棉鈴發(fā)育不同時(shí)期的質(zhì)量變化研究

李江峰，艾合買提·哈里克，王大光，張小龍，李 杰，婁善偉

（1哈密市農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣服務(wù)中心，新疆哈密 839000；2精河縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆精河 833300；3國家棉花工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830091）

0 引言

棉花是關(guān)系國計(jì)民生的戰(zhàn)略物資，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。1980年以后，隨著棉花產(chǎn)量不斷提高，生產(chǎn)目標(biāo)逐步調(diào)整到產(chǎn)量與品質(zhì)并重的路子上來，多結(jié)鈴、結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴成為主攻目標(biāo)[1]。探尋棉鈴發(fā)育的規(guī)律，合理調(diào)控棉鈴發(fā)育，成為實(shí)現(xiàn)多結(jié)鈴、結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴的重要途徑。前人研究發(fā)現(xiàn)，棉鈴由鈴殼、種子和纖維三大部分構(gòu)成，但三者的發(fā)育進(jìn)程并不同步[2-3]。棉鈴發(fā)育過程大體上可以分為棉鈴體積增大、棉籽和纖維發(fā)育、棉鈴脫水開裂3個(gè)階段，其中的纖維發(fā)育又分為纖維細(xì)胞分化與突起、纖維細(xì)胞的迅速伸長、次生壁的合成和脫水成熟4個(gè)時(shí)期[4]，另外，棉花鈴殼對棉鈴內(nèi)部種子和纖維生長發(fā)育起營養(yǎng)、支撐和保護(hù)等作用，鈴殼厚薄對棉鈴的體積、鈴重、絨長、衣分等均有一定影響[5]。同時(shí)，各階段中又有重疊期，錯綜復(fù)雜。分析其中的關(guān)系，探尋不同時(shí)期棉鈴發(fā)育的狀態(tài)結(jié)合最佳開花結(jié)鈴期，可以更好的實(shí)現(xiàn)多結(jié)鈴、結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴。新疆作為全國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，地理位置特殊，6—8月高溫干旱利于優(yōu)質(zhì)棉的形成，但同時(shí)秋季降溫快也對棉鈴發(fā)育帶來了不利影響，如何在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳采摘對于提高棉花品質(zhì)十分重要，同時(shí)，不同節(jié)位的棉鈴質(zhì)量和品質(zhì)也存在差異，育種實(shí)踐中常因棉花采摘的部位和時(shí)間不同而導(dǎo)致同一棉花品種的纖維品質(zhì)差別很大[6]。胡德玉等[7]認(rèn)為以棉株中部、橫向第4果節(jié)位的棉花纖維品質(zhì)為最好，采摘時(shí)期以9月底至10月初的棉花纖維品質(zhì)最穩(wěn)定，而新疆種植模式下，通常以中部第一果節(jié)的棉鈴纖維品質(zhì)最好。因此，針對區(qū)域，再次開展棉鈴發(fā)育過程中質(zhì)量變化和品質(zhì)變化的探索研究，可以更好的實(shí)現(xiàn)棉鈴調(diào)控并結(jié)合最佳采收期，為進(jìn)一步提高產(chǎn)量，促進(jìn)品質(zhì)提升奠定基礎(chǔ)，同時(shí)，可為機(jī)械采收脫葉劑的噴施時(shí)間以及本團(tuán)隊(duì)前期開發(fā)的延長生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年在哈密地區(qū)，試驗(yàn)地前茬為棉花，土壤為壤土，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量18.3 g/kg，堿解氮55.2 mg/kg，速效磷 15.4 mg/kg，速效鉀 180.5 mg/kg，pH 7.8。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)田按照常規(guī)大田管理進(jìn)行，棉花種植模式為行距(66+10)cm、株距11 cm的一膜六行機(jī)采模式，膜寬2.05 m，理論密度23000株/hm2，4月18日播種，干播濕出，灌溉方式為三管六窄行間滴灌帶鋪設(shè)的膜下滴灌。供試棉花品種為：‘新陸中55號’。采取花鈴期掛牌的方式，掛牌時(shí)間7月10日，掛2000個(gè)牌，一天掛完。試驗(yàn)所涉及的材料均于當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場采購。

1.3 調(diào)查內(nèi)容

1.3.1 農(nóng)藝性狀調(diào)查 選具有代表性的長勢一致的連續(xù)10株棉花，在吐絮時(shí)調(diào)查株高、莖粗、果枝數(shù)、真葉數(shù)、果枝始節(jié)、始節(jié)高度、株寬等。

