新疆南疆不同棉花品種的生長特征及其品質(zhì)分析

辛明華，李小飛，韓迎春，王占彪，馮 璐，王國平，雷亞平，楊北方，邢芳芳，熊世武，辛明宇，李亞兵

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國家重點實驗室, 河南安陽 455002;2. 新疆大學(xué)軟件學(xué)院，烏魯木齊 830046)

0 引 言

【研究意義】棉花(G.hirsutumL.)是我國重要的經(jīng)濟作物，也是植株結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的作物之一[1]。新疆棉花種植面積為228.11×104hm2，約占全國棉花種植面積的70%[2]。阿拉爾作為南疆棉花主產(chǎn)區(qū)之一，其氣候干燥，溫差大，非常利于高品質(zhì)棉花的生產(chǎn)[3]。該棉區(qū)種植的棉花品種多而雜，鑒于品種特性的不同，其對當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)性也不同。研究新疆南疆不同棉花品種的生長特征及其纖維品質(zhì)，對篩選出適合該地區(qū)種植的優(yōu)良品種及機采棉優(yōu)質(zhì)栽培有實際意義。【前人研究進展】研究表明，不同棉花品種的株高株型差異較多，影響群體冠層結(jié)構(gòu)分布，進而導(dǎo)致對光能的利用不同，最終影響棉花植株干物質(zhì)生產(chǎn)、皮棉產(chǎn)量及其品質(zhì)[4-6]?！颈狙芯壳腥朦c】不同區(qū)域的棉花種植，應(yīng)因地制宜，因氣候制宜，篩選適合當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良品種，配套優(yōu)化的管理技術(shù)，實現(xiàn)棉花的高產(chǎn)與高品質(zhì)生產(chǎn)。研究新疆南疆不同棉花品種的生長特征及其纖維品質(zhì)等，分析其特征差異?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選用6個當(dāng)?shù)卮竺娣e種植的棉花品種，設(shè)置品種對比試驗，測定不同棉花品種生理指標(biāo)，分析其生長特征及品質(zhì)差異，篩選出適合當(dāng)?shù)胤N植的高潛力機采棉棉花品種，為南疆優(yōu)質(zhì)棉花的生產(chǎn)提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016～2018年在新疆阿拉爾10團中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所試驗站(40°51'N，81°30'E)進行。該試驗點屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，3年平均氣溫10.43℃，≥10℃累計日照時數(shù)達1 755.00 h，常年平均降雨量47.63 mm，無霜期208.67 d，試驗田土壤pH為7.23，0～20 cm土層有機質(zhì)含量為12.32 g/kg、全氮含量1.36 g/kg、有效磷28.83 mg/kg、速效鉀147.61 mg/kg。表1

選用新疆南部地區(qū)生產(chǎn)上幾種主栽品種和近年來新疆引進內(nèi)地的棉花品種共計6個，分別為中棉所75號、魯棉研36號、中雜7號、中棉所57號、中棉所88號和中棉所60號，播期為4月10 ～ 17日，播種密度為15.25×104株/hm2。采用機采棉種植模式，1膜6行，每區(qū)5膜，9 m長，行距配置為(66+10) cm，小區(qū)面積102.6 m2。采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。其他田間管理同一般高產(chǎn)棉田。

表1 新疆南疆阿拉爾地區(qū)氣候特征Table 1 Climate characteristics of Alaer Region in Southern Xinjiang

1.2 方 法

1.2.1 地上部植株干物質(zhì)量及葉面積指數(shù)

記錄棉花生育期；棉花分別于苗期、蕾期、開花期、盛蕾期、吐絮期進行取樣，每小區(qū)選擇有代表性的2株棉花，將子葉節(jié)以上部分按莖、葉和蕾(鈴)分解植株后得到葉面積：用掃描儀(Phan-tom 9800xl，MICROTEK，上海，中國)掃描后，用Image-Pro Plus(Media Cybernetics，Inc.)計算得葉面積，最后得到葉面積指數(shù)(Leaf area index)。將分解后的鮮樣105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重并測定干物質(zhì)質(zhì)量。

1.2.2 冠層光截獲

用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[7,8]，縱向和橫向每隔20 cm 測定，直到高于棉花冠層，參考支曉宇等[9,10]的測定方法。PAR截獲率(In)計算公式如下：

In=(PARI- PARt- PARr) / PARI.

