滴水量對等行距密植機(jī)采棉產(chǎn)量和脫葉吐絮的影響

田雨，陳獻(xiàn)丘，夏軍，郝先哲，時曉娟，王方永，韓煥勇，羅宏海*

(1 石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆 石河子 832003； 2 新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室，新疆 石河子 832000)

新疆是我國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，其種植面積、總產(chǎn)、單產(chǎn)和調(diào)出量已連續(xù)24 a居全國首位[1]。據(jù)國家統(tǒng)計局[2]統(tǒng)計，2018年，新疆棉花種植面積和產(chǎn)量分別占全國的74.3%、83.8%。近年來隨著勞動力成本急劇增加和科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，全程機(jī)械化成了新疆棉花種植的發(fā)展方向，并已經(jīng)開始大面積推廣，但機(jī)械采收漏采率高、采凈率低、原棉含雜率高、棉纖維品質(zhì)差等問題比較突出[3]。調(diào)整行株距配置是實現(xiàn)高密度與新技術(shù)結(jié)合的重要手段[4]。研究[5-6]表明，采用76 cm等行距密植的栽培模式可以有效協(xié)調(diào)棉花高產(chǎn)與適宜機(jī)采之間的矛盾。然而，有關(guān)等行距密植棉花高產(chǎn)及適宜機(jī)采機(jī)理的研究較少、基礎(chǔ)研究薄弱，限制了等行距密植技術(shù)增產(chǎn)及機(jī)采潛力的發(fā)揮。

水分是棉花生長及產(chǎn)量形成最主要的限制因素[7-8]。水分過多會使棉花植株旺長，一定程度上有利于高產(chǎn)[9]，但過大的棉花群體在生育后期易出現(xiàn)倒伏，影響棉花的正常脫葉和吐絮，不利于機(jī)械采收。在水分缺乏條件下棉花產(chǎn)量會顯著降低[10]，適度的水分調(diào)虧能夠協(xié)調(diào)生殖生長，促進(jìn)光合產(chǎn)物向產(chǎn)品器官運轉(zhuǎn)與分配，為保鈴增產(chǎn)創(chuàng)造條件，有利于充分挖掘節(jié)水高產(chǎn)潛力，同時還能塑造具有適宜機(jī)械采收的棉花群體[11-12]。因此，在等行距密植條件下，探尋通過改變滴水量構(gòu)建既有利于高產(chǎn)又有利于機(jī)采的群體，對提高機(jī)械化作業(yè)質(zhì)量具有重要意義。為此，本研究以構(gòu)建既有利于高產(chǎn)、又適宜機(jī)采的群體為目標(biāo)，在等行距密植條件下，開展滴水量對不同抗旱性棉花品種產(chǎn)量、品質(zhì)及機(jī)采性狀影響的研究，旨在為棉花高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年4—10月在新疆農(nóng)墾科學(xué)院試驗地(44°19′N，86°03′E)進(jìn)行，棉花生長季(4—10月)平均氣溫18.65 ℃，降水量211.7 mm，日照時數(shù)2077.3 h(新疆農(nóng)墾科學(xué)院氣象站提供)。試驗地為壤土，含有機(jī)質(zhì)12.73 g·kg-1、有機(jī)碳7.38 mg·kg-1、全氮1.16 g·kg-1、速效鉀173 mg·kg-1、速效磷6.89 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗，主區(qū)為滴水量，設(shè)3 000(W1)、3 900(W2)、4 800(W3)m3·hm-2三個處理水平，分別為虧缺灌溉、限量灌溉、常規(guī)灌溉；副區(qū)為品種，抗旱性較強(qiáng)的新陸早22號(P22)和抗旱性較弱的新陸早17號(P17)，設(shè)3個重復(fù)。采用等行密植模式(2.05 m超寬膜，種植模式為一膜三行三條滴灌帶，行距為76 cm，株距為5.5 cm)[13]，于4月18—20日進(jìn)行播種，10月初收獲，6月25日進(jìn)頭水，8月20日停水，灌水周期為7～8 d，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇镆恢?，具體滴水方案見下表(表1)。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量測定

