不同機(jī)采棉種植模式對(duì)棉花主要植株形態(tài)影響效應(yīng)分析

李健偉，吳鵬昊，石洪亮，李春艷，崔建平，張巨松

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花工程研究中心，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091)

新疆是全國(guó)最大的商品棉生產(chǎn)基地，通過使用機(jī)械采棉設(shè)備取代人工采摘棉花可解決植棉生產(chǎn)成本上升和勞動(dòng)力短缺的問題[1-2]。目前新疆機(jī)采棉品質(zhì)問題突出，采凈率低，脫葉效果差，含雜率高，嚴(yán)重制約機(jī)采棉的發(fā)展[3-4]。原因之一是目前還沒有真正的機(jī)采棉品種，其二是當(dāng)前廣泛采用的(66+10) cm機(jī)采棉種植模式其植株農(nóng)藝與采棉機(jī)匹配性差[5-8]。前人主要從育種的角度研究農(nóng)藝性狀的遺傳相關(guān)性，針對(duì)機(jī)采棉農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性研究較少，基于非機(jī)采棉種植模式下的農(nóng)藝性狀并不能代表機(jī)采棉種植模式下植株形態(tài)特征。適宜機(jī)采的合理株型構(gòu)造不僅與品種內(nèi)在因素有關(guān)，而且不同株行距配置下植株形態(tài)差異顯著，很大程度上也可影響植株形態(tài)診斷依據(jù)[9-12]。因此從栽培的角度通過研究不同機(jī)采棉種植模式下品種間植株形態(tài)的變化特點(diǎn)及其各指標(biāo)間的相關(guān)性分析，可以為塑造適宜機(jī)采的合理株型，改進(jìn)目前機(jī)采棉栽培管理技術(shù)提供理論依據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

于2016年在阿瓦提縣新疆農(nóng)科院試驗(yàn)基地進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)地土壤為沙壤土，pH7.6，試驗(yàn)地0～20 cm土層含全氮9.2 g·kg-1、有效磷32.2 mg·kg-1、速效鉀166.0 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)9 g·kg-1、堿解氮63.8 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地于4月8日，采用膜下滴灌方式，人工打孔播種。地膜寬2.05 m，厚度0.01 mm，播幅寬2.3 m。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)機(jī)采棉種植模式，分別用R1、R2、R3表示(如圖1所示)。R1模式為一膜六行(66+10) cm寬窄行，株距11 cm，理論密度24萬株·hm-2；R2模式為一膜六行(64+12) cm寬窄行，株距11 cm，理論密度24萬株·hm-2；R3模式為一膜四行(64+12) cm單雙行，株距9.5 cm，理論密度19萬株·hm-2。兩個(gè)供試棉花品種分別為新陸中54號(hào)(株形松散)和新陸中75號(hào)(株形較緊湊)。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，雙因素試驗(yàn)，6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)。小區(qū)長(zhǎng)7.0 m，寬6.9 m(3個(gè)播幅)，過道寬0.5 m。各生育期施肥隨水進(jìn)行，一水一肥，田間管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田管理模式進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生育進(jìn)程 調(diào)查出苗、現(xiàn)蕾、初花、盛花、盛鈴、吐絮、吐絮90%的日期。

A：R1，(66+10)cm一膜六行；B：R2，(64+12)cm一膜六行；C：R3，(64+12)cm一膜四行A:R1,(66+10)cm, a six-line machine cotton modes; B:R2,(64+12)cm a six-line machine cotton modes;C:R3,(64+12)cm,a four-line machine cotton modes圖1 不同機(jī)采種植模式示意圖Fig.1 Machine picking cotton planting modes