PARI為冠層頂部入射PAR(μmol / (m2·s))，PARt和PARr分別為冠層底部入射PAR和冠層頂部反射PAR。

1.2.3 產(chǎn)量指標(biāo)及品質(zhì)

利用雷亞平[11]的株式圖統(tǒng)計方法于9月15～20日對所定點的10株棉花分別數(shù)計不同果枝、果節(jié)上的成鈴數(shù)。收獲期各小區(qū)實收測產(chǎn)，均勻選取100鈴測鈴重，用皮輥扎花機(SY-20)軋出皮棉，棉花纖維品質(zhì)由農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心檢測。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制，用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件進行方差分析和差異顯著檢驗(Duncan法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試的不同棉花品種生育期差異

研究表明，棉花生長季內(nèi)不同年份與品種處理條件下，同一年度不同品種之間出苗時間一致；生育時間變化表明，魯棉研36號和中棉所57號2品種生育期要晚于其他品種1～5 d；6品種全生育期天數(shù)相比，魯棉研36號和中棉所57號2品種均低于其他品種，幅度分別達到10～14 d和10～15 d，其中中棉所60號生育期最長，達到136～141 d，其它品種生育期范圍為133～137 d。魯棉研36號和中棉所57號為早熟品種，中棉所75號、中棉所88號和中雜7號生育期相對適中，而中棉所60號則相對于其他品種熟性較晚。表2

表2 參試的不同棉花品種生育期的差異Table 2 The differences of growth stages between different cotton varieties

2.2 參試的不同棉花品種冠層結(jié)構(gòu)差異

2.2.1 參試的不同棉花品種葉面積指數(shù)隨生育期的變化

研究表明，6個品種各年度葉面積指數(shù)的動態(tài)變化規(guī)律基本一致，均隨生育時期的推進呈現(xiàn)先增加達到峰值再降低的變化趨勢，并于盛鈴期達到最大值。不同棉花品種葉面積指數(shù)在年際間表現(xiàn)出差異，均是2016年度高于2018和2017年度。同年度下，蕾期至吐絲期，各品種的葉面積指數(shù)表現(xiàn)為中棉所88號>中雜7號>中棉所75號>中棉所57號>中棉所60號>魯棉研36號，相比于中雜7號、中棉所75號、中棉所57號、中棉所60號、魯棉研36號，中棉所88號平均增幅分別達8.94%～14.07%、18.08%～20.59%、21.10%～24.92%、23.37%～30.81%、31.48%～36.59%。相比于其它品種，中棉所88號品種在整個生育期內(nèi)葉面積指數(shù)均處于較高的水平，前期有利光合作用，后期有利于減緩棉花衰老進程，利于維持較長期的光合作用，從而促進地上部干物質(zhì)的積累。圖1

2.2.2 參試的不同棉花品種冠層光截獲率隨生育期的變化

研究表明，參試的不同棉花品種冠層光截獲率在年際間表現(xiàn)出差異，2016和2018年度相對較高，2017年度相對較低。整體來看，6個棉花品種的光截獲率隨生育期呈單凸曲線變化，先遞增后下降，于盛鈴期達到峰值，然后快速降低。同一年度內(nèi)，不同棉花品種的冠層光截獲率基本呈現(xiàn)為中棉所88號>中雜7號>中棉所75號>中棉所57號>中棉所60號>魯棉研36號，其中，中棉所88號的光截獲率較中雜7號、中棉所75號、中棉所57號、中棉所60號、魯棉研36號的增幅分別為4.08%～5.06%、7.27%～8.23%、11.93%～13.21%、16.88%-25.11%、25.52%～28.02%。綜上，相對于其他品種，中棉所88號品種在不同生育期能截獲較多的光輻射，從而利于光合作用增強和干物質(zhì)生產(chǎn)增加。圖2

圖1 參試的不同棉花品種葉面積指數(shù)在各生育期的變化
Fig. 1 Changes of leaf area index of different cotton varieties in different growth stage

