无膜棉‘中619’不同品系SPAD值与产量品质的关系

李田甜，向为民，胡宇凯，陈国栋，郭子轩，曹娟，李浩，田玉刚

（塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300）

新疆土地面积辽阔，具有独天得厚的自然资源，因此为棉花的生长发育创造了良好的条件。新疆棉花产业的快速发展，使其成为我国最大的棉产区，新疆棉花的种植总面积大约占新疆全年经济作物种植总面积的一半以上［1］。在棉花产业发展的同时对地膜覆盖技术贡献也逐渐增大，地膜覆盖技术的研究及应用推广能够很好地增加农作物的产量［2］。地膜覆盖不仅提高了农田地温，减少了农田土壤水分的大量蒸发，同时也保持了农田土壤的墒情，继而大大增加了棉花的产量［3］。覆膜栽培技术现已大面积普及，然而在提高经济效益的同时，也直接加剧了残膜污染。新疆兵团的残膜污染面积2020年己经首次达到了6×105hm²，占到了新疆兵团地区耕地种植总面积的60%［4］。根据新疆农业土壤环境监测管理部门的相关调查研究，结果表明，由于地覆膜种植技术在新疆全域范围内已得到了广泛应用，目前新疆已成为我国最大最具规模的地膜污染区［5］。无膜棉的推广与应用将彻底解决国内棉田残膜污染的问题，防止耕地资源质量下降，推动棉花产业向绿色可持续发展方向转型［6］。

无膜棉由于采用裸地栽培方式，与有膜棉存在较大差异，但相同的是它们的最终目的皆为提高棉花的高产潜力。植物体中的叶绿素相对含量（SPAD）与植物进行光合作用和吸收营养的效率密切相关。SPAD值比较高的叶片可以更加充分利用光能进行有效的光合作用，制造出更多的光合产物。相反，SPAD值含量低的叶片光合功能差，干物质积累量少，叶片也存在过早衰老的现象［7］。在多种作物上，SPAD值测量简单方便，且与作物叶片的叶绿素有一定的相关性［8-10］。棉花SPAD值和产量之间同时也存在着协同效应［11］，而目前对于棉花SPAD值和棉花品质间关系的研究较少。因此，本试验主要以4个‘中619’品系无膜栽培为基础，于不同时期测定叶片SPAD值，收获后测定产量及纤维品质，研究无膜栽培下棉花SPAD值与无膜棉产量、品质的关系，旨在找到适合南疆棉花无膜栽培的适宜品系，探讨无膜栽培的可行性，为南疆棉花无膜栽培高效种植技术提供理论和技术支撑。

1 试验材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年在新疆阿拉尔市塔里木大学农学教学科研实践基地（40°32′42″N，81°18′53″E）进行。试验地属暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，年均气温11.3℃，日照时数约3 000 h，无霜期为180～221 d，年平均降水量50 mm，而年蒸发量却高达2 218 mm。光热资源丰富，为纯灌溉农业区，主栽作物有棉花和红枣等。试验区土壤质地为砂壤土，气候干燥，年降水量稀少，热量丰富，光照充足，温差较大，适宜于喜温植物生长，是新疆主要的产棉区之一。

1.2 试验设计

以中国农业科学院棉花研究所早熟课题组提供的短季棉早熟品系‘中619’‘中619’-1、‘中619’-2和‘中619’-4共4个品系为供试品种，试验设计为单因素随机区组设计，采用无膜栽培方式，于2020年4月19 日播种。设‘中 619’‘中 619’-1、‘中 619’-2、‘中619’-4共4个处理，每个处理重复3次，共计12个小区，每个小区面积为66.7 m2。灌溉方式为滴灌，其余管理为大田统一管理。

1.3 测定内容与方法

SPAD值：于棉花苗期开始，在各小区中选朝向和长势基本一致、无病虫害、无生理病斑的棉花标记5株，选择天气晴朗，日均温度在30℃左右时，在12：00—15：00时间段内，采用Spad-502型叶绿素测定仪测定每个棉株倒三叶的SPAD值，测定时避开叶脉，选取底部、中部和顶部叶片的平均值。从棉花苗期开始进行多次测量，直到生育期结束。

