行距配置对机采棉花冠层结构及光合特性的影响

2016-12-13徐新霞雷建峰高丽丽王立红锁忠程张巨松

西北农业学报 2016年10期

关键词：棉株主茎冠层

徐新霞,雷建峰，高丽丽，郑慧，李淦，王立红，锁忠程，张巨松

(1.新疆农业大学农学院/教育部棉花工程研究中心，乌鲁木齐 830052;2.新疆巴州农业技术推广中心，新疆库尔勒 841000)

行距配置对机采棉花冠层结构及光合特性的影响

徐新霞1,2,雷建峰1，高丽丽1，郑慧1，李淦1，王立红1，锁忠程1，张巨松1

(1.新疆农业大学农学院/教育部棉花工程研究中心，乌鲁木齐 830052;2.新疆巴州农业技术推广中心，新疆库尔勒 841000)

在新疆自然生态环境下，以‘新陆早32号’为材料进行大田试验，对2种机采棉行距配置模式(66 cm+10 cm、72 cm+4 cm)下的冠层结构、光合特性及产量进行研究。结果表明：66 cm+10 cm模式下形成的冠层结构较72 cm+4 cm模式更有利于棉花生育后期通风透光，从而促使叶片净光合速率增强，持续时间长，使得66 cm+10 cm模式籽棉产量显著高于72 cm+4 cm模式，2模式间单铃数呈显著性差异。

机采棉花；行距配置；冠层结构；光合特性；产量

棉花产量的90%～95%来自光合作用形成的有机物质，而合理的冠层结构有利于提高棉株光能利用率。通过改善冠层结构，使更多的光能到达植株基部叶片，增加冠层截获光的比例[1]，提高叶片净光合速率，从而增加有机物质的积累，为取得高产优质做基础。新疆光热资源丰富，宜农区域广阔，宜农后备耕地资源丰富，95%是灌溉农业区，山旱地仅5%左右，具有相对稳定的灌溉水资源供给，实行机械化种植耕作，“矮、密、早、膜”等种植技术基本成熟配套，使新疆具有大规模全程机械化植棉的条件和能力。随着棉花机械采收技术的发展，结合滴灌技术、高密度植棉，机采棉行距配置逐渐成为主要行距配置。在机采棉各种配套技术条件下促使棉花高产，已成为新疆机采棉栽培和育种的重要研究内容。近年来，前人对棉花冠层结构[2-6]及光合特性[7-13]已进行了较多的研究，但有关机采棉田间行距配置对棉株冠层结构及其光合特性影响的研究鲜见报道；本研究拟通过田间试验，研究行距配置对棉花冠层结构、光合特性及产量的影响，以期为新疆适宜的机采棉种植技术的应用推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2014年4-10月在新疆昌吉州玛纳斯县六户地镇陈家渠村进行，棉花供试品种为‘新陆早32号’。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，设2种宽窄行距配置: 66 cm+10 cm、72 cm+4 cm，具体见图1和图2。株距均为9.5 cm，理论密度27.7 万株/hm2，机械铺膜播种，采用幅宽2.05 m膜覆盖，1膜6行，每小区 2膜12行，小区面积为95.20 m2(4.76 m×20 m) ， 3次重复。总施尿素675 kg/hm2，磷酸二铵180 kg/hm2，硫酸钾360 kg/hm2，其中基施尿素150 kg/hm2,磷酸二铵180 kg/hm2，硫酸钾150 kg/hm2，其余随水滴施。2014-04-25播种。出苗-吐絮，共6次滴水，总滴灌量为3 300 m3/hm2，其他田间管理同大田。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 主茎节间长度及果枝长度打顶后7 d，选取各处理小区有代表性植株20株,测量主茎节间长度及果枝长度。

1.3.2 叶面积指数(LAI) 自现蕾起，每10～15 d各处理采集具有代表性植株4株，采用打孔法测定所有叶片面积，最后折算出LAI。

1.3.3 冠层结构采用LAI-2000(美国产)植物冠层分析仪,自现蕾起，每10～15 d选择田间长势均匀的样点，将LAI-2000探头水平放置在距离地面5 cm处，每个样点测6个值(即窄行-宽行-窄行-宽行-窄行-膜间行)取平均值，重复3 次，可得叶倾角(MTA)和冠层开度(DIFN)值。

图1 66 cm+10 cm行距配置模式图

图2 72 cm+4 cm行距配置模式图

1.3.4 主茎叶SPAD值采用SPAD-502型(日本产)便携式叶绿素测定仪自现蕾起，每5 d选取具有代表性主茎倒4叶(打顶后倒2叶)测其叶绿素值，每张叶片测定5次，测10株，剔除最大值与最小值后，求均值。