圖2 參試的不同棉花品種冠層光截獲率在不同生育時期的變化
Fig. 2 Changes of light interception rate of different cotton varieties in different growth stage

2.3 參試的不同棉花品種地上部干物質(zhì)積累量差異

研究表明，參試的不同品種棉花地上部干物質(zhì)積累量在年際間發(fā)生變化，基本呈現(xiàn)出2016 > 2018 > 2017的趨勢；隨生育進程的推進，不同品種干物質(zhì)積累量表現(xiàn)趨勢一致，呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，在成熟期達到最大值，其中中棉所88號最高，魯棉研36號最低；具體而言，在盛鈴期以前，植株各器官發(fā)育緩慢，干物質(zhì)上升較為平緩，多集中于171.46～4 728.75 kg/hm2，具體表現(xiàn)為中棉所88號>中雜7號>中棉所75號>中棉所57號>中棉所60號>魯棉研36號；盛鈴及以后干物質(zhì)積累上升較快，具體表現(xiàn)為：中棉所88號>中雜7號>中棉所75號>中棉所60號>中棉所57號>魯棉研36號。同一年際間，中棉所88號較中雜7號、中棉所75號，中棉所57號，中棉所60號、魯棉研36號的地上部干物質(zhì)重的平均增幅為1.245%～3.08%、8.06%～10.17%、13.18%～19.39%、20.27%～28.72%、22.85%～29.97%。相比其他品種，中棉所88號無論是在盛鈴前還是盛鈴后，干物質(zhì)積累量均較快，有利于在試驗區(qū)的種植。圖3

注：A：苗期；B：蕾期;C:開花期；D：盛鈴期；E：吐絮期；下同
Note:A：Seeding stage；B：Budding stage；C：Flowering stage；D：Bolling stage；E：Boll opening stage，the same as below
圖3 參試的不同棉花品種干物質(zhì)積累量隨生育時期的變化
Fig. 3 Changes of dry matter accumulation of different cotton varieties in different growth stage.

2.4 參試的不同棉花品種間產(chǎn)量性狀

2.4.1 參試的不同棉花品種棉鈴空間分布差異

研究表明，單株棉鈴數(shù)在年際間表現(xiàn)出差異，2016年低于2017和2018年，但就參試的不同品種而言，3個年度均是中棉所88號最高(10.5～11.6)，中雜7號次之(9～10.2)，魯棉研36號最低(6～7.8)。棉鈴的水平和垂直分布在年際間變化較小，趨勢基本一致，各品種棉株均表現(xiàn)為內(nèi)圍鈴>外圍鈴，下層>中層>上層；就不同品種而言，棉鈴水平分布表現(xiàn)出差異性，3個年度內(nèi)，中棉所88號的外圍結(jié)鈴數(shù)顯著高于其他品種，其次為中雜7號品種外圍結(jié)鈴數(shù)較高；就垂直分布而言，各品種中下層結(jié)鈴數(shù)無顯著性差異，但上層分布以中棉所88號最高，且達顯著水平，其次為中雜7號處于較高水平。 表3

表3 參試的不同棉花品種棉鈴空間分布Table 3 Spatial distribution of different cotton bolls

注：內(nèi)圍鈴(1～3果節(jié))，外圍鈴(≥4果節(jié))；上層(1～3果枝)，中層(4～6果枝)，下層(≥7果枝)
Note: Peripheral bolls (1-3 fruiting nodes), Peripheral bolls (≥ 4 fruiting nodes), Upper layer (1-3 fruiting branches), centre layer (4-6 fruiting branches), and Lower layer (≥ 7 fruiting branches)

2.4.2 參試的不同棉花品種產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異

研究表明，參試的不同棉花品種的籽棉、皮棉產(chǎn)量雖然表現(xiàn)出年際間和品種間的變化，但總體來看，3個年度下均以中棉所88號的產(chǎn)量最高; 相同年度內(nèi)，籽棉產(chǎn)量以中棉所88號、中雜7號和中棉所75號顯著高于中棉所57號、中棉所60號和魯棉研36號，中棉所88號相比其它品種產(chǎn)量增幅范圍為1.88%～25.35%；相同年度內(nèi)，各品種皮棉產(chǎn)量表現(xiàn)趨勢與籽棉產(chǎn)量相似，也是中棉所88號、中雜7號和中棉所75號產(chǎn)量相對較高，中棉所88號相比其它品種產(chǎn)量增幅范圍為1.74%～32.76%。不同品種霜前花率、衣分和單鈴重指標(biāo)隨年份變化不大，同一年度內(nèi)各品種相比較而言，中棉所88號綜合表現(xiàn)最好，能顯著提高衣分和單鈴重。表4

