花铃期水分亏缺对不同部位果枝棉铃发育及产量的影响

2021-11-06窦巧巧张玮涛陈秀玲何庆雨代健敏段松江张巨松

新疆农业科学 2021年7期

窦巧巧，张玮涛，陈秀玲，何庆雨，代健敏，段松江，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】新疆是绿洲灌溉农业，干旱是影响新疆棉花生产的主要因素之一，棉花在花铃期对水分胁迫较为敏感，花铃期是棉田灌溉水管理的重要时期[1-2]。棉花的生长不具有同步性，不同的环境条件及不同部位果枝形成了不同发育速度的棉铃。碳水化合物是棉铃发育的主要来源，其易受土壤水分的影响[3]。棉铃是棉花生产中最重要的经济产物，棉铃的物质积累影响棉花的产量[4]。研究花铃期水分亏缺对棉花不同部位果枝棉铃动态发育及干物质积累对北疆机采棉节水栽培有重要意义。【前人研究进展】新疆生态条件下，棉铃直径、长度和体积在铃龄30～35 d趋于稳定，在铃龄10～20 d棉铃直径增长最快，在铃龄20～30 d棉铃长度、体积和干重增长最快[5]。棉铃干物质积累符合“S”曲线的变化规律[6]，陈冠文[7]和王荣栋[8]等认为棉铃干重在开花后35 d内增长较快，后期变慢，直至吐絮。正常播种下棉籽、纤维干物质积累快速增长分别在开花后13～53和16～52 d[9]。徐立华等[10]研究认为，铃壳干重在铃龄22～28 d达最大值，棉纤维和棉种干重在花后45 d左右达到最大值。毛廷勇等[11]认为南疆棉花棉铃长度对单铃干重的影响最大，其次是棉铃体积和直径。花铃期干旱影响不同部位果枝棉铃生物量积累，进而改变棉花产量形成[12]。棉铃生物量随土壤含水量的降低而减小，随果枝部位升高该趋势更加明显[13]。刘昭伟等[2]研究表明，花铃期持续干旱胁迫导致盆栽棉花各部位果枝铃数和籽棉产量减少，而上部果枝最为明显。【本研究切入点】花铃期是棉田水分管理的关键时期，有关花铃期水分亏缺对新疆北疆机采棉不同部位果枝棉铃发育及产量的影响还未明确。研究水分亏缺条件下北疆棉区不同部位果枝棉铃大小、各组分干重及产量变化。【拟解决的关键问题】研究花铃期水分亏缺对不同部位果枝棉铃大小(直径、长度、体积)、各组分干重(铃壳、纤维、棉籽)和产量的变化，为机采棉花铃期供水不足时提供参考滴灌量。以新陆早50号和新陆早73号为材料，花铃期设3个滴灌量测定棉铃大小及各组分干重。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2019年在新疆沙湾县渠边村(85°70′58″E，44°69′04″N)进行。棉花品种为新陆早50号(敏旱品种)，生育期126 d左右；新陆早73号(抗旱品种)，生育期125 d左右，均由新疆农业科学院经济作物研究所选育。前茬作物为棉花，土壤质地为粘壤土，pH为8.11，有机质11.2 g/kg，速效氮66.43 mg/kg，速效磷10.7 mg/kg，速效钾285 mg/kg。旬平均降雨量及温度等数据由气象仪器(Wireless Vantage Pro 2，Davis公司，美国)测定。图1

1.2 方法

1.2.1 试验设计

花铃期设3个滴灌量：2 450 m3/hm2(CK)、2 050 m3/hm2(D1)、1 650 m3/hm2(D2)，其中CK为当地适宜的花铃期滴灌量[14-15]。于7月4日～ 8月12日进行滴灌处理，灌水量由水表和球阀控制。采用1膜3管6行的机采棉种植模式，行株距配置为(66+10) cm×10 cm，理论密度均为26×104株/hm2。田间随机区组设计，共设置18个6.8×9 (m2)的小区，4月18日机械铺膜后人工点播，除花铃期滴灌量外，棉田生育期内其他管理均按常规大田进行。表1

表1 不同处理滴灌量及滴水时间Table 1 Distribution of drip irrigation volume and drip time

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 棉铃体积、铃长和直径

选择长势基本相同的棉株，分别在第2、第5和第7果枝的第1果节开花当日对白花挂牌标记，记录开花日期。于花后17 d开始，每隔7 d取1次样，共5次，每个小区取6个棉铃，用游标卡尺测定棉铃的直径和长度；排水法测定棉铃体积。

