栽培措施對(duì)棉花短季直播群體冠層結(jié)構(gòu)和光合作用的影響

王欣悅，劉愛玉，鄒 茜，向鳳玲，歐陽燕莎

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，長(zhǎng)沙 410128)

(續(xù)表2)

栽培措施對(duì)棉花短季直播群體冠層結(jié)構(gòu)和光合作用的影響

王欣悅，劉愛玉*，鄒 茜，向鳳玲，歐陽燕莎

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，長(zhǎng)沙 410128)

在油后短季直播條件下，研究了種植密度、株行距配置、施氮水平對(duì)于棉花群體冠層結(jié)構(gòu)和光合作用的影響。結(jié)果表明：中部和下部的光合有效輻射(PAR)值均隨著生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，且在吐絮期達(dá)到最高點(diǎn)。在盛蕾期和吐絮期，高密度群體的PAR值大于低密度群體；寬窄行處理比相同條件下的等行距處理的中部和下部PAR值高。施氮量對(duì)PAR值影響不顯著。在生育后期的吐絮期，180 kg/hm2施氮量條件下的透光率相對(duì)最高，等行距處理比寬窄行處理的透光率高，說明該施氮量和等行距處理有利于維持生育后期較高的透光率。直射光率隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)整體呈上升趨勢(shì)，各處理間變化幅度不大。密度、株行距配置和施氮量對(duì)群體盛蕾期和花鈴期的凈光合速率影響顯著，對(duì)吐絮期影響極顯著。高密度群體具有較高光合速率，寬窄行配置比等行距更有利于棉花群體維持較高的光合速率。

棉花；栽培；冠層結(jié)構(gòu)；光合作用

棉花的冠層是指棉花的地上部分，是組成棉花群體的主要多維結(jié)構(gòu)[1]，對(duì)群體光合作用影響較大。作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量形成的物質(zhì)來源于光合作用產(chǎn)生的碳水化合物，不同的配置方式通過影響光能利用率進(jìn)而與群體冠層結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，并最終影響棉花群體的光合特性。群體冠層結(jié)構(gòu)受品種和栽培措施的影響[2]。采用合理的栽培技術(shù)，可以改善冠層光分布，有利于提高作物的群體光合速率，對(duì)增加光合物質(zhì)積累及提高產(chǎn)量均具有重要作用。所以構(gòu)建合理的冠層結(jié)構(gòu)對(duì)提高棉花冠層的光合有效輻射具有至關(guān)重要的作用[3，4]。

密度、株行距配置和氮肥用量是棉花栽培的主要技術(shù)措施，對(duì)棉花群體結(jié)構(gòu)有至關(guān)重要的影響。大量研究認(rèn)為，密度對(duì)棉花群體冠層內(nèi)部的溫度、濕度及光分布情況有影響，密度過高或過低都不利于高產(chǎn)[5，6]，且密度對(duì)棉花群體光合速率的調(diào)控主要表現(xiàn)在生育前期[7]。在湖南地區(qū)短季直播棉栽培中，在一定范圍內(nèi)合理密植有效調(diào)控了個(gè)體及群體間同化產(chǎn)物的生產(chǎn)能力，密度的提高可以提高棉花產(chǎn)量[8]。適宜的密度和株行距配置對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量有顯著影響。行距株距的配置對(duì)棉花群體成鈴情況和提高產(chǎn)量有顯著影響[9]。提高施氮量，群體長(zhǎng)勢(shì)旺，也直接影響了群體的透光率。

關(guān)于密度和施氮量對(duì)棉花群體的冠層影響的研究很多，但在長(zhǎng)江流域短季直播栽培條件下的研究較少。本文在短季直播栽培下，研究不同栽培措施(密度、株行距配置、施氮水平)下的棉花群體冠層結(jié)構(gòu)及光合作用，探索適宜群體的結(jié)構(gòu)指標(biāo)，以期為棉花短季直播高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年5～10月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)瀏陽試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬作物為油菜，土壤pH 5.28，有機(jī)質(zhì)30.569 g/kg，全氮1.462 g/kg，全磷0.507 g/kg，全鉀3.74 g/kg，水解性氮75.246 mg/kg，有效磷66.209 mg/kg，速效鉀139.87 mg/kg。供試棉花品種為中棉所76號(hào)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)密度(A)、株行距配置(B)和施氮量(C)3個(gè)因素。密度設(shè)2個(gè)水平，A1為60 000株/hm2，A2為90 000株/hm2；株行距配置設(shè)2個(gè)水平：50 cm等行距(B1)，(80～20)cm寬窄行(B2)；施氮設(shè)3 個(gè)水平：120 kg/hm2(C1)，180 kg/hm2(C2)，240 kg/hm2(C3)，分兩次施入：基肥均施80 kg/hm2，在花鈴期分別追施40、100、160 kg/hm2。共12個(gè)栽培措施組合，3次重復(fù)，每小區(qū)面積30 m2。在短季栽培條件下，5月29日播種，6月15日定苗，8月15日打頂。磷肥施用量120 kg/hm2，鉀肥施用量150 kg/hm2，均作基肥一次性施入，噴施縮節(jié)胺化學(xué)調(diào)控4次。

