行距配置對(duì)機(jī)采棉花冠層結(jié)構(gòu)及光合特性的影響

徐新霞,雷建峰，高麗麗，鄭 慧，李 淦，王立紅，鎖忠程 ，張巨松

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052;2.新疆巴州農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆庫(kù)爾勒 841000)

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行距配置對(duì)機(jī)采棉花冠層結(jié)構(gòu)及光合特性的影響

徐新霞1,2,雷建峰1，高麗麗1，鄭 慧1，李 淦1，王立紅1，鎖忠程1，張巨松1

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052;2.新疆巴州農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆庫(kù)爾勒 841000)

在新疆自然生態(tài)環(huán)境下，以‘新陸早32號(hào)’為材料進(jìn)行大田試驗(yàn)， 對(duì)2種機(jī)采棉行距配置模式(66 cm+10 cm、72 cm+4 cm)下的冠層結(jié)構(gòu)、光合特性及產(chǎn)量進(jìn)行研究。結(jié)果表明：66 cm+10 cm模式下形成的冠層結(jié)構(gòu)較72 cm+4 cm模式更有利于棉花生育后期通風(fēng)透光，從而促使葉片凈光合速率增強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使得66 cm+10 cm模式籽棉產(chǎn)量顯著高于72 cm+4 cm模式，2模式間單鈴數(shù)呈顯著性差異。

機(jī)采棉花；行距配置；冠層結(jié)構(gòu)；光合特性；產(chǎn)量

棉花產(chǎn)量的90%～95%來(lái)自光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)，而合理的冠層結(jié)構(gòu)有利于提高棉株光能利用率。通過(guò)改善冠層結(jié)構(gòu)，使更多的光能到達(dá)植株基部葉片，增加冠層截獲光的比例[1]，提高葉片凈光合速率，從而增加有機(jī)物質(zhì)的積累，為取得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)做基礎(chǔ)。新疆光熱資源豐富，宜農(nóng)區(qū)域廣闊，宜農(nóng)后備耕地資源豐富，95%是灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，山旱地僅5%左右，具有相對(duì)穩(wěn)定的灌溉水資源供給，實(shí)行機(jī)械化種植耕作，“矮、密、早、膜”等種植技術(shù)基本成熟配套，使新疆具有大規(guī)模全程機(jī)械化植棉的條件和能力。隨著棉花機(jī)械采收技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合滴灌技術(shù)、高密度植棉，機(jī)采棉行距配置逐漸成為主要行距配置。在機(jī)采棉各種配套技術(shù)條件下促使棉花高產(chǎn)，已成為新疆機(jī)采棉栽培和育種的重要研究?jī)?nèi)容。近年來(lái)，前人對(duì)棉花冠層結(jié)構(gòu)[2-6]及光合特性[7-13]已進(jìn)行了較多的研究，但有關(guān)機(jī)采棉田間行距配置對(duì)棉株冠層結(jié)構(gòu)及其光合特性影響的研究鮮見(jiàn)報(bào)道；本研究擬通過(guò)田間試驗(yàn)，研究行距配置對(duì)棉花冠層結(jié)構(gòu)、光合特性及產(chǎn)量的影響，以期為新疆適宜的機(jī)采棉種植技術(shù)的應(yīng)用推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014年4-10月在新疆昌吉州瑪納斯縣六戶地鎮(zhèn)陳家渠村進(jìn)行，棉花供試品種為‘新陸早32號(hào)’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)2種寬窄行距配置: 66 cm+10 cm、72 cm+4 cm，具體見(jiàn)圖1和圖2。株距均為9.5 cm，理論密度27.7 萬(wàn)株/hm2，機(jī)械鋪膜播種，采用幅寬2.05 m膜覆蓋，1膜6行，每小區(qū) 2膜12行，小區(qū)面積為95.20 m2(4.76 m×20 m) ， 3次重復(fù)?？偸┠蛩?75 kg/hm2，磷酸二銨180 kg/hm2，硫酸鉀360 kg/hm2，其中基施尿素150 kg/hm2,磷酸二銨180 kg/hm2，硫酸鉀150 kg/hm2，其余隨水滴施。2014-04-25播種。出苗-吐絮，共6次滴水，總滴灌量為3 300 m3/hm2，其他田間管理同大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 主莖節(jié)間長(zhǎng)度及果枝長(zhǎng)度 打頂后7 d，選取各處理小區(qū)有代表性植株20株,測(cè)量主莖節(jié)間長(zhǎng)度及果枝長(zhǎng)度。

