新疆早熟陸地棉品種更替產(chǎn)量提高過程中冠層結(jié)構(gòu)特征的演變

楊延龍肖 飛徐守振王宇軒左文慶梁福斌張旺鋒,*石河子大學農(nóng)學院 / 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室, 新疆石河子 83003;石河子大學生命科學學院, 新疆石河子83003

新疆早熟陸地棉品種更替產(chǎn)量提高過程中冠層結(jié)構(gòu)特征的演變

楊延龍1肖 飛2徐守振1王宇軒1左文慶1梁福斌1張旺鋒1,*
1石河子大學農(nóng)學院 / 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室, 新疆石河子 832003;2石河子大學生命科學學院, 新疆石河子832003

選用新疆近30年不同年代(1990s、2000s、2010s)早熟陸地棉(Gossypium hirsutum L.)大面積主栽品種, 在膜下滴灌栽培條件下, 測定其冠層開度、葉傾角、冠層光分布等指標, 明確品種更替及產(chǎn)量提高過程中棉花冠層結(jié)構(gòu)的變化特征, 為棉花新品種選育及栽培管理提供依據(jù)。結(jié)果表明, 在棉花品種更替及產(chǎn)量提高過程中, 不同年代品種生育期相差不大, 2010s品種生育期相對較長; 盛鈴期至吐絮期, 2010s的主栽品種冠層開度相對較適宜, 光吸收率比1990s和2000s的品種平均高 1.06%和5.95%, 且生育后期冠層開度、冠層光吸收率均能維持較高水平。2010s品種干物質(zhì)積累量比1990s和2000s的品種平均高11.51%和15.59%, 各器官干物質(zhì)積累量也呈現(xiàn)增加的趨勢。隨品種更替葉傾角變化趨勢不明顯, 但不同品種之間差異較大, 葉傾角與葉片面積呈負相關(guān)。因此, 隨著棉花品種更替, 目前推廣品種生育中后期具有適宜的葉面積指數(shù)和冠層開度, 光吸收率維持在 90%左右, 總干物質(zhì)積累量較大是其冠層結(jié)構(gòu)和光合物質(zhì)生產(chǎn)的重要特征。

陸地棉; 早熟品種; 品種更替; 冠層結(jié)構(gòu); 產(chǎn)量; 新疆

新疆屬典型大陸性干旱氣候, 光熱資源豐富, 綠洲灌溉農(nóng)業(yè), 具有發(fā)展棉花生產(chǎn)的優(yōu)勢。自 1994年以來, 棉花單產(chǎn)、總產(chǎn)在全國一直名列前茅, 成為我國最大的商品棉生產(chǎn)基地; 至2012年, 新疆植棉面積和總產(chǎn)量占全國的比例高達38.9%和53.9%, 實現(xiàn)了棉花產(chǎn)量占全國棉花總產(chǎn)“半壁江山”的歷史性突破[1]。分析新疆棉花生產(chǎn)發(fā)展的歷程, 20世紀 80年代末90年代初, 地膜覆蓋技術(shù)的應(yīng)用, 為解決新疆棉區(qū)熱量不足、無霜期短提供了有效技術(shù)保障,形成了“密、早、矮、膜”綜合栽培技術(shù)體系[2]; 2000年以來隨著高密度種植技術(shù)的發(fā)展以及膜下滴灌植棉技術(shù)形成與應(yīng)用[3-5], 新疆棉花產(chǎn)量水平取得了跨越式發(fā)展。在生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展的同時, 棉花品種更替對產(chǎn)量突破也有巨大貢獻[6-8]。資料表明, 至20世紀末, 新疆早熟陸地棉品種經(jīng)歷了 4～5次更替[9],前人對棉花品種更替及產(chǎn)量提高過程中品種農(nóng)藝性狀[9]、養(yǎng)分吸收與分配[10]、棉鈴發(fā)育[11]、品種遺傳性狀[12]等開展了研究, 但對冠層結(jié)構(gòu)特征及改良報道較少。作物冠層結(jié)構(gòu)與群體光能利用、光合產(chǎn)物的運輸分配、庫源關(guān)系等密切相關(guān)[13], 作物株型影響其冠層結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量潛力[14]。棉花葉、莖和冠層大小決定光的截獲和光驅(qū)動的可塑性, 葉傾角分布及空間聚合程度影響光的截獲效率[15]; 不同株型結(jié)構(gòu)的光截獲和輻射利用效率不同, 直接導致光合生產(chǎn)的差異[16], 直立葉片能降低消光系數(shù)[17], 優(yōu)化光和比葉面積的空間分布, 是提高冠層光利用效率的關(guān)鍵[18]。不同密度條件下, 株型不同、冠層結(jié)構(gòu)差異較大的 2個早熟陸地棉品種, 其群體光合效率和產(chǎn)量不同[19]; 較高的葉面積指數(shù)及葉面積指數(shù)高值持續(xù)期較長是雜交棉實現(xiàn)超高產(chǎn)的保證, 雞腳葉形雜交棉具有良好的透光性, 是保持整個冠層較高的光吸收率、群體光合效能較高且高值持續(xù)時間較長的主要原因[20-21]。群體葉面積配置與光分布較均勻, 是高產(chǎn)雜交棉冠層結(jié)構(gòu)的主要特征[22]。

