哈密地區(qū)棉花品種生長發(fā)育特征及產量構成差異研究

李 杰，馬騰飛，郭 蕾，古力努爾·艾哈塔爾，郭 峰，張鵬忠，帕爾哈提·買買提，婁善偉

(國家棉花工程技術研究中心，新疆 烏魯木齊 830091)

【研究的意義】機采棉是通過使用機械采棉設備取代人工采摘棉花的農業(yè)生產方式，是新疆棉區(qū)促進農業(yè)現(xiàn)代化、應對國際市場挑戰(zhàn)的必由之路[1]。機械采收棉花能減輕勞動強度和降低植棉成本，有效提高植棉經濟效益[2]。機采模式下更注重棉花品種的品質、豐產性、抗逆性、適應性、抗病蟲害等指標[3]。隨著機采棉模式的推廣，生產上對棉花種植品種的產量、纖維品質等的要求越來越高[4]。哈密地區(qū)是新疆重要的植棉區(qū)，該區(qū)地處新疆東部，屬典型的大陸干旱氣候。氣候干燥、日照充足、雨量稀少，適合棉花的生長要求，該區(qū)棉田集中、種植規(guī)模大，為優(yōu)質商品棉的生產創(chuàng)造了得天獨厚的自然條件[5-6]。但是近年來，隨著環(huán)境及生產條件的不斷變化，使得一些棉花品種適應性發(fā)生較大變化，在這種背景下，以往種植于哈密棉區(qū)的棉花品種發(fā)生了很大的變化，品種出現(xiàn)多、亂、雜，品質下降，抗病性差，產量低等，特別是機采和多道清理加工后，棉纖維變短，短絨和棉結含量明顯增加，皮棉外在品質下降，達不到手采棉標準，降低了機采棉的競爭力等[7-8]?！厩叭搜芯窟M展】前人研究發(fā)現(xiàn)機械采收總體上要求棉花品種具有第一果枝節(jié)位較高、株型較緊湊、早熟性好、開花結鈴吐絮集中、含絮適中、對脫葉劑敏感且落葉干凈等特點，同時對品種的纖維品質性狀也提出了更高的要求[9-10]?！颈狙芯壳腥朦c】因此，鑒于哈密地區(qū)特殊的生態(tài)條件，篩選出適合該區(qū)機采模式下多纖維類型的豐產、優(yōu)質、多抗、吐絮集中、含絮較好、適于機械采收的陸地棉品種，是哈密地區(qū)棉花今后發(fā)展的必然選擇[11]。對全面提高哈密棉區(qū)棉花纖維品質狀況，引導哈密棉區(qū)棉花健康生產具有十分重要的意義。【擬解決的關鍵問題】本文以9個棉花品種為試驗材料進行大田試驗，分析不同品種的農藝性狀、干物質變化動態(tài)、葉面積指數(shù)、品質和產量及產量構成因子，為哈密棉區(qū)推廣機采棉品種提供科學參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017-2018年在新疆哈密市大泉灣鄉(xiāng)大泉灣村進行，地理位置42°73′N93°90′E，屬典型的溫帶大陸性氣候。年平均氣溫15.3 ℃，平均日照時間3500 h，年平均降水量32.7 mm，無霜期200 d左右。土壤質地為砂壤土，0～60 cm土層土壤有機質含量23.13 mg/kg，全氮0.74 g/kg、堿解氮56.32 mg/kg、速效磷32.2 mg/kg、速效鉀181.4 mg/kg。

1.2 試驗材料與設計

供試棉花品種為神牛2號，神牛5號，邯豐668，民豐9號，民豐14號，鑫牛6號，新陸中46號，新陸中66號，新陸中55號共9個品種。試驗按隨機區(qū)組設計，3次重復，采用一膜6行種植，行距配置(10+66+10+66+10)cm，株距10 cm，小區(qū)面積54 m2，采用膜下滴灌干播濕出技術，分別于2017年4月21日和2018年4月23日進行膜上點播，于2017年4月23日和2018年4月24滴出苗水。各處理施用氮肥420 kg/hm2，其中35 %作為基肥、65 %于生育期隨水滴施；磷肥(P2O5)140 kg/hm2和鉀肥(K2O)70 kg/hm2，作為基肥一次施入。其它灌水和其他管理措施按照當?shù)卮筇锩藁ǜ弋a栽培模式進行。

