不同機(jī)采棉種植模式和種植密度對(duì)棉田土壤水熱效應(yīng)及產(chǎn)量的影響

張恒恒，王香茹，胡莉婷，龐念廠，貴會(huì)平，董 強(qiáng)，阮 康，宋美珍，張西嶺

不同機(jī)采棉種植模式和種植密度對(duì)棉田土壤水熱效應(yīng)及產(chǎn)量的影響

張恒恒1，王香茹1，胡莉婷2，龐念廠1，貴會(huì)平1，董 強(qiáng)1，阮 康1，宋美珍1，張西嶺1※

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安陽(yáng) 455000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

新疆機(jī)采棉生產(chǎn)中農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的不融合是導(dǎo)致棉花纖維品質(zhì)下降和采凈率低的主要原因，優(yōu)化機(jī)采棉株行距配置是實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的重要途徑。該研究于2018－2019年進(jìn)行了“矮密早”（1膜6行，66+10 cm寬窄行）、“寬早優(yōu)”（1膜3行，76 cm等行距）2種種植模式和13.5、18.0和22.5萬(wàn)株/hm23個(gè)種植密度的定位試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)棉花全生育期的土壤溫度和土壤水分動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合棉花產(chǎn)量分析農(nóng)田水分利用效率，綜合評(píng)價(jià)不同機(jī)采棉種植模式的生產(chǎn)適應(yīng)性。結(jié)果表明，不同種植模式和密度影響土壤溫度，但不存在互作效應(yīng)。不同處理下耕層土壤溫度變化規(guī)律一致，隨著氣溫升高土壤溫度逐漸增加，棉花封壟郁閉后，土壤溫度迅速下降并波動(dòng)。在生育前期（5－6月），不同種植模式和密度下耕層土壤溫度無(wú)顯著性差異，而“寬早優(yōu)”模式提高了花期和鈴期的土壤溫度，比“矮密早”模式平均高1.7 ℃。“寬早優(yōu)”模式的全生育期耕層土壤積溫較“矮密早”模式顯著提高8.3%～9.9%（<0.05），主要提升了花鈴期的土壤積溫；從全生育期耗水量來(lái)看，“寬早優(yōu)”模式的耗水量低于“矮密早”模式，降低0.8～6.7 mm；提高種植密度會(huì)降低耕層土壤積溫，增加棉田耗水量。“寬早優(yōu)”模式提高了棉花籽棉產(chǎn)量和水分利用效率，其中2019年較“矮密早”模式分別顯著提高17.5%和18.8%（<0.05）?！皩捲鐑?yōu)”模式可以改善棉花生長(zhǎng)的土壤水熱條件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率的大幅提高，是更為優(yōu)化的機(jī)采棉種植模式，適合大面積推廣。

溫度；產(chǎn)量；耗水量；種植模式；水分利用效率；棉花

0 引 言

新疆屬典型大陸性干旱氣候，光熱資源豐富，是中國(guó)植棉面積和產(chǎn)量最大的省份，截止2019年，新疆植棉面積占據(jù)了全國(guó)的76%，產(chǎn)量占全國(guó)的85%。隨著新疆棉花生產(chǎn)機(jī)械化水平的提高，傳統(tǒng)的“矮密早”種植模式由于種植密度過(guò)大導(dǎo)致化學(xué)脫葉催熟效果差，機(jī)采棉含雜率高，原棉品質(zhì)降低，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝不融合[1]。同時(shí)新疆地區(qū)干旱少雨和低溫冷害對(duì)棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有重大影響。因此，采取高效的種植模式，增加土壤溫度和水分利用效率，提高棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)，對(duì)于保證新疆棉花提質(zhì)增效和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