本研究選擇新疆近 30年不同年代(1990s、2000s、2010s)的自育早熟陸地棉(Gossypium hirsutum L.)主栽品種, 采用膜下滴灌栽培技術(shù), 通過測定不同品種冠層結(jié)構(gòu)的變化, 探討品種更替及產(chǎn)量提高過程中冠層結(jié)構(gòu)特征及物質(zhì)生產(chǎn)的變化, 為棉花新品種選育及生產(chǎn)上優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

自育早熟陸地棉6個代表性品種新陸早1號、新陸早 6號、新陸早 7號、新陸早 13號、新陸早33號和新陸早45號(表1), 根據(jù)審定的時間及大面積種植年代, 將其劃歸3個年代。

表1 供試棉花品種的主栽年代劃分Table 1 Cotton varieties main cultivated years formation

1.2 試驗概況

試驗于2015—2016年在石河子大學農(nóng)學試驗站(45°19′N, 86°03′E)進行。試驗地前茬是小麥, 土質(zhì)中壤, 含有機質(zhì)15.3 g kg–1、堿解氮54.9 mg kg–1、速效磷19.0 mg kg–1、速效鉀194.7 mg kg–1。播前每公頃深施油渣4500 kg、尿素156 kg、三料磷肥225 kg作基肥。采用隨機區(qū)組設(shè)計, 3次重復。兩年播種期分別為4月21日、4月19日。采用寬膜覆蓋栽培技術(shù), 先鋪膜后點播, 1膜 4行, 寬窄行行距為(20cm+60 cm+20 cm), 分別在4月22日、4月21日滴出苗水, 每公頃留苗密度約18萬株。棉花生育期縮節(jié)胺用量225 g hm–2。生育期共滴水7～9次, 滴水量4125～4650 m3hm–2, 隨水滴施尿素520 kg hm–2、磷酸二氫鉀158 kg hm–2。2年分別于7月6日、7月7日人工打頂, 按生產(chǎn)上高產(chǎn)田進行其他田間管理。

1.3 生育時期及植株形態(tài)特征調(diào)查

從出苗期開始調(diào)查。打頂前選擇各處理長勢均勻且具有代表性的棉株測量植株形態(tài)特征, 收獲前各處理選擇有代表性的棉株15株, 調(diào)查株高、果枝節(jié)間長度等。

1.3.1 冠層結(jié)構(gòu)指標 在盛花期(出苗后 75 d)、盛鈴期(出苗后105 d)、吐絮期(出苗后135 d), ①采用 LAI-2000冠層儀(Li-Cor, USA)測定葉面積指數(shù)(LAI)、冠層開度(DIFN)和葉傾角(MTA); 參照Malone等[23]的方法, 先將探頭水平放置于冠層上方,按下測定按鈕, 兩聲蜂鳴后將探頭放入群體內(nèi)地面上, 仍保持水平, 按下測定按鈕, 兩聲蜂鳴后水平均勻移動探頭, 選擇冠層內(nèi)不同位置測量, 重復 6次; ②采用高亮之等[24]的方法測定光截獲率。用Sunscan植物冠層分析儀(Delta-T Devices, UK)在11:00—14:00測定棉株頂部30 cm處自然總光Io(探頭面水平向上)、植株反射光In(探頭面水平向下)、入射到冠層底部的光強 I, 重復 5～6次。反射率(LRR)=In/Io, 透射率(LLR) = I/Io, 總光吸收率(LIR) = 1–LRR–LLR。

