麥棉套作模式下起壟種植對棉花生態(tài)因子及其生長發(fā)育的影響

王樹林，祁 虹，王 燕，張 謙，馮國藝，林永增，梁青龍(河北省農林科學院 棉花研究所/農業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北 石家莊 050051)

麥棉套作模式下起壟種植對棉花生態(tài)因子及其生長發(fā)育的影響

王樹林，祁 虹，王 燕，張 謙，馮國藝，林永增，梁青龍
(河北省農林科學院 棉花研究所/農業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北 石家莊 050051)

為探索麥棉套作模式下提高棉花霜前花率、促進棉花早發(fā)的措施，在麥棉套作模式下，設置了棉花預留行起壟與平作2種種植模式，以單作春棉為對照，研究了棉行土壤溫度、水分與光照強度的變化規(guī)律以及棉花的生長發(fā)育及品質情況。結果表明：起壟能提高棉行光照強度，出苗期、二葉期的日平均光照強度較平作分別增加26.4、40.6 klx，5 cm深層土壤溫度分別提高1.3、1.2 ℃，且可以調節(jié)棉行土壤水分含量以適應棉苗生長需求；起壟促進棉花早發(fā)，不同生育時期棉花的株高、真葉數(shù)、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)均高于平作，伏桃比例提高9.8個百分點，霜前花率提高8.3個百分點，籽棉產量提高15.0%，皮棉產量提高14.7%；起壟種植提升了棉花纖維品質，對斷裂比強度、馬克隆值、紡紗均勻性指數(shù)、整齊度指數(shù)均有不同程度的提高，但對纖維長度影響不大?？梢?，起壟種植是提高麥棉套作棉花霜前花率、促進棉花早發(fā)早熟的一項有效技術措施。

麥棉套作； 起壟； 光照強度； 土壤溫度； 土壤水分； 產量； 品質

麥棉兩熟種植技術在新中國首先出現(xiàn)在20世紀50年代的長江流域棉區(qū)，形式為冬小麥(元麥)‖棉花直播[1]。黃河流域棉區(qū)兩熟種植制度自20世紀60年代進入試驗階段，以麥棉套種為主[2]，并于 90年代后成為該區(qū)主要的種植模式[3]。但隨著小麥聯(lián)合收割機的應用，麥棉套作種植模式由于不適應機械收獲小麥而導致套種面積迅速萎縮，因此進入21世紀后，關于麥棉套作種植技術的研究多集中基礎理論方面，如套作對土壤生態(tài)系統(tǒng)[4-5]及棉花根系生長的影響[6]，而對麥棉套作的應用性研究不多。近年來，隨著國家對糧食安全問題的日益重視以及糧棉爭地矛盾的日益尖銳，麥棉套作種植模式被重新提及，2013年在河北省農林科學院棉花研究所曲周縣試驗站，通過小麥收割機上加裝護苗擋板成功解決了麥棉套作無法使用聯(lián)合收割機收獲小麥的問題，使得麥棉套作模式推廣重現(xiàn)曙光。由于麥棉套作模式下存在棉花晚熟導致霜前花率不高的問題[7]，為促進棉花早發(fā)，進行棉花預留行起壟種植棉花的試驗，探討其促進棉花早發(fā)、提高棉花產量方面的效果，通過調查棉行土壤光溫水變化規(guī)律，揭示起壟促進棉花早發(fā)的機制，為提高麥棉套作模式下的棉花霜前花率探索新的途徑。

1 材料和方法

1.1 試驗地與供試品種

試驗設在河北省農林科學院棉花研究所曲周試驗站(河北省邯鄲市曲周縣西漳頭村)，前茬棉花，土壤為黏壤土，肥力中等偏上，土壤養(yǎng)分含量為：有機質14.0 g/kg、全氮0.998 g/kg、速效磷38.9 mg/kg、速效鉀285.0 mg/kg；供試棉花品種為冀雜2號。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，重復3次，小區(qū)寬6.4 m、長10 m，種植模式為4行小麥占地幅寬80 cm，棉花預留行占地幅寬80 cm，起壟處理為播種小麥前在棉花預留行起壟，壟高15 cm、壟寬80 cm，在壟底種植小麥，壟上種植2行棉花，棉花行距45 cm；平作種植模式除不起壟外，其他與起壟處理相同；以單作春棉為對照，單作春棉大小行種植，大行距115 cm，小行距45 cm。2014年4月23日播種棉花，播種后覆蓋塑料地膜，澆蒙頭水。5月30日定苗，留苗密度6.5萬株/hm2，6月7日收獲小麥，6月8日灌水1次，結合灌水追施復合肥(15-13-17)600 kg/hm2，10月10日噴施40%乙烯利3.0 kg/hm2催熟。棉花生育期間病蟲害防治同大田。