在機(jī)采前(10月6日)選取一條膜上1.46 m長(3.33×10-4hm-2)的具有代表性樣點，調(diào)查該樣點內(nèi)的總株數(shù)、總鈴數(shù)，并實收稱重后扎花再稱重，計算單株鈴數(shù)、單鈴重和產(chǎn)量以及衣分。同時在每個小區(qū)取具有代表性的6株棉花調(diào)查鈴數(shù)并收取稱重，扎花后用于測定纖維品質(zhì)。

1.3.2 纖維品質(zhì)

采用HVI 900纖維檢測儀測定纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度、伸長率和馬克隆值等棉纖維品質(zhì)指標(biāo)。

1.3.3 機(jī)采性狀調(diào)查

在噴施脫葉催熟劑前1 d、后3、6、9、12、15、18、21、24 d，各小區(qū)調(diào)查連續(xù)15株的總鈴數(shù)、吐絮鈴數(shù)、青鈴數(shù)、正常葉片數(shù)，在收獲前調(diào)查干枯葉片數(shù)、懸掛葉片數(shù)；在機(jī)采前(10月1日)選取具有代表性的樣點調(diào)查總株數(shù)、倒伏株數(shù)。計算方法如下[14]：

干枯率(%)=機(jī)采前干枯葉片數(shù)/施藥前的總?cè)~片數(shù)×100%；

懸掛率(%)=機(jī)采前懸掛葉片數(shù)/施藥前的總?cè)~片數(shù)×100%；

脫葉率(%)=(Na-Nb)/Na×100%；

脫葉速度(%/d)=(N1-N2)/(Na·T)×100%；

自然吐絮率(%)=自然吐絮棉鈴數(shù)/棉鈴總數(shù)×100%；

吐絮速度(%/d)=(B1-B2)/(Ba·T)×100%；

吐絮率(%)=(Ba-Bb)/Ba×100%；

倒伏率(%)=倒伏株數(shù)/總株數(shù)×100%；

式中：Na、Nb分別為施藥前的葉片數(shù)和收獲時的葉片數(shù)；N1、N2分別為前后相鄰兩次調(diào)查時的葉片數(shù)；Ba、Bb分別為施藥時的棉鈴數(shù)和收獲時的棉鈴數(shù)；B1、B2分別為前后相鄰兩次調(diào)查時的棉鈴數(shù)；T為兩次調(diào)查間隔的天數(shù)。

1.4 統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行處理，統(tǒng)計分析采用SPSS 12.5軟件進(jìn)行，顯著性檢驗采用Duncan法進(jìn)行(P<0.05)，繪圖采用Sigmaplot 12.5軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成

方差分析表明(表2)，不同品種的單鈴重、單株鈴數(shù)、總鈴數(shù)、產(chǎn)量及衣分都具有顯著差異；水分對單株結(jié)鈴數(shù)、總鈴數(shù)及產(chǎn)量具有顯著影響，對單鈴重和衣分沒有顯著影響。P22與P17相比，單鈴重和籽棉產(chǎn)量分別高出14.4%和8.8%，但單株鈴數(shù)、總鈴數(shù)、皮棉產(chǎn)量和衣分分別低7.4%～15.9%；P17的單株鈴數(shù)、總鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量均隨著滴水量的降低呈顯著下降趨勢，但P22的單株鈴數(shù)、總鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量在W3和W2條件下沒有顯著差異，而在W1條件下顯著降低，綜合分析，W3-P22、W3-P17、W2-P22處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于其他處理，由于P17的衣分比P22顯著高出18.9%，導(dǎo)致W3-P17處理的皮棉產(chǎn)量顯著高于其他處理；互作分析表明，滴水量和品種對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素?zé)o顯著的互作效應(yīng)。

表2 不同處理下棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化

2.2 棉花纖維品質(zhì)

方差分析表明(表2)，纖維品質(zhì)性狀主要由品種決定，但滴水量對其亦有顯著影響。P22與P17相比，纖維長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、伸長率高出2.13%～13.87%，但馬克隆值低5.79%。在W2和W3條件下，P17的各品質(zhì)指標(biāo)均沒有顯著差異；P22的整齊度指數(shù)、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度沒有顯著性差異，但纖維長度和伸長率有所降低。在W1條件下，P17的纖維長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、伸長率顯著降低，馬克隆值顯著增加。同時，滴水量和品種對斷裂比強(qiáng)度和伸長率具有顯著的互作效應(yīng)，表明棉花纖維品質(zhì)主要由品種決定，適當(dāng)減少滴水量不會影響棉花纖維品質(zhì)，極度干旱對抗旱性較弱品種棉花的品質(zhì)具有顯著影響。

