短季直播栽培对棉花株型结构及产量的影响

刘皓然，刘爱玉，谢陈灵，晏 平

(湖南农业大学 棉花研究所，湖南 长沙 410128)

随着农村劳动力的减少，劳动力成本不断上升，棉花生产向全程机械化发展成为必然趋势。长江流域棉区传统的“稀植大棵、大水大肥”(Great indivi-dual with mass water and fertilization,GIMWF)棉花栽培模式能充分发挥棉株个体的生产潜力，在节约用种、提高单产方面发挥过重要作用，但该栽培模式用工多、生产周期长，尤其是吐絮历期长，已成为棉花生产全程机械化的瓶颈[1]，不再适合当地生产发展的需要。棉花短季直播栽培(Short-growth-duration direct seeding，SGDDS)通过迟播、增密、减氮，结合化调与脱叶催熟，能够将棉花生产周期从原来的210 d左右缩短至135～150 d[2]，生产用工由300～360个/hm2[3]减至105～150个/hm2[2-4]，不仅大幅降低了棉花的生产成本，还可实现棉油两熟接茬双直播，同时，由于该模式下棉铃吐絮集中，为机械化采收创造了条件。近年来，关于棉花SGDDS播种期、密度、株行距配置、施肥量及施肥方法对棉花产量、品质、光合特性等方面的影响已有较多研究[5-10]，但对棉花群体干物质空间分布、棉花株型结构、叶面积指数和产量的影响尚不清楚。鉴于此，通过比较传统的GIMWF模式与不同肥密组合SGDDS模式下棉花果枝角度、叶面积指数、干物质空间分布及产量的差异，探索SGDDS对不同类型棉花品种株型结构的影响，从株型角度探明SGDDS模式下棉花产量形成的机制，并为进一步完善棉花SGDDS技术体系提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地点

试验于2017年在湖南农业大学浏阳市科研基地进行，土壤类型为红壤土，肥力均匀，地势平坦，灌溉便利，前茬作物为油菜，播前土壤养分含量见表1。

表1 播种前土壤肥力情况Tab.1 Soil fertility before sowing

1.2 供试材料与试验设计

供试棉花材料(A)：湘杂棉8号(A1，转基因抗虫杂交品种，包衣种子)，购自亚华种业公司；JX0010(A2，转基因早熟常规棉品种，毛籽)，由湖南农业大学棉花研究所提供。

试验设不同栽培方式与密度、肥料组合，共3种栽培模式(B)，施肥量随不同密度而改变。其中，B1(对照)为育苗移栽、稀植、高肥栽培，B2、B3为短季直播栽培，各处理播期、密度及施肥量见表2。随机区组设计，3次重复，共18个小区，小区面积为72 m2(4.5 m×16 m)，6行区，行距75 cm。B1、B2、B3处理株距随密度而定，分别为64、22、15 cm。育苗移栽，大田施肥分基肥和花铃肥2次进行，其他棉田管理按湖南省棉花栽培技术规范DB43/T 286—2006执行；短季直播栽培于棉苗五叶期一次性开沟埋施肥料。

表2 试验处理及设置Tab.2 Experimental treatment and design

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积指数 从7月26日开始，每隔15 d，在天气条件稳定的情况下，于上午8:30—10:00用AccuPAR LP-80植物冠层分析仪测定各小区的叶面积指数。

1.3.2 果枝与主茎夹角 于收花前在每个小区随机取5株，用量角器测量每个果枝与主茎的夹角，计算上、中、下部果枝的平均夹角，并计算角度指数。因GIMWF模式的植株较高，果枝数多，故以第1—6果枝作为下部，第7—12果枝作为中部，第12果枝以上作为上部；SGDDS模式下植株相对较矮，果枝数较少，因此以第1—4果枝作为下部，第5—8果枝作为中部，第8果枝以上作为上部。

1.3.3 干物质量及其空间分布 成熟期每个小区选择连续5株，采用大田切片法[11]将其进行空间分层，从地面往上，每30 cm为1层，即第1层为地面至30 cm部分、第2层为30～60 cm的部分，以此类推，90 cm以上部分统归于第4层，于烘箱105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量并称量。

