膜下滴灌棉花不同播期对植株顶部棉铃单铃重和纤维品质的影响

随龙龙，田景山，张煦怡，赵宝改，向导，张旺锋

(1.石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003；2.新疆乌兰乌苏农业气象试验站，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】新疆具有发展棉花的光热资源优势，但无霜期短，棉花生长季节有限，极易受到春季不稳定气温的影响，尤其是春季早播出现降温、霜冻等极端天气[1]。同时，新疆秋季降温快，影响棉铃生长，很大程度的限制了棉花生长和吐絮[2]。新疆棉花早熟是优质高产的前提，研究机采棉脱叶催熟、棉铃发育状况对提高棉花品质有实际意义。【前人研究进展】棉铃发育时间和所处的温度环境直接影响着棉花的产量和品质[3]。早播是实现早熟的关键措施[4]，研究表明，早播条件下棉花花铃期光合效率高，有利于加快干物质累积，提高霜前花率、单铃重，改善品质[5-7]，但春季早播极易出现降温天气，不利于棉花出苗和幼苗植株生长[8]。相对于早播，晚播棉花纤维品质随着铃期日均气温和日均最高气温的下降而降低[3]。也有学者认为播期推迟，由于生育期短，棉铃所需的有效积温不足，导致棉铃的吐絮期受到延长，中、上部果枝铃重显著降低，棉花纤维品质下降[9]，不利于机械正常采收。【本研究切入点】新疆棉花生育后期气温下降，应提高棉花成熟度和改善棉花纤维品质。研究不同播期播种与顶部棉铃发育的关系，确定适宜的播种时间、脱叶催熟。【拟解决的关键问题】研究不同播期处理生育后期不同气温变化对棉铃发育响应，测定棉花顶部棉铃发育时间、单铃重、纤维品质等指标，分析棉花顶部棉铃发育和铃期变化特点，揭示铃期和顶部纤维发育过程中顶部棉铃对温度的响应机制，为实现棉花最佳播期和优质高产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于 2016～2017 年在石河子气象局乌兰乌苏农业气象试验站试验地(44°17' N，85°49' E) 进行，当地多年平均无霜期约 170 d，年平均气温 7.0 ℃，年日照时数 2 861.2 h；试验地土壤类型为灰漠土，土壤质地为中壤土，肥力中等。土壤含有机质 19.0 g/kg、全氮 1.25 g/kg、全磷 2.04 g/kg、碱解氮 78.0 mg/kg、速效磷 91.5 mg/kg、速效钾 315 mg/kg。2年供试品种均为当地生产上主栽品种新陆早 59 号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验以播种前3 d的温度变化确定播期，依据棉花播种对温度的要求，设置3～4个播期。列出播种日期及前3 d气温、膜下5 cm土壤平均温度等指标。采用随机区组设计，每处理重复3次。种植模式1膜4行，宽窄行距配置，膜面宽140 cm；行长 15 m，小区面积21 m2，理论密度为19.21×104株/hm2。结合当地机采棉大田生产实际，各处理棉花生育期内随水施肥，一水一肥，共施用纯N 440 kg/hm2、P2O5420 kg/hm2、K2O 270 kg/hm2。其它田间管理措施按当地高产田进行。表1

表1 不同温度播种播前3 d气温指标及膜下土壤温度变化
Table 1 Changes of air temperature averaged over three days before sowing date and soil temperature under mulching film at different sowing dates

年份Year播期Sowing date name播种日期sowing date(M/D)平均气温DMT(℃)最高气温HT(℃)最低气温LT(℃)土壤平均温度DST(℃)2016第一播期4/0814.10±0.3021.70±2.526.90±2.8317.60±0.49第二播期4/1613.80±1.8718.70±1.729.20±3.7018.40±1.53第三播期4/2217.50±0.6726.20±1.398.10±1.1122.2±1.222017第一播期4/086.70±2.2611.30±1.191.76±3.049.50±1.41第二播期4/1210.00±1.8916.20±3.053.70±2.6612.00±2.36第三播期4/2115.70±0.6823.90±2.677.50±2.2118.70±2.30第四播期4/2917.60±1.5418.20±2.4317.00±1.4524.70±3.05