1.3.5 主茎叶净光合速率(Pn) 采用CARIS-2光合仪自现蕾起，每10～15 d在11：00-13:00活体测定每小区定点定株的5株棉花的功能叶(打顶前测倒4叶，打顶后倒2叶)叶片的光合指标，并在花铃期测1次光合日变化。

1.3.6 产量在8月25日左右实数各处理收获株数，调查其成铃分布；吐絮后，选取代表性植株20株，调查单株果枝数和吐絮铃的空间分布(1～3果枝、4～6果枝、7以上果枝)，记载其蕾铃空间分布情况，并选取60个吐絮铃(分上、中、下果枝部位各20个吐絮铃)测其单铃质量和衣分。

2 结果与分析

2.1 行距配置对机采棉花冠层结构的影响

2.1.1 对棉株主茎节间长度及果枝长度的影响由表1可知，不同行距配置对棉株主茎节间长度及果枝长度有影响。主茎节间长度及果枝长度，2处理下部均表现为中行>边行，而上部则表现为边行>中行，说明棉株中下部形成时，中行棉株生长利于边行，而上部形成时，边行棉株生长利于中行；处理间主茎节间长度上部中、边行均为66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，中部中、边行均表现为66 cm+10 cm模式<72 cm+4 cm模式，且中行2处理间差异显著，下部中行表现为66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，边行则相反；处理间果枝长度，上、中部的中、边行均表现为，66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，且国行2处理间差异显著，下部中行表现为66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，边行则相反；说明66 cm+10 cm模式较72 cm+4 cm模式相比，更利于棉株果枝的生长。

2.1.2 对机采棉花LAI的影响LAI是衡量棉花群体光合面积的指标，适宜的LAI是充分利用光资源提高棉花产量的重要途径之一。行距配置对棉株LAI有影响，现蕾至吐絮棉株LAI变化趋势如图3，2处理均为先增大后减小。蕾期，66 cm+10 cm模式LAI较72 cm+4 cm模式低44.86%，之后2模式LAI急剧增加，差异逐渐减小，至出苗后80 d即盛铃期前，2模式均达到峰值，且模式间差异最小，66 cm+10 cm模式(5.16)较72 cm+4 cm模式(4.68)高9.30%，72 cm+4 cm模式(2.32)降幅为50.39%，大于66 cm+10 cm模式(3.51)降幅(31.97%)。这表明棉花前期生长，72 cm+4 cm模式优于66 cm+10 cm模式，中后期生长，66 cm+10 cm模式优于72 cm+4 cm模式，说明66 cm+10 cm模式下，棉花LAI大且峰值持续时间长，生育后期叶片衰老缓慢，保证了充足的光合叶面积。

表1 不同行距配置棉株主茎节间长度及果枝长度

图3 不同行距配置棉株LAI的变化

2.1.3 对棉株叶MTA的影响叶倾角是指叶片与水平方向的夹角，反映叶片的直立状态，是衡量冠层结构的重要指标。总体上看，2处理MTA随着生育时期的推移，逐渐增大，盛铃后期达到最大，随后开始下降，为单峰曲线；由图4可看出，出苗后40 d左右，66 cm+10 cm模式的MTA较72 cm+4 cm模式略低，之后棉株随生育期生长，66 cm+10 cm模式的MTA逐渐增大超过72 cm+4 cm模式，至盛铃后期，达到峰值(60.5°)后下降；蕾期，66 cm+10 cm模式棉花叶片MTA小于72 cm+4 cm模式，说明与72 cm+4 cm模式相比，66 cm+10 cm模式叶片有变平的趋势；盛铃期是棉铃干物质积累最快时期，此时MTA增大，叶片由平展变为直立，利于透光，使叶片截获更多的光能，有利于提高中下部叶片的光合速率，说明66 cm+10 cm模式较72 cm+4 cm模式更有利于透光；吐絮至收获期，由于绿叶面积减少，MTA增大，叶片向平展型发展。

