南疆棉区机采种植模式下棉花种植密度研究

来源:用户上传      作者:辛明华 王占彪 李小飞 韩迎春 冯璐 王国平 雷亚平 杨北方 邢芳芳 熊世武 范正义 李亚兵

　　 摘要：為探索南疆机采棉适宜种植密度，以中棉所60为试验材料，于2017—2018年在南疆阿拉尔研究6个不同种植密度（每公顷9.0万、12.0万、15.0万、18.0万、21.0万、24.0万株）对棉花生长发育、冠层、产量及其纤维品质的影响。结果表明，密度对棉花生育期、生长发育、光截获、棉铃分布、产量及其纤维品质均有显著影响。具体为：在行距（66+10）cm机采棉种植模式下，随密度增加，果枝数、叶枝数显著减少，果节长度受到抑制，光截获量增加，棉铃分布向中下部和内部集中，单株成铃数减少，单铃重和霜前花率有所下降，衣分变化不明显。本试验中，每公顷密度（18.0～21.0）万株的各处理产量较高，其中每公顷18.0万株处理的产量最高，两年度平均产量为5 943.1 kg/hm2，且其纤维长度和整齐度适中，马克隆值、断裂比强度以及断裂伸长率最佳;当每公顷密度超过21.0万株时，各测定指标除整齐度和断裂伸长率之外，其余整体呈现下降趋势。本试验条件下，南疆棉区棉花种植密度以每公顷18.0万株较为适宜。
　　关键词：南疆棉区;机采棉花;种植密度;冠层结构;产量;品质
　　中图分类号：S562.04  文献标识号：A  文章编号：1001-4942（2020）01-0046-07
　　Abstract To find out suitable planting density for high-yielding and good-quality of cotton under machine-picked planting mode in South Xinjiang， six different density levels （90 thousand， 120 thousand， 150 thousand， 180 thousand， 210 thousand and 240 thousand plants per hectare） were set in Alar， South Xinjiang， using CCRI 60 as the experimental material in 2017-2018. The effects of planting density on cotton growth and development， canopy， yield and fiber quality were studied. The results showed that density affected cotton growth period， growth and development， light interception， boll distribution， yield and fiber quality significantly. Under the planting mode of machine-picked cotton with row spacing as （66+10） cm， with the increase of density， the number of fruiting branches and leaf branches decreased significantly， the fruit node length was restrained， the light interception increased， the cotton boll distribution concentrated to the middle and lower parts and interior， the boll number per plant decreased gradually， the boll weight and pre-frost flowering rate decreased， and the lint percentage changed but not obvious. In this experiment， the yield under the treatments of 180 thousand～210 thousand plants per hectare was higher with the average yield as 5 943.1 kg/hm2. In which， the yield of 180 thousand plants per hectare was the highest， the fiber length and uniformity were moderate， and the micronaire value， breaking specific strength and breaking elongation were the best. When the density exceeded 210 thousand plants per hectare， the measured indicators showed downward trends except for the uniformity and elongation at break. Under the experimental conditions， the cotton planting density of 180 thousand plants per hectare was more suitable for the South Xinjiang.