1.3 試驗調查項目

試驗采用TZS-IIW手持式土壤溫度速測儀于棉花出苗后與二葉期測定棉行5 cm深層土壤溫度，自早晨6:00時起每小時測定一次，測至下午18:00；采用GCX-A灌層分析儀測定棉花頂部光照強度，自早晨6:00時起每30 min測定一次，測至下午18:00；于4月29日、5月10日、5月25日、6月7日采用烘干法分別測定0～20 cm深層土壤水分含量。

試驗每小區(qū)固定20株棉花，于6月15日調查棉花株高、主莖真葉數(shù)；7月15日、8月15日分別調查株高、果枝數(shù)、成鈴數(shù)，9月10日調查成鈴數(shù)，用于計算伏前桃、伏桃、秋桃數(shù)量與比例；10月25日小區(qū)收獲霜前花并計產，11月12日收獲霜后花用以計算霜前花率；每小區(qū)收獲20株棉花的所有吐絮鈴，測定單鈴質量、衣分、纖維品質；小區(qū)單獨收獲計產用以計算每公頃產量。

1.4 數(shù)據處理

使用Excel 2003軟件進行數(shù)據整理，使用DPS 7.05進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理棉花頂部光照強度日變化

麥棉套作共生期間預留棉行光照不足是較為突出的問題，也是影響棉花早發(fā)的重要限制因素[8]。圖1顯示，單作春棉出苗后棉花頂部光照強度日變化表現(xiàn)為先增加后降低，呈拋物曲線狀，但一直高于套作棉花；而在麥棉套作模式中，起壟與平作處理棉花頂部光照強度日變化表現(xiàn)為：在上午10：00之前，由于小麥的遮陰作用，棉花頂部未接受到陽光直射，光照以散射光為主，光照強度增加緩慢，10：00以后陽光直射到棉花頂部，光照強度驟然增加，到中午12：00達到最高值，隨后緩慢下降，在下午14：00后小麥開始遮擋陽光直射，光照變?yōu)樯⑸涔?，光照強度急速下降。麥棉套作模式中，壟作棉花頂部光照強度均高于平作?2 h內較平作增加26.4 klx，其中9：00—10：00 與14：00—15：00明顯偏高。二葉期棉花頂部光照強度日變化規(guī)律與出苗期基本相似，9：00—12：00起壟處理的光照強度較平作增加幅度更大(圖2)，12 h內平均光照強度較平作增加40.6 klx。

圖1 出苗期各處理棉花頂部光照強度的日變化

圖2 二葉期各處理棉花頂部光照強度的日變化

2.2 不同處理土壤溫度日變化

在麥棉套作模式中，由于小麥的遮陰作用，導致棉花行土壤溫度較單作春棉明顯偏低。圖3顯示，起壟處理5 cm土壤溫度在6：00—9：00與平作處理相差不大，從10：00開始逐漸高于平作，且增幅逐漸增大，至14：00達到最大，之后開始降低，至18：00較平作高1 ℃；起壟處理12 h內平均土壤溫度較平作增加1.3 ℃。棉花二葉期測定土壤溫度結果(圖4)與出苗期相似，在14：00起壟處理土壤溫度接近單作春棉，單作春棉、起壟、平作處理12 h平均土壤溫度分別為32.8、29.8、28.6 ℃，起壟處理較平作高1.2 ℃。