图4 不同行距配置棉MTA的变化

2.1.4 对棉株DIFN的影响冠层开度表示未被叶片遮挡的天空部分，DIFN在0(全叶片)～1(无叶片)之间，其大小可直观反映冠层结构是否合理。如图5，现蕾至吐絮，2处理DIFN表现为一个单谷曲线。出苗40 d，66 cm+10 cm处理DIFN高于72 cm+4 cm，未被叶片遮挡的天空部分较多，说明66 cm+10 cm模式较72 cm+4 cm模式长势弱，叶片量少于72 cm+4 cm模式；盛蕾至盛铃，66 cm+10 cm模式DIFN明显低于72 cm+4 cm模式，说明66 cm+10 cm模式长势优于72 cm+4 cm模式；直至吐絮，可见2处理DIFN均升高，其中72 cm+4 cm模式的增长幅度大于66 cm+10 cm模式，说明后期72 cm+4 cm模式群体内部条件趋于恶化，通风透光性不良，下部叶片脱落严重，导致后期光合物质积累减少，因而不利于高产结构的建成。

2.2 行距配置对机采棉花光合特性的影响

2.2.1 对棉叶SPAD值的影响叶绿素是反映作物光合能力的一个重要指标，其在光合作用中对光能的吸收、传递和转化起着非常重要的作用。SPAD值的大小可以直接反映出叶片叶绿素含量的高低。如图6所知，现蕾至吐絮，棉株主茎叶片(打顶前倒4叶，打顶后倒2叶)SPAD值呈现出先增后减的变化趋势，均于盛铃期达峰值；出苗后40～60 d，66 cm+10 cm模式SPAD值小于72 cm+4 cm模式；60～75 d,66 cm+10 cm模式SPAD值迅速上升，高于72 cm+4 cm模式3.8%；直至出面后90 d,2模式均达到峰值，之后SPAD值呈现出下降趋势,至吐絮，2模式SPAD值接近；前期72 cm+4 cm模式下棉株长势优，致使叶片叶绿素含量高表现为SPAD值大，随生育期生长，棉株由营养生长为主转入营养生长和生殖生长并进阶段，72 cm+4 cm模式由于窄行较窄，棉株间光、热、肥等资源竞争激烈，使得棉株长势弱于66 cm+10 cm模式，且叶绿素含量低表现为SPAD值小。

图5 不同行距配置棉株DIFN的变化

图6 不同行距配置棉花SPAD值的变化

2.2.2 对主茎叶Pn的影响Pn在一定程度上反映了光合作用的水平，行距配置对其影响较大，不同的行距配置能影响棉花群体的冠层结构，从而影响棉株的光合作用。自现蕾起测定棉株主茎功能叶(打顶前倒4叶，打顶后倒2叶)Pn，结果如图7，2模式的Pn变化呈单峰曲线，其变化趋势与SPAD值趋势一致，均于盛铃期达到峰值，之后呈现出下降的趋势，其中66 cm+10 cm模式峰值高达37.83 μmol/(m2·s)，高于72 cm+4 cm模式8.5%；说明66 cm+10 cm模式的棉株其光合作用能力强于72 cm+4 cm模式。

图8 不同行距配置棉花盛铃期Pn的日变化

2.2.3 对主茎叶棉花盛铃后期Pn日变化的影响于盛铃期，测定倒2叶的Pn日变化，由图8可知，2处理的光合日变化峰值出现的时间不同，且高峰持续时间也不同；其中66 cm+10 cm模式的光合日变化呈双峰曲线，峰值在11:00为29.35 μmol/(m2·s)和15:00为28.68 μmol/(m2·s)，峰值持续时间长；而72 cm+4 cm模式的光合日变化则呈单峰曲线，峰值在15:00为29.30 μmol/( m2·s)，峰值持续时间相对66 cm+10 cm模式较短。

2.3 行距配置对机采棉产量及其构成因素的影响

棉花单株铃数、铃质量、衣分是构成产量的三个主要因素，其中单株铃数对产量的贡献最大，其次是铃质量和衣分。试验表明，2种行距配置模式下，棉花籽棉产量呈显著性差异(表2)，66 cm+10 cm模式为7 544.08 kg/hm2,较72 cm+4 cm模式高23.6%。进一步考察其产量构成因素，单株铃数，2模式呈显著性差异，66 cm+10 cm模式比72 cm+4 cm模式多2个；衣分主要受品种遗传特性的影响，处理间无差异；两模式铃质量表现为66 cm+10 cm模式>72 cm+4 cm模式，方差分析差异不显著。

