播期对麦(油)后直播棉产量、品质及氮磷钾利用的影响*

2020-01-02杨长琴张国伟刘瑞显王晓婧倪万潮

中国生态农业学报(中英文) 2020年1期

杨长琴, 张国伟, 刘瑞显, 王晓婧, 倪万潮

杨长琴, 张国伟, 刘瑞显**, 王晓婧, 倪万潮

(江苏省农业科学院经济作物研究所/农业部长江下游棉花与油菜重点实验室南京 210014)

为明确长江流域下游棉区麦(油)后直播棉生产的适宜播期, 本研究以‘中棉所50’为材料, 于2017—2018年进行大田试验, 研究不同播期(5月15日、5月25日、6月4日、6月14日和6月24日)对直播棉产量、品质及养分利用的影响。结果表明, 播期推迟, 棉花生育进程推迟; 花铃期日均温和日照时数降低、有效积温先升高后降低且以6月4日播期花铃期有效积温最高。可见, 前3个播期棉花花铃期温光条件较好。棉株与生殖器官的生物量及氮磷钾累积量随播期推迟降低, 且前3个播期的棉株生物量和养分累积进入较高速率累积期早于后2个播期的棉株。随着播期的推迟, 直播棉成铃数与皮棉产量显著降低。与5月15日播期相比, 其余4个播期直播棉的皮棉产量分别降低15.9%~16.9%、13.1%~16.9%、26.9%~33.5%、58.2~62.0%。100 kg皮棉氮、磷和钾吸收量随播期推迟而增加, 但养分利用效率降低。不同播期间, 以6月4日和6月14日播期棉纤维综合品质较优。综上, 本试验条件下, 5月15日—6月4日是长江流域棉区麦(油)后直播棉获得较高产量的适宜播期, 该播期内适当推迟播种有利于棉花优质纤维的形成。

麦(油)后直播棉; 播期; 皮棉产量; 纤维品质; 养分利用

麦(大麦,; 小麦,)油(油菜,)后棉花()直播轻简高效栽培技术已经成为“十三五”及今后较长时期内长江流域棉区棉花生产发展的主要方向。但是, 麦(油)后直播棉由于播期推迟、有效生育期短, 生产中迟发晚熟的问题影响了产量提高和纤维品质的改善[1-2], 因而, 研究麦(油)后直播短季棉早熟、高产、稳产的原理, 完善其配套栽培调控途径, 可加快麦(油)后直播棉技术在生产中大面积推广应用。

合理播期可调整作物生长发育进程与季节良好同步, 充分发挥优质品种的增产潜能, 是栽培管理中的关键技术[3]。棉花生产中, 适宜的播期是构建棉花良好群体结构、提高棉花生产能力的基础[4-5]。前人就播期影响棉花产量与品质形成的研究多以移栽中熟棉为主, 且以往研究认为棉花具有无限生长习性, 自身调节补偿能力强, 对播期有较宽的适应范围[6]。有研究指出适当早播可使棉花结铃期提前, 延长有效开花结铃期, 总铃数增加, 从而产量提高[7-9]; Bange等[10]研究则认为适当推迟播期, 可以协调棉花营养与生殖生长、延缓衰老, 有增产效果; 但是过分推迟播期, 棉花有效生长期缩短, 热量资源不足, 产量降低而熟期推迟[11]。此外, 播期推迟棉花植株个体生长受限或源库关系失衡, 营养生长过旺, 而光合产物由源向库(生殖器官)的分配比例降低[12], 其生物量和养分经济系数、养分利用效率亦显著降低, 最终难以高产优质[13-14]。目前, 在长江流域下游植棉区麦(油)后直播棉播期在大麦(油菜)收获后的5月20日到小麦收获后的6月15日之间, 但是, 麦(油)后直播棉产量安全生产的播期下限阈值仍不确定, 长江流域麦(油)后直播棉产量与品质形成及营养吸收与利用特性对播期因子响应的系统研究少见报道。

本研究在长江流域下游棉区, 以短季棉‘中棉所50’为材料, 设置不同播期处理, 研究不同播期对麦(油)后直播棉产量、品质形成及养分吸收的影响。旨在确定适宜播期, 为长江流域棉区麦(油)后直播棉高产优质生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