1.3.2 植株形態(tài)指標(biāo) 選取各處理具有代表性的15株作為該處理的15組重復(fù)進(jìn)行調(diào)查測(cè)量。打頂前一天測(cè)定株高和倒四葉長(zhǎng)、寬并計(jì)算葉形指數(shù)(葉形指數(shù)=長(zhǎng)/寬)；在盛鈴期測(cè)植株主莖葉葉柄長(zhǎng)度；在吐絮期測(cè)定植株始果節(jié)高度、始果節(jié)位、果枝臺(tái)數(shù)、莖粗、果枝長(zhǎng)度、單株結(jié)鈴數(shù)等相關(guān)指標(biāo)。

1.3.3 霜前花率 10月16日調(diào)查霜前花率，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取連續(xù)棉株80株記錄吐絮鈴與青鈴。

霜前花率(%)=下霜前吐絮鈴數(shù)/(下霜前吐絮鈴數(shù)+青鈴數(shù))*100%

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。利用方差分析和多重比較分析不同品種間以及不同機(jī)采棉種植模式下各個(gè)主要性狀的顯著差異，利用皮爾遜相關(guān)分析法分析主要植株形態(tài)指標(biāo)間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同機(jī)采棉種植模式對(duì)棉花生育進(jìn)程的影響

如表1、表2所示，相同機(jī)采棉種植模式下，新陸中54號(hào)比新陸中75號(hào)出苗時(shí)間長(zhǎng)2 d，苗期長(zhǎng)4～5 d，蕾期長(zhǎng)1～3 d，而花鈴期短1～2 d，生育期長(zhǎng)4～6 d，霜前花率低3～5個(gè)百分點(diǎn)。在同一品種不同機(jī)采種植模式下，生育期天數(shù)R1>R2>R3，霜前花率R3>R2>R1。新陸中54號(hào)在R3模式下較R1生育進(jìn)程提前6 d，霜前花率高4%；新陸中75號(hào)在R3模式下較R1生育進(jìn)程提前4 d，霜前花率高2個(gè)百分點(diǎn)。

表1 不同機(jī)采棉種植模式對(duì)棉花生育進(jìn)程的影響/(M-d)

表2 不同機(jī)采棉種植模式下棉花生育階段(天)和霜前花率/d

2.2 不同機(jī)采棉種植模式棉花植株形態(tài)特征變化

2.2.1 不同機(jī)采棉種植模式植株形態(tài)性狀方差分析 機(jī)采棉種植模式下植株形態(tài)性狀的方差分析如表3所示。機(jī)采棉種植模式、品種對(duì)株高影響顯著。不同品種間始果節(jié)高度和始果節(jié)位差異極顯著。果枝臺(tái)數(shù)、葉形指數(shù)、平均果枝長(zhǎng)度和葉柄長(zhǎng)度在不同機(jī)采棉模式之間、不同品種之間差異極顯著。對(duì)于莖粗，不同機(jī)采棉種植模式之間差異極顯著；不同機(jī)采棉種植模式之間單株結(jié)鈴數(shù)差異顯著。

2.2.2 機(jī)采棉種植模式下植株形態(tài)特征變化 不同機(jī)采棉種植模式下植株形態(tài)特征變化如表4所示。兩品種株高均在70 cm以上，始果節(jié)高度均在18 cm以上，符合機(jī)采要求[6]。新陸中54號(hào)R3模式果枝臺(tái)數(shù)較R1、R2分別多0.87臺(tái)和0.6臺(tái)，但新陸中75號(hào)各處理間差異不顯著。新陸中54號(hào)平均果枝長(zhǎng)度表現(xiàn)為R3>R2>R1，新陸中75號(hào)則表現(xiàn)為R1>R2>R3，說明機(jī)采棉種植模式對(duì)不同品種果枝長(zhǎng)度影響不同。新陸中54號(hào)R3較R1、R2單株結(jié)鈴數(shù)分別多1.8個(gè)和1.6個(gè)，新陸中75號(hào)R3較R1、R2單株結(jié)鈴數(shù)分別多2.0個(gè)和1.3個(gè)，莖粗和單株結(jié)鈴數(shù)均以R3模式最高，均達(dá)到顯著差異水平。相同機(jī)采棉種植模式下新陸中75號(hào)株高比新陸中54號(hào)高8.5%～11.3%，始果節(jié)高度高5%～22.9%，果枝臺(tái)數(shù)多3.9%～10.6%，R3和R2模式下新陸中54號(hào)平均果枝長(zhǎng)度較新陸中75號(hào)分別增加72%和35.0%，說明不同品種間株高、始果節(jié)高度、葉形指數(shù)、平均果枝長(zhǎng)度差異顯著，兩品種株形結(jié)構(gòu)差異明顯。