1.2 測(cè)定內(nèi)容及方法

(1)群體冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)。于盛蕾期、花鈴期、吐絮期的3個(gè)產(chǎn)量形成關(guān)鍵生育時(shí)期，用LP-80冠層結(jié)構(gòu)分析儀測(cè)定各處理的中部PAR值、下部PAR值(按植株平均高度分為中部和下部?jī)蓪?、透光率、直射光率等參數(shù)。重復(fù)6次，通過專用軟件AccuPAR分析后獲取數(shù)據(jù)。

(2)群體光合速率指標(biāo)。于盛蕾期、花鈴期、吐絮期用美國COR公司生產(chǎn)的Li-6400型便攜式光合儀，選擇晴天光強(qiáng)穩(wěn)定時(shí)測(cè)定凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 栽培措施對(duì)群體冠層光分布的影響

2.1.1 對(duì)群體光合有效輻射的影響

植物的光合產(chǎn)物和累積生物量與冠層截獲光合有效輻射量有密切關(guān)系。PAR值代表400～700 nm內(nèi)的光合有效輻射。被攔截的PAR數(shù)據(jù)可用于決定冠層結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)的確定。如表1，在盛蕾期、花鈴期、吐絮期3個(gè)關(guān)鍵生育時(shí)期，棉花群體下部的光合有效輻射明顯低于冠層中部，這主要是隨著生育期的推進(jìn)，植株不斷繁茂，冠層群體中棉花除了受其他植株的遮蔭影響還要受到本身棉株的遮蔭影響，且下部比中部受到的遮蔭影響更嚴(yán)重，冠層下部的光合有效輻射急劇下降。3個(gè)生育時(shí)期下部光合有效輻射比中部光合有效輻射分別平均低59.17%、79.08%、58.25%，在盛花期之前下部截獲的光合有效輻射急劇下降，進(jìn)入生殖生長(zhǎng)后下部截獲的光合有效輻射提高。中部和下部PAR值均隨著生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，且在吐絮期達(dá)到最高點(diǎn)。在盛蕾期，兩部分的PAR值高密度>低密度；在吐絮期，兩者大體為高密度>低密度；在盛蕾期和吐絮期，寬窄行處理比相同條件下的等行距處理的中部和下部PAR值高。施氮量對(duì)PAR值影響不顯著，主要是因?yàn)榛实氖┤肓肯嗤?，花鈴期追施的氮肥肥力的發(fā)揮受其他肥料和群體密度的限制，故差異不大。

表1 不同處理的棉花群體中部和下部PAR值

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫英文字母表示5%水平上差異顯著，不同大寫英文字母表示l%水平上差異顯著。下同。

方差分析表明，3種因素之間的兩兩交互作用對(duì)不同時(shí)期的中部冠層PAR值的影響均不顯著；密度、株行距配置和施氮量3者之間的交互作用對(duì)吐絮期的中部PAR值影響顯著。密度和株行距配置分別對(duì)盛蕾期的下部PAR值有顯著影響，其他未達(dá)到顯著水平。交互作用中，株行距配置和施氮量的交互作用對(duì)于吐絮期的下部冠層PAR值有顯著影響，其他交互作用對(duì)其影響無顯著性差異。

2.1.2 透光率和直射光率

透光率是指冠層下部PAR值與頂層PAR值的比值。透光率高代表下部接受較多的光輻射。如表2所示，花鈴期的透光率相對(duì)最低，平均為盛蕾期的56.09%。吐絮期透光率恢復(fù)到接近盛蕾期。透光率隨著生育期的推進(jìn)先下降后上升。盛蕾期的透光率低密度>高密度，花鈴期在等行距條件下的透光率低密度>高密度，在寬窄行條件下的透光率低密度<高密度。在吐絮期，C2施氮量條件下的處理透光率相對(duì)較高。在盛蕾期和吐絮期，等行距處理比寬窄行處理的透光率高。在花鈴期，高密度條件下寬窄行處理的透光率高于等行距處理?xiàng)l件下的透光率，低密度條件下兩者之間差異不顯著。

