北疆不同长势机采棉田光合物质积累与分配的比较研究

郑慧，张巨松

(新疆农业大学/教育部棉花工程研究中心，乌鲁木齐 830052)



北疆不同长势机采棉田光合物质积累与分配的比较研究

郑慧，张巨松

(新疆农业大学/教育部棉花工程研究中心，乌鲁木齐 830052)

【目的】在北疆自然生态条件下，研究不同长势机采棉田光合物质积累与分配特性，为北疆机采棉高产栽培提供理论依据。【方法】以新陆早57号为供试棉花品种，通过大田对比试验，调查研究机采棉种植模式下不同长势棉田叶面积指数LAI、净光合速率Pn、干物质积累与分配特性。【结果】稳健型棉花盛铃后LAI下降慢，吐絮时分别较偏旺型、早衰型棉花高22.33%、45.37%。吐絮时，稳健型棉花的Pn为11.57 μmol/(m2·s)，分别比偏旺型、早衰型棉花高出38.23%和119.54%；稳健型棉花生殖器官分别较偏旺型、早衰型棉花高35.17%、55.91%。【结论】稳健型棉花LAI、Pn中后期保持较高水平,向生殖器官转移的干物质量大，有利于产量的形成。

机采棉；光合物质；分配；产量

0 引 言

【研究意义】我国棉花综合机械化水平仅为 47.83%，其中机耕为 76.84%，机播为 54.18%，机收为 2.81%。我国对机采棉的研究始于20世纪50年代，最早出现的是对引进机型进行试验研究。1954年，新疆生产建设兵团引进了37台前苏联生产的CXM-48M型单行垂直摘锭后悬挂式采棉机和几十台X40型剥铃机，1961年农垦部又为兵团引进了前苏联XRC-1.2型双行垂直摘锭自走式采棉机，但没有引进相应的清花设备，采棉机采摘的籽棉因含杂太高而无法使用[8]。1999年，我国第 1 台自走式采棉机 4MZ-2( 3) 型自走式采棉机研制成功，2002 年，中国航空工业第一集团所属贵州平水机械有限责任公司与中国农业机械化科学研究院共同研制的 4MZ-5 型采棉机通过鉴定，2005 年平水牌 4MZ-5 型自走式采棉机投入批量生产，中国有了自己的采棉机生产企业。与先进大国相比，我国棉花机械化水平低，且区域之间差异极大。西北内陆棉区机械化水平最高为 73.6%，兵团还高于地方 10.5 百分点，在兵团部分团场棉花生产机械化率达到 98%[10]。目前，我国棉花生产机械化水平由高到低依次是西北内陆棉区、黄河流域棉区和长江流域棉区。近几年，植棉成本不断攀升，机采棉植棉面积不断扩大，而阐明北疆机采高产棉花干物质积累分配特征，对北疆机采高产棉花栽培技术体系的建立有重要意义。【前人研究进展】国内外学者对棉花干物质积累有许多研究。郑巨云等[1]研究认为高产棉田单叶光合速率高、干物质积累速度快、积累量大。罗宏海等[2]研究表明，提高叶面积载荷量是提升光合生产能力、实现棉花超高产的关键。郭仁松等[3]的研究表明，超高产田棉花的LAI和SPAD值高于高、中产田，与Pn(净光合速率)成正相关，棉花干物质快速积累持续期长，且积累量大。【本研究切入点】棉花产量主要来自光合作用同化形成的光合产物，而光合产物大部分以干物质的形式积累，干物质积累分配与产量关系密切，但目前研究未建立在机采棉种植模式基础上，研究采用大田试验与室内试验相结合的方法，阐明北疆不同长势机采棉田光合物质积累与分配特性。【拟解决的关键问题】试验以新陆早57号为材料，研究机采棉田不同长势棉花的干物质积累与分配特征，为北疆机采棉花高产栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2015年在玛纳斯县六户地镇创田村进行。以新陆早57号为材料，采用2.05 m宽膜覆盖，株行距配置为(10 cm+ 66 cm)×9.5 cm，灌溉方式为膜下滴灌。选择地力条件较好，长势均匀的棉田进行培育，该棉田土壤碱解氮31.52 mg/kg，速效磷8.65 mg/kg，速效钾16.5 mg/kg；播前深施尿素495 kg/hm2，磷酸二铵300 kg/hm2，硫酸钾120 kg/hm2，4月26日播种，5月 7日出苗，在棉花生育期间，共滴水10次，总滴灌量4 800 m3/hm2,化控 4次,

