冀东滨海盐碱地机采模式下播期对棉花产量和品质形成的影响

冯国艺，王树林，祁虹，张谦，雷晓鹏，王燕，梁青龙，林永增

（河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，石家庄050051）

我国是世界植棉大国，随着社会发展和人民生活水平提高，棉花种植用工多、品质一致性差、效益低的问题日益凸显，成为影响我国棉花产业链可持续发展和原棉国际竞争力提高的重要障碍之一[1-2]。我国也是人口大国，粮棉争地矛盾突出，棉花具有较强抗逆耐盐碱性，在盐碱地进行轻简化植棉有利于缓解粮棉争地的矛盾；我国滨海盐碱耕地面积广阔，交通便利，具有较大的种植开拓潜力。因此在滨海盐碱地开展机采模式下提高棉花产量和纤维品质的栽培调控研究对我国棉花产业可持续发展以及优化农业种植布局具有重要意义。播期作为一种重要的栽培调控手段，通过改变棉花生育期内光温条件影响棉花性状和棉铃发育[3-5]，进而改变棉花产量和纤维品质[6-7]。棉花具有无限生长习性，其适宜播种期也较宽泛[8]。仅黄河流域棉区直播的适宜期为4月中、下旬[9]，也有在4月上旬[10]和5月上旬播种[11]取得较好产量和品质的研究报道和实践。有研究表明播期推迟植株个体生长受限，促进营养生长但降低了光合产物向生殖器官的分配比例导致减产[8,12]；也有研究认为适当推迟播期，可以协调营养与生殖生长、延缓衰老，有增产效果[13]。不同播期调节棉株处于不同的生态条件和生理发育状况，必然影响纤维的发育，以往开展了生态因子和栽培措施对纤维品质影响的研究[12,14-17]，但关于其对纤维品质一致性的影响较少。滨海盐碱地棉花吐絮期较长，不同部位棉铃纤维品质存在明显差异；现有机采催熟脱叶集中收获严重影响棉花纤维品质一致性，而且其后续加工有损棉花纤维品质。因此探讨机采模式下通过调整播期和有限次数的分期收获有助于提高产量和棉花纤维收获品质的一致性，对促进滨海盐碱地植棉技术轻简化和植棉效益具有重要理论意义。本研究通过对不同播期下2种类型棉花品种分次收获并测定相应批次的产量和纤维品质，以期确定滨海盐碱地机采模式下实现产量和品质一致性提高的合理播期和收获策略。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设计

试验于2017年在河北省国营海兴农场（38°21′N，117°31′E）进行。 前茬作物为棉花，为一年一熟制，棉田土质为中壤土，有机质含量9.9 g·kg－1，全氮 0.8 g·kg－1，碱解氮 35.4 mg·kg－1，速效磷 11.7 mg·kg－1，速效钾 203.9 mg·kg－1。 4 月 10日测定0～20 cm耕层含盐量：0～10 cm为2.65 g·kg－1，10～20 cm 为 1.78 g·kg－1。 在开沟器犁出的10 cm左右深的窄沟中播种。留苗密度8.7万株·hm－2。 播种时施入尿素 450 kg·hm－2，过磷酸钙 750 kg·hm－2。采用宽膜覆盖栽培，1 膜 2 行，行距为80 cm，先点播后铺膜。

试验采用播期和品种2因素试验，播期设置4 月 15日（B1）、4月 25 日（B2）、5月 5 日（B3）三个水平，每个播期分9月10日、9月20日、9月30日、10月10日、10月20日、10月 30日 6个时期进行收获。选用品种为冀杂2号和石抗126，其中冀杂2号为抗虫杂交棉，区域试验中生育期为122 d；石抗126为抗虫常规棉，生育期为124 d，每个处理3次重复，7月20日打顶。其他田间管理同大田生产。

1.2 测试项目及方法

1.2.1产量和品质分期测定。每个小区收获3行，每行取中间6 m，分期实收测产。每次收获测产混匀后锯齿轧花，并称重测定衣分。棉花纤维品质由河北省出入境检验检疫局测定，基于HVICC标准测定马克隆值、上半部平均长度和长度整齐度指数、断裂比强度和断裂伸长率以及纺纱均匀性指数和短纤维率。

1.2.2小区产量及构成因子测定。每小区吐絮后除保护行和分期收获行外，收获前每行选代表性植株5株，共计40株，调查单株成铃数，并风干测定平均铃重；每行取10个中部内围铃轧花后测定衣分。记录小区实收籽棉产量，并据其与衣分计算皮棉产量。

1.3 数据处理

试验数据用SPSS 11.0进行统计分析，用SigmaPlot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 播期对不同品种产量及其构成因子的影响

