不同种植模式对棉花产量和土壤养分含量的影响

秦文利，刘忠宽，智健飞

（河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北石家庄050051）

不同种植模式对棉花产量和土壤养分含量的影响

秦文利，刘忠宽，智健飞

（河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北石家庄050051）

为合理选择棉花种植模式提供科学依据，田间试验棉花种植模式设单作、间作1行绿豆、间作2行绿豆，每种模式的行距均设2个水平处理，研究了不同模式处理对棉花株高、叶面积、干物质积累、SPAD值、光合速率、产量以及土壤养分含量的影响。结果表明：与75 cm＋75 cm等行距种植模式相比，90 cm＋60 cm宽窄行单作种植能显著增加蕾期和花铃期的棉花叶面积以及地下部干物质积累量，显著提高花铃期棉花倒四叶的叶绿素含量，提升光合效率，显著增加单铃数、籽棉产量和皮棉产量。与棉花宽窄行单作处理相比，采用100 cm＋50 cm行距、在棉花宽行间作1行绿豆处理的棉花单铃数、单铃重、籽棉产量和皮棉产量下降均不明显，耕层土壤碱解氮含量略有提高，还可以增加绿豆收益。综合考虑棉花产量与经济效益，本研究条件下，适宜的棉花种植模式为宽窄行90 cm＋60 cm单作或100 cm＋50 cm间作1行绿豆。

棉花；绿豆；间作；行距；光合速率；产量

棉花是我国重要的经济作物，合理配置株行距和间作模式对提高棉花产量、保证棉花稳产高效至关重要。众多研究表明，宽窄行较等行距种植模式有利于作物行间通风透光，增强边行效应，增加作物叶片叶面积及叶绿素含量，提高光合效率，促进干物质积累和产量的形成[1～8]。间作因能高效利用光、热、水、土资源并减少病虫害发生而成为传统农业的精华[9～11]。棉花与绿豆的生育期以及对养分的偏耗不同[12]，二者间作可以实现植株高矮搭配、根系深浅互补，充分利用光热资源，提高土地利用率，防止土壤养分被偏耗。且绿豆还可以进行生物固氮，并具有诱瓢控蚜的作用，因此，能提高土壤含氮量，减轻蚜虫对棉花的为害[13，14]。棉花与绿豆间作具有良好的生态和经济效益，逐渐发展为我国棉花产区重要的种植模式。而目前，对棉花宽窄行及间作绿豆模式的研究尚不多见。作者通过大田试验，研究了不同种植模式对棉花生长、光合效率、产量构成以及棉田土壤养分含量的影响，旨为科学选择棉花种植模式提供理论依据。

1 材料与方法

试验于2010年在石家庄市鹿泉区大河镇河北省农林科学院大河试验站进行。土壤类型为粘壤质洪冲积石灰性褐土，0～20 cm耕层土壤基础养分含量为有机质17.41 g/kg、全氮1.14 g/kg（其中碱解氮103.78 mg/kg）、全磷2.16g/kg（其中有效磷44.88mg/kg）、全钾25.82g/kg（其中有效钾132.6 mg/kg），pH值7.68。

参试棉花品种为冀丰197，绿豆品种为冀绿8号。试验设3种种植模式，每种模式的行距均设2个水平处理（表1），小区面积36 m2（6 m×6m），田间随机区组排列，3次重复。4月20日同时播种棉花和绿豆，棉花种植密度52 500株/hm2，绿豆株距10 cm，播深均为3 cm；N、P2O5、K2O施肥量分别为270、150和255 kg/hm2，其中，50%的氮肥以及全部的磷钾肥做基肥随整地施入，剩余的50%氮肥在棉花花铃期随水追施；棉花10月30日一次性集中收获。其他管理措施同常规。

表1 试验设计的棉花与绿豆种植模式Table 1 The planting models of cotton and mung bean in the experimental design

