù)）

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明：K2O施用量對棉花籽棉產(chǎn)量影響很小，純N施用量與籽棉產(chǎn)量呈直線回歸關(guān)系；種植密度和純N施用量存在反向交互作用，共同影響籽棉產(chǎn)量，當(dāng)純N施用量較少時(shí)增加密度能增產(chǎn)，當(dāng)純N施用量較多時(shí)適當(dāng)減小種植密度對增產(chǎn)有利。K2O施用量增加可提高霜前籽棉產(chǎn)量，但過量施用會(huì)降低霜前籽棉產(chǎn)量；種植密度與純N用量也存在反向交互作用，二者共同影響霜前籽棉產(chǎn)量，當(dāng)純N施用量較少時(shí)增加密度可增加霜前籽棉產(chǎn)量，當(dāng)增加純N施用量時(shí)適當(dāng)減小種植密度能提高霜前籽棉產(chǎn)量。根據(jù)模擬仿真試驗(yàn)，在不同產(chǎn)量水平下，其產(chǎn)量與品質(zhì)兼顧的優(yōu)化措施組合方案為：在籽棉產(chǎn)量為3 750～4 125 kg/hm2與霜前籽棉產(chǎn)量為3 000～3 300 kg/hm2條件下，種植密度為29 831～31 938株/hm2，施肥量為純 N266.95～304.88kg/hm2、K2O 185.71～213.62 kg/hm2；在籽棉產(chǎn)量為4 125～4 500 kg/hm2與霜前籽棉產(chǎn)量為3 300～3 600 kg/hm2條件下，種植密度為27 022～31 424 株/hm2，施肥量為純 N 259.08～334.17 kg/hm2、K2O 166.95～218.39 kg/hm2；在籽棉產(chǎn)量>4 500 kg/hm2與霜前籽棉產(chǎn)量>3 600 kg/hm2條件下，種植密度為17870～20310 株/hm2，純 N、K2O 施用量分別為 444.42～488.35、144.24～209.71 kg/hm2。

從本試驗(yàn)結(jié)果看，隨著籽棉產(chǎn)量提高，施氮量增加，種植密度下降，K2O施用量減少。由此表明，留葉枝棉花栽培各單項(xiàng)技術(shù)措施要相互協(xié)調(diào)配合，才能取得最大成效。棉花籽棉產(chǎn)量是棉花生物學(xué)產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)系數(shù)的乘積，要提高棉花籽棉產(chǎn)量，就要增加生物學(xué)產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)系數(shù)。因棉花生物體由水分、有機(jī)物（蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等）、礦物元素（氮、磷、鉀等大量元素及硼、鋅、銅、鐵等微量元素）組成，而氮是蛋白質(zhì)的構(gòu)成元素之一，也是葉綠素的構(gòu)成元素之一，增加生物學(xué)產(chǎn)量就要增加氮肥施用量，而施氮量與種植密度呈反向互作關(guān)系，增加施氮量應(yīng)相應(yīng)減小棉花種植密度，才能獲得高產(chǎn)，否則易引起田間群體惡化，導(dǎo)致減產(chǎn)。這也符合留葉枝棉的生長特點(diǎn)。留葉枝棉花雖減少了種植株數(shù)，但其每株都有1～5個(gè)葉枝，每個(gè)葉枝上又長有數(shù)個(gè)果枝，單位面積主莖和葉枝數(shù)多于去葉枝棉花主莖數(shù)，相當(dāng)于單位面積增加了種植株數(shù)。因此，要想提高產(chǎn)量，應(yīng)適當(dāng)降低種植密度，配合施用較多的氮肥。