不同行距配置對無膜棉冠層及光合指標(biāo)的影響

陳佳林潘夢瑤毛廷勇希爾艾力·包爾汗郭子軒翟云龍陳國棟

(1.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100；2.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

新疆光照時間長、強(qiáng)度高，為棉花的生長提供了充足的光照條件，棉花產(chǎn)業(yè)作為新疆尤其是南疆地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。近幾年，隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的提出，無膜棉的研究也開始備受各大專家學(xué)者關(guān)注。無膜棉的推廣種植不僅節(jié)約成本、保護(hù)環(huán)境，更是確保我國棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和提高棉花產(chǎn)業(yè)國際競爭力的必由之路[1]。

改善冠層結(jié)構(gòu)，使光照到達(dá)植株基部葉片，以便于增加冠層截獲光能的能力[2]。采用適宜的行距配置有利于棉花產(chǎn)量的提高。前人試驗(yàn)得出，良好的冠層結(jié)構(gòu)有利于群體光合生產(chǎn)，有助于提高產(chǎn)量[3-5]。作物冠層結(jié)構(gòu)優(yōu)良及其光合能力的差異，決定了作物群體的光合速率，所以優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu)是增強(qiáng)作物群體光合效應(yīng)的一個重要方法[6]。適宜的植株群體結(jié)構(gòu)是保證棉花生長和高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，棉花的冠層結(jié)構(gòu)在大田栽培中對于光能的轉(zhuǎn)化和光能的利用效率上意義重大，通過設(shè)置行距配置構(gòu)建合理的冠層結(jié)構(gòu)，有助于光分布均勻，改善植株在群體內(nèi)的光傳輸，提高了光能轉(zhuǎn)化的效率，最終促進(jìn)棉花生長發(fā)育[7]。馬錦穎[8]等在兵團(tuán)第六師的棉花種植模式比較試驗(yàn)中指出，等行距3行種植模式下的棉花產(chǎn)量及品質(zhì)均優(yōu)于常規(guī)機(jī)采棉種植模式(66cm+10cm)，隨平均行距增大，寬行距模式下的葉片光合能力及群體光能利用率均優(yōu)于寬窄行模式，有助于光合物質(zhì)的積累，從而提高棉花產(chǎn)量[9]。適宜的行距能夠獲得優(yōu)越的棉花群體冠層結(jié)構(gòu)，提高光能利用率，從而達(dá)到高產(chǎn)[10]。羅宏海等[11]研究發(fā)現(xiàn)，只有在適宜的種植密度與行距下才能保持較高的群體光合速率，利于產(chǎn)量的形成。另有研究結(jié)果表明，緊湊的植被株型結(jié)構(gòu)可以幫助作物冠層內(nèi)部在一定密度的條件下保證較好的通風(fēng)透光性，使冠層內(nèi)部獲得較大的光能截獲率，有利于作物群體光能利用率的提升并達(dá)到作物高產(chǎn)[12-14]。

本試驗(yàn)在棉花群體條件下，研究不同行距配置下冠層結(jié)構(gòu)、光合特性與產(chǎn)量關(guān)系，為無膜棉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供參考，改善無膜棉群體光能利用率，為南疆無膜棉栽培提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

供試品種采用中早熟品種“中619”，于2020年在新疆塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)示范基地進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，行距配置為3行A：76cm+76cm；4行B：76cm+10cm+76cm；6行C：66cm+10cm；各行距配置重復(fù)3次，播種幅寬為2.05m。試驗(yàn)于4月17日進(jìn)行播種，4月30日出苗，7月15日進(jìn)行人工打頂，9月10日噴施脫葉劑，其它管理措施同大田管理一致。

圖1 不同行距配置模式示意圖

1.2 測定項(xiàng)目與方法

采用LI-6400光合儀在棉花花鈴期晴朗天氣下測定光合指標(biāo)。主要測定棉株主莖功能葉的氣孔導(dǎo)度、光合速率、胞間CO2濃度和蒸騰速率，各處理選取3片葉片，測定時間按照8∶00、10∶00、12∶00、14∶00、16∶00、18∶00、20∶00 7個時段進(jìn)行。

采用北京力高泰科技有限公司生產(chǎn)的LAI-2200 C型植物冠層分析儀測定冠層指標(biāo)。對葉面積指數(shù)、葉傾角、冠層開度，隨機(jī)選取具有代表性的3個點(diǎn)位對上、中、下3部分分別進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用Microsoft Excel 2010、Origin 2018等進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖，DPS 7.05數(shù)據(jù)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析，顯著性水平為a=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同行距配置下對無膜棉冠層指標(biāo)的影響

