王海濤 ,劉存敬,唐麗媛,張素君,蔡 肖,李興河,馬文娜,韓俊偉,張香云,張建宏

(1.河北省農(nóng)林科學院棉花研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室/國家棉花改良中心河北分中心,石家莊 050051;2. 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院,石家莊 050026;3. 新疆生產(chǎn)建設兵團第二師農(nóng)業(yè)科學研究所,新疆鐵門關 841005)

0 引 言

【研究意義】棉花是重要的纖維、油料作物,全球約95%的紡織纖維來源于棉花[1]。中國河北省是全國第二大植棉省(區(qū)),2021年植棉面積14×104hm2(210萬畝)左右[2]。目前高品質(zhì)棉的需求日益增加[3-4]。種植密度一直是棉花栽培改良棉花品質(zhì)和提高棉花產(chǎn)量的重要手段[5],合理的種植密度是提高棉花產(chǎn)量和改良棉花纖維品質(zhì)的重要措施[6-7]。同時,密度顯著影響棉花株型,可以通過密度塑造適合機械采收的株型?！厩叭搜芯窟M展】張娜等[8-9]以中棉所88為材料,設計不同密度試驗,綜合分析得出適合新疆南疆棉花的種植密度為15×104～18×104株/hm2,此時棉花株型適宜,產(chǎn)量較高。周永萍等[10]研究種植密度對河北省3個主栽棉花品種品質(zhì)和產(chǎn)量的影響,確定冀棉958的適宜種植密度為7.5×104株/hm2,石抗126和冀863的適宜種植密度為7.5×104～10.5×104株/hm2。馮國藝等[11]探討了機采模式下密度對棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的影響,適宜機采品種石抗126的適宜種植密度為9×104～10.5×104株/hm2。張成等[12]通過不同種植密度比較試驗,篩選出棉花新品系H8010 的適宜種植密度為6×104～6.75×104株/hm2?？菸『忘S萎病通過對棉花抗病育種不斷改進,枯萎病于20世紀80年代基本得到控制;黃萎病由于致病機理的復雜性,至今還未得到有效控制。棉花黃萎病20世紀90年代開始逐年加重,其中1993、1995、1996、2003年黃萎病大爆發(fā)。鑒于棉花黃萎病對棉花生產(chǎn)所造成的危害及棉花黃萎病發(fā)病機理調(diào)控的復雜性,培育出具有優(yōu)良抗黃萎病能力的棉花品種和創(chuàng)新栽培模式[13-14]?；蛐褪菦Q定棉花纖維品質(zhì)的主要因素,與棉花種植密度關系不密切[6、15]?！颈狙芯壳腥朦c】我國黃河流域推進棉花全程機械化,河北也設置棉花區(qū)域試驗機采棉組,但不同品系對密度的適應性不同。需研究不同種植密度對河北棉區(qū)適機采品系的影響,確定適宜播種密度?！緮M解決的關鍵問題】以適宜機采棉花品系冀JC4系和冀JC7系為材料,設置4個不同種植密度水平,調(diào)查棉花農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病性,綜合分析冀JC4系和冀JC7系的最適種植密度,為機采棉在河北棉區(qū)推廣提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

冀JC4系和冀JC7系為河北省農(nóng)林科學院棉花研究所選育的適宜機采棉花新品系,該品系莖稈堅硬,第一果枝節(jié)位高,果枝短。鈴卵圓形,鈴大,單株結(jié)鈴性強,吐絮集中。衣分高,產(chǎn)量好,品質(zhì)優(yōu)異,抗枯萎病耐黃萎病。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

材料于2018～ 2019年種植在河北省農(nóng)林科學院棉花研究所小安舍試驗站,土壤類型褐土、水澆地,土壤肥力中等,前茬為棉花。試驗設置4個種植密度處理,分別為4.5×104、9.0×104、13.5×104和18.0×104株/hm2。每個處理設置3行區(qū)、3重復,小區(qū)凈面積為 10.73 m2,有效行長 7.15 m,等行距 0.75 m,株距根據(jù)密度留苗定。4月25日播種,栽培管理措施一致。

1.2.2 測定指標

黃萎病抗性分別為耐黃萎病(T)、抗黃萎病(R)、感黃萎病(S)、高抗黃萎病(HR)。8月20日,每個小區(qū)選擇有代表性的連續(xù)20株棉花,采用5級法病情分級標準進行黃萎病病情調(diào)查,計算黃萎病病指,黃萎病病指=[各級病株數(shù)分別乘以相應級數(shù)之和÷(調(diào)查總株數(shù)×最高級數(shù))]×100。