1.3.4 产量 于棉花集中采收前，在各小区选取20株长势均匀的棉株调查结铃情况；在每个小区选取中部吐絮铃100个，晒干后考种并计算理论产量。

1.4 数据处理

采用Excel 2016和SPSS 24.0进行数据处理与统计分析，利用Duncan’s新复极差法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 短季直播栽培模式对棉花果枝与主茎夹角的影响

2.1.1 棉株不同部位果枝夹角 与GIMWF模式(B1)比较，SGDDS模式显著降低了棉株果枝与主茎的夹角(P<0.05)，不同肥密组合的SGDDS模式(B2、B3)间无显著差异，两棉花品种变化趋势一致(表3)。SGDDS模式下棉株下、中、上部果枝与主茎的夹角较GIMWF模式分别降低13.89%～27.82%、8.72%～13.76%、8.75%～12.92%，且杂交棉(A1)较常规棉(A2)降幅更大。与GIMWF模式相比，B2、B3两种SGDDS模式下，湘杂棉8号下部果枝夹角分别降低21.75°、21.28°，JX0010分别降低10.70°、9.56°；湘杂棉8号中部果枝夹角分别下降7.42°、9.01°，JX0010分别降低5.39°、6.33°；湘杂棉8号上部果枝夹角分别下降7.69°、8.28°，JX0010分别降低5.36°、7.28°。

2.1.2 角度指数 角度指数(α)代表棉花果枝角度由下至上的变化趋势。角度指数值越小，表明棉花由下至上果枝角度变小的程度越明显，棉花株型越接近塔型；反之，角度指数值越大，则表明棉花的株型越接近筒型。表4显示，SGDDS模式下两品种的角度指数均大于GIMWF模式，其中B2模式与B1模式差异达到显著水平(P<0.05)。B2模式湘杂棉8号、JX0010的角度指数分别比B1模式高0.36、0.14，B3模式两品种角度指数分别比B1模式高0.32、0.04，杂交棉(A1)较常规棉(A2)变化幅度更大。

表3 不同处理棉株不同部位果枝与主茎的夹角Tab.3 The angle between the fruit branches of different parts of cotton plant and the main stem in different treatment °

注：同列不同小写字母表示同一品种不同栽培模式间差异显著(P<0.05) ，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences between different cultivation modes of the same variety (P<0.05),the same as below.

表4 不同处理棉株的角度指数Tab.4 The angel index of cotton plant in different treatment

2.2 短季直播栽培模式对棉花群体叶面积指数的影响

由图1可见，各处理棉花叶面积指数随时间变化均呈先增加后减少的趋势，于8月25日达到最大值，此时棉花群体枝叶最为繁茂，A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3处理的叶面积指数分别为3.13、3.89、4.23、3.83、4.14、4.42。SGDDS模式下两品种各个时期的叶面积指数均显著大于GIMWF模式(P<0.05)且表现为B3>B2>B1。在8月25日—9月25日间，A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3处理的叶面积指数分别下降1.61、1.54、1.51、2.11、1.53、1.63，降幅分别为51.6%、39.5%、35.7%、55.0%、36.9%、36.8%，SGDDS模式下两品种生育中后期的叶面积指数降幅均小于GIMWF模式。

图1 不同处理棉株叶面积指数随时间的变化趋势Fig.1 The variation trend of leaf area index of cotton plant in each treatment with time

