不同种植方式和密度对棉花干物质积累特征及产量形成的影响

周相 冯璐 刘锦涛 李亚兵 杨北方 李志鹏 马云珍 范正义 王冀川

摘要：为明确种植方式与密度互作对棉花干物质积累特征及产量形成的影响，本试验设置两种种植方式，即A1：双行（66cm+10cm），A2：单行（76cm+76cm+76cm）;每种种植方式设置3个密度，即：12万株/hm2（B1）、18万株/hm2（B2）和24万株/hm2（B3），研究两种种植方式下不同密度对棉花单株干物质积累分配、叶面积指数及产量因素的影响。结果表明，两种种植方式下单株干物质积累量均随密度增加而减少，且整个生育期均以低密度处理单株干物质量最高，吐絮期A2单株干物质增加量比A1大，单行种植更利于干物质积累并向生殖器官转移。随生育进程，棉花叶面积指数总体表现为先升高再降低的变化趋势，且随种植密度增加而增加，A1B3处理整个生育期叶面积指数都保持着较高水平。单株成铃数、衣分和铃重均随种植密度增加而减少;双行种植的产量普遍低于单行种植，两种种植方式下18万株/hm2密度处理产量较高，其中A2B2处理产量最高，为5724kg/hm2。综之，两种种植方式均以18万株/hm2密度更适合南疆棉花生产。

关键词：棉花;种植方式;密度;干物质;叶面积指数;产量构成;南疆

棉花是重要的经济作物，在国民经济中有着举足轻重的地位[1-3]。新疆是我国主要的优质棉产区，地理位置得天独厚，2020年植棉面积为250.2万hm2，总产高达516.1万t，分别占全国的78.9%和87.3%[4]，已成为我国最大的产棉区。

种植密度是棉花生产技术中的一个重要措施，合理密植是取得高产的关键。段云佳等[5]研究认为，一个合理的群体既要发挥其单株的生长优势，也要利用好群体的增产潜力，这样才能实现棉花高产优质。刘瑞显等[6]指出，种植密度过高与过低时，养分向棉株生殖器官的转移量相对降低，而向营养体的供应量则相对过高，不利于棉花高产。辛明华等[7]研究认为，种植密度影响棉花的水平与垂直生长，且改变营养与生殖生长状况，其过高过低都对棉花生长不利。罗宏海等[8]研究指出，高密度处理个体发育较差，对环境的适应能力差，群体内部条件恶化，叶片衰老和光合能力衰退加快;密度过低，整个生育时期叶面积指数一直处于较低值。娄善伟等[9]研究指出，密度不同，棉田冠层内部不同层次的光、温、热就会发生相应改变，叶面积指数、叶绿素含量等生理指标也会发生相应改变，最终影响到棉花的产量和品质。适宜的种植密度能够建立合理的群体结构，协调个体与群体之间的矛盾，充分利用光热能等资源，从而达到棉花增产增收的目的[10-12]。新疆棉花生产取得如此大的成就离不开其一直以来推广的“矮、密、早、膜”栽培模式[13]，通过增加密度建立群体优势从而获得高产[14，15]。由上看出，前人大多是在棉花不同种植方式或者不同种植密度方面予以研究，而将密度和种植方式相结合的相关研究较少。为此，本试验以中641为材料，研究两种种植方式下不同密度对棉花干物质积累特征及产量形成的影响，以期确立合适的种植方式及密度，为南疆棉花合理种植提供理论依据。

1材料与方法单株棉花生殖器官干物质积累量整体上随密度增大而减小，其中A2种植方式下低密度B1处理整个生育期处于最高水平，A1种植方式下除初花期、盛花期外B1处理也处于最高水平。A2种植方式下营养器官的整体积累量比A1多，其生殖器官干物质积累变幅也比A1大，说明单行种植更有利于营养物质向生殖器官转移。

2.3 不同种植方式和密度对棉花单株干物质分

配的影響

1.1试验地概况

试验于2020年4—10月在新疆阿拉尔市十团中国农业科学院棉花研究所试验基地（40°51′N，81°30′E）进行。土壤质地为砂壤。试验点属暖温带大陆性干旱气候，年平均气温10.56℃，气温日较差12.2～17.7℃，生育期间日照时数1793h，平均无霜冻期为208d，常年平均降水量48.2mm。

1.2试验设计与田间管理

供试棉花品种为中641。采用两因素裂区试验设计，重复3次。其中，主区为种植方式，即A1：双行（66cm+10cm），A2：单行（76cm+76cm+76cm），膜宽2.05m，膜间距0.23m;副区为密度，分别为B1：12万株/hm2，B2：18万株/hm2，B3：24万株/hm2。小区面积47.88m2（7.0m×6.84m）

