等行距稀植模式对杂交棉群体生长特征及产量、品质的影响

郝先哲，夏军，时晓娟，田雨，石峰，李楠楠，李军宏，高宏云，罗宏海，冯杨

(1石河子大学农学院/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832003；2新疆兵团第七师农科所，新疆 奎屯 833200)

棉花作为新疆的支柱产业之一，其种植面积、单产水平、总产量均居于全国各省(区)首位，得益于新疆棉花的规模化和机械化生产[1-3]。但近年来，新疆棉花“高投入，低产出”的趋势日益严重，致使新疆植棉收益逐渐下滑[4-5]。合理利用棉花杂种优势是提高棉花产量的有效措施[6]。由于新疆棉区高密度植棉，提高了杂交棉的用种成本[7]，同时机采杂交棉含杂率较高[8]，严重制约了杂交棉种植的经济效益及其推广。研究[9]表明，通过对株行距配置的调整，杂交棉在等行距种植模式下表现出较高的产量潜力。因此，开展等行距稀植模式下杂交棉的增产机理研究，对于新疆棉花产量持续增加具有重要意义。

构建合理的群体结构是棉花生产中获得高产优质高效的重要栽培手段之一[10]。研究者通过对棉花株行距配置的调整[8-9,11-15]，分析其对干物质积累[8-9]、产量及品质[11]棉花生长发育[12-13]、成铃结构[14-15]、等不同方面的影响，得出适宜机采的高产棉田，应构建合理的群体密度来协调棉花的营养生长和生殖生长[12]，同时增加结铃数和单铃重[13]，减少机采杂质来提高原棉品质[11]。此外，适度稀植也能充分发挥杂交棉的杂种优势，从而有效的提高棉花产量[7,16]。然而以往的研究大多是针对皮棉产量水平为2 500 kg/hm2的棉田，针对等行距稀植下产量水平为3 000 kg/hm2的杂交棉研究较少。因此，本研究以等行距稀植(76 cm)模式下的杂交棉为研究对象，密植模式(66 cm+10 cm)的常规棉为对照，通过测定与分析棉花干物质积累与分配、成铃结构、群体生长指标、产量和纤维品质的变化，明确等行距稀植对杂交棉群体生长及产量品质特征的影响，以期为新疆棉花高产高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2017—2018年在新疆生产建设兵团第七师的125团17连(84°31′N，44°47′E)、125团2连(84°31′N，44°47′E)、128团9连(84°38′N，45°02′E)、128团7连(84°40′N，44°58′E)和130团试验站(84°50′N，44°43′E)进行。以七师主栽杂交棉品种鲁棉研24号等行距稀植为研究对象，选用常规棉品种科研5号常规密植为对照，在各示范条田内选择长势均匀的地块设置试验小区，小区面积为6.9 m×16 m，重复3次，详细试验条田见表1，试验点棉花生育期内每月平均温度与降雨量情况如表2所示。

表1 不同试验处理取样点详情

表2 试验点月平均气温和降雨量

杂交棉种植采用2.05 m超宽膜，一膜三行，等行距(76 cm+76 cm+ 76 cm)种植，株距为9.5 cm，1穴1粒精量播种，理论密度为13.86×104株/hm2。常规棉种植采用机采棉高密度，一膜六行，宽窄行(66 cm+10 cm)种植，株距为11 cm，理论密度为23.92×104株/hm2。2017年于4月13—15日播种，6月28日—7月1日打顶，全生育期灌水10至12次，总滴灌量5 700～6 000 m3/hm2，共施用尿素600 kg/hm2，磷钾复合肥525 kg/hm2；2018年于4月19—20日播种，7月1—5日打顶，全生育期灌水10～12次，总滴灌量5 250～6 000 m3/hm2，共施用尿素600 kg/hm2，磷钾复合肥375～525 kg/hm2(N、P、K比例为1∶0.71～0.98∶0.46～0.65)。全生育期内化调(缩节胺)7次，其中杂交棉稀植棉田用量为270 g/hm2、常规棉密植棉田用量为525 g/hm2。田间的其它管理同膜下滴灌高产棉田。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 干物质积累与分配