表3 機(jī)采棉種植模式下植株形態(tài)指標(biāo)的方差分析

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01。

Note: * Significance is at the 0.05 probability level;**Significance at the 0.01 probability level.

表4 不同機(jī)采棉種植模式下棉花植株形態(tài)特征

注：同列不同字母表示在5%水平下差異顯著。Note: Different letters in a column mean significant at 5%.

2.3 機(jī)采棉種植模式下植株形態(tài)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

由圖2可見，機(jī)采棉種植模式下植株形態(tài)各指標(biāo)間表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。株高與始果節(jié)高度相關(guān)性最高，r=0.834**，呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，其次為果枝臺(tái)數(shù)和葉形指數(shù)，相關(guān)系數(shù)分別為0.730**、0.560**；株高與果枝長(zhǎng)度和葉柄長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為r=-0.418*和r=-0.460*。果枝臺(tái)數(shù)與株高正相關(guān)性最高，其次為始果節(jié)位高度和莖粗，說明增加株高可以提高始果節(jié)高度，增加果枝臺(tái)數(shù)，降低果枝長(zhǎng)度。單株結(jié)鈴數(shù)與莖粗相關(guān)性最高，r=0.735**，呈極顯著正相關(guān)，與果枝臺(tái)數(shù)相關(guān)性達(dá)0.512*，與株高相關(guān)性為0.362*，說明莖粗大小直接影響單株結(jié)鈴數(shù)，增加莖粗可以充分發(fā)揮個(gè)體優(yōu)勢(shì)。

2.4 單株結(jié)鈴數(shù)與植株主要機(jī)采農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

單株結(jié)鈴數(shù)與不同品種不同機(jī)采棉種植模式之間植株主要機(jī)采農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析結(jié)果見下表(表5)。在R1模式下，新陸中54號(hào)單株結(jié)鈴數(shù)與莖粗相關(guān)系數(shù)最大，r=0.834；新陸中75號(hào)的單株結(jié)鈴數(shù)與莖粗也呈顯著正相關(guān)關(guān)系，r=0.918。R3模式下新陸中54號(hào)和新陸中75號(hào)的單株結(jié)鈴數(shù)與株高、始果節(jié)高度、果枝臺(tái)數(shù)、葉形指數(shù)和莖粗均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與平均果枝長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。說明不同機(jī)采棉種植模式間影響單株結(jié)鈴數(shù)的因素不相同，品種不同農(nóng)藝性狀間相關(guān)性也不同，但果枝長(zhǎng)度過長(zhǎng)不利于提高單株結(jié)鈴數(shù)。

圖2 機(jī)采棉模式下植株形態(tài)指標(biāo)間的相關(guān)性Fig.2 Correlation analysis between agronomic traits in the machine picking cotton planting models

品種種棉模式株高/cm始果節(jié)高度/cm果枝臺(tái)數(shù)/臺(tái)葉形指數(shù)平均果枝長(zhǎng)度/cm莖粗/cm葉柄長(zhǎng)度/cmCultivarPlantingmodePlant heightFirst fuiltnode heightFruit branchnumbersLeaf indexAverage branchlengthStemdiameterPetiolelength新陸中R10.3170.801??0.3520.103-0.1130.843??0.769??54號(hào)R20.784??0.793??0.598?0.704??-0.880??0.657??0.675??R30.852??0.761??0.832??0.861??-0.643??0.926??0.401新陸中R10.1580.198-0.0480.2440.0730.918??-0.34575號(hào)R20.4210.4190.2910.297-0.2480.1010.459R30.904??0.900??0.852??0.937??-0.692??0.929??0.426

注：**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。*在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

Note: **Significance at the 0.01 probability level; * Significance is at the 0.05 probability level.

