新疆第八師氣象要素對棉花含糖量和纖維素變化的影響*

李紅英，王嘯天，郭 璇，王秀琴

（1.新疆石河子烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗站，新疆 石河子 832019；2.新疆炮臺氣象站；3.新疆石河子氣象臺；4.新疆石河子業(yè)務(wù)科）

棉鈴發(fā)育過程中纖維可溶性糖與纖維素合成是形成棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)[1-3]，棉花纖維含糖量的多少直接影響棉花品質(zhì)，含糖量過高降低紡紗功效和工藝，并已引起科學界廣泛關(guān)注[4-6]。環(huán)境因素對棉花纖維含糖量的影響較大，尤其氣候變化對棉花纖維含糖量的影響更為明顯。勾玲[7]等研究了棉花纖維發(fā)育過程中可溶性糖和纖維素含量的變化及與氣象因子的關(guān)系，認為氣溫是影響棉花鈴期纖維可溶性糖的主要氣象因素，而最低溫度對纖維可溶性糖的轉(zhuǎn)化影響最顯著，后期低溫可能是造成新疆棉纖維內(nèi)糖含量高的原因。黃慰軍[8]等對南疆棉花的研究結(jié)果認為，高溫天氣、降水少、空氣濕度低可造成棉花纖維含糖量低，反之棉花纖維含糖量則高。第八師以早熟棉花栽培為主，為了提高棉花質(zhì)量，本文通過對當?shù)孛藁ê橇康难芯浚接憵庀笠刈兓瘜γ藁ɡw維質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試棉花品種3個，分別為新陸早45號、新陸早64號、新陸早74號，均為近幾年石河子墾區(qū)機采棉主推品種。

1.2 試驗地概況

試驗于2019—2020 年在石河子大學農(nóng)學院農(nóng)學試驗站進行，土壤類型為灰漠土。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)種植密度為18.0 萬株/hm2。采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2。田間管理與生產(chǎn)棉田相同。

1.4 項目測定與氣象資料

在棉花盛花期（6月30日）和開花中后期（7月21日），選取有代表性的棉株，分別給6月30日、7月21日開花的果枝掛牌，并標明開花時間，每個供試棉花品種按開花日期掛牌確定樣品400 朵（為取樣定株）?；ê竺扛? d對各參試棉花品種的每個重復(fù)隨機取5個棉鈴進行室內(nèi)分析，棉纖維中可溶性糖和纖維素含量等測定項目在農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心測定完成。

氣象資料來源于石河子氣象局，按照棉鈴出苗至吐絮的各個不同發(fā)育期統(tǒng)計氣象要素，氣象資料主要包括日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度、日較差、日照時數(shù)、≥10 ℃有效積溫和相對濕度。數(shù)據(jù)分析采用Excel統(tǒng)計軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花開花后可溶性糖含量變化

棉花開花后第7天開始每隔7 d測定1次纖維中可溶性糖含量，如圖1所示，棉纖維中可溶性糖含量隨著時間延長可溶性糖含量隨棉鈴的成長呈反向“S”曲線變化，開花后14～21 d棉纖維中可溶性糖含量達到最大值，占單鈴纖維干重的35%～40%，30 d之后直至50～70 d吐絮期可溶性糖含量逐漸下降并趨近于0%。開花晚相對于開花早的棉鈴纖維中可溶性糖含量減少相對緩慢，提早開花的棉鈴纖維中可溶性糖含量減少迅速。隨開花時間推后，氣溫下降，提早開花的棉鈴纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化高峰期略提前，轉(zhuǎn)化率減慢，但與晚開花的棉鈴相比，有相對較高的轉(zhuǎn)化率，晚開花轉(zhuǎn)化高峰期呈推遲趨勢，轉(zhuǎn)化率降低迅速，轉(zhuǎn)化高峰期有所延長。由此表明，北疆第八師地區(qū)棉花早熟品種適應(yīng)當?shù)氐臍夂颦h(huán)境，隨著氣溫下降對中前期開花的可溶性糖轉(zhuǎn)化率有所降低，但對纖維素合成量影響較小，而晚開花因日期推后，氣溫開始下降，可溶性糖轉(zhuǎn)化率迅速降低而纖維合成量減少。