1.3.2 葉面積指數(shù)(LAI) 自現(xiàn)蕾起，每10～15 d各處理采集具有代表性植株4株，采用打孔法測(cè)定所有葉片面積，最后折算出LAI。

1.3.3 冠層結(jié)構(gòu) 采用LAI-2000(美國(guó)產(chǎn))植物冠層分析儀,自現(xiàn)蕾起，每10～15 d選擇田間長(zhǎng)勢(shì)均勻的樣點(diǎn)，將LAI-2000探頭水平放置在距離地面5 cm處，每個(gè)樣點(diǎn)測(cè)6個(gè)值(即窄行-寬行-窄行-寬行-窄行-膜間行)取平均值，重復(fù)3 次，可得葉傾角(MTA)和冠層開(kāi)度(DIFN)值。

圖1 66 cm+10 cm行距配置模式圖

圖2 72 cm+4 cm行距配置模式圖

1.3.4 主莖葉SPAD值 采用SPAD-502型(日本產(chǎn))便攜式葉綠素測(cè)定儀自現(xiàn)蕾起，每5 d選取具有代表性主莖倒4葉(打頂后倒2葉)測(cè)其葉綠素值，每張葉片測(cè)定5次，測(cè)10株，剔除最大值與最小值后，求均值。

1.3.5 主莖葉凈光合速率(Pn) 采用CARIS-2光合儀自現(xiàn)蕾起，每10～15 d在11：00-13:00活體測(cè)定每小區(qū)定點(diǎn)定株的5株棉花的功能葉(打頂前測(cè)倒4葉，打頂后倒2葉)葉片的光合指標(biāo)，并在花鈴期測(cè)1次光合日變化。

1.3.6 產(chǎn)量 在8月25日左右實(shí)數(shù)各處理收獲株數(shù)，調(diào)查其成鈴分布；吐絮后，選取代表性植株20株，調(diào)查單株果枝數(shù)和吐絮鈴的空間分布(1～3果枝、4～6果枝、7以上果枝)，記載其蕾鈴空間分布情況，并選取60個(gè)吐絮鈴(分上、中、下果枝部位各20個(gè)吐絮鈴)測(cè)其單鈴質(zhì)量和衣分。

2 結(jié)果與分析

2.1 行距配置對(duì)機(jī)采棉花冠層結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 對(duì)棉株主莖節(jié)間長(zhǎng)度及果枝長(zhǎng)度的影響 由表1可知，不同行距配置對(duì)棉株主莖節(jié)間長(zhǎng)度及果枝長(zhǎng)度有影響。主莖節(jié)間長(zhǎng)度及果枝長(zhǎng)度，2處理下部均表現(xiàn)為中行>邊行，而上部則表現(xiàn)為邊行>中行，說(shuō)明棉株中下部形成時(shí)，中行棉株生長(zhǎng)利于邊行，而上部形成時(shí)，邊行棉株生長(zhǎng)利于中行；處理間主莖節(jié)間長(zhǎng)度上部中、邊行均為66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，中部中、邊行均表現(xiàn)為66 cm+10 cm模式<72 cm+4 cm模式，且中行2處理間差異顯著，下部中行表現(xiàn)為66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，邊行則相反；處理間果枝長(zhǎng)度，上、中部的中、邊行均表現(xiàn)為，66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，且國(guó)行2處理間差異顯著，下部中行表現(xiàn)為66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，邊行則相反；說(shuō)明66 cm+10 cm模式較72 cm+4 cm模式相比，更利于棉株果枝的生長(zhǎng)。

2.1.2 對(duì)機(jī)采棉花LAI的影響LAI是衡量棉花群體光合面積的指標(biāo)，適宜的LAI是充分利用光資源提高棉花產(chǎn)量的重要途徑之一。行距配置對(duì)棉株LAI有影響，現(xiàn)蕾至吐絮棉株LAI變化趨勢(shì)如圖3，2處理均為先增大后減小。蕾期，66 cm+10 cm模式LAI較72 cm+4 cm模式低44.86%，之后2模式LAI急劇增加，差異逐漸減小，至出苗后80 d即盛鈴期前，2模式均達(dá)到峰值，且模式間差異最小，66 cm+10 cm模式(5.16)較72 cm+4 cm模式(4.68)高9.30%，72 cm+4 cm模式(2.32)降幅為50.39%，大于66 cm+10 cm模式(3.51)降幅(31.97%)。這表明棉花前期生長(zhǎng)，72 cm+4 cm模式優(yōu)于66 cm+10 cm模式，中后期生長(zhǎng)，66 cm+10 cm模式優(yōu)于72 cm+4 cm模式，說(shuō)明66 cm+10 cm模式下，棉花LAI大且峰值持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，生育后期葉片衰老緩慢，保證了充足的光合葉面積。

