哈密地区棉花品种生长发育特征及产量构成差异研究

2020-05-05马腾飞古力努尔艾哈塔尔张鹏忠帕尔哈提买买提娄善伟

西南农业学报 2020年3期

李杰，马腾飞，郭蕾，古力努尔·艾哈塔尔，郭峰，张鹏忠，帕尔哈提·买买提，娄善伟

(国家棉花工程技术研究中心，新疆乌鲁木齐 830091)

【研究的意义】机采棉是通过使用机械采棉设备取代人工采摘棉花的农业生产方式，是新疆棉区促进农业现代化、应对国际市场挑战的必由之路[1]。机械采收棉花能减轻劳动强度和降低植棉成本，有效提高植棉经济效益[2]。机采模式下更注重棉花品种的品质、丰产性、抗逆性、适应性、抗病虫害等指标[3]。随着机采棉模式的推广，生产上对棉花种植品种的产量、纤维品质等的要求越来越高[4]。哈密地区是新疆重要的植棉区，该区地处新疆东部，属典型的大陆干旱气候。气候干燥、日照充足、雨量稀少，适合棉花的生长要求，该区棉田集中、种植规模大，为优质商品棉的生产创造了得天独厚的自然条件[5-6]。但是近年来，随着环境及生产条件的不断变化，使得一些棉花品种适应性发生较大变化，在这种背景下，以往种植于哈密棉区的棉花品种发生了很大的变化，品种出现多、乱、杂，品质下降，抗病性差，产量低等，特别是机采和多道清理加工后，棉纤维变短，短绒和棉结含量明显增加，皮棉外在品质下降，达不到手采棉标准，降低了机采棉的竞争力等[7-8]。【前人研究进展】前人研究发现机械采收总体上要求棉花品种具有第一果枝节位较高、株型较紧凑、早熟性好、开花结铃吐絮集中、含絮适中、对脱叶剂敏感且落叶干净等特点，同时对品种的纤维品质性状也提出了更高的要求[9-10]。【本研究切入点】因此，鉴于哈密地区特殊的生态条件，筛选出适合该区机采模式下多纤维类型的丰产、优质、多抗、吐絮集中、含絮较好、适于机械采收的陆地棉品种，是哈密地区棉花今后发展的必然选择[11]。对全面提高哈密棉区棉花纤维品质状况，引导哈密棉区棉花健康生产具有十分重要的意义。【拟解决的关键问题】本文以9个棉花品种为试验材料进行大田试验，分析不同品种的农艺性状、干物质变化动态、叶面积指数、品质和产量及产量构成因子，为哈密棉区推广机采棉品种提供科学参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017-2018年在新疆哈密市大泉湾乡大泉湾村进行，地理位置42°73′N93°90′E，属典型的温带大陆性气候。年平均气温15.3 ℃，平均日照时间3500 h，年平均降水量32.7 mm，无霜期200 d左右。土壤质地为砂壤土，0～60 cm土层土壤有机质含量23.13 mg/kg，全氮0.74 g/kg、碱解氮56.32 mg/kg、速效磷32.2 mg/kg、速效钾181.4 mg/kg。

1.2 试验材料与设计

供试棉花品种为神牛2号，神牛5号，邯丰668，民丰9号，民丰14号，鑫牛6号，新陆中46号，新陆中66号，新陆中55号共9个品种。试验按随机区组设计，3次重复，采用一膜6行种植，行距配置(10+66+10+66+10)cm，株距10 cm，小区面积54 m2，采用膜下滴灌干播湿出技术，分别于2017年4月21日和2018年4月23日进行膜上点播，于2017年4月23日和2018年4月24滴出苗水。各处理施用氮肥420 kg/hm2，其中35 %作为基肥、65 %于生育期随水滴施；磷肥(P2O5)140 kg/hm2和钾肥(K2O)70 kg/hm2，作为基肥一次施入。其它灌水和其他管理措施按照当地大田棉花高产栽培模式进行。

1.3 测定项目及方法

生育期调查：记录棉花播种、出苗及各生育期的开始与结束日期。

农艺性状：吐絮期在各处理选择代表性棉株10株，测定区密度、株高、第一果节位、始节高度，叶数、单株果枝数等。

干物质：于机采棉播种后42 d开始每12 d取一次样，各处理选代表性棉株5株，从棉株子叶节部位剪开，按叶、茎、蕾、铃等不同器官分开，在105 ℃杀青30 min 后，80 ℃烘干至质量恒定，测定其干物质质量。

叶面积指数：在棉花生育期各阶段于各小区选取生长状况良好、长势基本一致的棉花各5株，用LI-300C(LI-COR Inc, Lincoln, NE, USA)叶面积仪测定植株叶面积，取其平均值，计算叶面积指数(LAI)。

产量：根据棉花吐絮情况分3次进行采摘并记录收获株数、单株铃数、单铃重，实测每个测坑的棉花产量作为最终的产量数据，并化为每公顷产量。

纤维品质的测定：利用HVI900大容量纤维测试仪测定马克隆值、纤维长度、断裂比强度、回潮度等。

1.4 数据处理

本文用Microsoft Excel 2007 对数据计算和归一化处理，用SPSS 16.0 进行方差分析、LSD 法做多重比较析，OriginPro8.5 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同品种棉花生育进程

