濱海鹽堿地不同適性棉花品種的篩選及其性狀特征

馮國(guó)藝，張謙，雷曉鵬，祁虹，王樹(shù)林，王燕，梁青龍，林永增

（河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所，農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊050051）

濱海鹽堿地不同適性棉花品種的篩選及其性狀特征

馮國(guó)藝，張謙，雷曉鵬，祁虹，王樹(shù)林，王燕，梁青龍，林永增*

（河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所，農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊050051）

在濱海鹽堿棉區(qū)，針對(duì)不同鹽堿程度的棉田篩選相適應(yīng)的棉花品種，對(duì)于提升該區(qū)域棉花產(chǎn)量具有重要意義。以18個(gè)棉花品種為試材，在不同鹽堿程度棉田上進(jìn)行種植，依據(jù)出苗率（出苗率達(dá)到80%以上的品種作為適應(yīng)該鹽堿程度的品種）對(duì)參試品種的適應(yīng)性進(jìn)行了劃分；并以3種鹽堿程度下出苗率均≤50%的品種作為對(duì)照，對(duì)3種鹽堿程度相適應(yīng)品種的植株性狀、光合性狀、產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：輕適性品種株高59.6～75.0 cm，果枝數(shù)7.3～9.7個(gè)，產(chǎn)品器官數(shù)8.0～10.1個(gè)，葉片SPAD值45.4～47.6，葉面積指數(shù)2.39～4.39，葉片光合速率12.2～16.3 μmol/（m2·s），皮棉產(chǎn)量達(dá)到1 200 kg/hm2以上水平；中適性品種株高61.4～68.1cm，果枝數(shù)7.9～9.2個(gè)，產(chǎn)品器官數(shù)7.1～10.6個(gè)，葉片SPAD值45.4～48.0，葉面積指數(shù)1.67～4.07，葉片光合速率10.3～16.2 μmol/（m2·s），皮棉產(chǎn)量達(dá)到1 000 kg/hm2以上水平；高適性品種株高66.7～74.7 cm，果枝數(shù)8.3～9.1個(gè)，產(chǎn)品器官數(shù)6.7～14.2個(gè)，葉片SPAD值41.3～42.7，葉面積指數(shù)1.08～2.80，葉片光合速率8.8～10.8 μmol/（m2·s），皮棉產(chǎn)量達(dá)到900 kg/hm2以上水平。品種對(duì)不同程度鹽堿脅迫的適應(yīng)性，外在表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)器官增強(qiáng)、產(chǎn)品器官減少，其生理基礎(chǔ)是光合性能的提高。收獲期單位面積鈴數(shù)和衣分增加是不同適性品種產(chǎn)量提高的主要原因。

棉花；鹽堿地；產(chǎn)量；植株性狀；光合指標(biāo)

棉花為我國(guó)僅次于糧食的第二大作物，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的戰(zhàn)略物資。其具有較強(qiáng)的耐鹽堿性，常作為先鋒作物在鹽堿地區(qū)廣泛種植[1]。為了緩解糧棉爭(zhēng)地矛盾，棉花種植逐漸向生產(chǎn)能力低下的濱海鹽堿地區(qū)集中[2，3]。受地理位置及耕作措施的影響，棉花不同品種以及同一品種不同生育時(shí)期的耐鹽性都存在明顯差異[4]。研究表明，棉花萌發(fā)和生長(zhǎng)的極限鹽度分別為0.4%和0.6%～0.7%[5]；鹽分含量較低（0.2%）時(shí)有利于棉花出苗、生長(zhǎng)以及產(chǎn)量和品質(zhì)的提高[6]，而鹽分含量高于0.2%時(shí)就會(huì)產(chǎn)生離子脅迫和滲透?jìng)7]；棉花種子萌發(fā)時(shí)可以忍受1.5%的NaCl溶液脅迫[8]。從棉花生育期來(lái)看，幼苗階段和開(kāi)花結(jié)鈴時(shí)期對(duì)鹽分較為敏感[9]，特別是三葉期前的幼苗[8]；也有資料報(bào)道，棉花耐鹽性以萌發(fā)出苗時(shí)期最小[7]，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而不斷提高，但在蕾期、初花期漸趨下降，至開(kāi)花結(jié)鈴盛期耐鹽能力上升為最強(qiáng)[10]。我國(guó)濱海鹽堿地面積遼闊[2]，不同棉田的土壤鹽堿程度差異較大。以往對(duì)棉花耐鹽性的研究主要是針對(duì)棉花某一時(shí)期或在某一鹽堿程度下展開(kāi)的[11，12]，而對(duì)不同鹽堿程度下棉花各生育期農(nóng)藝性狀的全面評(píng)價(jià)較少。因此，對(duì)多個(gè)棉花品種在不同鹽堿脅迫條件下的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出相適應(yīng)的棉花品種，旨為不同鹽堿區(qū)棉花品種選擇和高產(chǎn)抗逆栽培技術(shù)提供理論支持。