2.1.1 對無膜棉葉面積指數(shù)的影響

葉片是冠層的主要組成部分，是反映冠層結(jié)構(gòu)性能的重要指標(biāo)，合理的葉面積指數(shù)值大小是實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)高質(zhì)的重要保證。如圖2所示，在各處理中，上部葉面積指數(shù)A處理和B處理顯著高于C處理，分別高出6.52%和7.18%。中部葉面積指數(shù)B處理最高，其次為A處理，C處理最小。下部葉面積C處理指數(shù)顯著高于A處理和B處理，分別高出8.07%和8.24%。隨著平均行距的減小，C處理中上部的葉面積指數(shù)隨之減小，而下部的葉面積指數(shù)會隨之增大。表明過度的寬行不利于棉花合理葉面積指數(shù)的形成。

圖2 不同行距配置下對葉面積指數(shù)變化的影響

2.1.2 對無膜棉葉傾角的影響

葉傾角是葉片與水平方向的夾角，反映葉片的直立狀態(tài)，是衡量冠層結(jié)構(gòu)的指標(biāo)。如圖3所示，葉傾角在棉株不同層次及行距下表現(xiàn)出來的各指標(biāo)不同。葉傾角在各部位中都無顯著差異，整體性表現(xiàn)為上部<中部<下部，從上而下逐漸上升。上、中部表現(xiàn)為C處理>A處理>B處理，下部表現(xiàn)為A處理>B處理、C處理。上部，C處理的葉傾角為44.49，比A處理和B處理分別高出1.69%和3.46%。中部，C處理的葉傾角為48.37，比A處理和B處理分別高出1.20%和1.43%。下部，A處理的葉傾角為52.40，比B處理和C處理分別高出0.89%和0.88%。綜上所述，各處理間葉傾角無差異性。

圖3 不同行距配置下對無膜棉葉傾角的影響

2.1.3 對無膜棉冠層開度的影響

冠層開度(DIFN)反映了植物群體冠層中光線的透過程度指標(biāo)，作物群體冠層透光率隨著冠層開度越大而越高，反之群體冠層透光率越低。如圖4所示，冠層開度從上而下呈逐漸下降的趨勢。在棉花上部，C處理冠層開度最大，為0.658，顯著高于A處理和B處理，分別高出8.99%和10.19%。在棉花中部，C處理和B處理顯著高于A處理，分別高出9.33%和7.85%。在棉花下部，C處理最大為0.141，顯著高于A處理和B處理，分別高出3.71%和3.62%。綜上所述，無膜棉的冠層開度自上而下呈下降趨勢，C處理的冠層開度最大，其次為B處理，A處理最小。表明行距配置對無膜棉冠層開度影響較大。

圖4 不同行距配置下對無膜棉冠層開度的影響

2.2 不同行距配置下對無膜棉光分布的影響

作物的光合作用和干物質(zhì)生產(chǎn)與冠層光截獲和分布狀況密切相關(guān)，不同行距種植對無膜棉冠層光分布的影響如圖5所示，各處理均表現(xiàn)為“V”字形分布規(guī)律。在不同行距配置的冠層光分布中，A處理和B處理的冠層光分布效果最佳，受光面積最為充沛，行間光照強(qiáng)度最高。由橫向可以看出，A處理在20cm時最大，為8267lx，在0cm時最大為4104lx。在B處理中20cm時最大為6312lx，在0cm時最大為5278lx。因?yàn)镃處理平均行距最小，下部光照弱，C處理中20cm時最大為5567lx，與A處理和B處理相比，降幅分別為29.7%和23.6%。0cm時最大為2348lx，與A處理和B處理相比，降幅分別為52.2%和54.7%。

圖5 行距配置對無膜棉冠層光分布的影響

2.3 不同行距配置下對無膜棉光合指標(biāo)的影響

2.3.1 對無膜棉凈光合速率的影響

不同行距配置下對無膜棉凈光合速率的動態(tài)變化結(jié)果如圖6所示。不同行距配置中，全天凈光合速率Pn均表現(xiàn)為明顯的“單峰”曲線，且變化規(guī)律呈先增長后下降的趨勢，各處理的Pn值在14∶00左右達(dá)到“峰值”，表現(xiàn)為C處理

圖6 不同行距配置下對凈光合速率的影響

2.3.2 對無膜棉氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔導(dǎo)度是植物葉片與外界進(jìn)行氣體交換的主要通道。3種種植模式氣孔導(dǎo)度變化趨勢如圖7所示，全天的氣孔導(dǎo)度的變化趨勢表現(xiàn)為先增高后下降，均表現(xiàn)為明顯的“單峰”曲線，A處理相比于B處理和C處理的Gs值在14∶00左右達(dá)到峰值，整體表現(xiàn)為C處理

