留叶枝棉花高产优质优化栽培措施组合研究

胡以华 张取仁

（1怀宁县三桥镇农业站，安徽怀宁 246111；2怀宁县种植业技术推广中心，安徽怀宁 246121）

留叶枝棉花指在棉花生长过程中不去叶枝，保留叶枝，在叶枝长有3～5台果枝时摘去叶枝顶心。留叶枝棉花栽培是棉花轻简化栽培的重要内容之一，通过增枝减株，减少种植株数，保留叶枝，使单位面积有较多的果枝（含叶枝上的果枝），减少移栽、施肥、喷药等用工，降低用种量及购种成本，在生产上有应用价值，因而研究留叶枝棉花高产优质栽培技术甚为重要[1-3]。留叶枝棉花栽培技术与去叶枝棉花栽培技术一样，由各种单项技术有机集合而成，只有各单项技术相互协调应用，才能使棉花高产优质。以往国内研究多停留在留叶枝棉花单项技术上，有关综合栽培技术措施对留叶枝棉花的影响研究甚少。尽管有人用二次正交旋转组合设计研究了棉花综合栽培技术措施对棉花产量及品质的影响[4-7]，但这些研究的对象是去叶枝棉花，其研究结果不适用于留叶枝棉花栽培。为研究留叶枝棉花高产优质优化综合栽培技术，笔者采用二次通用旋转组合设计研究了种植密度、纯N施用量、K2O施用量对留叶枝棉花产量和品质的影响，以期筛选出优化的农艺措施组合。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验安排在怀宁县三桥镇双河村（东经116.72°，北纬30.61°）。试验田土质为马肝土，肥力均匀，土壤含有机质22.4 g/kg、全氮1.29 g/kg、有效磷8.5 mg/kg、速效钾91 mg/kg，pH值5.6。试验田前作未种植农作物。

1.2 供试材料

供试棉花品种为中棉所63，由中国农业科学院棉花研究所提供。供试肥料为尿素（含纯N 46%，市购）、磷酸二铵（含纯 N 18%、P2O546%，市购）、氯化钾（含 K2O 60%，市购）。

1.3 试验设计

本试验共设种植密度（X1）、纯 N 施用量（X2）、K2O施用量（X3）等3个栽培因子，各因子水平编码具体见表1。

表1 试验各因子的水平设计

采用3因素5水平二次通用旋转组合设计，共组合了20个处理，各处理设计见表2。

表2 留叶枝棉花高产优质优化栽培措施组合试验处理

本试验不设重复。每个试验小区面积30 m2，种植4行，行距1.2 m，株距根据种植密度而定。小区间步道宽1 m。田间排列形状近似正方形，以减少试验误差，将处理1～14进行随机排列，处理15～20（0水平处理）均匀分布于试验区内。试验地四周设保护行。

1.4 试验过程

4月16日播种，5月23日移栽。氮肥分4次施用，基肥占25%、蕾肥占15%、花铃肥占50%、盖顶肥占10%，基肥在移栽前施用，蕾肥于5层果枝左右时施用，花铃肥于单株有1个大铃时施用，盖顶肥于立秋前后施用。钾肥分基肥、蕾肥2次施用，基肥占40%，蕾肥占60%。各小区氮肥和钾肥用量依设计方案而定。磷肥作基肥、蕾肥施用，分配比例为基肥占40%、蕾肥占60%，各处理P2O5用量为112.5 kg/hm2（折算为磷酸二氢铵244.56 kg/hm2），各小区依此用量折算磷肥用量。

各处理中耕、除草、化调、整枝、打顶等田间管理一致，均在一天内完成。

1.5 测定项目及方法

9月20日在每小区中间固定20株作为观察株，调查棉花株高、果枝数以及单株成铃数；每小区分别在9月30日、10月15日、10月30日、11月15日采摘吐絮棉铃50个晒干，测定单铃重。每小区分次釆收籽棉，单摘、单晒、单称，记录实产，最后折算出单位面积实际籽棉产量、霜前籽棉产量以及霜前花率等。