1 材料與方法

參試棉花品種（系）18個(gè)（表1）。2016年在河北省國(guó)營(yíng)海興農(nóng)場(chǎng)（東經(jīng)117°31′，北緯38°21′）進(jìn)行試驗(yàn)。前茬作物為棉花，一年一熟制，棉田土質(zhì)為中壤土，0～20 cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)9.9 g/kg、全氮0.8 g/kg（其中堿解氮35.4 mg/kg）、速效磷11.7 mg/kg、速效鉀203.9 mg/kg。

根據(jù)4月中下旬0～20 cm土層含鹽量，試驗(yàn)鹽堿程度設(shè)重度（含鹽量4.0～6.0 g/kg）、中度（含鹽量3.0～4.0 g/kg）和輕度（含鹽量3.0 g/kg以下）3個(gè)處理。小區(qū)面積60.0 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。棉花于4月底在開(kāi)溝器犁出的深10 cm左右的窄溝中搶墑播種，播后采用寬膜覆蓋（2行/膜），行距配置為90 cm＋45 cm，留苗密度5.25萬(wàn)株/hm2；播種時(shí)施尿素450 kg/hm2和過(guò)磷酸鈣750 kg/hm2做底肥；其他田間管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)。

表1 參試棉花品種及其育種單位Table 1 Tested cotton varieties

每小區(qū)固定20株棉株，分別于7月15日（生育前期）和8月15日（產(chǎn)量形成期），調(diào)查植株性狀〔株高、果枝數(shù)、產(chǎn)品器官數(shù)（花蕾及成鈴數(shù)）〕和光合生理性狀（SPAD值、葉面積指數(shù)、單葉光合速率），其中，SPAD值采用SPAD-502葉綠素計(jì)（Minolta，JPN）選取主莖倒四葉測(cè)定，單葉光合速率采用Li-6400便攜式光合作用系統(tǒng)（Li-cor，USA）選取主莖倒二葉測(cè)定，葉面積指數(shù)采用打孔法測(cè)定。各小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn)，9月初收1次僵瓣?duì)€桃花計(jì)入小區(qū)產(chǎn)量，霜前和霜后籽棉分別計(jì)產(chǎn)。每個(gè)小區(qū)選取10株，測(cè)定單鈴重和衣分。

利用Microsoft Excel 2003和SPSS 11.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，采用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行平均值比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽堿程度下參試棉花品種（系）的出苗率

參試品種在不同鹽堿程度條件下出苗率不同，其中，輕度鹽堿條件下出苗率為0.00%～100.00%，中度鹽堿條件下出苗率為8.33%～100.00%，重度鹽堿條件下出苗率為0.00～100.00%（表2）。1401在輕度和重度鹽堿條件下出苗率均為100%、在中度鹽堿條件下出苗率為91.67%，可見(jiàn)該品種在3種鹽堿程度條件下均表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，為廣適性品種，本文中不再進(jìn)行分析。

將出苗率達(dá)到80%以上的品種作為適應(yīng)該鹽堿程度的品種，據(jù)此對(duì)剩余的17個(gè)參試品種（系）進(jìn)行適應(yīng)性劃分。結(jié)果顯示，輕適性品種（適應(yīng)輕度鹽堿脅迫的品種）有冀優(yōu)861、冀棉228、F180、冀雜1號(hào)、F108、滄棉666、創(chuàng)優(yōu)168、JM8號(hào)、1158系、873系、342和989系，共計(jì)12個(gè)；中適性品種（適應(yīng)中度鹽堿脅迫的品種）有冀棉616、冀優(yōu)861、冀棉958、冀雜2號(hào)、JM8號(hào)和873系，共計(jì)6個(gè)；高適性品種（適應(yīng)重度鹽堿脅迫的品種）有冀雜2號(hào)、冀雜1號(hào)、F108、滄棉666和1158系，共計(jì)5個(gè)。JM5號(hào)在3種鹽堿程度下出苗率均不高于50%，將其作為對(duì)照品種（CK）。