1.2.2.2 棉铃各组分

测定完棉铃体积、铃长和直径后，人工将棉铃剥离为铃壳、纤维和棉籽3部分后，分别置于105℃下杀青30 min后，铃壳和棉籽在烘箱中70℃条件下烘干至恒重，纤维在37℃条件下烘干至恒重，称量各部分的干重。

1.2.2.3 产量

在收获时，每小区选取连续棉株10株，分别统计下部(第1～3果枝)、中部(第4～6果枝)和上部(第7～10果枝)果枝的铃数，并分别摘取30朵、40朵和30朵，称得各部分单铃重后扎花获得衣分，重复3次，计算产量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016软件进行数据处理，SPSS 25.0进行数据统计分析和差异显著性检验，Origin 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 花铃期水分亏缺对不同部位果枝棉铃发育的变化

研究表明，2个品种棉铃长度、直径和体积均呈CK > D1> D2的规律，且各处理呈“S”型曲线增长，在花后17～24 d内呈快速增长，花后31 d趋于稳定，略有下降。在同一滴灌量下，新陆早73号棉铃直径和体积高于新陆早50号，而铃长则相反。图2

2个品种不同部位果枝棉铃体积、长度和直径均呈“S”型曲线增长，增速由快变慢。其中，各处理中上部果枝棉铃直径有明显差异，下部果枝棉铃体积、长度和直径差异不显著。与对照相比，在花后45 d，新陆早50号D2处理上部果枝棉铃长度较对照降低4.79%。在花后45 d，2个品种D1和D2处理中上部果枝棉铃直径较对照差异显著，新陆早50号中部和上部果枝分别降低2.92%～4%和2.21%～5.35%，新陆早73号分别降低2.66%～6.38%和2.77%～8.69%。在花后45 d，新陆早50号和新陆早73号D2处理中部和上部果枝体积分别降低10.64%～15.47%和0.96%～3.57%，D1处理中上部果枝棉铃体积与对照差异不显著。新陆早50号各处理棉铃直径下部果枝最高，新陆早73号则是中部果枝；新陆早50号对照和D1处理棉铃体积呈上部 > 中部 > 下部，D2处理呈中部 > 下部 > 上部，新陆早73号各处理体积均呈中部 > 上部 > 下部；2个品种中下部果枝铃长均高于上部果枝。在花后45 d，在同一滴灌量下，新陆早73号中上部果枝棉铃长度、直径和体积明显高于新陆早50号。图3

2.2 花铃期水分亏缺对不同部位果枝棉铃各组分干物质的影响

研究表明，2个品种棉铃干重表现为棉籽 > 纤维 > 铃壳，各处理棉纤维和棉籽重在花后38 d内快速增长，铃壳重在花后31 d内快速增长，后期呈下降趋势。棉纤维和棉籽重均表现为CK > D1> D2，铃壳重则相反。品种间，新陆早73号棉籽干重显著高于新陆早50号。图4

研究表明，2个品种不同部位果枝纤维、棉籽和铃壳重均呈“S”型曲线增长。在花后45 d，2个品种中部和上部果枝棉籽重差异较明显，新陆早50号D1和D2处理较对照分别下降8.9%～20.71%和11.53%～20.73%；新陆早73号D1和D2处理较对照分别下降8.96%～16.24%和10.21%～17.06%。各部位果枝棉纤维和铃壳重及下部果枝棉籽重与对照差异不显著，呈CK > D1> D2的规律。2个品种纤维和棉籽重上部果枝最高，其次是中下部果枝，新陆早50号铃壳重表现为中部 > 下部 > 上部，新陆早73号则是上部 > 下部 > 中部。在花后45 d，在同一滴灌量下，新陆早73号中上部果枝棉籽重及上部果枝铃壳重高于新陆早50号。图5

2.3 花铃期水分亏缺对不同部位果枝产量及产量构成因素的影响

研究表明，2个品种不同部位果枝产量及产量构成因素因滴灌量、品种和部位而异。2个品种D2处理单株铃数与对照差异显著，新陆早50号下部和上部果枝分别下降29.31%和40.91%，新陆早73号上部果枝下降46.43%。新陆早50号D2处理下部果枝单铃重较对照下降15.4%。新陆早50号D2处理中部和上部果枝衣分分别下降2.32%和1.66%，新陆早73号D2处理中部和上部果枝衣分分别下降2.43%和2.82%。新陆早50号D2处理下部、中部和上部果枝籽棉产量分别下降12.5%、13.48%和15.67%，新陆早73号D2处理下部、中部和上部果枝籽棉产量分别下降12.69%、11.9%和18.21%。D2处理下，上部果枝单株铃数、中上部果枝衣分及各部位果枝籽棉产量更易受到影响。表2