表2 不同行距配置机采棉花产量及构成因素

3 讨论与结论

棉花产量构成主要由单位面积收获株数、单株结铃数、单铃质量、衣分所决定；其中棉铃的发育受品种特性制约，生态水分、温度、光照等因素影响，温度条件不易人为控制，而棉花群体的受光情况，可通过株行距合理配置进行改善；本试验中，66 cm+10 cm模式、72 cm+4 cm模式处于相同密度条件下，籽棉产量呈显著性差异，66 cm+10 cm模式高于72 cm+4 cm模式23.6%，是由于66 cm+10 cm模式单株铃数多于72 cm+4 cm模式，而2模式之间单铃质量无显著性差异。前人研究结果表明，在密植条件下，增大宽行与窄行的比值，能改善棉田后期的通风透光性，棉田不易荫蔽，有利于个体的发育，促进中下部铃质量的提高[14]。结合本试验可知，增大宽行与窄行的比值是有一个限值，如72 cm+4 cm模式其宽窄行比值大于66 cm+10 cm模式，铃质量并未大于66 cm+10 cm模式，单株铃数少于66 cm+10 cm模式，导致产量显著低于66 cm+10 cm模式；然而宽行和窄行的比值在何范围内，还有待进一步的研究。

66 cm+10 cm模式产量显著高于72 cm+4 cm模式，造成此种差异是由于不同行距配置下棉株的冠层结构不同，导致不同冠层结构棉花叶片的光合性能变化。前人研究棉花封行期，宽窄行的棉株群体宽行过宽将促使果枝和叶片水平伸展，已占据尽可能多的空间，叶片镶嵌排列的重叠程度可能减轻；而窄行的群体，可被占据的空间有限，主茎与果枝及主茎叶和果枝与果枝叶夹角变小，叶片镶嵌排列的重叠程度可能加重[15]；本试验结果表明，66 cm+10 cm模式较72 cm+4 cm模式相比，更有利于棉株果枝的生长，且由于LAI和DIFN2指标可以看出，其长势旺于72 cm+4 cm模式；通过MTA可知，其叶片重叠程度较72 cm+4 cm模式轻，更有利于棉花生育后期透光通风。

有研究表明，棉花叶片SPAD值与Pn呈线性相关，试验中2模式盛铃期叶绿素SPAD值达到最大时叶片的Pn也最高。随着叶片的衰老，SPAD值逐渐变小，同时Pn降低，与前人研究结果一致。北疆棉区采用机采棉66 cm+10 cm模式可大幅度提高光能利用率，减小生育前期窄行和生育后期宽行的漏光损失[3]。本试验研究中，2种机采棉模式，66 cm+10 cm光合速率表现较好，尤其是盛铃后期光合速率日变化中，出现光合午休现象，峰值大，且持续时间较长，而72 cm+4 cm模式为单峰曲线，峰值低，持续时间短。2模式光合速率的分析，为66 cm+10 cm模式的产量高于72 cm+4 cm模式提供依据。综上，66 cm+10 cm模式更适宜新疆机械采收棉花的行距配置。

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(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

Effect of Different Row Spacing Patterns on Machine-harvested Cotton Canopy Structure and Photosynthetic Characteristics

XU Xinxia1,2, LEI Jianfeng1, GAO Lili1, ZHENG Hui1, LI Gan1, WANG Lihong1, SUO Zhongcheng1and ZHANG Jusong1

(1.Research Center of Cotton Engineering, Ministry of Education/Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China；2.Center of Bazhou Agricultural Technology Extension, Korla Xinjiang 841000,China )

Taking ‘Xinluzao 32’ as experimental material and under the treatments of two row spacing patterns (66 cm+10 cm,72 cm+4 cm).The cotton yield, canopy structure and photosynthetic indexes were studied in Xinjiang.The results showed that canopy structure formed under the pattern of 66 cm+10 cm was compared with that of 72 cm+4 cm pattern, it was more conducive to the cotton ventilation and light transmission at late stage of growth,and it could promote cotton leaves to have strong and long-time net photosynthetic rate .The cotton yield under treatment of 66 cm+10 cm pattern was significantly higher than that of 72 cm+4 cm pattern, the boll number per plant showed significant difference.

Machine-harvested cotton; Row spacing pattern; Canopy structure; Photosynthetic characteristics; Yield

XU Xinxia,female, master student.Research area:high yield cultivation of cotton.E-mail:xjndxxx@163.com

ZHANG Jusong,male,professor,master adviser.Research area:physiology and ecology of high yield cultivation of crop. E-mail:xjndzjs@163.com

2015-03-19

2015-05-12

机采棉高效生产关键技术研究与示范(2014BAD09B04)。

徐新霞，女，硕士研究生，研究方向为棉花高产栽培。E-mail：xjndxxx@163.com

张巨松，男，教授，硕士生导师，研究方向为作物高产栽培生理生态。E-mail：xjndzjs@163.com

日期：2016-10-20

S562

1004-1389(2016)10-1479-07

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161020.1653.020.html