棉花熟性及其評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法

馮璐，董合忠

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/ 棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽(yáng) 455000；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，濟(jì)南 250100）

及時(shí)成熟收獲是棉花高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的重要保障[1-4]。 棉花過(guò)早成熟會(huì)因不能充分利用生長(zhǎng)季節(jié)的光熱自然資源引起減產(chǎn)[5-6]；過(guò)晚成熟易受后期低溫早霜的影響而減產(chǎn)降質(zhì)[5,7]。 選擇與生態(tài)條件相匹配、相適應(yīng)的棉花品種是及時(shí)成熟收獲的前提，而熟性則是棉花品種生態(tài)適應(yīng)性最重要的指標(biāo)。 熟性是作物生長(zhǎng)發(fā)育快慢和成熟收獲早晚的綜合表現(xiàn)，通常用播種到成熟收獲的生育期來(lái)表示。 然而，棉花具有無(wú)限生長(zhǎng)習(xí)性，在適宜的光、溫、水環(huán)境下會(huì)不斷現(xiàn)蕾、開花、結(jié)鈴、吐絮[8-9]。在實(shí)際生產(chǎn)中，一株棉花從第一個(gè)鈴?fù)滦醯阶詈笠粋€(gè)鈴?fù)滦跣枰?jīng)歷40～80 d，而且不同棉花產(chǎn)區(qū)的生態(tài)條件差異很大，導(dǎo)致同一品種在不同生態(tài)區(qū)的生育期不同，僅以生育期作為評(píng)價(jià)棉花熟性的指標(biāo)不足以準(zhǔn)確判斷和評(píng)價(jià)棉花的熟性，且存在較大爭(zhēng)議。 隨著機(jī)采棉的快速發(fā)展，生產(chǎn)上對(duì)棉花品種早熟性、集中成熟性及促早技術(shù)提出新的要求。 明確和完善熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)、建立普適的熟性評(píng)價(jià)體系，對(duì)提高品種的選擇效率及準(zhǔn)確評(píng)價(jià)品種在不同生態(tài)條件下的適應(yīng)性有重要意義。 本文依據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果，結(jié)合筆者多年的研究和實(shí)踐，就棉花熟性及其判斷評(píng)價(jià)方法作一總結(jié)性評(píng)述。

1 棉花熟性的概念

成熟是指作物的果實(shí)或收獲對(duì)象達(dá)到可收獲的狀態(tài)[4]，代表作物一個(gè)生長(zhǎng)世代的自然終止。通常將作物的成熟分為生理成熟和農(nóng)藝成熟[1,10]。生理成熟標(biāo)志著作物生殖生長(zhǎng)的終止；農(nóng)藝成熟是指作物果實(shí)或收獲對(duì)象在產(chǎn)量或品質(zhì)上達(dá)到最佳狀態(tài)，可進(jìn)行收獲以獲取經(jīng)濟(jì)效益[11]。熟性是作物生長(zhǎng)發(fā)育快慢和成熟收獲早晚的綜合表現(xiàn)，通常用播種出苗到成熟收獲的生育期來(lái)表示，是品種生態(tài)適應(yīng)性的重要性狀之一。 作物從出苗到成熟可分為不同的生育時(shí)期，各生育時(shí)期的長(zhǎng)短共同決定作物的生長(zhǎng)時(shí)間和熟性。

熟性是棉花品種生態(tài)適應(yīng)性和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通常用棉花播種到收獲的天數(shù)來(lái)表示。 棉花的生育時(shí)期通?？煞譃椴シN出苗期、苗期、蕾期、花鈴期和吐絮收獲期。 根據(jù)棉花生育期的長(zhǎng)短， 通常將陸地棉品種分為晚熟、中熟、早中熟、早熟等類型[12]。在生產(chǎn)中，棉花熟性通常特指早熟性。 早熟性不僅是當(dāng)前棉花品種選育的重要目標(biāo)， 也是棉花栽培管理的重要內(nèi)容，即在有效生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)確保棉鈴盡早吐絮成熟。 早熟一來(lái)可以避免棉花生育后期由害蟲危害所造成的直接產(chǎn)量損失[13-14]；二來(lái)在適宜生長(zhǎng)季節(jié)播種收獲可以確保棉花在溫度、水分和光照等環(huán)境條件下生長(zhǎng)發(fā)育，爭(zhēng)取更多有效生長(zhǎng)時(shí)間，高效利用有限的能量和物質(zhì)資源形成產(chǎn)量和品質(zhì)，避免后期不良?xì)夂驐l件對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[5,15]。特別在我國(guó)新疆北疆地區(qū)，秋季氣溫下降快，土壤封凍早，早熟對(duì)棉花農(nóng)事管理極為重要。 另外，兩熟和多熟種植也是黃河流域和長(zhǎng)江流域棉花生產(chǎn)的重要模式[12]，棉花成熟早還能夠?yàn)楹蟛缱魑镞m期播種爭(zhēng)取時(shí)間[16-17]。