1.3.2 不同部位棉鈴調(diào)查 每2個(gè)取樣點(diǎn)為一個(gè)品種，取樣點(diǎn)1、2為試驗(yàn)品種，其他采用附件大田取點(diǎn)的方式，于吐絮期選取第1臺（下部）、第4臺（中部）和第7臺（上部）果枝第一果節(jié)棉鈴（棉桃或者棉絮）20個(gè)，重復(fù)3次，取回后測單鈴重

1.3.3 棉鈴調(diào)查 從棉桃生長40天開始取樣每5天取一次樣，每次隨機(jī)取掛牌棉花50朵，一共取7次樣，測定棉鈴的單鈴重和衣分。

1.3.4 纖維品質(zhì)測定 根據(jù)掛牌時(shí)間，去不同時(shí)期的棉鈴/棉花，剝鈴進(jìn)行測定，并對所取的棉樣送交農(nóng)業(yè)部棉花質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（烏魯木齊）進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010和DPS9.50統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花基本農(nóng)藝性狀情況

通過對棉花農(nóng)藝性狀的調(diào)查（表1），株高、莖粗、株寬、真葉數(shù)等值分別為72 cm、9.104 mm、39.7 cm和15片，均在正常范圍內(nèi)，屬于新疆種植模式下比較典型的形態(tài)，果枝數(shù)相對較多，便于形成高產(chǎn)，果枝始節(jié)較高，為23.55 cm，適合機(jī)械采收。

表1 棉花農(nóng)藝性狀基本情況

2.2 不同部位棉鈴單鈴重差異情況

如表2，6組數(shù)據(jù)分析可以看出，不同部位棉鈴的單鈴重存在差異，第四果枝的單鈴重最高，其次為第一果枝。第一果枝與第四果枝棉鈴單鈴重差值在0.01～1.02 g之間，第七果枝與第四果枝的差值在0.21～1.60 g之間，整體上3個(gè)部位果枝棉鈴的單鈴重差異并不太顯著，但第七果枝單鈴重明顯下降，這可能與棉鈴發(fā)育時(shí)間長短及發(fā)育期氣溫光照有關(guān)。

表2 不同部位棉鈴的單鈴重 g

2.3 不同發(fā)育時(shí)期棉鈴的鈴重與衣分變化情況

由表3可以看出，隨著花后天數(shù)增加，棉花的籽棉重量不斷增加，花后40天時(shí)，棉鈴基本成型，但籽棉重量僅為3.0 g左右，花后40～50天重量增加較快，達(dá)0.95 g，50天后，重量增長變緩，花后70天達(dá)到5.0 g以上，重量開始趨于穩(wěn)定；鈴殼重量在花后45天左右增加到1.6 g以上，后增加變緩，一直增加到花后70天，重量變化不大，最終為1.86 g；皮棉重量則表現(xiàn)出一定的波動，同樣在40～50天增加較快，但在55天重量達(dá)到1.70 g后有略減趨勢，而后又繼續(xù)增加，在70天最高，為1.91 g，后稍有減少但變化不大；衣分則呈先增后減的趨勢，最高時(shí)在花后55天，為41%，后又逐漸減少。

表3 花后不同天數(shù)棉鈴的鈴重與衣分變化

2.4 不同發(fā)育時(shí)期棉纖維各項(xiàng)指標(biāo)變化情況

2.4.1 不同發(fā)育時(shí)期纖維長度和強(qiáng)調(diào)的變化情況 由圖1、2可以看出，棉纖維長度和強(qiáng)度隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)不斷增大，在纖維長度上，花后45天棉花纖維長度就超過28 mm，說明此時(shí)的纖維長度已經(jīng)可以滿足一定的需求，但隨后纖維長度繼續(xù)增加，50～60天增長最快，在60天達(dá)到30.5 mm以上，65天達(dá)到最大值30.91 mm，而后有所下降，維持在30.5 mm左右。比強(qiáng)度上，則呈現(xiàn)一直增加的趨勢，增長最快的是花后50～65天，增加了3.3 CN/tex，65天后增長變緩，到花后75天最高，為28.2 CN/tex。