1.6 数据处理

使用Excel软件对试验数据进行统计，采用DPS 19.05对数据进行二次多项式回归分析。

2 结果与分析

2.1 各因素与籽棉产量、霜前籽棉产量间数学模型的建立与检验

2.1.1 数学模型的建立。根据表2及其各处理实收籽棉产量、实收霜前籽棉产量，应用二次通用旋转组合设计原理进行回归统计分析，建立了种植密度（X1）、纯 N 施用量（X2）、K2O 施用量（X3）与籽棉产量（Y1）回归方程以及种植密度（X1）、纯 N 施用量（X2）、K2O 施用量（X3）与霜前籽棉产量（Y2）回归方程，得方程式（1）和方程式（2）。

通过方差分析，分别对方程式（1）和方程式（2）失拟项、整体效应进行显著性检验。方程式（1）和方程式（2）失拟项检验的P值分别为0.947 4、0.871 7，检验结果不显著，表明试验中其他因素对试验影响小；检验方程式（1）和方程式（2）回归显著性的P值分别为0.118 6、0.147 6，均大于0.05，表明2个方程式回归不显著，所建立的2个方程式与实测值拟合不好，同时2个方程式中的多个回归系数显著性检验也不显著。依据统计学原理，以a=0.05为标准，在保留主因子前提下，分别剔去2个方程式中不显著的回归项，从而得到简化后的回归方程式（3）和回归方程式（4）。

2.1.2 各类回归方程的显著性检验。重新对简化后的回归方程式（3）和回归方程式（4）进行显著性检验。由表3可知，用以检验方程式（3）和方程式（4）失拟程度的P值均大于0.05，检验结果不显著，说明除试验所涉及因素之外的其他未知因素对试验结果影响很小；用以检验回归方程式（3）、回归方程式（4）显著程度的P值均小于0.05，表明试验3因素与籽棉产量、霜前籽棉产量相依关系密切，有可靠实用性，能用于模拟和预报产量[8-9]。

表3 回归方程及各类回归系数的显著性检验结果

经过显著性检验，方程式（3）中纯N施用量一次效应达显著水平，种植密度与纯N施用量互作项也达到显著水平；方程式（4）中种植密度与纯N施用量互作项达到显著水平，K2O施用量的二次效应接近显著水平。

2.2 各因素对籽棉产量的影响

2.2.1 主效应分析。由方程式（3）可知，从一次项来看，其作用表现为纯N施用量>K2O施用量>种植密度。说明纯N施用量对籽棉产量起重要作用，种植密度和纯N施用量交互作用也对籽棉产量起重要作用，K2O施用量对籽棉产量影响很小。

2.2.2 单因子效应分析。由于方程式（3）中X1和X3一次项回归不显著，可不考虑对X1和X3进行单因素效应分析，只将一次项回归显著的X2进行单因素效应分析。采用降维法将方程式（3）中的X1和X3固定为0水平，则方程式（3）简化为一元直线回归方程，得方程式（5）。表明纯N施用量（X2）在编码值为-1.682～1.682之间时，籽棉产量随纯N施用量增加而增加，纯N施用量每增加1个单位，籽棉产量相应增加121.02 kg/hm2。

2.2.3 交互作用分析。上述单因子效应分析，只反映了在特定条件下各单因子对产量影响的简单效应。实际上各因子并不是孤立影响棉花生长的，而是相互联系、相互制约、共同影响棉花生长的，各因子之间还存在交互作用。进行交互效应分析，可揭示各因子间的内在联系，揭示措施间的相互促进或抑制关系，为制定高产优质栽培措施提供依据。

本试验仅对方程式（3）中交互作用显著的X1与X2互作效应进行分析。继续用降维法，将方程式（3）中的X3固定为0水平，得方程式（6），将X1和 X2编码值分别代入方程式（6），得到X1与X2互作效应值（表 4）。

从方程式（6）可以看出，种植密度和纯N施用量存在反向交互作用，它们对籽棉产量有重要影响。由表4可知，在纯N施用量水平为-1.682～-1.000时，产量随种植密度增加而增加；当纯N施用量水平为0～1.682时，产量随种植密度增加而降低；同理，当种植密度水平为-1.682～0时，产量随着N施用量增加而增加；当种植密度水平为1.000～1.682时，产量随纯N施用量增加而降低；当种植密度为水平-1.682、纯N施用量水平为1.682时，籽棉产量最高，达到4 877.66 kg/hm2。说明在纯N施用量较少时增加种植密度能增产，当纯N施用量较多时适当降低种植密度对增产有利，合理的种植密度搭配适宜的纯N施用量才能使籽棉产量最高。