注：土壤平均温度为膜下5 cm土壤平均温度(平均值±标准偏差). DMT为平均温度, HT为最高温度, LT为最低温度, DST为土壤平均温度

Note：average soil temperature is that under 5 cm for mulching film (mean±SD). DMT, mean daily temperature; Tmax, the maximum temperature; Tmin, the minimum temperature; ST, soil temperature

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 铃期

于开花期，在各处理中选取有代表性的棉株50株进行挂牌，挂棉花第8或9节果枝顶部的花期，记载铃期、吐絮期所需时间，待完全吐絮收回挂牌并记录时间。

1.2.2.2 单铃重

于铃龄15、22、29、36、43、50 d取长势基本一致的棉株顶部第8或9果枝棉铃，每个处理取10个棉铃，105℃杀青30 min，80℃至恒重，称取各铃期单铃重并记录。于吐絮期，在各处理中选取有代表性的棉株取顶部第8或9果枝棉铃，每个小区取45个棉铃，取完装袋带回实验室，自然风干后称取棉花单铃重并记录。

1.2.2.3 测定棉花纤维品质

将各处理皮棉纤维样品，送至农业部农产品质量监督检验测试中心(河南安阳市)进行各指标的品质测定。

1.2.2.4 温度指标

各气象温度数据均来自石河子市乌兰乌苏农业气象试验站。

1.2.2.5 有效积温

采用公式K=N(T-C)计算有效积温[10]，式中，K为棉花完成某阶段发育所需要的总有效积温(℃)；T为当天发育温度，N即完成某阶段发育所需要的天数(d)；C为生长发育的下限温度 15℃。

1.3 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010 软件处理数据和作图，用 spss21.0 软件进行统计分析，用 LSD 法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同播期下棉花生育进程变化

不同播期下，棉花各生育进程的早晚与经历时间的长短均有差异，两年各生育进程变化结果相一致。早播(2017年4月8日)条件下，播种至出苗时间延长，苗期阶段长，但棉株吐絮期棉铃生长发育时间增加，吐絮时间提前3～10 d。晚播条件(2017年4月29日)，出苗所需时间缩短，苗期至开花期生育进程加快；但棉株吐絮期棉铃生长发育迟缓，收获期延迟。表2

表2 不同播期下棉花生育进程变化
Table 2 Changes of growth stage under different sowing date in cotton

年份Years播期Sowing date(M/D)出苗期(d)播种-出苗期(M/D)Emergence/S-E现蕾期(d)出苗-蕾期(M/D) Squaring/E-B开花期(d)蕾期-花期(M/D)Flowering/B-F吐絮期(d)花期-吐絮期(M/D)Boll opening/F-BODate (m-d) /Days (d)20164/084-17/96-01/457-08/378-31/534/164-24/86-05/427-10/359-04/564/225-02/106-10/397-13/339-08/5720174/084-23/156-05/447-05/308-28/544/124-24/126-06/447-09/339-05/584/214-28/76-09/377-10/319-08/604/295-07/86-12/347-12/309-18/68

2.2 不同播期下棉花生育期温度变化

不同播期处理下棉花各生育时期的温度变化各不同，2年气温变化规律基本一致。晚播(4月22～29日)条件下，出苗至现蕾期日均最高气温、≥15℃/d有效积温较高，吐絮期日均最高气温和≥15℃/d的有效积温表现最低。相反，早播(2017年4月8日)条件下吐絮期日均最高气温、≥15℃/d有效积温较高。图1

2.3 不同播期棉花顶部棉铃发育与气象温度关系

不同播期顶部棉铃随播期推迟顶部铃吐絮时间推迟，单铃重显著下降，2年单铃重变化趋势相一致。其中2016年4月8日播种条件下顶部棉铃单铃重最大，较4月16日、4月22日高0.79%、2.38%，2017年4月8日播种条件下顶部棉铃单铃重最大，较4月12日、4月21日、4月29日高5.35%、7.46%、11.02%。不同播期处理条件下顶部棉铃发育时间随着开花期和吐絮期的推迟缩短，且各温度指标及≥15℃气积温均呈下降趋势。表3