每小区随机选定10株棉花，挂牌定株，分别在苗期、蕾期和花铃期，测量株高、叶面积（叶长×叶宽× 0.73），并于收获时调查棉花单铃数和单铃重。苗期、蕾期、花铃期，每处理分别随机选取10株、5株、5株棉花采集地上部和地下部（0～40 cm土层棉花根系）样品，清净后用恒温烘箱105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，用电子天平（精度0.01 g）称量干重；采用5点取样法采集花铃期0～20 cm耕层土样，阴干后粉碎，采用常规方法[15]测定土壤碱解氮、有效磷和有效钾含量；选取花铃期棉株倒四叶，分别采用叶绿素仪（SPAD520，日本产）和便携式光合测定仪（LI-6400，美国产），测定SPAD值及光合速率，每处理均4次重复。棉花和绿豆单独收获，全区实收计产。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对棉花株高和叶面积的影响

株高反映了棉花的营养生长状况，是评价棉花群体结构的重要指标[16]。不同模式处理对苗期、蕾期和花铃期棉花的株高影响不同（表2）。苗期，不同处理的棉花株高差异均不显著。蕾期，间作2行种植模式的棉株较矮，二者差异不显著，但普遍显著＜其他处理，而其他处理的株高差异均不显著。花铃期，不同种植模式的棉花株高顺序为单作＞间作1行＞间作2行，且差异均达到了显著水平，而同一模式下2个行距水平处理的差异均不显著。可以看出，苗期绿豆生长量小，对棉花生长影响不明显；随着生育进程的推进，绿豆生长量增加，对棉花生长资源的竞争越来越强，其对棉花生长产生的不利影响随着间作行数的增加而增大。

叶片是植物进行光合作用、生产有机物的重要器官。叶面积大小直接影响着作物冠层对光能的截获，对产量影响较大。不同模式处理对苗期、蕾期和花铃期棉花的叶面积影响不同。苗期，不同处理的棉花叶面积差异均不显著。蕾期和花铃期，H90-60L0处理的棉花叶面积最大，显著＞H75-75L0处理，说明单作模式下，采用宽窄行种植有利于棉花蕾期和花铃期叶片的生长；间作2行模式的2个处理叶面积差异不显著，但二者均显著＜其他处理，说明棉花宽行间作2行绿豆种植模式显著抑制了棉花蕾期和花铃期叶片的生长。

表2 不同种植模式下棉花的株高和叶面积Table 2 The plant height and leaf area of cotton at different planting models

2.2 不同种植模式对棉花干物质积累的影响

干物质积累是作物产量形成的前提，一定条件下，干物质积累量与作物产量呈正相关。不同种植行距下，作物对光照、水分和养分的竞争不同，导致干物质积累不同[17]。不同模式处理对苗期、蕾期和花铃期棉花的地上部及地下部干物质量影响不同（表3）。苗期，不同处理的棉花地上部和地下部干物质量差异均不显著。蕾期，不同种植模式的棉花地上部干物质量顺序为单作＞间作1行＞间作2行，其中，H90-60L0处理的地上部干物质量最大，与单作等行距种植和间作1行模式处理差异均不显著；间作2行模式的2个行距水平处理差异不显著，但二者均显著＜H90-60L0处理。花铃期，H90-60L0处理的地上部干物质量最大，与单作等行距种植和间作1行模式处理差异均不显著，但四者均显著＞间作2行模式处理。蕾期和花铃期，H90-60L0处理的地下部干物质量均最高且显著＞其他处理，而其他处理之间差异均不显著。可以看出，采用单作模式的宽窄行种植最有利于棉花干物质的积累；与该处理相比，间作绿豆会影响棉花地上部和地下部的干物质积累，其中，间作1行模式处理对棉花地上部干物质积累的影响并不显著。

表3 不同种植模式下棉花的地上部和地下部干物质量（g/株）Table 3 The biomass above and under ground of cotton at different planting models