分别在盛蕾期、盛花期、盛铃期、盛铃后期、吐絮期进行田间的取样工作。在各棉田第3重复选取长势一致的棉花6株。将植株分成根、茎、叶、蕾铃等器官，装袋带回实验室。先用LI-3000叶面积仪(LI-COR,Lincoln,USA)测定叶片鲜样叶面积，再将叶片、茎、蕾花铃等放入烘箱，105 ℃杀青0.5 h，80 ℃烘干至恒重后称重。

1.2.2 群体生长参数

干物质测定同期，利用植株烘干后的干物质重，采用WANG C等[17]方法计算群体生长率(CGR)、净同化率(NAR)和棉铃生长率(BGR，g/(m2·d))；采用DONALD C M等[18]方法计算生殖器官质量与营养器官质量的比例(RVR)。

CGR=(M2-M1)/(T2-T1)×1/P，

(1)

NAR=[(M2-M1)×(lnLA2-lnLA1)]/[(T2-T1)×(LA2-LA1)]，

(2)

BGR=(BM2-BM1)/(T2-T1)×1/P，

(3)

RVR=BDWmax/(SDWmax+LDWmax)。

(4)

式中M1(BM1)和M2(BM2)分别为植株在T1和T2时的平均总干重(铃干重)；LA1和LA2分别为植株在T1和T2时的总叶面积，P为土地面积；BDWmax、SDWmax和LDWmax分别为蕾铃干重、茎干重和叶干重的最大值。

1.2.3 产量及产量构成因素

收获期(2017年为9月12日、2018年为9月14日)在每个取样条田内选择长势均匀且有代表性的区域定1个样点，样点面积2.0 m×2.5 m，重复3次，调查样点内的全部株数，并选取代表性植株10至12株，分别按照下层 (第1至3果枝)、中层(第4至6果枝)和上层(第7果枝以上)、内围(第1果节)和外围(第2果节以上)分别调查记录单株结铃数并将采样棉铃带回室内，晾干后测定单铃重。然后将棉铃按上、中、下层分别轧花，测定衣分。

1.2.4 棉花纤维品质

按下、中、上层轧花后皮棉取30 g，送至农业部农产品质量监督中心(乌鲁木齐)，测定棉花的纤维长度、整齐度、比强度、断裂伸长率、成熟度及马克隆值。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0整理分析数据，采用Duncan法进行显著性检验(P<0.05)，采用Sigmaplot14.0作图。

2 结果与分析

2.1 产量与产量构成空间分布的变化

试验结果表明(图1)，等行距稀植模式下杂交棉皮棉产量达到3 000 kg/hm2以上(2017年Z2、2018年Z1)，较CK增幅为7.9%～24.1%。对棉铃的空间分布比例分析(表3)发现，产量水平3 000 kg/hm2以上的杂交棉棉田，上部成铃比例为27%～30%，较CK提高了47.8%。不同产量水平的中部成铃差异不大，而2018年杂交棉产量水平2 500 kg/hm2以上的棉田，下层结铃比例较CK增加了10.3%。水平分布上，CK的内围成铃在总成铃数中占据主导地位，高达80%以上，而杂交棉在等行距稀植条件下，表现为单株果枝生长旺盛，外围铃较CK平均增加了76.7%。

图中标有不同小写字母的值表示在Duncan’s分析中 0.05水平差异显著。图1 不同种植模式下棉花皮棉产量的变化

针对不同部位果枝，分析其产量构成因素及对皮棉贡献率的差异发现(表4)，杂交棉下、中、上层的单株结铃数显著高于CK(2018年Z2、Z3的上层除外)分别较CK平均提高了36.8%、32.3%、52.0%；而杂交棉产量水平3 000 kg/hm2以上的棉田，上层结铃数在3.4～3.8个，结铃过多或过少都不利于产量的增加。就棉花单铃重而言，CK表现为中层>下层>上层，而杂交棉表现为上层>中层>下层(除2018年Z2、Z3)，2018年的Z2、Z3处理的下层显著高于CK，其他部位单铃重差异不显著。衣分表现为2018年的Z2、Z3处理下层显著低于CK。从对皮棉产量的贡献度来看，CK的贡献主要是集中在中下层果枝，而杂交棉上层的贡献率显著高于CK(除2018年Z2、Z3处理外)，杂交棉产量水平3 000 kg/hm2以上的棉田，上层果枝对皮棉产量的贡献率在29%～32%。