1.3.2 植株干物質(zhì)積累量 于盛花期、盛鈴期、吐絮期, 選擇各處理生長整齊一致的棉株 4株, 從子葉節(jié)處剪取地上部分, 分解成葉片、莖稈和棉鈴等器官, 分別裝入紙袋, 105℃殺青30 min, 80℃烘干后稱重。計算各器官干重及地上部總干重。

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 于收獲期選各處理每小區(qū)有代表性植株 10株, 考察單株結(jié)鈴數(shù), 然后收獲整株棉鈴裝袋帶回實驗室稱重, 計算單鈴重, 軋花后稱皮棉重并計算衣分, 最后以小區(qū)實際收獲籽棉計產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 16.0統(tǒng)計軟件統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù)。

表2 不同年代棉花品種生育期及植株形態(tài)特征的變化Table 2 Changes of growth stage and morphological characters of cotton varieties grown in different decades

2 結(jié)果與分析

2.1 品種生育期及植株形態(tài)特征的變化

由表 2可知, 隨品種更替, 不同年代自育早熟陸地棉品種生育期相差不大, 2010s品種生育期相對較長, 比1990s和2000s品種長3.5～5.2 d。株高是衡量棉花長勢長相的重要指標, 隨品種更替, 株高呈增加趨勢。為適應(yīng)棉花機采的要求, 2010s品種株高相對較高, 2年試驗分別比 1990s和 2000s品種高29.15%～34.59%和2.29%～20.40%。棉花倒四葉寬可衡量植株整體葉片的大小, 隨品種更替倒四葉寬相差不大, 但不同品種間差異較大。果枝節(jié)間長度是衡量株型緊湊程度的重要指標, 平均果枝節(jié)間長度2010s品種與2000s品種相差不大, 但較1990s的品種明顯長, 2年試驗分別長 16.53%～32.23%和23.47%～31.93%。節(jié)枝比反映棉株的縱橫向生長狀況,隨品種的更替節(jié)枝比呈逐漸增大的趨勢, 表明株型更加緊湊, 2年試驗表明2010s品種分別比1990s和2000s品種高3.73%～21.49%和1.83%～10.53%。

2.2 葉面積指數(shù)(LAI)的變化

表 3表明, 盛花期至吐絮期, 隨生育進程不同年代品種LAI均在盛鈴期達最大值。盛花期, 1990s品種LAI均顯著高于2000s和2010s的品種, 2年試驗分別高 26.52%～62.93%和 42.61%～60.17%; 盛花期至盛鈴期, 2010s品種LAI較1990s和2000s品種增幅較大, 2年試驗增幅分別為0.54和2.96; 至吐絮期, 1990s品種LAI下降較快, 2000s品種和2010s品種下降較為緩慢。

表3 不同年代棉花品種葉面積指數(shù)的生育期變化Table 3 Changes of leaf area index at different growth stages in cotton varieties grown in different decades

2.3 葉傾角(MTA)的變化

表 4表明, 棉花盛花期至吐絮期, 不同年代品種MTA均先增大后減小。在測定的3個生育時期內(nèi),隨品種更替MTA變化趨勢不明顯, 但不同品種之間差異較大。MTA與葉片的大小關(guān)系密切, 特別在盛鈴期, 倒四葉越寬、葉面積越大, 葉傾角越小, 相關(guān)性分析表明, 盛鈴期, 2年試驗不同年代品種 MTA與倒四葉寬均呈顯著負相關(guān), 相關(guān)系數(shù)分別為–0.895和–0.827 (P＜0.05), 葉片大小影響葉片傾斜角度。

2.4 冠層開度(DIFN)的變化

表 5表明, 盛花期至吐絮期, 不同年代品種DIFN變化趨勢一致, 均先減小后增大。在測定的3個生育時期內(nèi), 不同年代品種DIFN差異較大, 隨品種更替, 2年試驗盛鈴期DIFN的變化表現(xiàn)為2000s品種＞2010s品種＞1990s品種, 2010s品種具有相對較適宜的冠層光環(huán)境; 盛花期和吐絮期, 2年變化趨勢不一致, 特別是1990s品種2年差異較大, 可能與2年試驗期間7月份降水差異較大有關(guān)。