随水滴施尿素共600、磷酸二氢钾300、晶体钾180 kg/hm2，6月28日人工打顶。自棉田进入三叶期后，以相邻不同长势机采棉田为对照，进行田间定点调查并取样分析，收获期测产并以实收产量计产，列出不同长势机采棉田棉花产量及产量构成因子。表1

表1 不同长势机采棉田棉花产量构成因素

Table 1 The component of factors in different sites of cotton

长势Sites收获株数(104/hm2)Plantsofharvest单株成铃(个/株)Numberofbolls单铃重(g/个)Bollweight衣分(%)Lintpercentage皮棉产量(kg/hm2)Lintyield稳健Steady19.15b6.01a5.42a41a2557.56a偏旺Prosperous19.65a5.83b4.85b42a2333.58b早衰Early-senescent18.55c5.21c5.3c39b1997.90c

注：对不同长势棉花不同指标方差分析，小写字母表示在5%水平上差异显著

Note: the variance analysis on different indexes of different sites; Value followed by different letters are significantly different at 5%(small letter) probably levels

1.2 方 法

1.2.1 叶面积指数(LAI)

在棉花三叶期、现蕾期、开花期、盛花期、盛铃期及吐絮期，利用植物冠层分析仪(LAI-2000)在试验田各小区选择长势均匀的样点，将LAI-2000 探头水平放置在地面 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。每次观测时，先将探头放置于冠层上方，保持探头上水平泡水平，按下测定按钮，听到两声蜂鸣后将探头放入群体内地面上处，仍需保持水平，按下测定按钮，听到两声蜂鸣声后选择冠层内地面不同位置测量，取平均值，重复三次，然后仪器自动测定出群体叶面积系数，每个时期测1次。

1.2.2 净光合速率(Pn)

在棉花的现蕾期、开花期、盛花期、盛铃期、见絮期、吐絮期用便携式光合测定系统(CIRAS-2)测定叶片光合速率(Pn)；选择晴朗无云的天气，当日11：00～13：00测定，选择具有代表性植株的叶片在相同部位用叶室夹住该时期的主茎功能叶(打顶前为主茎倒四叶，打顶后倒三叶)的Pn，观测测定值，约1～2 min后，数据稳定即可记下数据。

1.2.3 光合物质积累

在棉花的现蕾期、开花期、盛花期、盛铃期、见絮期和吐絮期，每处理选取生长整齐一致的棉株6株，将植株分解为主茎、叶、蕾铃等器官，105℃烘箱中杀青30 min，降温后至80℃烘干至恒重，冷却后称量各器官重量，并根据取样株数和每公顷基本苗数计算每公顷该器官的总重量，用于计算光合物质总积累量。

1.2.4 产量性状

成熟前各小区选取具有代表性植株20株考察单株结铃数；收获期取下部第1～3果枝、中部第4～6果枝、上部第7～9果枝第一果节棉铃各30个，供室内考种，以小区实际收获产量记产。

1.3 数据统计

采用Excel2010、DPS7.05进行分析,方差分析均为0.05水平,采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同长势棉田棉花叶面积指数(LAI)变化