圖1 不同時(shí)期棉花上半部平均纖維長度變化

圖2 不同時(shí)期棉花斷裂比強(qiáng)度變化

2.4.2 不同發(fā)育時(shí)期棉纖維其他指標(biāo)變化情況 由表4可以看出，其余各項(xiàng)纖維指標(biāo)同樣隨著生育進(jìn)程的變化而變化，但均具有一定的變化趨勢。長度整齊度和斷裂伸長率的變化趨勢類似，均為先增后減，但峰值出現(xiàn)的早晚存在差異，長度整齊度在55天達(dá)到82%以上，后基本維持在82%～83%之間，70天達(dá)到最高值83.7%，其后雖有降低，但變化不大，而斷裂伸長率的最大值出現(xiàn)在花后60天，為8.7%，隨后逐漸降低至7.9%。短纖維率整體呈逐漸下降趨勢，花后45天最大，為24%，到花后65天，下降為7.0%，下降幅度較大，后穩(wěn)中略升。成熟度在花后45天就達(dá)0.8，后基本沒有變化，到花后75天，僅增加為0.01。馬克隆值、紡織一致性系數(shù)二項(xiàng)指標(biāo)的變化一致，呈增加趨勢，但馬克隆值一直較小可能測試有誤，紡織一致性系數(shù)在花后45天時(shí)僅為88，后迅速增加，花后65天到達(dá)137，隨后緩慢增加，花后75天最大，為139。

表4 不同發(fā)育時(shí)期纖維品質(zhì)變化

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）花后40～50天籽棉、鈴殼、皮棉重量增加最快，且均在花后70天最重，而衣分則在花后55天左右最高；

（2）棉纖維品質(zhì)8項(xiàng)基本指標(biāo)中除了短纖維率呈不斷下降趨勢，花后45～55天下降最大，其余指標(biāo)均隨生育進(jìn)程增加而增加，但纖維長度、整齊度、斷裂伸長率分別在花后65、70、60天出現(xiàn)最高值。

3.2 討論

關(guān)于棉鈴發(fā)育的研究相對較多，大量研究證明[8-9]，棉花單鈴、鈴殼、籽棉、纖維、種子等干物質(zhì)的積累與分配均呈前期慢、中期快、后期減慢的“S”型生長曲線，結(jié)合前人基礎(chǔ)[10]，作者研究也發(fā)現(xiàn)盡管受品種、氣候等因素影響，但開花后25～30天，棉鈴的體積基本達(dá)到最大，后期保持穩(wěn)定，而其質(zhì)量和品質(zhì)的變化要遠(yuǎn)比體積復(fù)雜，因?yàn)樵诿藁ㄙ|(zhì)量形成的同時(shí)，棉纖維也在不斷發(fā)育，而且發(fā)育過程中，纖維伸長與纖維的胞壁加厚期相互重疊，涉及養(yǎng)分的競爭與協(xié)調(diào)。Schubert[11]認(rèn)為纖維加厚開始發(fā)生在棉鈴生長發(fā)育進(jìn)程的35%（20～24天）時(shí)，Deborah等[12]則認(rèn)為纖維加厚啟動于花后16～18天，因?yàn)榇藭r(shí)纖維中葡萄糖合成高峰期，纖維次生壁加厚快速。一般認(rèn)為[13]，纖維在25～30天即可伸長至纖維最終長度，經(jīng)歷40～50天完成胞壁加厚，也就是說花后50天內(nèi)，纖維便會成熟。本研究發(fā)現(xiàn)花后45天，纖維長度、強(qiáng)度等指標(biāo)仍不斷增加，且在花后55天后，纖維各項(xiàng)指標(biāo)明顯提升，可見棉鈴發(fā)育后期，不僅僅是重量的變化，纖維品質(zhì)也在不斷變化。

關(guān)于棉花采收，陳少毅等[14]認(rèn)為，在棉鈴發(fā)育55天左右收獲，可實(shí)現(xiàn)最高棉纖維產(chǎn)量。而相反的，李艷萍等[15]認(rèn)為，如果繁育種子，那么棉桃吐絮前的棉花種子由于未經(jīng)脫水后熟基本無發(fā)芽能力，且抗高溫老化能力也低，只有脫水后熟的種子，才能形成較高的發(fā)芽力和活力，因此，根據(jù)選擇的目的不同，棉花采收的時(shí)機(jī)也會不同。同樣，傳統(tǒng)的采收方式認(rèn)為[16-17]，吐絮后機(jī)械采收是現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，可以更利于規(guī)?；凸?jié)約人工，但也有創(chuàng)新的思維，根據(jù)以前摘棉桃的傳統(tǒng)，提出探索直接采收棉桃的方式來收獲，但采收棉桃面臨機(jī)械設(shè)備以及烘干等設(shè)備等限制，以及如何保持棉鈴非吐絮狀態(tài)等問題，本文通過對棉鈴發(fā)育不同時(shí)期的質(zhì)量和品質(zhì)變化研究，既明確棉鈴發(fā)育規(guī)律，也為探索新的采收模式提供一定的參考。