栽培措施对棉花短季直播群体冠层结构和光合作用的影响

王欣悦，刘爱玉，邹 茜，向凤玲，欧阳燕莎

(湖南农业大学棉花研究所，长沙 410128)

(续表2)

栽培措施对棉花短季直播群体冠层结构和光合作用的影响

王欣悦，刘爱玉*，邹 茜，向凤玲，欧阳燕莎

(湖南农业大学棉花研究所，长沙 410128)

在油后短季直播条件下，研究了种植密度、株行距配置、施氮水平对于棉花群体冠层结构和光合作用的影响。结果表明：中部和下部的光合有效辐射(PAR)值均随着生育期的推进呈现先下降后上升的趋势，且在吐絮期达到最高点。在盛蕾期和吐絮期，高密度群体的PAR值大于低密度群体；宽窄行处理比相同条件下的等行距处理的中部和下部PAR值高。施氮量对PAR值影响不显著。在生育后期的吐絮期，180 kg/hm2施氮量条件下的透光率相对最高，等行距处理比宽窄行处理的透光率高，说明该施氮量和等行距处理有利于维持生育后期较高的透光率。直射光率随着生育进程的推进整体呈上升趋势，各处理间变化幅度不大。密度、株行距配置和施氮量对群体盛蕾期和花铃期的净光合速率影响显著，对吐絮期影响极显著。高密度群体具有较高光合速率，宽窄行配置比等行距更有利于棉花群体维持较高的光合速率。

棉花；栽培；冠层结构；光合作用

棉花的冠层是指棉花的地上部分，是组成棉花群体的主要多维结构[1]，对群体光合作用影响较大。作物生长与产量形成的物质来源于光合作用产生的碳水化合物，不同的配置方式通过影响光能利用率进而与群体冠层结构息息相关，并最终影响棉花群体的光合特性。群体冠层结构受品种和栽培措施的影响[2]。采用合理的栽培技术，可以改善冠层光分布，有利于提高作物的群体光合速率，对增加光合物质积累及提高产量均具有重要作用。所以构建合理的冠层结构对提高棉花冠层的光合有效辐射具有至关重要的作用[3，4]。

密度、株行距配置和氮肥用量是棉花栽培的主要技术措施，对棉花群体结构有至关重要的影响。大量研究认为，密度对棉花群体冠层内部的温度、湿度及光分布情况有影响，密度过高或过低都不利于高产[5，6]，且密度对棉花群体光合速率的调控主要表现在生育前期[7]。在湖南地区短季直播棉栽培中，在一定范围内合理密植有效调控了个体及群体间同化产物的生产能力，密度的提高可以提高棉花产量[8]。适宜的密度和株行距配置对作物生长发育及产量有显著影响。行距株距的配置对棉花群体成铃情况和提高产量有显著影响[9]。提高施氮量，群体长势旺，也直接影响了群体的透光率。

关于密度和施氮量对棉花群体的冠层影响的研究很多，但在长江流域短季直播栽培条件下的研究较少。本文在短季直播栽培下，研究不同栽培措施(密度、株行距配置、施氮水平)下的棉花群体冠层结构及光合作用，探索适宜群体的结构指标，以期为棉花短季直播高产优质栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2014年5～10月在湖南农业大学浏阳试验基地进行。试验地前茬作物为油菜，土壤pH 5.28，有机质30.569 g/kg，全氮1.462 g/kg，全磷0.507 g/kg，全钾3.74 g/kg，水解性氮75.246 mg/kg，有效磷66.209 mg/kg，速效钾139.87 mg/kg。供试棉花品种为中棉所76号。试验采用随机区组设计，试验设密度(A)、株行距配置(B)和施氮量(C)3个因素。密度设2个水平，A1为60 000株/hm2，A2为90 000株/hm2；株行距配置设2个水平：50 cm等行距(B1)，(80～20)cm宽窄行(B2)；施氮设3 个水平：120 kg/hm2(C1)，180 kg/hm2(C2)，240 kg/hm2(C3)，分两次施入：基肥均施80 kg/hm2，在花铃期分别追施40、100、160 kg/hm2。共12个栽培措施组合，3次重复，每小区面积30 m2。在短季栽培条件下，5月29日播种，6月15日定苗，8月15日打顶。磷肥施用量120 kg/hm2，钾肥施用量150 kg/hm2，均作基肥一次性施入，喷施缩节胺化学调控4次。