LAI是体现棉花冠层结构重要指标之一，合理的LAI有利于提高光能利用率[4]。研究表明，不同长势棉花的LAI前期增长快，于盛铃期达到峰值(4.5～5.4)，后开始下降。偏旺型棉花花前LAI增长快，现蕾期LAI分别比稳健型棉花、早衰型棉花高14.62%、36.70%，盛花期分别高 19.90%、28.42%。稳健型棉花盛铃后LAI下降慢，吐絮时分别较偏旺型、早衰型棉花高22.33%、45.37%。对不同时期叶面积指数与产量及构成因素显著性分析，吐絮期叶面积指数与单株成铃数、衣分、皮棉产量呈显著相关。图 1，表2

图1 不同长势机采棉田LAI变化

Fig.1 Development dynamics of LAI in different sites of cotton
表2 各生育时期叶面积指数与产量及构成因素的显著性

Table 2 Correlation between LAI and yield and component of factors in different sites of yield

生育时期Growthstage单株成铃数Numberofbolls单铃重Bollweight衣分Lintpercentage皮棉产量Lintyield开花Flower0.280.95**0.55*0.34盛花Fullbloom0.140.90**0.420.2盛铃Boll-forming0.390.98**0.64*0.45吐絮Boll-opening0.99**0.56*0.96**0.99**

注：*和**表示0.05和0.01差异显著水平，下同

Note：“*”and“**”refers to significant difference of 0.05 and 0.01, the same as below

2.2 不同长势棉田棉花叶片净光合速率(Pn)变化

棉花生物产量的 90%～95%来自光合作用，其中70%～90%的生物学产量在开花后形成，特别是成铃期积累最多[5]，生育后期叶片的光合生产能力直接决定产量大小。研究表明，各长势棉花Pn整个生育期内呈单峰曲线。稳健型与偏旺型棉花叶片Pn在盛铃期达到峰值，偏旺型较稳健型、早衰型产棉花Pn分别高 5.20%、55.60%，而早衰型棉花则在盛花期出现Pn峰值；峰值过后不同长势棉田Pn均开始下降，其下降速度表现为早衰型>偏旺型>稳健型。至吐絮时，稳健型棉花的Pn为11.57 μmol/(m2·s)，分别比偏旺型、早衰型棉花高出38.23%和119.54%。图2

2.3 不同长势棉田棉花干物积累特征

研究表明，随着生育进程的推进，不同长势棉花干物质积累不断增加。开花以后，稳健型棉花生殖器官干物质积累比例均高于偏旺型、早衰型棉花，见絮时达到峰值，分别较偏旺型、早衰型棉花高35.17%、55.91%。对不同长势棉花生殖器官积累进行Logistic方程模拟，效果较好。三个长势的棉花地上部干物质积累均呈缓增期—快增期—缓增期或缓降期，其中稳健型棉花两个时间拐点出现在出苗后42和69 d，偏旺型与早衰型棉花出现在38、65与37、74 d。表明稳健型棉花快增期(△t)持续时间明显短，但速度特征值(Vm)大，达到 155.34 kg/d，明显高于偏旺型、早衰型棉花，与生长特征值(GT)较大。说明稳健型棉花虽然到达最大积累速率的时间较晚，快增期积累时间较短，这在一定程度上补偿了快增期的不足。图3，表3

图2 不同产量长势棉花Pn变化
Fig.2 Development dynamics of photosyntheticin different yield levels of cotton

图3 不同长势棉花干物质积累变化
Fig.3 The accumulation of dry matter in different yield levels of cotton
表3 不同长势棉花生殖器官干物质积累模拟方程

Table 3 The simulation equation of dry matter accumulation bud and boll in different yield sites of cotton

长势Sites方程Equation相关系数R2Vm(kg/d)t0(d)t1(d)t2(d)△m(d)GT(kg/hm2)稳健(Steady)Y=5502.83/(1+e(6.40-0.11X))0.99155.3456.745.0468.3723.333623.61偏旺(Prosperous)Y=4376.66/(1+e(5.57-0.09X))0.9895.8563.6148.5878.6530.072882.03早衰(Early-senescent)Y=3826.68/(1+e(5.98-0.09X))0.9986.3166.2651.6680.8629.192519.87

