新疆阿拉尔垦区不同播期对棉花生长的影响

王文涛,吴 博,邰红忠,练文明,戴翠荣,李双江,蒲艳梅

(1.新疆生产建设兵团第一师农业科学研究所,新疆阿拉尔 843300;2.塔里木大学,新疆阿拉尔 843300)

0 引 言

【研究意义】新疆棉区无霜期短,“促早”栽培是加快棉花生育进程的主要措施,而新疆春季气温多变,要做到“促早”栽培,必须适期早播[1-3]。新疆阿拉尔垦区地处塔克拉玛干盆地边缘,春季气温反复,变化幅度大,容易出现持续低温的极端天气,播种过早苗期易遭受低温危害,播种过晚则热量不足,易造成减产,棉纤维品质下降,研究不同播期对棉花生长的影响,对促进新疆阿拉尔垦区棉花高产栽培有重要意义。【前人研究进展】棉籽萌发要求最低温度为10.5～12℃,长时间低于此温度会使种子霉烂,造成发芽迟缓、发芽率低,降低棉苗株高,抑制根系生长[4-5],低温强度和低温持续时间是影响棉种出苗的重要因素[6],一般将当地表或膜下5 cm土层温度稳定达到12～14℃时作为播种指标,新疆南疆播期为4月5日至15日,在4月20日之前播种结束[1],新疆阿拉尔垦区棉花播种时间一般为每年4月5～25日[1,7]。适期早播能够有效延长棉花开花结铃期,促进棉花优质高产[8],播期推迟则造成生育期延长,并使子棉产量、单株铃数、衣分和霜前花率逐渐下降[9,10],播期对棉花产量、纤维品质的影响受到当地光热条件和品种熟性的影响[11-13]。【本研究切入点】有关新疆阿拉尔垦区不同播期对棉花生长的影响研究未见文献报道,需新疆阿拉尔垦区研究不同播期对棉花出苗、棉苗生长、生育期、农艺性状、产量性状、干物质量及纤维品质的影响。【拟解决的关键问题】设计5个播期的试验,研究不同播期的对棉花出苗、苗期生长、产量、纤维品质的影响,分析适期早播与晚播对棉花生长造成的差异,为阿拉尔垦区棉花品种选择、促早栽培等提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 棉花品种

2018年于十团十一连3-25南#地无病田进行,试验品种为第一师陆地棉主栽品种J206-5。

2月18日春灌水,4月8日犁地,4月12日喷施封闭除草剂,4月13日耙地,基肥:尿素225 kg/hm2,磷酸二铵300 kg/hm2,钾肥75 kg/hm2。采用机力铺膜并覆土保墒,播前3 d,膜下5 cm日平均地温稳定通过12℃,每个播期采用人工点播,1穴1粒。7月8日打顶,9月23日喷施脱叶剂(脱吐隆375 g/hm2,乙烯利1.2 kg/hm2),10月25日实收子棉。

1.1.2 试验地气象情况

4月下旬平均温度17.9℃,并伴有少量降雨;5月平均温度19.4℃,上中旬遭遇降温天气;6月平均温度24.6℃,降雨量较大;7月平均气温25.7℃,气温较平稳;8月平均气温23.8℃,降雨量较往年偏多;9月平均气温18.7℃,较往年偏低,阴天居多,并伴随少量降雨。图1

注：HT 为最高温度,LT 为最低温度,MDT为平均温度,MST为膜下5 cm土壤平均温度

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

播期设置5个:4月14日、4月17日、4月20日、4月23日、4月26日,分别用T1,T2,T3,T4,T5代表,播种密度均为2.52×105株/hm2。采用完全随机排列,3次重复,共计15个小区。每个小区面积34.2 m2,试验地总面积513 m2。种植模式为1膜6行,行距为(66+10) cm,株距为11.5 cm。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 土壤温度

使用温度记录器RC-5测定土壤5 cm地温,每天08:00、14:00、18:00、02:00测量并记录土壤温度。

1.2.2.2 生育期

调查记录各处理50%棉花出苗,第1、2、3片真叶展平,现蕾,开花,吐絮的日期。

1.2.2.3 苗 期

出苗率=出苗数/供试种子总数×100;

出苗速率=1/播种至出苗天数×100;

平均温差=∑(日最高气温-日最低气温)/出叶天数。

1.2.2.4 农艺性状

于5月25日选取各处理长势均匀6个棉株,调查株高、主根长、节位、茎粗。于7月20日定点调查株高、叶龄、第一果枝节位、第一果枝节位高度、单株果枝台数;于8月20日定点调查大铃数、小铃数、叶枝铃数,每个小区连续调查10株。