2.2 不同適應(yīng)性棉花品種的植株性狀

對(duì)不同鹽堿程度下相適應(yīng)品種的植株性狀（圖1和2）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，各適應(yīng)性品種在生育前期和產(chǎn)量形成期均表現(xiàn)出株高顯著增加、果枝數(shù)增多、產(chǎn)品器官數(shù)顯著減少的變化趨勢(shì)，其中，輕適性、中適性、高適性品種的株高分別為59.6～75.0、61.4～68.1和66.7～74.7 cm，增幅分別為17.1%～18.9%、14.6%～26.8%和24.6%～32.2%；果枝數(shù)分別為7.3～9.7、7.9～9.2和8.3～9.1個(gè)/株，增幅分別為5.9%～17.3%、14.6%～15.6%和4.3%～16.0%；單株產(chǎn)品器官數(shù)為8.0～10.1、7.1～10.6和6.7～14.2個(gè)/株，降幅分別為26.4%～80.0%、31.7%～91.3%和36.0%～66.4%。差異顯著性分析結(jié)果顯示，不同鹽堿程度下，除生育前期輕適性和高適性品種的果枝數(shù)與CK差異不顯著外，其他指標(biāo)與CK差異均達(dá)到了顯著水平?？梢钥闯?，棉花品種對(duì)不同程度鹽堿脅迫的適應(yīng)性在植株性狀上的表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)器官增強(qiáng)、產(chǎn)品器官減少。

表2 不同鹽堿程度下參試棉花品種（系）的出苗率（%）Table 2 The emergance rate of cotton varieties under different saline-alkali degrees

圖1 不同適應(yīng)性棉花品種生育前期的植株性狀Fig.1 The plant traits of different adaptable cotton varieties at early growth stage

圖2 不同適應(yīng)性棉花品種產(chǎn)量形成期的植株性狀Fig.2 The plant traits of different adaptable cotton varieties at yield formation stage

2.3 不同適應(yīng)性棉花品種的光合生理性狀

對(duì)不同鹽堿程度下相適應(yīng)品種的光合性狀（圖3和4）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，各適應(yīng)性品種在生育前期和產(chǎn)量形成期均表現(xiàn)出葉片SPAD值顯著增加、葉面積指數(shù)增大、光合速率明顯提升的變化趨勢(shì)，其中，輕適性、中適性、高適性品種的葉片SPAD值分別為45.4～47.6、45.4～48.0和41.3～42.7，增幅分別為12.6%～16.1%、10.6%～19.1%和10.3%～26.5%；葉面積指數(shù)分別為2.39～4.39、1.67～4.07和1.08～2.80，增幅分別為43.9%～44.8%、8.5%～59.0%和36.7%～65.7%；光合速率分別為12.2～16.3、10.3～16.2和8.8～10.8 μmol/（m2·s），增幅分別為49.1%～60.4%、32.6%～65.6%和63.9%～69.6%。差異顯著性分析結(jié)果顯示，不同鹽堿程度下，除產(chǎn)量形成期中適性品種的葉面積指數(shù)與CK差異不顯著外，其他指標(biāo)與CK差異均達(dá)到了顯著水平?？梢钥闯?，棉花品種對(duì)不同程度鹽堿脅迫的適應(yīng)性在光合生理性狀上的表現(xiàn)為葉片SPAD值、葉面積指數(shù)和光合速率的提升。

圖3 不同適應(yīng)性棉花品種生育前期的光合生理性狀Fig.3 The photosynthesis physiology indexes of different adaptable cotton varieties at early growth stage

圖4 不同適應(yīng)性棉花品種產(chǎn)量形成期的光合生理性狀Fig.4 The photosynthesis physiology indexes of different adaptable cotton varieties at yield formation stage