圖1 不同開花日期棉鈴纖維可溶性糖含量隨時間的變化曲線

6月30日開花的棉鈴可溶性糖含量（y）和生長日期（x）通過Excel統(tǒng)計軟件分析，擬合方程為y=-2E-0.6x4+0.000 8x3-0.075 7x2+1.533 8x+30.074，r=0.997 4（P ＜0.01），達到顯著水平。7月21日開花的棉鈴可溶性糖含量（y）和生長日期（x）的擬合方程為y=-1E-0.6x4+0.000 7x3-0.076 2x2+2.056 7x+22.194，r=0.996 6（P ＜0.01）。提早開花的棉鈴纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化率高，持續(xù)時間短，轉(zhuǎn)化高峰期較晚開花的提前。6月30日開花，花后14 d可溶性糖含量達高峰期，花后63 d轉(zhuǎn)化趨近于0%，平均轉(zhuǎn)化率每天為0.87%。7月21日開花，花后21 d可溶性糖含量達高峰期，花后70 d轉(zhuǎn)化趨近于0%，平均轉(zhuǎn)化率每天為0.66%。由此表明，隨開花日期后移，可溶性糖隨著氣溫下降轉(zhuǎn)化率有所降低，說明對外界環(huán)境反應(yīng)比較敏感，隨開花日期推遲，轉(zhuǎn)化率迅速降低，轉(zhuǎn)化高峰期延長，纖維合成量也在減少，棉花質(zhì)量也隨之下降。

2.2 棉鈴發(fā)育過程中纖維素含量變化

如圖2所示，開花后棉鈴中纖維素含量變化過程呈正向“S”型曲線，與可溶性糖變化相反。花后14 d之前變化緩慢，中期14～45 d增加迅速，后期45～70 d又逐漸變慢，不同供試棉花品種類型間相似，開花早的纖維素含量積累迅速，且含量高，較晚開花達最大值的時間提前7～10 d。棉花纖維素轉(zhuǎn)化過程是逐漸增加的過程，6月30日開花的棉鈴纖維素含量（y）和生長日期（x）通過EXCEL統(tǒng)計軟件分析，擬合方程為y=4E -05x4-0.006 6x3+0.358 3x2-4.935 3x+19.444，r=0.999 3（P ＜0.01），達到顯著水平。7月21日開花的棉鈴可溶性糖含量（y）和生長日期（x）的擬合方程為y=3E-05x4-0.005 8x3+0.311 7x2-4.214 9x+16.167，r=0.999 4（P ＜0.01）。提早開花的棉鈴纖維素含量轉(zhuǎn)化率高，持續(xù)時間短，轉(zhuǎn)化最大值出現(xiàn)日期較晚開花提前。6月30日開花鈴，花后14 d棉鈴纖維素含量進入迅速轉(zhuǎn)化期，45 d轉(zhuǎn)化趨近于最大值，63 d左右完成轉(zhuǎn)化，平均轉(zhuǎn)化率每天為1.87%。7月21日開花鈴，花后20 d棉鈴纖維素含量進入迅速轉(zhuǎn)化期，45 d轉(zhuǎn)化趨近于最大值，需要70 d完成轉(zhuǎn)化，平均轉(zhuǎn)化率每天為1.36%。由此表明，隨開花日期后移，棉鈴纖維素含量隨著氣溫下降轉(zhuǎn)化率有所降低，說明對外界環(huán)境反應(yīng)比較敏感，隨開花日期推遲，轉(zhuǎn)化率迅速降低，纖維合成量也在減少，開花早纖維素轉(zhuǎn)化快，棉花質(zhì)量提高。棉鈴可溶性糖的積累是纖維素迅速合成的基礎(chǔ)。