于4月20日人工点播，7月8日打顶。灌溉方式采用膜下滴灌，全生育期灌水总量4200m3/hm2，分8次灌溉。结合播前整地基施尿素225kg/hm2、磷酸二铵300kg/hm2;追肥为尿素195kg/hm2、磷酸二铵270kg/hm2、磷酸二氢钾90kg/hm2，均随水分8次滴施。其余田间管理均与当地大田管理模式一致。

1.3测定项目及方法

1.3.1叶面积指数 分别于棉花苗期、蕾期、初花期、盛花期、初絮期、吐絮期每小区选择2株具有代表性棉株，将其叶片全部分离后铺于白色平板，用相机拍照得到jpg.格式的图片后再用image软件扫描获得叶面积。

1.3.2干物质 分别于棉花苗期、蕾期、初花期、盛花期、初絮期、吐絮期各小区选取2株具有代表性棉株，按根、茎、叶和生殖器官分开，然后105℃杀青30min、85℃烘至恒重，冷却后称量其干物质重。

1.3.3产量及其构成因素 于收获期选择小区中间一膜调查收获株数和未吐絮铃数以及籽棉产量。

1.4数据处理

用WPSOffice对数据进行整理、制图，用DPS7.05软件Duncan’s新复极差法进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同种植方式和密度下棉花单株干物质积累动态变化

从图1可以看出，不同种植方式和密度下棉花单株干物质积累总量随着生育进程逐渐增加，单株干物质积累速率为慢-快-慢，符合“S”形曲线递增规律，即苗期到盛花期积累速率平缓，盛花期到初絮期增长迅速，到吐絮期又趋于缓慢。总体上，种植方式A2干物质积累优于A1。

A1种植方式下，除初花期外，B1处理单株干物质积累量一直处于最高水平，吐絮期达到128.57g/株;A2种植方式下，B1处理整个生育期干物质积累量保持较高水平，吐絮期明显大于B3略高于B2，达到143.23g/株。可见，无论哪种种植方式，单株干物质积累量均随种植密度增大而减小，而单行种植更有利于单株干物质积累。

2.2不同种植方式和密度下棉花单株生殖器官干物质积累特征

图2显示，不同种植方式和密度下单株棉花生殖器官干物质积累的表现为盛花期以前营养生长迅速而生殖生长缓慢，营养器官干物质积累量高于生殖器官;盛花期后棉花主要进行生殖生长，生殖器官干物质积累速率迅速上升，至吐絮期棉花生殖生长趋于平缓。

2.3不同种植方式和密度对棉花单株干物质分配的影响

由表1可知，所有处理棉花单株干物质总体分配规律是，随着生育进程营养器官的分配占比逐渐降低，生殖器官的分配占比逐渐增高，营养器官分配占比由蕾期的95.11%～96.77%降低到吐絮期的31.02%～38.23%，生殖器官干物质占比由蕾期的3.23%～4.89%逐渐增加到吐絮期的60.89%～68.98%。

花铃期是棉花营养生长和生殖生长并进时期，生长重心开始向后者转移，但此时营养器官分配占比还很大，达77%以上，A2种植方式下B1与B3处理存在显著差异;此期生殖器官干物质积累也在不断增加。单株生殖器官干物质分配量整体上A1优于A2。

吐絮期，棉花成熟，叶片干枯脱落，但生殖器官干物质积累还在持续增加，A1双行种植下B1、B2处理的干物质积累分配与B3差异显著，A2单行种植下B1与B3处理之间差异显著。吐絮期生殖器官干物质分配量一直保持较高水平，各处理分配占比均达60%以上，A2种植方式下B1处理分配占比最高，达68.98%。吐絮期单株生殖器官干物质积累量A2整体上优于A1

2.4不同种植方式和密度对棉花叶面积指数的影响

如图3所示，不同种植方式和密度下棉花叶面积指数总体表现为先升高再降低的变化趋势：苗期至蕾期增加较为缓慢，蕾期以后增加明显，盛花期增加迅速，其中A2B3处理达4.67，与其它处理差异显著，较A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2分别增长51.09%、36.26%、27.84%、37.68%、24.50%。盛花期以后，棉花生长重心向生殖生长转移，叶面积指数逐渐下降。吐絮期，A1B3处理保持着较大叶面积指数，且显著大于其它处理，而A2B3处理叶面积指数呈现迅速下降趋势。