表2 花铃期水分亏缺下不同部位果枝棉花产量及产量构成因素变化Table 2 Effects of water stress during flowering and boll-setting period on yield and yield components on different fruiting branches of cotton

2.4 花铃期减量滴灌下棉花性状指标的相关性

研究表明，2个品种棉铃体积、长度、直径、棉籽和纤维干物质量均随滴灌量减少呈下降趋势，铃壳干物质量随滴灌量减少呈上升趋势。新陆早50号和新陆早73号棉铃体积(R2=0.986 8、R2=0.983 5)和纤维干物质(R2=0.999 3、R2=0.988 1)与滴灌量存在极显著负相关关系，新陆早50号棉铃长度(R2=0.834)与滴灌量相关性不显著。图6

水分亏缺处理后，籽棉产量与单铃重、纤维和棉籽重呈显著的正相关，相关系数分别为0.96、0.83和0.84。其中纤维和棉籽重相关系数为0.97，且均与铃壳重呈显著的正相关，相关系数分别为0.91、0.9。铃壳/棉铃比值、纤维/棉铃和棉籽/棉铃比值均互为显著的正相关，其中前两者呈极显著的正相关，相关系数为0.96。铃壳与棉纤维密切相关，铃壳干物质积累有利棉纤维发育，提高产量。表3

表3 减量滴灌后棉铃指标与产量的相关性Table 3 Correlation between boll index and seed yield per plant after drip irrigation

3 讨论

2个品种各处理棉铃体积、铃长、直径及其组分变化规律相似。这与徐敏[16]和毛廷勇[11]等研究结果一致，决定棉铃发育的根本因素在于品种遗传特性，外界条件对其具有一定的影响，但不能改变其总体趋势。

棉铃体积主要因棉铃长度和直径的增大而增加。陈源等[17]对常规陆地棉研究发现，棉铃长度、直径和体积分别在花后0～30 d、0～30 d和0～20 d增长较快，其中棉铃长度对体积影响较大。而试验2个品种棉铃长度、直径和体积在花后17～24 d快速增长，得出棉铃直径对体积影响显著，这与王修山[18]等研究结果相同。其中，2个品种水分亏缺处理中上部果枝棉铃直径和体积差异明显，中部和上部果枝棉铃直径降低4%～8.69%，体积降低0.96%～15.47%，新陆早50号棉铃体积下降更为明显。这可能是干旱促进光合产物向下部器官分配，为后期棉铃发育提供了充实的物质基础[19]。

棉铃干重与棉铃的形态指标有着密切的关系，毛廷勇等[11]认为，铃长对单铃干物重的影响最大，其次是棉铃体积和直径，而试验结果不完全相同，铃直径对单铃干物重(铃壳、棉籽和纤维重)影响最显著，其次是体积和长度，这可能是品种特性造成的。棉铃各组分干物质积累分配中，纤维和种子作为棉铃经济系数的重要组成部分[10]。试验棉铃各组分干重表现为棉籽 > 纤维 > 棉壳，这与徐敏等[16]研究结果一致。铃壳在棉铃的整个发育过程中起着“中转站”的作用[20]。徐立华等[10]研究认为，在铃龄22～28 d铃壳干重达最大值，后期逐渐下降，试验结果接近，2个品种铃壳重在花后24 d达到最大值，后期呈下降趋势。棉纤维及棉籽重各处理在花后38 d达到最大值，这与冯艳波[9]结论相符。水分亏缺限制了叶片光合产物的积累与转运，将影响棉铃的发育，最终不利于纤维的发育[21]。试验随着滴灌量减少，纤维重呈下降趋势。2个品种中上部果枝棉籽与对照差异明显，D1和D2处理较对照分别下降8.9%～20.71%和10.21%～20.73%；其中，新陆早73号中上部果枝棉籽重高于新陆早50号，可能是水分亏缺不利于中上部果枝棉籽发育，且新陆早50号是敏旱品种的原因。

刘昭伟等[2]研究发现，花铃期土壤持续干旱显著降低棉花铃数、铃重和成铃率，导致棉花产量降低，其中对成铃的时空动态影响主要是在上部果枝。研究结果也表明，水分亏缺后棉花的成铃数和皮棉产量均显著下降，尤其是上部果枝。新陆早50号和新陆早73号D2处理下部、中部和上部果枝籽棉产量分别下降12.5%、13.48%、15.67%和12.69%、11.9%、18.21%。这是由于干旱严重影响净光合强度，非结构碳水化合物含量下降，从而导致产量下降[22]。干旱条件下棉铃发育主要受库强度的影响，碳首先供给老铃，干旱促进了老铃的碳分配，并且上部果枝棉铃经历了更长的干旱时间[23]。