表3 不同种植模式下棉铃的空间分布比例

表4 不同种植模式下不同部位果枝的产量构成及皮棉贡献率

2.2 纤维品质的变化

棉花上、中、下层棉铃纤维品质各指标差异见(表5)。CK的绒长、整齐度、比强度、伸长率表现为中层>下层>上层，马克隆值则表现为上层>下层>中层。对于杂交棉而言，绒长和比强度表现为下层>中层>上层，整齐度、伸长率、马克隆值则表现为中层>下层>上层。杂交棉上层的品质与CK无显著差异，与杂交棉产量水平2 500 kg/hm2以上的棉田相比，产量水平3 000 kg/hm2以上的杂交棉比强度提高了7.2%，马克隆值则显著降低。对于中下层品质而言，与CK相比，杂交棉的马克隆值提高了16.1%，且中层的马克隆值达到了显著水平。与杂交棉产量水平2 500 kg/hm2以上的棉田相比，产量水平3 000 kg/hm2以上的杂交棉马克隆值降低了10.4%。

2.3 干物质积累和分配的变化

结果见图2。

E—出苗；FS—盛蕾期；FF—盛花期；FB—盛铃期； LFB—盛铃后期；BO—吐絮期图2 不同种植模式下棉花干物质积累与分配的变化

由图2可以看出:不同产量水平的棉花干物质积累量呈现先慢后快再慢的现象，符合作物生长的“S”形曲线。CK由于植棉密度高，群体干物质积累较高，TDW较杂交棉平均增加了18.7%～19.2%；而杂交棉产量水平3 000 kg/hm2以上的棉田，BDW与CK相比平均增加了1.4%，且TDW与CK差异不显著(表5)。说明杂交棉在等行距稀植模式下，虽然群体总生物量积累存在不足，但是蕾铃生物量得到充分积累。

2.4 棉花各生长参数的变化

从棉花各生长参数(表6)可以看出:杂交棉在等行距稀植条件下，CGR、BGR、NAR与CK无显著差异，但是RVR显著高于CK，较CK平均增加了18.1%。与产量水平为2 500 kg/hm2的杂交棉田相比，CGR、BGR、NAR、RVR均表现为产量水平3 000 kg/hm2的杂交棉田较高，分别提高14.8%、15.8%、10.0%、12.6%。说明杂交棉在等行距稀植下，单株优势大大弥补了密度不足对群体结构造成的不利影响，且有利于光合物质向蕾铃的优先分配。

相关分析结果(表7)表明：CGR与NAR在盛花期至吐絮期呈显著或极显著正相关，与BGR在盛铃期至吐絮期呈显著正相关；BGR与NAR在盛铃期至吐絮期呈显著正相关，与RVR在盛花期至盛铃后期呈极显著正相关。

表6 不同种植模式下棉花各生长参数变化

表7 各生长参数之间的相关性

3 讨论

3.1 杂交棉等行距稀植模式对产量及产量构成的影响

杂交棉产量性状中的亩结铃数除受遗传主效基因控制，环境效应作用大[19]。通过合理的水肥配比，提高单位面积总铃数是获得高产的有利保证[20]。本研究发现，2018年Z2、Z3处理上层结铃受到影响，是因为2018年在棉花的营养生长旺盛时期，降水量较少，且在棉花需水时由于该试验小区灌水未及时导致营养生长较弱，而大田的管理是统一进行，打顶时期未因前期生长较弱而推迟致使试验小区棉花株高较矮，使得棉花上层的果枝发育较少，导致上层的成铃及皮棉贡献率较低。

