密度和灌溉量對(duì)無(wú)膜棉冠層光分布、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

摘要：為了明確無(wú)膜栽培下不同密度和灌溉量配置對(duì)中棉619棉花冠層光分布、產(chǎn)量及纖維品質(zhì)的影響，設(shè)置2個(gè)密度18萬(wàn)、24萬(wàn)株/hm2（M1、M2處理）和3個(gè)灌水量4 200、5 100、6 000 m3/hm2（W1、W2、W3處理），對(duì)不同密度和灌溉量配置下的棉花株高、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、冠層光截獲率、產(chǎn)量、纖維品質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：（1）棉花株高隨種植密度的增加而降低，整體表現(xiàn)為M1gt;M2，且隨灌水量的增加而增加。在花鈴期前，葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、光截獲率整體表現(xiàn)為M1gt;M2，葉面積指數(shù)、光截獲率均隨灌水量的增加而提高；花鈴期后整體表現(xiàn)為M2gt;M1，隨灌水量增加呈先增后降趨勢(shì)。（2）籽棉產(chǎn)量隨密度與灌水量的增加而提高；馬克隆值隨密度增加而提高，隨灌水量的增加而先增后減；伸長(zhǎng)率隨密度的增加而降低，隨灌水量的增加呈先增后降。（3）密度、灌水量以及密度與灌水量互作對(duì)籽棉產(chǎn)量有顯著影響；密度和灌水量對(duì)馬克隆值、伸長(zhǎng)率有顯著影響。綜上所述，密度與灌水量通過(guò)協(xié)調(diào)冠層光截獲率，促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。M2W2配置下，籽棉產(chǎn)量較高，且生長(zhǎng)后期冠層光截獲率、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)優(yōu)于M2W3處理，符合南疆棉花實(shí)際生產(chǎn)情況和節(jié)水需求。

關(guān)鍵詞：密度；灌溉量；冠層光分布；產(chǎn)量；纖維品質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：S562.04；S652.07" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2025）03-0078-06

常" 毅，張變兄，陳國(guó)棟，等. 密度和灌溉量對(duì)無(wú)膜棉冠層光分布、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2025，53（3）：78-84.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.011

收稿日期：2024-01-31

基金項(xiàng)目：新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)指導(dǎo)性科技計(jì)劃（編號(hào)：2023ZD103）；棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（編號(hào)：CB2022A21）；塔里木大學(xué)校長(zhǎng)基金（編號(hào)：TDZKCX202309、TDZKSS202201）。

作者簡(jiǎn)介：常" 毅（2001—），男，陜西商洛人，碩士研究生，研究方向?yàn)樽魑锬婢成砩鷳B(tài)與綠洲農(nóng)作制度。E-mail：2993245499@qq.com。

通信作者：陳國(guó)棟，博士，教授，研究方向?yàn)槎嗍旆N植理論與技術(shù)、作物高產(chǎn)理論與技術(shù)。E-mail：cgdzky@163.com。

棉花是我國(guó)種植面積最大、產(chǎn)業(yè)鏈最長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)農(nóng)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展具有重要作用［1］。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局關(guān)于2022年棉花產(chǎn)量的公告中指出，全國(guó)棉花播種面積為300.03萬(wàn)hm2，其中新疆播種面積為249.69萬(wàn)hm2；全國(guó)棉花平均產(chǎn)量為 1 992.2 kg/hm2，而新疆棉花平均產(chǎn)量為 2 158.9 kg/hm2，新疆是棉花種植區(qū)中唯一高于全國(guó)棉花產(chǎn)量均值的地區(qū)［2］。新疆擁有充足的光熱資源［3］，棉花種植已成為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。棉花覆膜種植可以達(dá)到增溫、早發(fā)、抑鹽、增產(chǎn)的效果［4］。然而，地膜清理不干凈也會(huì)導(dǎo)致田間“白色污染”嚴(yán)重［5］。為了從根源治理白色污染，對(duì)無(wú)膜栽培棉花的研究力度逐漸加大［6-7］。無(wú)膜栽培棉花的密度是影響棉花產(chǎn)量的重要因素［8］。適宜的種植密度是改良棉花品質(zhì)與提高棉花產(chǎn)量的重要手段［9］，也是改良纖維品質(zhì)的重要措施［10］。在干旱區(qū)，適宜的灌溉量可以提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)，并提高水分利用率［11］。