表3 不同處理下棉花纖維品質(zhì)指標(biāo)的變化

2.3 棉花脫葉吐絮性狀

2.3.1 脫葉率和脫葉速度

由圖1可知，在噴施藥后第3天，各處理的脫葉率沒有差異；在噴施藥12 d以后，W2-17和W3-17處理的脫葉率最高，W2-22和W3-22次之，W1-17和W1-22處理最低，同時各處理的脫葉率基本達(dá)到穩(wěn)定趨勢。表明脫葉率主要由品種決定，適當(dāng)減少灌水量并不會影響脫葉率。

同列標(biāo)的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上沒有顯著性差異。圖1 不同處理下棉花脫葉率和脫葉速率的變化

對脫葉速度的測定表明，在噴施藥后第3天，W2-P17和W3-P17的脫葉速度顯著高于其他處理，在第6天時，W3-17的脫葉速度顯著最高，W1-P17和W1-P22處理的顯著最低；在第15天以后，各處理的脫葉速度顯著降低，基本處于停止?fàn)顟B(tài)。表明在噴施藥后的15 d內(nèi)脫葉速度較高(尤其是打藥后6 d內(nèi))，15 d內(nèi)未脫落的葉片在其后亦難脫落。

2.3.2 葉片懸掛率和干枯率

由圖2可知，P17的懸掛率隨滴水量的減少呈下降趨勢，而P22的懸掛率隨灌水量的減少呈先下降后升高趨勢，相同棉花品種的葉片懸掛率在W3和W2條件下差異不顯著，但在W1條件下，兩個品種的葉片懸掛率均顯著降低。

同列標(biāo)的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上 沒有顯著性差異。圖2 不同處理下棉花葉片懸掛率和干枯率的變化

對脫葉速度的測定表明，P17的干枯率隨灌水量的減少呈下降趨勢，而P22的干枯率隨灌水量的減少呈上升趨勢，在W3和W2處理下，P17的干枯率顯著高于P22，但兩個品種的葉片干枯率在W3和W2條件下差異均不顯著。表明正常條件下葉片干枯率的高低主要由品種決定，限量灌溉不會影響葉片干枯率，但虧缺灌溉對抗旱性不同的棉花品種有不同的影響。

2.3.3 倒伏率和自然吐絮率

由圖3可知，在不同水分處理條件下，P17的倒伏率均高于P22，隨著滴水量的減少，P22的倒伏率呈降低趨勢，P17的倒伏率呈先降低后增加的趨勢，W2處理的兩個品種倒伏率均顯著低于W3處理。表明棉花倒伏率不僅由品種決定，還與滴水量有關(guān)，適當(dāng)降低滴水量可以防止棉花后期倒伏，但極度干旱反而會導(dǎo)致抗旱性較弱品種倒伏。

同列標(biāo)的相同字母表示在Duncan’s分析中5% 水平上沒有顯著性差異。圖3 不同處理下棉花倒伏率和自然吐絮率的變化

對自然吐絮率的調(diào)查表明，在不同水分處理下，P22的自然吐絮率均顯著高于P17，兩個品種的自然吐絮率在W3和W2處理下差異均不顯著，但W1處理的自然吐絮率均顯著高于W2和W3處理。表明棉花自然吐絮率主要由品種決定，限量灌溉不會影響自然吐絮率。

2.3.4 吐絮率和吐絮速度

試驗表明(圖4)，在噴施藥后3 d，W1處理的吐絮率均達(dá)70%以上，在W2和W3條件下，P22的吐絮率分別為46.8%和50.4%，而P17的吐絮率均低于30%，且在噴施藥后3～12 d一直處于較低水平；在噴施藥18 d時，各處理吐絮率均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；在機(jī)械采收時，W3-P22和W2-P17的吐絮率僅有92.4%和85.0%，其他處理的吐絮率為100%。表明抗旱性較強(qiáng)品種在正常灌溉下和抗旱性較弱品種在限量灌溉下均會影響最后的吐絮。同時在噴施藥后的18 d之內(nèi)未吐絮的棉鈴在其后亦難吐絮。