優(yōu)化棉花種植模式是構(gòu)建合理冠層結(jié)構(gòu)，提高棉花群體生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，加快機(jī)械化生產(chǎn)的重要栽培措施?！鞍茉纭狈N植模式（66+10 cm寬窄行）存在機(jī)采脫葉效果差、含雜率高、纖維品質(zhì)下降等問(wèn)題，“寬早優(yōu)”種植模式（76 cm等行距）在“矮密早”基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和發(fā)展，通過(guò)“擴(kuò)行、降密、壯株和拓高”等方式，使棉花株型滿足機(jī)采要求，早熟性好，化學(xué)脫葉效果好，機(jī)采棉含雜率低，產(chǎn)量高，纖維品質(zhì)好[2-6]。對(duì)于不同種植模式下密度效應(yīng)的研究已有大量報(bào)道[7-10]，合理的種植密度可使棉花群體和個(gè)體協(xié)調(diào)發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的重要途徑，取決于氣候條件、種植模式、品種、土壤質(zhì)量等因素。土壤水熱條件是限制作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子，土壤水鹽分布和土壤生化過(guò)程，直接或間接影響棉花的生長(zhǎng)。播期、種植方式等田間管理會(huì)引起棉花對(duì)生長(zhǎng)物候環(huán)境（土壤水熱、氣溫等）差異的不同響應(yīng)，進(jìn)而改變棉花干物質(zhì)累積與分配過(guò)程，最終影響棉花產(chǎn)量[11-12]。棉花的生育進(jìn)程、棉鈴的發(fā)育都需要合適的溫度，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)產(chǎn)生不利影響。因此，研究不同機(jī)采棉種植模式及密度下土壤水熱效應(yīng)對(duì)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量非常重要。

關(guān)于不同棉花種植方式下土壤溫度和水分利用效率的研究大多集中于覆蓋方式（覆膜、秸稈等）、灌溉方式（膜下滴灌、漫灌等）、耕作方式（壟作、平作等）或種植制度（麥后棉、麥套棉等）等[13-16]，尚缺少不同機(jī)采棉種植模式和種植密度對(duì)棉田土壤水熱狀況和作物生長(zhǎng)影響、缺少不同種植模式土壤溫度和水分實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，需進(jìn)一步深入研究，從水熱效應(yīng)挖掘棉花增產(chǎn)潛力。

本研究對(duì)2種種植模式和3種種植密度下土壤溫度和水分進(jìn)行連續(xù)2 a的監(jiān)測(cè)，研究不同種植模式和密度對(duì)土壤溫度、耗水量及產(chǎn)量的影響，旨在為新疆棉區(qū)棉花高產(chǎn)高效栽培及機(jī)械化管理提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018－2019年在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所胡楊河試驗(yàn)站進(jìn)行（44°44′N(xiāo)，84°48′ E，海拔481 m），試驗(yàn)區(qū)屬于溫帶大陸性干旱氣候，年均降水量182.1 mm，蒸發(fā)量1 710 mm，年日照時(shí)數(shù)2 679 h，年平均溫度7.4 ℃，≥10 ℃年積溫3 987.7 ℃，無(wú)霜期180 d，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全依賴于灌溉，土壤質(zhì)地為黏壤土，土壤肥力屬于中等，耕層土壤pH值8.3，有機(jī)質(zhì)含量19.8 g/kg，全氮0.74 g/kg，堿解氮51.1 mg/kg，速效磷5.1 mg/kg，速效鉀210.2 mg/kg。2018－2019年日平均氣溫與降雨量如圖1所示。

圖1 2018－2019年棉花生育期日平均氣溫與降雨量

試驗(yàn)材料為中棉所109，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為機(jī)采棉種植模式，分別為“矮密早”種植模式（1膜6行，M1）和“寬早優(yōu)”種植模式（1膜3行，M2），種植方式如圖2。

圖2 不同機(jī)采棉種植模式的示意圖

副區(qū)為種植密度，2018年設(shè)2個(gè)密度，分別為13.5萬(wàn)株/hm2（D1）、18.0萬(wàn)株/hm2（D2），2019年設(shè)3個(gè)密度，分別為13.5萬(wàn)株/hm2（D1）、18.0萬(wàn)株/hm2（D2）和22.5萬(wàn)株/hm2（D3），試驗(yàn)共6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為14.9 m2（2.08 m× 7.2 m）。2018年4月22日播種，9月21日收獲，2019年4月20日播種，9月25日收獲。棉花全生育期內(nèi)隨水滴施300 kg/hm2磷酸二氫銨、75 kg/hm2氯化鉀和60 kg/hm2腐殖酸，全生育期共滴施11次。其他田間管理措施與高產(chǎn)田管理一致。