以短季棉‘中棉所50’(CCRI50)为材料, 于2017年和2018年在南京市江苏省农业科学院棉花试验站(32º02´N, 118º50´E)进行直播棉大田试验。土壤质地为黏质土, 两年耕层(0~20 cm)土壤含速效氮分别为23.2 mg·kg-1和24.8 mg·kg-1, 速效磷分别为38.6 mg·kg-1和39.3 mg·kg-1, 速效钾分别为146.3 mg·kg-1和148.2 mg·kg-1。试验采用随机区组设计, 设置5月15日、5月25日、6月4日、6月14日和6月24日5个播期处理, 分别用S1、S2、S3、S4、S5代表, 每处理3次重复, 共15个小区。小区面积30 m2, 种植密度9.75万株·hm-2, 根据机采棉要求, 等行距0.76 m种植。全生育期肥料运筹为: 纯N 225 kg·hm-2, 基肥40%, 花铃肥60%; P2O5112.5 kg·hm-2、K2O 225 kg·hm-2, 基肥与花铃肥各50%。不整枝, 其他田间管理措施按高产要求进行。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 有效积温

采用下式[15]计算有效积温:

=×(-) (1)

式中:为完成某阶段发育的有效积温(℃),为当天温度(℃),为完成某阶段发育经历的天数(d),为生长发育的下限温度14 ℃。

1.2.2 生物量与养分测定

分别于2017年和2018年的7月4日、7月20日、8月3日、8月22日、9月10日和10月9日每个小区取连续5株具代表性棉株, 按茎枝、叶片和蕾铃等不同部位分开, 105 ℃杀青30 min后于80 ℃烘干至恒重, 测定生物量。样品粉碎后分别用凯氏定氮法[16]、钼锑抗比色法[16]和火焰光度法[17]测定全氮、全磷和全钾含量。相关指标计算如下[18]:

生物量经济系数(%)=生殖器官生物量/植株地上部生物量×100 (2)

氮(磷、钾)经济系数(%)=生殖器官氮(磷、钾)累积量/植株地上部氮(磷、钾)累积量×100 (3)

100 kg皮棉养分吸收量(kg)=植株养分吸收量/皮棉产量×100 (4)

养分利用效率(kg·kg-1)=皮棉产量/植株养分吸收量 (5)

1.2.3 产量和品质测定

于吐絮期选择连续15株调查成铃数, 采收整株棉铃, 测铃重和衣分, 计算皮棉产量。纤维品质由农业农村部棉花品质监督检验测试中心统一测定。

1.3 气象资料和数据统计分析

气象数据来自中国气象信息中心。采用Microsoft Excel数据处理软件分析数据和制作表格, 用 SPSS 17.0统计软件进行方差分析, 用LSD法检验处理间平均值的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 播期对麦(油)后直播棉生育进程的影响

表1表明, 播期影响麦(油)后直播棉的生育进程。与S1处理相比, S2、S3、S4和S5处理苗期历时分别缩短1 d、0~3 d、3~4 d和3 d, 蕾期历时分别缩短1~3 d、2~6 d、1~4 d和-1~3 d, 花铃期历时分别延长4~6 d、10~15d、10~15 d和10~16 d。可见, 播期对不同生育期历时的影响以花铃期较大。播期推迟, 则生育进程推迟, 两年播种—吐絮历时均以S1处理最短。

表1 2017年和2018年播期对麦(油)后直播棉生育进程的影响

2.2 播期对麦(油)后直播棉花铃期温度和光照的影响

由图1可见, 随播期推迟, 花铃期日均温持续降低, 但花铃期有效积温呈先增加后降低的趋势、且以S3处理有效积温最高; 花铃期日照时数在S1、S2、S3处理间差异较小, 但S4和S5处理日照时数大幅度降低。

2.3 播期对麦(油)后直播棉产量及其构成的影响

表2可见, 随播期推迟, 铃重逐渐增加, 但成铃数和衣分持续降低, 最终皮棉产量、霜前花率、霜前皮棉产量均呈降低趋势。与S1处理相比, S2、S3、S4和S5处理两年皮棉产量分别降低15.9%~16.9%、13.1%~16.9%、26.9%~33.5%和52.8%~62.0%, 霜前花率分别降低4.8~6.2、10.3~12.0、30.2~32.8和39.3~41.3个百分点, 霜前皮棉产量分别降低21.2%~ 25.6%、26.2%~27.8%、50.9%~57.6%、76.0%~79.4%。通径分析发现, 成铃数、铃重和衣分对皮棉产量的直接通径系数分别为1.068、0.314和0.092, 表明成铃数对皮棉产量的直接效应最大, 其次是铃重, 再次是衣分。

