棉花新品系中571簡化整枝適宜栽培密度研究

王寧　周紅　楊杰

摘要：為實現棉花新品系中571的簡化栽培，研究了不同栽培措施[措施1（去枝葉）、措施2（留枝葉）和措施3（苗期噴DPC+留枝葉）]與種植密度 （4.5萬、7.5萬、10.5萬、13.5萬、16.5萬株/hm2） 對中571生育性狀、產量及品質的影響。結果表明：與措施1相比，措施2改變了植株形態(tài)、干物質累積及分配，如顯著增加果枝數、葉枝數、葉片及總干物質累積，降低收獲指數；但對葉片的生理功能，如葉綠素含量、光合速率、葉綠素熒光，產量及纖維品質均無顯著影響。而措施3可有效抑制葉枝生長，改善葉片部分生理功能（增加ΦPSⅡ、qP和ETR），提高干物質累積及收獲指數，最終增加皮棉產量和纖維長度。不同種植密度對纖維品質無顯著效應，但對皮棉產量產生影響，其中密度為 4.5萬株/hm2 和7.5萬株/hm2時可獲得高產；隨著種植密度的再增加，逐漸降低葉枝數、果枝數及果枝長度，加重葉片衰老程度，雖增加干物質積累但降低了收獲指數，最終導致產量逐漸降低。綜上所述，中571在措施3和中等密度（4.5萬～7.5萬株/hm2） 種植條件下，可在保證高產優(yōu)質的同時，實現簡化栽培。

關鍵詞：棉花；簡化栽培；種植密度；生育性狀；產量；品質

中圖分類號： S562.04 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0135-05

棉花是我國重要的經濟作物，也是紡織工業(yè)的主要原料，在國民經濟發(fā)展中的地位舉足輕重。然而，由于棉花具有無限生長、株型可塑性以及棉花收獲器官的特殊性，使棉花栽培比小麥、玉米等有限生長作物的栽培更為復雜繁瑣[1-2]。據統(tǒng)計，棉花從種到收，整個生育期需要14道工序，35次投工，折合22個工日，比小麥、玉米2季作物用工多2～3個，單是采收期就長達2個月[3]；并且長期以來，我國棉花生產機械化發(fā)展極其緩慢，棉花生產基本上依靠人工完成，勞動強度大，生產效率低[4-5]。近年來，由于農村勞動力短缺和人工成本的上升，導致人工收花成本大幅度上升，廣大棉區(qū)迫切要求簡化棉花栽培及實現棉花收獲機械化[6-7]。因此，推進棉花種植的機械化進程，簡化棉花田間管理的農藝措施，種植“懶棉花”顯得尤為必要。

我國棉花栽培歷來以精耕細作著稱于世，其中去葉枝作為棉花整枝技術的主要內容，在中國內陸棉區(qū)一直廣泛應用[8]。一般認為整枝不僅可以減輕田間郁閉，改善棉田通風透光，而且有利于減少棉株營養(yǎng)物質的消耗，對營養(yǎng)生長和生殖生長起調節(jié)作用[9]。但是多次整枝不僅減少了前期光合葉面積，而且目前整枝操作還不能完全進行機械化操作，費工費時，影響棉花綜合效益的提高。而國外種植棉花并不進行整枝操作，對于生長過旺的棉株則主要通過噴施甲哌等化控措施進行控制[7]。隨著化學調控技術在我國的應用和推廣，以及植棉農民對簡化栽培的青睞，國內許多學者開始傾向于保留利用葉枝，并證實葉枝具有利用價值，認為留葉枝不僅可以節(jié)省用工，還可以為果枝和根系提供營養(yǎng)，實現間接成鈴，在一定條件下可以實現增產[7，10-12]。

中571是中國農業(yè)科學院棉花研究所通過株型育種選育出的轉基因抗蟲常規(guī)棉新品系，具有整齊度好，瘋杈贅芽少、株高、果枝始節(jié)高度和果枝長度適中、株型緊湊、結鈴較為集中等特點，具有適宜簡化栽培管理和機械采收的潛力。本試驗通過對中571進行簡化整枝栽培措施和種植密度組合處理，研究不同組合對棉花株型、生理、產量及品質產生的影響，明確簡化整枝栽培管理下最適宜種植密度，以期加快培育與推廣適宜全程種植機械化的棉花品種，以及為株型育種和簡化栽培提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料與地點

