濱海地區(qū)不同棉花品種植株與光合性狀及產(chǎn)量對鹽堿脅迫的響應(yīng)

馮國藝，張謙，祁虹，雷曉鵬，王樹林，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)與遺傳育種重點實驗室，河北 石家莊 050051)

我國濱海鹽堿地面積遼闊，同時糧棉爭地矛盾突出，棉花常作為先鋒農(nóng)作物在鹽堿地區(qū)廣泛種植[1～3]。濱海鹽堿地不同棉田的土壤鹽堿程度差異較大，受耕作栽培措施的影響，棉花不同特性品種和不同生長階段之間的耐鹽性都有明顯差異[4]。棉花出苗和生長的極限鹽分分別為0.4%～0.7%[5]。較低鹽分(0.2%及以下)有利于棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量[6]，當鹽分濃度大于0.2%時就會對棉花產(chǎn)生離子脅迫和滲透傷害[7]。從棉花苗期和花鈴期對鹽分較為敏感[7，8]，也有研究表明棉花,隨著生育進程推進而不斷提高，但在蕾期、初花期漸趨下降，至開花結(jié)鈴盛期耐鹽能力上升為最強[9]。濱海鹽堿地區(qū)氣候特點是降水年內(nèi)分配不均，季節(jié)間差異較大。春季初夏干旱少雨，蒸發(fā)量大，土壤鹽分大量表聚；由于連續(xù)無降水事件頻率加大，加劇了干旱程度。夏季降雨量大而蒸發(fā)量小，雨季降水多是以大雨、暴雨形式出現(xiàn)[10]，以往研究主要針對棉花對鹽堿程度適應(yīng)性的表現(xiàn)開展研究[11～14]，對不同鹽堿程度棉田不同品種特性棉花主要生育期的植株光合性狀和產(chǎn)量表現(xiàn)的研究較少。作物生長過程中，熱量、水分等限制因子綜合作用，影響其生長發(fā)育過程及產(chǎn)量[15]，栽培措施能夠通過調(diào)節(jié)植株形態(tài)和光合能力影響作物產(chǎn)量的形成[16]。為此，評價不同鹽堿程度濱海鹽堿棉田不同品種特性棉花，研究主要生育期植株及光合性狀和產(chǎn)量表現(xiàn)，總結(jié)主要生育時期的植株光合指標和產(chǎn)量構(gòu)成因子對鹽堿脅迫的響應(yīng)，可為濱海鹽堿地區(qū)不同鹽堿棉田主栽品種選用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗概況與供試品種

試驗于2017年在河北省國營海興農(nóng)場(38°21′N，117°31′E)進行。前茬作物為棉花，為一年一熟制，棉田土質(zhì)為中壤土，有機質(zhì)9.9 g·kg-1，全氮0.8 g·kg-1，堿解氮35.4 mg·kg-1，速效磷11.7 mg·kg-1，速效鉀 203.9 mg·kg-1。根據(jù)審定及商品信息，選擇雜交棉品種4個(新值棉3號、魯1-1963、奧棉2號、中植棉6號)，常規(guī)棉8個：其中早熟棉(生育期在125天及以下)4個(苗寶21號、中植棉2號、科林9828、國欣棉3號)，中熟棉(生育期135天左右)4個(沃土高抗1036、邯鄲284、魯研棉28號、冀棉298號)，供試品種(系)共計12個。根據(jù)4月中下旬0～20 cm土層含鹽量，分別設(shè)重度鹽堿處理(4.0～6.0 g·kg-1)和中度鹽堿處理(3.0～4.0 g·kg-1)。4月底搶墑播種，在開溝器犁出10 cm左右窄溝進行播種。小區(qū)面積為60.0 m2。隨機排列，重復(fù)3次。播種時施入尿素450 kg·hm-2，過磷酸鈣750 kg·hm-2。采用地膜覆蓋栽培，1膜2行，行距配置為90+45 cm，每穴3粒，株距為30 cm，先點播后鋪膜。生育期內(nèi)無灌溉，視長勢進行追肥和化控，田間管理同一般大田。