注: ES: 出苗期; SS: 现蕾期;SS: FOS: 开花期; FBO: 吐絮期

Note: SE: Emergence stage; SS: Squaring stage; FOS: flowering open stage; FBO: Flocculation boll opening

图1 不同播期条件下棉花各生育时期日均最高气温、有效积温变化
Fig.1 The changes of mean daily maximum temperature, accumulated temperature variation at different growth stages in cotton with different sowing date表3 不同播期棉花顶部棉铃发育与温度关系
Table 3 Relationship between cotton boll development and temperature at the top of different sowing dates

年份Year播期Sowing date(M/D)开花日期Flowering stage(M/D)吐絮日期Flocculation stage(M/D)日均气温DAT(℃)日均最高气温DHT(℃)日均最低温度DLT(℃)≥15℃气积温Accumulation temperature(℃)单铃重Boll weight(g)20164/087/159/1323.7031.2116.87530.705.67±0.06a4/167/179/1723.3330.9416.45525.005.53±0.11a4/227/239/2223.1130.8916.09502.805.34±0.07b20174/087/139/0623.8631.5216.57496.205.55±0.15a4/127/169/1123.4931.2916.07492.285.26±0.07b4/217/189/1622.9630.8015.55486.585.14±0.11c4/297/219/2122.4430.5514.90469.504.94±0.12b

2.4 棉花棉铃发育与温度相关性

选取单铃重(y)、日均气温(x1)、日均最高气温(x2)、日均最低气温(x3)和≥15℃积温(x4)作为棉花顶部棉铃发育间的因素。棉铃发育阶段，Y与x3和x4之间的相关系数分别为0.750 0、0.920 0、0.770 0均达到显著或极显著水平，说明棉花顶部棉铃发育气象因素与单铃重之间以及各单项因素之间相互的影响，从直接通径系数值可以看出，日均气温(x1)、日均最高气温(x2)对顶部棉铃发育的直接通径系数值较大。故日均气温和日均最高气温可分别作为棉花顶部棉铃发育单项指标的第一选择和第二选择，适当早播，增加日均气温和日均最高气温，有助于最终产量的形成。间接通径系数表明，构成棉铃发育的各单因素通过其他各因素对单铃重的影响程度，日均气温对单铃重的影响主要是直接影响，而通过≥15℃有效积温对单铃重的影响次之。日均最低气温通过日均气温对单铃重的间接影响最大，而直接对单铃重的影响次之。表4

表4 顶部棉铃单铃重的相关分析和直接通径系数变化
Table 4 Correlation analysis of boll weight per boll on top of cotton and change of direct path coefficient

因子Factors相关系数Correlation coefficent直接通径系数Direct path coefficient间接通径系数 Indirect path coefficientx1→yx2→yx3→yx4→yx10.750 0*1.981 8-1.642 80.421 8-0.012 1x20.560 0-1.705 31.909 20.360 4-0.003 9x30.920 0**0.466 21.793 0-1.318 3-0.022 5x40.770 0**-0.034 60.692 9-0.192 60.303 5

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01

Note:*indicatesP<0.05,**indicatesP<0.01

2.5 不同播期对棉株顶部棉铃生长影响

2.5.1 棉株顶部棉铃干物质累积的变化

不同播期棉花随铃龄增加顶部棉铃干物质累积变化呈“慢-快-慢”的S型曲线，棉铃发育期间随着播期推迟顶部棉铃干物质累积量降低，4月8日(早播)播种条件下棉株顶部单铃重较4月16日、4月22日高2.52%、5.39%。图2

2.5.2 棉株顶部棉铃干物质累积拟合特征值的变化

不同播期间棉花顶部棉铃生长差异均达到极显著水平。早播(4月8日)处理顶部棉铃生长提前进入棉铃快速累积期，且持续时间延长，但最大累积速率减慢。当日均气温为23.70℃时，棉花顶部棉铃在17 d开始快速累积，持续到铃龄40 d时，最大累积速率为0.396 0 g/d；在日均气温为23.33℃铃龄18 d进入快速累积期，持续时间为19 d，当日均气温为22.98℃时，铃龄21 d才开始快速累积，持续时间不足16 d，最大累积速率则高达1.842 0 g/d。表5