同列標(biāo)的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上沒有顯著性差異。圖4 不同處理下棉花吐絮率和吐絮速率的變化

對吐絮速度的測定表明，W1處理的吐絮速率在噴施藥后第3天均最高，在第6天時迅速下降；W2-P17和W3-P17的吐絮速度在第3天時顯著低于其他處理，但在第15天時顯著高于其他處理；W2-P22和W3-P22的吐絮速度在第3、15天均處于中等水平。

3 討論

不同棉花品種對水分的響應(yīng)不同，棉花產(chǎn)量受滴水量的影響顯著[15-16]，滴水量過低不利于光合同化物的積累，滴水量過高不利于同化物向棉鈴的運輸，因此，水分過高或過低均會影響產(chǎn)量的形成[17-19]。羅宏海等[20]研究發(fā)現(xiàn)，不同水分處理間的鈴重存在顯著差異，單株結(jié)鈴數(shù)也隨土壤水分的增加而顯著增加。姚名澤等[19]研究表明，衣分主要由品種決定，水分對其的影響較小。本研究發(fā)現(xiàn)，不同抗旱性棉花品種之間的單鈴重和衣分差異顯著，水分對單鈴重和衣分沒有顯著影響。此外，水分對不同棉花品種的單株結(jié)鈴數(shù)和產(chǎn)量具有顯著影響，抗旱性較弱棉花品種的單株結(jié)鈴數(shù)、總鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量均隨滴水量的降低而下降，而抗旱性較強(qiáng)棉花品種的產(chǎn)量及構(gòu)成因素在正常灌溉和限量灌溉條件下無差異。因此棉花的單鈴重和衣分主要由品種自身的特性決定，受環(huán)境的影響較小，而灌水量對籽棉產(chǎn)量的影響主要是通過影響單株鈴數(shù)來實現(xiàn)的。

棉花纖維品質(zhì)也是決定棉花經(jīng)濟(jì)價值的重要指標(biāo)[18]。有研究[21-23]發(fā)現(xiàn)隨灌水量的增加棉花的纖維長度和斷裂比強(qiáng)度呈上升趨勢、馬克隆值呈降低趨勢；但王峰等[18-19]研究表明，水分處理對棉花上半部平均長度、伸長率及斷裂比強(qiáng)度影響不顯著，灌溉頻率與灌水定額間無交互作用，因此棉花纖維品質(zhì)基本由品種決定，水分的影響十分有限。本研究結(jié)果表明，抗旱性較強(qiáng)棉花品種的纖維長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、伸長率較高，但馬克隆值較低。滴水量對棉花纖維長度、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度和伸長率也有顯著影響，但限量滴灌下，P17的各纖維品質(zhì)指標(biāo)以及P22的整齊度指數(shù)、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度均沒有顯著變化，而虧缺滴灌對抗旱性較弱棉花品種的品質(zhì)具有顯著影響。