圖3 出苗期不同處理5 cm土壤溫度日變化

圖4 二葉期不同處理5 cm土壤溫度日變化

2.3 不同處理土壤水分變化

由圖5可見，播種后(4月29 日)，單作春棉與平作處理的土壤含水量相差不大，起壟處理明顯偏低，這是由于起壟處理澆蒙頭水時水量集中在壟底的小麥行中所致；5月10日與5月25日的測定結果顯示，3個處理土壤含水量均持續(xù)降低，其中單作春棉降幅小于麥棉套作，麥棉套作模式下平作處理的土壤含水量降幅明顯大于起壟處理，原因在于此期間小麥耗水量大，在消耗麥行水分的同時也從棉行下吸取水分，導致棉行土壤水分含量降低，而起壟處理由于棉花種植于壟上，小麥根系難以從棉行吸取水分，因此起壟處理棉行含水量降幅較小。隨著時間的推移，到小麥收獲前，起壟處理的土壤水分含量明顯高于平作處理。起壟處理的土壤水分變化特點符合麥棉共生期內棉花需水量小的特點，前期降低土壤濕度減少了棉苗病害的發(fā)生，后期遭遇干旱脅迫時仍能保持壟上較高的水分含量。

圖5 不同處理土壤含水量變化

2.4 不同處理棉花的農藝性狀

從表1可以看出，不同生育時期各處理棉花株高均以單作春棉最高，其次是起壟種植，平作處理最低；6月15日、7月15日、8月15日起壟處理的棉花株高分別較平作高4.7 cm、8.0 cm、4.5 cm。主莖真葉數(shù)、果枝數(shù)也均表現(xiàn)為起壟處理高于平作處理，6月15日起壟處理的主莖真葉數(shù)較平作處理多1.4片，7月15日、8月15日起壟處理的果枝數(shù)分別較平作處理多0.8、0.7臺。可見，起壟對促進麥棉套作模式下棉花前期早發(fā)具有顯著作用。

表1 不同處理棉花農藝性狀

處理株高/cm6月15日7月15日8月15日真葉數(shù)/片6月15日果枝數(shù)/臺7月15日8月15日起壟25．4c86．8b91．1b7．1b9．3b11．8b平作20．7b78．8c86．6b5．7c8．5b11．1b單作38．6a99．6a114．5a10．9a12．8a15．5a

注：同列數(shù)據后不同小寫字母表示0.05水平差異顯著，下同。

2.5 不同處理棉花的“三桃”數(shù)量及比例

“三桃”(伏前桃、伏桃、秋桃)比例基本上能夠反映棉花經濟產量在時間進程上的分配關系，對于衡量棉花的早熟性具有重要意義[9]。由表2可見，單作春棉伏前桃4.2個，比例為20.7%，而麥棉套作模式下起壟與平作2個處理均無伏前桃，可見其生育進程晚于單作春棉。伏桃在纖維品質方面明顯優(yōu)于秋桃，因此，爭取多結伏桃是棉花優(yōu)質栽培技術的關鍵。起壟處理的伏桃數(shù)較平作處理增加2.4個，較平作處理提高9.8個百分點；秋桃數(shù)較平作處理少0.8個，秋桃比例降低9.8個百分點，可見起壟處理對提高麥棉套作模式下的優(yōu)質成鈴比例具有明顯作用，為促早效果明顯的技術措施。

表2 不同處理棉花生育性狀

處理伏前桃數(shù)量/個比例/%伏桃數(shù)量/個比例/%秋桃數(shù)量/個比例/%起壟0．0b0．0b8．4b45．2b10．1a54．8b平作0．0b0．0b6．0c35．4c10．9a64．6a單作4．2a20．7a10．8a53．2a5．3b26．1c

2.6 不同處理棉花的產量及產量構成因素

由表3可見，單作春棉的單株鈴數(shù)、單鈴質量、衣分、霜前花率均顯著高于麥棉套作，籽棉產量和皮棉產量也顯著高于麥棉套作。在麥棉套作模式下，起壟處理單株鈴數(shù)、霜前花率分別顯著高于平作處理1.6個、8.3個百分點，而單鈴質量、衣分與平作處理差異不顯著；從產量來看，起壟處理籽棉產量、皮棉產量分別較平作處理增加15.0%、14.7%，差異均達到顯著水平，表明起壟對于促進麥棉套作模式下棉花的早發(fā)早熟、提高棉花產量具有明顯作用。

