密度對分期收獲濱海鹽堿地機采棉的產量和品質一致性影響

馮國藝，張謙，祁虹，王樹林，雷曉鵬，杜海英，王燕，梁青龍，林永增

(河北省農林科學院 棉花研究所/農業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北 石家莊 050051)

我國是世界植棉大國，隨著社會發(fā)展和人民生活水平提高，棉花種植用工多、品質一致性差、效益低的問題日益凸顯，成為影響我國棉花產業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展和原棉國際競爭力提高的重要障礙之一[1，2]。同時我國也是人口大國，糧棉爭地矛盾突出，棉花具有較強抗逆耐鹽堿性，我國濱海鹽堿耕地面積廣闊，交通便利，具有較大的種植開拓潛力。在濱海鹽堿地開展輕簡化植棉有利于緩解糧棉爭地的矛盾，但現有機采棉技術模式下一次性收獲與品質一致性存在較為尖銳的矛盾；因此在濱海鹽堿地開展機采模式下提高棉花產量和纖維品質一致性的栽培調控技術研究對我國棉花產業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及優(yōu)化農業(yè)種植布局具有重要意義。

棉花(G. hirsutum L.)具有無限生長習性，現蕾、開花、成鈴和吐絮時間跨度大，種植密度作為棉花栽培的關鍵技術是影響棉花產量與品質的重要因素[3]。種植密度對棉花產量和品質的有顯著影響[4]。以往研究主要集中在密度對產量和纖維品質的影響[5～11]，對不同生態(tài)區(qū)提高產量和品質的適宜密度及其生理機制進行了深入研究，關于密度對產量形成和纖維品質一致性的影響研究較少。濱海鹽堿地棉花吐絮期較長，而且不同部位棉鈴纖維品質存在明顯差異，現有機采模式下，催熟脫葉并集中收獲嚴重影響棉花產量，將處于不同發(fā)育階段纖維混收，導致棉花品質指標參差不齊，對后續(xù)棉纖維紡織加工極為不利。因此探討現有機采模式下通過調整密度和有限次數的統(tǒng)一收獲提高產量和棉花纖維收獲品質的一致性，對促進濱海鹽堿地植棉技術輕簡化和提高植棉效益具有重要理論意義。本研究通過對不同密度下棉花分次收獲并測定相應批次的產量和纖維品質，以期確定濱海鹽堿地機采模式下實現產量和品質一致性提高的合理密度和收獲策略。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設計

試驗于2017年在河北省國營海興農場(38°21′N，117°31′E)進行。前茬作物為棉花，為一年一熟制，棉田土質為中壤，有機質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。4月10日測定0～20 cm耕層含鹽量：0～10 cm為2.65 g·kg-1，10～20 cm為1.78 g·kg-1。在開溝器犁出的10 cm左右深的窄溝中播種，種子覆土厚度3～5 cm。播種時施入尿素450 kg·hm-2，過磷酸鈣750 kg·hm-2。采用寬膜覆蓋栽培，1膜2行，行距配置為80 cm，先點播后鋪膜。

試驗選用品種為當地主栽品種石抗126，為抗蟲常規(guī)棉，生育期124 d，密度設置3×104株·hm-2(M1)、6×104株·hm-2(M2)、9×104株·hm-2(M3)、12×104株·hm-2(M4)和15×104株·hm-2(M5)五個水平，每個處理分9月10日、9月20日、9月30日、10月10日、10月20日、10月30日共6個時期進行收獲。每個處理3次重復，7月20日左右打頂。生育前期加強水肥管理，保證各密度株高、莖粗、第一鈴著生高度等滿足機采要求，其他田間管理同大田生產。

1.2 測試項目及方法

1.2.1 產量和品質分期測定。每個小區(qū)收獲3行，每行取中間6 m，分期實收測產。每次收獲測產混勻后鋸齒軋花，并稱重測定衣分。棉花纖維品質由河北省出入境檢驗檢疫局測定，基于HVICC標準測定纖維上半部平均長度、長度整齊度指數、斷裂比強度以及馬克隆值。

1.2.2 小區(qū)產量及構成因子測定。每小區(qū)吐絮后除保護行和分期收獲行外，收獲前每行選代表性植株5株，共計40棵，調查單株成鈴數，并風干測定平均鈴重；每行取10個中部內圍鈴軋花后測定衣分。記錄小區(qū)實收籽棉產量，并據其與衣分計算皮棉產量。

1.3 數據處理

試驗數據用SPSS11.0進行統(tǒng)計分析，用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結果與分析