光合作用的強(qiáng)弱對(duì)棉花產(chǎn)量有直接影響，適宜的密度和灌溉量可以?xún)?yōu)化棉花的生長(zhǎng)環(huán)境，提高光合作用效率，改善冠層光環(huán)境，調(diào)節(jié)密度和灌溉量可以改善棉花冠層光分布［12］。適當(dāng)灌溉可以增加土壤水分含量，改善土壤水分狀況，提高棉花的生長(zhǎng)速度和光合作用效率，增加棉花葉片面積和數(shù)量，改善棉花的冠層光環(huán)境［13］。密度和灌溉量對(duì)無(wú)膜栽培棉花產(chǎn)量的影響主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：一是可以明顯改善棉花冠層光環(huán)境，從而提高棉花的光合作用效率，增加棉鈴數(shù)和棉花重量；二是適宜的灌溉量可顯著提高土壤含水量，改善棉花生長(zhǎng)環(huán)境，增加棉花產(chǎn)量，改善棉花品質(zhì)［14］。

為了明確無(wú)膜栽培條件下密度和灌溉量影響產(chǎn)量的光合機(jī)制，本研究通過(guò)無(wú)膜栽培棉花大田試驗(yàn)，分析不同密度、灌溉量對(duì)無(wú)膜棉花株高、葉片數(shù)、PAR冠層光截獲率、產(chǎn)量及其組成因素、纖維品質(zhì)的影響，并提出適宜新疆南疆地區(qū)無(wú)膜棉的密度與灌水配置，旨在為南疆大田發(fā)展棉花產(chǎn)業(yè)提供一定的理論依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 試區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)（40°32′42″N，81°18′53″E）進(jìn)行。試驗(yàn)地所在地區(qū)光熱資源豐富，年均日照3 031.2 h，年均降水量46.7～69.5 mm，年均蒸發(fā)量1 989.7～2 049.6 mm；試驗(yàn)地土壤為沙壤土，pH值為7.93，有機(jī)質(zhì)含量為10.59 g/kg，含全氮1.72 g/kg、有效磷 29.66 mg/kg、速效鉀162.31 mg/kg。

1.2" 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取無(wú)膜栽培表現(xiàn)較好的品種中棉619為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，行距為76 cm，株距為10 cm。主區(qū)為2個(gè)密度處理，即：M1，18萬(wàn)株/hm2；M2，24萬(wàn)株/hm2。副區(qū)為3個(gè)灌溉量處理，即：W1，4 200 m3/hm2；W2，5 100 m3/hm2；W3，6 000 m3/hm2。每個(gè)處理重復(fù)3次。采用滴灌帶方式，各小區(qū)均安裝水閥表控制并記錄灌水量。于2021年4月16日進(jìn)行播種，生育期進(jìn)行10次灌水追肥，田間除草、化控等田間管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)操作，7月15日進(jìn)行打頂，10月25日收獲。

1.3" 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1" 主要農(nóng)藝性狀

每個(gè)小區(qū)內(nèi)、外行分別選取具有代表性、長(zhǎng)勢(shì)均勻且連續(xù)的棉株各5株，將選定的10個(gè)棉株進(jìn)行卡牌標(biāo)記，分別在蕾期、初花期、盛花期、花鈴期、鈴期、吐絮期不同生育時(shí)期取樣，測(cè)量棉株的株高、葉片數(shù)。

葉面積計(jì)算：在棉花各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期中，取每個(gè)小區(qū)中的連續(xù)4株棉花，從棉株中摘下所有綠色葉片，然后將葉片正面向下且無(wú)重疊地在白板上鋪平。標(biāo)板（黑絨布10 cm×10 cm）和小區(qū)號(hào)放在白紙同一角，用像素為800萬(wàn)以上的設(shè)備進(jìn)行正面拍照，以jpg格式存儲(chǔ)圖像。對(duì)照片進(jìn)行圖像處理，進(jìn)一步計(jì)算綠葉面積，按照總株數(shù)計(jì)算群體葉面積指數(shù)。

