不同行距配置对南疆机采棉生长发育及产量的影响

辛明华，李小飞，韩迎春，王占彪，冯璐，王国平，杨北方，范正义，李鹏程，万素梅，李亚兵*

（1.中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室，河南安阳455000；2.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔843300）

南疆植棉区是新疆棉花的主产区，也是全国最重要的优质棉生产基地[1-2]。 近年来，由于人工采摘棉花面临着生产成本过高、 劳动力短缺等问题，棉花机械化采收得到快速发展。而南疆机采棉种植行距配置一般为（66 cm＋10 cm）模式，该模式由于行距较小，密度较大，导致棉花含杂高，加工清理工序相对较多， 对棉花的纤维品质均造成一定损伤，并且导致短纤维指数升高，严重影响了机采棉的原棉品质和品级[3-4]。因此，扩大机采棉种植行距，降低棉花种植密度， 可能可以部分解决机采棉品质问题。 研究表明，行距变化对棉花产量分布与干物质累积有较大影响，随行距增加，机采棉生育进程提前，群体干物质积累量较高，增产显著[5]。 行距配置对棉花群体光合作用具有明显影响，李建峰等[6]研究表明，棉花生育前期，叶面积指数和光吸收率增长迅速，干物质积累较快，棉花生育后期二者下降缓慢，能维持较高水平，冠层光热资源分布合理，群体光合生产能力较高。罗宏海等[7]研究发现，不同配置群体棉花茎叶的空间分布决定光合有效辐射（PAR）的分布，PAR 在不同群体内透射率存在显著差异，且随密度增加而减少。 此外，Siebert 等[8]、Jost等[9]从不同角度对棉花行距配置进行了研究，但由于所用品种、种植密度和试验区域的不同，结论也不尽相同。 因此，拟通过研究机采棉不同行距配置模式对棉花生育进程、干物质积累、光截获以及产量的影响，以期为南疆机采棉的发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019 年在中化集团MAP 示范农场（沙雅县红旗镇依勒尕尔村，41°46'N,82°84'E， 海拔986 m）进行。该试验点属暖温带大陆性干旱气候区，常年平均日照时间3 028 h，年平均气温10.7 ℃，常年平均降水量47.3 mm， 年平均蒸发量2 001.2 mm，平均无霜期为183 d（数据由2008―2018 年连续11 年沙雅县气象资料统计所得）。试验地土壤为砂壤土，0～20 cm 耕层土壤基础养分含量：有机质12.32 g·kg－1、全氮1.36 g·kg－1、有效磷28.83 mg·kg－1、速效钾147.61 mg·kg－1。

1.2 试验设计

试验设置2 个机采种植模式，一膜六行行距配置为宽窄行（10＋66＋10＋66＋10＋66） cm，株距10.4 cm,理论密度25.2 万株·hm－2； 一膜三行行距配置为等行距（76＋76＋76）cm，株距7.2 cm，理论密度18.3 万株·hm－2。 小区面积91.2 m2，行长8 m，膜宽2.05 m，重复3 次。采用完全随机区组排列。供试棉花品种为冀棉668， 播种时间为4 月16 日，4月17 日滴出苗水，7 月3 日进行第一次人工打顶，且均采用一膜三管滴水方式，其他田间管理同当地高产田。

1.3 测定项目与试验记录

1.3.1农艺性状。棉花出苗开始到吐絮结束记录不同发育阶段的时间。 在吐絮期，每个小区在中间行选25 株，边行选25 株长势一致的样点定点调查植株的农艺性状，并在每个小区中间4 行选择具有代表性的2 株棉花，按根、茎、叶、花、铃、絮5 个器官进行植株分解， 并测定鲜物质质量， 采用扫描仪（Phantom 9800xl；MICROTEK，Shanghai，China） 和图像处理分析软件Image-Pro Plus 7.0（Media Cyber netics，Rockville,MD,USA）获取叶面积，计算叶面积指数（LAI）；将分解后的鲜样于105 ℃杀青30 min，再于80 ℃恒温烘干至质量恒定，称量干物质质量。

1.3.2叶片SPAD 值。分别在播种后48 d、63 d、72 d、86 d、94 d、121 d，选择长势均匀的20 株棉花，用SPAD-502 型叶绿素计测定棉花倒四叶的SPAD值，连续测4 次，求平均值。