1.2 测定内容及方法

(1)群体冠层结构指标。于盛蕾期、花铃期、吐絮期的3个产量形成关键生育时期，用LP-80冠层结构分析仪测定各处理的中部PAR值、下部PAR值(按植株平均高度分为中部和下部两层)、透光率、直射光率等参数。重复6次，通过专用软件AccuPAR分析后获取数据。

(2)群体光合速率指标。于盛蕾期、花铃期、吐絮期用美国COR公司生产的Li-6400型便携式光合仪，选择晴天光强稳定时测定净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等参数。

2 结果与分析

2.1 栽培措施对群体冠层光分布的影响

2.1.1 对群体光合有效辐射的影响

植物的光合产物和累积生物量与冠层截获光合有效辐射量有密切关系。PAR值代表400～700 nm内的光合有效辐射。被拦截的PAR数据可用于决定冠层结构的重要参数的确定。如表1，在盛蕾期、花铃期、吐絮期3个关键生育时期，棉花群体下部的光合有效辐射明显低于冠层中部，这主要是随着生育期的推进，植株不断繁茂，冠层群体中棉花除了受其他植株的遮荫影响还要受到本身棉株的遮荫影响，且下部比中部受到的遮荫影响更严重，冠层下部的光合有效辐射急剧下降。3个生育时期下部光合有效辐射比中部光合有效辐射分别平均低59.17%、79.08%、58.25%，在盛花期之前下部截获的光合有效辐射急剧下降，进入生殖生长后下部截获的光合有效辐射提高。中部和下部PAR值均随着生育期的推进呈现先下降后上升的趋势，且在吐絮期达到最高点。在盛蕾期，两部分的PAR值高密度>低密度；在吐絮期，两者大体为高密度>低密度；在盛蕾期和吐絮期，宽窄行处理比相同条件下的等行距处理的中部和下部PAR值高。施氮量对PAR值影响不显著，主要是因为基肥的施入量相同，花铃期追施的氮肥肥力的发挥受其他肥料和群体密度的限制，故差异不大。

表1 不同处理的棉花群体中部和下部PAR值

注：同列数据后不同小写英文字母表示5%水平上差异显著，不同大写英文字母表示l%水平上差异显著。下同。

方差分析表明，3种因素之间的两两交互作用对不同时期的中部冠层PAR值的影响均不显著；密度、株行距配置和施氮量3者之间的交互作用对吐絮期的中部PAR值影响显著。密度和株行距配置分别对盛蕾期的下部PAR值有显著影响，其他未达到显著水平。交互作用中，株行距配置和施氮量的交互作用对于吐絮期的下部冠层PAR值有显著影响，其他交互作用对其影响无显著性差异。

2.1.2 透光率和直射光率

透光率是指冠层下部PAR值与顶层PAR值的比值。透光率高代表下部接受较多的光辐射。如表2所示，花铃期的透光率相对最低，平均为盛蕾期的56.09%。吐絮期透光率恢复到接近盛蕾期。透光率随着生育期的推进先下降后上升。盛蕾期的透光率低密度>高密度，花铃期在等行距条件下的透光率低密度>高密度，在宽窄行条件下的透光率低密度<高密度。在吐絮期，C2施氮量条件下的处理透光率相对较高。在盛蕾期和吐絮期，等行距处理比宽窄行处理的透光率高。在花铃期，高密度条件下宽窄行处理的透光率高于等行距处理条件下的透光率，低密度条件下两者之间差异不显著。

直射光率是直接来自太阳的辐射和来自所有环境(如大气)辐射的比例。直射光率随着生育进程的推进整体呈上升趋势，但变化幅度不大。直射光率在3个生育时期最高值组合分别为A1B2C2，A1B2C2，A1B1C1，最低值的组合分别为A2B2C2，A1B2C3，A2B2C2(表2)。

表2 不同处理的棉花群体透光率和直射光率

(续表2)

处理透光率直射光率盛蕾期花铃期吐絮期盛蕾期花铃期吐絮期A2B1C30.44ABC0.15b0.41ABC0.81ab0.86a0.85ABA2B2C10.28D0.34a0.29C0.81ab0.69bc0.87ABA2B2C20.45ABC0.24ab0.50A0.77b0.80abc0.78BA2B2C30.31CD0.25ab0.35BC0.81ab0.83abc0.87AB

方差分析表明，密度和株行距配置分别对盛蕾期的透光率影响达到显著性水平，对花铃期、吐絮期影响不显著。交互作用中株行距配置与施氮量的交互作用对吐絮期的透光率值达到显著性影响。