　　Keywords Cotton region of the South Xinjiang;Machine-picked cotton;Planting density;Canopy structure; Yield;Quality 　　 合理密植是实现棉花群体优化和提质增效的重要途径[1-3]。探索棉花的适宜种植密度，研究种植密度对棉花农艺性状、光截获、棉铃分布、产量构成、纤维品质的影响及其机制，对协调棉花群体与个体关系、实现棉花高产优质具有重要意义[4-6]。前人研究表明，种植密度对棉花产量分布与熟相有较大影响：产量在棉株上的内外分布，随密度升高向内围集中，但密度过高，库源比例过小，有贪青晚熟的趋势;而中等密度下因库源比例适宜，熟相较好[7]。种植密度对棉花群体光合作用具有明显影响：张旺锋等[8]研究表明，盛铃期以前随种植密度的增加，叶面积指数增大，冠层对光能的截获率增加，群体光合速率明显增强;支晓宇等[9]研究发现，不同群体棉花茎叶的空间分布决定光合有效辐射（PAR）的分布，PAR在不同密度群体内透射率存在显著差异，且随密度增加而减少。此外，Feng[10]、Bednarz[11]、Palomo [12]等从不同角度对棉花适宜密度进行了研究，但由于所用品种、生态条件及试验方式不同，结论也不尽相同。
　　南疆作为新疆高品质棉产地，其播种面积占全疆植棉面积的71.2%，产量占全疆总产的67.6%[13，14]。确立南疆棉区机采模式下的适宜种植密度，对该地区棉花实现高产优质具有重要意义。因此，本研究在南疆气候生态区设置种植密度试验，探讨不同种植密度对棉花农艺性状、产量及其品质指标的影响，为南疆机采棉高产高效栽培提供理论基础与技术支撑。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验概况
　　试验于2017—2018年在南疆阿拉尔市中国农业科学院棉花研究所试验站（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℃，全年累计≥10℃期间日照时数1 793 h，平均无霜冻期208 d，常年平均降水量48.2 mm（数据由2000—2018年连续18年的阿拉尔市气象资料统计所得）。两年均于棉花播种前测耕作层土壤养分状况，取其平均值，结果为：0～20 cm土层有机质含量为9.05 g/kg、全氮0.93 g/kg、碱解氮73.41 mg/kg、有效磷27.33 mg/kg、速效钾116.89 mg/kg，pH值为8.94;20～40 cm耕层有机质含量为5.22 g/kg、全氮0.42 g/kg、碱解氮37.01 mg/kg、有效磷20.38 mg/kg、速效钾126.54 mg/kg，pH值为7.06。
　　1.2 试验设计与田间管理
　　供试品种中棉所60，生育期137 d左右。试验设置6个处理，即每公顷密度（万株）9.0、12.0、15.0、18.0、21.0、24.0，分别用D1、D2、D3、D4、D5、D6表示。采用机采棉种植模式，一膜6行，每区5膜，8 m长，行距配置为（66+10）cm。随机区组设计，重复4次，共24个小区。分别于2017年4月8日、2018年4月13日人工点播，其它田间管理措施参照当地高产棉田。
　　1.3 测定项目与方法
　　1.3.1 农艺性状调查 棉花于三叶期定苗，确定株数以保证其密度。每小区选择具有代表性的连续20株棉花，记录不同处理的棉花生育期，调查棉株叶枝数、果枝数以及果节长度，并于吐絮期调查棉铃的分布情况（统计方法：以1～3果节结的铃为内围铃，4果节及以外结的铃为外围铃;1～3果枝铃为下层铃，4～6果枝铃为中层铃，7及以上果枝铃为上层铃）。株高：从5月份开始，用直尺测量20株棉株从主茎子叶节到生长点的距离;株宽：用直尺测量20株棉株横向最宽值。
　　1.3.2 冠层光截获率测定 于棉花播种后35 d开始至吐絮期结束，每隔15 d测定1次。每小区选取长势均匀一致的两行棉花，采用空间网格法在棉花行间（横向80 cm）以及地面至冠层顶部（纵向100 cm）均以20 cm为间距测定冠层光合有效辐射（PAR）。测量仪器选用便携式线性光量子传感器（LI-191SA，LI-COR，Lincoln，NE，USA），将其与数据采集器（LI-1400，LI-COR，Lincoln， NE，USA）相连，记录测定结果。冠层的PAR[μmol/（m2·s）]透过率（Tr）、反射率（Rr）和截获率（In）计算参考刘帅等[15]的方法，并于最后求得冠层平均PAR截获率。