2.3 不同种植模式对棉花SPAD值和光合速率的影响

光合作用是物质合成的前提，对作物产量的形成至关重要[18]，其中，叶绿素是与光合作用有关的重要色素[19]，而SPAD值是衡量叶绿素相对含量的参数，二者呈正相关。单作模式下，H90-60L0处理的叶片SPAD值和光合速率均＞H75-75L0处理，其中SPAD值差异达到了显著水平（图1），说明与等行距种植相比，宽窄行种植有利于改善棉花群体的受光情况，提高冠层对光能的截获，明显增加棉花叶绿素含量，提高光合速率。宽窄行种植条件下，与H90-60L0处理相比，间作1行模式处理的叶绿素含量和光合速率虽有所降低但差异均不显著，而间作2行模式处理的叶绿素含量和光合速率均明显降低，说明尽管宽窄行种植改善了棉花群体的光照条件，但增加种植的绿豆与棉花形成了资源竞争，不利于棉花叶绿素的合成，导致棉花光合速率降低，且这种负面影响随着绿豆间作行数的增加而加剧，其中，间作1行模式处理（H90-60L1、H100-50L1）的负面影响不显著。

图1 不同种植模式下棉花花铃期倒四叶的叶绿素含量和光合速率Fig.1 SPAD value and photosynthetic rate of the top forth leaf at flowering and boll setting stage of cotton at different planting models

2.4 不同种植模式对棉花产量构成和产量的影响

不同模式处理对棉花产量构成和产量的影响不同，其中，对衣分影响不显著（表4）。H90-60L0处理的棉花单铃数、单铃重、籽棉产量和皮棉产量均为最高，较H75-75L0处理分别高0.64个、0.11g、192.46kg/hm2、105.49 kg/hm2，除单铃重外，其他指标差异均达到了显著水平，说明宽窄行较等行距种植模式棉花增产的主要原因是单铃数的增多。在宽窄行种植模式下，棉花单铃数、单铃重、籽棉产量和皮棉产量顺序均为单作＞间作1行＞间作2行，其中，间作1行模式处理的皮棉产量与单作模式差异不显著，而间作1行模式中H100-50L1处理的皮棉产量＞H90-60L1处理。可以看出，采用单作宽窄行种植模式棉花产量最高；而间作模式下，棉花间作1行绿豆种植模式的皮棉产量与单作宽窄行种植模式差异不显著，其中，H100-50L1处理的皮棉产量略高于H90-60L1处理。

表4 不同种植模式下棉花的产量构成因素和产量Tab 4The yield components and yield of cotton at different planting models

2.5 不同种植模式对棉花花铃期土壤养分含量的影响

氮、磷、钾是维持植物生命活动的三大必需营养元素[20]。间作模式的土壤碱解氮含量＞单作模式，但差异均不显著（图2），说明不同种植模式对花铃期棉田土壤碱解氮含量影响不大。分析原因，主要有2个方面：一是，绿豆根瘤能固定大气中的氮素，减少了间作群体对土壤氮素的消耗[21]；另一方面，绿豆秸秆含氮量高，豆荚收获后秸秆还田也补充了一部分土壤氮素。间作模式的土壤有效磷和有效钾含量均显著＜单作模式，说明棉花间作绿豆种植模式明显加大了土壤有效磷和有效钾的消耗。

图2 不同种植模式下棉花花铃期土壤的养分含量Fig.2 The soil nutrients contents at flowering and boll setting stage of cotton at different planting models

3 结论与讨论

合理的行距可以改善作物群体的通风透光条件，从而提高冠层的光合效率，增加作物产量[21]。杨吉顺等[22]研究显示，玉米采用宽窄行种植可以增加叶面积、提高光合效率，提升作物产量水平。韩海飞等[8]研究发现，采用70 cm＋50 cm的宽窄行种植模式可以增加玉米株高和茎粗，提高生育后期穗位叶叶绿素含量和PEP羧化酶活性，促进其生长发育。毛树春等[23]研究表明，选择合适宽窄行种植模式能提高棉花叶面积，促进棉田光能合理分布。本研究条件下，与75 cm＋75 cm等行距种植模式相比，90 cm＋60 cm宽窄行单作种植能显著增加蕾期和花铃期的棉花叶面积及地下部干物质积累量，显著提高花铃期棉花倒四叶的叶绿素含量，提升光合效率，显著增加单铃数、籽棉产量及皮棉产量。可以看出，采用宽窄行种植能促进棉花生长发育，提高冠层的光合效率，增加产量，与前人研究结果一致。