1.3.2" 光截獲率

在棉花的蕾期、初花期、盛花期、花鈴期、鈴期、吐絮期，各試驗(yàn)小區(qū)采用LI-191SA（美國(guó)LI-COR 250A）線性光量子傳感器測(cè)定不同處理下冠層的頂部入射PAR、反射PAR（PARa）、離地15 cm處的PAR（PARb），測(cè)定面積為1 m×12.7 m。選取各小區(qū)的邊行、中間行等5處，在晴朗無(wú)風(fēng)天氣，于12：00對(duì)小區(qū)內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)均勻的區(qū)域進(jìn)行測(cè)定。

冠層PAR透過(guò)率（Br）、反射率（Ar）、截獲率（In）參考朱相成等的方法［15］計(jì)算。

Br=PARb/PAR；（1）

Ar=PARa/PAR；（2）

In=（PAR-PARa-PARb）/PAR×100%。（3）

1.3.3" 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

收獲期在各個(gè)小區(qū)內(nèi)選取具有代表性的連續(xù)10株棉花，測(cè)定單株鈴數(shù)、單位面積鈴數(shù)。同時(shí)，在各小區(qū)中選擇有代表性的植株，分別從上部7以上果枝、中部4～6果枝、下部1～3果枝中各取吐絮鈴20個(gè)，測(cè)定單鈴重，將每個(gè)小區(qū)的棉花全部實(shí)收測(cè)定籽棉產(chǎn)量，軋花測(cè)定皮棉產(chǎn)量和衣分。

1.3.4" 纖維品質(zhì)

棉花收獲后，每個(gè)小區(qū)收取50個(gè)棉鈴，采用HFT9000型大容量纖維測(cè)試儀，測(cè)定馬克隆值、比度、整齊度、強(qiáng)度、成熟度、伸長(zhǎng)率6個(gè)指標(biāo)。

1.4" 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均為棉株各生育時(shí)期不同處理3次重復(fù)的平均值，采用Microsoft Excel 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，用DPS 9.01進(jìn)行兩因素完全隨機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行方差分析，并用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 不同處理對(duì)無(wú)膜棉株高和葉片數(shù)的影響

由圖1可知，不同處理下株高在生長(zhǎng)期的變化一致，在蕾期至盛花期增長(zhǎng)較快，盛花期至花鈴期增長(zhǎng)緩慢，花鈴期打頂后略有降低。在2種密度下各生育期株高整體表現(xiàn)為M1gt;M2。株高在初花期至鈴期2種密度下均表現(xiàn)為W3gt;W2gt;W1。初花期，M1W3處理較M2W1處理顯著高22.46%。盛花期，M2W3處理較M2W1處理顯著高16.44%?；ㄢ徠谂c鈴期株高變化趨勢(shì)一致，均為M2W3處理最高，與M2W1、M2W2處理差異顯著?？梢?jiàn)，高密度下會(huì)株高會(huì)受到抑制；2種密度下，增加灌溉量均會(huì)促進(jìn)株高的增長(zhǎng)。

由圖2可知， 花鈴期至吐絮期， 葉片數(shù)表現(xiàn)為M2gt;M1，在2種密度下均表現(xiàn)為W2gt;W3gt;W1。花鈴期時(shí)， M2W2處理的葉片數(shù)較M1W1處理顯著

高22.31%。鈴期，M2W2處理的葉片數(shù)較M1W1處理顯著高26.48%。吐絮期，M2W2處理的葉片數(shù)較其他處理高17.41%～31.84%，差異顯著?？梢?jiàn)，葉片數(shù)在生育后期變化較大，較高的密度會(huì)促進(jìn)葉片數(shù)增加；2種密度處理下，葉片數(shù)均隨灌水量而先增后降。

2.2" 不同處理對(duì)無(wú)膜棉葉面積指數(shù)的影響

由圖3可知，蕾期至盛花期，葉面積指數(shù)整體表現(xiàn)出M1gt;M2，在2種密度下均表現(xiàn)出W3gt;W2gt;W1，W3處理比W2處理高6.20%～11.84%，W3處理比W1處理高18.55%～31.07%。花鈴期至吐絮期，葉面積指數(shù)表現(xiàn)出M2gt;M1，2種密度下均表現(xiàn)出W2gt;W3gt;W1，W2處理比W3處理高1.29%～10.20%，比W1處理高14.44%～29.30%。可見(jiàn)，在生長(zhǎng)前期，低密度下葉面積指數(shù)更高，且隨灌水量的提高而增加；在生長(zhǎng)后期密度規(guī)律與前期相反，且隨灌水量提高先增后降。