3 討 論

3.1 不同機(jī)采棉種植模式對(duì)棉花生育進(jìn)程的影響

較手摘棉而言，機(jī)采棉對(duì)生育期、植株形態(tài)要求更為嚴(yán)格。宋敏的研究表明[6]，較適合北疆機(jī)采的品種生育期為120～125 d，較適合南疆機(jī)采的品種生育期為130～135 d。有研究表明，北疆雜交棉(66+10) cm寬窄行較76 cm等行距吐絮晚2 d[13]，(72+4) cm模式較(66+10) cm模式現(xiàn)蕾、開花和吐絮晚，生育期延長(zhǎng)3 d[14]。本試驗(yàn)表明，R3模式較R1、R2棉花生育期天數(shù)縮短1～6 d，霜前花率提升1～4個(gè)百分點(diǎn)?？梢?，行距配置影響棉花生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，寬行越寬，窄行越窄，生育期相對(duì)延后。

3.2 不同機(jī)采棉種植模式下不同品種植株形態(tài)結(jié)構(gòu)差異

在新疆“矮密早膜”的栽培模式下，植株群體與個(gè)體存在著相互的矛盾。植株高度、始果節(jié)高度、平均果枝長(zhǎng)度、葉柄長(zhǎng)度可以間接反映果枝的交錯(cuò)程度和冠層結(jié)構(gòu)，對(duì)采凈率影響較大；植株始果節(jié)位、莖粗和單株結(jié)鈴數(shù)則對(duì)機(jī)采產(chǎn)量影響較大[13-16]。對(duì)機(jī)采棉種植模式下植株形態(tài)指標(biāo)的方差分析結(jié)果表明，機(jī)采棉種植模式對(duì)植株株高、果枝長(zhǎng)度等7個(gè)主要形態(tài)特征影響顯著，品種決定植株始果節(jié)高度和始果節(jié)位。李建峰等[16]也得出相同結(jié)論，機(jī)采棉株行距配置對(duì)果枝始節(jié)高度影響較小，果枝始節(jié)受品種影響較大。王聰在北疆的試驗(yàn)結(jié)果表明[13]，行距變化對(duì)果枝長(zhǎng)度的影響均表現(xiàn)為隨行距的減小，密度的增加，果枝長(zhǎng)度逐漸減小。但本試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)采棉種植模式對(duì)不同品種棉花植株形態(tài)的影響不同。對(duì)于新陸中54號(hào)，增加行距會(huì)使植株果枝長(zhǎng)度，果枝臺(tái)數(shù)增加，增強(qiáng)單株個(gè)體優(yōu)勢(shì)；但對(duì)于新陸中75號(hào)，增加行距會(huì)使果枝長(zhǎng)度降低，R3模式下單株株形更緊湊，結(jié)鈴性更強(qiáng)。