表4 种植密度（X1）和纯N施用量（X2）互作对棉花籽棉产量的影响

2.3 各因素对霜前籽棉产量的影响

2.3.1 主效应分析。由方程式（4）可知，从一次项来看，其作用表现为K2O施用量>纯N施用量>种植密度，但这3个因素一次项回归不显著。K2O施用量的二次效应接近显著水平，说明其对霜前籽棉产量起重要作用。种植密度与纯N施用量互作项达到极显著水平，说明它们之间交互作用对霜前籽棉产量起着极为重要作用。

2.3.2 单因子效应分析。由于方程式（4）中X1、X2和X3一次项回归不显著，可不考虑对X1和X2进行单因素效应分析，只将回归显著的X3二次项进行单因素效应分析。用降维法将方程式（4）中的X1和X2固定为0水平，方程式（4）变成了一个一元二次回归方程，得方程式（7）。将X3不同编码值代入方程式（7）进行计算，结果表明，K2O施用量水平在-1.682基础上霜前籽棉产量随K2O施用量增加而增加，但K2O施用量水平由-1.682增加到-0.336 4时，霜前籽棉产量最高，为3 253 kg/hm2；随后霜前籽棉产量随K2O施用量增加而减少。这表明增加K2O施用量可以提高霜前籽棉产量，但是过量施用会降低霜前籽棉产量。

2.3.3 交互作用分析。只对方程式（4）中交互作用显著的互作项X1与X2进行互作效应分析。继续用降维法，将方程式（4）中的X3固定为0水平，得方程式（8），将 X1和 X2编码值分别代入方程式（8），得到 X1与X2互作效应值（表5）。

从方程式（8）可以看出，种植密度与纯N施用量也存在反向交互作用。由表5可知，当纯N施用量水平为-1.682～-1.000时，霜前籽棉产量随种植密度增加而增加；当纯N施用量水平在0～1.682时，霜前籽棉产量随种植密度增加而降低。同理，种植密度水平在-1.682～0时，霜前籽棉产量随纯N施用量的增加而增加，当种植密度水平在1.000～1.682时，霜前籽棉产量随纯N施用量增加而降低；当种植密度水平为-1.682、纯N施用量水平为1.682时，霜前籽棉产量最高，达3 900.04 kg/hm2。说明在纯N施用量较少时增加密度可增加霜前籽棉产量，当纯N施用量增加时适当降低密度能提高霜前籽棉产量，当种植密度和纯N施用量最协调时霜前籽棉产量最高。

表5 种植密度（X1）和纯N施用量（X2）互作对棉花霜前籽棉产量的影响

2.4 棉花高产优质优化措施组合确定

棉花籽棉产量由霜前籽棉产量和霜后籽棉产量构成。霜前籽棉是棉铃在较高温度下生长发育而形成的，其内在品质好，符合棉纺工业对棉花内在品质的要求，其产量高低反映棉花品质状况，在生产上常常将霜前籽棉产量及其占比作为棉花优质与否的重要指标。棉花高产优质指棉花籽棉产量高，同时霜前籽棉产量也高（占比达80%以上）。生产上要求棉花高产与优质兼备，既满足棉农对产量的要求，又满足棉纺工业对品质的要求。根据目前怀宁县棉花产量状况，本试验要求筛选棉花高产优质优化栽培措施组合所对应的籽棉产量目标值起点在3 750 kg/hm2以上、霜前籽棉产量目标值起点在3 000 kg/hm2以上，筛选棉花更高产优质优化栽培措施组合所对应的籽棉产量目标值起点在4 125 kg/hm2以上、霜前籽棉产量目标值起点在3 300 kg/hm2以上，筛选棉花超高产优质优化栽培措施组合所对应的籽棉产量目标值起点在4 500 kg/hm2以上、霜前籽棉产量目标值起点在3 600 kg/hm2以上。本试验根据上述所建立的数学模型，取步长为1，将不同种植密度、纯N施用量、K2O施用量的因子码值代入籽棉产量回归方程，对3因子5水平的125套组合方案进行模拟仿真试验，获得籽棉产量为3 750～4 125 kg/hm2组合方案42套，占33.6%；获得籽棉产量为4 125～4 500 kg/hm2组合方案53套，占42.4%；获得籽棉产量>4 500 kg/hm2组合方案15套，占12%。同理，获得霜前籽棉产量为3 000～3 300 kg/hm2组合方案47套，占37.6%；获得霜前籽棉产量为3 300～3 600 kg/hm2组合方案23套，占18.4%；获得霜前籽棉产量>3 600 kg/hm2组合方案10套，占8%。根据棉花高产优质对霜前籽棉产量的要求，将籽棉产量为3 750～4 125 kg/hm2与霜前籽棉产量为3 000～3 300 kg/hm2、籽棉产量为4 125～4 500 kg/hm2与霜前籽棉产量为3 300～3 600 kg/hm2、籽棉产量>4 500 kg/hm2与霜前籽棉产量>3 600 kg/hm2所对应的因子取值范围取其交集，即得到数学上统筹兼顾的最优解，也就是产量与品质兼顾的优化措施组合方案。由表6可知，不同产量水平下，留叶枝棉花兼顾产量与品质的优化栽培措施组合各因子取值范围有差异，总体上向更高产量与更好品质水平迈进时，要降低种植密度、减少K2O施用量，增加纯N施用量。

