不同毛管间距与株距配置对棉花冠层结构及产量的影响

张玮涛, 杨 培, 段松江，窦巧巧，陈秀玲，张巨松

(新疆农业大学农学院/教育部棉花工程研究中心，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】棉花是我国新疆最重要的经济作物[1]，新疆属于典型的内陆干旱区，光热资源丰富，具有发展棉花的资源优势，是我国最重要的优质高产棉区[2-3]，目前膜下滴灌技术已在新疆大面积使用，可有效保持土壤水分，根据棉花对水分需求确定合理的毛管间距，构建膜下滴灌精确灌溉模式，提高棉花产量[4]。研究不同毛管配置条件下棉花的合理栽培密度，对于改善棉花群体结构[5]，调节个体与群体之间的矛盾[6]，提高产量具有重要意义。【前人研究进展】冠层结构特性及群体光分布的变化与栽培措施等关系密切[7]，采用合理栽培手段，调节冠层光分布，增加作物光截获量，对产量增加有重要作用[8]。不同灌溉模式对棉花冠层结构的影响不同，适宜灌溉条件下，棉花叶片平均叶簇倾角小，对光的截获率高，产量高[9]。种植密度是用于调节作物群体质量和提高产量的重要手段[10]。【本研究切入点】不同株距、毛管间距配置对于棉花生长发育和产量有着不确定性影响。研究毛管间距与种植密度互作对棉花冠层结构及产量的影响。【拟解决的关键问题】研究76 cm等行距1膜3行机采棉不同株距、毛管间距配置模式，为机采棉配套栽培技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年在新疆农业大学棉花高产栽培课题组北疆试验基地玛纳斯县六户地镇 (44°39′N、86°08′E, 海拔367 m)进行。该区位于古尔班通古特沙漠南缘, 属于典型温带大陆性干旱气候, 多年平均降水量109.6 mm(>10 mm有效降水量稀少), 蒸发量1 967 mm, 日照时数2 721 h，年均气温8.2℃，≥10℃年积温3 720℃, 无霜期171 d。试验地前茬棉花, 土质为黏质壤土, 地下水位埋深10 m以下, 田间持水率质量分别为27.6%，选用新疆农业科学院培育推广的机采棉主栽品种新陆早61号。表1

表1 六户地镇2018年土壤概况Table 1 Soil data of Liujiadi Town in 2018

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用膜下滴灌技术，1膜3行76 cm等行距机采棉种植模式，滴头间距25 cm，滴头设计流量2.1 L/h。采用裂区试验设计，主区为毛管配置，即北疆常用2种毛管配置方式I3(1膜3行3管)、I2(1膜3行2管)；副区为密度处理，在行距一定的情况下，设置3个株距配置，D6(6 cm、22.1×104株/hm2)、D8(8 cm、16.5×104株/hm2)、D10(10 cm、13.3×104株/hm2)。每个小区长10 m，宽6.78 m，小区面积67.8 m2，重复3次，共18个小区，试验地总面积为1 220.4 m2, 灌溉定额均为4 500 m2/hm2。于4月15日施基肥(其中尿素600 kg/hm2，颗粒状过磷酸钙300 kg/hm2，农用颗粒钾肥150 kg/hm2，一次性施入)，6月25日起实行“1水1肥”处理方式，即各处理每次滴灌滴入300 kg/hm2的尿素，共施肥6次。于5月10日播种，5月15日出苗，7月10日打顶，其他田间管理均按生产上高产田进行。

全生育期灌水8次，总灌溉量4 500 m2/hm2。灌溉时间与灌水量分别为：6月20日：500 m2/hm2、6月30日：500 m2/hm2、7月10日：600 m2/hm2，7月20日：600 m2/hm2、7月30日：600 m2/hm2、8月9日：600 m2/hm2，8月19日：600m2/hm2、8月29日：500 m2/hm2。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 株高