2.4 不同长势棉田棉花干物质分配特征

研究表明，不同长势棉花光合物质向茎、叶分配不断增加，呈现出稳健型>偏旺型>早衰型趋势。稳健型、早衰型棉花光合产物向茎分配现蕾后不断增加的峰值出现在盛铃期，而偏旺棉花出现在盛花期，后期仍有光合产物向茎输入，减少了光合产物向蕾铃部位的输送；稳健型、早衰棉花光合产物向叶分配的峰值出现在盛花期，偏旺型棉花出现在盛铃期。

稳健型棉花、偏旺型棉花光合产物向蕾铃分配在盛花期达到高峰，早衰型棉花在开花期达到高峰。高稳健型棉花在各生育期的分配量均高于偏旺型、早衰型棉花。稳健型棉花现蕾时光合产物向蕾铃分配较偏旺型、早衰型棉花分别高40.00%、16.67%；盛蕾时分别较偏旺型、早衰型棉花高40.60%、83.80%；开花时分别较偏旺型、低产早衰型棉花高11.91%、19.38%；盛花时分别较偏旺型、低产早衰型棉花高89.20%、193.20%；盛铃时分别较偏旺型、低产早衰型棉花高22.73%、9.10%；见絮时分别较偏旺型、低产早衰型棉花高19.91%、31.52%。表4

表4 不同长势棉花不同时期光合产物分配特点Table 4 The distribution characteristic of photosynthesis on different stage in different yield sites of cotton(kg/hm2)

注：对不同长势的同一器官做方差分析

Note: the variance analysis on same organ of different sites

3 讨 论

3.1 LAI与产量的关系

棉花LAI大小与产量关系密切，LAI过大或过小都将影响产量的形成。在一定范围内产量随LAI的增大而增大[6]。前人通过改变种植密度调节LAI，表明随着种植密度增大，LAI逐渐增大，而产量在一定范围内随LAI增大而增大；当LAI过大时，产量反而降低。郑剑超等[7-8]研究表明棉花生长后期的较高的LAI有利于产量的形成，与试验结果相同，试验结果表明，稳健型棉花与偏旺型、早衰型棉花相比，LAI在生育前期增长速度适中，营养生长与生殖生长协调，在生育后期下降速度缓慢，保证了充分的光合有效叶面积，增加了光合产物的积累。因此，在一定群体数量条件下，根据棉花长势长相，通过合适水肥运筹、化控等综合措施，使群体LAI保持在适当的范围内，有利于增加棉花产量。对于偏旺型棉花应减少水肥的投入，适当加大化控量；对于早衰型的棉花应加强水肥的投入，适当化控；协调好营养生长与生殖生长的关系。

3.2 叶片光合性能与产量的关系

棉花花后光合产物大部分输送给棉铃，棉花生育后期叶片光合生产能力直接决定产量大小。而光合能力大小又受很多环境因素的影响，水分是影响因素之一。合理灌溉是维持植物体内水分平衡的最有效途径，可以满足植物的生理需求，尤其是确保作物水分临界期的水分供应，使植株生长加快，叶面积扩大、增加光合面积；使根系活动增强，增加水肥的吸收，促进蒸腾作用的正常进行，提高水分和营养物质的运输速率，从而加快光合速率，降低光合午休现象，改善光合产物的分配利用，提高产量[9]。赵盼盼等[10-12]研究表明，适宜的灌水可以使棉花净光合速率高于水分胁迫下的棉花。2015年遇极端高温天气，高温干旱影响棉花的生长发育。试验结果表明，稳健型棉花Pn吐絮期保持11.57 μmol/(m2·s)，分别高于同时期偏旺型、早衰型棉花。说明后期较高叶片Pn值，增加了光合产物积累，保证了后期产量形成。因此，通过合理的灌溉，保持棉花后期较高的Pn是获得高产的关键。