9月10日,每個小區(qū)選擇有代表性的連續(xù)10株棉花調(diào)查株高、果枝始節(jié)位高度等農(nóng)藝性狀;收花前分別在兩個重復的取樣行隨機采摘中上部吐絮正常的50個鈴,曬干稱重,分析單鈴重;測定單鈴重的子棉樣品分品種軋花考種后,計算衣分;11月10日收取霜后花實測產(chǎn)量。于收花后各小區(qū)取棉樣30g送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花纖維檢測中心(安陽)采用HVI900 系統(tǒng)進行棉花纖維品質(zhì)測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007 整理,DPS 15.10 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)方差分析(LSD法,P<0.01、P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植密度對2個適宜機采棉花品系農(nóng)藝性狀的影響

研究表明,隨著密度的增加,冀JC4系株高有所降低,但密度低于13.5×104株/hm2時差異不顯著,種植密度低于13.5×104株/hm2時,對冀JC4系株高影響不大;果枝始節(jié)位高度增高,種植密度13.5×104株/hm2和18.0×104株/hm2差異不顯著;全生育期延長,種植密度4.5×104株/hm2和18.0×104株/hm2差異顯著。冀JC7系隨種植密度的增加,株高降低,果枝始節(jié)位高度增高,生育期延長,但13.5×104株/hm2時生育期最長。種植密度對棉花的生長發(fā)育有一定影響。棉花高密度種植下,田間郁蔽,光照和通風不足,棉花個體之間對于光、熱、水、肥、氣競爭強力變大,使棉花個體生活環(huán)境質(zhì)量下降,造成棉花株型的變化。表1

表1 不同種植密度下棉花農(nóng)藝性狀變化

2.2 不同種植密度對2個適宜機采棉花品系產(chǎn)量性狀的影響

研究表明,隨著種植密度增加,冀JC4系單株鈴數(shù)、單鈴重呈下降趨勢,且差異明顯;衣分先增高后降低,在13.5×104株/hm2時最高,與其他種植密度差異明顯,合理增加種植密度可以提高冀JC4系的衣分,但種植密度過大,衣分降低。種植密度越大,冀JC4系的皮棉產(chǎn)量越高,且差異明顯,適當增加冀JC4系的種植密度,可以提高產(chǎn)量。冀JC7系的單株鈴數(shù)、單鈴重與冀JC4系的變化趨勢一樣,而衣分和皮棉產(chǎn)量差異不明顯。不同品種產(chǎn)量與種植密度有一定關系,冀JC4系低密度時單株優(yōu)勢明顯,但無法彌補低密度造成的損失;而冀JC7系密度對皮棉產(chǎn)量的影響不大,可根據(jù)實際情況選擇合理的種植密度。表2

表2 不同種植密度下棉花品種產(chǎn)量性狀變化

2.3 不同種植密度對2個適宜機采棉花品系黃萎病抗性的影響

研究表明,不同密度下適機采品系冀JC4系和冀JC7系的黃萎病抗性,種植密度越大,黃萎病病指越低,冀JC4系的黃萎病抗性越強,隨種植密度的逐漸增大,冀JC7系株型緊湊、果節(jié)短且果枝夾角小,抗黃萎病棉花品系,種植密度增加,黃萎病病指越低,抗性越強,且差異明顯。適當增加種植密度,可有效降低黃萎病指,提高棉花的黃萎病抗性。表3

表3 不同種植密度下棉花品種黃萎病抗性變化

2.4 不同種植密度對2個適宜機采棉花品系纖維品質(zhì)性狀的影響

研究表明,不同種植密度對冀JC4系的上半部平均長度、斷裂比強度、整齊度和伸長率無顯著影響,對馬克隆值有一定影響。不同種植密度對冀JC7系的伸長率有一定影響,對其他棉花纖維品質(zhì)指標無顯著影響。種植密度的變化對棉花纖維品質(zhì)的影響不大。冀JC4系在種植密度為13.5×104株/hm2時長、強、細配套,纖維品質(zhì)綜合表現(xiàn)最好,纖維品質(zhì)為Ⅱ型;冀JC7系纖維品質(zhì)整體表現(xiàn)不好,纖維品質(zhì)為Ⅲ型。表4