图2 不同播期下棉花顶部棉铃干物质累积变化
Fig.2 Effects of different sowing dates on dry matter accumulation of cotton bolls at the top

表5 不同播期棉花顶部棉铃干物质累积的拟合特征值
Table 5 Characteristic values of dry matter accumulation from cotton bolls at different sowing dates

年份Year播期Sowing date(m-d)R2特征值 Characteristic valuet1 (d)t2 (d)T (d)Vmax (g/d)Wm (g)20164-80.980 4**17.437 340.669 923.232 70.396 05.879 64-160.998 0**18.386 238.176 819.790 60.622 95.780 44-220.999 5**21.029 736.605 615.575 91.841 95.637 7

注：**P=0.01 水平显著；t1、t2：快速累积期起始时间、终止时间；T：快速累积持续时间； Vmax：最大累积速：Wm：干物质最大含量。同列不同大、小写字母分别表示在 0.01 和 0.05 水平差异显著

Note: ** Significantly at 0.01 probability level; t1, t2: Date for starting and terminating of dry matter speedy accumulation period in cotton(d); T: Duration for dry matter speedy accumulating in cotton (d); Vmax: Maximal speed of dry matter accumulating in cotton(%/d); Wm: Maximal dry matter accumulation content in cotton(%). Values followed by a different capital and small letter within the same column mean different significantly at 0.01 and 0.05 levels, respectively

2.6 不同播期条件对棉花顶部铃纤维品质的影响

不同播期条件下棉花顶部棉铃随播期推迟纤维长度、整齐度、比强度马克隆值下降，两年试验结果表现相一致。不同播期处理间棉花纤维品质存在显著差异，其中，2016年4月8日(早播)播种条件下棉花纤维长度值较4月16日、4月22日1.05%、1.89%；整齐度分别高0.59%、0.71%；纤维比强度高2.00%、4.00%；马克隆值高2.55%、11.28%。2017年4月8日(早播)播种条件下棉花纤维长度值较4月12日、4月21日、4月29日高1.40%、2.46%、3.86%；整齐度高0.96%、1.56%、2.03%；纤维比强度高5.52%、6.82%、9.74%。马克隆值高0.41%、3.49%、13.76%。表6

表6 不同播期条件下棉花顶部铃纤维品质变化
Table 6 Effect of different sowing date on cotton top boll fiber quality

年份Year播期Date(M/D)纤维长度Fiber length(mm)整齐度Fiber uniformit(%)比强度Fiber strength(CN/ tex)马克隆值Micronaire20164/829.67±0.26a84.50±0.22a30.00±0.83a4.70±0.11a4/1629.35±0.50a84.00±0.35b29.40±0.58a4.58±0.20b4/2229.10±0.23b83.90±0.43b28.80±0.63b4.17±0.13c20174/828.50±0.13a83.60±0.24a30.80±0.24a4.87±0.23a4/1228.10±0.26b82.80±0.41b29.10±0.42b4.85±0.18a4/2127.80±0.55c82.30±0.34b28.70±0.36b4.70±0.12a4/2927.40±0.42c81.90±0.33b27.80±0.25c4.20±0.15b

2.7 不同播期条件下棉花顶部铃期温度与纤维品质的关系

棉花纤维品质发育与温度有着密切关系，各温度指标对棉花纤维品质均有不同程度的影响，棉花纤维品质与各温度指标存在显著或极显著差异。其中，整齐度、比强度、马克隆值与日均气温均达到显著和极显著水平，比强度相关系数最大达到0.95；马克隆值与日均最高气温达到显著水平，比强度相关系数最大达到0.90；纤维长度、整齐度、比强度均与日均最低气温达到极显著水平，整齐度相关系数最大达到0.92；纤维长度、整齐度与≥15℃气积温均达到极显著水平，纤维长度相关系数最大达到0.96。表7