1.2.2.5 产量性状

于10月25日,每个小区分别取3行连续棉株,采收整株吐絮铃30个,每个小区共计90铃,用于测定铃重、纤维品质分析;对各个处理分别取6.67 m2,调查收获株数、总铃数、吐絮铃数、青铃数、烂铃数并进行子棉实收,并称取1 kg籽棉测量衣分。

1.2.2.6 干物质累积

于5月25日对选取的6株棉苗,按根、茎、叶进行分样,分别于6月20日、7月20日、8月20日、9月20日采样,每小区取生长均匀一致的棉株3株,按主茎+果枝、叶片、蕾、铃分样,全部样品采用105℃杀青30 min后,置于80℃烘干至恒重后,测定其干物质量。

1.2.2.7 纤维品质

取10月25日采收的棉样30 g,由新疆生产建设兵团第一师农业科学研究所检验测试中心进行纤维品质检测(HVICC校准),测定棉花上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值、成熟度、整齐度、断裂伸长率共计6项指标。

1.3 数据处理

采用Excel与DPS数据分析系统进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对出苗的影响

研究表明,在不同播期条件下,出苗天数和出苗率差异显著,随播期推迟,出苗天数变短,出苗率提高,T5处理出苗用时天数最短,出苗率最高;出苗速率随日均温度升高逐渐提高。出苗率与出苗天数呈显著负相关,与日均温度和出苗速率呈极显著正相关,日均温度和出苗天数呈显著负相关,出苗速率和日均温度成显著正相关,出苗有效积温与任一指标不存在相关关系。在满足出苗最低温度的条件下,对出苗影响最大的是的日均温度,日均温度越高,出苗速率增加,出苗天数缩短,出苗率提高;出苗所用的时间越长,则出苗率越低。表1

表1 不同播期下棉花出苗变化

2.2 不同处理对棉花3叶期的影响

研究表明,各处理日均气温均在15 ℃以上,4月26日至5月8日呈现持续的降温天气,8日、9日的日最低温度低于10 ℃,5月10日气温急剧回升,13日至22日再次呈现持续的降温。图1

由于不同处理出苗时间不同,出苗至第3片真叶展平所需时间为15～18 d,气温≥15℃的有效积温为75.7～95.8℃。出苗至第1片真叶展平的有效积温为27.8～47.8℃,用时7～8.7 d,第1～2片有效积温为11.5～37℃,用时4～5.7 d,第2～3有效积温为11～33.8℃,用时3.7～6 d,反映棉苗在第1片真叶展平后,出叶时间缩短,出叶的有效积温变少。

T1、T2、T3在出苗至第1片真叶期间日均温差较大,遇少量降雨,出叶较慢。第1～2片真叶期间,T4处理的日均气温、有效积温较高,日均均温差较大,棉苗在5月8日和9日分别遭遇日最低温度9和8℃,低温持续时间高于其他处理,出叶时间最长。第2～3片真叶期间,5月16日至21日出现持续降雨,降温处于T4出叶的末期,日均温度略高于T5,而降温处于T5出叶前期,日均温度最低,出叶所需时间最长,有效积温最少,低温在出叶期间的不同阶段会对出叶造成影响。表2

表2 不同处理下棉花3叶期出叶变化

2.3 不同处理5月25日棉花生长

研究表明,株高与节位、茎粗、各器官干物质量相互呈显著正相关。气温≥15 ℃有效积温与株高、节位、茎粗、各器官干物质量呈显著正相关,和根冠比呈显著负相关,而T1至T5气温≥15 ℃有效积温为129.5、120.8、110.7、96.3、82 ℃,表明有效积温越高越有利于棉苗生长,对地上部分干物质量积累作用更为显著。同时还表明株高与节位、茎粗、各器官干物质量相互呈显著正相关。早播处理的棉苗较壮,株高随播期依次递减,并存在显著差异,T1至T5分别为11.4、9、7.6、6.9、6.2 cm;T1茎粗为3.3 mm、节位为4.7、茎、叶干物质量分别为0.18 g、1.41 g,均高于其他处理,与T4、T5处理达显著水平,表明茎粗、节位、茎、叶干物质量的变化均随播期呈现递减趋势。早播处理根系强健,T1主根长为13.6 cm,与T5的11.7 cm存在显著差异,其根系干物质量为0.31 g,随播期推迟,根系干物质量依次递减,并与T4、T5处理存在显著差异。生长优势明显,综合表明早播处理植株健壮,根系强健,具有明显生长优势,而播期越晚其株高、主根长、节位、茎粗、各器官干物质量下降越明显。表3,图2