2.3 短季直播栽培模式对棉花群体干物质量及其空间层次分布的影响

由于GIMWF模式下棉株个体生产潜力得到充分发挥，SGDDS模式下2个棉花品种单株干质量显著低于GIMWF模式(表5)，湘杂棉8号较JX0010变化更大。同时，B2模式下棉花单株干质量大于B3模式，但两品种的群体干质量则均表现为B3>B1>B2。B1模式下A2品种第1层干物质量所占比例显著高于B2、B3模式，差值分别为5.03、5.45个百分点；B3模式下A2品种第2层干物质量所占比例显著高于B1、B2模式，差值分别为10.77、14.37个百分点；B2模式A2品种第3层的干物质量所占比例显著高于B1、B3模式，差值分别为8.90、9.12个百分点。SGDDS模式下两品种第1、4层中干物质量所占比例均小于GIMWF模式。A1品种在SGDDS模式下(B2、B3)第1层、第2层和第4层干物质量所占比例均小于GIMWF(B1)模式，差值分别为2.26、1.51个百分点，3.16、4.21个百分点和2.42、0.05个百分点；SGDDS模式下A1品种第3层干物质量所占比例均大于GIMWF模式，差值分别为7.84、5.76个百分点。与GIMWF模式相比，SGDDS模式干物质量更集中分布于中层空间。

表5 不同处理棉株干物质量及其在不同空间层次的分布Tab.5 The spatial distribution of dry matter weight of cotton plant in different treatment

2.4 短季直播栽培模式对棉花产量的影响

由于个体发育水平的差异，GIMWF模式下两品种的单株铃数、铃质量、衣分均大于SGDDS栽培模式；SGDDS模式下的B2、B3模式间比较，B2模式单株铃数和铃质量均大于B3模式，衣分则小于B3模式。3种栽培模式下A1品种的皮棉理论产量与籽棉理论产量表现为B3>B1>B2，A2品种则表现为B3>B2>B1，由于B3模式的种植密度较高，该模式下2个品种最后的籽棉理论产量与皮棉理论产量均最高，其中，与B1、B2模式相比，A1品种的籽棉产量分别高出19.02%、21.72%，A2品种的籽棉产量分别高出19.05%、12.26%;A1品种的皮棉产量分别高出12.84%、22.39%，A2品种的皮棉产量分别高出15.79%、13.25%(表6)。

表6 不同处理棉花的产量性状Tab.6 The yield traits of cotton in different treatment

3 结论与讨论

一般认为，棉花株型主要受品种影响[12-14]，稀植情况下合理的棉花株型结构要求植株由下至上果枝角度逐渐减小(塔型)，这样中上部的枝叶较为舒朗，有利于改善植株中下部的光照条件[15]，但在高密度种植模式下，塔型株型结构会导致中下部枝叶交错，不利于群体光合作用的提高。在本试验中，SGDDS模式能较大程度地减小棉花各部位果枝角度，使植株拥有更大的角度指数，这说明SGDDS栽培模式有助于棉花株型向筒型发展，得以构建更为紧凑的株型结构，从而有助于改善棉花冠层中下部的光照条件，而且契合棉花生产机械化对棉花株型的要求[16]。从本试验中的叶面积指数变化规律可以发现，SGDDS栽培模式能显著增加棉花群体的叶面积指数，且叶面积指数在棉花生育中后期的下降幅度更小，结合湖南省在棉花生产后期光照条件迅速下降的气候特点，以及棉花中下层叶片在光照不强时的光合速率高于上层叶片的生理特性[14]，说明SGDDS栽培模式在棉花生产中后期较GIMWF模式具有更高的光能利用率。大田切片法能够较为直观地表达作物群体在不同高度的空间分布，从本试验中可以发现，SGDDS模式下两品种第1层和第4层的干物质量所占比例均小于GIMWF模式，表明SGDDS模式能使干物质更集中分布于中层空间，这不仅能减少同化产物的运输损耗，提高光合产物利用率，而且满足了棉花机械化生产对吐絮集中的要求[15]。本试验中，A2品种在B3模式下较B1模式显著提高了皮棉产量，但同为SGDDS模式的B2模式则并没有表现出明显的产量优势，这也许是因为B3模式更好地平衡了个体发育和群体结构之间的关系。由于棉花在栽培方式上弹性较大，简单地追求某一指标并不能提高群体的光能利用率进而提高产量，而需要结合生产地区存在的问题进行综合考量，以平衡个体与群体之间的关系。本试验仅以栽培模式为不同处理，未针对密度或肥料等单因素进行更为细致的考量，今后需对影响棉花短季直播栽培群体产量构成的各个因素开展进一步研究，以构建更为协调、合理的源库流关系。