1.2 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.2.1 耕層土壤溫度及積溫

土壤溫度采用智能全自動(dòng)土壤溫濕度記錄儀（杭州路格科技有限公司，L99-TWS-3）測(cè)定，在整個(gè)棉花生育期間連續(xù)測(cè)定棉花行間膜下5、15和25 cm深度土壤溫度，每隔30 min測(cè)定1次，數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)記錄。

采用公式（1）計(jì)算[15]耕層土壤積溫：

式中T為耕層積溫，℃；T是第天0～25 cm土壤平均溫度；為棉花生育期的天數(shù)，d。

1.2.2 農(nóng)田耗水量

于棉花生育期間采用智能全自動(dòng)土壤溫濕度記錄儀分別連續(xù)測(cè)定20、40和60 cm土層的土壤體積含水率。

土壤貯水量計(jì)算公式為

式中為土壤貯水量，mm；w是第層土壤體積含水率，cm3/cm3；h為各土層高度，cm；為土壤層總數(shù)，=3。

農(nóng)田耗水量ET采用水量平衡法[15,17]計(jì)算：

式中ET為農(nóng)田耗水量，mm；為不同生育期土壤貯水量的消耗量，mm；為不同生育期的灌水量，mm；為不同生育期的降雨量，mm；為地下水補(bǔ)給量，mm；為土壤水分滲漏量，mm；為地表徑流量，mm。由于試驗(yàn)地區(qū)降雨量極少，地塊平整，地下水埋深大于5 m，因此、、忽略不計(jì)。

1.2.3 產(chǎn)量及水分利用效率

收獲期對(duì)各小區(qū)進(jìn)行實(shí)收，測(cè)定籽棉產(chǎn)量。水分利用效率的計(jì)算公式為

式中WUE為水分利用效率，kg/(mm·hm2)；為籽棉產(chǎn)量，kg/hm2；ET為棉花生育期內(nèi)耗水量，mm。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，采用SigmaPlot 14.0（Systat Software, Inc.USA）軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕層土壤溫度與土壤積溫的變化

2018－2019年不同處理下棉花田間耕層土壤溫度的動(dòng)態(tài)變化如圖3和圖4所示。由圖3可知，在整個(gè)生育期各處理的耕層土壤溫度變化趨勢(shì)基本一致。在生育前期，土壤溫度隨著氣溫的回升而逐步升高，主要受大氣溫度和太陽(yáng)輻射的影響，到6月中旬達(dá)到頂峰（30.3～34.6 ℃），但隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，土壤溫度開(kāi)始下降，這是由于棉花封行且郁閉度增加，遮陰效果增強(qiáng)，地膜覆蓋效果減弱引起的。對(duì)于種植模式來(lái)說(shuō)，在苗期和蕾期階段，2種種植模式的耕層土壤溫度無(wú)顯著性差異，但從開(kāi)花期到吐絮期前，M2模式下耕層土壤溫度都高于M1模式，平均高1.7 ℃。在棉花整個(gè)生育期中，隨著種植密度的提高，耕層土壤溫度的變化程度逐漸減弱，種植密度從D1增加到D3，平均土壤溫度僅下降0.5 ℃。

注：D1為種植密度13.5 萬(wàn)株·hm-2，D2為種植密度18 萬(wàn)株·hm-2，D3為種植密度22.5 萬(wàn)株·hm-2。下同。

圖4 不同種植密度下種植模式對(duì)耕層土壤溫度的影響

對(duì)2018－2019年不同處理下棉花全生育期耕層積溫進(jìn)行分析，結(jié)果如表1。不同種植模式下耕層土壤積溫為M2顯著高于M1（<0.05），與M1處理相比，M2處理的耕層積溫在2018年和2019年分別提高了8.3%～9.9%和8.3%～8.6%，表明“寬早優(yōu)”種植模式可以有效提高耕層土壤積溫。種植密度對(duì)耕層土壤積溫的影響未達(dá)到顯著水平，在不同年份和種植模式下，耕層積溫隨種植密度的提高均呈下降趨勢(shì)。密度大由于植株對(duì)地面的遮陰率更大，減少了到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射量，D3的耕層積溫最小。種植模式和種植密度對(duì)土壤耕層積溫?zé)o互作效應(yīng)。