1.3 測定項目及方法

生育期調查：記錄棉花播種、出苗及各生育期的開始與結束日期。

農藝性狀：吐絮期在各處理選擇代表性棉株10株，測定區(qū)密度、株高、第一果節(jié)位、始節(jié)高度，葉數(shù)、單株果枝數(shù)等。

干物質：于機采棉播種后42 d開始每12 d取一次樣，各處理選代表性棉株5株，從棉株子葉節(jié)部位剪開，按葉、莖、蕾、鈴等不同器官分開，在105 ℃殺青30 min 后，80 ℃烘干至質量恒定，測定其干物質質量。

葉面積指數(shù)：在棉花生育期各階段于各小區(qū)選取生長狀況良好、長勢基本一致的棉花各5株，用LI-300C(LI-COR Inc, Lincoln, NE, USA)葉面積儀測定植株葉面積，取其平均值，計算葉面積指數(shù)(LAI)。

產量：根據(jù)棉花吐絮情況分3次進行采摘并記錄收獲株數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴重，實測每個測坑的棉花產量作為最終的產量數(shù)據(jù)，并化為每公頃產量。

纖維品質的測定：利用HVI900大容量纖維測試儀測定馬克隆值、纖維長度、斷裂比強度、回潮度等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本文用Microsoft Excel 2007 對數(shù)據(jù)計算和歸一化處理，用SPSS 16.0 進行方差分析、LSD 法做多重比較析，OriginPro8.5 繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同品種棉花生育進程

從表1可知，兩試驗年度各供試品種生育期在129～136 d，其中新陸中55號處理生育期最短，為129 和130 d，神牛2號生育期最長，為135和136 d。各品種播種到出苗所需要的天數(shù)保持在 15～17 d，出苗到開花所需天數(shù)在63～70 d，鑫牛6號最長，為68和70 d，邯豐668和新陸中55號最短。開花到吐絮所需要的天數(shù)兩年度各品種在62～69 d之間，神牛2號最長，鑫牛6號最短，同一品種兩試驗年生育期沒有顯著差異。

2.2 不同品種棉花農藝形狀的變化特征

從表2可知，各品種農藝形狀年度間沒有顯著差異，變化規(guī)律一致。兩試驗年度各品種株高介于73.7～94.5 cm之間，邯豐668最低，為73.7 和75.2 cm，除新陸中55外顯著低于其他品種，2017年民豐14號最高，為94.0 cm，神牛2號次之，且二者之間沒有顯著差異；2018年神牛2號最高達94.5 cm，民豐14號次之，且無顯著差異。第一果節(jié)位兩年度邯豐668最低，為5.27 和5.14 cm，新陸中55次之，為5.43 和 5.35 cm，二者沒有顯著差異，顯著低于其他品種，新陸中46號最高，各品種第一果節(jié)位在5.14～6.80 cm之間。始節(jié)高度兩試驗年新陸中55最高(24.23和23.98 cm)，邯豐668次之，為23.4 和23.65 cm，顯著高于其他品種，民豐9號最低，且與神牛2號、神牛5號、民豐14號、鑫牛6號之間沒有顯著差異。果枝臺數(shù)方面兩試驗年邯豐668最多，為9.67和10.21，新陸中55次之，二者顯著高于其他品種處理，各品種果枝臺數(shù)介于7.33～10.21之間。

表1 不同品種棉花生育進程Table 1 Growth process of various tested varieties

2.3 不同品種棉花地上部分干物質累積量的變化

干物質的積累量取決于群體光合強度、光合速率、光合產物的消耗及環(huán)境因子等多項因素，是產量形成的物質基礎。從圖1可知，兩試驗年不同品種棉花地上部單株累積干物質隨著生育進程的推進呈現(xiàn)出“慢—快—慢”的S型變化，表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢。各品種播種后40～70 d單株干物質累積量變化較小，70～100 d迅速增加，100 d之后趨于平緩，干物質累積量基本不再增加，各品種單株干物質累積量分別為邯豐668>新陸中55>新陸中66號>新陸中46號>民豐9號>神牛5號>民豐14號>神牛2號>鑫牛6號。