图2 不同处理下棉花5月25日的干物质量变化

表3 不同处理下棉花5月25日生长变化

2.4 不同处理的生育期

研究表明,随播期推迟,现蕾期、开花期、吐絮期均推迟,生育期显著延长,T1时间最短,为133.7 d,T5时间最长,为138.3 d。不同播期对出苗至现蕾所用时间影响最大,T1至T5处理出苗至现蕾所用时间随播期推迟显著延长,≥19℃有效积温增加,T1用时最短为30.7 d,有效积温39 ℃,T5用时最长为39.7 d,有效积温88.7℃,由于晚播处理苗期生育进程慢,造成现蕾推迟。现蕾至开花所用时间无显著差异,处于27～29.7 d,≥20℃有效积温为100.2～115.8℃;开花至吐絮所用时间仅T1和T3表现显著差异,其他处理间差异不显著,处于70.7～73.3 d,≥20℃有效积温随播期推迟而变少,由于9月12日以后日平均气温低于20 ℃,T4、T5处理的有效积温均较少。表4

表4 不同处理下棉花生育期变化

2.5 不同处理的农艺性状

研究表明,播期对株高、叶龄、第一果枝节位、第一果枝节位高度、果枝台数、大铃数产生显著影响。株高、叶龄、果枝台数、大铃数均随播期推迟而显著降低,T1较其他处理株高、叶龄、果枝台数、大铃数分别增加3.6～7.5 cm、0.6～2.1、1.9～3.5台、0.7～2个。第一果枝节位和高度均随播期推迟而显著增加,表明晚播处理生育进程较晚。各处理小铃数和叶枝铃数并无显著差异。表5

表5 不同处理下棉花农艺性状变化

2.6 不同处理的产量性状

研究表明,早播处理产量具有明显优势。随播期推迟,T2、T3、T4产量下降,较T1分别减产0.5%、4.1%、14.3%,但未达到显著差异,T5产量下降较为显著,较T1减产24.8%;衣分、单株铃数、吐絮铃随播期显著下降,早播有利于提升衣分、成铃数量和吐絮率。在株数、单铃重和烂铃率方面,各处理并无显著差异。表6

表6 不同处理下棉花产量性状变化

2.7 不同处理生殖器官干物质积累变化

研究表明,随播期推迟,各处理进入快速积累期的时间提前,快速积累期缩短,最大积累速率出现时间提前,最大积累速率降低,快速积累期生长特征值下降。T1的快速积累期是在播种后113.75 d开始,最大积累速率出现时间为播种后126.38 d,结束时间为139.01 d,持续25.25 d,即8月6日至9月1日,最大积累速率达2.25 g/d;T2的快速积累期为23.45 d,最大积累速率达2.21 g/d;T3的快速积累期为21.31 d,最大积累速率达2.24 g/d;T4的快速积累期为19.23 d,最大积累速率达2.31 g/d;T5的快速积累期为20.39 d,最大积累速率达2.09 g/d。表7

表7 不同处理下棉花生殖器官干物质量变化

早播处理在6月20日的生殖器官占总干物质量比率高于晚播处理,早播处理由营养生长向生殖生长转化的时间较早;各处理在7月20日、8月20日的比率没有显著差异,其中各处理在8月20日时生殖器官干物质量比率接近50 %;9月20日,各处理已全部吐絮,生殖器官干物质量比率随播期推迟而下降,早播处理在产量上具有较大优势。图3

图3 生殖器官占总干物质量比率

2.8 不同处理的纤维品质

研究表明,受播期影响的棉花纤维指标有马克隆值、成熟度,随播期推迟、马克隆值、成熟度显著降低,其它指标并未受到播期显著影响,上半部平均长度为31.16～31.88 mm,断裂比强度为28.49～29.2 cN/tex,整齐度为83.9%～84.88%,断裂伸长率为6.27%～6.73%。表8