對(duì)于棉花早熟性，不同國(guó)家和地區(qū)以及不同生產(chǎn)條件下的要求也不同。 在美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)植棉國(guó)家，一般不過(guò)度強(qiáng)調(diào)早熟，而是強(qiáng)調(diào)適時(shí)成熟，以便在最佳時(shí)間收獲[1]。所謂最佳收獲時(shí)間， 就是指在氣候條件允許的生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)棉花相對(duì)高的產(chǎn)量、最優(yōu)品質(zhì)以及最大收益的收獲時(shí)間[11,18]。 近年來(lái)，我國(guó)逐步推行機(jī)械化采收， 棉花從2～3 次人工采收變?yōu)橐淮涡詸C(jī)械采收，這就不僅要求棉花早熟，而且要集中成熟[19]。

棉花在吐絮成熟期的表現(xiàn)稱為熟相，棉花熟性與熟相既有區(qū)別又有聯(lián)系。 熟相包括正常成熟、早衰、貪青晚熟[15]。 正常成熟可將有限的能量和物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)；然而早衰和貪青晚熟的棉花，其纖維產(chǎn)量低、成熟度差，不利于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。 總體來(lái)看，熟性既反映過(guò)程又重視后期結(jié)果， 而熟相則側(cè)重后期衰老的結(jié)果，而及時(shí)正常成熟既是早熟性的需要，也是為了確保正常熟相。

2 棉花熟性的評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法

選用熟性適宜的棉花品種是實(shí)現(xiàn)棉花正常成熟、 高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和及時(shí)收獲的重要前提和保障，而準(zhǔn)確判斷和評(píng)價(jià)棉花熟性則是棉花栽培管理和遺傳改良的重要依據(jù)。 因此，根據(jù)不同的需求在棉花生產(chǎn)中和收獲后開發(fā)了諸多判斷和評(píng)價(jià)棉花熟性的指標(biāo)和方法（表1）。

表1 （續(xù)）Table 1 （Continued）

表1 （續(xù)）Table 1 （Continued）

2.1 基于生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間的指標(biāo)

（1）生育時(shí)期。 常見的有2 種方式：一種是用完成不同生育階段的天數(shù)來(lái)表示， 包括出苗期、現(xiàn)蕾期、開花期和吐絮期，均以田間50%棉株達(dá)到相應(yīng)生育進(jìn)程的日期進(jìn)行界定[12,18]；另一種是根據(jù)完成某一生育階段所需的有效積溫來(lái)評(píng)價(jià)作物的熟性， 不同生育階段所需的積溫相對(duì)穩(wěn)定，可用≥60 ℉積溫或≥15 ℃積溫[12,20]來(lái)衡量，該方法在國(guó)外的應(yīng)用較為普遍。 比較而言，我國(guó)普遍采用棉花生育期，即從播種到50%植株吐絮所經(jīng)歷的時(shí)間（以“天”計(jì)，下同）[12]。

（2）對(duì)于人工多次采收的棉田，可加權(quán)平均播種到收獲的天數(shù)作為熟性的指標(biāo)。 計(jì)算公式如下：

其中，MMD（mean maturity date，平均成熟時(shí)間） 為熟性指標(biāo)，m為籽棉或皮棉產(chǎn)量；t為播種到收獲的時(shí)間；1，2…n為收獲的次數(shù)[21]。

（3）采用不同形態(tài)生殖器官出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)表示，包括從播種到第1 個(gè)蕾、第1 朵花和第1 個(gè)棉鈴出現(xiàn)的時(shí)間[9,22]。