直射光率是直接來自太陽的輻射和來自所有環(huán)境(如大氣)輻射的比例。直射光率隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)整體呈上升趨勢(shì)，但變化幅度不大。直射光率在3個(gè)生育時(shí)期最高值組合分別為A1B2C2，A1B2C2，A1B1C1，最低值的組合分別為A2B2C2，A1B2C3，A2B2C2(表2)。

表2 不同處理的棉花群體透光率和直射光率

(續(xù)表2)

處理透光率直射光率盛蕾期花鈴期吐絮期盛蕾期花鈴期吐絮期A2B1C30.44ABC0.15b0.41ABC0.81ab0.86a0.85ABA2B2C10.28D0.34a0.29C0.81ab0.69bc0.87ABA2B2C20.45ABC0.24ab0.50A0.77b0.80abc0.78BA2B2C30.31CD0.25ab0.35BC0.81ab0.83abc0.87AB

方差分析表明，密度和株行距配置分別對(duì)盛蕾期的透光率影響達(dá)到顯著性水平，對(duì)花鈴期、吐絮期影響不顯著。交互作用中株行距配置與施氮量的交互作用對(duì)吐絮期的透光率值達(dá)到顯著性影響。

3種因素分別對(duì)3個(gè)時(shí)期(盛蕾期、花鈴期、吐絮期)直射光率的影響不顯著，兩兩交互作用對(duì)其影響也均不顯著，但3種因素的交互作用對(duì)吐絮期的直射光率影響顯著。

2.2 栽培措施對(duì)群體光合特征的影響

2.2.1 凈光合速率和氣孔導(dǎo)度

由表3可知，密度、株行距配置和施氮量對(duì)群體凈光合速率中的盛蕾期和花鈴期影響顯著，對(duì)吐絮期影響極顯著。在所有處理中，盛蕾期、花鈴期及吐絮期的凈光合速率值最大處理組合分別為A2B2C3，A2B2C2，A2B2C3。密度、株行距配置和施氮量對(duì)氣孔導(dǎo)度在盛蕾期和花鈴期影響顯著，對(duì)吐絮期影響極顯著。吐絮期群體的氣孔導(dǎo)度大幅度下降，由盛蕾期的平均值1左右下降到普遍0.26以下。在所有處理中，盛蕾期、花鈴期及吐絮期的氣孔導(dǎo)度值最大處理組合分別為A1B1C1，A1B1C1，A1B2C2。凈光合速率在吐絮期的下降主要受到吐絮期群體氣孔導(dǎo)度大幅度下降的影響。

表3 不同處理的棉花群體凈光合速率和氣孔導(dǎo)度

方差分析表明，株行距配置對(duì)盛蕾期和吐絮期的凈光合速率影響達(dá)到顯著性水平，對(duì)花鈴期影響不顯著。密度和施氮量對(duì)3個(gè)時(shí)期(盛蕾期、花鈴期、吐絮期)凈光合速率影響均不顯著。對(duì)氣孔導(dǎo)度的影響中，密度、株行距配置、施氮量對(duì)3個(gè)時(shí)期的氣孔導(dǎo)度無顯著性影響；交互作用中，密度與施氮量的交互作用對(duì)花鈴期和吐絮期的氣孔導(dǎo)度有顯著性影響，株行距配置與施氮量的交互作用對(duì)吐絮期的氣孔導(dǎo)度亦有顯著性影響。

2.2.2 胞間CO2濃度和蒸騰速率

由表4可知，密度、株行距配置和施氮量對(duì)盛蕾期、花鈴期和吐絮期的胞間CO2濃度均影響極顯著，在所有處理中盛蕾期、花鈴期和吐絮期的胞間CO2濃度值最大處理組合分別為A2B1C2，A2B2C3，A1B2C2。密度、株行距配置和施氮量對(duì)盛蕾期蒸騰速率的影響顯著，對(duì)花鈴期和吐絮期影響極顯著。在所有處理中盛蕾期、花鈴期和吐絮期的蒸騰速率值最大處理組合分別為A1B1C1，A2B2C3，A1B2C2。胞間CO2濃度值和蒸騰速率均與氣孔的活動(dòng)密切相關(guān)，由于吐絮期的群體氣孔導(dǎo)度下降，直接影響到了胞間CO2濃度和蒸騰速率的下降，最終影響了群體的光合速率和產(chǎn)量形成。

