不同行距配置對南疆機(jī)采棉生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

辛明華，李小飛，韓迎春，王占彪，馮璐，王國平，楊北方，范正義，李鵬程，萬素梅，李亞兵*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/ 棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽455000；2.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300）

南疆植棉區(qū)是新疆棉花的主產(chǎn)區(qū)，也是全國最重要的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地[1-2]。 近年來，由于人工采摘棉花面臨著生產(chǎn)成本過高、 勞動力短缺等問題，棉花機(jī)械化采收得到快速發(fā)展。而南疆機(jī)采棉種植行距配置一般為（66 cm＋10 cm）模式，該模式由于行距較小，密度較大，導(dǎo)致棉花含雜高，加工清理工序相對較多， 對棉花的纖維品質(zhì)均造成一定損傷，并且導(dǎo)致短纖維指數(shù)升高，嚴(yán)重影響了機(jī)采棉的原棉品質(zhì)和品級[3-4]。因此，擴(kuò)大機(jī)采棉種植行距，降低棉花種植密度， 可能可以部分解決機(jī)采棉品質(zhì)問題。 研究表明，行距變化對棉花產(chǎn)量分布與干物質(zhì)累積有較大影響，隨行距增加，機(jī)采棉生育進(jìn)程提前，群體干物質(zhì)積累量較高，增產(chǎn)顯著[5]。 行距配置對棉花群體光合作用具有明顯影響，李建峰等[6]研究表明，棉花生育前期，葉面積指數(shù)和光吸收率增長迅速，干物質(zhì)積累較快，棉花生育后期二者下降緩慢，能維持較高水平，冠層光熱資源分布合理，群體光合生產(chǎn)能力較高。羅宏海等[7]研究發(fā)現(xiàn)，不同配置群體棉花莖葉的空間分布決定光合有效輻射（PAR）的分布，PAR 在不同群體內(nèi)透射率存在顯著差異，且隨密度增加而減少。 此外，Siebert 等[8]、Jost等[9]從不同角度對棉花行距配置進(jìn)行了研究，但由于所用品種、種植密度和試驗(yàn)區(qū)域的不同，結(jié)論也不盡相同。 因此，擬通過研究機(jī)采棉不同行距配置模式對棉花生育進(jìn)程、干物質(zhì)積累、光截獲以及產(chǎn)量的影響，以期為南疆機(jī)采棉的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019 年在中化集團(tuán)MAP 示范農(nóng)場（沙雅縣紅旗鎮(zhèn)依勒尕爾村，41°46'N,82°84'E， 海拔986 m）進(jìn)行。該試驗(yàn)點(diǎn)屬暖溫帶大陸性干旱氣候區(qū)，常年平均日照時間3 028 h，年平均氣溫10.7 ℃，常年平均降水量47.3 mm， 年平均蒸發(fā)量2 001.2 mm，平均無霜期為183 d（數(shù)據(jù)由2008―2018 年連續(xù)11 年沙雅縣氣象資料統(tǒng)計(jì)所得）。試驗(yàn)地土壤為砂壤土，0～20 cm 耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)12.32 g·kg－1、全氮1.36 g·kg－1、有效磷28.83 mg·kg－1、速效鉀147.61 mg·kg－1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置2 個機(jī)采種植模式，一膜六行行距配置為寬窄行（10＋66＋10＋66＋10＋66） cm，株距10.4 cm,理論密度25.2 萬株·hm－2； 一膜三行行距配置為等行距（76＋76＋76）cm，株距7.2 cm，理論密度18.3 萬株·hm－2。 小區(qū)面積91.2 m2，行長8 m，膜寬2.05 m，重復(fù)3 次。采用完全隨機(jī)區(qū)組排列。供試棉花品種為冀棉668， 播種時間為4 月16 日，4月17 日滴出苗水，7 月3 日進(jìn)行第一次人工打頂，且均采用一膜三管滴水方式，其他田間管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