2.4 不同適應(yīng)性棉花品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

不同鹽堿程度下，各適應(yīng)性品種的籽棉產(chǎn)量及其構(gòu)成因子與CK差異均達(dá)到了顯著水平；皮棉產(chǎn)量?jī)H中適性品種與CK差異達(dá)到了顯著水平（表3）。從皮棉產(chǎn)量看，輕適性品種較CK提高了56.2%，達(dá)到1 200 kg/hm2水平；中適性品種較CK提高了36.8%，達(dá)到1 000 kg/hm2水平；高適性品種較CK提高了29.7%，達(dá)到900 kg/hm2水平。

進(jìn)一步對(duì)不同適性品種的產(chǎn)量構(gòu)成因子進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，輕適性品種單位面積鈴數(shù)、單鈴重、衣分分別提高了44.7%、5.9%和1.9%；中適性品種單位面積鈴數(shù)、衣分分別提高了38.5%和1.1%，而單鈴重降低了2.4%；高適性品種單位面積鈴數(shù)、單鈴重、衣分分別提高了20.8%、6.4%和0.8%?？梢钥闯?，單位面積鈴數(shù)和衣分顯著增加是不同適性品種產(chǎn)量提高的主要原因，而單鈴重對(duì)產(chǎn)量的作用還有待進(jìn)一步研究。

表3 不同適應(yīng)性棉花品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因子Table 3 The yield and yield components of different adaptable cotton varieties

3 結(jié)論與討論

以往研究表明，土壤改良劑、耕作措施和秸稈還田均對(duì)棉花植株性狀、光合生理特性以及產(chǎn)量有顯著影響[13～15]。本研究結(jié)果顯示，品種適應(yīng)性對(duì)棉花植株性狀、光合生理特性以及產(chǎn)量均有顯著影響。依據(jù)出苗率劃分的不同適性品種對(duì)相應(yīng)程度鹽堿脅迫的適應(yīng)性表現(xiàn)為株高增大、果枝數(shù)增多、產(chǎn)品器官數(shù)減少，葉片葉綠素含量、葉面積指數(shù)和光合速率等光合生理指標(biāo)提高。與對(duì)照品種JM5號(hào)相比，不同適性品種植株性狀和光合生理指標(biāo)提高程度不同，其中，高適性品種增幅最為明顯。

由于不同適應(yīng)性品種在光合生理性狀上的差異，導(dǎo)致其在產(chǎn)量上的表現(xiàn)明顯不同。輕適性品種生育前期和產(chǎn)量形成期的光合性狀、單位面積鈴數(shù)、單鈴重和衣分較高，因此，產(chǎn)量水平最高。高適性品種雖然在產(chǎn)量形成期具有較多的產(chǎn)品器官數(shù)，但在重度鹽堿條件下器官脫落嚴(yán)重，最終成鈴數(shù)最少，且光合生理性狀受到明顯抑制，因此，產(chǎn)量水平最低。

綜上所述，棉花品種適應(yīng)鹽堿脅迫的外在表現(xiàn)是植株性狀的改善，而產(chǎn)量提升的生理基礎(chǔ)是光合性能的提高。針對(duì)濱海區(qū)域不同鹽堿程度的棉田選擇相適應(yīng)的品種，有利于顯著提高棉花產(chǎn)量。

［1］Ashraf M.Salt tolerance of cotton：some new advances［J］.Critical Reviews in Plant Sciences，2002，21（1）：1-30.

［2］董合忠.鹽堿地棉花栽培學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2010.

［3］中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所.中國(guó)棉花栽培學(xué)［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2013.

［4］孫小芳，劉友良.棉花品種耐鹽性鑒定指標(biāo)可靠性的檢驗(yàn)［J］.作物學(xué)報(bào)，2001，27（6）：794-801.

［5］Levitt J.Responses of plants to environmental stress（2nd）［J］.Critical Reviews in Plant Sciences，1980，1（5）：3642-3645.

［6］周桃華.NaCl脅迫對(duì)棉子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響［J］.中國(guó)棉花，1995，22（4）：11-12.

［7］賈玉珍，朱禧月，唐予迪，蔡養(yǎng)廉，林同保，羅先寶，楊兆庚，韓海江.棉花出苗及苗期耐鹽性指標(biāo)的研究［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1987，21（1）：30-41.

［8］葉武威.氯化鈉和食用鹽對(duì)棉花種子萌發(fā)的影響［J］.中國(guó)棉花，1994，21（3）：14-15.