表7 不同播期条件对棉花顶部铃纤维品质与温度指标相关性
Table 7 Correlation analysis of cotton top boll fiber quality and temperature under different sowing date

项目Project日均气温Daily average temperature日均最高气温Daily maximum temperature日均最低气温Daily minimum temperature≥15℃气积温Accumulation temperature纤维长度 Fiber length0.610.380.86**0.96**整齐度 Fiber uniformity0.72*0.520.92**0.93**比强度 Fiber strength0.95**0.90**0.88**0.58马克隆值 Micronaire0.75*0.78*0.530.25

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01

Note:*indicatesP<0.05,**indicatesP<0.01

3 讨 论

3.1 适期早播种有利于缩短铃期和收获期提前

正常播期棉花生育后期温度和热量条件分布合理适合棉铃正常生长，随着播期推后，棉花现蕾早，光合物质快速积累期提前，但吐絮期棉铃生长速率慢，从而造成花铃期过长，吐絮晚且吐絮率低[11]。研究表明，早播(4月8日)条件下棉花生长提前进入开花期，且铃期缩短7～20 d，而晚播(4月22日)条件下与则早播表现相反趋势。这可能是早播铃期日均温度高，棉铃中POD酶活性和与I-AAO含量升高加快了对营养物质的运输和转化效率，使得棉花顶部棉铃快速生长时间提前，而晚播条件下则由于日均最低气温较低，保护性酶活性降低使得棉铃发育时间延长[3]。

3.2 适期早播种有利于顶部棉铃生长和提高顶部棉铃单铃重

播期是影响棉花产量及产量构成的重要栽培措施，有学者认为，棉花铃重受日照时数、地面温度在1800小时和最高气温气象因子的影响[12]，最高日温度与铃重间存在相关关系[13]。研究表明，早播(4月8日)条件下棉花顶部棉铃单铃重较大，这可能是由于铃期日均温对棉铃叶片的保护性酶和碳、氮代谢对营养物质向铃的输送有促进作用，进而使得单铃重增加[14-16]，而由于棉铃发育的日均温度较高和有效积温的增加使得棉花铃期提前[17-18]。研究表明，棉株顶部棉铃快速生长时间提前，棉铃发育时间延长，最大干物质累积速率增大。这可能是由于日均温度和日均差温差较低时对铃重的增加有明显抑制作用，蒸发速率和日照时数的增加导致棉铃重的降低[13，19]。

3.3 适期早播种有利于提高棉花纤维品质

早播可以获得最佳纤维长度和强度，可溶性糖含量在早播作物中含量较高，说明可溶性碳水化合物对籽棉产量有较大影响[5]。早播条件下作物生育期延长，保证了棉花的成熟度[20]，研究表明，早播(4月8日)棉花顶部棉铃纤维长度、整齐度、比强度、马克隆值随日均气温和日均最低气温的上升显著增加。晚播减少棉花产量、纤维成熟度和马克隆值，但是提高纤维长度和强度[21]。温度适宜条件下，开花早的棉铃，较多营养物质被运输到棉纤维中，有利于棉花纤维伸长[22]；研究表明，晚播(4月29日)相对于早播(4月8日)而言棉花顶部棉铃纤维长度、比强度等指标显著降低，这可能是由于铃期日均温度和最低温度的降低导致后期叶片生理活性变弱和棉铃合成纤维素累积量减小，使得纤维品质下降[16，22，23]。

4 结 论

适期早播(4月8日)播前3 d膜下5 cm土壤温度9.5℃播种、棉花顶部棉铃发育日均温在23.49℃条件下，棉花顶部铃铃期缩短，且花铃期提前；单铃重较大，棉花纤维品质较高。其中，日均温度和最高气温对棉花单铃重和棉花纤维品质影响最大，可作为衡量棉花顶部棉铃发育的重要指标。而晚播(4月29日)播前3 d膜下5 cm土壤温度24.7℃播种条件下棉花顶部棉铃发育由于最低温度的影响导致铃期增加，不利于高强纤维和高质量棉铃的形成。