不同處理對(duì)棉花各生育時(shí)期耕層積溫的影響如圖5。種植模式對(duì)耕層土壤積溫影響顯著，與M1處理相比，M2處理在2018年顯著提高了花期和鈴期的耕層土壤積溫，分別達(dá)到20.0%和13.1%，而在2019年顯著提高了蕾期和花期的耕層積溫，分別達(dá)到12.5%和10.4%，這與土壤溫度變化規(guī)律一致。說(shuō)明與“矮密早”模式相比，“寬早優(yōu)”模式的增溫作用主要體現(xiàn)在棉花的生殖生長(zhǎng)階段，有助于產(chǎn)量的形成。種植密度對(duì)耕層積溫?zé)o顯著影響，除苗期外，耕層土壤積溫隨著種植密度的增加呈降低變化。

表1 2018－2019年不同處理的棉花田間耕層土壤積溫

注：同列不同小寫(xiě)字母表示不同種植密度間差異顯著（<0.05）；同列不同大寫(xiě)字母表示不同種植模式處理間差異顯著（<0.05）；*、**分別表示在0.05、0.01水平上顯著相關(guān)，ns表示不顯著。下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences in different planting density (0.05); Different uppercase letters in the same column indicate significant differences in different planting patterns (<0.05); * and ** represent significant differences at 0.05 and 0.01 levels, ns indicate no significance. The same as below.

注：不同小寫(xiě)字母表示處理間在0.05水平差異顯著。下同。

2.2 棉花耗水特征

對(duì)2018－2019年不同處理下棉花耗水量進(jìn)行分析（表2），結(jié)果表明，與M2處理相比，M1處理的耗水量增加0.8～6.7 mm，但未達(dá)到顯著水平。同一種植模式下，隨著種植密度的提高，棉花全生育期的耗水量隨之顯著提高（<0.05），2018年，種植密度從13.5萬(wàn)株/hm2增加到18萬(wàn)株/hm2，耗水量增加4.9%；2019年，種植密度從13.5萬(wàn)株/hm2增加到22.5萬(wàn)株/hm2，耗水量增加4.3%。棉花各生育期耗水量的變化特征表明（圖6），棉花耗水主要集中在蕾期、花期和鈴期，不同種植模式下各生育時(shí)期棉花耗水量無(wú)顯著性差異；“寬早優(yōu)”模式主要提高花期的田間耗水量（1.9～6.0 mm），在其他時(shí)期耗水量低于“矮密早”模式。在苗期和蕾期，隨著種植密度的提高耗水量略微降低；花期到鈴期的棉花耗水量隨著種植密度的增加而增加。

表2 不同處理的棉田耗水量

圖6 不同處理對(duì)棉花各生育期耗水量的影響

2.3 棉花產(chǎn)量及水分利用效率

種植模式和種植密度對(duì)籽棉產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成和WUE的影響如表3所示。棉花籽棉產(chǎn)量在不同年份間差異較大，2019年產(chǎn)量顯著低于2018年，這是由于后期氣溫不足，部分棉鈴未吐絮或吐絮不暢，不能形成產(chǎn)量。在2018年，“寬早優(yōu)”模式下籽棉產(chǎn)量比“矮密早”模式略高，但差異不顯著；而在2019年，“寬早優(yōu)”模式下籽棉產(chǎn)量比“矮密早”模式高17.5%，達(dá)到顯著性水平（<0.05），主要通過(guò)顯著影響單位面積鈴數(shù)提高籽棉產(chǎn)量，2a間“寬早優(yōu)”模式呈現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)態(tài)勢(shì)。種植密度顯著影響籽棉產(chǎn)量（<0.05），籽棉產(chǎn)量隨著種植密度的增加顯著增加7.3%～13.7%。