研究表明（表1），冀杂2号在播期B3时皮棉产量最高，接近 1 400 kg·hm－2水平，B1、B2 产量差异不明显，且均低于石抗126。石抗126在B2时皮棉产量最高，接近1 300 kg·hm－2水平。对产量构成因子进一步分析表明，石抗126单株铃数较高，冀杂2号铃重较高。冀杂2号在B3时单株铃数最高，铃重和衣分与B2最高值无明显差异；B1较低的铃重和衣分导致产量明显下降；石抗126随播期推迟，单株铃数增加，铃重减小，B2与B3单株铃数差异不明显，但铃重和衣分较高，是其产量较高的原因，而单株铃数是限制B1产量的主要因素。

表1 不同播期各品种产量及构成因子Table 1 Yield and yield components of two cotton cultivars under each sowing date

2.2 播期对不同品种籽棉产量形成的影响

研究表明（图1），不同播期下各品种产量主要形成在9月；随播期推迟，产量减少，且随收获日期推迟单次收获产量比例减少，9月后2次（9月20日和9月30日）收获产量的比例总和增加；10月产量收获比例增加，且随收获日期推迟单次收获产量比例增加。在9月，B1、B2和B3处理冀杂2号产量占总产量的比例依次为91.1%、90.8%和86.1%，其中前2次 （9月10日和9月20日）比例总和依次为80.8%、77.2%和69.5%；石抗126为93.7%、88.4%和75.7%，其中前2次（9月 10日和 9月 20日）比例总和依次为87.7%、78.2%和60.1%。

图1 不同播期各品种不同收获日期籽棉产量比例Fig.1 Percentage of two cotton cultivars'Seed yield in different harvest date under each sowing date

2.3 播期对不同品种皮棉产量形成的影响

研究表明（图 2），除B1石抗126的衣分不断下降外，B1、B2和B3处理各品种衣分随收获日期推迟先升高（在9月20日达到峰值），之后开始降低，9月明显高于10月。冀杂2号衣分随播期推迟而增高，其中10月B2和B3差异不大；石抗126 B2衣分最高，B1高于B3，但10月差异不大。冀杂2号9月B3衣分较B1高2.4%～7.5%，较B2高0.5%～3.1%；10月B2和B3衣分较B1高2.1%～2.6%。石抗126在9月B2的衣分较B1高 1.3%～3.4%；较 B3高 2.6%～11.1%；10月 B1和 B3的衣分较 B2低2.0%～4.4%。

图2 不同播期各品种不同收获日期衣分情况Fig.2 Lint percent of two cotton cultivars in the different harvest date under each sowing date

2.4 播期对不同品种棉纤维品质的影响

研究表明（表2），随播期推迟，同一收获日期棉纤维马克隆值降低，上半部平均长度和长度整齐度指数增大，石抗126的B2和B3数值差异较小；9月各指标平均值优于10月平均值。与其他播期相比，B3处理冀杂2号前3次（9月10、20、30日）收获的棉纤维马克隆值、上半部平均长度和长度整齐度指数差异较小；B1、B2和B3处理前 3次（9月 10、20、30日）收获平均值较后 3次（10月10、20、30日）收获平均值马克隆值依次低3.2%、6.5%和13.9%，上半部平均长度高1.5%、3.6%和4.1%，长度整齐度指数高0.9%、1.3%和1.3%。B2处理石抗126前2次（9月10和20日）的棉纤维马克隆值、上半部平均长度和长度整齐度指数无明显差异；B1、B2和B3处理前2次（9月10和20日）收获平均值较后4次（9月30日和10月10、20、30日）收获平均值马克隆值依次低6.5%、7.3%和6.2%，上半部平均长度高2.7%、9.5%和6.8%，长度整齐度指数高－0.7%、11.0%和0.5%。

研究表明（图3），不同品种棉纤维断裂比强度和断裂伸长率随播期和收获日期不同差异显著，9月各指标平均值优于10月平均值。冀杂2号的纤维断裂比强度和断裂伸长率随播期推迟增大，各播期随收获日期推迟而减小。石抗126则表现为 B2较高，B1较低；B1、B2、B3处理收获平均值前3次 （9月10、20、30日） 较后3次（10月10、20、30日）纤维断裂比强度依次高4.6%、5.0%和4.3%，断裂伸长率高8.5%、5.6%和7.9%，前2次（9月10、20日）较后4次（9月30日和10月10、20、30日）纤维断裂比强度分别高4.8%、6.5%和6.2%，断裂伸长率分别高1.6%、0.8%和1.8%。