1.3 測定項(xiàng)目與試驗(yàn)記錄

1.3.1農(nóng)藝性狀。棉花出苗開始到吐絮結(jié)束記錄不同發(fā)育階段的時間。 在吐絮期，每個小區(qū)在中間行選25 株，邊行選25 株長勢一致的樣點(diǎn)定點(diǎn)調(diào)查植株的農(nóng)藝性狀，并在每個小區(qū)中間4 行選擇具有代表性的2 株棉花，按根、莖、葉、花、鈴、絮5 個器官進(jìn)行植株分解， 并測定鮮物質(zhì)質(zhì)量， 采用掃描儀（Phantom 9800xl；MICROTEK，Shanghai，China） 和圖像處理分析軟件Image-Pro Plus 7.0（Media Cyber netics，Rockville,MD,USA）獲取葉面積，計(jì)算葉面積指數(shù)（LAI）；將分解后的鮮樣于105 ℃殺青30 min，再于80 ℃恒溫烘干至質(zhì)量恒定，稱量干物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.2葉片SPAD 值。分別在播種后48 d、63 d、72 d、86 d、94 d、121 d，選擇長勢均勻的20 株棉花，用SPAD-502 型葉綠素計(jì)測定棉花倒四葉的SPAD值，連續(xù)測4 次，求平均值。

1.3.3光截獲率。采用空間網(wǎng)格法取樣，用100 cm光量子計(jì)Lincoln （LI-191SA,LI-COR,Lincoln,NE,USA）和數(shù)據(jù)記錄器（LI-1400,LI-COR,Lincoln,NE,USA）于每小區(qū)長勢均一的2 行棉花中間，縱向和橫向每隔20 cm 測定，每層5 個傳感器，分布在地上20 cm 到120 cm 冠層垂直剖面上。 光測量數(shù)據(jù)采用Kriging 法和Surfer 13 （Golden Software Inc,USA）進(jìn)行插值計(jì)算，具體參考支曉宇等[10]的測定方法，獲取冠層光能截獲率。

1.3.4測產(chǎn)。收獲期在各小區(qū)實(shí)收測產(chǎn)，統(tǒng)計(jì)收獲鈴數(shù)，并均勻選取150 鈴測鈴重、籽棉質(zhì)量，用皮輥軋花機(jī)（SY-20）軋花后稱皮棉質(zhì)量，計(jì)算衣分。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

用Microsoft Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 19.0 進(jìn)行顯著性分析， 用Stata 14 和Surfer 13 進(jìn)行光截獲數(shù)據(jù)整理。

2 結(jié)果與分析

2.1 行距配置對棉花生育進(jìn)程的影響

行距變化對棉花生育進(jìn)程影響較大，在同時滴出苗水的情況下， 等行距種植模式的出苗時間13 d，晚于寬窄行種植模式1 d；三葉期，等行距種植模式晚于寬窄行模式2 d；現(xiàn)蕾期，等行距模式晚于寬窄行模式3 d；至開花期，2 種模式僅相差1 d，之后等行距種植模式的發(fā)育進(jìn)程早于寬窄行模式，吐絮期提早3 d。 在出苗期至開花期均表現(xiàn)等行距模式晚于寬窄行模式，這可能是由于寬窄行模式雙行效應(yīng)導(dǎo)致地溫升高，提早了生育進(jìn)程；盛花期及其以后，棉株開始由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變，等行距模式較寬窄行模式更利于光、溫、水、肥等資源利用，使其生育進(jìn)程加快。

表1 不同行距配置下棉花生育進(jìn)程變化

2.2 行距配置對棉花冠層結(jié)構(gòu)的影響

2.2.1行距配置對棉花農(nóng)藝性狀的影響。從表2 可以看出，等行距模式除始果枝節(jié)位高于寬窄行模式0.1 節(jié)，表現(xiàn)為差異不顯著外，株高、莖粗、始果枝節(jié)位高度、單株果枝數(shù)以及單株結(jié)鈴數(shù)分別比寬窄行模式多了7.8 cm、0.14 cm、4.1 cm、1.1 個、1.2 個，均表現(xiàn)為顯著性差異。 這說明，同等田間管理?xiàng)l件下，等行距模式棉花的生長發(fā)育能力要強(qiáng)于寬窄行模式。