棉花的脫葉催熟是實行機(jī)械化采收必不可少的重要環(huán)節(jié)，有效地促進(jìn)棉花葉片盡快脫落和棉鈴集中吐絮，可以降低機(jī)采棉的含雜率和漏采率，提高機(jī)械采收作業(yè)質(zhì)量，進(jìn)而還可以改善田間通風(fēng)透光狀況，有利于促進(jìn)棉鈴的開裂[24]；同時也有研究發(fā)現(xiàn)，土壤過于干旱及灌水量太大，都不利于棉花脫葉[25]，通過協(xié)調(diào)滴水量來促進(jìn)冠層結(jié)構(gòu)改善和集中棉鈴?fù)滦跏沁m應(yīng)機(jī)械化采收產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵[26-27]。本研究發(fā)現(xiàn)，棉花的脫葉吐絮性狀主要由品種自身決定。適當(dāng)減少灌水量并不會影響棉花脫葉率、葉片干枯率和懸掛率，但虧缺灌溉對棉花脫葉性狀具有顯著影響，而且在噴施藥后的15 d之內(nèi)脫葉速度較高(尤其是打藥后6 d內(nèi))，15 d之內(nèi)未脫落的葉片在其后亦難脫落。同時還發(fā)現(xiàn)，抗旱性較弱的棉花品種對脫葉劑的敏感度高于抗旱性較強(qiáng)的品種，適當(dāng)降低灌水量并不會影響棉花對脫葉劑的響應(yīng)，過度的干旱脅迫會顯著降低棉花對脫葉劑的敏感度。正常灌溉和限量灌溉條件下，抗旱性較強(qiáng)的品種棉花的吐絮率在噴施藥后3～12 d較高，抗旱性較弱品種在限量灌溉下會顯著影響最后的吐絮，而且在噴施藥后的18 d之內(nèi)未吐絮的棉鈴在其后亦難吐絮。同時還發(fā)現(xiàn)抗旱性較強(qiáng)的品種對催熟劑的敏感度較高，但藥效持續(xù)期較短；抗旱性較弱的品種對催熟劑的敏感度較低，但藥效持續(xù)期較長，且虧缺灌溉處理會顯著增加棉花對催熟劑的敏感度和降低藥效的持續(xù)時間。

棉花倒伏是追求過高產(chǎn)量而導(dǎo)致的一種現(xiàn)象[28]，雖然狂風(fēng)、暴雨等氣象因素會影響倒伏，但棉花倒伏主要由品種、土壤、種植密度、水肥管理的不合理造成[29-30]，倒伏后主莖或根部受機(jī)械損傷，不僅導(dǎo)致植株對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和輸送能力減弱[31]，還會使棉花葉片活性下降，使葉片對脫葉劑的吸收、運輸效率降低，不利于脫葉；此外，棉花倒伏致使冠層結(jié)構(gòu)惡化，通風(fēng)透光效果較差，不利于棉鈴?fù)滦酰虼?，棉花倒伏將?yán)重影響棉花脫葉吐絮效果和機(jī)械收獲質(zhì)量[31]。本研究發(fā)現(xiàn)，棉花倒伏的根本原因是柔軟的主莖無法支撐起龐大的地上生物量。品種和滴水量對棉花倒伏均有顯著影響，抗旱性較強(qiáng)品種棉花的倒伏率顯著低于抗旱性較弱的品種，同時適當(dāng)降低滴水量可以顯著降低棉花的倒伏，但極度干旱反而會導(dǎo)致抗旱性較弱品種倒伏，可能原因是抗旱性較弱品種棉花主莖比較柔軟而導(dǎo)致倒伏率較高；在正常灌溉下，地上生物量較高導(dǎo)致棉花嚴(yán)重倒伏；在干旱脅迫條件下，抗旱性較弱品種棉花主莖的堅韌度降低而導(dǎo)致倒伏率上升。因此，選育主莖堅韌的品種和在栽培過程中合理協(xié)調(diào)地上部分的生物量是避免倒伏的主要措施。大田試驗易受棉花品種、環(huán)境等因素影響，本研究通過1 a試驗得出等行距密植條件下最佳棉花產(chǎn)量、品質(zhì)及脫葉吐絮效果對應(yīng)的滴水量為3900～4800 m3·hm-2，但滴水周期、滴水定額等滴灌策略對產(chǎn)量形成的影響機(jī)制尚不清楚，而如何通過優(yōu)化滴灌策略挖掘棉花抗旱潛力有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

等行距密植條件下，抗旱性較強(qiáng)的品種(新陸早22號)在限量灌溉處理下的棉花籽棉產(chǎn)量和纖維品質(zhì)與正常灌溉處理無顯著差異，但倒伏率顯著降低，吐絮率提高；抗旱性弱的品種(新陸早17號)在限量灌溉處理下由于單株鈴數(shù)減少導(dǎo)致棉花籽棉產(chǎn)量顯著降低，但纖維品質(zhì)和脫葉吐絮沒有受到影響。因此，滴水3900～4800 m3·hm-2并選用抗旱性較強(qiáng)的棉花品種，可在不顯著降低等行距密植棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的前提下，優(yōu)化吐絮效果，降低倒伏率，有利于提高機(jī)采質(zhì)量。