2.5 冠層光吸收率的變化

表 6表明, 盛花期至吐絮期, 不同年代品種光吸收率的變化趨勢一致, 均呈先增后減的趨勢。盛花期, 隨品種更替 2年變化趨勢不一致, 可能因生育前期未封壟, 受品種株型特性影響較大; 盛鈴期和吐絮期, 2年變化趨勢較一致, 2010s品種盛鈴期光吸收率分別比 1990s品種和 2000s品種高0.33%～6.29%和0.85%～2.43%, 吐絮期分別比1990s品種和2000s品種高0.03%～7.35%和3.04%～7.68%。隨品種更替棉花生育后期的光吸收率提高, 產(chǎn)量水平提高。

表4 不同年代棉花品種葉傾角的生育期變化Table 4 Changes of mean foliage title angle at different growth stages in cotton varieties grown in different decades

表5 不同年代棉花品種冠層開度的生育期變化Table 5 Changes of diffuse none-interceptance at different growth stages in cotton varieties grown in different decades

表6 不同年代棉花品種光吸收率的生育期變化Table 6 Changes of light absorption rate at different growth stages in cotton varieties grown in different decades (%)

2.6 植株干物質(zhì)積累量的變化

隨品種更替, 2010s品種總干物質(zhì)積累量明顯高于 1990s品種和 2000s品種, 2年試驗分別高12.24%～13.81%和 10.78%～17.36%; 分配到各器官的干物質(zhì)也呈相似的變化趨勢, 其中莖稈干物質(zhì)量2年試驗分別高 29.22%～33.07%和 9.59%～19.83%,葉片干物質(zhì)量 2年分別高 12.45%～26.49%和17.94%～18.15%, 棉鈴干物質(zhì)量 2年分別高 4.68%～5.51%和4.54%～20.00% (表7)。

2.7 產(chǎn)量及構(gòu)成因素的變化

在群體密度相同的情況下, 隨品種更替, 棉花衣分和籽棉產(chǎn)量均有明顯提高, 單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴重有上升趨勢, 但變化不大(表 8)。2010s品種比1990s及2000s推廣的品種, 2年籽棉產(chǎn)量分別提高9.03%～17.31%和6.72%～7.77%。2000s和2010s品種的衣分相對較高, 2年試驗分別比 1990s的品種高6.67%～10.01%和4.87%～11.30%?？梢? 新疆早熟陸地棉品種更替皮棉產(chǎn)量提高過程中, 衣分的提高對產(chǎn)量起到了很大的貢獻作用。

3 討論

3.1 冠層結(jié)構(gòu)優(yōu)化、光能利用率提高是棉花品種更替及產(chǎn)量提高過程中的重要因素

作物品種株型特征影響冠層結(jié)構(gòu)狀況, 進而影響群體光合性能。棉花合理的冠層結(jié)構(gòu)能減少漏光,有利于提高光能利用率, 延長花鈴期光合能力的高值持續(xù)期[19,25-26]。株高變化和葉片角度改善是作物光能利用效率提高的主要原因之一[17]。本試驗表明,隨品種的更替, 2010s品種的株型結(jié)構(gòu)更趨合理, 主要表現(xiàn)在株高逐漸增加, 果枝節(jié)間長度較 1990s品種明顯增加, 株型相對較緊湊, 節(jié)枝比隨品種更替呈逐漸增大的趨勢(表2), 緊湊的株型使棉株縱橫向生長較協(xié)調(diào), 有利于光在冠層的均勻分布和群體干物質(zhì)生產(chǎn)與積累[27]。葉面積及其分布和角度影響光合有效輻射的截獲, 從而影響冠層光合作用和產(chǎn)量,是表征冠層結(jié)構(gòu)的主要變量[28]。本試驗表明, 隨品種的更替, 2010s品種的冠層結(jié)構(gòu)也更趨合理, 主要表現(xiàn)在葉面積指數(shù)在盛花期至盛鈴期增幅較大, 吐