2.5 播期对不同品种棉纤维纺纱均匀性指数和短纤维率的影响

研究表明（图4），不同品种棉纤维纺纱均匀性指数和短纤维率随播期和收获日期不同差异显著，各指标平均值9月优于10月。9月收获的冀杂2号随播期推迟纺纱均匀性指数增大，短纤维率减小。石抗126纺纱均匀性指数表现为B2最高，B1较低；短纤维率表现为B2最低，B1较高。冀杂2号前3次（9月10、20、30日）收获平均值较后3次（10月10、20、30日）的纺纱均匀性指数高4.8%～9.9%，短纤维率低7.5%～11.7%；前2次 （9月10、20日）纺纱均匀性指数较后4次（9月 30日和 10月 10、20、30日） 高 6.7%～14.9%，短纤维率低6.0%～11.0%；依次各播期石抗126收获平均值前3次（9月 10、20、30日）较后 3次（10月10、20、30日）纺纱均匀性指数高 6.6%、14.3%和 10.6%，短纤维率低 6.6%、9.5%和13.1%；前 2次（9月 10、20日）较后 4次（9月 30日和 10月 10、20、30日）纺纱均匀性指数高11.0%、12.3%和 10.2%，短纤维率低 10.4%、10.9%和14.8%。

表2 不同播期各品种不同收获期纤维品质情况Table 2 Fiber quality indexes of two cotton cultivars in the different harvest date under each sowing date

3 讨论

3.1 不同播期对滨海盐碱地棉花产量形成的影响

播期对产量形成具有显著影响。许多研究表明，适当早播有利于营养体建成，能够提高产量[12,18-19]。本研究表明，滨海盐碱地适宜播期与品种特性有关，且不宜过早播种。冀东滨海盐碱地春季干旱少雨，干旱和盐碱胁迫不仅导致出苗效果差，而且严重阻碍棉花正常的生长发育，不利于营养体建成，无法实现通过延长生育期提高产量的效果，可见冀东滨海盐碱地应适当推迟播期。但播期推迟程度因品种特性而异，有研究表明早发型和后发型品种播期有显著差异[8]，本研究表明冀东滨海盐碱地杂交棉和常规棉适宜播期差别也很明显。播期推迟有助于缓解对棉花生长发育的盐碱胁迫，但播期推迟会导致植株个体生长受限，或降低光合产物向棉铃分配[8]；因此播期推迟是否影响生育前期的营养生长即“丰产架子”构建成为判断适宜播期的关键。冀杂2号为杂交棉，具有显著的杂种优势，生育前期生长势强，营养生长旺盛，营养体建成完成较快，因此产量不会受植株个体影响，而且推迟播期有利于协调营养与生殖生长、延缓衰老，具有增产效果[13]；因此第3播期（5月5日）单株铃数最高，而且铃重和衣分无明显下降，皮棉产量最高，接近1 400 kg·hm－2水平。石抗126为常规棉，早期营养生长速度较慢，播期过晚不利于构建“丰产架子”，光合生产能力受限，降低光合产物向棉铃分配[8]，导致铃重和衣分降低明显，播期过迟导致各生育期出现时间推迟、生育期缩短，同时影响到棉株干物质累积和养分吸收与分配[20]。因此石抗126适宜播期为4月25日，接近1 300 kg·hm－2水平。

图3 不同播期各品种不同收获日期纤维断裂比强度和断裂伸长率Fig.3 Fiber breaking tenacity and breaking elongation of two cotton cultivars in the different harvest date under each sowing date

目前机采棉普遍采用的是催熟脱叶统一收获，这种收获方式虽然显著降低了劳动强度，但是将不同发育状况的棉纤维混在一起，对棉纤维品质一致性极为不利，而且催熟脱叶及后续棉纤维加工对棉花的品质具有显著损伤，因此研究棉花分期收获及适度化学催熟脱叶有助于提高棉花品质及其一致性。本研究表明，不同播期下各品种籽棉和皮棉主要形成在9月，均在75%以上，其中冀杂2号B3播期高达86.1%；石抗126则B3播期（5月5日）9月产量形成明显较少，尤其是前2次（9月20日以前）更为明显；石抗126在B1和B2播期9月20日以前的产量形成比例均在78%以上。结合产量情况，在非化学催熟条件下，冀杂2号适宜采用B3播期，并将9月的棉花集中收获一次；石抗126适宜采用B2播期，并将9月20日以前的棉花集中收获一次。

图4 不同播期各品种不同收获日期纺纱均匀性指数和短纤维率（＜12.7 mm）Fig.4 Spinning consistency index and short fiber content（＜12.7 mm）of two cotton cultivars in the different harvest date under each sowing date