2.4 播期对麦(油)后直播棉纤维品质的影响

表3表明, 播期显著影响纤维品质。纤维长度以S3和S4处理较高而S1处理最低; 断裂比强度以S2、S3和S4处理较高; 马克隆值以S1处理较高; 整齐度指数2017年以S1较低, 其他处理间差异不显著, 2018年各处理间差异不显著。可见, 综合纤维品质以S3和S4处理较优。

图1 2017年和2018年不同播期麦(油)后的花铃期日均温、有效积温及日照时数

S1: 播期为5月15日; S2: 播期为5月25日; S3: 播期为6月4日; S4: 播期为6月14日; S5: 播期为6月24日。S1: seeding date of 15thMay; S2: seeding date of 25thMay; S3: seeding date of 4thJune; S4: seeding date of 14thJune; S5: seeding date of 24thJune.

表2 2017年和2018年播期对麦(油)后直播棉产量及其构成的影响

S1: 播期为5月15日; S2: 播期为5月25日; S3: 播期为6月4日; S4: 播期为6月14日; S5: 播期为6月24日。数据为3次重复的平均值±标准误, 数值后不同字母表示在0.05水平上差异显著。S1: seeding date of 15thMay; S2: seeding date of 25thMay; S3: seeding date of 4thJune; S4: seeding date of 14thJune; S5: seeding date of 24thJune. Values are means ± S.E. (= 3). Different letters in the same column are significantly different at< 0.05.

表3 2017年和2018年播期对麦(油)后直播棉霜前纤维品质的影响

2.5 播期对麦(油)后直播棉生物量累积与分配的影响

图2可见, 播期显著影响生物量的累积与分配, 随播期推迟, 棉株和生殖器官生物量均呈降低趋势, 其中S1、S2和S3处理棉株和生殖器官生物量分别在8月22日和9月10日后增长速率变缓, S4处理仍保持较高的增长速率。生物量经济系数总体随播期推迟呈降低趋势, 即随着播期推迟, 生物量向生殖器官的分配降低。8月3日前不同处理间差异幅度较大, 9月10日后不同播期处理间差异幅度减小。

图2 2018年播期对麦(油)后直播棉棉株生物量、生殖器官生物量和生物量经济系数的影响(2018)

2.6 播期对麦(油)后直播棉氮、磷、钾累积与分配的影响

图3可见, 播期显著影响氮、磷和钾累积量, 随播期推迟, 棉株和生殖器官氮、磷和钾累积量呈降低趋势。S1、S2、S3处理棉株氮、磷和钾累积量在8月22日后增速减缓甚至降低, S4与S5处理在9月10日后增速减缓; S1、S2和S3处理生殖器官氮、磷和钾累积量在9月10日后增速减缓甚至降低, S4和S5处理9月10日后增速仍较快。此外, 8月3日前氮、磷和钾养分经济系数随播期推迟显著降低, 即8月3日前, 氮、磷和钾向生殖器官的分配随播期推迟降幅较大; 10月9日氮和钾养分经济系数各处理间差异不显著; 磷养分经济系数以S1处理最高, S2、S3和S4处理次之, S5处理最低。

2.7 播期对麦(油)后直播棉氮、磷、钾吸收与养分利用效率的影响

表4可见, 随播期推迟, 100 kg皮棉氮、磷、钾吸收量逐渐增加, 其中S2和S3处理差异不显著。以2018年为例, 与S1处理相比, S2、S3、S4和S5处理100 kg皮棉氮吸收量分别增加10.5%、9.9%、19.5%、77.4%, 磷吸收量分别增加18.3%、13.8%、22.7%、72.1%, 钾吸收量分别增加5.1%、2.5%、16.5%、51.3%。可见, S4、S5处理的氮、磷、钾吸收量增幅较大。

