密度对分期收获滨海盐碱地机采棉的产量和品质一致性影响

冯国艺，张谦，祁虹，王树林，雷晓鹏，杜海英，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，河北 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]。同时我国也是人口大国，粮棉争地矛盾突出，棉花具有较强抗逆耐盐碱性，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。在滨海盐碱地开展轻简化植棉有利于缓解粮棉争地的矛盾，但现有机采棉技术模式下一次性收获与品质一致性存在较为尖锐的矛盾；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一致性的栽培调控技术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。

棉花(G. hirsutum L.)具有无限生长习性，现蕾、开花、成铃和吐絮时间跨度大，种植密度作为棉花栽培的关键技术是影响棉花产量与品质的重要因素[3]。种植密度对棉花产量和品质的有显著影响[4]。以往研究主要集中在密度对产量和纤维品质的影响[5～11]，对不同生态区提高产量和品质的适宜密度及其生理机制进行了深入研究，关于密度对产量形成和纤维品质一致性的影响研究较少。滨海盐碱地棉花吐絮期较长，而且不同部位棉铃纤维品质存在明显差异，现有机采模式下，催熟脱叶并集中收获严重影响棉花产量，将处于不同发育阶段纤维混收，导致棉花品质指标参差不齐，对后续棉纤维纺织加工极为不利。因此探讨现有机采模式下通过调整密度和有限次数的统一收获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提高植棉效益具有重要理论意义。本研究通过对不同密度下棉花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密度和收获策略。

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，有机质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，种子覆土厚度3～5 cm。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，行距配置为80 cm，先点播后铺膜。

试验选用品种为当地主栽品种石抗126，为抗虫常规棉，生育期124 d，密度设置3×104株·hm-2(M1)、6×104株·hm-2(M2)、9×104株·hm-2(M3)、12×104株·hm-2(M4)和15×104株·hm-2(M5)五个水平，每个处理分9月10日、9月20日、9月30日、10月10日、10月20日、10月30日共6个时期进行收获。每个处理3次重复，7月20日左右打顶。生育前期加强水肥管理，保证各密度株高、茎粗、第一铃着生高度等满足机采要求，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标准测定纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度以及马克隆值。

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棵，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SPSS11.0进行统计分析，用SigmaPlot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 密度对棉花产量及其构成因子的影响

研究表明(表1)，石抗126在M3处理皮棉产量最高，与M4的差异不明显，均超过1 300 kg·hm-2水平，且与M5的差异小于其他处理。对产量构成因子进一步分析表明，随密度增加，单株铃数均而显著降低，衣分无明显差异；单铃重降低，石抗126的M2和M1和M3无明显差异，2个品种M4和M5单铃重显著下降。可见，石抗126的M1、M2和M3处理下密度增加具有明显的增产效应，M4和M5处理密度增加较好的抵消了单铃重和单株铃数下降导致的减产效应。

表1 不同密度处理棉花品种石抗126产量及构成因子Table 1 Yield and yield components of cotton variety Shikang 126 under different densities

注：同一列不同字母表示在0.05 水平上差异显著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in same column represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

2.2 密度对棉花籽棉产量形成的影响

研究表明(图1)，石抗126的9月产量形成比例5个密度处理下均超过了90%，随密度增加先减小后增加，且随收获日期推迟单次收获产量比例逐渐降低；对9月份每次收获产量进一步分析，前2次数收获产量占比(9月10日和9月20日)随密度增大先增大后减小，石抗126均高于70%，M3和M4处理超过80%。10月份产量形成比例随密度增大先减小后增大，以及最后一次单次收获产量比例(10月30日)先增大后减小，随收获日期推迟单次收获产量比例逐渐增大，10月份产量比例5个密度处理下石抗126均低于10%，M3和M4处理且以及最后一次单次收获产量比例(10月30日)占10月份产量比例超过50%，M3高达63.0%。

图1 不同密度处理石抗126不同收获日期籽棉产量比例Fig.1 Seed yield percentage of cotton variety Shikang 126 in different harvest date under each density 注：同一收获日期不同字母表示在0.05 水平上差异显著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters in same harvest date represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

2.3 密度对棉纤维马克隆值和上半部平均长度形成的影响

研究表明(图2)，随密度处理变化棉纤维马克隆值和上半部平均长度变化规律不明确。随收获日期推迟，石抗126上半部平均长度先下降后上升，纤维马克隆值在9月和10月分别逐渐增大。石抗126则9月前2次收获(9月10日和9月20日)M3和M4处理纤维马克隆值4.62～4.87，上半部平均长度30.0～31.0 mm，收获间差异较小，M4处理纤维马克隆值更低，上半部平均长度更长。

2.4 密度对棉纤维长度整齐度指数和断裂比强度的影响

研究表明(表2)，石抗126随密度处理变化纤维长度整齐度指数和断裂比强度变化规律不明确。随收获日期推迟在9月和10月分别逐渐增大。9月前2次收获(9月10日和9月20日)M3和M4处理纤维长度整齐度指数83.3%～83.8%，断裂比强度28.4～28.7cN·tex-1，收获间差异较小，M3处理纤维长度整齐度指数和断裂比强度更高。