（4）生理終止期。 這一方法主要用于不打頂棉田的熟性評(píng)價(jià)。 基于生理終止期判斷熟性有如下方法。 第一， 采用從播種到白花以上果枝數(shù)（nodes above white flower，NAWF） 為5 的時(shí)間，這種方法主要基于周期性的調(diào)查， 計(jì)算NAWF時(shí)，假定棉株從上往下第一果節(jié)有白花的果枝為0，然后向上數(shù)棉花主莖上剩余的主莖節(jié)位，即為NAWF。 據(jù)研究，NAWF＝5 的日期為棉花的生理終止期， 當(dāng)然這一指標(biāo)使用的前提是NAWF＝5的時(shí)間早于當(dāng)?shù)氐臒o(wú)霜期[23-24]。 第二，生殖生長(zhǎng)速率等于作物生長(zhǎng)速率的日期也能夠代表生理終止期。 這一日期的確定通常是對(duì)棉花進(jìn)行周期性取樣，獲取不同器官的生物質(zhì)質(zhì)量，然后通過(guò)計(jì)算各部分生物質(zhì)質(zhì)量的變化速率來(lái)確定。 生殖生長(zhǎng)速率和作物生長(zhǎng)速率是利用不同的邏輯斯諦方程來(lái)進(jìn)行估算[25]。第三，用第一果節(jié)最后一朵有效花的開花日期代表生理終止期[26]。

（5）鈴未吐絮的上部果枝數(shù)（nodes above the cracked boll,NACB）。 這一指標(biāo)適用于機(jī)械收獲的棉花。 NACB 的確定方法為：從棉株頂部最后1 個(gè)有效鈴開始向下計(jì)數(shù)，直到上部第一果節(jié)吐絮的果枝數(shù)即為NACB[20]。隨著棉花生育進(jìn)程推進(jìn)，NACB 逐漸減小。 此外，假設(shè)平均每個(gè)果枝第一果節(jié)棉鈴?fù)滦醯较噜徆Φ谝还?jié)棉鈴?fù)滦跣枰姆e溫為50 DD60's（DD60's 表示≥60 ℉積溫，50 DD60's 表示≥60 ℉積溫等于50 ℉，相當(dāng)于≥15.6 ℃的積溫為27.8 ℃），即可根據(jù)不同品種的NACB 之差乘以50 DD60's 來(lái)量化熟性的差異[20,27]。

（6）早熟性指數(shù)。 該指標(biāo)是指從播種到完成最初30 個(gè)果節(jié)開花所用的時(shí)間[11]。棉花早熟性是多個(gè)因素的綜合表現(xiàn)。 研究發(fā)現(xiàn)，早熟性指數(shù)（y）與現(xiàn)蕾時(shí)間（x1）、第一果枝節(jié)位（x2）、垂直方向上開花間隔（x3），水平方向上開花間隔（x4）存在線性回歸關(guān)系：y＝a＋b1x1＋b2x2＋b3x3＋b4x4，其中a為常數(shù)，b1,b2,b3,b4為偏回歸系數(shù)。

2.2 基于農(nóng)藝特征的指標(biāo)

棉花的熟性與其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程密切相關(guān)。 因此， 棉花熟性可以通過(guò)農(nóng)藝性狀指標(biāo)來(lái)反映；通過(guò)監(jiān)測(cè)棉花生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的相關(guān)農(nóng)藝性狀指標(biāo)，可以預(yù)測(cè)棉花成熟的早晚，進(jìn)而實(shí)施有針對(duì)性的田間管理措施。

（1）第一果枝節(jié)位。 第一果枝節(jié)位是指第一果枝出現(xiàn)的主莖節(jié)位[28-29]。 一般情況下，在子葉上部的第1 個(gè)主莖節(jié)位被定義為主莖節(jié)位1， 然后向上依次遞增[20]。 第一果枝的出現(xiàn)標(biāo)志著生殖生長(zhǎng)的開始。 一般情況下，第一果枝出現(xiàn)在第4 個(gè)和第5 個(gè)主莖節(jié)位的品種為早熟類型，出現(xiàn)在第6 個(gè)主莖節(jié)位的品種為中早熟類型， 出現(xiàn)在第7節(jié)位及以上的品種為中熟或中晚熟類型。 第一果枝節(jié)位的高低受氣候或促早栽培技術(shù)影響，會(huì)有一些變化，但總體來(lái)看，第一果枝節(jié)位越小棉花越早熟。

（2）果節(jié)發(fā)生速率。 是指新果節(jié)發(fā)生的速率，由累積果節(jié)數(shù)的平方根與時(shí)間的線性回歸方程的斜率表示。 通常這一指標(biāo)在鈴期之前用來(lái)表示熟性，以比較不同生育期品種的差異，短季棉品種果節(jié)發(fā)生速率較快[30]。