2种作物间作因所占据生态位不同而互补，因生态位重叠而竞争[24]。本研究条件下，不同间作处理的棉花株高、叶面积、地上部生物量、地下部生物量在苗期差异均不明显，但在蕾期和花铃期差异达到了显著水平。随着作物生长，棉花与绿豆群体间对土壤水分和养分的竞争加剧[25，26]，且绿豆种植行数越多，竞争程度越大[27]，影响了棉花后期的生长发育。其中，间作2行绿豆的花铃期倒四叶光合速率、干物质积累量、单铃数和单铃重显著降低，导致棉花明显减产。与棉花宽窄行单作处理相比，采用100 cm＋50 cm行距，间作1行绿豆时棉花单铃数、单铃重、籽棉产量和皮棉产量下降均不明显；同时，增收的绿豆可以提高经济效益，抵抗市场逆境风险。为保证棉花产量，提高经济效益，适宜采用90 cm＋60 cm宽窄行单作或100 cm＋50 cm棉花间作1行绿豆的种植模式。

此外，在本研究中还发现，棉花花铃期间作模式的土壤速效磷和速效钾均显著低于棉花单作模式，而碱解氮含量差异不明显，这可能是因为豆科与非豆科作物间作促进了豆科作物根瘤固氮作用，节约了土壤氮养分[28]。

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Effects of Different Planting Model on Cotton Yield and Soil Nutrient Contents

QIN Wen-li，LIU Zhong-kuan，ZHI Jian-fei
（Institute of Agricultural Resource and Environment，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China）

To supply the scientific basis for the choice of suitable planting model of cotton，the effects of different planting models on the plant height，leaf area，and dry matter accumulation，SPAD value，Pn and yield of cotton，and soil nutrient contents were studied by the field experiment.There were three planting models of cotton in this study，which were cotton monoculture，cotton intercropped one row or two rows of mung beans，respectively，and each model had two levels of row spacing.The results showed that compared with the planting model of equal row spacing（75 cm＋75 cm），the monoculture of cotton with width-narrow row spacing（90 cm＋60 cm）could significantly increase the leaf area and dry matter accumulation under ground of cotton at the budding and at flowering and boll setting stage，furthermore，significantly improve SPAD value and Pn of the top fourth leaf and the number of boll per plant，seed and lint yield of cotton.Compared with the monoculture of cotton with width-narrow row spacing（90 cm＋60 cm），the number of boll per plant，single boll weight and seed and lint yield of cotton decreased indistinctly，the available nitrogen content in topsoil increased slightly，and the yield of mung bean added when one line mung bean was intercropped in width row of cotton with width-narrow row spacing（100 cm＋50 cm）.Considering the yield of cotton and the economic benefits of the different planting models，the optimum planting model was the monoculture of cotton with widthnarrow row spacing（90 cm＋60 cm）or cotton with width-narrow row spacing（100 cm＋50 cm）intercropped one line mung bean in width row.

Cotton；Mungbean；Intercropping；Row spacing；Photosynthetic rate；Yield

S562

A

1008-1631（2017）03-0020-05

2017-04-10

河北省渤海粮仓科技示范工程项目；河北省现代农业科技创新工程项目；国家公益性行业（农业）科研专项（201103005-07）

秦文利（1974-），女，河北邯郸人，副研究员，博士，主要从事植物营养与牧草绿肥栽培技术研究。E-mail：qinwenli1020@163.com。