随播期推迟, 养分利用效率逐渐降低, 其中S2和S3处理的氮和钾利用效率差异不显著。与S1处理相比, S2、S3、S4和S5处理的氮利用效率分别降低9.5%、8.9%、16.3%、43.7%, 磷利用效率分别降低14.4%、11.0%、17.4%、41.1%, 钾利用效率分别降低4.9%、2.5%、14.2%、33.9%。可见, S4、S5处理的养分利用效率大幅度降低。

3 讨论

3.1 播期影响麦(油)后直播棉产量、品质的形成

适宜播期有利于调节作物生长发育进程与季节良好同步实现高产稳产[3]。张国伟等[13]研究表明, 随播期推迟, 生育进程相对延迟, 生育期缩短但花铃期延长。本研究表明, 播期推迟苗期和蕾期历时缩短, 而花铃期历时延长, 且以花铃期历时变化较大。已有的研究指出, 开花结铃期的日均温、有效积温和最佳结铃期的日照时数是影响产量的主要气候因子[13,19]。本研究表明, 随播期推迟, 花铃期日均温降低、有效积温呈先增加再降低, 以6月4日播期的有效积温较高; 6月14日和6月24日播期日照时数大幅度降低。播期推迟导致的温光差异是花铃期历时差异大的原因, 且6月4日前播种开花结铃期温光较为充足。

本研究表明, 随播期推迟, 开花期推迟, 有效花铃期逐渐缩短, 这是成铃数随播期推迟而降低的重要原因。而产量构成因子对产量的通径分析也表明, 播期主要是通过影响成铃数而影响产量。此外, 播期推迟, 铃期历时延长, 有利于铃壳营养物质向棉籽的运转, 这可能是播期推迟造成铃重增加的原因[20], 而播期过分推迟(6月4日后)造成的铃期日均温降低影响棉籽中物质向纤维的转运, 是造成衣分降低的原因[21]。理论皮棉和霜前皮棉产量以5月15日播期最高, 其次为5月25日和6月4日播期, 6月14播期理论皮棉产量较高, 但霜前皮棉产量较低; 6月24日播期理论皮棉与霜前皮棉产量均较低。播期不同导致棉铃发育期间的温光差异是影响纤维发育及纤维品质的主要环境因子[4,22]。陈冠文等[23]认为温度与光照在促进棉铃发育中不仅有同等作用, 且有互补作用。本研究中, 6月4日和6月14日播期处理的棉花花铃期日均温低于5月15日和5月25日播期处理, 但花铃期有效积温较高, 尤其6月4日播期, 有效积温高于5月15日和5月25日播期, 即适当晚播提高了花铃期的有效积温[24]。此外, 6月4日播期日照时数与5月15日和5月25日播期差异较小, 最终6月4日和6月14日播期棉花纤维长度、比强度和伸长率均较高。高云光等[25]研究发现, 在一定范围之内, 花铃期有效积温越高越有利于纤维长度的形成, 在棉铃正常发育的温度范围内, 日平均温度越低越有利于高比强纤维的生成。本研究中, 5月15日播期花铃期有效积温低而日均温高, 此外, 早播条件下铃期长, 在花铃期降雨较多时易造成烂铃, 均不利于纤维品质提高[26]。而一定程度的晚播与弱光有利于优质棉纤维品质的形成[22], 是6月4日和6月14日播期纤维品质较优的原因, 而较低的日均温和弱光(6月24日)也不利于纤维长度和比强度的形成。

图3 2018年播期对麦(油)后直播棉棉株和生殖器官氮、磷、钾累积及其经济系数的影响

表4 2017年和2018年播期对麦(油)后直播棉氮磷钾吸收与养分利用效率的影响

长江流域棉区小麦收获后6月10日左右, 小麦后播种, 在栽培层面上, 宜促棉苗早发、适度增密减肥、并进一步结合化控优化冠层, 促进集中现蕾、集中成铃和集中吐絮, 实现高产优质[27-28]。

3.2 播期影响生物量累积、养分吸收和利用

播期推迟, 有效生育期缩短, 影响棉株生物量和养分累积[14]。本研究中, 播期推迟, 植株和生殖器官生物量降低; 8月22日之后, 5月15日、5月25日和6月4日播期的棉株生物量增长速率减缓, 而6月14日播期棉株仍保持相对较高的增长速率, 6月24日播期增长速率加快, 表明6月14日和6月24日播期棉株营养体建成和棉铃发育相对较迟, 与其霜前花率较低的结果一致。也与前人[5,29]研究结果一致。棉株和生殖器官氮、磷、钾累积量均随播期推迟降低, 最终每生产100 kg皮棉所需吸收的养分量随播期推迟而增加, 养分利用效率随播推迟而降低, 但6月4日与5月25日播期100 kg皮棉所需吸收的养分量及养分利用效率差异不显著。