（3）開花間隔。 開花間隔包括垂直開花間隔和水平開花間隔，垂直開花間隔是指相鄰果枝同一果節(jié)位置的開花時(shí)間間隔，水平開花間隔是指同一果枝相鄰果節(jié)位置的開花時(shí)間間隔[11-12]。McClelland[31]首次報(bào)道了棉花開花的垂直間隔為3 d，水平間隔為6 d。 Bednarz 等[13]通過(guò)選用不同品種進(jìn)行多年試驗(yàn)得出棉花平均開花水平方向間隔為3.8 d，垂直方向?yàn)?.5 d，并且開花間隔受到溫度、品種以及棉株果枝位置的影響。 垂直方向上主莖節(jié)位5～11 由下往上開花間隔逐漸增加，在主莖節(jié)位11 以后開始逐漸減少，說(shuō)明垂直方向開花間隔與源庫(kù)關(guān)系相關(guān)；而水平方向上的開花間隔則與品種相關(guān)，是由基因型決定的。

（4）霜前花率。這個(gè)指標(biāo)多在人工多次收花的情況下評(píng)價(jià)棉花的熟性。具體來(lái)講，是指用開始收花至枯霜期5 d 后實(shí)收籽棉（含僵瓣花）產(chǎn)量占總收獲籽棉產(chǎn)量的比例來(lái)表示早熟性，比例越高，表明棉花熟性越早，反之亦然。 一般情況下，霜前花率80%以上為早熟品種，70%～80%為中熟品種，60%以下為晚熟品種[12]。我國(guó)棉花栽培和品種熟性指標(biāo)以霜前花率達(dá)到80%為早熟性標(biāo)準(zhǔn)。

（5）株式圖調(diào)查。 一是完成95%棉花產(chǎn)量的主莖節(jié)位，節(jié)位越低熟性越早[13]；二是不同主莖節(jié)位累積產(chǎn)量的百分比[32-33]，完成相同產(chǎn)量百分比的主莖節(jié)位越低表明熟性越早；三是主莖節(jié)位累積的棉鈴數(shù)量百分比，計(jì)算完成50%產(chǎn)量的主莖節(jié)位（N50），這種方法基于垂直方向和水平方向的開花間隔，將同時(shí)開花的不同果枝的果節(jié)分為一組，根據(jù)棉花的生物學(xué)特點(diǎn)，假設(shè)棉花第三果枝的第一果節(jié)與棉花第一果枝的第二果節(jié)是同時(shí)開花，生育進(jìn)程基本同步，依次類推，計(jì)算完成50%產(chǎn)量的主莖節(jié)位，這種方法不僅考慮了空間位置，還考慮了時(shí)間上的一致性，因此更為準(zhǔn)確[34]。

（6）棉花生長(zhǎng)指數(shù)。毛樹春[35]提出中國(guó)棉花生長(zhǎng)指數(shù)（CCGI 模型）可用來(lái)反映棉花的生長(zhǎng)狀況。 該指數(shù)可反應(yīng)某個(gè)棉區(qū)或某個(gè)年份棉花熟性及生長(zhǎng)情況。CCGI 是1 個(gè)相對(duì)指標(biāo)，用于反映當(dāng)前棉花生長(zhǎng)狀況較前一年或者常年同期棉花生育進(jìn)程的早晚。 具體計(jì)算方法為： 在生長(zhǎng)前期（5-6 月）、生長(zhǎng)中期（7-8 月）、生長(zhǎng)中后期（9-10 月）分別以單株真葉數(shù)，單株果節(jié)數(shù)和單株成鈴數(shù)為指標(biāo)，用當(dāng)年生長(zhǎng)指標(biāo)與去年同期指標(biāo)或常年同期指標(biāo)的百分比表示， 當(dāng)CCGI 大于100%時(shí)，棉花較去年或常年同期早熟；當(dāng)CCGI小于100%時(shí)， 棉花較去年或常年同期晚熟；當(dāng)CCGI 等于100%時(shí)，棉花熟性與去年同期或常年同期相當(dāng)。

（7）吐絮率。 通過(guò)調(diào)查吐絮棉鈴和青鈴的數(shù)量計(jì)算出總鈴數(shù)，吐絮棉鈴占總鈴數(shù)的百分比即為吐絮率[1,12]，同一調(diào)查時(shí)間吐絮率越高表明越早熟。

（8）種子成熟度。 通過(guò)調(diào)查棉株最上部可收獲棉鈴種子的成熟度來(lái)確定熟性。 調(diào)查方法為：用小刀切開棉鈴，觀察種子的顏色，成熟的種子種皮顏色加深變黑，種子內(nèi)部飽滿，可見淡綠色子葉，表明種子已經(jīng)成熟；反之，若種皮顏色淺，內(nèi)部呈膠狀，則表明種子尚未成熟[1]。

2.3 其他指標(biāo)