表2 不同行距配置下棉花植株形態(tài)特征

2.2.2行距配置對棉花葉面積指數(shù)的影響。葉片是冠層的主要組成部分，LAI 是反映冠層結(jié)構(gòu)性能的重要指標(biāo)。 圖1 表明，行距配置對棉株葉面積指數(shù)有影響，在2 種種植模式下均隨生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)先升后降的趨勢。等行距模式葉面積指數(shù)在前期雖低于寬窄行模式， 但在生育后期上升幅度較大，于播種后86 d 達(dá)到峰值，此時2 種模式差距最小，等行距模式葉面積指數(shù)（5.0）較寬窄行模式葉面積指數(shù)（4.8）高4.17%。 說明寬窄行模式下的群體較大，隨著生育期推進(jìn)冠層環(huán)境受到破壞，致使下部葉片提前衰老；等行距模式下前期生長發(fā)育較慢，葉片LAI 增長緩慢，光合能力較小，但后期，特別是至播種后94 d，葉面積指數(shù)保持在較高水平，利于增加光合產(chǎn)物。 由此可見，等行距種植模式能使棉花獲得較適葉面積指數(shù)。

圖1 不同行距配置下葉面積指數(shù)變化

2.3 行距配置對棉花光合特性的影響

2.3.1葉片SPAD 值的變化。如圖2 所示， 葉片SPAD 值隨生育期推進(jìn)表現(xiàn)出先升后降的變化趨勢，且于播種后86 d 達(dá)到峰值。 播種后48～72 d，等行距模式下的葉片SPAD 值（48.9～57.5）低于寬窄行模式下的SPAD 值（49.9～58.8），其平均降幅達(dá)到10.6%。 播種后86～121 d， 等行距模式下的葉片SPAD 值 （58.8～51.9） 明顯高于寬窄行模式下的SPAD 值（57.5～53.3），其平均增幅達(dá)到17.8%。 這說明前期寬窄行模式下棉株生長發(fā)育更好， 棉花SPAD 值高， 但生育后期由于群體葉片早衰，SPAD值下降較快。

圖2 不同行距配置下葉片SPAD 變化

2.3.2冠層光截獲率（PAR）變化。對播種后時間和冠層光截獲率的變化關(guān)系進(jìn)行線性擬合，2 種模式下的擬合度分別為0.872 2、0.867 3。 由圖3 可以看出，播種72 d 之前，寬窄行模式下的群體PAR 大于等行距模式，播種86 d 之后，則小于等行距模式。 生育前期2 種行距配置下的群體PAR 差異不大，隨生育時期推進(jìn)，等行距模式的群體優(yōu)勢逐漸展現(xiàn)，致使冠層PAR 迅速擴(kuò)大， 表現(xiàn)出較強(qiáng)的群體光能截獲率， 于播種后94 d， 等行距模式PAR 達(dá)到最大值0.74。 生育后期寬窄行模式下PAR 下降迅速，121 d時的PAR 僅為0.46。

圖3 不同行距配置下冠層光截獲率變化

2.4 行距配置對機(jī)采棉光合物質(zhì)積累、產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.4.1行距配置對機(jī)采棉光合物質(zhì)積累的影響。通過對不同行距處理下棉花主要生育時期的光合物質(zhì)量進(jìn)行Logistic 曲線擬合，擬合方程為：

式（1）中：y是出苗后xd 時棉花干物質(zhì)積累量，K值代表生物量的理論最大值，x為棉花出苗后時間，a、b 是2 個待定系數(shù)。 對式（1）求二階導(dǎo)數(shù)，可得生物量的快速累積期的起始時間（t1）和終止時間（t2），計(jì)算公式同式（2）、（3）。將式（2）、（3）分別代入式（1）即得t1、t2時生物量W1和W2。 由t1、t2可得生物量最大速率累積持續(xù)時間tm（t2－t1），進(jìn)一步可得到快速增長期內(nèi)生物量的最大增長速率Vmax。 由表3 可知，R2≥0.92，均達(dá)到極顯著水平。 等行距模式的生物量大于寬窄行模式的生物量，對擬合公式進(jìn)行求導(dǎo)，可計(jì)算出不同行距配置下棉花最快生長時間段的起始時間（t1）、終止時間（t2）、最大速率累積持續(xù)期及最大增長速率（表3）。 等行距模式下棉花生物量快速累積期起始時間（t1）、終止時間（t2）均晚于寬窄行模式，生物量的最大增長速率（Vmax）也高于寬窄行模式，且等行距模式的生物量最大速率累積持續(xù)時間（tm） 比寬窄行模式下的生物量最大速率累積持續(xù)時間多3 d，整體表現(xiàn)為快速累積時間長、累積速率高的規(guī)律。