2.1 密度對棉花產量及其構成因子的影響

研究表明(表1)，石抗126在M3處理皮棉產量最高，與M4的差異不明顯，均超過1 300 kg·hm-2水平，且與M5的差異小于其他處理。對產量構成因子進一步分析表明，隨密度增加，單株鈴數均而顯著降低，衣分無明顯差異；單鈴重降低，石抗126的M2和M1和M3無明顯差異，2個品種M4和M5單鈴重顯著下降。可見，石抗126的M1、M2和M3處理下密度增加具有明顯的增產效應，M4和M5處理密度增加較好的抵消了單鈴重和單株鈴數下降導致的減產效應。

表1 不同密度處理棉花品種石抗126產量及構成因子Table 1 Yield and yield components of cotton variety Shikang 126 under different densities

注：同一列不同字母表示在0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in same column represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

2.2 密度對棉花籽棉產量形成的影響

研究表明(圖1)，石抗126的9月產量形成比例5個密度處理下均超過了90%，隨密度增加先減小后增加，且隨收獲日期推遲單次收獲產量比例逐漸降低；對9月份每次收獲產量進一步分析，前2次數收獲產量占比(9月10日和9月20日)隨密度增大先增大后減小，石抗126均高于70%，M3和M4處理超過80%。10月份產量形成比例隨密度增大先減小后增大，以及最后一次單次收獲產量比例(10月30日)先增大后減小，隨收獲日期推遲單次收獲產量比例逐漸增大，10月份產量比例5個密度處理下石抗126均低于10%，M3和M4處理且以及最后一次單次收獲產量比例(10月30日)占10月份產量比例超過50%，M3高達63.0%。

圖1 不同密度處理石抗126不同收獲日期籽棉產量比例Fig.1 Seed yield percentage of cotton variety Shikang 126 in different harvest date under each density 注：同一收獲日期不同字母表示在0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters in same harvest date represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

2.3 密度對棉纖維馬克隆值和上半部平均長度形成的影響

研究表明(圖2)，隨密度處理變化棉纖維馬克隆值和上半部平均長度變化規(guī)律不明確。隨收獲日期推遲，石抗126上半部平均長度先下降后上升，纖維馬克隆值在9月和10月分別逐漸增大。石抗126則9月前2次收獲(9月10日和9月20日)M3和M4處理纖維馬克隆值4.62～4.87，上半部平均長度30.0～31.0 mm，收獲間差異較小，M4處理纖維馬克隆值更低，上半部平均長度更長。

2.4 密度對棉纖維長度整齊度指數和斷裂比強度的影響

研究表明(表2)，石抗126隨密度處理變化纖維長度整齊度指數和斷裂比強度變化規(guī)律不明確。隨收獲日期推遲在9月和10月分別逐漸增大。9月前2次收獲(9月10日和9月20日)M3和M4處理纖維長度整齊度指數83.3%～83.8%，斷裂比強度28.4～28.7cN·tex-1，收獲間差異較小，M3處理纖維長度整齊度指數和斷裂比強度更高。

3 討論與結論

種植密度對棉花產量和品質的有顯著影響[4]。我國西北內陸及內蒙棉區(qū)的合理密度主要分布在 22×104～30 ×104株·hm-2[5,11]；在黃河流域等其他棉區(qū)報道的合理密度主要集中在在3×104～6×104株·hm-2區(qū)間[7,9,12]。但適宜的種植密度因不同的生態(tài)區(qū)有很大的不同[13，14]。本研究表明，冀東濱海鹽堿地機采模式下常規(guī)棉石抗126單鈴重和單株鈴數對密度變化較為敏感，單位面積鈴數很大程度上依賴密度增大，因此在較高密度時(9×104～12×104株·hm-2)產量較高，當密度進一步增大時，單位面積鈴數增大受到限制而單鈴重進一步下降從而導致產量有所下降。對產量形成過程分析表明，不同密度下產量主要形成在9月，石抗126在5個密度處理下均超過了90%；在9×104和12×104株·hm-2處理下前2次收獲產量占比(9月10日和9月20日)超過80%。可見，產量及其一致性提高最適密度常規(guī)棉石抗126在9×104～12×104株·hm-2之間。在最適密度時，10月30日一次收獲就占10月產量比例超過了50%，9×104株·hm-2密度處理下高達63.0%，為纖維品質一致性提供了有利條件。