3.2 不同播期对滨海盐碱地棉花纤维品质形成的影响

棉纤维品质主要由遗传因素决定，生态因子、栽培措施及收获时的棉株生理年龄等也在很大程度上影响纤维品质[15,21-22]。不同播期不仅对棉花产量的影响存在差异[8,12-13,18-19]，而且不同播期调节棉株处于不同的生态条件和生理发育状况，必然影响纤维的发育；因此对棉花品质各指标具有不同影响[23]，前人研究表明播期不当导致棉花不同部位品质差异扩大[14]。随着播种期推迟，马克隆值与长度整齐度指数先上升后降低，断裂伸长率、断裂比强度、上半部平均长度先降低后上升[24]。也有研究表明晚播显著降低纤维长度整齐度指数，对上半部平均长度无显著影响[16]。本研究表明，播期不仅与不同品种类型棉花纤维品质密切相关，而且对不同收获时期的纤维品质差异影响也很明显。随播期推迟，冀杂2号纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度、断裂伸长率和纺纱均匀性指数增大，马克隆值和短纤维率降低，而石抗126表现为在B2播期纤维品质较优。不同播期之间对不同收获时期纤维品质分析表明，9月纤维品质明显优于10月。纤维断裂比强度和马克隆值是各部位达优质棉的限制因素，一定程度的晚播有利于优质棉纤维品质的形成[25]。本研究表明，冀杂2号B3播期9月收获较10月收获马克隆值和短纤维率降低最明显，纤维上半部平均长度、长度整齐度指数和纺纱均匀性指数增大最明显，9月和10月分开收获会使马克隆值、上半部平均长度和长度整齐度指数差异减小；断裂比强度和断裂伸长率随收获日期推迟减小，但9月收获的3次明显较高，因此冀杂2号B3播期9月统一收获对品质一致性较为有利。石抗126的情况较为复杂，但B2播期9月20日以前收获较之后4次收获棉纤维马克隆值和短纤维率降低明显，上半部平均长度、长度整齐度指数和断裂比强度增高显著，且品质较为一致，后4次收获品质指标差异较小，因此较宜将9月20日以前和之后的籽棉分开集中收获。

冀东滨海盐碱棉田条件下，不宜进行早播。杂交棉冀杂2号明显的杂种优势有利于棉苗早发，推迟播期避免了春季干旱和长时间的盐碱胁迫对棉花生长的影响，很大程度上提高了棉花产量；B3播期单株铃数高，铃重和衣分无明显下降，皮棉产量接近1 400 kg·hm－2水平；春季严重干旱的情况下，也是高品质机采棉种植的一个重要品种选择。常规棉石抗126则为B2播期产量水平最高，播期过迟会导致铃重和衣分明显降低。2个品种各播期9月产量均占75%以上，且品质优于10月。纤维品质冀杂2号随播期推迟提高，石抗126表现为4月25日播种较优。冀杂2号B3播期9月和石抗126的B2播期9月20日之前收获棉花品质指标优异且一致性较强。

根据棉花产业的发展要求，棉花生产不仅要实现轻简机械化，而且还要克服逆境胁迫实现产量和品质一致性双提高。冀东滨海盐碱地棉花种植条件受气候影响较大，因此根据棉花生长发育特性，利用播期和分期收获是在棉花轻简机械化下提高棉花产量和品质一致性的有效途径之一。分期收获保证产量的主要部分棉花纤维品质较高一致性。4月下旬及5月初播种，9月下旬和10初冀东滨海盐碱地棉花叶片脱落现象较少，因此大力推广研发非催熟脱叶技术下棉花无杂质机械收获是实现棉花品质无损一致性生产轻简化的关键，是提高棉花纤维品质无损一致性急需进一步解决的技术瓶颈之一。

4 结论

冀东滨海盐碱棉田条件下，杂交棉冀杂2号5月5日播种单株铃数高，且铃重和衣分无明显下降，皮棉产量接近1 400 kg·hm－2水平；常规棉石抗126则为4月25日播种产量水平最高，播期过迟会导致铃重和衣分降低明显。两品种产量主要在9月形成，各播期均在75%以上。纤维品质冀杂2号随播期推迟而提高，石抗126表现为第2播期较优；9月优于10月。冀杂2号9月棉纤维马克隆值、上半部平均长度和长度整齐度指数差异较小；石抗126第2播期9月20日之前收获棉花品质指标优化明显且一致性较强。冀东滨海盐碱地机采棉模式下杂交棉冀杂2号适宜5月5日左右播种，9月底收获一次；常规棉石抗126则应在4月25日左右播种，9月下旬收获一次。