2.5 參試的不同棉花品種纖維品質(zhì)性狀分析

研究表明，6個棉花品種各品質(zhì)指標(biāo)在3個年度內(nèi)表現(xiàn)出差異，但不同品種受影響不同。上半部平均度和整齊度數(shù)均以中棉所88號和中雜7號顯著高于其他品種，其中中棉所88號最高；斷裂比強度以中棉所88號、中棉所75號和中雜7號品種顯著高于其他品種，其中棉所88號最高，中棉所75號次之；馬克隆值以中棉所57號、魯棉研36號和中棉所60號顯著高于中棉所75號、中雜7號和中棉所88號，其中中棉所88號最低；斷裂伸長率以中棉所57號顯著高于其它品種，其中以中棉所88號最低。，就3個年度間各品種比較而言，中棉所88號的纖維品質(zhì)綜合性狀最好，中雜7號次之。表5

表4 參試的不同棉花品種產(chǎn)量指標(biāo)的差異表4 The differences of yield indicators between different cotton varieties

注：*表示差異達到0.05顯著水平，**表示差異達到0.01顯著水平，***表示差異達到0.001顯著水平
Note：*means difference significant at 0.05 level，**means difference significant at 0.01 level，***means difference significant at 0.001 level

表5 參試的不同品種纖維品質(zhì)Table 5 Fiber quality of different varieties

注：*表示差異達到0.05顯著水平，**表示差異達到0.01顯著水平，***表示差異達到0.001顯著水平
Note：*means difference significant at 0.05 level，**means difference significant at 0.01 level，***means difference significant at 0.001 level

3 討 論

3.1 參試的不同棉花品種干物質(zhì)積累與冠層特征

棉花具有無限生長習(xí)性，因品種特性不同，現(xiàn)蕾到吐絮時間跨度有所差異，在不同生態(tài)區(qū)具體表現(xiàn)也不相同[12-14]。試驗區(qū)內(nèi)，魯棉研36號和中棉所57號通常早熟，中棉所75號、中棉所88號和中雜7號中熟，中棉所60號則晚熟。生育期不同會影響棉花植株冠層的形成和地上部干物質(zhì)的積累[15-18]。研究表明，作物冠層特性受品種類型影響，高潛力品種具有優(yōu)良株型，可形成合理冠層結(jié)構(gòu)，葉片分布更合理，既能創(chuàng)造合理的群體氣候環(huán)境，又能有效提高光輻射截獲，從而利于增強光合作用，促進地上部干物質(zhì)生產(chǎn)[19-21]。試驗中，6個品種葉面積指數(shù)和光截獲率均是在盛鈴期達到峰值，然后迅速降低，這與前人研究是一致的[14]，但各時期葉面積指數(shù)和光截獲率均因品種不同而表現(xiàn)出差異，尤其是中棉所88號品種，在整個生育期內(nèi)葉面積指數(shù)和光截獲率均處于較高的水平，前期較高葉面積和較多光截獲有利于光合生產(chǎn)和形態(tài)建成，后期則有利于維持較長期的光合作用，從而減緩棉花衰老進程。有研究表明，高光截獲和高光效品種能有效促進光能轉(zhuǎn)化和光合產(chǎn)物的形成，促進地上部干物質(zhì)多積累[22]。研究中，中棉所88號品種冠層結(jié)構(gòu)合理，光截獲率較高，相比于其他品種，無論是在盛鈴前還是盛鈴后，光合產(chǎn)物均較快積累，利于在試驗區(qū)獲得較高干物質(zhì)積累量，進而為高產(chǎn)提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 參試的不同棉花品種產(chǎn)量構(gòu)成與品質(zhì)特性