以中國農業(yè)科學院棉花研究所選育而成的中571為供試材料，在中國農業(yè)科學院棉花研究所東場基地（河南安陽）進行田間試驗。試驗田土壤肥力中等、地勢平坦、地力均勻、排灌方便，耕層土壤基礎養(yǎng)分含量分別為有機質8.2 g/kg、全氮0.57 g/kg、速效磷12.1 mg/kg和速效鉀98.4 mg/kg。

1.2 試驗設計與田間管理

于2013年4月22日進行田間播種；試驗采用裂區(qū)設計，主區(qū)為栽培措施，設措施1（去枝葉）：于現蕾后8 d將所有葉枝捋掉，去贅芽，于7月28日正常打頂去邊心；措施2（留枝葉）：保留所有葉枝，不去贅芽，僅正常打頂；措施3（苗期噴DPC+留枝葉）：在苗期分3次噴施甲哌（DPC），分別于播種后30、50、60 d分別噴施DPC為4.5、6.0 、7.5 g/hm2，且保留所有葉枝，不去贅芽，僅正常打頂；其他管理措施同大田常規(guī)。副區(qū)為密度處理，設4.5萬、7.5萬、10.5萬、13.5萬、16.5萬株/hm2；各裂區(qū)在每個主區(qū)內隨機排列，采用10行區(qū)栽植，小區(qū)面積64 m2，4次重復。

1.3 測定項目與方法

每小區(qū)選定2 m2區(qū)域，定時收集植株脫落的葉片、蕾、鈴等，計算脫落生物量；小區(qū)收獲前收集該區(qū)域植株，將植株各器官分解裝袋，在105 ℃烘箱內殺青 30 min，80 ℃下烘 48 h，稱質量測定生物量；其中收獲指數=籽棉產量/總生物量×100%。

在8月13日（盛鈴期）的晴天09：00—11：00分別測定主莖功能葉（倒三葉）中部的葉綠素含量、葉光合速率和葉綠素熒光參數，每項指標在每個小區(qū)重復5次。葉綠素含量使用日本產SPAD-502（Minolta）葉綠素計測定；光合速率測定用Li-6400 型便攜式光合儀（Li-COR，Lincoln，USA）測定，大氣CO2濃度為330～360 mg/kg，光合有效輻射為（1 150±50） μmol/（m2·s）；葉綠素熒光參數測定用便攜式熒光儀（PAM 2100，Walz，Effeltrich，Germany）測定PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）、實際光量子效率（ΦPSⅡ）、光化學熒光淬滅系數（qP）和非光化學熒光淬滅系數（qN）等葉綠素熒光參數；光合電子傳遞速率（ETR）通過以下公式計算：ETR=ΦPSⅡ× PAR×0.50×0.84，其中PAR是光照培養(yǎng)室的光照度 [500 μmol/（m2·s）]，0.50代表光能在光系統(tǒng)間的分配系數，0.84指葉片表面的光能平均有84%被葉片吸收[13]。

收獲前選代表性植株10株，調查基本農藝性狀，如株高、果枝始節(jié)、始節(jié)高度、果枝數、葉枝數、上（1～4果枝）中（5～8果枝）下（8以上果枝）部果枝長度、葉枝數、單株鈴數、鈴質量等，收獲10個中部內圍鈴軋花后測定衣分，并選取50 g皮棉交由農業(yè)部棉花品質監(jiān)督檢驗測試中心統(tǒng)一測定纖維品質。記錄小區(qū)實收籽棉產量，并據其與衣分計算皮棉產量。

1.4 數據分析

采用SPSS 16.0（SPSS Inc.Chicago，USA）處理數據，以Duncans多重比較進行差異顯著性檢（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對株型的影響

由表1可知，栽培措施顯著影響棉花的始節(jié)高度、果枝數、葉枝數和上部果枝長度；與措施1和措施2相比，措施3的始節(jié)高度要顯著低于其他處理，而措施3的果枝數和上部果枝長度最高，措施2次之，措施1的這2項指標最??；措施2的葉枝數最高，每株可達2.5個，措施3次之，每株為1.7個。種植密度對株型影響較大，其中種植密度由4.5萬株/hm2增加到16.5萬株/hm2時，株高和始節(jié)高度分別由101.5 cm和29.8 cm逐漸增加到107.8 cm 和40.6 cm，果枝數和葉枝數則分別由14.0個和3.5個逐漸降低到11.3個和0.2個，上、中、下部的果枝長度也逐漸降低，尤其是下部和中部的果枝降低幅度較高（表1）。栽培措施×種植密度互作對葉枝數影響顯著，但對其他株型性狀無顯著影響。