1.2 測定項目

每小區(qū)固定20株；7月15日和8月15日分別進行生育前期(苗期和蕾期)和產(chǎn)量形成期(盛鈴期)植株性狀和光合生理性狀調(diào)查。植株性狀調(diào)查項目有株高、果枝數(shù)、花蕾及鈴總數(shù)；光合生理性狀調(diào)查項目為葉綠素相對含量SPAD值、葉面積指數(shù)和葉片光合速率；7月15日主莖葉倒四葉，8月15日取倒二葉進行測定；葉綠素相對含量SPAD值測定采用SPAD-502葉綠素計(Minolta，JPN)，葉片光合速率測定采用Li-6400便攜式光合作用系統(tǒng)(Li-cor，USA)；葉面積指數(shù)測定用LAI-2200 冠層儀(LI-Cor，USA)，參照Malone等[17]方法進行。9月初收1次僵瓣爛桃花，計入小區(qū)產(chǎn)量，各小區(qū)收獲霜前和霜后籽棉分別計產(chǎn)。每個小區(qū)收獲10株測定單鈴重、衣分。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 11.0進行數(shù)據(jù)處理與分析，用最小顯著差數(shù)法(LSD)檢驗平均數(shù)。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 棉花出苗率

苗期出苗率調(diào)查結(jié)果表明(表1)，12個品種出苗率中度鹽堿棉田優(yōu)于重度鹽堿棉田，雜交棉出苗率最差，中熟常規(guī)棉出苗率最好。其中雜交棉在中度鹽堿棉田的平均出苗率為71.7%，重度鹽堿棉田為49.8%；早熟常規(guī)棉在中度鹽堿棉田的平均出苗率為90.6%，重度鹽堿棉田為79.1%；中熟常規(guī)棉在中度鹽堿棉田的平均出苗率為98.3%，重度鹽堿棉田為90.4%。

2.2 棉花植株性狀

研究表明，不同鹽堿脅迫程度下，生育早期不同特性品種植株性狀差異明顯(圖1)。株高和果枝數(shù)、產(chǎn)品器官數(shù)中度鹽堿高于重度鹽堿棉田，早熟品種較高，中熟棉最少。株高、果枝數(shù)和產(chǎn)品器官數(shù)中度鹽堿較重度鹽堿棉田雜交棉高12.1%～31.7%，早熟棉高4.3%～26.4%，中熟棉高6.1%～36.0%；早熟棉較雜交棉高6.2%～19.7%，較中熟棉高11.8%～23.9%。雜交棉株高為61.4 cm和50.1 cm，果枝數(shù)為7.9和7.0，產(chǎn)品器官數(shù)為9.4和7.1；早熟棉株高為66.7 cm和60.0 cm，果枝數(shù)為8.3和8.0，產(chǎn)品器官數(shù)為10.1和8.0；中熟棉株高為59.6 cm和48.4 cm，果枝數(shù)為7.3和6.9，產(chǎn)品器官數(shù)為9.0和6.1。

表1 不同鹽堿程度下各特性品種棉花出苗率調(diào)查/%Table 1 Investigation of the seedling rate of cotton under different saline-alkali levels

研究表明，不同鹽堿脅迫程度下，產(chǎn)量形成期不同特性品種植株性狀差異明顯(圖2)。株高、果枝數(shù)和中熟棉產(chǎn)品器官數(shù)中度鹽堿高于重度鹽堿棉田，雜交棉和早熟棉產(chǎn)品器官數(shù)中度鹽堿低于重度鹽堿棉田。中度鹽堿棉田雜交棉和早熟棉株高差異不大，高于中熟棉；早熟棉和中熟棉果枝數(shù)差異不大，低于雜交棉；產(chǎn)品器官數(shù)雜交棉最高，中度鹽堿棉田早熟棉低于中熟棉，重度鹽堿棉田差異不大。株高和果枝數(shù)中度鹽堿較重度鹽堿棉田雜交棉高17.1%～17.4%，早熟棉高15.6%～21.6%，中熟棉高16.0%～35.1%；產(chǎn)品器官數(shù)中度鹽堿較重度鹽堿棉田雜交棉低24.4%，早熟棉低5.1%，中熟棉高5.8%；早熟棉較雜交棉株高和果枝數(shù)低0.4%～5.1%，產(chǎn)品器官數(shù)低12.6%～30.4%，早熟棉較中熟棉株高高9.7%～17.7%，果枝數(shù)和重度鹽堿棉田產(chǎn)品器官數(shù)高1.5%～3.5%，中度鹽堿棉田產(chǎn)品器官數(shù)低7.1%。雜交棉株高為75.0 cm和64.1 cm，果枝數(shù)為9.7和8.3，產(chǎn)品器官數(shù)為12.7和16.8；早熟棉株高為74.7 cm和61.5 cm，果枝數(shù)為9.2和8.0，產(chǎn)品器官數(shù)為11.1和11.7；中熟棉株高為68.1 cm和50.4 cm，果枝數(shù)為9.1和7.9，產(chǎn)品器官數(shù)為12.0和11.3。

圖1 不同鹽堿程度下生育早期各特性品種棉花植株性狀Fig.1 The plant traits of different cotton species at early growth stage under different saline-alkali levels 注：同一特性品種不同鹽堿程度不同字母表示在0.05 水平上差異顯著。Note:Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 level within the same cultivar characteristics in different saline-alkali levels.