表3 不同處理棉花產量構成因素

處理密度/(萬株/hm2)單株鈴數(shù)/個單鈴質量/g衣分/%霜前花率/% 籽棉產量/(kg/hm2) 皮棉產量/(kg/hm2)起壟6．518．5b6．2b37．2b78．6b4634b1724b平作6．516．9c6．0b37．3b70．3c4029c1503c單作6．520．3a6．6a39．9a89．8a5247a2094a

2.7 不同處理棉花的纖維品質

從表4可以看出，在麥棉套作模式下，起壟種植改善了棉纖維斷裂比強度、馬克隆值、紡紗均勻性指數(shù)和整齊度指數(shù)，但纖維長度變化不大。棉花纖維長度表現(xiàn)為單作處理顯著高于麥棉套作處理，起壟與平作2個處理差異不顯著；斷裂比強度以起壟處理最高，顯著高于平作處理；馬克隆值是表征纖維發(fā)育成熟度與細度的綜合指標，單作處理的棉花纖維發(fā)育顯著好于麥棉套作處理，其中起壟處理的馬克隆值高于平作，表現(xiàn)出促進棉花早熟的作用；紡紗均勻性指數(shù)與整齊度指數(shù)均表現(xiàn)為起壟處理接近單作處理，但顯著高于平作。由此可見，在麥棉套作模式下，起壟種植對于提升棉花纖維品質起到了積極作用。

表4 不同處理棉花纖維品質

處理纖維長度/mm斷裂比強度/(cN/tex)馬克隆值紡紗均勻性指數(shù)整齊度指數(shù)/%起壟29．5b29．5a3．0b142a84．6a平作29．8b28．3b2．7b131b82．6b單作30．9a28．9ab4．8a145a85．1a

3 結論與討論

麥棉套作模式一直存在棉花霜前花率過低的問題[10]，而壟作栽培對促進作物生長有積極作用[11-13]。張教海等[14]研究表明，壟作栽培能提高0～20 cm土層土壤溫度，降低土壤容重，促進棉花早生快發(fā)，蕾期生長穩(wěn)??；董合林等[15]認為，套作棉花由于壟作的增溫作用，可有效克服麥套春棉普遍存在的遲發(fā)、晚熟、低產等問題，前人研究多集中在起壟對土壤溫度方面的影響，而對光照、水分等方面的研究較少。本試驗結果表明，在麥棉套作模式下，棉行起壟后延長了棉株接受陽光直射的時間，同時光照強度也有所增加，日均光照強度出苗期增加26.4 klx，二葉期增加40.6 klx，光照強度的增加提高了棉行5 cm土層土壤溫度，出苗期起壟較對照增加1.3 ℃，二葉期增加1.2 ℃；同時起壟具有調節(jié)棉行土壤水分的作用，在前期灌溉條件下能夠降低土壤濕度，減少棉苗病害的發(fā)生，后期干旱時避免小麥過度爭奪水分，保持棉行適宜的水分含量；起壟種植有效改善了棉花生長的光、溫、水條件，促進了棉花的早發(fā)早熟，株高、果枝數(shù)均較平作有所增加，單株鈴數(shù)增加1.6個，伏桃比例增加9.8個百分點，單鈴質量增加0.2 g，霜前花率達到了78.6%，較平作提高8.3個百分點，最終籽棉產量增加 15.0%，皮棉產量增加14.7%；起壟對于提升棉花纖維品質也具有積極作用，起壟后棉花的纖維紡紗均勻性指數(shù)、整齊度指數(shù)2個指標顯著高于平作，接近單作棉花，馬克隆值、斷裂比強度也較平作有所增加。因此，在麥棉套作模式下，起壟種植實現(xiàn)了棉花的早發(fā)增產，是提高麥棉套作棉花霜前花率與纖維品質的一項有效技術措施。

[1] 毛樹春.棉花優(yōu)質高產的理論與技術[M].北京:中國農業(yè)出版社,1999.

[2] 刁光中.黃淮海棉區(qū)麥棉兩熟研究現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國棉花,1990(1):6-8.

[3] 何旭平,紀從亮.現(xiàn)代中國棉花育種與栽培概論[M].北京:中國農業(yè)科學技術出版社,2007:201-219.