3种因素分别对3个时期(盛蕾期、花铃期、吐絮期)直射光率的影响不显著，两两交互作用对其影响也均不显著，但3种因素的交互作用对吐絮期的直射光率影响显著。

2.2 栽培措施对群体光合特征的影响

2.2.1 净光合速率和气孔导度

由表3可知，密度、株行距配置和施氮量对群体净光合速率中的盛蕾期和花铃期影响显著，对吐絮期影响极显著。在所有处理中，盛蕾期、花铃期及吐絮期的净光合速率值最大处理组合分别为A2B2C3，A2B2C2，A2B2C3。密度、株行距配置和施氮量对气孔导度在盛蕾期和花铃期影响显著，对吐絮期影响极显著。吐絮期群体的气孔导度大幅度下降，由盛蕾期的平均值1左右下降到普遍0.26以下。在所有处理中，盛蕾期、花铃期及吐絮期的气孔导度值最大处理组合分别为A1B1C1，A1B1C1，A1B2C2。净光合速率在吐絮期的下降主要受到吐絮期群体气孔导度大幅度下降的影响。

表3 不同处理的棉花群体净光合速率和气孔导度

方差分析表明，株行距配置对盛蕾期和吐絮期的净光合速率影响达到显著性水平，对花铃期影响不显著。密度和施氮量对3个时期(盛蕾期、花铃期、吐絮期)净光合速率影响均不显著。对气孔导度的影响中，密度、株行距配置、施氮量对3个时期的气孔导度无显著性影响；交互作用中，密度与施氮量的交互作用对花铃期和吐絮期的气孔导度有显著性影响，株行距配置与施氮量的交互作用对吐絮期的气孔导度亦有显著性影响。

2.2.2 胞间CO2浓度和蒸腾速率

由表4可知，密度、株行距配置和施氮量对盛蕾期、花铃期和吐絮期的胞间CO2浓度均影响极显著，在所有处理中盛蕾期、花铃期和吐絮期的胞间CO2浓度值最大处理组合分别为A2B1C2，A2B2C3，A1B2C2。密度、株行距配置和施氮量对盛蕾期蒸腾速率的影响显著，对花铃期和吐絮期影响极显著。在所有处理中盛蕾期、花铃期和吐絮期的蒸腾速率值最大处理组合分别为A1B1C1，A2B2C3，A1B2C2。胞间CO2浓度值和蒸腾速率均与气孔的活动密切相关，由于吐絮期的群体气孔导度下降，直接影响到了胞间CO2浓度和蒸腾速率的下降，最终影响了群体的光合速率和产量形成。

表4 不同处理的棉花群体胞间CO2浓度和蒸腾速率

方差分析表明，3种因素分别对3个时期的胞间CO2浓度值影响不显著；密度与施氮量的交互作用对花铃期、株行距配置与施氮量的交互作用对吐絮期的胞间CO2浓度值分别有显著性影响。株行距配置对吐絮期的蒸腾速率有显著性影响，对盛蕾期和花铃期影响不显著。密度与施氮量的交互作用对吐絮期、株行距配置与施氮量的交互作用对吐絮期的蒸腾速率分别有显著性影响。

3 结论与讨论

前人的研究中，群体种植密度的提高会使得群体冠层对光能的截获率增加，群体的光合速率明显提高[7]，但高密度群体在生育后期群体光合速率衰退得快[10]。在棉株群体密度较大时，通过调整株行距的配置方式，可使棉株得到合理分布，在一定程度上改善田间通风透光条件，有利于棉株的生长[11]。同时在开花期适当追施氮肥，可以改善群体的光合性能，使生育后期群体光合速率的衰退减慢[12]。

本试验中，在花铃期以前，高密度群体冠层对光能截获率较高，群体净光合速率也维持较高的水平，到花铃期净光合速率达到最高值以后，净光合速率也明显下降，主要是由于群体气孔活动能力下降，气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率都受到影响，群体净光合速率有下降的趋势。但高密度群体维持了相对高的净光合速率水平，所以在生育后期维持一个相对较高的气孔导度，对群体光合速率的保持稳定有至关重要的影响，最终影响到群体的产量水平。

低密度群体下部冠层接受的光合辐射要高于高密度群体。在整个生育期内，直射光率趋于稳定；气孔导度随着生育期推进逐渐降低，蒸腾速率也随着气孔导度的降低而降低，均直接影响着群体的净光合速率水平，最终影响产量。