3.3 干物质积累、分配与产量的关系

由于棉花的无限生长习性，其生殖生长与顶端优势存在互相矛盾的关系，故棉花的光合产物积累与分配的规律不再遵循简单的规律。研究发现[13-16]产量形成的过程与光合产物的积累、分配的关系密不可分，花前光合产物分配目标以茎、叶为主，而花后以蕾铃为主，花前的光合产物分配量决定了开花后光合产物的分配强度。试验结果表明，稳健型、早衰型棉花光合产物向茎、叶分配现蕾后不断增加，峰值出现在盛铃期，而偏旺型棉花的峰值提前到盛花期，后期茎仍占据一部分有光合产物的分配，削弱了蕾铃部光合产物的分配强度。盛花时稳健型、早衰型棉花叶的光合产物分配量达峰值，盛铃时叶的光合产物分配量达峰值。

4 结 论

4.1 稳健型棉花新陆早57号收获株数为19.15×104株/hm2，单株成铃数为6.01个/株，单铃重5.42 g/个，产量最高。

4.2 不同长势棉花LAI指数前期增长快，到盛铃期达到峰值(4.5～5.4)，盛铃后开始下降。偏旺型棉花现蕾期LAI分别比稳健型、早衰型棉花高14.62%、36.70%，盛花期分别高 19.90%、28.42%。而稳健型棉花盛铃后LAI下降慢，吐絮时分别较偏旺型、早衰型棉花高22.33%、45.37%。

4.3 稳健型与偏旺型棉花叶片Pn在盛铃期达到峰值，偏旺型较稳健型、早衰型棉花Pn分别高 5.20%、55.60%，而早衰型棉花则在盛花期出现Pn峰值；峰值后Pn均开始下降，吐絮时，稳健型棉花的Pn为11.57 μmol/(m2·s)，分别比偏旺型、早衰型棉花高出38.23%和119.54%。

4.4 开花以后，稳健型棉花生殖器官干物质积累比例均高于偏旺型、早衰型棉花，见絮时达到峰值，分别较偏旺型、低产早衰型棉花高35.17%、55.91%。

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Comparative Study of Photosynthetic Matter Accumulation and Distribution of Different Sites Machine-harvested Cotton in Northern Xinjiang

ZHENG Hui, ZHANG Ju-song

(XinjiangAgriculturalUniversity/ResearchCenterofCottonEngineering,MinistryofEducation,Urumqi830052,China)

【Objective】 To study the characteristics of photosynthetic matter accumulation and distribution of different sites of machine-harvested cotton in natural ecological conditions in northern Xinjiang in the hope of providing high-yield cultivation theoretical basis for machine-harvested cotton of northern Xinjiang.【Method】Xinluzao 57 was used as experimental material, the leaf area index (LAI), net photosynthetic rate (Pn), characteristics of dry matter accumulation and distribution under the cropping pattern of machine-harvested cotton were studied by field contrast test.【Result】TheLAIof robust cotton declined slowly after boll stage, which was 22.33% and 45.37% higher than prosperous cotton and early-senescent cotton respectively at the boll opening stage; The Pn of steady cotton was 11.57 μmol/(m2·s), which was 38.23% and 119.54% higher than that of prosperous cotton and early-senescent cotton respectively at the boll opening stage; The dry matter of reproductive organs of robust cotton was 35.17%, 55.91% higher than that of prosperous cotton and early-senescent cotton respectively at the boll opening stage.【Conclusion】TheLAIandPnof the steady type cotton were at a high level at the end of growing season and the amount of dry matter of reproductive organs were more than that of prosperous cotton and early-senescent cotton, which was conducive to the formation of yield production.

Machine harvest-Cotton；photosynthetic products；distribution；Yield

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.10.002

2016-04-30

国家“十二五”科技支撑计划项目(2014BAD11B02)；新疆维吾尔自治区“十二五”科技支撑项目(201231102)、(2014BAD0904)

郑慧(1989-)，女，新疆人，硕士研究生，研究方向为作物品质生理，(E-mail)1075423694@qq.com

张巨松(1963-)，男，江苏江都人，教授，研究方向为作物高产栽培生理生态，(E-mail)xjndzjs@163.com

S562

A

1001-4330(2016)10-1778-08