2.2 不同處理對葉綠素、光合速率和葉綠素熒光參數的影響

栽培措施及栽培措施×種植密度互作對葉綠素含量和光合速率無顯著影響，但隨著密度的增加，顯著降低了葉綠素含量和光合速率（圖1）；其中當密度增加到13.5萬株/hm2和16.5萬株/hm2時，葉綠素含量顯著低于4.5萬株/hm2和 75萬株/hm2 條件下的結果；而當密度由4.5萬株/hm2增加到10.5萬株/hm2時，光合速率顯著降低，但隨著密度再增加光合速率則不再發(fā)生變化。

不同的栽培措施對Fv/Fm無顯著影響，但顯著影響其他參數（表2）；其中措施3處理的ΦPSⅡ、qP和ETR要顯著高于其他處理，而qN則較低，分別是措施1和措施2的712%和83.8%。隨著密度的增加，逐漸降低了Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP和ETR，其中當密度增加到16.5萬株/hm2時，這幾項指標顯著低于4.5萬株/hm2時的結果，分別比4.5萬株/hm2 條件下的結果降低3.9%、13.1%、15.9%和13.3%。栽培措施×種植密度互作顯著影響ΦPSⅡ、qP和ETR（表2）。

2.3 不同處理對干物質累積和分配的影響

由圖2可知，不同的栽培措施及種植密度對干物質的累積及分配產生影響；不同的栽培措施影響干物質的累積，措施1處理的單位面積葉片及總干物質累積最低，其中葉片干物質累積分別是措施2和措施3的87.0%和79.4%，而總干物質累積分別是措施2和措施3的92.2%和838%；不同的栽培措施對葉比重無顯著影響，但影響干物質向生殖器官中分配，其中措施2的收獲指數要顯著低于措施1和措施3。當種植密度由4.5萬株/hm2增加到10.5萬株/hm2時，單位面積的葉片及總干物質顯著增加，當種植密度再增加時，單位面積的葉片及總干物質增加幅度有所降低（圖2）；種植密度影響干物質的分配，其中在4.5萬株/hm2和7.5萬株/hm2條件下，葉比重較低但收獲指數較高，而在中高密度下（10.5萬～16.5萬株/hm2）則相反。

栽培措施影響產量及構成因素，其中措施3處理產量最高，分別比措施1和措施2高127.6 kg/hm2和157.6 kg/hm2，較高的產量主要歸因于具有較高的鈴數，單株鈴數比其他處理平均高2.8個鈴（表3）；措施3處理的鈴質量與其他處理無顯著差異， 但衣分則要顯著低于其他處理。種植密度對衣分則無顯著影響，但顯著降低了單株鈴數及鈴質量（表3）；隨著種植密度的增加，皮棉產量先表現出略有增長而后逐漸降低，其中密度在7.5萬株/hm2時產量最高，而在165萬株/hm2 條件下產量最低。

由表4可知，栽培措施影響纖維長度，其中措施3處理的纖維長度則要顯著高于其他處理，分別比措施1和措施2增加0.78 mm和0.67mm；與措施1相比，措施2和措施3雖對斷裂比強度和馬克隆值無顯著影響，但斷裂比強度有增加的趨勢，而馬克隆值有降低的趨勢。種植密度和栽培措施×種植密度互作則對這幾項品質指標均無顯著影響。

3 討論與結論

在我國，除西北內陸棉區(qū)外，去葉枝一直作為一項很重要的田間管理技術被廣泛運用，而美國、以色列和埃及等棉花主產國則保留葉枝[8]。對于棉花葉枝能否利用，在棉花栽培上一直有爭議。有研究認為，保留棉花葉枝，消耗養(yǎng)分、成鈴少、成熟晚，并造成郁閉，影響田間透風透光，導致主莖鈴中爛鈴增加、皮棉減產、纖維品質下降等[10-11，14]；但也有部分研究表明，留葉枝消耗養(yǎng)分有限，且可以產生一部分鈴彌補果枝鈴的減少，可使棉花單產提高1.9%～31.5%[15-18]。