于蕾期、盛花期、盛铃期、吐絮期各小区随机选代表性植株10株(内行5株，外行5株)，调查棉花株高。

1.2.2.2 冠层参数

使用上海泽泉公司生产的CI-110植物冠层分析仪在棉花的现蕾期、盛蕾期、开花期、盛花期、盛铃期、吐絮期，在田间选择长势均匀样点，将光探头水平放置在距地面20 cm处，冠层分析仪每次观测时，先将探头放置于冠层拍探测点，保持探头水平，按下测定按钮，每个点保存5张图片，选择冠层内地面不同位置测量，重复3次。

1.2.2.3 产量及其构成因素

按果枝节位把棉株分为3部分, 分别为下部果枝(第1～3节果枝)、中部果枝(第4～6节果枝)和上部果枝(第7及以上节果枝)。在吐絮期, 每小区定30株收获单株单铃, 准确记录收获铃所在果枝节位, 统计单株铃数及各部位铃数, 取上部棉花30朵，中部棉花40朵，下部棉花30朵，计算平均单铃重。按上、中、下3部分分别轧花, 测定衣分。

1.3 数据处理

试验数据使用SPSS23.0软件进行方差分析, 采用Duncan法进行处理间多重比较(P<0.05), 利用origin8.5整理数据并绘图。

2 结果与分析

2.1 毛管间距与株距对棉花株高的影响

研究表明,随着生育进程推进，棉花株高生长呈S型变化曲线。盛蕾前，棉花株高生长缓慢；盛蕾至初花株高增长最快；盛花后，棉花几乎不增长。株距对棉花株高的影响大于毛管间距对棉花株高的影响。同一株距下，3管配置棉花株高高于两管配置，表现为I3D6>I2D6、I3D8>I2D8、I3D10>I2D10，3管配置更利于棉花株高增长；同一毛管配置下，棉花株高随着株距的增加而增高，I3D8处理较I3D6处理增长达到9.3 cm、I2D8处理较I2D6处理增长达到7.6 cm；I3D10处理较I3D8处理仅为增长2.3 cm、I2D10处理较I2D8处理增长仅为2.8 cm，适当增加株距有利于提升棉花株高。图1

注：I2D6:2管株距6 cm; I2D8:2管株距8 cm; I2D10: 2管株距10 cm; I3D6: 3管株距6 cm; I3D8: 3管株距8 cm; I3D10: 3管株距10 cm。下同

2.2 毛管间距与株距对棉花冠层结构的影响

研究表明,株距对棉花冠层参数的影响均大于毛管间距对棉花冠层参数的影响。叶面积指数和叶倾角在生育期内呈单峰变化曲线，均在盛铃时达到顶峰，I3D8处理最高，其叶面积指数值达到4.25、叶倾角达到39.6°。同一株距下，随着毛管间距增大，叶面积指数与叶倾角均呈降低趋势；同一毛管间距下，盛蕾前，随着株距的增大叶面积指数呈降低趋势，盛蕾后，随着棉株的发育，棉田逐渐荫蔽，表现为D8>D6>D10，I3D8处理叶面积指数在盛蕾后超过I3D6处理，I2D8处理叶面积指数在盛花后超过I2D6处理；盛花前，随着株距的减小叶倾角增大，盛花后D6处理涨幅缓慢，D8处理高于D6处理，D10处理始终处于最低水平。冠层开度与透光系数在生育期内呈先降后升的趋势，均在盛铃时达到最低，随着毛管间距的增大，冠层开度与透光系数的值呈上升趋势。同一毛管间距下，盛蕾前，随着株距的增大，冠层开度与透光系数的值呈上升趋势，盛蕾后，冠层开度与透光系数的值表现为D8处理低于D6处理，D10处理始终处于最高水平。图2

2.3 毛管间距与株距对棉花产量及构成因素的影响

研究表明,毛管间距对收获株数、单株结铃数、单铃重、衣分、籽棉产量及皮棉产量都无显著性影响，株距对收获株数、单株结铃数、具有极显著性影响(P<0.01)，对单铃重、籽棉产量及皮棉产量具有显著性影响(P<0.05)，毛管间距与株距互作对收获株数、单株结铃数、单铃重、衣分、籽棉产量及皮棉产量无显著性影响。收获株数受株距与毛管间距影响最大，衣分受影响最小。皮棉产量表现为D8处理高于D6处理。株距与皮棉产量呈显著的二次曲线，D6至D8处理，皮棉产量呈增加趋势，D6至D10处理，皮棉产量呈下降趋势。表3，图3