對9個品種棉花單株干物質積累動態(tài)進行擬合后的結果表明：兩試驗年單株干物質累積量(y)與播種后的天數(shù)(x)增長過程符合Logistics生長模型Y=a/[1+b×exp(-k×x)]，擬合方程的相關系數(shù)均達到顯著水平(表3)，其決定系數(shù)R2>0.993。各品種最大單株干物質質量介于118.5～167.7 g，干物質最大增長速率分別為2.28～3.14，兩試驗年邯豐668增長速率最快，分別為3.14和3.03，新陸中55次之，鑫牛6號最慢。兩試驗年各品種干物質最大增長速率出現(xiàn)天數(shù)介于84.7～87 和78.1～81.4 d。

表2 不同品種棉花農藝形狀的變化特征Table 2 Agronomic characters of different cotton varieties

圖1 不同品種棉花地上部分干物質累積量變化Fig.1 Accumulation and change of dry matter on the upper part of different cotton varieties

表3 不同品種地上部干物質積累動態(tài)的Logistics回歸方程Table 3 Logistic parameter of dry matter in different cotton varieties

2.4 不同品種棉花葉面積指數(shù)變化

從圖2可知，從現(xiàn)蕾期到鈴期，不同棉花品種LAI隨枝葉數(shù)量的增而增加，在花期迅速增加，至鈴期到達最大，兩試驗年分別為4.04～4.89和3.79～4.75。進入盛期后，棉花葉片的光合作用下降，養(yǎng)分被轉移至棉鈴中，故導致棉葉逐漸枯黃掉落，使得LAI 在吐絮后迅速降低，至吐絮期各品種降至2.71～3.29、2.63～3.04，且各品種葉面積指數(shù)相差較小，整個動態(tài)變化過程呈現(xiàn)出一個單峰曲線變化趨勢。9個品種處理現(xiàn)蕾期LAI差異較小，初花至盛鈴差異顯著，其中邯豐668最大，鑫牛6號最小。各品種LAI表現(xiàn)為邯豐668>新陸中55>新陸中66號>新陸中46號>民豐9號>神牛5號>民豐14號>神牛2號>牛6號。

圖2 不同品種棉花葉面積指數(shù)變化特征Fig.2 Variation characteristics of leaf area index in different cotton varieties

2.5 不同品種棉花品質性狀特征

從表4可知，各品種馬克隆值介于3.13～5.30之間，民豐9號和鑫牛6號顯著高于其他品種。根據(jù)《棉花細絨棉》國家標準把馬克隆值分為三級五檔，處于A級3.7～4.2之間的有邯豐668和新陸中55號，分別為4.03和4.20；處于B1級3.5～3.6的有新陸中46號和新陸中66號，分別為3.57和3.6；處于B2級4.3～4.9的為神牛5號其值為4.43，處于C1級和C2級的為神牛2號、民豐9號和民豐14號、鑫牛6號。各品種纖維長度范圍介于26.73～30.57 mm之間，新陸中55最長，邯豐668次之，顯著高于其他品種，較最短的民豐14號長14.37 %和11.75 %，纖維長度達到標準級的品種為邯豐668、新陸中46號、新陸中66號和新陸中55。斷裂比強度邯豐668最大，為31.33 cN/tex，處于很強檔；新陸中5次之(30.89 cN/tex)，鑫牛6號最小為27.43 cN/tex，各品種處于強檔的有新陸中46號、16號和新陸中55，其他處于中等檔。回潮率各品種介于3.53 %～5.03 %。

2.6 不同品種棉花產量及產量構成因子

表5表示，兩試驗年不同品種棉花產量及產量構成因子，各處理收獲株數(shù)、單株鈴數(shù)、鈴重、實收籽棉產量年際間差異不顯著，變化規(guī)律一致。兩試驗年各品種收獲株數(shù)在10 618～13 931、11 148～13 643株，民豐9號最少，顯著低于除鑫牛6號外的其他品種；新陸中55最高，邯豐668次之，顯著高于其他品種，分別較民豐9號高31 %和22 %左右。單株鈴數(shù)兩試驗年邯豐668最多，分別為9.6和9.2，顯著高于其他品種，分別較神牛2號、神牛5號、民豐9號、民豐14號、鑫牛6號、新陸中46號、新陸中66號和新陸中55多28 %、16 %、32 %、23 %、43 %、16 %、18 % 和5 %。各品種鈴重介于4.8～5.9 g之間；實收籽棉產量兩年度邯豐668最高，分別為548.0、538.7 kg/667m2，新陸中55次之，為538.2和526.3 kg/667m2，顯著高于其他品種，鑫牛6號最低，僅為385.3和392.5385.3 kg/667m2，各品種實收籽棉產量差異顯著。