年際間種植模式對(duì)水分利用效率影響不同，2018年，種植模式對(duì)水分利用效率無(wú)顯著性影響，而2019年，“寬早優(yōu)”模式比“矮密早”模式顯著提高18.8%（<0.05）。2 a間種植密度對(duì)水分利用效率無(wú)顯著性影響。

表3 不同處理對(duì)棉花全生育期水分利用效率和產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

3 討 論

3.1 種植模式和種植密度對(duì)耕層土壤溫度和積溫的影響

土壤溫度是土壤熱狀況的綜合表征指標(biāo)，直接或間接作用于作物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)過(guò)程[18-21]。棉花屬于喜溫作物，不同行距配置和種植密度均會(huì)導(dǎo)致土壤溫度和有效積溫的差異，進(jìn)而影響棉花的生長(zhǎng)發(fā)育。本研究發(fā)現(xiàn)在生育前期（苗期和蕾期），“寬早優(yōu)”模式和“矮密早”模式下耕層土壤溫度和有效積溫?zé)o顯著性差異，但“寬早優(yōu)”模式可以明顯改善全生育期耕層土壤積溫，較“矮密早”模式提高了8.3%～9.9%。這是因?yàn)?，在生長(zhǎng)前期棉花植株冠層覆蓋度小，地面能直接吸收太陽(yáng)輻射，2種種植模式的增溫保墑效果基本相同。進(jìn)入蕾期后，棉花逐漸生長(zhǎng)，形成較大的作物冠層，阻礙了地面接收太陽(yáng)輻射，地膜增溫效應(yīng)減弱，同時(shí)田間開(kāi)始滴灌進(jìn)水，水的比熱容大，土壤升溫速度慢，棉田土壤溫度開(kāi)始降低并上下波動(dòng)。但“寬早優(yōu)”模式的土壤溫度要高于“矮密早”模式，在生殖生長(zhǎng)階段形成較高的土壤積溫。這可能由于與（66+10）cm寬窄行模式相比，76 cm等行距模式下棉花生育前期單株發(fā)育快，群體葉面積指數(shù)及光吸收率增長(zhǎng)迅速，形成合理的冠層結(jié)構(gòu)，一方面有利于棉花中后期生長(zhǎng)發(fā)育，能維持較高的群體葉面積及光吸收率，干物質(zhì)積累量大進(jìn)而利于獲得高產(chǎn)[3,22-24]；另一方面群體通風(fēng)透光性高，地面能吸收更多的太陽(yáng)輻射，保持相對(duì)穩(wěn)定的土壤溫度，利于棉花的生長(zhǎng)。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著種植密度的提高，耕層土壤積溫逐漸下降，且在蕾期后的生育時(shí)期變化規(guī)律一致。對(duì)于種植密度，作物冠層遮蓋是影響土壤溫度的主要因素，在苗期，植株矮小，無(wú)遮蓋作用，各密度處理間地面接收太陽(yáng)輻射能相差不大，土壤積溫?zé)o差異；到花期以后，高密度處理易形成較大的冠層結(jié)構(gòu)，棉花封壟之后阻礙太陽(yáng)輻射到達(dá)地面，大大降低了地溫。

3.2 種植模式對(duì)棉花耗水、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

新疆是大陸性干旱氣候，干旱、灌溉用水不足和水分利用率低之間的矛盾限制了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，配套合理的種植模式對(duì)于提高棉花水分利用效率和產(chǎn)量具有重要意義。本研究發(fā)現(xiàn)，“寬早優(yōu)”種植模式增加了花期的耗水量，降低了其他生育時(shí)期的耗水，全生育期的耗水量總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。研究表明，一膜三行模式會(huì)使棉花生育期提前，開(kāi)花和吐絮進(jìn)程加快[3-4,25]。這可能因?yàn)楹线m的土壤溫度和高耗水量滿足了棉花生長(zhǎng)的需求，增加了生殖器官干物質(zhì)的積累及持續(xù)時(shí)間。在本研究中，棉花全生育期耗水量隨著種植密度的增加而增加，這與孫仕軍等[26]研究結(jié)果一致。增加種植密度而增加的耗水量主要是由棉花花鈴期耗水量的增加導(dǎo)致，可能由于該時(shí)期土壤水分供應(yīng)充足，群體植株間沒(méi)有形成水分競(jìng)爭(zhēng)，可滿足植株正常需水量。