综合分析各播期下棉花生长期的气候因子、皮棉产量、霜前花率、纤维品质、养分吸收和利用效率, 5月15日—6月4日为长江流域棉区麦(油)后直播棉生产的适宜播期, 且在此播期范围内, 适当迟播有利于优质纤维形成。

致谢感谢江苏省现代作物生产协同创新中心对本研究的支持！

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Effects of sowing dates on lint yield, fiber quality, and use of nitrogen, phosphorus and potassium in cotton field-seeded after barley or oilseed rape harvest in Yangtze River Valley, China*

YANG Changqin, ZHANG Guowei, LIU Ruixian**, WANG Xiaojing, NI Wanchao

(Institute of Industrial Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Cotton and Rape in Yangtze River Downstream of Ministry of Agriculture, Nanjing 210014, China)

This study aimed to evaluate the effects of sowing date on lint yield, quality, as well as nutrient uptake and use of cotton field-seeded after barley or oilseed rape harvest in the downstream Yangtze River Valley. Sowing dates were randomly assigned (15-May, 25-May, 4-June, 14-June, and 24-June), using short-season cotton (CCRI 50) in fields in Nanjing, Jiangsu Province of China, between 2017 and 2018. The results showed that: with delayed sowing date, the growing process slowed, thedaily mean temperature and sunshine hours were lower during the flowering and bolling stages, and the effective accumulated temperature increased until it reached a peak on the sowing date of 4-June. These trends suggested that temperature and sunshine were both higher before the sowing date of 4-June. The biomass and nitrogen, phosphorus and potassium accumulation of cotton plants and reproductive organs decreased with sowing date delay. The accumulation rate in biomass and nutrient peaked even earlier, on the sowing date of 15-May, 25-May, and 4-June than on sowing date of 14-June and 24-June.As the sowing date was delayed, boll number and lint yield both decreased. Compared with the 15-May sowing date, the lint yields decreased by 13.1%-16.9% for sowing dates of 25-May and 4-June, and by 26.9%-33.5% and 58.2%-62.0% for sowing dates of 14-June and 24-June, respectively. Nutrient uptake of nitrogen, phosphorus, and potassium for 100 kg lint yield increased with sowing date delay, while the nutrient use efficiency decreased. The fiber quality was better for sowing dates of 4-June and 14-June than for other sowing dates. In summary, sowing from 15-May to 4-June is suitable to achieve high yield in short-season cotton field-seeded after barley or oilseed rape harvest in the downstream Yangtze River Valley. Sowing later during this period would, on the other hand, lead to high fiber quality.

Field-seeded cotton after barley or oilseed rape harvest; Sowing date; Lint yield; Fiber quality; Nutrient utilization

S562

* 国家重点研发计划项目(2017YFD0201900)、农业部长江下游棉花与油菜重点实验室开放课题(2017-CR01)和江苏省农业科技自主创新资金[CX(18)3046]资助

刘瑞显, 主要从事作物生理生态学研究。E-mail: liuruixian2008@163.com

杨长琴, 主要从事棉花栽培生理研究。E-mail: ychq2003@qq.com

2019-07-16

2019-09-18

* This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0201900), the Fund of Key Laboratory of Cotton and Rape in Yangtze River Downstream of Ministry of Agriculture (2017-CR01) and the Agricultural Science and Technology Innovation Foundation of Jiangsu Province [CX(18)3046].

, E-mail: liuruixian2008@163.com

Jul. 16, 2019;

Sep. 18, 2019

10.13930/j.cnki.cjea.190534

杨长琴, 张国伟, 刘瑞显, 王晓婧, 倪万潮. 播期对麦(油)后直播棉产量、品质及氮磷钾利用的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(1): 42-49

YANG C Q, ZHANG G W, LIU R X, WANG X J, NI W C. Effects of sowing dates on lint yield, fiber quality, and use of nitrogen, phosphorus and potassium in cotton field-seeded after barley or oilseed rape harvest in Yangtze River Valley, China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(1): 42-49