圖2 不同鹽堿程度下產(chǎn)量形成期各特性品種植株性狀Fig.2 The plant traits of different characteristics cotton at yield form stage under different salinity levels 注：同一特性品種不同鹽堿程度不同字母表示在0.05 水平上差異顯著。Note:Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 level within the same cultivar characteristics in different saline-alkali levels.

2.3 葉片光合生理性狀

研究表明，不同鹽堿脅迫程度下，生育早期不同特性品種光合生理性狀差異明顯(圖3)。葉綠素含量、葉面積和單葉光合速率中度鹽堿高于重度鹽堿棉田，早熟品種較高，中熟棉最低。葉綠素含量中度鹽堿較重度鹽堿棉田雜交棉高6.7%，早熟棉高4.6%，中熟棉高10.3%；葉面積和單葉光合速率雜交棉高32.6%～59.0%，早熟棉高44.8%～49.1%，中熟棉高36.7%～63.9%。早熟棉較雜交棉葉綠素含量和單葉光合速率高5.5%～18.2%，葉面積高43.1%～57.1%；較中熟棉葉綠素含量高6.4%～12.2%，單葉光合速率高38.9%～52.6%，葉面積高108.9%～121.3%。雜交棉葉綠素相對含量SPAD值為43.0和40.3，葉面積指數(shù)為1.7和1.1，單葉光合速率為10.3 μmol·m-1·s-1和7.8 μmol·m-1·s-1；早熟棉葉綠素相對含量SPAD值為45.4和43.4，葉面積指數(shù)為2.4和1.7，單葉光合速率為12.2 μmol·m-1·s-1和8.2 μmol·m-1·s-1；中熟棉葉綠素相對含量SPAD值為42.7和38.7，葉面積指數(shù)為1.1和0.8，單葉光合速率為8.8 μmol·m-1·s-1和5.3 μmol·m-1·s-1。

圖3 不同鹽堿程度下生育早期各特性品種光合生理性狀Fig.3 The Photosynthetic physiology traits of different cotton species at early growth stage under different saline-alkali levels 注：同一特性品種不同鹽堿程度不同字母表示在0.05 水平上差異顯著。Note:Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 level within the same cultivar characteristics in different saline-alkali levels.

研究表明，不同鹽堿脅迫程度下，產(chǎn)量形成期不同特性品種光合生理性狀差異明顯(圖4)。葉綠素含量、葉面積和單葉光合速率中度鹽堿高于重度鹽堿棉田，雜交棉品種最高，中熟棉最低。葉綠素含量、葉面積和單葉光合速率中度鹽堿較重度鹽堿棉田雜交棉高6.0%～60.4%，早熟棉高3.4%～45.1%，中熟棉高8.4%～69.6%；早熟棉較雜交棉低2.6%～18.7%，較中熟棉高6.0%～53.8%。雜交棉葉綠素相對含量SPAD值為48.0和45.3，葉面積指數(shù)為4.9和3.8，單葉光合速率為16.3 μmol·m-2·s-1和10.2 μmol·m-2·s-1；早熟棉葉綠素相對含量SPAD值為45.6和44.1，葉面積指數(shù)為4.1和3.1，單葉光合速率為14.2 μmol·m-2·s-1和9.8 μmol·m-2·s-1；中熟棉葉綠素相對含量SPAD值為43.0和39.7，葉面積指數(shù)為3.8和2.7，單葉光合速率為14.2 μmol·m-2·s-1和9.8 μmol·m-2·s-1。