相對(duì)于單一指標(biāo)，綜合多個(gè)指標(biāo)能更準(zhǔn)確反映棉花的熟性。 楊中旭等[36]提出棉花早熟性的綜合標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)，將霜前皮棉產(chǎn)量、霜前花率和全生育期等指標(biāo)統(tǒng)一起來(lái)比較不同棉花品種的早熟性。 當(dāng)用m個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)棉花的早熟性時(shí)，綜合標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)（T）可表示為：

Oosterhuis 等[20]根據(jù)多年多點(diǎn)的研究，構(gòu)建了Cotman 棉花專家管理系統(tǒng)， 提出了1 條棉花生長(zhǎng)發(fā)育的標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)田間調(diào)查結(jié)果與該曲線對(duì)比來(lái)反映棉花生長(zhǎng)的快慢[20]，不同階段采用不同的指標(biāo)。 開花前以果枝發(fā)生速率為主要指標(biāo)，實(shí)際曲線斜率大于標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率表明棉花早熟，反之則代表晚熟；開花后以NAWF 為主要指標(biāo)，實(shí)際曲線斜率大于標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率代表早熟或早衰，反之則表明晚熟，與標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)曲線吻合的曲線表明棉花熟性正常。

除了以上指標(biāo)和方法外，目測(cè)評(píng)分也是常用的評(píng)價(jià)棉花熟性的方法， 就是根據(jù)棉花早熟、正常成熟或者晚熟的表現(xiàn)，設(shè)置不同的分?jǐn)?shù)來(lái)表示棉花熟性[24,37]。 隨著機(jī)器視覺系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行棉花成熟度判別的研究不斷增多[38-39]。 有研究基于顏色模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)籽棉圖像進(jìn)行分割，對(duì)不同分組的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，將籽棉的成熟度劃分為1～7 個(gè)品級(jí)，其準(zhǔn)確率達(dá)92.94%[38]。 張豪等[39]基于遺傳算法實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別系統(tǒng)對(duì)棉花成熟度的判別，該方法采用HSV（hue,saturation,value，即色調(diào)、飽和度、明度）顏色空間模型，基于遺傳算法的最大類間方差對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值分割、 區(qū)域去噪、提取棉花的特征參數(shù)，用圖片中棉花外接周長(zhǎng)和棉花面積的比值來(lái)構(gòu)建棉花成熟度的判別函數(shù)，實(shí)現(xiàn)棉花成熟度的定性判斷。 雖然該方法的應(yīng)用尚不普遍，但其快捷、高效的特性展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

3 棉花熟性的影響因素

熟性是棉花可遺傳的特性，但同時(shí)受環(huán)境因素和栽培措施的影響。 棉花具有無(wú)限生長(zhǎng)習(xí)性，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)關(guān)系、 地下部根系與地上部冠層關(guān)系、碳氮代謝等均顯著影響棉株的庫(kù)源關(guān)系，影響棉花生殖生長(zhǎng)的起始時(shí)間、開花速率、結(jié)鈴率以及花鈴期長(zhǎng)短，進(jìn)而影響棉花熟性[8,12,40]。 可以說(shuō)，凡是影響棉花生理、形態(tài)及生育進(jìn)程的因素均會(huì)影響棉花的熟性。

3.1 遺傳因素

棉花品種類型繁多，按照熟性（生育期），一般可將陸地棉品種分為早熟品種 （生育期115 d以內(nèi)，又稱短季棉品種或夏棉品種）、早中熟品種（生育期128 d 左右）、中熟品種（生育期130 d 左右）和晚熟品種（生育期140 d 左右）[12]。 在生產(chǎn)上，早熟品種多在熱量條件較差、無(wú)霜期較短的地區(qū)一熟制種植，或用于兩熟或多熟模式的夏套（播）種植；早中熟品種主要用于春套種植或春棉單作種植，中熟品種主要用于春棉單作種植，晚熟品種在生產(chǎn)上很少應(yīng)用。 由于我國(guó)棉區(qū)特殊的熟制和生態(tài)條件，對(duì)棉花早熟性的要求較高，因此各育種單位一直比較重視包括短季棉在內(nèi)的早熟棉品種的選育[41]。

關(guān)于棉花品種早熟性的生理基礎(chǔ)已有較多進(jìn)展，總結(jié)起來(lái)，光合作用高峰出現(xiàn)早且光合產(chǎn)物側(cè)重向生殖器官分配，以及通過(guò)調(diào)節(jié)棉株不同部位激素的含量和比例促進(jìn)其早分化和形成花芽，是短季棉品種早熟性的重要機(jī)制[42]。