2.3" 不同處理對(duì)無(wú)膜棉冠層光截獲率的影響

由圖4可知，蕾期至盛花期，PAR光截獲率表現(xiàn)為M1gt;M2，在2種密度下均表現(xiàn)為W3gt;W2gt;W1；W3處理比W2處理高1.49%～4.85%，比W1處理高3.54%～6.99%?；ㄢ徠谥镣滦跗?，PAR光截獲率在同一灌水量下表現(xiàn)為M2gt;M1，在2種密度下均表現(xiàn)為W2gt;W3gt;W1；W2處理比W3處理高1.97%～5.03%，比W1處理高4.47%～14.42%。可見(jiàn)，密度、灌水量對(duì)棉株冠層PAR光截獲率的影響與對(duì)葉面積指數(shù)的一致。

2.4" 不同處理對(duì)無(wú)膜棉產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

密度顯著影響了棉花的單株鈴數(shù)、單鈴重和籽棉產(chǎn)量（表1）。在W1灌溉量下，M2處理的單株鈴數(shù)、單鈴重比M1處理顯著提高11.03%、4.81%，籽棉產(chǎn)量顯著提高15.72%；在W2灌溉量下，M2處理的單株鈴數(shù)、單鈴重比M1處理顯著提高22.42%、15.23%，籽棉產(chǎn)量顯著提高5.71%；在W3灌溉量下，M2處理的單株鈴數(shù)、單鈴重比M1處理顯著提高43.03%、21.09%，籽棉產(chǎn)量顯著提高4.59%。灌水量對(duì)單鈴重有顯著影響。單株鈴數(shù)、單鈴重、籽棉產(chǎn)量均隨灌水量的增加而增加。M1密度下，單鈴重表現(xiàn)為W3、W2處理比W1處理高5.26%、0.69%；M2密度下，單鈴重表現(xiàn)為W3、W2處理較W1處理高21.62%、 10.70%。 密度與灌水量互作對(duì)單株鈴數(shù)、單株鈴重、籽棉產(chǎn)量均有顯著影響，表現(xiàn)為隨種植密度、灌水量的增加而提高。在各配置中，M2W3處理的籽棉產(chǎn)量最高，但與M2W2、M1W3、M1W2處理無(wú)顯著差異。

2.5" 不同處理對(duì)無(wú)膜棉品質(zhì)的影響

密度和灌溉量對(duì)棉花纖維比度、整齊度、強(qiáng)度均無(wú)顯著影響（表2）。灌溉量對(duì)馬克隆值有顯著影響，隨灌溉量的增加先升后降；伸長(zhǎng)率在同一灌溉量下均表現(xiàn)為M1處理顯著高于M2處理。M1密度下，W3、W2處理的馬克隆值比W1處理高12%、18%；M2密度下，W3、W2處理的馬克隆值比W1處理高5.1%、7.4%。W1灌溉量下，M1處理的伸長(zhǎng)率比M2處理高7.94%；W2灌溉量下，M1處理的伸長(zhǎng)率比M2處理高19.49%；W3灌溉量下，M1處理的伸長(zhǎng)率比M2處理高7.14%。在各配置中，M1W2、M2W2處理的纖維品質(zhì)較好。

2.6" 無(wú)膜棉產(chǎn)量品質(zhì)相關(guān)性分析

由表3可知，葉面積指數(shù)與葉片數(shù)、PAR光截獲率呈顯著或極顯著正相關(guān)，說(shuō)明葉面積指數(shù)和PAR光截率均隨葉片數(shù)的增加而提高。單株鈴數(shù)與單鈴重呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明單株鈴數(shù)越多單鈴重越小。籽棉產(chǎn)量與PAR光截獲率、單株鈴數(shù)呈顯著

負(fù)相關(guān)，與單鈴重呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明PAR光截獲率、單株鈴數(shù)、單鈴重的提高會(huì)使籽棉產(chǎn)量增加。馬克隆值與葉片數(shù)、PAR截獲率呈顯著正相關(guān)，與葉面積指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。整齊度與葉片數(shù)、葉面積指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)。強(qiáng)度與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。比度與單株鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與單鈴重呈顯著正相關(guān)。

3" 討論

3.1" 密度和灌水量提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)