2.4 棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因子

研究表明，不同鹽堿脅迫程度下，不同特性品種產(chǎn)量及構(gòu)成因子差異顯著(表2)。雜交棉單位面積成鈴數(shù)較少，單鈴重和衣分較高，中熟棉則單位面積成鈴數(shù)較高，單鈴重和衣分較低。不同鹽堿程度棉田，中度鹽堿棉田中熟棉產(chǎn)量最高，早熟棉差異不明顯，皮棉產(chǎn)量超過1 000 kg·hm-2以上水平，重度鹽堿棉田早熟棉產(chǎn)量最高，接近1 000 kg·hm-2水平；中度鹽堿明顯高于重度鹽堿棉田有單位面積成鈴數(shù)，早熟棉鈴重和中熟棉鈴重和衣分。中度鹽堿較重度鹽堿棉田皮棉產(chǎn)量雜交棉和早熟棉高9.8%～11.0%，中熟棉高26.8%；其中單位面積成鈴數(shù)高6.6%～12.8%，早熟棉鈴重高2.1%，中熟棉鈴重和衣分分別高10.2%和1.9%。早熟棉皮棉產(chǎn)量較雜交棉高7.6%～8.8%，較中熟棉中度鹽堿棉田低3.7%，重度鹽堿棉田高11.2%；單位面積成鈴數(shù)較雜交棉高11.9%～14.6%，較中熟棉低6.9%～12.1%；鈴重較雜交棉低2.9%～3.8%，較中熟棉高8.2%～16.8%；衣分雜交棉較中熟棉高1.8%～3.6%。

表2 不同特性品種不同鹽堿程度下棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因子Table 2 The yield and components of different characteristics cotton at yield form stage under different saline-alkali levels

注：同一列不同字母表示在0.05 水平上差異顯著。

Note：Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within a column.

3 結(jié)論與討論

3.1 不同棉花品種植株和光合性狀對不同程度鹽堿的響應(yīng)

以往研究表明，栽培措施和品種適應(yīng)性對鹽堿地棉花植株和光合生理性狀影響顯著[11～14]。本研究表明，盡管雜交棉、早熟棉和中熟棉出苗率、植株性狀和光合生理性狀以及產(chǎn)量均表現(xiàn)為中度鹽堿優(yōu)于重度鹽堿棉田，但雜種優(yōu)勢和生育期等品種特性對鹽堿地棉花植株和光合生理性狀也存在顯著影響。干旱和鹽堿脅迫導(dǎo)致蕾期和花期生長緩慢，營養(yǎng)體較小[18]；在相同的常規(guī)栽培管理措施下，雜交棉不僅表現(xiàn)出較差的出苗率，而且生育早期株高、果枝數(shù)以及產(chǎn)品器官數(shù)明顯低于早熟棉，而且葉綠素含量、葉面積以及單葉光合速率等光合生理性狀也顯著低于早熟棉，可見濱海鹽堿地在棉花生育早期鹽堿干旱導(dǎo)致雜交棉出苗差，而且抑制其雜種優(yōu)勢的表達，其植株性狀和光合生理性狀較差；在8月份的產(chǎn)量形成關(guān)鍵期，由于光熱資源豐富，鹽堿脅迫明顯減弱，為雜交棉發(fā)揮雜種優(yōu)勢提供了便利條件。

3.2 不同棉花品種產(chǎn)量對不同程度鹽堿的響應(yīng)

盡管打頂措施對雜交棉株高和果枝數(shù)限制更明顯，仍明顯高于早熟棉，產(chǎn)品器官數(shù)尤為明顯，早熟棉較雜交棉低12.6%～30.4%，可見雜交棉具有更強的自我調(diào)控能力。中熟棉由于生育期較長，其晚發(fā)遲發(fā)的品種特性導(dǎo)致其生育前期植株性狀和光合生理性狀指標較低；而且較長的生育期導(dǎo)致其棉花成鈴?fù)滦踺^晚，產(chǎn)量形成受到秋季鹽堿返聚的影響，單鈴重和衣分明顯較低，但是由于其較好的出苗率，因此單位面積成鈴數(shù)較高，尤其是在中度鹽堿棉田，在鹽堿脅迫較低的情況下取得較高產(chǎn)量水平；而早熟棉與其差異不大，皮棉產(chǎn)量也超過1 000 kg·hm-2以上水平，而且早熟棉在重度鹽堿棉田產(chǎn)量最高，接近1 000 kg·hm-2水平。雜交棉雖然在產(chǎn)量形成期表現(xiàn)出較強的雜種優(yōu)勢，衣分和單鈴重明顯較大，單株產(chǎn)品器官數(shù)明顯增大，單位面積成鈴數(shù)得到明顯恢復(fù)性調(diào)整，但是由于其出苗率較低，單位面積成鈴數(shù)明顯偏低導(dǎo)致產(chǎn)量不高。

濱海鹽堿地植棉應(yīng)根據(jù)不同品種特性調(diào)整栽培措施：雜交棉應(yīng)采取措施增加出苗率，適當晚播并加強前期管理，更好發(fā)揮其雜種優(yōu)勢，有利于挖掘其高產(chǎn)潛力；中熟棉在保證其出苗率的前提下，盡量早播，并運用水肥等措施促進其盡早開花成鈴，避免生育后期鹽堿脅迫對其產(chǎn)量造成損失。

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