3.3 機(jī)采棉種植模式下棉花主要機(jī)采形態(tài)指標(biāo)間相關(guān)性

多數(shù)研究表明，塑造合理株形是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一，因此農(nóng)藝性狀與作物產(chǎn)量關(guān)系密切，可以通過農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量間的通徑分析來確定各農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)和作用[17-21]。加力肯·馬地亞爾對(duì)非機(jī)采棉種植模式下棉花的產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的研究表明[22]，棉花的產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的通徑系數(shù)由高到低依次為：鈴重>衣分>果枝臺(tái)數(shù)>總鈴數(shù)>單株鈴數(shù)>第一果枝節(jié)位>生育期>株高。對(duì)于機(jī)采棉，不僅要保證高產(chǎn)，而且還要保證較高的采凈率以及較低的籽棉含雜率，因此機(jī)采棉對(duì)植株農(nóng)藝性狀要求更嚴(yán)格才能保證機(jī)藝高度配套。努斯熱提·吾斯曼等[23]在機(jī)采棉種植模式下的研究表明棉花株高、果枝始節(jié)、葉片大小、出苗-現(xiàn)蕾、現(xiàn)蕾-開花與第一果枝高度呈極顯著或顯著正相關(guān)，節(jié)間長(zhǎng)度、開花-吐絮、生育期與第一果枝高度正負(fù)相關(guān)不顯著，早熟機(jī)采棉在生長(zhǎng)前期快速生長(zhǎng)發(fā)育為適合機(jī)采且高產(chǎn)提供了有利的遺傳基礎(chǔ)。本試驗(yàn)表明，株高與始果節(jié)高度、果枝臺(tái)數(shù)、葉形指數(shù)呈極顯著相關(guān)，說明株高與植株各形態(tài)關(guān)系密切，塑造植株合理株型的關(guān)鍵在于對(duì)株高的調(diào)控；適當(dāng)增加株高，可以提高始果節(jié)高度，有利于提高機(jī)采采凈率。莖粗與果枝臺(tái)數(shù)和單株結(jié)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)，說明增加植株莖粗和一定范圍內(nèi)提高果枝臺(tái)數(shù)可以增加植株個(gè)體的結(jié)鈴數(shù)，增加莖粗是提高單株結(jié)鈴數(shù)的關(guān)鍵。宋敏的研究表明[6]，符合北疆機(jī)采的棉花品種株高65～70 cm，始果枝節(jié)位高度18～20 cm，有效果枝數(shù)6～7臺(tái)，單株結(jié)鈴6～7個(gè)，始果節(jié)位5～5.8節(jié)，果枝類型Ⅰ-Ⅱ式分枝，株型緊湊；較適合南疆機(jī)采的品種株高70～75 cm，始果枝節(jié)位高度18～20 cm，有效果枝數(shù)8～9臺(tái)，單株結(jié)鈴8～9個(gè)，始果節(jié)位5～5.8節(jié)，果枝類型Ⅱ式分枝，株型緊湊。棉株形態(tài)直接影響采棉機(jī)的采凈率、機(jī)采棉花含雜率等。本試驗(yàn)表明，新陸中54號(hào)在R3模式下表現(xiàn)較好，更符合機(jī)采要求；新陸中75號(hào)在R2、R3模式下表現(xiàn)均較好，但R3模式下更優(yōu)。

4 結(jié) 論

綜上所述，與一膜六行機(jī)采棉種植模式相比，一膜四行機(jī)采棉種植模式下植株果枝臺(tái)數(shù)增加，生育期縮短，霜前花率高，單株鈴數(shù)增加，因此既能保證產(chǎn)量又更符合機(jī)械采收要求。不同品種間始果節(jié)高度、始果節(jié)位和果枝長(zhǎng)度等農(nóng)藝性狀差異明顯。新陸中75號(hào)較新陸中54號(hào)株形更緊湊，始果節(jié)高度更高，生育期短，霜前花率高，吐絮相對(duì)更集中，更適于下霜早積溫相對(duì)低的南疆地區(qū)種植。株高與其它農(nóng)藝性狀關(guān)系最為緊密，莖粗與產(chǎn)量關(guān)系最為緊密。需打破傳統(tǒng)的“矮密早”棉花栽培模式，在苗期促生長(zhǎng)增加株高，提高始果節(jié)高度；通過降低密度增加莖粗保證植株健壯從而提高單株結(jié)鈴和防止后期倒伏機(jī)械采收。