密度與灌水量均對(duì)棉株具有調(diào)控作用。密度的增大會(huì)使群體對(duì)養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)增大，從而抑制個(gè)體發(fā)育［16］。而灌水量的增加則對(duì)鹽堿地棉株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用［17］。密度與灌水量的抑制與促進(jìn)作用，對(duì)棉株個(gè)體和群體具有重要意義［18］。本研究發(fā)現(xiàn)，高密度會(huì)抑制棉花株高增長(zhǎng)［19］，灌水量的增加則會(huì)促進(jìn)株高增長(zhǎng)［20］。但葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、PAR冠層光截獲率在生長(zhǎng)后期均隨灌溉量的增加呈先增后降的趨勢(shì)，與成厚亮等的研究結(jié)果［21］一致。其原因可能是，過(guò)低灌水量下的棉株根系易受到鹽堿脅迫［22］，而過(guò)高灌水量易使土壤養(yǎng)分淋失［23］。密度、灌水量對(duì)棉花單株鈴數(shù)與單鈴重有顯著影響［24］。黃真真等的研究顯示，單株鈴數(shù)隨灌水量的增加而增加［25］，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。籽棉產(chǎn)量在M2W3處理下最高，達(dá)6 804.10 kg/hm2，這與張變兄等的研究結(jié)果［26］一致。

棉花纖維品質(zhì)主要受遺傳性狀的影響，栽培方式、環(huán)境條件對(duì)棉花纖維品質(zhì)也有一定影響［27］。Dong等的研究指出，密度對(duì)棉花纖維品質(zhì)不會(huì)造成影響［28-29］。Buttar等的研究指出，灌水對(duì)棉花品質(zhì)具有重要影響［30］。本研究發(fā)現(xiàn)，密度對(duì)中棉619的比度、強(qiáng)度、整齊度均無(wú)顯著影響，伸長(zhǎng)率在隨密度增高有所降低［31］。成熟度在高密度下更高，可能是高密度下養(yǎng)分轉(zhuǎn)移較早所導(dǎo)致。同一灌水量下，馬克隆值在2種密度無(wú)顯著變化，與王海濤等的結(jié)論［27］一致，可能是品種遺傳性狀和試驗(yàn)地氣候的不同而導(dǎo)致。馬克隆值與伸長(zhǎng)率隨灌水量增加先升后降。灌水量對(duì)棉花纖維品質(zhì)影響的研究較少，仍需進(jìn)一步研究。

3.2" 密度和灌水量提高棉花光合產(chǎn)物

光合產(chǎn)物的積累是棉花產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)［32］。密度主要通過(guò)改善群體光合能力進(jìn)一步影響物質(zhì)積累［33］。在合理范圍內(nèi)，光截獲率隨密度增加而提升［34］；適當(dāng)增加密度，可以改善棉株群體間通風(fēng)透光能力，提高光合有效輻射和光能利用率［35］。光截獲率受到葉片生理特點(diǎn)以及冠層結(jié)構(gòu)的影響。增加灌水量可以促進(jìn)葉片生長(zhǎng)［20］，提高光合能力［36］，促進(jìn)光合產(chǎn)物的形成［37］。本研究M2密度下，光截獲率在生長(zhǎng)后期總體上更高，其原因可能是高密度種植下冠層結(jié)構(gòu)合理且養(yǎng)分轉(zhuǎn)移較早，提高了單鈴重，因此產(chǎn)量更高。在生長(zhǎng)后期2種密度下，光截獲率隨灌水量的增加先增后減，說(shuō)明過(guò)量灌水對(duì)光截獲率有一定的抑制作用［38］。

4" 結(jié)論

綜上所述，隨密度和灌水量的增加，光截獲率呈先升后降的趨勢(shì)。密度和灌水量可以通過(guò)協(xié)調(diào)群體光截獲率，影響纖維品質(zhì)增加產(chǎn)量。在 24萬(wàn)株/hm2 密度下，雖然6 000 m3/hm2處理籽棉產(chǎn)量最高，但5 100 m3/hm2處理下產(chǎn)量與6 000 m3/hm2無(wú)顯著差異，且生長(zhǎng)后期葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、光截獲率以及各品質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)于6 000 m3/hm2處理。因此，M2W2配置更加適合南疆地區(qū)實(shí)際生產(chǎn)情況。

參考文獻(xiàn)：

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