棉花產(chǎn)量是由多因素控制的復(fù)雜數(shù)量性狀，其中起決定作用的是品種自身的遺傳特性，其次為年際、地點、氣候、環(huán)境等[23]。試驗結(jié)果與前人研究一致，棉花產(chǎn)量雖受年際因素影響，但受品種影響更大，6個棉花品種以中棉所88號的產(chǎn)量最高，相同年度內(nèi)中棉所88號、中雜7號和中棉所75號的籽棉產(chǎn)量顯著高于中棉所57號、中棉所60號和魯棉研36號。棉花的產(chǎn)量與結(jié)鈴數(shù)，棉鈴分布、霜前花率、衣分、鈴重等指標(biāo)相關(guān)[24-27, 6]。高產(chǎn)棉田棉鈴空間分布以中、下部內(nèi)圍鈴為主，以上部鈴和外圍鈴為輔[23, 24]。試驗結(jié)果與前人研究一致，6個棉花品種棉鈴分布均表現(xiàn)為內(nèi)圍鈴>外圍鈴，下層>中層>上層；其中中棉所88號棉鈴數(shù)最多，與其他5個品種相比，在保持中下層鈴基礎(chǔ)上，外圍鈴和上層鈴顯著提高，這可能就是中棉所88號總棉鈴數(shù)增加的原因。唐燦明等[28]研究表明，皮棉產(chǎn)量的直接構(gòu)成因素為單位面積鈴數(shù)、鈴重和衣分。楊延龍等[29]研究表明，在棉花品種更替和產(chǎn)量提高過程中，衣分對產(chǎn)量的貢獻率增大。試驗中，中棉所88號產(chǎn)量構(gòu)成因子綜合表現(xiàn)較好，相比于其它5個品種，能顯著提高衣分和單鈴重，最終提高產(chǎn)量。

研究表明，棉花纖維品質(zhì)主要由遺傳因素決定，同時受外部環(huán)境影響[23, 30, 31]。不同品種在不同年際間植株所處的生態(tài)條件和生理發(fā)育狀況具有差異性，必然會影響棉花纖維品質(zhì)[32,33]。試驗結(jié)果與前人研究一致，不同棉花纖維品質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)出年度間的差異，但不同品種受影響不同。楊偉華等[34]研究認(rèn)為，“十一五”期間我國審定棉花品種的纖維長度以28～30 mm(中絨檔次)為主，長度整齊度指數(shù)以83%～85%(較高檔次)為主， 斷裂比強度以26～28 cN/tex(中)和29～31 cN；tex(至強)檔次為主，馬克隆值則以4.3～4.9和 ≥5為主。研究結(jié)果中，各項纖維品質(zhì)指標(biāo)與楊偉華結(jié)果一致，就3個年度間各品種比較而言，中棉所88號的纖維品質(zhì)綜合性狀最好，中雜7號次之。在新疆南疆地區(qū)棉花種植中，中棉所88號有利于實現(xiàn)高纖維品質(zhì)棉花生產(chǎn)的目標(biāo)。

4 結(jié) 論

試驗中6個棉花品種表現(xiàn)出3種熟性，魯棉研36號和中棉所57號早熟，中棉所75號、中棉所88號和中雜7號中熟，中棉所60號晚熟。6品種比較發(fā)現(xiàn)，中棉所88號品種冠層結(jié)構(gòu)合理，葉面積指數(shù)和光截獲率均較高，地上部干物質(zhì)積累量大，棉鈴數(shù)高且空間分布更合理，籽棉和皮棉產(chǎn)量均最高，分別達到6 470.87、2 612.65 kg/hm2；中棉所88號纖維品質(zhì)指標(biāo)中，中上半部平均度、整齊度數(shù)和斷裂比強度均最高,3年中均值分別達到30.21 mm、85.12%、30.48 cN/tex，馬克隆值和斷裂伸長率均最低，纖維品質(zhì)綜合表現(xiàn)較好。在南疆地區(qū)種植中棉所88號，有利于實現(xiàn)棉花生產(chǎn)高產(chǎn)和高纖維品質(zhì)的目標(biāo)。