表8 不同处理下棉花纤维品质

3 讨 论

3.1 播期温度对棉花出苗的影响

适期早播能够充分利用光热资源,是形成棉花高产的重要因素之一[1],但是早播易遭受低温危害,影响棉花出苗及产量,播期温度成为出苗的关键因素[14]。适宜播期的温度指标最低为≥10℃[15],播种至出苗需要12℃以上,有效积温50～70℃[3],阿拉尔垦区实际生产中将膜下5 cm,连续3 d日均地温≥12℃作为棉花播种期的温度指标。试验中,播种至出苗膜下5 cm日均温度均≥12℃,且膜下5 cm≥12℃的有效积温为83.4～95.8℃,各个播期的温度满足出苗指标,其中对出苗影响最大的是土壤5 cm的日均温度,日均温度高,有利于出苗[5],而早播的处理出苗速率和出苗率均较低。

3.2 播期温度对苗期的影响

第1片真叶出现的快慢与温度的高低密切相关,平均气温在15℃以上才开始出叶,随温度升高,出叶速度加快[3]。试验表明,3叶期出叶受到日均气温、≥15℃有效积温、日最低气温、低温持续时间和日均温差的综合影响。在日均气温≥15℃且满足不同真叶展平的≥15℃有效积温时,日均温差越大,日最低温度越低、低温持续时间越长对棉花出叶影响越大,出苗速度减缓,同时造成棉花幼苗叶面积减小,干物重下降,细胞膜透性增加[16]。在出叶的末期,低温对棉苗生长造成影响较小,可能由于出叶前期热量积累造成抗逆性增强[17]。

根系是棉花苗期生长的中心,早播时低温不利于棉花地上干物质积量累,但对根系生长的影响较小[18-20]。从试验中5月25日的棉苗生长情况来看,早播处理的根系更具有优势,主根较长、干物质量较高,同样早播处理的茎秆粗壮、株高较高、出叶较多,抗低温能力较强。晚播处理的棉苗干物质量、株高、茎粗、节位显著降低,根冠比低于晚播处理,易受低温危害。

3.3 播期对生育期、产量、纤维品质的影响

棉花播期直接影响生育进程,随播期推迟生育期显著延长,其中现蕾期和吐絮期较为显著。从现蕾期来看,晚播处理现蕾较晚,出苗至现蕾时间较长,而气温≥19℃有效积温较高,对比5月25日的干物质量,造成这种现象的原因是5月上中旬的降温影响晚播处理的生育进程,同时表明试验晚播的热量积累不足以补偿生育进程差异,可能是由于晚播处理苗期的低温条件限制了棉花的补偿能力[18]。晚播吐絮较晚,时长较早播处理略短,气温≥20℃有效积温较较低,可能由于晚播处理花铃期的气温相对比较低,不能在短时间内满足棉花所需要的有效积温,造成生育期延长[2,21]。

试验中随播期推迟,快速积累期缩短,从农艺性状来看早播处理果枝台数、大铃数较多,6月20日的干物质量表明早播处理生殖器官干物质量积累较早,积累量具有优势,9月20日的调查结果表明,早播的生殖器官干物质量具有明显优势,与产量表现一致。卢和全等[12]研究表明晚播的生育期和产量受品种熟性的影响。刘国栋等[13]研究表明生育期长的棉花品种,晚播会导致产量显著降低,生育期短的品种,适当晚播可以提高产量。J206-5属于中熟品种,试验结果表明,对于中熟品种,晚播会降低产量,延长生育期,然而当遇到极端气象灾害造成重播的情况下,可采用熟性较早,生育期较短的品种挽回经济损失。

棉花纤维品质受到不同播期花铃期的温度、日照辐射等条件的影响[22-25]。赵新华等[24]的研究表明晚播条件下,纤维氮的含量和累积量降低,断裂比强度和马克隆值显著下降;吴博等[9]研究表明在无膜栽培条件下,上半部平均长度、断裂比强度、断裂伸长率、整齐度随播期的推迟而增加,马克隆值、成熟度随播期推迟而降低。试验中马克隆值、成熟度的影响均表现为随播期推迟而降低,其他指标没有显著差异,可能是由于不同品种的棉花纤维品质对播期的反应不同,不同品种同一个纤维品质指标的反应强度不同造成[25]。

4 结 论

阿拉尔垦区适宜播期为4月上中旬,不宜超过4月20日,3 d膜下5 cm日平均地温≥12℃可作为棉花播种的适宜温度指标,早播的棉花出苗率较晚播略低,但是生长优势明显,易于形成壮苗,且生育进程早,花铃期时间长,易于形成产量,提高棉花纤维品质,在品种选择方面宜采用中熟品种。晚播出苗率较高,但是生育进程晚,花铃期热量较低,不利于棉铃成熟,纤维品质略差,宜采用熟性较早的品种。