本研究結果表明，與措施1（去枝葉）相比，措施2（留枝葉）改變了部分株型形態(tài)（表1），如顯著增加了葉枝數、葉片及總干物質；徐立華等[11]和周歡等[17]報道也指出，留葉枝能增大棉花的“源”與“庫”，提高前中期的葉面積系數，擴大光合面積，促進棉株的生長，壯大營養(yǎng)體，增加葉比例（圖2），但影響生育期間田間透風通光，從而造成下部蕾鈴的大量脫落以及降低收獲指數（圖2）。然而留葉枝增加了葉枝數、果枝數及上部果枝長度，可以彌補下部結鈴的減少；同時保留葉枝并未影響葉片的生理功能，如葉綠素含量、光合速率、葉綠素熒光參數等（圖1和表2），從而對產量及纖維品質均無顯著影響（表3和表4）。這也與其他學者報道的留葉枝對產量[14，16-17]和纖維品質[7，19-20]無顯著影響的結果相一致。保留葉枝后棉株的生長發(fā)育與正常整枝的棉株相比，會出現一些新的變化，如植株形態(tài)、干物質分配等，會促進棉株營養(yǎng)生長，降低群體的通透性及收獲指數，從而增大對化控措施的依賴程度[8]。甲哌化控是目前棉花栽培管理中常見的農藝技術，可抑制棉花營養(yǎng)生長并對棉花株型進行優(yōu)化，但噴施甲哌對產量和品質的影響則沒有一致的結果[21-23]。在本試驗中，措施3（苗期噴DPC+留枝葉）有效抑制了葉枝的生長（表1），同時改善葉片部分生理功能，提高了光能利用效率，如增加了ΦPSⅡ、qP和ETR（表2），增加干物質的累積及向產量器官中分配比例（圖2），最終提高了皮棉產量和纖維長度（表3和表4）。因此，保留枝葉及合理運用DPC調控棉花生長，塑造合理的群體結構，有利于提高棉花產量和改善棉花品質。

葉枝的去留是一個需要綜合權衡的問題，應當與其他關鍵技術有機結合，除了品種、化控等以外，還需要適宜的種植密度，實現合理密植與葉枝利用的有機結合，是棉花增產增效的重要途徑[9，24-25]。本試驗中，不同種植密度間的纖維品質雖無顯著差異（表4），但較低密度（4.5萬株/hm2和7.5萬株/hm2）條件下產量較高，尤其以7.5萬株/hm2時的產量最高；而隨著種植密度的再增加，如密度由7.5萬株/hm2 增加到16.5萬株/hm2，產量則逐漸降低（表3）；這可能與高密度下增加了郁閉程度，降低葉片功能（葉綠素含量、光合速率和葉綠素熒光參數）和改變干物質分配有關（圖1、圖2和表2）。朱永歌等研究結果也表明，種植密度過高，棉花葉面積過大，田間郁閉嚴重，群體通風透光較差，難以形成高產[26]。種植密度是影響棉花群體大小的主要因素，葉枝去留對棉花群體大小也有顯著的影響，密度大小與葉枝去留存在相互影響，會對棉花產量形成產生互作效應[9，25]。但在本試驗中，栽培措施×種植密度對產量及品質均無互作效應，這種不一致的結果可能與試驗中所用品種有關。

合理密植是棉花增產的基礎措施[27]，中571在較大密度范圍內（4.5萬～7.5萬株/hm2）保持產量穩(wěn)定且纖維品質不受影響，在黃河流域生產上應在7.5萬株/hm2左右的基礎上適當調整。同時與傳統(tǒng)整枝（措施1）相比，保留葉枝及在苗期噴施DPC（措施3）可優(yōu)化其株型，改善葉片生理功能，提高產量和纖維品質。因此，只要栽培管理得當，簡化整枝不僅可以減少用工投入，降低生產成本，而且還可以增加產量和改善品質，達到高產優(yōu)質高效的效果。鑒于本試驗僅是1年1個試驗點的結果，具有一定的局限性，為了證明結果具有的廣泛應用性還需要進一步在不同的地點來開展試驗。

參考文獻：

[1]汪若海. 棉花的生物學特性與品種改良[J]. 中國棉花，2005，32（1）：17-19.

[2]趙 強. 棉花化學打頂及其配套技術體系研究[D]. 北京：中國農業(yè)大學，2011：1-2.