从表1可知，两试验年度各供试品种生育期在129～136 d，其中新陆中55号处理生育期最短，为129 和130 d，神牛2号生育期最长，为135和136 d。各品种播种到出苗所需要的天数保持在 15～17 d，出苗到开花所需天数在63～70 d，鑫牛6号最长，为68和70 d，邯丰668和新陆中55号最短。开花到吐絮所需要的天数两年度各品种在62～69 d之间，神牛2号最长，鑫牛6号最短，同一品种两试验年生育期没有显著差异。

2.2 不同品种棉花农艺形状的变化特征

从表2可知，各品种农艺形状年度间没有显著差异，变化规律一致。两试验年度各品种株高介于73.7～94.5 cm之间，邯丰668最低，为73.7 和75.2 cm，除新陆中55外显著低于其他品种，2017年民丰14号最高，为94.0 cm，神牛2号次之，且二者之间没有显著差异；2018年神牛2号最高达94.5 cm，民丰14号次之，且无显著差异。第一果节位两年度邯丰668最低，为5.27 和5.14 cm，新陆中55次之，为5.43 和 5.35 cm，二者没有显著差异，显著低于其他品种，新陆中46号最高，各品种第一果节位在5.14～6.80 cm之间。始节高度两试验年新陆中55最高(24.23和23.98 cm)，邯丰668次之，为23.4 和23.65 cm，显著高于其他品种，民丰9号最低，且与神牛2号、神牛5号、民丰14号、鑫牛6号之间没有显著差异。果枝台数方面两试验年邯丰668最多，为9.67和10.21，新陆中55次之，二者显著高于其他品种处理，各品种果枝台数介于7.33～10.21之间。

表1 不同品种棉花生育进程Table 1 Growth process of various tested varieties

2.3 不同品种棉花地上部分干物质累积量的变化

干物质的积累量取决于群体光合强度、光合速率、光合产物的消耗及环境因子等多项因素，是产量形成的物质基础。从图1可知，两试验年不同品种棉花地上部单株累积干物质随着生育进程的推进呈现出“慢—快—慢”的S型变化，表现为先增加后降低的趋势。各品种播种后40～70 d单株干物质累积量变化较小，70～100 d迅速增加，100 d之后趋于平缓，干物质累积量基本不再增加，各品种单株干物质累积量分别为邯丰668>新陆中55>新陆中66号>新陆中46号>民丰9号>神牛5号>民丰14号>神牛2号>鑫牛6号。

对9个品种棉花单株干物质积累动态进行拟合后的结果表明：两试验年单株干物质累积量(y)与播种后的天数(x)增长过程符合Logistics生长模型Y=a/[1+b×exp(-k×x)]，拟合方程的相关系数均达到显著水平(表3)，其决定系数R2>0.993。各品种最大单株干物质质量介于118.5～167.7 g，干物质最大增长速率分别为2.28～3.14，两试验年邯丰668增长速率最快，分别为3.14和3.03，新陆中55次之，鑫牛6号最慢。两试验年各品种干物质最大增长速率出现天数介于84.7～87 和78.1～81.4 d。

表2 不同品种棉花农艺形状的变化特征Table 2 Agronomic characters of different cotton varieties

图1 不同品种棉花地上部分干物质累积量变化Fig.1 Accumulation and change of dry matter on the upper part of different cotton varieties

表3 不同品种地上部干物质积累动态的Logistics回归方程Table 3 Logistic parameter of dry matter in different cotton varieties

2.4 不同品种棉花叶面积指数变化

从图2可知，从现蕾期到铃期，不同棉花品种LAI随枝叶数量的增而增加，在花期迅速增加，至铃期到达最大，两试验年分别为4.04～4.89和3.79～4.75。进入盛期后，棉花叶片的光合作用下降，养分被转移至棉铃中，故导致棉叶逐渐枯黄掉落，使得LAI 在吐絮后迅速降低，至吐絮期各品种降至2.71～3.29、2.63～3.04，且各品种叶面积指数相差较小，整个动态变化过程呈现出一个单峰曲线变化趋势。9个品种处理现蕾期LAI差异较小，初花至盛铃差异显著，其中邯丰668最大，鑫牛6号最小。各品种LAI表现为邯丰668>新陆中55>新陆中66号>新陆中46号>民丰9号>神牛5号>民丰14号>神牛2号>牛6号。

图2 不同品种棉花叶面积指数变化特征Fig.2 Variation characteristics of leaf area index in different cotton varieties