3.2 環(huán)境因素

與遺傳因素相比，環(huán)境因素對(duì)棉花熟性也有很大的影響[17]。 溫度是影響棉花生育進(jìn)程的主要環(huán)境因素。 溫度影響棉花的生長(zhǎng)速率，棉花完成不同的生育階段需要一定的積溫，因此溫度的變化直接影響棉花不同生育階段的長(zhǎng)短，進(jìn)而影響熟性[43]。在適宜溫度范圍內(nèi)，溫度升高有利于棉花的生長(zhǎng)發(fā)育。 一般來(lái)講，棉花生長(zhǎng)中期的溫度相對(duì)穩(wěn)定，因此環(huán)境因素對(duì)棉花生長(zhǎng)速率的影響主要在生育前期和后期[26]。 棉花生長(zhǎng)前期低溫易造成棉苗發(fā)育遲緩，生長(zhǎng)緩慢；而棉花花鈴期高溫會(huì)造成蕾鈴脫落， 且隨高溫持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，蕾鈴脫落率顯著增加，導(dǎo)致棉花晚熟[12-13]。 研究表明，地溫在12 ℃以上時(shí)棉花才能出苗，15 ℃時(shí)出苗需要15 d，30 ℃時(shí)僅需要3～5 d。 當(dāng)出苗期至現(xiàn)蕾期的日平均氣溫從18.5 ℃上升至20.1 ℃，現(xiàn)蕾時(shí)間縮短3 d，但當(dāng)溫度超出一定范圍，高溫和低溫均會(huì)影響棉花熟性[13,20]。 光照也是作物生長(zhǎng)的重要條件之一，充足的光照能夠保證棉花正常的生長(zhǎng)發(fā)育， 而光照不足會(huì)造成棉株生長(zhǎng)延緩，同化產(chǎn)物運(yùn)輸減慢，影響棉花庫(kù)源關(guān)系、開花速率、蕾鈴脫落率以及花鈴期[44-46]，最終影響棉花熟性[8,43]。 除了光照和溫度，水分也會(huì)影響棉花熟性。 研究表明，土壤水分狀況對(duì)同化物在棉花各個(gè)器官的轉(zhuǎn)化與分配效率影響較大，在適宜的水分條件下， 棉花生長(zhǎng)速率隨著水分增加而增長(zhǎng)，生育進(jìn)程加快。 然而水分虧缺或水分過(guò)多均會(huì)造成干物質(zhì)積累減慢，不利于棉花碳氮代謝，影響棉花生長(zhǎng)發(fā)育[47]。水分過(guò)多會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)剩，不利于生殖生長(zhǎng)，而水分不足則導(dǎo)致棉花植株偏小、早衰。 水分脅迫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)棉花熟性的影響越嚴(yán)重。

3.3 栽培措施

栽培措施可以有效調(diào)控棉花熟性[48-52]，并根據(jù)不同種植模式的要求促進(jìn)棉花早熟和集中成熟。 地膜覆蓋、合理密植、株行距配置、肥水運(yùn)籌、化學(xué)調(diào)控等都是調(diào)控棉花熟性的有效措施。 研究表明，不同播期下棉花生育期差別較明顯，且調(diào)整栽培措施可對(duì)不同播期起到“緩沖”或“補(bǔ)償”作用[53]；地膜覆蓋（寬膜覆蓋）可提高地溫，促進(jìn)發(fā)芽出苗和成苗；合理密植通過(guò)調(diào)整株行距控制棉花節(jié)間與主莖頂端生長(zhǎng)來(lái)調(diào)節(jié)棉花熟性[12]；過(guò)量施用水肥會(huì)造成棉花徒長(zhǎng)，延緩成熟，反之則會(huì)造成棉花早衰[49]；合理使用化學(xué)調(diào)節(jié)劑可以調(diào)控株型，控制徒長(zhǎng)并減少蕾鈴脫落，達(dá)到促進(jìn)早熟的作用；通過(guò)使用化學(xué)催熟劑還可以提高吐絮速率，縮短棉花生育期[51]。栽培措施對(duì)棉花熟性的調(diào)控主要是通過(guò)影響同化物的供給和需求，調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)。 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺會(huì)引起蕾鈴脫落導(dǎo)致棉花晚熟，蕾脫落率增加1%，棉花晚成熟0.181 8 d[20]；反之，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)不足則會(huì)加速植株成熟甚至導(dǎo)致棉株早衰[54]。

總之，通過(guò)適期播種、合理密植、地膜覆蓋、肥水運(yùn)籌和化學(xué)調(diào)控等措施均能調(diào)控棉花熟性，確保棉花適時(shí)收獲和豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