1.3.3光截获率。采用空间网格法取样，用100 cm光量子计Lincoln （LI-191SA,LI-COR,Lincoln,NE,USA）和数据记录器（LI-1400,LI-COR,Lincoln,NE,USA）于每小区长势均一的2 行棉花中间，纵向和横向每隔20 cm 测定，每层5 个传感器，分布在地上20 cm 到120 cm 冠层垂直剖面上。 光测量数据采用Kriging 法和Surfer 13 （Golden Software Inc,USA）进行插值计算，具体参考支晓宇等[10]的测定方法，获取冠层光能截获率。

1.3.4测产。收获期在各小区实收测产，统计收获铃数，并均匀选取150 铃测铃重、籽棉质量，用皮辊轧花机（SY-20）轧花后称皮棉质量，计算衣分。

1.4 数据统计

用Microsoft Excel 2013 进行数据整理，用SPSS 19.0 进行显著性分析， 用Stata 14 和Surfer 13 进行光截获数据整理。

2 结果与分析

2.1 行距配置对棉花生育进程的影响

行距变化对棉花生育进程影响较大，在同时滴出苗水的情况下， 等行距种植模式的出苗时间13 d，晚于宽窄行种植模式1 d；三叶期，等行距种植模式晚于宽窄行模式2 d；现蕾期，等行距模式晚于宽窄行模式3 d；至开花期，2 种模式仅相差1 d，之后等行距种植模式的发育进程早于宽窄行模式，吐絮期提早3 d。 在出苗期至开花期均表现等行距模式晚于宽窄行模式，这可能是由于宽窄行模式双行效应导致地温升高，提早了生育进程；盛花期及其以后，棉株开始由营养生长向生殖生长转变，等行距模式较宽窄行模式更利于光、温、水、肥等资源利用，使其生育进程加快。

表1 不同行距配置下棉花生育进程变化

2.2 行距配置对棉花冠层结构的影响

2.2.1行距配置对棉花农艺性状的影响。从表2 可以看出，等行距模式除始果枝节位高于宽窄行模式0.1 节，表现为差异不显著外，株高、茎粗、始果枝节位高度、单株果枝数以及单株结铃数分别比宽窄行模式多了7.8 cm、0.14 cm、4.1 cm、1.1 个、1.2 个，均表现为显著性差异。 这说明，同等田间管理条件下，等行距模式棉花的生长发育能力要强于宽窄行模式。

表2 不同行距配置下棉花植株形态特征

2.2.2行距配置对棉花叶面积指数的影响。叶片是冠层的主要组成部分，LAI 是反映冠层结构性能的重要指标。 图1 表明，行距配置对棉株叶面积指数有影响，在2 种种植模式下均随生育期的推进呈现先升后降的趋势。等行距模式叶面积指数在前期虽低于宽窄行模式， 但在生育后期上升幅度较大，于播种后86 d 达到峰值，此时2 种模式差距最小，等行距模式叶面积指数（5.0）较宽窄行模式叶面积指数（4.8）高4.17%。 说明宽窄行模式下的群体较大，随着生育期推进冠层环境受到破坏，致使下部叶片提前衰老；等行距模式下前期生长发育较慢，叶片LAI 增长缓慢，光合能力较小，但后期，特别是至播种后94 d，叶面积指数保持在较高水平，利于增加光合产物。 由此可见，等行距种植模式能使棉花获得较适叶面积指数。

图1 不同行距配置下叶面积指数变化

2.3 行距配置对棉花光合特性的影响

2.3.1叶片SPAD 值的变化。如图2 所示， 叶片SPAD 值随生育期推进表现出先升后降的变化趋势，且于播种后86 d 达到峰值。 播种后48～72 d，等行距模式下的叶片SPAD 值（48.9～57.5）低于宽窄行模式下的SPAD 值（49.9～58.8），其平均降幅达到10.6%。 播种后86～121 d， 等行距模式下的叶片SPAD 值 （58.8～51.9） 明显高于宽窄行模式下的SPAD 值（57.5～53.3），其平均增幅达到17.8%。 这说明前期宽窄行模式下棉株生长发育更好， 棉花SPAD 值高， 但生育后期由于群体叶片早衰，SPAD值下降较快。

图2 不同行距配置下叶片SPAD 变化

2.3.2冠层光截获率（PAR）变化。对播种后时间和冠层光截获率的变化关系进行线性拟合，2 种模式下的拟合度分别为0.872 2、0.867 3。 由图3 可以看出，播种72 d 之前，宽窄行模式下的群体PAR 大于等行距模式，播种86 d 之后，则小于等行距模式。 生育前期2 种行距配置下的群体PAR 差异不大，随生育时期推进，等行距模式的群体优势逐渐展现，致使冠层PAR 迅速扩大， 表现出较强的群体光能截获率， 于播种后94 d， 等行距模式PAR 达到最大值0.74。 生育后期宽窄行模式下PAR 下降迅速，121 d时的PAR 仅为0.46。