絮期仍維持在較高水平, 下降緩慢(表 3)。因此, 在今后新疆棉花品種選育中, 選育果枝節(jié)間長度在5～6 cm之間, 節(jié)枝比趨近于 2, 株型相對較緊湊的品種符合生產(chǎn)要求; 同時在栽培管理中通過化控和水肥的調(diào)控, 盛鈴期至吐絮期調(diào)整群體的葉面積配置, 保持葉面積指數(shù)在較高水平, 優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu),增加群體的透光性, 有利于更多的光到達植株基部葉片, 從而提高光能利用率。

表7 不同年代棉花品種單株干物質(zhì)積累與分配的變化Table 7 Changes of dry matter accumulation and distribution in plant of cotton varieties grown in different decades (g)

表8 不同年代棉花品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 8 Yield and yield component of cotton varieties grown in different decades

3.2 棉花品種更替及產(chǎn)量提高過程中增加冠層光吸收率是提高光合物質(zhì)生產(chǎn)的關(guān)鍵

冠層光環(huán)境直接影響作物的光合物質(zhì)生產(chǎn)[29]。本試驗表明, 隨品種的更替, 2010s品種的光吸收率在生育中后期相對較大(表6), 表明現(xiàn)代生產(chǎn)應(yīng)用品種在生育中后期能截獲更多的光能, 提高群體的光能利用率; 2000s品種的光吸收率在盛鈴期之后下降較快, 表明該時期應(yīng)用品種在生育后期漏光較多,光能利用率較低。作物冠層內(nèi)部的透光性與群體光合作用及產(chǎn)量密切相關(guān)[30-31], 通過優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu),使光能在冠層中合理分布, 可以有效地提高光能利用效率[32]。作物具有較高的光合物質(zhì)積累是產(chǎn)量提高的物質(zhì)基礎(chǔ)[33]。本試驗表明, 2010s品種各器官干物質(zhì)及總干物質(zhì)量均明顯高于1990s和2000s的品種, 特別是棉鈴干物質(zhì)量增幅較大(表7), 2010s品種冠層具有良好的光吸收率, 提高了光能利用效率,增加了光合產(chǎn)物的積累量。

4 結(jié)論

在品種更替及產(chǎn)量提高過程中, 2010s品種株型結(jié)構(gòu)合理、具有較高的葉面積指數(shù)及光吸收率, 不同年代品種各器官干物質(zhì)量及總干物質(zhì)量逐漸增大。選育及培育果枝節(jié)間長度在5～6 cm之間, 節(jié)枝比趨近于2, 株型較緊湊, 倒四葉寬為11～12 cm的品種, 能使葉面積指數(shù)和葉傾角在各時期處于相對適宜的范圍, 冠層結(jié)構(gòu)優(yōu)良, 能最大限度地提高光能利用率, 這些是今后新疆棉花品種選育和栽培管理的重要參考指標。

[1] 毛樹春, 李亞兵, 馮璐, 孔慶平, 孫景生. 新疆棉花生產(chǎn)發(fā)展問題研究. 農(nóng)業(yè)展望, 2014, (11): 43–51 Mao S C, Li Y B, Feng L, Kong Q P, Sun J S. Study on the development of Xinjiang cotton production. Agric Outlook, 2014, (11): 43–51 (in Chinese with English abstract)

[2] 中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所. 中國棉花栽培學. 上海: 上海科學技術(shù)出版社, 2013. pp 884–889 Cotton Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences. Cotton Farming in China. Shanghai: Shanghai Scientific and Technical Publishers, 2013. pp 884–889 (in Chinese)

[3] Bennett O L, Ashley D A, Doss B D, Scarsbrook C E. Influence of topping and side pruning on cotton yield and other characteristics. Agron J, 1965, 57: 25–27

[4] Jost P H, Cothren J T. Growth and yield comparisons of cotton planted in conventional and ultra-narrow row spacing. Crop Sci, 2000, 40: 430–435

[5] Dai J L, Dong H Z. Intensive cotton farming technologies in China: achievements, challenges and countermeasures. Field Crops Res, 2014, 155: 99–110

[6] Wells R, Meredith W R. Comparative growth of obsolete and modern cotton cultivars: III. Relationship of yield to observed growth characteristics. Crop Sci, 1984, 24: 868–872