圖2 不同開花日期棉鈴纖維素含量隨時間的變化曲線

2.3 可溶性糖、纖維素與鈴期氣象因子的關(guān)系

如表1所示，棉鈴期纖維可溶性糖含量變化、纖維素轉(zhuǎn)化合成特征值與氣象要素的相關(guān)分析表明，日平均氣溫、日最低氣溫與纖維可溶性糖含量變化、纖維素轉(zhuǎn)化合成相關(guān)性顯著。當日平均氣溫在24.0 ℃以上時可溶性糖轉(zhuǎn)化速率為1.08%、纖維合成速率為2.40%，當日平均氣溫下降到21.0 ℃以下時可溶性糖轉(zhuǎn)化速率降為0.85%，纖維合成速率降為2.10%以下。棉花開花越晚，由于氣溫下降，棉鈴可溶性糖轉(zhuǎn)化纖維素也隨之減慢。頂部棉鈴開花較晚，7月21日開花的棉鈴在花后42 d，即9月1 日至20日，其日平均溫度為18.7 ℃，可溶性糖含量為22.2%，而纖維素僅為35.0%。由此說明，溫度首先影響可溶性糖的轉(zhuǎn)化，其次影響纖維素合成，對纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化的影響大于其對纖維素合成的影響。日照時數(shù)與相對濕度對其影響不明顯。

表1 可溶性糖、纖維素含量轉(zhuǎn)化特征值與棉花鈴期氣象因子的相關(guān)性

溫度與可溶性糖和纖維素含量的轉(zhuǎn)化速率呈極顯著的正相關(guān)（P ＜0.01）。棉花開花至吐絮大概需要50 d左右（觀測數(shù)據(jù)），纖維素轉(zhuǎn)化42 d之后趨于穩(wěn)定，石河子地區(qū)8月25日以后日平均氣溫在24.0 ℃以下，并且下降速度較快。因此，在7月5日之前早開花的棉鈴在發(fā)育前期，氣溫條件適宜，有利于可溶性糖積累，具有較多光合產(chǎn)物運入棉纖維中，在較高的氣溫（24.0 ℃以上）環(huán)境中能快速把可溶性糖轉(zhuǎn)化成纖維素，一般在7月15日之前開花的棉鈴都能順利完成纖維素轉(zhuǎn)化過程。開花較晚尤其在7月21日之后開花，由于氣溫下降阻礙了前期可溶性糖的積累，也給后期轉(zhuǎn)化帶來困難，從而會造成纖維品質(zhì)下降。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

有關(guān)研究資料表明，原棉中的糖分為生理糖和昆蟲蜜露糖[9]。生理糖是棉纖維中的纖維素經(jīng)過光合作用合成的葡萄糖等還原糖；昆蟲蜜露糖是棉花生長中由于蟲害的啃食和昆蟲分泌物粘附并干涸于棉纖維上也稱為外源糖[10-11]，防止蟲害可降低外源糖。本試驗條件下，由于田間管理措施得當，棉花生育后期沒有蚜蟲危害，纖維可溶性糖主要是內(nèi)糖。試驗以當?shù)刂髟悦藁ㄆ贩N為研究對象，均為早熟品種。開花后第7 天開始測定可溶性糖和纖維素的含量，在14～21 d可溶性糖含量達到最大值，然后迅速下降；纖維素變化過程在14 d之前極其緩慢，之后開始加速，21～42 d為迅速轉(zhuǎn)化期，然后趨于穩(wěn)定狀態(tài)?？扇苄蕴呛颗c纖維素含量呈正反向“S”變化，并具有顯著的負相關(guān)。

3.2 討論

棉鈴期的氣溫是影響棉花可溶性糖轉(zhuǎn)化和纖維合成的主要氣象因素，開花較晚，后期低溫使棉纖維內(nèi)糖含量不能全部轉(zhuǎn)化，是造成生理糖高的主要原因。日照時間與空氣相對濕度對纖維合成影響不明顯。第八師區(qū)域氣候資源豐富，選用早熟棉花品種提早開花使之與最佳的氣候環(huán)境相匹配，可生產(chǎn)出高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)棉。研究認為，開花期在7月15日之前的棉鈴發(fā)育處在適宜高溫階段，可收獲到優(yōu)質(zhì)棉。