等行距的株行距配置更有利于冠层下部接受光辐射。宽窄行处理有利于群体在生殖生长期间保持较高的净光合速率，为高产创造了有利条件。

本试验表明，增加密度，提高了群体的光合速率；同时宽窄行的株行距配置也使群体维持了较高的光合速率。适当增加密度，并且调整株行距配置是提高产量的重要手段。在密度较大时，采用合理的宽窄行种植方式，可以合理调整棉株在群体之中的分布，改善田间的通风透光条件提高光合速率，并最终提高产量。

[1] 王 维，郑曙峰，徐道青，等.种植密度对棉花行株间冠层结构的影响[A].//北京中国棉花学会.中国棉花学会2011年年会论文汇编[C].2011.226-230.

[2] 冯国艺，姚炎帝，罗宏海，等.新疆超高产棉花冠层光分布特征及其与群体光合生产的关系[J].应用生态学报，2012，23(5)：1286-1294.

[3] 张旺锋，王振林，余松烈，等.膜下滴灌对新疆高产棉花群体光合作用冠层结构和产量形成的影响[J].中国农业科学，2002，35(6)：632-637.

[4] 张 伟，吕 新，朱 芸，等.不同灌水量对新疆高产棉花冠层结构映像特征及产量影响的研究[J].华北农学报，2005，20(5)：105-110.

[5] 夏勇强.棉花高产栽培密度的探讨[J].新疆农业科学，2008，45(S1)：70-71.

[6] 田绍仁，张丽娟，夏绍南，等.不同密度对棉花群体冠层结构及微环境的影响[J].江西棉花，2009，31(5)：17-21.

[7] 张旺锋，王振林，余松烈，等.种植密度对新疆高产棉花群体光合作用冠层结构及产量形成的影响[J].植物生态学报，2004，28(2)：64-171.

[8] 王欣悦，刘爱玉，邹 茜，等.密度与播种期对直播棉生长发育和产量品质的影响[J].作物研究，2014，28(6)：597-601.

[9] 张丽娟，夏绍南，崔爱花.鄱阳湖棉区棉花株行距配置对产量与性状的影响[J].棉花科学，2014，36(2)：13-18.

[10] 罗宏海，张旺锋，赵瑞海，等.种植密度对新疆膜下滴灌棉花群体光合速率、冠层结构及产量的影响[J].中国生态农业学报，2006，14(4)：112-114.

[11]罗宏海，朱建军，张旺锋，等.不同配置方式对棉花冠层结构及产量的影响[J].新疆农业科学，2004，41(4)：240-243.

[12]张 伟，吕 新，曹连莆.不同氮肥用量对棉花冠层结构光合作用和产量形成的影响[J].干旱地区农业研究，2005，23(2)：80-87.

Effects of Cultivation Measure on Canopy Structure and Canopy Apparent Photosynthesis

WANG Xin-yue，LIU Ai-yu*，ZOU Xi，XIANG Feng-ling，OUYANG Yan-sha

(Cotton Research Institute，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China)

The field experiments on the planting densities，allocations of row-spacing，nitrogen application rate on the canopy structure，canopy apparent photosynthesis and yield of cotton were conducted in Hunan.The results indicate that：thePARfell and then increased with the process of growth period and was the highest during the boll opening stage.ThePARof the high density group was higher than that of low density group.ThePARof wide-narrow row spacing group was higher than that of equal planting spacing.During the boll opening stage，the transparency was the highest with the nitrogen application 180 kg/hm2.Equal planting spacing has relative higher transparency than wide-narrow row spacing.It showed that nitrogen application 180 kg/hm2and equal planting spacing were good for maintaining higher transparency during the late period of duration.The transmissivity of direct light rate increased steadily with the process of growth rate.The planting density，allocations of row-spacing，nitrogen application rate had significant effect on the net photosynthetic rate of full squaring stage and full boll stage.The higher density canopy had relative higher canopy photosynthetic rate.Wide-narrow row spacing，compared with equal planting spacing，maintained at a relatively high level in photosynthetic rate.

cotton; cultivation; canopy structure; canopy apparent photosynthesis

2015-01-26

王欣悦(1989-)，女，黑龙江哈尔滨市人，硕士研究生，Email：wxy391673751@163.com。

*通信作者：刘爱玉，教授，主要从事棉花栽培研究，Email：lay8155@163.com。

湖南省棉花产业体系栽培专家岗位项目(湘农业联[2012]278号)。

S562.04

A

1001-5280(2015)02-0122-06

10.3969/j.issn.1001-5280.2015.02.03