表6 不同产量水平下棉花产量与品质兼顾的优化措施组合

表6 （续）

3 结论与讨论

本研究结果表明：K2O施用量对棉花籽棉产量影响很小，纯N施用量与籽棉产量呈直线回归关系；种植密度和纯N施用量存在反向交互作用，共同影响籽棉产量，当纯N施用量较少时增加密度能增产，当纯N施用量较多时适当减小种植密度对增产有利。K2O施用量增加可提高霜前籽棉产量，但过量施用会降低霜前籽棉产量；种植密度与纯N用量也存在反向交互作用，二者共同影响霜前籽棉产量，当纯N施用量较少时增加密度可增加霜前籽棉产量，当增加纯N施用量时适当减小种植密度能提高霜前籽棉产量。根据模拟仿真试验，在不同产量水平下，其产量与品质兼顾的优化措施组合方案为：在籽棉产量为3 750～4 125 kg/hm2与霜前籽棉产量为3 000～3 300 kg/hm2条件下，种植密度为29 831～31 938株/hm2，施肥量为纯 N266.95～304.88kg/hm2、K2O 185.71～213.62 kg/hm2；在籽棉产量为4 125～4 500 kg/hm2与霜前籽棉产量为3 300～3 600 kg/hm2条件下，种植密度为27 022～31 424 株/hm2，施肥量为纯 N 259.08～334.17 kg/hm2、K2O 166.95～218.39 kg/hm2；在籽棉产量>4 500 kg/hm2与霜前籽棉产量>3 600 kg/hm2条件下，种植密度为17870～20310 株/hm2，纯 N、K2O 施用量分别为 444.42～488.35、144.24～209.71 kg/hm2。

从本试验结果看，随着籽棉产量提高，施氮量增加，种植密度下降，K2O施用量减少。由此表明，留叶枝棉花栽培各单项技术措施要相互协调配合，才能取得最大成效。棉花籽棉产量是棉花生物学产量与经济系数的乘积，要提高棉花籽棉产量，就要增加生物学产量，提高经济系数。因棉花生物体由水分、有机物（蛋白质、脂肪、碳水化合物等）、矿物元素（氮、磷、钾等大量元素及硼、锌、铜、铁等微量元素）组成，而氮是蛋白质的构成元素之一，也是叶绿素的构成元素之一，增加生物学产量就要增加氮肥施用量，而施氮量与种植密度呈反向互作关系，增加施氮量应相应减小棉花种植密度，才能获得高产，否则易引起田间群体恶化，导致减产。这也符合留叶枝棉的生长特点。留叶枝棉花虽减少了种植株数，但其每株都有1～5个叶枝，每个叶枝上又长有数个果枝，单位面积主茎和叶枝数多于去叶枝棉花主茎数，相当于单位面积增加了种植株数。因此，要想提高产量，应适当降低种植密度，配合施用较多的氮肥。