水熱條件是作物生長(zhǎng)發(fā)育需求的重要環(huán)境因素，作物產(chǎn)量的形成往往是二者綜合作用的結(jié)果[27]。與“矮密早”種植模式相比，“寬早優(yōu)”種植模式提高了全生育期的土壤有效積溫，降低了棉花耗水量，影響棉花生長(zhǎng)發(fā)育并最終提高了棉花產(chǎn)量和水分利用效率。“寬早優(yōu)”種植模式作為一種新的種植模式，可以構(gòu)建合理的冠層結(jié)構(gòu)，使棉花生育中后期植株間通風(fēng)透光，利于棉花群體進(jìn)行光合作用和干物質(zhì)累積，增加鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量，顯著提高棉花籽棉產(chǎn)量[3-4,24,28]。本研究表明“寬早優(yōu)”種植模式具備較好的蓄水保墑能力，可顯著改善土壤表層的熱量條件，顯著提高了棉花的籽棉產(chǎn)量和水分利用效率。Dai等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在一定種植密度范圍內(nèi)，棉花產(chǎn)量隨種植密度的增加而增加。本研究得出相似結(jié)論，這是由于合理的種植密度可以形成強(qiáng)大的冠層結(jié)構(gòu)，截獲更多的光合有效輻射，增強(qiáng)群體光合作用能力，進(jìn)而提高產(chǎn)量。同時(shí)隨著種植密度的提高，棉花水分利用效率增加，高密度種植一方面增加了作物耗水量，另一方面降低了蒸發(fā)和蒸騰比例，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了作物水分的高效利用。

隨著新疆棉花機(jī)械化生產(chǎn)程度的提高，生產(chǎn)中棉花脫葉效果達(dá)不到機(jī)采要求，機(jī)采棉含雜率高，原棉品質(zhì)差等問(wèn)題突出?！皩捲鐑?yōu)”種植模式作為一種新的機(jī)采棉種植模式，行間通風(fēng)透光性好，提高了脫葉率和采凈率，降低了掛枝率和含雜率，機(jī)械采收質(zhì)量佳，增產(chǎn)潛力大，可作為高效的種植模式在新疆進(jìn)行大面積推廣。同時(shí)加強(qiáng)適宜模式的機(jī)采棉品種、配套化學(xué)打頂和脫葉催熟等技術(shù)及“光溫水”理論等方面的研究，進(jìn)一步挖掘“寬早優(yōu)”模式的增產(chǎn)提質(zhì)潛力，對(duì)促進(jìn)新疆棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié) 論

1）“寬早優(yōu)”種植模式改變了棉花不同生育時(shí)期內(nèi)的土壤水熱狀況，在整個(gè)生育期，耕層土壤有效積溫較“矮密早”模式顯著增加8.3%～9.9%；尤其花鈴期，耕層土壤溫度平均增加1.7 ℃，從棉花全生育期耗水量來(lái)看，“寬早優(yōu)”模式降低了棉田耗水量，但2種模式間無(wú)顯著性差異。

2）種植密度對(duì)棉田土壤溫度和水分影響不同，在一定范圍內(nèi)，增加種植密度使得耕層土壤積溫降低，而耗水量和籽棉產(chǎn)量分別顯著提高4.3%～4.9%和7.3%～13.7%。