2.5不同种植方式和密度对棉花产量及其构成的影响

由表2可以看出，不同种植方式和密度对棉花产量构成有显著影响。两种种植方式下单株成铃数、铃重和衣分均随种植密度增大而减少，同一种植方式不同密度下单株成铃数B1处理均明显高于B2、B3处理;同一密度不同种植方式下单行种植的单株成铃数整体上比双行种植多。两种种植方式下B1处理单铃重高于B2、B3处理，单行种植方式整体上优于双行种植，其中A2B1单铃重最高为5.54g。衣分表现为双行种植方式优于单行种植，A1B1处理衣分最高，为45.02%。从产量来看，单行种植方式优于双行种植，两种种植方式下B2处理产量均比另外两个密度处理好，其中A2B2产量最高，为5724kg/hm2。

3讨论

3.1不同种植方式和密度对棉花干物质积累和分配的影响

棉花产量受光合产物积累和分配的影响。改变种植密度能够调控棉花不同生育期的干物质积累特征，在其较高积累的基础上提高向生殖器官的转移量是高产高效的关键[16，17]。李玲等[18]在相同种植密度下设置一膜三行、一膜四行、一膜六行处理，研究表明一膜三行模式更有利于生育后期干物质向生殖器官转移，且干物质分配合理，更容易得到高产。本试验结果与之相似，吐絮期单株生殖器官干物质积累量单行更优于双行。邓福军等[19]研究发现，叶片干物质积累随种植密度的增加而减小，吐絮后叶片死亡，干物质重下降，不同密度处理叶片干物质重有相同的下降趨势。宁新柱等[20]研究发现，不同密度条件下，全株干物质积累的关键时期为花铃期，加强此期田间管理是棉花产量形成的关键;单株干物质积累随密度的增加而减少，群体干物质积累则随密度的增加而增加。王志才等[21]研究认为，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。本试验结果表明，两种种植方式下单株干物质积累量均随种植密度增加而减小（密度小，单株生长空间大，长势更强;密度大，单株生长受环境限制，长势弱，不利于单株干物质积累），低密度处理单株干物质向生殖器官的转移量多，其中单行种植更有利于单株干物质积累并向生殖器官转移，3个密度处理表现一致。

3.2不同种植方式和密度对棉花叶面积指数的影响

叶面积指数（LAI）是衡量棉花群体结构是否合理的一个重要生理动态指标，是反映冠层结构性能的指标之一[9，14，22]。邓福军等[19]指出，叶面积指数的大小与种植密度有很大关联，随着种植密度的增加而增加，本试验结果与其相似。而吕新等[12]在22.5万株/hm2种植密度下得到最大叶面积指数，认为密度增加或者减少叶面积指数都有所下降，与本试验结果有所差异，可能是由于本试验种植方式对其影响所致。娄善伟等[9]研究表明各密度处理的LAI峰值大小及出现的时间表现不一。本试验结果表明，A1B3处理整个生育期保持着较高的叶面积指数，即使在后期依旧如此，而A2B3处理吐絮期叶面积指数呈现迅速下降趋势。原因可能为，双行高密度株距大，棉花单株长势比单行强，使其后期能够保持较高的叶面积指数，而单行生长空间狭窄，初絮期以后叶面积指数迅速下降。

3.3不同种植方式和密度对棉花产量构成的影响

密度决定群体的大小，影响个体的生长发育和竞争以及产量形成：密度太低的群体，成铃率高，但群体果节量太少;密度太高的群体，容易造成田间通风透光差，引起田间小气候恶化[7，21]。宁新柱等[20]研究发现，种植密度过高，果枝数、铃数、铃重均在减少，密度过低，单株优势较强，但无法弥补低密度造成的缺陷导致籽棉、皮棉产量较低，本试验得到相似结果。李玲等[18]研究表明，相较于一膜四行和一膜六行模式，一膜三行模式更有利于增加单株铃数，提高铃重。杨培等[23]研究表明，在等密度条件下，棉花单铃重随种植行距增大有上升趋势，但一膜三行、一膜四行、一膜六行模式之间的差异并不显著。本试验研究表明，单株成铃数、铃重和衣分均随种植密度增加而减小，无论哪种种植方式，种植密度过高或过低都不利于产量形成，密度低，铃重和衣分表现好但收获株数不足以支撑高产的形成;密度高，铃重和衣分表现差，虽有足够的收获群体但依然不能获得高产。

4结论

本试验两种种植方式下18万株/hm2密度处理单株干物质积累量足、分配合理，整个生育期叶面积指数保持适中，单株成铃数、衣分和单铃重表现良好，产量较高，其中A2B2处理产量最高，为5724kg/hm2。所以，单双行种植方式均以18万株/hm2密度更适合南疆棉花生产。