2.4.2行距配置對機(jī)采棉產(chǎn)量性狀的影響。由表4可知，行距配置顯著影響了總成鈴數(shù)、鈴重、籽棉和皮棉產(chǎn)量，對衣分影響較小。寬窄行模式下的總成鈴數(shù)較等行距模式增加30.7 萬個·hm－2， 但等行距模式下的鈴重、 籽棉和皮棉產(chǎn)量較寬窄行種植模式下分別提高6.0%、8.5%、7.3%。

表3 棉株生物量積累的Logistic 模型

表4 行距配置下產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化

3 討論與結(jié)論

等行距機(jī)采植棉模式是南疆植棉區(qū)重要的簡化植棉方式，此模式可以使棉花冠層結(jié)構(gòu)合理，減少株間競爭，增強(qiáng)光合作用，有利于干物質(zhì)積累和產(chǎn)量提高[11-13]。關(guān)于此模式對棉花生長發(fā)育和田間栽培管理方面的影響已有不少報(bào)道，而關(guān)于冀棉668 在南疆沙雅植棉區(qū)適宜的機(jī)采種植模式少有報(bào)道。 馬錦穎等[14]對棉花不同種植模式的研究表明，等行距種植模式的株高、始果枝節(jié)位高度、單株果枝數(shù)和單株成鈴數(shù)比寬窄行種植模式多2.7 cm、2.3 cm、0.5 個和0.4 個，籽棉產(chǎn)量比寬窄行模式多55.5 kg·hm-2。王彥[15]在哈密墾區(qū)通過等行距和寬窄行種植方式比較分析得出，等行距模式較寬窄行模式下單株果枝數(shù)增加2.9 個，單株結(jié)鈴數(shù)增加2 個，鈴重提高0.7 g，產(chǎn)量提高7.8%。 另外，王聰[16]研究認(rèn)為，等行距模式下棉花群體具有更高的有效光輻射截獲率和葉面積指數(shù)，且持續(xù)時間長、光合面積大，漏光損失小，保證了較高的群體光合效率。由此可見，行距配置會使棉花自身形態(tài)特征和所處的局部環(huán)境發(fā)生變化，并最終影響群體光合物質(zhì)生產(chǎn)和最終產(chǎn)量的提高。 本研究結(jié)果表明，等行距種植模式下棉花生育期縮短3 d，株高和莖粗分別增加7.8 cm、0.14 cm， 單株果枝和單株結(jié)鈴分別多1.1 個、1.2 個， 株高和始果枝節(jié)位高度較適宜，更利于后期機(jī)采；且等行距模式促進(jìn)了干物質(zhì)的積累， 可使籽棉和皮棉產(chǎn)量提高8.5%、7.3%。 這可能與等行距稀植模式下棉花充分利用地力和光能，減少種群間資源競爭，為棉株生長提供充足的葉面積，使得棉花生長光合作用增強(qiáng)，積累干物質(zhì)比較合理有關(guān)。同時，等行距種植模式更利于通風(fēng)透光，降低人工管理成本，提高棉田機(jī)采質(zhì)量，有利于實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)“低成本和高效益”的目標(biāo)。因此，通過研究冀棉668 在南疆沙雅植棉區(qū)的不同行距配置，認(rèn)為等行距種植模式更適合該地區(qū)機(jī)采棉種植，有利于產(chǎn)量提高， 可為進(jìn)一步促進(jìn)當(dāng)?shù)孛藁ǜ咚椒N植與管理提供參考。