表1 不同行距配置棉株主莖節(jié)間長(zhǎng)度及果枝長(zhǎng)度

圖3 不同行距配置棉株LAI的變化

2.1.3 對(duì)棉株葉MTA的影響 葉傾角是指葉片與水平方向的夾角，反映葉片的直立狀態(tài)，是衡量冠層結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)?？傮w上看，2處理MTA隨著生育時(shí)期的推移，逐漸增大，盛鈴后期達(dá)到最大，隨后開(kāi)始下降，為單峰曲線；由圖4可看出，出苗后40 d左右，66 cm+10 cm模式的MTA較72 cm+4 cm模式略低，之后棉株隨生育期生長(zhǎng)，66 cm+10 cm模式的MTA逐漸增大超過(guò)72 cm+4 cm模式，至盛鈴后期，達(dá)到峰值(60.5°)后下降；蕾期，66 cm+10 cm模式棉花葉片MTA小于72 cm+4 cm模式，說(shuō)明與72 cm+4 cm模式相比，66 cm+10 cm模式葉片有變平的趨勢(shì)；盛鈴期是棉鈴干物質(zhì)積累最快時(shí)期，此時(shí)MTA增大，葉片由平展變?yōu)橹绷ⅲ谕腹?，使葉片截獲更多的光能，有利于提高中下部葉片的光合速率，說(shuō)明66 cm+10 cm模式較72 cm+4 cm模式更有利于透光；吐絮至收獲期，由于綠葉面積減少，MTA增大，葉片向平展型發(fā)展。

圖4 不同行距配置棉MTA的變化

2.1.4 對(duì)棉株DIFN的影響 冠層開(kāi)度表示未被葉片遮擋的天空部分，DIFN在0(全葉片)～1(無(wú)葉片)之間，其大小可直觀反映冠層結(jié)構(gòu)是否合理。如圖5，現(xiàn)蕾至吐絮，2處理DIFN表現(xiàn)為一個(gè)單谷曲線。出苗40 d，66 cm+10 cm處理DIFN高于72 cm+4 cm，未被葉片遮擋的天空部分較多，說(shuō)明66 cm+10 cm模式較72 cm+4 cm模式長(zhǎng)勢(shì)弱，葉片量少于72 cm+4 cm模式；盛蕾至盛鈴，66 cm+10 cm模式DIFN明顯低于72 cm+4 cm模式，說(shuō)明66 cm+10 cm模式長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于72 cm+4 cm模式；直至吐絮，可見(jiàn)2處理DIFN均升高，其中72 cm+4 cm模式的增長(zhǎng)幅度大于66 cm+10 cm模式，說(shuō)明后期72 cm+4 cm模式群體內(nèi)部條件趨于惡化，通風(fēng)透光性不良，下部葉片脫落嚴(yán)重，導(dǎo)致后期光合物質(zhì)積累減少，因而不利于高產(chǎn)結(jié)構(gòu)的建成。

2.2 行距配置對(duì)機(jī)采棉花光合特性的影響

2.2.1 對(duì)棉葉SPAD值的影響 葉綠素是反映作物光合能力的一個(gè)重要指標(biāo)，其在光合作用中對(duì)光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化起著非常重要的作用。SPAD值的大小可以直接反映出葉片葉綠素含量的高低。如圖6所知，現(xiàn)蕾至吐絮，棉株主莖葉片(打頂前倒4葉，打頂后倒2葉)SPAD值呈現(xiàn)出先增后減的變化趨勢(shì)，均于盛鈴期達(dá)峰值；出苗后40～60 d，66 cm+10 cm模式SPAD值小于72 cm+4 cm模式；60～75 d,66 cm+10 cm模式SPAD值迅速上升，高于72 cm+4 cm模式3.8%；直至出面后90 d,2模式均達(dá)到峰值，之后SPAD值呈現(xiàn)出下降趨勢(shì),至吐絮，2模式SPAD值接近；前期72 cm+4 cm模式下棉株長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)，致使葉片葉綠素含量高表現(xiàn)為SPAD值大，隨生育期生長(zhǎng)，棉株由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主轉(zhuǎn)入營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并進(jìn)階段，72 cm+4 cm模式由于窄行較窄，棉株間光、熱、肥等資源競(jìng)爭(zhēng)激烈，使得棉株長(zhǎng)勢(shì)弱于66 cm+10 cm模式，且葉綠素含量低表現(xiàn)為SPAD值小。