表4 不同處理的棉花群體胞間CO2濃度和蒸騰速率

方差分析表明，3種因素分別對(duì)3個(gè)時(shí)期的胞間CO2濃度值影響不顯著；密度與施氮量的交互作用對(duì)花鈴期、株行距配置與施氮量的交互作用對(duì)吐絮期的胞間CO2濃度值分別有顯著性影響。株行距配置對(duì)吐絮期的蒸騰速率有顯著性影響，對(duì)盛蕾期和花鈴期影響不顯著。密度與施氮量的交互作用對(duì)吐絮期、株行距配置與施氮量的交互作用對(duì)吐絮期的蒸騰速率分別有顯著性影響。

3 結(jié)論與討論

前人的研究中，群體種植密度的提高會(huì)使得群體冠層對(duì)光能的截獲率增加，群體的光合速率明顯提高[7]，但高密度群體在生育后期群體光合速率衰退得快[10]。在棉株群體密度較大時(shí)，通過調(diào)整株行距的配置方式，可使棉株得到合理分布，在一定程度上改善田間通風(fēng)透光條件，有利于棉株的生長(zhǎng)[11]。同時(shí)在開花期適當(dāng)追施氮肥，可以改善群體的光合性能，使生育后期群體光合速率的衰退減慢[12]。

本試驗(yàn)中，在花鈴期以前，高密度群體冠層對(duì)光能截獲率較高，群體凈光合速率也維持較高的水平，到花鈴期凈光合速率達(dá)到最高值以后，凈光合速率也明顯下降，主要是由于群體氣孔活動(dòng)能力下降，氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率都受到影響，群體凈光合速率有下降的趨勢(shì)。但高密度群體維持了相對(duì)高的凈光合速率水平，所以在生育后期維持一個(gè)相對(duì)較高的氣孔導(dǎo)度，對(duì)群體光合速率的保持穩(wěn)定有至關(guān)重要的影響，最終影響到群體的產(chǎn)量水平。

低密度群體下部冠層接受的光合輻射要高于高密度群體。在整個(gè)生育期內(nèi)，直射光率趨于穩(wěn)定；氣孔導(dǎo)度隨著生育期推進(jìn)逐漸降低，蒸騰速率也隨著氣孔導(dǎo)度的降低而降低，均直接影響著群體的凈光合速率水平，最終影響產(chǎn)量。

等行距的株行距配置更有利于冠層下部接受光輻射。寬窄行處理有利于群體在生殖生長(zhǎng)期間保持較高的凈光合速率，為高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

本試驗(yàn)表明，增加密度，提高了群體的光合速率；同時(shí)寬窄行的株行距配置也使群體維持了較高的光合速率。適當(dāng)增加密度，并且調(diào)整株行距配置是提高產(chǎn)量的重要手段。在密度較大時(shí)，采用合理的寬窄行種植方式，可以合理調(diào)整棉株在群體之中的分布，改善田間的通風(fēng)透光條件提高光合速率，并最終提高產(chǎn)量。

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Effects of Cultivation Measure on Canopy Structure and Canopy Apparent Photosynthesis

WANG Xin-yue，LIU Ai-yu*，ZOU Xi，XIANG Feng-ling，OUYANG Yan-sha

(Cotton Research Institute，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China)

The field experiments on the planting densities，allocations of row-spacing，nitrogen application rate on the canopy structure，canopy apparent photosynthesis and yield of cotton were conducted in Hunan.The results indicate that：thePARfell and then increased with the process of growth period and was the highest during the boll opening stage.ThePARof the high density group was higher than that of low density group.ThePARof wide-narrow row spacing group was higher than that of equal planting spacing.During the boll opening stage，the transparency was the highest with the nitrogen application 180 kg/hm2.Equal planting spacing has relative higher transparency than wide-narrow row spacing.It showed that nitrogen application 180 kg/hm2and equal planting spacing were good for maintaining higher transparency during the late period of duration.The transmissivity of direct light rate increased steadily with the process of growth rate.The planting density，allocations of row-spacing，nitrogen application rate had significant effect on the net photosynthetic rate of full squaring stage and full boll stage.The higher density canopy had relative higher canopy photosynthetic rate.Wide-narrow row spacing，compared with equal planting spacing，maintained at a relatively high level in photosynthetic rate.

cotton; cultivation; canopy structure; canopy apparent photosynthesis

2015-01-26

王欣悅(1989-)，女，黑龍江哈爾濱市人，碩士研究生，Email：wxy391673751@163.com。

*通信作者：劉愛玉，教授，主要從事棉花栽培研究，Email：lay8155@163.com。

湖南省棉花產(chǎn)業(yè)體系栽培專家崗位項(xiàng)目(湘農(nóng)業(yè)聯(lián)[2012]278號(hào))。

S562.04

A

1001-5280(2015)02-0122-06

10.3969/j.issn.1001-5280.2015.02.03