表4 不同種植密度下棉花品種纖維品質(zhì)性狀變化

3 討 論

3.1種植密度是影響棉花高產(chǎn)的一個重要因子[5、16-20],合理的種植密度和塑造合理的群體結(jié)構(gòu)是獲得棉花高產(chǎn)和品質(zhì)改良的重要途徑[6、21-22],同時對于棉花株型也有一定的調(diào)節(jié)作用[23]。

冀JC4系和冀JC7系在種植密度較低時株高并未出現(xiàn)明顯變化,大于13.5×104株/hm2時株高顯著變矮;隨種植密度的增加,冀JC4系和冀JC7系果枝始節(jié)位高度增高,生育期延長,但13.5×104株/hm2時生育期最長,種植密度對棉花的生長發(fā)育有一定影響。主莖高度、果枝始節(jié)高度等是株型的主要決定因素[24],株型是影響棉花機械化采收的關鍵因素之一,目前采棉機對棉花株型的要求是株高在80～100 cm,果枝始節(jié)高度大于18 cm,株型緊湊,果枝短且夾角小[25-26]。研究中,冀JC4系種植密度低于13.5×104株/hm2時,株高和果枝始節(jié)位高度符合機采棉要求;冀JC7系隨著密度增加,株高降低,當種植密度高于13.5×104株/hm2時,株高降低明顯,不利于機采棉作業(yè)。

3.2作物產(chǎn)量基于群體,而不是個體,要達到高產(chǎn),就需要個體、群體和環(huán)境條件達到最優(yōu)[27]。協(xié)調(diào)好個體與群體的關系,防止種植密度太大導致株間競爭過強,抑制個體發(fā)育;或者密度太小導致個體發(fā)育旺盛而引起群體總量下降[28]。單位面積株樹、單株鈴數(shù)、鈴重、衣分等是構(gòu)成棉花產(chǎn)量的主要因素。研究結(jié)果表明,隨著種植密度增加,冀JC4系和冀JC7系單株鈴數(shù)、單鈴重呈下降趨勢,與趙振勇等[17]、王海洋等[29]、吳楊煥等[30]的研究結(jié)果一致。種植密度越大,冀JC4系的皮棉產(chǎn)量越高,且差異明顯,因為較低種植密度下,群體個體生長較好,但群體數(shù)量小,總體光合率低,導致產(chǎn)量較低;隨著密度增加,雖然個體生長受到影響,但群體總體生物量增加,產(chǎn)量提高。而冀JC7系密度對皮棉產(chǎn)量的影響不大。可能與棉花的株型有關系,冀JC4系株型緊湊,為Ⅰ式果枝類型,密度增大或減小,群體和個體所組成生物總量平衡。

3.3棉花黃萎病是影響我國棉花生產(chǎn)的主要病害,棉株一旦被其致病菌侵染就難以防治[31]。由于棉花枯萎病基本得到控制,抗病育種的核心就是準確評價品種的黃萎病抗性,篩選黃萎病抗性耐級以上品種。研究中,隨著種植密度的增加,黃萎病病指降低,黃萎病抗性增強,與郭志軍等[32]的研究結(jié)果一致?？赡苁请S著密度的增加,群體結(jié)構(gòu)和冠層發(fā)生變化,造成通風不暢,冠層溫度增高,促使棉花產(chǎn)生更強的黃萎病抗性,最終導致高密度處理下的棉花抗病性有所增強[18、32],但黃萎病抗性受很多因素影響,隨著密度增加黃萎病抗性增強的機制還需要進一步研究。

棉花纖維品質(zhì)為數(shù)量遺傳性狀,主要受基因的影響,環(huán)境因素及栽培管理方式也會對棉花纖維品質(zhì)產(chǎn)生一定影響。Dong等[33]、郭磊[34]、Siebert等[35]研究顯示種植密度并不會對棉花的纖維品質(zhì)造成影響。研究表明,不同種植密度對冀JC4系的上半部平均長度、斷裂比強度、整齊度和伸長率無顯著影響;種植密度增加,馬克隆值降低,與Bridge等[36]、張金龍[37]研究結(jié)果一致。近年來,黃河流域積極推進棉花全程機械化,對棉花適機采的栽培方式進行了研究[19、38],也進行了適宜機采品種品系的篩選[39-40]。

4 結(jié) 論

種植密度對不同的棉花品種有一定的影響。綜合產(chǎn)量、纖維品質(zhì)、抗病性、適機采性等因素,以及河北棉區(qū)的種植制度和氣候特點,冀JC4系和冀JC7系的最適種植密度均為13.5×104株/hm2。