圖2 不同密度石抗126不同收獲期纖維馬克隆值和上半部平均長度情況Fig.2 Fiber micronaire and upper half mean length of cotton variety Shikang 126 in the different harvest date under each density注：同一收獲日期不同字母表示在0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters in same harvest date represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

密度對棉花纖維品質的影響，許多學者給出了不同的結果。董和忠等研究認為密度對纖維品質的影響沒有差異[12,15～17]，也有學者認為對纖維部分指標有影響[5～7,10,18]。本研究表明，纖維品質隨密度改變的變化規(guī)律不太明確，但密度處理對不同收獲日期纖維品質改變較為明顯。隨收獲日期推遲，石抗126纖維上半部平均長度先下降后上升，馬克隆值、長度整齊度指數和斷裂比強度在9月和10月分別逐漸增大。同時，密度顯著改變了不同收獲日期纖維品質的一致性。9月10日和9月20日2次收獲之間9×104和12×104株·hm-2處理下品質差異更小，纖維馬克隆值4.62～4.87，上半部平均長度30.0～31.0 mm，長度整齊度指數83.3%～83.8%，斷裂比強度28.4～28.7 cN·tex-1，12×104株·hm-2纖維馬克隆值更低，上半部平均長度更長；9×104株·hm-2纖維長度整齊度指數和斷裂比強度更高。因此從纖維品質及其一致性提高角度，9×104和12×104株·hm-2均顯著提高常規(guī)棉石抗126大部分產量纖維品質的一致性，但其對品質提高的具體指標不一致，因此應根據紡織生產需求的實際情況進行種植密度調整。

表2不同密度石抗126不同收獲日期纖維長度整齊度指數和斷裂比強度

Table2 Fiber uniformity index and breaking tenacity of cotton variety Shikang 126 in the different harvest date under each density

纖維指標Fiber index密度處理Density收獲日期Harvesting date09-1009-2009-3010-1010-2010-30M183.4±3.49b83.7±3.61b84.6±3.56a82.8±3.17c83.5±3.59b83.7±3.57bM282.7±3.13c83.8±3.63a84.0±3.72a82.9±3.21b83.1±3.31b83.1±3.32b長度整齊度指數/%M383.7±3.60c83.8±3.64c84.3±3.87b82.1±3.82d83.9±3.67c84.8±3.87aM483.3±3.42d83.6±3.56cd84.1±3.78b83.8±3.63c84.0±3.76b84.7±3.80aM582.6±3.87d83.8±3.62c84.2±3.81b83.5±3.51d83.8±3.64c84.6±3.88aM128.3±1.14c29.6±1.21a30.0±1.17a27.5±1.23d28.8±1.32b28.9±1.23bM228.1±1.27e28.4±1.33d28.9±1.36c29.5±1.38b30.0±1.27a30.0±1.21a斷裂比強度/cN·tex-1M328.7±1.35b28.7±1.26b28.9±1.26b27.6±1.30c28.9±1.34b29.7±1.22aM428.4±1.33d28.4±1.24d29.1±1.16b28.1±1.11e28.8±1.31c29.8±1.28aM528.2±1.33c28.8±1.26b29.3±1.27a27.4±1.26e27.9±1.22d28.0±1.22cd

注：同一行同一密度不同字母表示在0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in same row represent significant difference at 0.05 with same density level(P<0.05).

目前機采棉普遍采用的是催熟脫葉統(tǒng)一收獲，這種收獲方式雖然顯著降低了勞動強度，但是將不同發(fā)育狀況的棉纖維混在一起，對棉纖維品質一致性極為不利，不利于滿足高端紡織生產需求。因此研究棉花有限次數的統(tǒng)一收獲及適時化學催熟脫葉有助于提高棉花品質及其一致性。根據棉花產業(yè)的發(fā)展要求，冀東濱海鹽堿地棉花生產不僅要實現輕簡機械化，而且還要克服逆境脅迫實現產量和品質一致性雙提高。因此利用密度和有限次數的統(tǒng)一收獲有可能成為棉花機械化下提高棉花產量和品質一致性的有效途徑。常規(guī)棉石抗126的適宜密度在9×104～12×104株·hm-2之間，在9月下旬對產量主要部分進行一次收獲，之后適時脫葉催熟，10月底將產量其余部分統(tǒng)一收獲，有效保障了棉花纖維品質的一致性。9月下旬冀東濱海鹽堿地棉花葉片脫落現象較少，因此研發(fā)推廣非催熟脫葉技術下棉花機械收獲是實現棉花品質一致性生產輕簡化的關鍵，是提高棉花纖維品質一致性急需進一步解決的技術瓶頸之一。