图3 不同行距配置下冠层光截获率变化

2.4 行距配置对机采棉光合物质积累、产量和产量构成的影响

2.4.1行距配置对机采棉光合物质积累的影响。通过对不同行距处理下棉花主要生育时期的光合物质量进行Logistic 曲线拟合，拟合方程为：

式（1）中：y是出苗后xd 时棉花干物质积累量，K值代表生物量的理论最大值，x为棉花出苗后时间，a、b 是2 个待定系数。 对式（1）求二阶导数，可得生物量的快速累积期的起始时间（t1）和终止时间（t2），计算公式同式（2）、（3）。将式（2）、（3）分别代入式（1）即得t1、t2时生物量W1和W2。 由t1、t2可得生物量最大速率累积持续时间tm（t2－t1），进一步可得到快速增长期内生物量的最大增长速率Vmax。 由表3 可知，R2≥0.92，均达到极显著水平。 等行距模式的生物量大于宽窄行模式的生物量，对拟合公式进行求导，可计算出不同行距配置下棉花最快生长时间段的起始时间（t1）、终止时间（t2）、最大速率累积持续期及最大增长速率（表3）。 等行距模式下棉花生物量快速累积期起始时间（t1）、终止时间（t2）均晚于宽窄行模式，生物量的最大增长速率（Vmax）也高于宽窄行模式，且等行距模式的生物量最大速率累积持续时间（tm） 比宽窄行模式下的生物量最大速率累积持续时间多3 d，整体表现为快速累积时间长、累积速率高的规律。

2.4.2行距配置对机采棉产量性状的影响。由表4可知，行距配置显著影响了总成铃数、铃重、籽棉和皮棉产量，对衣分影响较小。宽窄行模式下的总成铃数较等行距模式增加30.7 万个·hm－2， 但等行距模式下的铃重、 籽棉和皮棉产量较宽窄行种植模式下分别提高6.0%、8.5%、7.3%。

表3 棉株生物量积累的Logistic 模型

表4 行距配置下产量和产量构成因素的变化

3 讨论与结论

等行距机采植棉模式是南疆植棉区重要的简化植棉方式，此模式可以使棉花冠层结构合理，减少株间竞争，增强光合作用，有利于干物质积累和产量提高[11-13]。关于此模式对棉花生长发育和田间栽培管理方面的影响已有不少报道，而关于冀棉668 在南疆沙雅植棉区适宜的机采种植模式少有报道。 马锦颖等[14]对棉花不同种植模式的研究表明，等行距种植模式的株高、始果枝节位高度、单株果枝数和单株成铃数比宽窄行种植模式多2.7 cm、2.3 cm、0.5 个和0.4 个，籽棉产量比宽窄行模式多55.5 kg·hm-2。王彦[15]在哈密垦区通过等行距和宽窄行种植方式比较分析得出，等行距模式较宽窄行模式下单株果枝数增加2.9 个，单株结铃数增加2 个，铃重提高0.7 g，产量提高7.8%。 另外，王聪[16]研究认为，等行距模式下棉花群体具有更高的有效光辐射截获率和叶面积指数，且持续时间长、光合面积大，漏光损失小，保证了较高的群体光合效率。由此可见，行距配置会使棉花自身形态特征和所处的局部环境发生变化，并最终影响群体光合物质生产和最终产量的提高。 本研究结果表明，等行距种植模式下棉花生育期缩短3 d，株高和茎粗分别增加7.8 cm、0.14 cm， 单株果枝和单株结铃分别多1.1 个、1.2 个， 株高和始果枝节位高度较适宜，更利于后期机采；且等行距模式促进了干物质的积累， 可使籽棉和皮棉产量提高8.5%、7.3%。 这可能与等行距稀植模式下棉花充分利用地力和光能，减少种群间资源竞争，为棉株生长提供充足的叶面积，使得棉花生长光合作用增强，积累干物质比较合理有关。同时，等行距种植模式更利于通风透光，降低人工管理成本，提高棉田机采质量，有利于实现棉花生产“低成本和高效益”的目标。因此，通过研究冀棉668 在南疆沙雅植棉区的不同行距配置，认为等行距种植模式更适合该地区机采棉种植，有利于产量提高， 可为进一步促进当地棉花高水平种植与管理提供参考。