［9］趙可夫.作物抗性生理［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1990：116-121.

［10］羅賓.棉花生理學(xué)［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1983：71-73.

［11］辛承松，董合忠，溫四民，張曉潔，辛梅平.濱海鹽堿地轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種鑒選［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24（2）：188-192.

［12］杜海英，張謙，王樹(shù)林，馮國(guó)藝，祁虹，林永增.不同類(lèi)型棉花品種對(duì)濱海鹽堿地的適應(yīng)性研究［J］.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，18（3）：4-6.

［13］馮國(guó)藝，張謙，林永增，祁虹，李智峰，王樹(shù)林，王志忠，劉金潭.不同土壤改良劑對(duì)濱海鹽堿地棉苗光合特性及生長(zhǎng)的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，43（7）：38-42.

［14］馮國(guó)藝，張謙，祁虹，杜海英，王樹(shù)林，李智峰，梁青龍，王燕，林永增，曹榮榮.不同深耕時(shí)間對(duì)濱海鹽堿棉田土壤理化性質(zhì)及棉苗光合特性的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，44（2）：34-38.

［15］馮國(guó)藝，張謙，王樹(shù)林，祁虹，杜海英，李智峰，梁青龍，林永增.秸稈還田對(duì)濱海鹽堿地棉苗光合特性及生長(zhǎng)的影響［J］.棉花學(xué)報(bào)，2015，27（3）：248-253.

Screening and Characteristics of Different Adaptable Cotton Varieties in Coastal Saline-alkali Area

FENG Guo-yi，ZHANG Qian，LEI Xiao-peng，QI Hong，WANG Shu-lin，WANG Yan，LIANG Qing-long，LIN Yong-zeng*
（Cotton Research Institute of Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area of Ministry of Agriculture，Shijiazhuang 050051，China）

It is of great significance to improve cotton yield by screening cotton varieties suitable to different saline-alkali degree in the coastal saline-alkali area.Eighteen cotton varieties were screened under different saline degree of coastal area.The adaptability of tested varieties was divided by the emergence rate.The variety with the emergence rate above 80%was defined as the adaptable variety.The cotton varieties with the emergence rate of less than 50%were selected as the control under three saline-alkali degrees.The plant traits，photosynthesis physiology，yield and yield components of adaptable cotton varieties were studied at three saline-alkali degrees.The results showed that the plant height，number of fruit branches，product organ numbers，SPAD value，leaf area index，photosynthetic rate of leaf and lint yield of mild adaptable varieties were 59.6-75.0 cm，7.3-9.7，8.0～10.1，45.4-47.6，2.39-4.39，12.2-16.3 μmol/（m2·s），and more than 1 200 kg/hm2，respectively.Those of moderate adaptable varieties were 61.4-68.1 cm，7.9-9.2，7.1-10.6，45.4-48.0，1.67-4.07，10.3-16.2 μmol/（m2·s），and more than 1 000 kg/hm2，respectively.And those of severe adaptable varieties were 66.7-74.7 cm，8.3-9.1，6.7-14.2，41.3-42.7，1.08-2.80，8.8-10.8 μmol/（m2·s），and more than 900 kg/hm2，respectively. Theadaptabilityofcottonvarietiestodifferentsaline-alkali stresses was mainly reflected in the enhancement of nutrition organs and the decrease of product organs，and the improvement of photosynthetic performance was the physiological basis of cotton variety adaptation enhancement.The main reason for the yield increasing of different adaptable cotton varieties was the increase of the boll number per unit area and lint percentage at harvesting period.

Cotton；Saline-alkali；Yield；Plant trait；Photosynthesis index

S562

A

1008-1631（2017）03-0025-05

2017-03-23

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD05B0503）；河北省渤海糧倉(cāng)科技示范工程項(xiàng)目；河北省青年自然基金項(xiàng)目（C2015301051）

馮國(guó)藝（1982-），男，河北邢臺(tái)人，副研究員，博士，主要從事棉花抗逆高產(chǎn)生理研究。E-mail：fgy_2010@sina. com。

林永增（1963-），男，河北威縣人，研究員，主要從事棉花高產(chǎn)高效栽培技術(shù)研究。E-mail：zaipei@sohu.com。