4 機(jī)械采收對(duì)棉花熟性的要求

近年來(lái)中國(guó)開始推廣機(jī)采棉，尤以新疆推廣普及范圍最廣。 機(jī)械采收要求棉花不僅要及時(shí)成熟、正常成熟，而且要集中成熟。 脫葉催熟是機(jī)采棉的重要栽培管理措施，一方面可以促進(jìn)集中成熟，另一方面能在機(jī)械采收時(shí)提高效率、降低含雜率。 然而脫葉催熟的時(shí)間把握也要根據(jù)熟性而定。 美國(guó)等農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度較高的國(guó)家判定脫葉催熟的時(shí)間一般基于3 個(gè)指標(biāo)[55]：一是吐絮率，脫葉劑應(yīng)在吐絮率達(dá)到60%～75%時(shí)使用；二是鈴未吐絮的頂部果枝數(shù)（NACB），在高密度種植條件下當(dāng)NACB 為4 時(shí)可噴施脫葉劑，在較低種植密度時(shí)，NACB 為3 時(shí)適宜噴施脫葉劑。 據(jù)研究表明，NACB 小于或等于4， 將會(huì)造成5%左右的產(chǎn)量損失，大于5 時(shí)則不推薦使用脫葉劑[56]。 在確定脫葉劑使用時(shí)間時(shí)綜合考慮以上2 個(gè)指標(biāo)將更為準(zhǔn)確。有研究表明，NACB 與吐絮率呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系， 但在很多情況下NACB 更加可靠[55-56]， 三是根據(jù)最上部有效棉鈴的種子成熟度，當(dāng)種皮顏色加深變黑，種子內(nèi)部飽滿，可見淡綠色子葉時(shí)，表明種子已經(jīng)成熟，棉鈴也基本成熟。

由于我國(guó)各棉區(qū)棉花常出現(xiàn)晚熟現(xiàn)象，不宜直接采用美國(guó)和澳大利亞等國(guó)使用的60%吐絮率作為噴施脫葉劑的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。 西北內(nèi)陸棉區(qū)無(wú)霜期短，必須考慮吐絮率，其次應(yīng)以吐絮期氣溫作為判斷噴施脫葉劑時(shí)間的第一標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)噻苯隆脫葉劑對(duì)最低溫度18 ℃及其持續(xù)時(shí)間5～7 d的要求），采用“時(shí)到不等絮”的策略，若提前施用脫葉劑，應(yīng)適當(dāng)降低用藥劑量。 施藥后15～20 d， 脫葉率和吐絮率均達(dá)到90%以上時(shí)即可進(jìn)行一次性機(jī)械采收[57-58]；黃河流域和長(zhǎng)江流域棉區(qū)一般在棉田自然吐絮率超過(guò)50%或上部棉鈴鈴期在40 d 以上時(shí)（9 月底或10 月初）進(jìn)行化學(xué)脫葉催熟[12,59]。

5 總結(jié)和展望

棉花熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法的研究自20 世紀(jì)40 年代至今已有近80 年的時(shí)間， 評(píng)價(jià)棉花熟性的指標(biāo)和方法不斷發(fā)展，基本滿足了包括棉花育種、品種篩選和棉田管理的需要。 然而，棉花作為無(wú)限生長(zhǎng)作物，其熟性評(píng)價(jià)十分復(fù)雜，每一種棉花熟性指標(biāo)或評(píng)價(jià)方法都有其局限性，熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法還需進(jìn)一步完善。

5.1 創(chuàng)新完善熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)

隨著棉花生產(chǎn)管理技術(shù)的不斷進(jìn)步，棉花熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)也應(yīng)不斷創(chuàng)新、與時(shí)俱進(jìn)。 首先，生產(chǎn)上對(duì)棉花熟性評(píng)價(jià)的要求不斷變化，探索適合現(xiàn)代植棉要求的熟性指標(biāo)十分必要。 近年來(lái)，機(jī)采棉推廣面積持續(xù)增加， 其種植不僅要求棉花早熟，還要求棉花集中成熟，國(guó)外機(jī)械采收棉田使用的NAWF 和NACB 熟性評(píng)價(jià)方法僅適用于不打頂?shù)拿尢铩?因此，要根據(jù)田間生態(tài)條件、生產(chǎn)條件和管理措施，構(gòu)建適合我國(guó)棉花機(jī)械化生產(chǎn)需要的熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)， 提高棉花熟性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。 其次，信息采集和調(diào)查技術(shù)方法的不斷發(fā)展，為創(chuàng)新熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)提供了可能。 隨著各類傳感器不斷應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及棉花生長(zhǎng)發(fā)育模型的不斷完善，更多棉花表型信息的智能獲取成為可能，有助于進(jìn)一步創(chuàng)新熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)。 最后，需要進(jìn)一步提高熟性評(píng)價(jià)的廣適性。 現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)中有一些限定了適用范圍，例如要求霜前花率達(dá)到80%、NAWF 為5 等， 然而在棉花熟性評(píng)價(jià)更為重要的氣候異常年份，這些具體指標(biāo)通常無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此就需要完善現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)，探索生育期內(nèi)熟性評(píng)價(jià)綜合指標(biāo)。 現(xiàn)有的綜合標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)方法雖然整合了皮棉產(chǎn)量、霜前花率和全生育期等指標(biāo)，但是這一指標(biāo)主要是在生育末期對(duì)棉花品種的熟性進(jìn)行評(píng)價(jià)，棉花生育期內(nèi)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)有待開發(fā)。