棉花产量：小区产量分霜前和霜后两次收取，以实收计产。

棉花品质：每小区采收棉株中部花50朵，进行纤维品质检测，包括马克隆值、上半部均长、断裂比强度、整齐度指数和伸长率。

1.4 数据分析

采用Microsoft office Excel 2016进行数据处理，DPS 9.01统计软件进行方差分析，SPSS 26进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 ‘中619’不同品系棉花SPAD值变化比较

如图1所示，棉花SPAD值随生育进程大致呈先升高后降低再升高的趋势，在苗期阶段（5月11日—5月30日）无明显的差异，蕾期阶段（6月11日—6月20日）SPAD值升高，之后又开始下降。在初花期（7月1日—7月9日）各品系SPAD值降低至45左右。在初花期后，各品系SPAD值开始升高，花铃期（7月22日—8月26日）各品系SPAD值得均有较多的升高，后随着进入吐絮期（9月30日至收获），棉花开始衰败，SPAD值也随之有所降低。其中‘中619’在蕾期SPAD值达到最高且远高于其他三个品系，为70.03；‘中619’-1在苗期与花铃期时SPAD值相比其他品系较高。‘中619’-2在吐絮期达到最大；‘中619’-4在整个生育期过程中SPAD值都要较低于其他品系。

图1 不同棉花品系的SPAD值随时间的变化趋势

2.2 ‘中619’不同品系棉花产量比较

产量既是农业生产者追求的主要目标之一，也是棉花栽培品种优劣的主要指标之一［12］。由图2可知，在相同管理条件下‘中619’和‘中619’-4间产量存在显著差异。‘中619’产量最高为5 546.5 kg/hm2，其次‘中619’-1产量为5 230.9 kg/hm2，‘中619’-2产量为 5 102.0 kg/hm2，‘中 619’-4 产量最低为 4 975.5 kg/hm2，棉花生物产量从大至小依次为‘中619’>‘中619’-1>‘中619’-2>‘中 619’-4。

图2 无膜栽培下4个棉花品系的产量表现

2.3 ‘中619’不同品系棉花纤维品质比较

2.3.1 马克隆值

马克隆值愈大，表示棉纤维越粗，也表示纤维的成熟度越高，马克隆值过高影响成纱强力，而过低则易产生有害疵点，不易染色。国际上称3.7～4.2为最优马克隆值范围。由表1可知，各品系马克隆值居于4.95～5.25之间，品系间不存在显著差异，具体表现为：马克隆值最高的品系是‘中619’-1，为5.23；最低的品系是‘中619’-4，为4.96；两者相差0.27。按照国家细绒棉标准，B级取值范围为3.5～3.6和4.3～4.9，C级取值范围为3.4及以下和5.0及以上。其中‘中619’-4马克隆值属于B级，其它三个品系均为C级。

2.3.2 纤维上半部平均长度

纤维的上半部平均长度与其纺纱品质的关系非常紧密，当其它品质相同时，纤维愈长，其纺纱支数也愈高。由表1可知，不同品系之间上半部平均长度无显著差异。各品系之间表现为‘中619’-4上半部平均长度最长，为29.78 mm，‘中619’上半部平均长度最短，为28.88 mm。‘中619’-1和‘中619’-2两个品系的上半部平均长度介于29～29.5 mm之间，上半部平均长度分别为29.12 mm和29.24 mm。

2.3.3 整齐度

整齐度指数表明纤维中长纤维数量越多，纤维的一致性越好。由表1可知，‘中619’-1与‘中619’‘中619’-4间整齐度指数存在显著差异。整齐度指数最高的是‘中619’-1品系，为86.10%，其次为‘中619’-2，整齐度指数为84.97%，再次为‘中619’-4，整齐度指数为84.40%，整齐度指数最低的是‘中619’品系，为84.17%。

2.3.4 断裂比强度

断裂比强度指拉伸一根或一束纤维在即将断裂时所能承受的最大负荷，单纤维强度因品种不同而存在差异。由表1可知，不同品系之间的断裂比强度总体上保持27～30 cN/tex之间。‘中619’和‘中619’-1间存在显著差异。断裂比强度最高的品系是‘中619’-1，强度值为29.16 cN/tex，断裂比强度最低的是‘中619’，强度值为27.5 cN/tex，强度差别为 1.66 cN/tex。‘中 619’-2 的棉花强度值为28.65 cN/tex，‘中619’-4的棉花强度值为28.39 cN/tex。