　　Tr=PARt/PARi ;
　　Rr=PARr/PARi ;
　　In=（PARi-PARt-PARr）/PARi 。
　　式中，PARi代表探头垂直向上测量冠层顶部入射PAR，PARt代表行间底部向上测量底部入射PAR，PARr代表探头水平向下测量冠层反射PAR。
　　1.3.3 棉花产量调查及纤维品质测定 收获期以小区为单位进行实收测产，选取有代表性的100个铃测算单铃重，并计算單位面积籽棉和皮棉产量。测产后留取样品，委托农业部棉花品质监督检验测试中心进行纤维品质检测，并用HVICC校正棉样。
　　1.4 数据统计与分析
　　应用SPSS 23.0统计软件和Microsoft Excel 2016软件对数据进行处理和作图，多重比较采用最小显著极差法。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同种植密度对棉花生育期的影响
　　棉花全生育期是从播种到吐絮所经历的总天数。由表1可以看出，2017年和2018年，各处理的出苗期相同;2017年D3～D6处理的现蕾期比其它处理推迟1 d，盛铃期随密度增加也推迟;2018年各处理开花期、吐絮期均随密度增加而提前，且D4处理的开花期、吐絮期介于D1、D2、D3与D5、D6之间。
　　2.2 不同种植密度对棉花株高和株宽的影响
　　株高和株宽变化可以直观反映棉花的生长发育状况。从图1可知，生育前期（5/18～6/18）6个密度处理的株高和株宽表现一致;开花后（7/5～8/5）各处理株高和株宽表现出差异性，D1、D2和D3处理的株高和株宽明显高于D4、D5和D6，其中D4的株高和株宽分别维持在63～68、40～46 cm，保持在中间水平，而D5、D6的株高均低于63 cm，株宽维持在35 cm左右。总体上，株高和株宽均随密度升高而呈降低趋势。 　　2.3 不同种植密度对棉花果枝数、叶枝数以及果节长度的影响
　　由图2可以看出，密度对果枝数、叶枝数及果节长度具有明显的调控作用，即果枝数、叶枝数及果节长度均随密度增加而逐渐降低。不同密度处理间比较，低密度（D1、D2）下的叶枝数显著高于中密度（D3、D4）和高密度（D5、D6），最高叶枝数是最低叶枝数的2.8倍，且最低叶枝数为1.5台。果枝数也受密度制约，D4和D5处理显著低于D1、D2、D3但显著高于D6，且D1、D2和D3处理的果枝数为12台以上，D4、D5处理果枝数为11～12台，D6处理果枝数最低为10.6台，最高与最低果枝数差1.6台。种植密度变化对果节长度的影响较小，中密度（D3、D4）处理与高密度（D5、D6）和低密度（D1、D2）均无显著差异，但中密度到低密度条件下的果节长度降低较多，低密度下的平均果节长度为4.8 cm。综上所述，种植密度影响了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。
　　2.4 不同种植密度下群体冠层PAR截获率的变化
　　不同种植密度下群体冠层PAR截获率基本是响应光辐射的变化呈现一致的变化规律。由图3可见，两年度各处理群体冠层PAR截获率呈现开口向下的二项式分布，于播种后105 d左右达到最大值。不同处理之间比较，D6的冠层PAR截获率最高，D1最小，且R2均达0.8以上。棉花生长前期植株矮小，冠层PAR截获率增加缓慢，各处理差异较小;随着植株生长，冠层PAR截获率差异逐渐增大，达到最大值后D1与D6处理的冠层PAR截获率在2017、2018年度分别相差0.298、0.189，且最大PAR截获率分别达到0.843、0.878;后期棉株生理机能下降，叶片发黄脱落，冠层PAR截获率也随之下降。两年度棉花冠层PAR截获率变化趋势基本一致，均为随密度增加而提高，但达到D4后，差异变小。2018年PAR截获率高于2017年。
　　2.5 不同种植密度下棉铃空间分布状况