5.2 建立健全熟性評(píng)價(jià)體系

棉花無(wú)限生長(zhǎng)且生長(zhǎng)發(fā)育受多種因素影響的特性使得棉花熟性評(píng)價(jià)十分復(fù)雜。 僅利用指標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下棉花熟性的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，因此需要在現(xiàn)有熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，建立健全熟性評(píng)價(jià)體系。 首先，建立熟性評(píng)價(jià)體系要根據(jù)實(shí)際需要確定熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)。 在不同的生態(tài)環(huán)境、生育階段和不同栽培管理措施下，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇適宜的熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)，指導(dǎo)品種的選育和田間管理。 而且棉花熟性與氣象因素的關(guān)系極為密切，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)氣象變化是建立棉花熟性評(píng)價(jià)體系的重要保障。 其次，健全熟性評(píng)價(jià)體系需要量化棉花熟性與其影響因子之間的關(guān)系。 現(xiàn)有的很多熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)建立在特定的前提假設(shè)之上。 例如，采用NACB 評(píng)價(jià)棉花熟性假定了相鄰果枝第一果節(jié)吐絮間隔所需的積溫均為50 DD60's[57]。 然而，有研究表明棉花垂直方向的開花間隔受源庫(kù)關(guān)系的影響，所有改變庫(kù)源關(guān)系的因素均會(huì)影響垂直方向的開花間隔，造成熟性評(píng)價(jià)的誤差。 因此，深入研究棉花熟性的影響因素對(duì)于健全熟性評(píng)價(jià)體系至關(guān)重要。

5.3 創(chuàng)立創(chuàng)新熟性評(píng)價(jià)信息采集系統(tǒng)

棉花熟性評(píng)價(jià)離不開信息采集，目前棉花熟性評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)和方法多是基于人工多次連續(xù)調(diào)查來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要耗費(fèi)大量的人力資源；此外，人工調(diào)查具有主觀性， 會(huì)造成一定的人為誤差，影響棉花熟性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。 隨著農(nóng)村人力資源短缺和用工成本增加，通過(guò)人工調(diào)查進(jìn)行熟性評(píng)價(jià)的方法受到限制，亟需新的技術(shù)方法來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)調(diào)查方式，減少人力資源的投入。 而在信息技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，相關(guān)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷融合，利用圖像識(shí)別技術(shù)高通量分析棉花表型的方法日趨成熟，基于圖像識(shí)別獲取熟性相關(guān)的指標(biāo)成為可能。 采用圖像識(shí)別的方法進(jìn)行棉花熟性評(píng)估，能夠簡(jiǎn)化熟性評(píng)價(jià)過(guò)程，一方面可節(jié)約人工成本，另一方面還可同時(shí)獲得更多的可用于完善熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)的棉花生長(zhǎng)信息，提高熟性評(píng)價(jià)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。 因此，結(jié)合信息技術(shù)創(chuàng)立創(chuàng)新信息采集系統(tǒng)是未來(lái)棉花熟性評(píng)價(jià)的重大需求。

總之， 隨著生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和栽培技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)棉花熟性評(píng)價(jià)指標(biāo)的準(zhǔn)確性、可靠性和便捷性有更高的要求，因此，必須與時(shí)俱進(jìn)，創(chuàng)新完善棉花熟性評(píng)價(jià)的指標(biāo)和方法、建立健全熟性評(píng)價(jià)體系以及創(chuàng)立熟性評(píng)價(jià)信息采集系統(tǒng)，尤其在我國(guó)機(jī)采棉不斷推廣應(yīng)用的前提下，采用適宜指標(biāo)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)棉花熟性，進(jìn)而通過(guò)品種選育和田間生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)棉花集中成熟和早熟，可為滿足棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。