图2 不同处理下棉花冠层结构变化Fig. 2 Effect of different treatments on plant canopy configuration of cotton

表3 不同处理下棉花产量及构成因子Table 3 Yield and yield components of cotton under different treatments

2.4 不同处理下冠层参数与产量的相关关系

研究表明,盛铃期叶面积指数、叶倾角、透光系数与产量呈正相关关系，冠层开度与产量呈负相关关系。其中叶面积指数与透光系数与产量的相关关系达极显著水平(P<0.01)，叶倾角与产量的正相关关系达显著水平(P<0.05)，冠层开度与产量的负相关关系不显著。表4

表4 不同处理盛铃期冠层参数与产量相关关系Table 4 Correlation between canopy parameters and yield under different treatments

3 讨 论

作物冠层结构是指作物群落中地上部分器官的数量和空间排列方式，影响着作物地上部分光截获的能力和群体内部光分布特征，构造合理的冠层结构，是挖掘高产的潜力重要手段[11]。冠层结构会随种植密度的改变发生变化，进而影响棉花光合作用和产量。滴灌毛管间距是影响是棉花冠层结构和产量形成最重要的因素[12]，李景慧等[13]研究发现，随毛管间距的增加，叶面积指数、叶倾角和群体光合速率的峰值明显降低且生育后期下降快，群体散射辐射透过系数有所增加，对光能的利用效率大幅降低，李培玲等[14]研究发现，水分利用效率表现为1带4行>2带4行>2带6行，低灌量条件下，1带4行有利于提高水分利用效率，充分灌溉下2带4行最有利于棉花生长。试验研究表明,随着毛管间距的减小，叶面积指数、叶倾角及产量均增加，但增加幅度不明显，灌量4 500 m2/hm2在1膜3行3管与1膜3行2管布置下，均能满足棉花对水分的需求。

合理的群体密度是作物栽培中确保作物高产稳产的主要措施之一，不同种植密度对作物生长发育的影响不同。平文超等[15]研究表明，干物质量随密度增加表现为先增后降的趋势，单位面积的棉花群体干物质积累量有一定极限，高于一定密度后群体干物质积累量将不再增加，子棉产量亦表现出相同趋势，与王海洋等[16]研究结论相似，密度过小无法形成合理的群体结构而使生产力降低，密度过大棉株个体之间竞争激烈，抑制其生长发育。试验研究认为，冠层结构是影响冠层受光量的主要因素，种植密度对棉花冠层结构指标影响较大，盛蕾期以前叶面积指数及冠层对光能的吸收率与种植密度呈正相关，群体光合速率明显增强，如果种植密度较小，群体叶面积较低，生育期内棉花冠层漏光损失严重，群体光合效率较低，不利于高产形成；而群体密度过大，下层叶片吸收光能较少，光合效能较低。产量与种植密度呈正相关，但是密度增加到一定程度时单株产量降低，当密度增加所带来的群体正效应小于单株产量下降所带来的负效应时，群体产量下降。

4 结 论

4.1 毛管间距对1膜3行76 cm等行距机采棉冠层结构及产量的影响小于株距对其影响。

4.2 叶面积指数与产量相关关系达到极显著(P<0.01)，叶倾角与产量相关关系显著(P<0.05)，同一毛管间距下，D6处理群体密度过大，抑制单株优势发挥，D10处理单株优势不足以弥补群体过小差距，D8处理能较好的调节棉花群体密度与个体发育的矛盾，保持了较高的LAI与MTA，提高单株结铃数、单铃重、衣分及产量。

4.3 随着株距的增加，单株结铃数、单铃重、衣分、均呈上升趋势，但并不按照收获株数增加的比例上升，即并不是简单直线相关关系，D6处理增加到D8后，单株结铃数、单铃重、衣分均明显增加，综合增加比例超过收获株数降低比例，故皮棉产量最高，D8处理增加到D10处理后，单株结铃数、单铃重、衣分增加比例极低，皮棉产量最低。