圖5 不同行距配置棉株DIFN的變化

圖6 不同行距配置棉花SPAD值的變化

2.2.2 對(duì)主莖葉Pn的影響Pn在一定程度上反映了光合作用的水平，行距配置對(duì)其影響較大，不同的行距配置能影響棉花群體的冠層結(jié)構(gòu)，從而影響棉株的光合作用。自現(xiàn)蕾起測(cè)定棉株主莖功能葉(打頂前倒4葉，打頂后倒2葉)Pn，結(jié)果如圖7，2模式的Pn變化呈單峰曲線，其變化趨勢(shì)與SPAD值趨勢(shì)一致，均于盛鈴期達(dá)到峰值，之后呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，其中66 cm+10 cm模式峰值高達(dá)37.83 μmol/(m2·s)，高于72 cm+4 cm模式8.5%；說(shuō)明66 cm+10 cm模式的棉株其光合作用能力強(qiáng)于72 cm+4 cm模式。

圖8 不同行距配置棉花盛鈴期Pn的日變化

2.2.3 對(duì)主莖葉棉花盛鈴后期Pn日變化的影響 于盛鈴期，測(cè)定倒2葉的Pn日變化，由圖8可知，2處理的光合日變化峰值出現(xiàn)的時(shí)間不同，且高峰持續(xù)時(shí)間也不同；其中66 cm+10 cm模式的光合日變化呈雙峰曲線，峰值在11:00為29.35 μmol/(m2·s)和15:00為28.68 μmol/(m2·s)，峰值持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；而72 cm+4 cm模式的光合日變化則呈單峰曲線，峰值在15:00為29.30 μmol/( m2·s)，峰值持續(xù)時(shí)間相對(duì)66 cm+10 cm模式較短。

2.3 行距配置對(duì)機(jī)采棉產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

棉花單株鈴數(shù)、鈴質(zhì)量、衣分是構(gòu)成產(chǎn)量的三個(gè)主要因素，其中單株鈴數(shù)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，其次是鈴質(zhì)量和衣分。試驗(yàn)表明，2種行距配置模式下，棉花籽棉產(chǎn)量呈顯著性差異(表2)，66 cm+10 cm模式為7 544.08 kg/hm2,較72 cm+4 cm模式高23.6%。進(jìn)一步考察其產(chǎn)量構(gòu)成因素，單株鈴數(shù)，2模式呈顯著性差異，66 cm+10 cm模式比72 cm+4 cm模式多2個(gè)；衣分主要受品種遺傳特性的影響，處理間無(wú)差異；兩模式鈴質(zhì)量表現(xiàn)為66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，方差分析差異不顯著。

表2 不同行距配置機(jī)采棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素

3 討論與結(jié)論

棉花產(chǎn)量構(gòu)成主要由單位面積收獲株數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量、衣分所決定；其中棉鈴的發(fā)育受品種特性制約，生態(tài)水分、溫度、光照等因素影響，溫度條件不易人為控制，而棉花群體的受光情況，可通過(guò)株行距合理配置進(jìn)行改善；本試驗(yàn)中，66 cm+10 cm模式、72 cm+4 cm模式處于相同密度條件下，籽棉產(chǎn)量呈顯著性差異，66 cm+10 cm模式高于72 cm+4 cm模式23.6%，是由于66 cm+10 cm模式單株鈴數(shù)多于72 cm+4 cm模式，而2模式之間單鈴質(zhì)量無(wú)顯著性差異。前人研究結(jié)果表明，在密植條件下，增大寬行與窄行的比值，能改善棉田后期的通風(fēng)透光性，棉田不易蔭蔽，有利于個(gè)體的發(fā)育，促進(jìn)中下部鈴質(zhì)量的提高[14]。結(jié)合本試驗(yàn)可知，增大寬行與窄行的比值是有一個(gè)限值，如72 cm+4 cm模式其寬窄行比值大于66 cm+10 cm模式，鈴質(zhì)量并未大于66 cm+10 cm模式，單株鈴數(shù)少于66 cm+10 cm模式，導(dǎo)致產(chǎn)量顯著低于66 cm+10 cm模式；然而寬行和窄行的比值在何范圍內(nèi)，還有待進(jìn)一步的研究。