圖7 不同行距配置下對氣孔導(dǎo)度的影響

2.3.3 對無膜棉胞間CO2濃度的影響

不同行距對無膜棉胞間CO2濃度變化如圖8所示。C、B處理的全天胞間CO2濃度變化趨勢表現(xiàn)均呈“雙V”曲線，在14∶00和18∶00均出現(xiàn)最低“峰值”，在18∶00后又呈上升趨勢，而A處理呈先降低后升高的廣口“V”字形曲線變化趨勢，3種處理的最低峰值同樣在14∶00；不同行距配置中3種處理的差異變化基本在14∶00—20∶00。隨溫度的升高光合作用隨之增強(qiáng)，胞間CO2濃度逐漸降低，在14∶00與18∶00時光照強(qiáng)度在1天中表現(xiàn)為最強(qiáng)，此時B處理的植物胞間CO2濃度最低。

圖8 不同行距配置下胞間CO2濃度的影響

2.3.4 對無膜棉蒸騰速率的影響

不同行距種植模式對無膜棉蒸騰速率的變化結(jié)果如圖9所示。全天蒸騰速率的變化趨勢表現(xiàn)為先上升后下降，趨勢均表現(xiàn)為明顯的“單峰”曲線，3個不同處理的T值在14∶00左右達(dá)到“峰值”，“中619”表現(xiàn)為A處理>C處理>B處理。在不同行距配置中，在14∶00左右A處理的蒸騰速率值較其它處理而言較大，最為明顯。

圖9 不同行距配置下對蒸騰速率的影響

3 討論

合理的行距配置在無膜棉栽培中認(rèn)為是高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)發(fā)展的重要手段之一，相同的栽培密度下，不同的種植模式對無膜棉的生長發(fā)育產(chǎn)生的影響有所不同。冠層結(jié)構(gòu)是否合理是作為評價(jià)棉花種植群體正常生長發(fā)育狀態(tài)的重要依據(jù)。在合理密植條件下，不同行距配置對構(gòu)成良好的作物群體冠層結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)棉花進(jìn)一步高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義[15,16]。優(yōu)化作物冠層結(jié)構(gòu)、改善群體光分布、提高群體的光截獲能力是挖掘作物產(chǎn)量潛力的重要技術(shù)途徑[17]。土壤水分和種植密度都會影響棉花株高和葉面積指數(shù)，使棉花平均葉傾角發(fā)生變化，直接影響到棉花葉片冠層對光的直接截獲[18,19]。本文研究結(jié)論與前人長期研究的試驗(yàn)結(jié)果相符，總結(jié)為棉花葉面積過大而引起的冠層遮蔽且截獲光能，而上部相比較于葉片采用透光處理中下部的葉片透光率就大大減少[20]，所以應(yīng)保證棉花冠層不遮蔽，加強(qiáng)葉片透光性，改善棉花冠層，以便于提高光能利用率。

本試驗(yàn)研究表明，冠層結(jié)構(gòu)是影響無膜棉進(jìn)行光合作用的主要因素之一，無膜棉下層葉片蔭蔽，較上、中部對光能的群體光合效率最低。冠層結(jié)構(gòu)特征與產(chǎn)量的形成密切相關(guān)[21]，產(chǎn)量主要取決于群體的光截獲能力，而合理的冠層結(jié)構(gòu)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[22]。張娟等[23]試驗(yàn)得出，小麥冠層結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)性。而本文對“中619”棉花品種3種行距配置下各處理的冠層結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，B模式下的冠層結(jié)構(gòu)對于無膜棉栽培更為合理。凈光合速率的日變化的變化趨勢呈“V”型和“雙V”型。試驗(yàn)中，在不同行距配置下隨全天時間的延長，本試驗(yàn)凈光合速率呈現(xiàn)先降低再升高再降低的規(guī)律性變化，在14∶00均達(dá)到最高值，綜合表現(xiàn)為A處理>B處理>C處理。由于外界溫度的升高使葉片氣孔關(guān)閉從而導(dǎo)致Gs的下降。植物葉片通過蒸騰作用能夠促進(jìn)植物體內(nèi)水分與營養(yǎng)元素的吸收以及運(yùn)輸，呈先增長后下降的趨勢，在14∶00達(dá)到最大。Ci的變化方向是對光合速率變化的主要原因和是否為氣孔因素的不可或缺的主要判斷依據(jù)。與其它光合指標(biāo)不同的是，胞間CO2濃度的變化趨勢相反，呈先下降后上升的變化趨勢，并于14∶00和16∶00達(dá)到最低點(diǎn)，在適宜范圍內(nèi)隨著相對濕度的升高，相對溫度的下降，胞間CO2濃度會增大。試驗(yàn)表明，行距配置對無膜棉光合作用的影響較大，行距越大光條件越充分，對作物的生長發(fā)育起重要作用。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，合理的行距配置能有效改變作物田間布局，合理改善大田的通風(fēng)透光條件，從而提高光合利用率。A模式平均行距過大，各指標(biāo)表現(xiàn)良好，但在寸土寸金的南疆地區(qū)不宜推廣，B模式下產(chǎn)量具有超越常規(guī)配置(C配置)的潛質(zhì)，且冠層指標(biāo)及光合指標(biāo)突出，更宜推廣。