2.5 不同品种棉花品质性状特征

从表4可知，各品种马克隆值介于3.13～5.30之间，民丰9号和鑫牛6号显著高于其他品种。根据《棉花细绒棉》国家标准把马克隆值分为三级五档，处于A级3.7～4.2之间的有邯丰668和新陆中55号，分别为4.03和4.20；处于B1级3.5～3.6的有新陆中46号和新陆中66号，分别为3.57和3.6；处于B2级4.3～4.9的为神牛5号其值为4.43，处于C1级和C2级的为神牛2号、民丰9号和民丰14号、鑫牛6号。各品种纤维长度范围介于26.73～30.57 mm之间，新陆中55最长，邯丰668次之，显著高于其他品种，较最短的民丰14号长14.37 %和11.75 %，纤维长度达到标准级的品种为邯丰668、新陆中46号、新陆中66号和新陆中55。断裂比强度邯丰668最大，为31.33 cN/tex，处于很强档；新陆中5次之(30.89 cN/tex)，鑫牛6号最小为27.43 cN/tex，各品种处于强档的有新陆中46号、16号和新陆中55，其他处于中等档。回潮率各品种介于3.53 %～5.03 %。

2.6 不同品种棉花产量及产量构成因子

表5表示，两试验年不同品种棉花产量及产量构成因子，各处理收获株数、单株铃数、铃重、实收籽棉产量年际间差异不显著，变化规律一致。两试验年各品种收获株数在10 618～13 931、11 148～13 643株，民丰9号最少，显著低于除鑫牛6号外的其他品种；新陆中55最高，邯丰668次之，显著高于其他品种，分别较民丰9号高31 %和22 %左右。单株铃数两试验年邯丰668最多，分别为9.6和9.2，显著高于其他品种，分别较神牛2号、神牛5号、民丰9号、民丰14号、鑫牛6号、新陆中46号、新陆中66号和新陆中55多28 %、16 %、32 %、23 %、43 %、16 %、18 % 和5 %。各品种铃重介于4.8～5.9 g之间；实收籽棉产量两年度邯丰668最高，分别为548.0、538.7 kg/667m2，新陆中55次之，为538.2和526.3 kg/667m2，显著高于其他品种，鑫牛6号最低，仅为385.3和392.5385.3 kg/667m2，各品种实收籽棉产量差异显著。

表4 不同品种棉花相关品质指标Table 4 Quality indicators of different cotton varieties

表5 不同品种棉花产量及产量构成因子Table 5 Yield and yield components of different cotton varieties

3 讨论

棉花由人工采摘到机械收获，是棉花种植方式上的一大变革，必须实现品种农机农艺的有机融合[12-13]。机采棉品种是决定后续生产各环节和最终皮棉品质的核心因素，优良的机采品种可使机采棉发展事半功倍[14]。机械采棉很大程度上推动了农业的发展，近年来由于人工拾棉成本的不断上升，使得棉花收益利润越来越低，随着棉花加工设备的不断更新完善，机采棉的面积不断扩大，但是采棉的干净程度远不如人工采棉，棉花采净率的高低直接影响到棉花单产和效益[15-16]。因此选择适宜当地生长推广的机采棉品种是十分重要的，是向大田推广的重要步骤，有利于明确品种的适应性以及避免农户不必要的损失。前人研究发现适宜机采的棉花品种应具备良好的株叶形态(Ⅰ～Ⅱ果枝、株高、果枝节间长度、枯叶挂枝等)、株高70～80 cm、始节距地面高度20 cm以上、收获株数在 1.2～1.4 万株/667m2、单株结铃 8个以上[17]。对9个品种生育期、农艺形状、干物质累积变化、叶面积指数、纤维品质和产量及构成因子等研究表明，各品种生育期在129～136 d，株高在70～80 cm之间的品种为邯丰668和新陆中55，始节高度大于20 cm的为邯丰668、鑫牛6号、中棉9、16号和新陆中55号，收获株数在1.2～1.4 万株/667m2之间的品种为神牛5号、邯丰668和新陆中55号。干物质是作物光合作用产物的最终形态，其积累与合理分配及运转是提高作物产量的关键，本研究表明各处理最大单株干物质质量介于118.5～167.7 g，干物质最大增长速率分别为2.28～3.14，增长速率最快为邯丰668，其次为新陆中55。各品种处理生育期叶面积指数呈二次抛物线动态变化，在铃期到达峰值，为4.04～4.89。

品种是影响棉花质量的内在关键因素，不同棉花品种其内在纤维品质有较大区别。棉花纤维品质一直是品种创新、种植、生产、纺织工艺、营销市场的主要指标，尤其是棉纺工艺改革促进棉花育种中心任务由丰产转向品质。前人研究表明机采棉要求纤维长度应在30 mm左右，比强度30 cN/tex左右，回潮率小于8.5 %[18]。本研究各品种处理马克隆值介于3.13～5.30之间，达到A级的有邯丰668和新陆中55号，分别为4.03和4.20；纤维长度应在30 mm左右的有邯丰668和新陆中55号，满足机采棉品种的要求；断裂比强度满足机采棉要求的有邯丰668、中棉9、16号和新陆中55；各品种处理回潮率介于3.53 %～5.03 %，均小于8.5 %。就产量及产量构成因子而言，单株铃数超过8个的为神牛5号、邯丰668、中棉9、16号和新陆中55，各处理铃重为4.8～5.9 g；实收籽棉最高为548.0 kg/667m2，其次为538.2 kg/667m2，分别邯丰668新陆中55号，二者显著高于其他品种。