[4] 孫磊,陳兵林,周治國.麥棉套作系統(tǒng)中小麥根區(qū)化感物質對棉苗生長的影響[J].棉花學報,2006,18(4):213-217.

[5] 孫磊,陳兵林,周治國.麥棉套作Bt棉花根系分泌物對土壤速效養(yǎng)分及微生物的影響[J].棉花學報,2007,19(1):18-22.

[6] 王瑛,王立國,陳兵林,等.麥棉共生期間棉花根系的生理特性研究[J].棉花學報,2007,19(6):446-449.

[7] 楊長琴,劉瑞顯,郭文琦,等.麥棉兩熟不同種植方式棉花生育特性及產量構成[J].江蘇農業(yè)學報,2011,27(5):944-949.

[8] 中國農業(yè)科學院棉花研究所.中國棉花栽培學[M].上海:上?？茖W技術出版社,2013:505.

[9] 王樹林,祁虹,張謙,等.不同熟性棉花品種在冀南棉區(qū)的適應性分析[J].河北農業(yè)科學,2011,15(5):9-10,64.

[10] 榮青海,李保英.安陽棉區(qū)麥套春棉促早栽培技術要點[J].中國棉花,2002,29(10):33.

[11] 謝文,潘木軍,翟均平,等.不同壟作覆蓋栽培對土壤理化性狀耗水特性和玉米產量的影響[J].西南農業(yè)學報,2007,20(3):365-369.

[12] 盧合全,李振懷,董合忠,等.黃河流域棉區(qū)高密度壟作對棉花的增產效應[J].中國農業(yè)科學,2013,46(19):4018-4026.

[13] 黃慧.壟作和種植密度對棉花產量及相關農藝性狀的影響[J].山東農業(yè)科學,2014,46(6):67-69.

[14] 張教海,楊正武,吳勇剛,等.棉花壟作栽培的生態(tài)生理效應[J].湖北農業(yè)科學,2013,52(23):5697-5699.

[15] 董合林,劉美榮.壟作與地膜覆蓋對麥套春棉產量和霜前花率的影響[J].中國棉花,1997,24(3):19-20.

Effect of Ridge Culture on Ecological Factors and Development of Cotton in Cotton-wheat System

WANG Shulin,QI Hong,WANG Yan,ZHANG Qian,FENG Guoyi,LIN Yongzeng,LIANG Qinglong
(Cotton Research Institute，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Science/Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area,Ministry of Agriculture,Shijiazhuang 050051,China)

In cotton-wheat system two treatments were designed including ridge culture and level culture compared with monoculture to explore measures that can increase rate of pre-frost lint and enhance cotton early development,through investigating soil temperature and moisture in cotton rows,light distribution and cotton development traits.The results showed that ridge culture increased light intensity on cotton rows,in seedling stage and 2-leaves stage daily averaged light intensities were increased by 26.4 klx and 40.6 klx,soil temperatures in 5 cm depth layer were increased by 1.3 ℃ and 1.2 ℃ respectively compared with level culture.And ridge culture could regulate soil moisture to meet cotton seedling’s requirement.Ridge culture promoted cotton development at early stage,and the plant height,true leaves,fruit branches and bolls per plant were increased compared with level culture.The proportion of summer bolls and the rate of pre-frost lint were increased by 9.8 percentage points and 8.3 percentage points,and the cotton yield and lint yield were increased by 15.0% and 14.7% respectively.Ridge culture also improved fiber quality,because fiber breaking tenacity,micronaire,spinning uniformity index,uniformity index were all increased except fiber length.Ridge culture was an effective measure to increase rate of pre-frost lint and enhance cotton early development.

cotton-wheat system; ridge culture; light intensity; soil temperature; soil moisture; yield; quality

2015-12-27

科技部支撐計劃項目(2013BAD05B00)；國家棉花產業(yè)技術體系建設專項(CARS-18-21)

王樹林(1978-)，男，河北巨鹿人，副研究員，本科，主要從事棉花栽培與麥棉兩熟雙高產栽培技術研究。 E-mail：wshl1001@sohu.com

S562

A

1004-3268(2016)06-0025-05