[7] 姜保功, 孔繁玲, 張群遠, 姜茹琴, 何鑒星, 張欣雪. 棉花產(chǎn)量組分的改良對產(chǎn)量的影響. 棉花學報, 2000, 12: 258–260 Jiang B G, Kong F L, Zhang Q Y, Jiang R Q, He J X, Zhang X X. Effects of improvements of cotton yield components. Acta Gossyp Sin, 2000, 12: 258–260 (in Chinese with English abstract)

[8] 張德貴, 孔繁玲, 張群遠, 劉文欣, 楊付新, 許乃銀, 廖琴, 鄒奎. 建國以來我國長江流域棉區(qū)棉花品種的遺傳改良: I. 產(chǎn)量及產(chǎn)量組分性狀的改良. 作物學報, 2003, 29: 208–215 Zhang D G, Kong F L, Zhang Q Y, Liu W X, Yang F X, Xu N Y, Liao Q, Zou K. Genetic Improvement of cotton varieties in the Yangtze valley in China since 1950s: I. Improvement on yield and yield components. Acta Agron Sin, 2003, 29: 208–215 (in Chinese with English abstract)

[9] 孫杰, 褚貴新, 張文輝, 金文虹. 新疆特早熟棉區(qū)棉花品種主要性狀演變趨勢研究. 中國棉花, 1999, 26(7): 14–16 Sun J, Chu G X, Zhang W H, Jin W H. Study on main characteristics evolution trend of Xinjiang cotton varieties in special early-maturing cotton region. Chin Cotton, 1999, 26(7): 14–16 (in Chinese)

[10] 褚貴新, 孫杰, 李予霞, 金文宏. 新疆特早熟棉區(qū)50年來棉花品種演替過程中氮素吸收和運轉(zhuǎn)分配差異的研究. 石河子大學學報(自然科學版), 1999, 3: 9–14 Chu G X, Sun J, Li Y X, Jin W H. Studies on the difference of nitrogen absorption, transportation and distribution of cotton varieties evolvement in North Xinjiang. J Shihezi Univ (Nat Sci), 1999, 3: 9–14 (in Chinese with English abstract)

[11] 褚貴新, 孫杰, 刁明, 蘇子友, 劉濤, 沈其榮. 北疆特早熟棉區(qū)棉花品種更替過程中棉鈴發(fā)育特性的研究. 棉花學報, 2002, 14: 17–21 Chu G X, Sun J, Diao M, Su Z Y, Liu T, Shen Q R. Study on characteristics of cotton boll development among cotton varieties from different eras in northern Xinjiang. Cotton Sci, 2002, 14: 17–21 (in Chinese with English abstract)

[12] 相吉山, 謝宗銘, 田琴, 董永梅, 李有忠, 司愛君. 北疆棉花“新陸早”系列品種主要性狀分析. 新疆農(nóng)業(yè)科學, 2010, 47: 1535–1540 Xiang J S, Xie Z M, Tian Q, Dong Y M, Li Y Z, Si A J. Analysis on the main characters of “Xinluzao” series cotton cultivars in northern Xinjiang. Xinjiang Agric Sci, 2010, 47: 1535–1540 (in Chinese with English abstract)

[13] Brodrick R, Bange M P, Milroy S P, Hammer G L. Physiologicaldeterminants of high yielding ultra-narrow row cotton: canopy development and radiation use efficiency. Field Crops Res, 2013, 148: 86–94

[14] Maddonni G A, Otegui M E, Cirilo A G. Plant population density, row spacing and hybrid effects on maize canopy architecture and light attenuation. Field Crops Res, 2001, 71: 183–193

[15] NIInemets ü. A review of light interception in plant stands from leaf to canopy in different plant functional types and in species with varying shade tolerance. Ecol Res, 2010, 25: 693–714

[16] Kaggwa-AsIImwe R, Andrade-Sanchez P, Wang G. Plant architecture influences growth and yield response of upland cotton to population density. Field Crops Res, 2013, 145: 52–59

[17] Gu S, Evers J B, Zhang L, Mao L, Vos J, Li Z. Using functional-structural plant modeling to explore the response of cotton to mepiquat chloride application and plant population density. In: 7th International Conference on Functional-Structural Plant Models (FSPM2013), Saariselk?, Finland, 8–15 June 2013