　　由表2可知，两年度棉田单株铃数均随种植密度的增加而减少。水平分布上，内围是果节成铃的集中部位，占80.31%～98.19%，随密度增大而增加，且高密度与低密度相差12.88～17.88个百分点;外围铃受D1、D2低密度处理影响较大，受D5、D6高密度处理影响较小，D3、D4处理则介于二者之间。这说明密度对棉株的横向伸长具有显著调控效应，随密度增加内围铃显著增加，而外围铃明显降低。从垂直分布上看，密度越高下部铃占比越高，最高密度相较于最低密度下部铃占比2017、2018年分别高13.72、11.27个百分点。D4处理的中部铃比例最多，显著高于其它处理，说明D4密度更有利于高品质棉铃的生长，且D4处理上部铃数相对适中，叶枝成铃数相对较少。叶枝铃占单株成铃数的比例多集中于1309%～38.38%之间。两年度单位面积总铃数表现出随密度升高先增加后减少的特点，2017年总铃数高于2018年。
　　2.6 不同种植密度对棉花产量及其构成因素的影响
　　由表3可以看出，两年度棉花生长试验产量结果基本一致，即种植密度对棉花产量及其构成因素具有明显的调控效应。6个密度处理均以D4的籽棉产量和皮棉产量最高。各密度处理的霜前花率在95.1%～97.7%之间，受密度影响较小。衣分受密度影响也较小。从单铃重变化可看出，单铃重随密度增加呈减小趋势，D6与D1处理2017、2018年度分别相差0.4、0.5 g;单株成铃数和单铃重呈明显负相关，但2018年最终产量高于2017年，说明2018年单株成铃数与单铃重相比前者较高是决定2018年产量较高的主要原因。
　　2.7 不同种植密度对棉花纤维品质的影响
　　从表4中可以看出，不同密度处理下，棉铃纤维上半部平均长度随密度增大呈现逐渐降低的特点，D1、D2和D3处理的纤维上半部平均长度较高，但其整齐度较低，马克隆值一般;D5和D6处理的整齐度最好，达到85.5%及以上，但其上半部平均长度、马克隆值最低，断裂比强度不高;另外还可以看出，2017年和2018年6个密度处理的平均上半部平均长度分别为29.82、29.41 mm，平均整齐度分别为84.86%、85.40%，D4处理的上半部平均长度和整齐度介于高密度与低密度处理之间，其马克隆值、断裂比强度也最高。断裂伸长率作为衡量纤维强度的重要指标，受密度调控效果显著，但两年度试验结果均为D4处理最高，分别为8.8%、6.9%。综上，就两年度各密度处理比较而言，D4处理的纤维品质总体表现最好。
　　3 讨论
　　3.1 不同种植密度下棉花冠层分布特征差异
　　适宜的株行距配置可以协调群体与个体的关系，塑造合理的棉花群体结构，优化其冠层分布，促进对光辐射的高效截获及转化，从而利于產量增加和品质提高[1-3]。在机采棉种植模式下，行距设置为（66+10）cm较适宜，但密度不同则会影响棉花群体冠层的分布特征。前人研究表明，随种植密度增加，株高呈线性降低，果枝、叶枝和果枝长度受株高降低影响而减少;同时，棉铃空间分布也会受到限制性影响，尤其是中部铃受影响最大[16-19]。此外，研究表明，棉花中下部铃是生产优质棉的主要部位，尤其是中部铃对产量贡献较大[20，21]。本研究表明，随密度增加，株高和株宽均随密度的升高而降低，同时，果枝数、叶枝数及果节长度也降低。种植密度对棉株的横向伸长具有显著调控效应，从而影响了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，其中每公顷密度18.0万株（D4）处理下中部铃比例最多，外围铃比例适宜，空间分布最合适。
　　此外，种植密度影响着群体大小、绿色冠层持续时间、叶倾角分布等因素，而这些因素决定着植物冠层光辐射截获能力[22]。种植密度大，群体空间密闭，叶面积覆盖加强，光能拦截率加大，截获光能总量增加，但因个体所占空间减小、个体间竞争增加，会导致个体植株弱小，光能利用率反而下降，光合产物净余量减少，不利于产量的积累[6，23]。本研究中，随密度增加光辐射截获率升高，但每公顷密度达到18.0万株（D4）后，光辐射截获率达到较高程度，增加密度对光辐射截获率的提升空间较小。 　　3.2 不同种植密度下棉花产量及品质差异性分析