3 讨论与结论

种植密度对棉花产量和品质的有显著影响[4]。我国西北内陆及内蒙棉区的合理密度主要分布在 22×104～30 ×104株·hm-2[5,11]；在黄河流域等其他棉区报道的合理密度主要集中在在3×104～6×104株·hm-2区间[7,9,12]。但适宜的种植密度因不同的生态区有很大的不同[13，14]。本研究表明，冀东滨海盐碱地机采模式下常规棉石抗126单铃重和单株铃数对密度变化较为敏感，单位面积铃数很大程度上依赖密度增大，因此在较高密度时(9×104～12×104株·hm-2)产量较高，当密度进一步增大时，单位面积铃数增大受到限制而单铃重进一步下降从而导致产量有所下降。对产量形成过程分析表明，不同密度下产量主要形成在9月，石抗126在5个密度处理下均超过了90%；在9×104和12×104株·hm-2处理下前2次收获产量占比(9月10日和9月20日)超过80%。可见，产量及其一致性提高最适密度常规棉石抗126在9×104～12×104株·hm-2之间。在最适密度时，10月30日一次收获就占10月产量比例超过了50%，9×104株·hm-2密度处理下高达63.0%，为纤维品质一致性提供了有利条件。

图2 不同密度石抗126不同收获期纤维马克隆值和上半部平均长度情况Fig.2 Fiber micronaire and upper half mean length of cotton variety Shikang 126 in the different harvest date under each density注：同一收获日期不同字母表示在0.05 水平上差异显著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters in same harvest date represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

密度对棉花纤维品质的影响，许多学者给出了不同的结果。董和忠等研究认为密度对纤维品质的影响没有差异[12,15～17]，也有学者认为对纤维部分指标有影响[5～7,10,18]。本研究表明，纤维品质随密度改变的变化规律不太明确，但密度处理对不同收获日期纤维品质改变较为明显。随收获日期推迟，石抗126纤维上半部平均长度先下降后上升，马克隆值、长度整齐度指数和断裂比强度在9月和10月分别逐渐增大。同时，密度显著改变了不同收获日期纤维品质的一致性。9月10日和9月20日2次收获之间9×104和12×104株·hm-2处理下品质差异更小，纤维马克隆值4.62～4.87，上半部平均长度30.0～31.0 mm，长度整齐度指数83.3%～83.8%，断裂比强度28.4～28.7 cN·tex-1，12×104株·hm-2纤维马克隆值更低，上半部平均长度更长；9×104株·hm-2纤维长度整齐度指数和断裂比强度更高。因此从纤维品质及其一致性提高角度，9×104和12×104株·hm-2均显著提高常规棉石抗126大部分产量纤维品质的一致性，但其对品质提高的具体指标不一致，因此应根据纺织生产需求的实际情况进行种植密度调整。

表2不同密度石抗126不同收获日期纤维长度整齐度指数和断裂比强度

Table2 Fiber uniformity index and breaking tenacity of cotton variety Shikang 126 in the different harvest date under each density

纤维指标Fiber index密度处理Density收获日期Harvesting date09-1009-2009-3010-1010-2010-30M183.4±3.49b83.7±3.61b84.6±3.56a82.8±3.17c83.5±3.59b83.7±3.57bM282.7±3.13c83.8±3.63a84.0±3.72a82.9±3.21b83.1±3.31b83.1±3.32b长度整齐度指数/%M383.7±3.60c83.8±3.64c84.3±3.87b82.1±3.82d83.9±3.67c84.8±3.87aM483.3±3.42d83.6±3.56cd84.1±3.78b83.8±3.63c84.0±3.76b84.7±3.80aM582.6±3.87d83.8±3.62c84.2±3.81b83.5±3.51d83.8±3.64c84.6±3.88aM128.3±1.14c29.6±1.21a30.0±1.17a27.5±1.23d28.8±1.32b28.9±1.23bM228.1±1.27e28.4±1.33d28.9±1.36c29.5±1.38b30.0±1.27a30.0±1.21a断裂比强度/cN·tex-1M328.7±1.35b28.7±1.26b28.9±1.26b27.6±1.30c28.9±1.34b29.7±1.22aM428.4±1.33d28.4±1.24d29.1±1.16b28.1±1.11e28.8±1.31c29.8±1.28aM528.2±1.33c28.8±1.26b29.3±1.27a27.4±1.26e27.9±1.22d28.0±1.22cd

注：同一行同一密度不同字母表示在0.05 水平上差异显著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in same row represent significant difference at 0.05 with same density level(P<0.05).

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，不利于满足高端纺织生产需求。因此研究棉花有限次数的统一收获及适时化学催熟脱叶有助于提高棉花品质及其一致性。根据棉花产业的发展要求，冀东滨海盐碱地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。因此利用密度和有限次数的统一收获有可能成为棉花机械化下提高棉花产量和品质一致性的有效途径。常规棉石抗126的适宜密度在9×104～12×104株·hm-2之间，在9月下旬对产量主要部分进行一次收获，之后适时脱叶催熟，10月底将产量其余部分统一收获，有效保障了棉花纤维品质的一致性。9月下旬冀东滨海盐碱地棉花叶片脱落现象较少，因此研发推广非催熟脱叶技术下棉花机械收获是实现棉花品质一致性生产轻简化的关键，是提高棉花纤维品质一致性急需进一步解决的技术瓶颈之一。