表4 不同品種棉花相關品質指標Table 4 Quality indicators of different cotton varieties

表5 不同品種棉花產量及產量構成因子Table 5 Yield and yield components of different cotton varieties

3 討 論

棉花由人工采摘到機械收獲，是棉花種植方式上的一大變革，必須實現(xiàn)品種農機農藝的有機融合[12-13]。機采棉品種是決定后續(xù)生產各環(huán)節(jié)和最終皮棉品質的核心因素，優(yōu)良的機采品種可使機采棉發(fā)展事半功倍[14]。機械采棉很大程度上推動了農業(yè)的發(fā)展，近年來由于人工拾棉成本的不斷上升，使得棉花收益利潤越來越低，隨著棉花加工設備的不斷更新完善，機采棉的面積不斷擴大，但是采棉的干凈程度遠不如人工采棉，棉花采凈率的高低直接影響到棉花單產和效益[15-16]。因此選擇適宜當?shù)厣L推廣的機采棉品種是十分重要的，是向大田推廣的重要步驟，有利于明確品種的適應性以及避免農戶不必要的損失。前人研究發(fā)現(xiàn)適宜機采的棉花品種應具備良好的株葉形態(tài)(Ⅰ～Ⅱ果枝、株高、果枝節(jié)間長度、枯葉掛枝等)、株高70～80 cm、始節(jié)距地面高度20 cm以上、收獲株數(shù)在 1.2～1.4 萬株/667m2、單株結鈴 8個以上[17]。對9個品種生育期、農藝形狀、干物質累積變化、葉面積指數(shù)、纖維品質和產量及構成因子等研究表明，各品種生育期在129～136 d，株高在70～80 cm之間的品種為邯豐668和新陸中55，始節(jié)高度大于20 cm的為邯豐668、鑫牛6號、中棉9、16號和新陸中55號，收獲株數(shù)在1.2～1.4 萬株/667m2之間的品種為神牛5號、邯豐668和新陸中55號。干物質是作物光合作用產物的最終形態(tài)，其積累與合理分配及運轉是提高作物產量的關鍵，本研究表明各處理最大單株干物質質量介于118.5～167.7 g，干物質最大增長速率分別為2.28～3.14，增長速率最快為邯豐668，其次為新陸中55。各品種處理生育期葉面積指數(shù)呈二次拋物線動態(tài)變化，在鈴期到達峰值，為4.04～4.89。

品種是影響棉花質量的內在關鍵因素，不同棉花品種其內在纖維品質有較大區(qū)別。棉花纖維品質一直是品種創(chuàng)新、種植、生產、紡織工藝、營銷市場的主要指標，尤其是棉紡工藝改革促進棉花育種中心任務由豐產轉向品質。前人研究表明機采棉要求纖維長度應在30 mm左右，比強度30 cN/tex左右，回潮率小于8.5 %[18]。本研究各品種處理馬克隆值介于3.13～5.30之間，達到A級的有邯豐668和新陸中55號，分別為4.03和4.20；纖維長度應在30 mm左右的有邯豐668和新陸中55號，滿足機采棉品種的要求；斷裂比強度滿足機采棉要求的有邯豐668、中棉9、16號和新陸中55；各品種處理回潮率介于3.53 %～5.03 %，均小于8.5 %。就產量及產量構成因子而言，單株鈴數(shù)超過8個的為神牛5號、邯豐668、中棉9、16號和新陸中55，各處理鈴重為4.8～5.9 g；實收籽棉最高為548.0 kg/667m2，其次為538.2 kg/667m2，分別邯豐668新陸中55號，二者顯著高于其他品種。

4 結 論

綜合考慮棉花生育進程、農藝形狀、干物質累積量、品質和產量及產量構成因子等綜合指標，9個品種中邯豐668和新陸中55號表現(xiàn)最優(yōu)，適合哈密棉區(qū)機采模式下種植。