[18] Yao H S, Zhang Y L, Yi X P, Zhang X J, Zhang W F. Cotton responds to different plant population densities by adjusting specific leaf area to optimize canopy photosynthetic use efficiency of light and nitrogen. Field Crops Res, 2016, 188: 10–16

[19] 張旺鋒, 王振林, 余松烈, 李少昆, 房建, 童文崧. 種植密度對新疆高產(chǎn)棉花群體光合作用、冠層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量形成的影響.植物生態(tài)學報, 2004, 28: 164–171 Zhang W F, Wang Z L, Yu S L, Li S K, Fang J, Tong W S. Effect of planting density on canopy photosynthesis, canopy structure and yield formation of high-yield cotton in Xinjiang, China. Acta Phytoecol Sin, 2004, 28: 164–171 (in Chinese with English abstract)

[20] 杜明偉, 羅宏海, 張亞黎, 姚炎帝, 張旺鋒, 夏東利, 馬麗, 朱波. 新疆超高產(chǎn)雜交棉的光合生產(chǎn)特征研究. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2009, 42: 1952–1962 Du M W, Luo H H, Zhang Y L, Yao Y D, Zhang W F, Xia D L, Ma L, Zhu B. Photosynthesis characteristics of super-high-yield hybrid cotton in Xinjiang. Sci Agric Sin, 2009, 42: 1952–1962 (in Chinese with English abstract)

[21] 馮國藝, 姚炎帝, 羅宏海, 張亞黎, 杜明偉, 張旺鋒, 夏冬利,董恒義. 新疆超高產(chǎn)棉花冠層光分布特征及其與群體光合生產(chǎn)的關(guān)系. 應(yīng)用生態(tài)學報, 2012, 23: 1286–1294 Feng G Y, Yao Y D, Luo H H, Zhang Y L, Du M W, Zhang W F, Xia D L, Dong H Y. Canopy light distribution and its correlation with photosynthetic production in super-high yielding cotton fields of Xinjiang, Northwest China. Chin J Appl Ecol, 2012, 23: 1286–1294 (in Chinese with English abstract)

[22] 杜明偉, 馮國藝, 姚炎帝, 羅宏海, 張亞黎, 夏東利, 張旺鋒.雜交棉標雜A1和石雜2號超高產(chǎn)冠層特性及其與群體光合生產(chǎn)的關(guān)系. 作物學報, 2009, 35: 1068–1077 Du M W, Feng G Y, Yao Y D, Luo H H, Zhang Y L, Xia D L, Zhang W F. Canopy characteristics and its correlation with photosynthesis of super high-yielding hybrid cotton Biaoza A1 and Shiza 2. Acta Agron Sin, 2009, 35: 1068–1077 (in Chinese with English abstract)

[23] Malone S, Herbert D A, Holshouser D L. Evaluation of the LAI-2000 plant canopy analyzer to estimate leaf area in manually defoliated soybean. Agron J, 2002, 94: 1012–1019

[24] 高亮之, 李林. 水稻氣象生態(tài). 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1992. pp 121–123 Gao L Z, Li L. Rice Meteoric Ecology. Beijing: Agriculture Press, 1992. pp 121–123 (in Chinese)

[25] 裴炎, 邱曉, 劉明釗. 棉花冠層結(jié)構(gòu)及光合作用研究. 作物學報, 1988, 14: 214–220 Pei Y, Qiu X, Liu M Z. Study on the structure and photosynthesis of cotton canopy. Acta Agron Sin, 1988, 14: 214–220 (in Chinese with English abstract)

[26] Reta-Sánchez D G, Fowler J L. Canopy light environment and yield of narrow-row cotton as affected by canopy architecture. Agron J, 2002, 94: 1317–1323

[27] 董合忠, 毛樹春, 張旺鋒, 陳德華. 棉花優(yōu)化成鈴栽培理論及其新發(fā)展. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2014, 47: 441–451 Dong H Z, Mao S C, Zhang W F, Chen D H. On boll-setting optimization theory for cotton cultivation and its new development. Sci Agric Sin, 2014, 47: 441–451 (in Chinese with English abstract)