协调好群体与个体的关系是获得高产和稳产的关键[21]。随着种植密度增加，果枝的横向发展收到抑制，棉花产量有向内围铃集中的趋势[22-23]。本研究发现，杂交棉在等行距稀植模式下充分发挥了杂种优势，皮棉产量较常规棉密植增加7.9%～24.1%，主要表现为在满足中下层与内围成铃的基础上，上层成铃与外围成铃的比例显著增加，单株结铃数增幅明显，同时上部果枝对皮棉的贡献率显著提高。表明等行距稀植模式下杂交棉个体生长健壮而弥补了群体生长的不足。产量水平3 000 kg/hm2以上的棉田上层结铃数应该在3.4～3.8个，结铃数过多容易导致上层铃铃重降低，不利于高产群体的建成。

3.2 杂交棉等行距稀植模式对纤维品质的影响

棉花的纤维品质受品种的遗传特性影响较强，种植密度和种植模式对其影响较小[24-26]。徐娇[27]的研究发现杂交棉种植密度对纤维品质影响不大，不同果枝部位的纤维品质差异也不大。但也有研究表明随种植密度和种植模式的变化，纤维品质也会受到影响[28-29]。魏鑫等[8]研究发现随着行距的增加，比强度和短纤维率随之增加，马克隆值以等行距(76 cm)模式较高。本研究发现纤维品质的不同指标在上中下层变化规律不一致，可能受取样误差影响，也可能是受群体光分布的影响[30]。与常规棉密植相比，杂交棉在等行距稀植模式下中层的马克隆值显著增加，而对于不同果枝部位的其他纤维品质指标的影响较小。可能是由于马克隆值受品种影响较大且对温度的响应敏感[31]，等行距稀植模式下群体内部的通风透光性得到增加[32]，影响了冠层内部的光分布和温度而导致马克隆值增加，这与WANG F Y等[33]研究结果一致。

3.3 杂交棉等行距稀植模式对干物质积累及群体生长特征的影响

干物质累积是作物提高产量、提升品质的前提[34],作物群体干物质的积累量随种植密度的增加而增加[9]，但产量的增加还与干物质向生殖器官的分配有关[35-36]。杂交棉种植密度越大，干物质累积越高，但各果枝衰老加速[27]。本研究发现，杂交棉在等行距稀植模式下单株优势得到充分发挥，较低的种植密度并未降低杂交棉的群体干物质积累，同时提高了蕾铃的干物质积累量。

构建合理的群体结构有利于提高冠层内的光能利用率，是生物产量和经济产量同步提高的有效途径[37]。源库关系受栽培方式的影响，源库关系的改变可以影响光合产物的运输方向和速率[38]。本研究发现，与常规棉密植相比，杂交棉等行距稀植模式的CGR、NAR、BGR无显著差异，NAR与CGR在盛花期至吐絮期呈显著或极显著的正相关，与BGR在盛铃期至吐絮期呈显著正相关。说明稀植模式下的杂交棉在产量形成期，“源”供应充足，且光合产物在群体内部分配合理，单株结铃的增多弥补了群体“库”的不足。此外，杂交棉等行距稀植模式的RVR显著高于常规棉密植，且BGR与RVR在在盛花期至盛铃后期呈极显著正相关。说明杂交棉在等行距稀植模式下有利于光合产物向“库”器官的运输，有效协调了棉花的营养生长和生殖生长，是杂交棉产量增加的关键。

4 结论

通过对株行距的调整，杂交棉皮棉的产量达到3 000 kg/hm2以上。产量的增加主要原因是等行距稀植模式下冠层内部的通风透光性较好，杂交棉的杂种优势得以充分发挥，棉花单株生长旺盛弥补了群体不足带来的影响，不仅保持较高群体生长率,还促进了光合产物向生殖器官的分配，上层和外围的结铃数显著增加，上层果枝对皮棉的贡献率提高，同时对纤维品质无负面影响，这是实现新疆棉花提质增效的有效措施。