[3]張愛民. 黃河流域棉花全程機械化助推麥棉兩熟制度研究發(fā)展[J]. 安徽農業(yè)科學，2015，43（6）：366-367，374.

[4]劉劍光，肖松華，吳巧娟，等. 簡化整枝對棉花農藝性狀的影響[J]. 江西棉花，2005，27（6）：25-28.

[5]張魯云，陳永成. 新疆生產建設兵團機采棉現狀及建議[J]. 農業(yè)機械，2011（5）：80-82.

[6]杜明偉. 黃淮海棉區(qū)適宜機采的棉花品種篩選及收獲輔助技術研究[D]. 北京：中國農業(yè)大學，2011：1-2.

[7]劉 燕，原保忠，張獻龍，等. 縮節(jié)胺和整枝打頂對棉花產量及品質的影響[J]. 農學學報，2013，3（6）：8-12.

[8]董合忠，李維江，李振懷，等. 棉花營養(yǎng)枝利用的研究[J]. 棉花學報，2003，15（5）：313-317.

[9]謝志華，李維江，蘇 敏，等. 整枝方式與種植密度對蒜套棉產量和品質的效應[J]. 棉花學報，2014，26（5）：459-465.

[10]張立楨，李亞兵，王桂平，等. 留營養(yǎng)枝棉花根系生長發(fā)育與分布規(guī)律的研究[J]. 棉花學報，1998，10（6）：43-49.

[11]徐立華，朱永歌，王鐵書，等. 密度對棉花葉枝利用的調節(jié)效應[J]. 江蘇農業(yè)科學，2000（5）：26-27.

[12]王國印，李 妙，張 曉. 抗蟲雜交棉種植密度與葉枝利用效應研究[J]. 河北農業(yè)科學，2003，7（2）：1-5.

[13]Maxwell K，Johnson G N.Chlorophyll fluorescence—a practical guide[J]. Journal of Experimental Botany，2000，51（345）：659-668.

[14]孫學振，施 培，單世華，等. 留營養(yǎng)枝棉花群體干物質積累分配規(guī)律研究[J]. 華北農學報，2000，15（3）：77-81.

[15]張權中，唐 勇. 棉花葉枝的生長發(fā)育及其利用研究[J]. 中國棉花，2000，27（1）：8-9.

[16]李維江，董合忠，李振懷，等. 棉花簡化栽培技術在山東的效應研究[J]. 中國棉花，2000，27（9）：14-15.

[17]周 歡，原保忠，彭 龍，等. 棉花保留營養(yǎng)枝的效應及應用[J]. 中國農學通報，2011，27（9）：324-327.

[18]Dong H Z，Li W J，Li Z H，et al.Evaluation of a production system in China that uses reduced plant densities and retention of vegetation branches[J]. Journal of Cotton Science，2005，9（1）：1-9.

[19]鐘吉萍，李景龍. 棉花葉枝的利用研究[J]. 中國農學通報，1999，15（2）：18-20.

[20]王艷芳，王計平，王俊學，等. 棉花葉枝結鈴規(guī)律的研究[J]. 山西農業(yè)大學學報，2000，20（3）：208-210，231.

[21]Zhao D L，Oosterhuis D M.Pix plus and mepiquat chloride effects on physiology，growth，and yield of Field-Grown cotton[J]. Journal of Plant Growth Regulation，2000，19（4）：415-422.

[22]Nichols S P，Snipes C E，Jones M A.Evaluation of row spacing and mepiquat chloride in cotton[J]. The Journal of Cotton Science，2003（7）：148-155.

[23]Wilson D J，York A C，Edmisten K L. narrow-row cotton response to mepiquat chloride[J]. The Journal of Cotton Science，2007（11）：177-185.

[24]王漢霞，范希峰，田曉莉，等. 黃河流域棉區(qū)北部留葉枝棉栽培的適宜密度研究[J]. 棉花學報，2010，22（5）：430-436.

[25]張冬梅，李維江，唐 薇，等. 種植密度與留葉枝對棉花產量和早熟性的互作效應[J]. 棉花學報，2010，22（3）：224-230.

[26]朱永歌. 棉花合理密度的決擇分析[J]. 江西棉花，2010，32（1）：43-45.

[27]劉衛(wèi)星，賀群嶺，張楓葉，等. 棉花花生間作系統(tǒng)密度配置對產量和效益的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2015，43（1）：92-94.