2.3.5 伸长率

纤维的断裂伸长率是决定纤维加工条件及其制品使用性能的重要指标之一。从表1可知，不同品系之间伸长率无显著差异。‘中619’-2伸长率最大，为8.83%，‘中619’-1伸长率最小，为7.33%，‘中619’伸长率为8.17%，‘中619’-4伸长率为8.53%。

表1 ‘中619’不同品系棉花纤维品质比较

2.4 不同生育时期棉花SPAD值与产量品质的相关分析

由表2可知，初花期、花铃期SPAD值与产量呈显著正相关，关联系数分别为0.89和0.90。说明初花期和花铃期无膜棉SPAD值越高，无膜棉产量越高。在其他生育时期无膜棉的SPAD值与棉花产量也存在着正相关，但相关性较小。

表2 不同生育时期段棉花SPAD值与产量品质的相关系数

在苗期、花铃期棉花SPAD值与马克隆值呈显著正相关，说明在苗期、花铃期棉花SPAD值越高，马克隆值越高，表现为棉花品质越差；在花铃期棉花SPAD值与纤维上半均长呈显著负相关，说明在花铃期棉花SPAD值越高，纤维上半均长越短，棉花品质越差；在蕾期棉花SPAD值与整齐度呈显著正相关，说明蕾期棉花SPAD值越高，棉花纤维整齐度越好，棉花品质越好；在初花期棉花SPAD值与断裂比强呈显著负相关，说明初花期棉花SPAD值越高，棉花纤维断裂比强越弱，棉花品质越差；在蕾期棉花SPAD值与伸长率呈显著负相关，说明蕾期棉花SPAD值越高，棉花纤维伸长率越弱，棉花品质越差。

3 讨论

新疆棉花地膜覆盖技术被大面积推广应用，棉花地膜覆盖栽培在提高农业生产力和促进农民增收方面发挥了积极作用，然而提高效益的同时也付出了惨重的生态代价，地膜持续的使用与残膜回收技术的相对滞后，致使土壤中残膜量逐年增加，造成土壤结构板结、耕地质量下降、出苗困难，生态环境严重破坏等一系列问题，严重制约了新疆农业的可持续发展，探索无地膜棉花栽培技术体系是解决棉田残膜污染的最直接措施。本试验通过研究‘中619’‘中619’-1、‘中619’-2和‘中619’-4的SPAD值与产量和品质间的关系，得出适宜在南疆种植的无膜栽培品系为‘中619’-1。

王潭刚［13］在研究中得出棉花叶片SPAD值与产量之间呈正相关，在本试验中无膜棉SPAD值和产量之间存在着协同效应，与其结果一致。彭小峰等［14］研究表明棉花叶片SPAD值在蕾期和花铃期表达量高于其他时期，这与本试验研究结果相似。本试验中不同品系SPAD值在蕾期和花铃期达到最大值。SPAD值与品质的相关性结果表明，苗期、花铃期棉花SPAD值越高，马克隆值越高；初花期和花铃期SPAD值越高，无膜棉产量越高。花铃期棉花SPAD值越高，纤维上半均长越短；蕾期棉花SPAD值越高，棉花纤维整齐度越好；初花期棉花SPAD值越高，棉花纤维断裂比强越弱。综合得出无膜棉在初花期至花铃期这一生育阶段棉花SPAD值与棉花产量及品质间存在着紧密联系，需要加强这段生育时期的田间管理，才能生产出高产优质的棉花。

4 结论

本试验中，产量最高的品系是‘中619’，产量最低的是‘中619’-4。4个品系的马克隆值、纤维上半均长和伸长率并不存在显著性差异，而不同品系的整齐度、断裂比强存在显著性差异，整齐度指数最高的是‘中619’-1，整齐度指数最低的是‘中619’；断裂比强度最高的品系是‘中619’-1，断裂比强度最低的品系是‘中619’。

在苗期、花铃期棉花SPAD值越高，马克隆值越高；在蕾期棉花SPAD值越高，棉花纤维整齐度越好；初花期棉花SPAD值越高，纤维断裂比强越弱；在花铃期棉花SPAD值越高，纤维上半均长越短；在初花期和花铃期无膜棉SPAD值越高，无膜棉产量呈增加趋势。‘中619’-1品系的纤维品质性状和产量均表现为较佳，适宜南疆地区棉花无膜栽培。由于本试验是无膜滴灌棉花探索性试验，而棉花生长及产量品质也会随着不同气候变化在年际间存在差异，还需开展进一步的相关试验研究。