[28] Gent M P N. Canopy light interception, gas exchange, and biomass in reduced height isolines of winter wheat. Crop Sci, 1995, 35: 1636–1642

[29] Maddonni G A, Otegui M E. Leaf area, light interception, and crop development in maize. Field Crops Res, 1996, 48: 81–87

[30] 潘學標, 王延琴, 崔秀穩(wěn), 鄧紹華. 棉花群體結(jié)構(gòu)與棉田光量子傳遞特性關(guān)系的研究. 作物學報, 2000, 26: 333–340 Pan X B, Wang Y Q, Cui X W, Deng S H. Studies on relationships between cotton population composition and transfer characteristic of PAR. Acta Agron Sin, 2000, 26: 333–340 (in Chinese with English abstract)

[31] 王春艷, 礒田昭弘, 王道龍, 李茂松, 阮明艷, 蘇躍. 新疆石河子棉區(qū)高密條件下冠層結(jié)構(gòu)和光分布特征. 棉花學報, 2006, 18: 223–227 Wang C Y, Isoda A, Wang D L, Li M S, Ruan M Y, Su Y. Canopy structure and radiation interception of cotton grown under high density condition in northern Xinjiang. Cotton Sci, 2006, 18: 223–227 (in Chinese with English abstract)

[32] Zhi X Y, Han Y C, Mao S C, Wang G P, Feng L, Yang B F, Fan Z Y, Du W L, Lu J H, Li Y B. Light spatial distribution in the canopy and crop development in Cotton. PLoS One, 2014, 9: e113409

[33] Watt M S, Clinton P W, Whitehead D, Richardson B, Mason E G, Leckie A C. Above-ground biomass accumulation and nitrogen fixation of broom (Cytisus scoparius L.) growing with juvenile Pinus radiata on a dry land site. For Ecol Manage, 2003, 184: 93–104

Development of Cotton Canopy Structure Characteristics of Cotton Varieties Grown in Different Decades in Northern Xinjiang

YANG Yan-Long1, XIAO Fei2, XU Shou-Zhen1, WANG Yu-Xuan1, ZUO Wen-Qing1, LIANG Fu-Bin1, and ZHANG Wang-Feng1,*
1College of Agriculture, Shihezi University / Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture of Xinjiang Production and Construction Corps, Shihezi 832003, China;2College of Life Science, Shihezi University, Shihezi 832003, China

Widespread cultivated early maturing upland cotton varieties bred in Xinjiang in different decades (1990s, 2000s, and 2010s) were used as experimental materials under mulching drip irrigation conditions. Canopy openness, mean foliage titled angle and canopy light distribution at different growing stages were measured to analyze cotton canopy structural characteristics, which provides a theoretical basis for breeding new cotton varieties and optimizing cultivation management. In the cotton varieties replacement process with yield increase, there was no significant difference in growth stage among different decades, and the growth stage of varieties grown in 2010s was relatively long. In the growth period from full boll stage to boll opening stage, the canopy openness was more reasonable and the light absorption rate was higher for the varieties in 2010s than in 1990s and 2000s; in the late growth period, the canopy openness and canopy light absorption rate for the varieties in 2010s were averagely 1.06% to 5.94% higher than those in 1990s and 2000s. Furthermore, dry matter accumulation of varieties in 2010s was averagely 11.51% to 15.59% higher than that in 1990s and 2000s, with an increasing trend in various organs. There was a consistent changing trend in leaf inclination angle for different varieties, but with a great difference among varieties and closely relating to leaf size. Therefore, with cotton varieties replacing, the appropriate leaf area index and canopy openness at the middle and later stages of cotton growth have been up to about 90% of light absorption now and got more dry matter accumulation, resulting in increased yield.

Upland cotton; Early maturing variety; Variety renew; Canopy structure; Yield; Xinjiang

(

): 2017-01-17; Accepted(接受日期): 2017-05-09; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2017-05-22.

10.3724/SP.J.1006.2017.01518

本研究由國家自然科學基金項目(U1203283)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (U1203283).

*通訊作者(Corresponding author): 張旺鋒, E-mail: zhwf_agr@shzu.edu.cn, Tel: 0993-2057326

聯(lián)系方式: E-mail: yangyl0629 @163.com, Tel: 18152930615

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170522.0915.004.html