3）不同種植模式對(duì)籽棉產(chǎn)量和水分利用效率影響顯著，年際間差異明顯，其中2019年“寬早優(yōu)”種植模式較“矮密早”種植模式分別顯著提高17.5%和18.8%，“寬早優(yōu)”種植模式能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)或顯著增產(chǎn)，主要通過(guò)提高單位面積結(jié)鈴數(shù)，從而提高籽棉產(chǎn)量和水分利用效率。綜合研究表明，“寬早優(yōu)”種植模式可作為高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的機(jī)采棉模式進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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Effects of different machine-harvested cotton planting patterns and planting densities on soil hydrothermal conditions and cotton yield

Zhang Hengheng1, Wang Xiangru1, Hu Liting2, Pang Nianchang1, Gui Huiping1, Dong Qiang1, Ruan Kang1, Song Meizhen1, Zhang Xiling1※

(1./,455000,; 2.,,100193)

A perfect matching between current machine-harvested cotton pattern and agricultural machinery can greatly contribute to fiber quality and the picking rate in mechanical harvesting. An effective way can be to optimize the row space, thereby to achieve the integration of agricultural machinery and agronomy for machine-harvested cotton. In this study, two machine-harvested cotton patterns were selected, including the “aimizao” planting pattern (six lines per film with wide-narrow row spacing, 66+10 cm), and the “kuanzaoyou” planting pattern (three lines per film with equal row spacing, 76 cm) in 2018-2019, as well as 3 planting densities of 135 000, 180 000 and 225 000 plants/hm2. The dynamic changes of soil temperature and soil moisture were monitored during the whole cotton growth period, and the water use efficiency was analyzed combined with the cotton yield, in order to compressively evaluate the applicability of different machine-harvested cotton pattern. The results showed that different machine-harvested cotton patterns and planting densities can affect the soil temperature, but there was no interaction effect. The variation characteristics of soil temperature were consistent under different treatments. With the increase of atmospheric temperature, soil temperature increased, but decreased rapidly and fluctuated after the cotton ridges were closed. There was no significant difference in soil temperature of plough layer under different planting patterns and planting densities in the early growth stage (May to June). However, the soil temperature in flowering and boll setting stage increased by the “kuanzaoyou” planting pattern, where 1.7 ℃ on average higher than that of “aimizao” planting pattern. The accumulated soil temperature of plough layer in the whole growth period under the “kuanzaoyou” pattern significantly increased by 8.3%-9.9% (<0.05), compared with that of the “aimizao” pattern. In the water consumption during the whole growth period, the water consumption in the “kuanzaoyou” pattern was lower than that of the “aimizao” pattern, but the difference was not significant. Increasing planting density can reduce the accumulated temperature of plough layer, but increase the water consumption of the cotton field. Compared with the “aimizao” planting pattern in 2019, the “kuanzaoyou” planting pattern significantly increased the yield and water use efficiency by 17.5% and 18.8% (<0.05), respectively. It infers that the “kuanzaoyou” pattern can be used to improve the soil hydrothermal conditions of cotton growth, and thereby to achieve a significant increase in yield and water use efficiency. A more suitable mechanically picked planting pattern can be widely used to promote the cotton mechanical harvesting in Xinjiang, China.

temperature; yield; water consumption; planting patterns; water use efficiency; cotton

張恒恒，王香茹，胡莉婷，等. 不同機(jī)采棉種植模式和種植密度對(duì)棉田土壤水熱效應(yīng)及產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(23)：39-47.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.005 http://www.tcsae.org

Zhang Hengheng, Wang Xiangru, Hu Liting, et al. Effects of different machine-harvested cotton planting patterns and planting densities on soil hydrothermal conditions and cotton yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(23): 39-47. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.005 http://www.tcsae.org

2020-08-24

2020-11-21

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（1610162020020503，Y2020CG06，Y2018PT78）；第七師胡楊河市財(cái)政科技計(jì)劃項(xiàng)目（2020C16）

張恒恒，助理研究員，研究方向?yàn)槊尢锓柿μ嵘mail：zhanghengheng1314@163.com

張西嶺，研究員，主要從事植棉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究。Email：hainan1571@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.005

S152.7; S318

A

1002-6819(2020)-23-0039-09