66 cm+10 cm模式產(chǎn)量顯著高于72 cm+4 cm模式，造成此種差異是由于不同行距配置下棉株的冠層結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致不同冠層結(jié)構(gòu)棉花葉片的光合性能變化。前人研究棉花封行期，寬窄行的棉株群體寬行過(guò)寬將促使果枝和葉片水平伸展，已占據(jù)盡可能多的空間，葉片鑲嵌排列的重疊程度可能減輕；而窄行的群體，可被占據(jù)的空間有限，主莖與果枝及主莖葉和果枝與果枝葉夾角變小，葉片鑲嵌排列的重疊程度可能加重[15]；本試驗(yàn)結(jié)果表明，66 cm+10 cm模式較72 cm+4 cm模式相比，更有利于棉株果枝的生長(zhǎng)，且由于LAI和DIFN2指標(biāo)可以看出，其長(zhǎng)勢(shì)旺于72 cm+4 cm模式；通過(guò)MTA可知，其葉片重疊程度較72 cm+4 cm模式輕，更有利于棉花生育后期透光通風(fēng)。

有研究表明，棉花葉片SPAD值與Pn呈線性相關(guān)，試驗(yàn)中2模式盛鈴期葉綠素SPAD值達(dá)到最大時(shí)葉片的Pn也最高。隨著葉片的衰老，SPAD值逐漸變小，同時(shí)Pn降低，與前人研究結(jié)果一致。北疆棉區(qū)采用機(jī)采棉66 cm+10 cm模式可大幅度提高光能利用率，減小生育前期窄行和生育后期寬行的漏光損失[3]。本試驗(yàn)研究中，2種機(jī)采棉模式，66 cm+10 cm光合速率表現(xiàn)較好，尤其是盛鈴后期光合速率日變化中，出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象，峰值大，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，而72 cm+4 cm模式為單峰曲線，峰值低，持續(xù)時(shí)間短。2模式光合速率的分析，為66 cm+10 cm模式的產(chǎn)量高于72 cm+4 cm模式提供依據(jù)。綜上，66 cm+10 cm模式更適宜新疆機(jī)械采收棉花的行距配置。

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(責(zé)任編輯：史亞歌 Responsible editor:SHI Yage)

Effect of Different Row Spacing Patterns on Machine-harvested Cotton Canopy Structure and Photosynthetic Characteristics

XU Xinxia1,2, LEI Jianfeng1, GAO Lili1, ZHENG Hui1, LI Gan1, WANG Lihong1, SUO Zhongcheng1and ZHANG Jusong1

(1.Research Center of Cotton Engineering, Ministry of Education/Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China；2.Center of Bazhou Agricultural Technology Extension, Korla Xinjiang 841000,China )

Taking ‘Xinluzao 32’ as experimental material and under the treatments of two row spacing patterns (66 cm+10 cm,72 cm+4 cm).The cotton yield, canopy structure and photosynthetic indexes were studied in Xinjiang.The results showed that canopy structure formed under the pattern of 66 cm+10 cm was compared with that of 72 cm+4 cm pattern, it was more conducive to the cotton ventilation and light transmission at late stage of growth,and it could promote cotton leaves to have strong and long-time net photosynthetic rate .The cotton yield under treatment of 66 cm+10 cm pattern was significantly higher than that of 72 cm+4 cm pattern, the boll number per plant showed significant difference.

Machine-harvested cotton; Row spacing pattern; Canopy structure; Photosynthetic characteristics; Yield

XU Xinxia,female, master student.Research area:high yield cultivation of cotton.E-mail:xjndxxx@163.com

ZHANG Jusong,male,professor,master adviser.Research area:physiology and ecology of high yield cultivation of crop. E-mail:xjndzjs@163.com

2015-03-19

2015-05-12

機(jī)采棉高效生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范(2014BAD09B04)。

徐新霞，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槊藁ǜ弋a(chǎn)栽培。E-mail：xjndxxx@163.com

張巨松，男，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樽魑锔弋a(chǎn)栽培生理生態(tài)。E-mail：xjndzjs@163.com

日期：2016-10-20

S562

A

1004-1389(2016)10-1479-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161020.1653.020.html

Received 2015-03-19 Returned 2015-05-12

Foundation item Research and Demonstration on Key Technology of High Efficiency Production of Machine-harvested Cotton(No.2014BAD09B04).