　　种植密度决定着群体数的大小，影响着棉花个体的生长发育和竞争、产量形成以及品质提升[24， 25]。研究发现，种植密度对棉花产量及品质具有显著影响，主要是因为影响到棉花对光辐射的截获和对光能的利用。适宜种植密度下，光辐射截获量大，有效光辐射利用率高，生产光合产物较多，有利于干物质的积累与分配，利于产量形成[26-28];同时，充足的光合物质，有利于营养物质的合理分配，有利于纤维素的积累，从而有利于棉花纤维品质提升[28-31]。本试验中，中棉所60每公顷密度18.0万株下群体冠层分布合理、光截获率较高、棉铃空间分布优化、中部和下部棉铃较多、易于成铃，最终籽棉产量最高，纤维品质总体最好。
　　4 结论
　　本试验在机采棉种植模式行距（66+10）cm下，每公顷种植密度18万株，其群体冠层优化、棉铃分布合理、中部结铃多、下部结铃适宜，籽棉和皮棉产量以及霜前花率均最高。
　　参 考 文 献：
　　[1] 崔延楠，韓文婷，聂志勇，等. 不同密度下三种打顶方式对棉花株型结构及产量的影响[J]. 新疆农业科学，2018，55（11）：1968-1976.
　　[2] 李凤瑞，史加亮，董灵艳，等. 短季棉新品种德0720生长环境优化研究[J]. 核农学报，2019， 33（2）：355-362.
　　[3] 牛玉萍，陈宗奎，杨林川，等. 干旱区滴灌模式和种植密度对棉花生长和产量性能的影响[J]. 作物学报，2016，42（10）：1506-1515.
　　[4] 周永萍，杜海英，田海燕，等. 不同种植密度对棉花生长结铃及产量品质的影响[J]. 干旱区资源与环境，2018，32（4）：95-99.
　　[5] 李建峰，梁福斌，陈厚川，等. 棉花机采模式下株行距配置对农艺性状及产量的影响[J]. 新疆农业科学，2016，53（8）：1390-1396.
　　[6] 陈超，潘学标，张立祯，等. 种植密度对棉花产量构成、成铃和棉铃性状分布的影响[J]. 中国棉花，2012，39（1）：16-21.
　　[7] 董合忠，李振怀，罗振，等. 密度和留叶枝对棉株产量的空间分布和熟相的影响[J]. 中国生态农业学报，2010，18（4）：792-798.
　　[8] 张旺锋，王振林，余松烈，等. 种植密度对新疆高产棉花群体光合作用、冠层结构及产量形成的影响[J]. 植物生态学报，2004，28（2）：164-171.
　　[9] 支晓宇，韩迎春，王国平，等. 不同密度下棉花群体光辐射空间分布及生物量和纤维品质的变化[J]. 棉花学报，2017，29（4）：365-373.
　　[10] Feng L，Bufon V B，Mills C I，et al. Effects of irrigation and plant density on cotton within-boll yield components[J]. Agronomy Journal，2010，102（3）：1032-1036.
　　[11] Bednarz C W，Nichols R L，Brown S M. Plant density modifications of cotton within-boll yield components[J]. Crop Science，2006，46（5）：2076-2080.
　　[12] Palomo Gil A，Gaytán Mascorro A，Godoy vila S. Response of four cotton cultivars to plant density. Ⅰ. yield and yield components[J]. ITEA Producción Vegetal，2000，96：95-102.
　　[13] 张山清，普宗朝，李景林，等. 气候变暖背景下南疆棉花种植区划的变化[J]. 中国农业气象， 2015，36（5）：594-601.
　　[14] 毛树春，李亚兵，冯璐，等. 新疆棉花生产发展问题研究[J]. 农业展望，2014，10（11）：43-51.
　　[15] 刘帅，李亚兵，韩迎春，等. 棉花冠层不同尺度光能空间分布特征研究[J]. 棉花学报，2017， 29（5）：447-455.
　　[16] 宁新柱，林海，宿俊吉，等. 不同种植密度对棉花产量性状的影响[J]. 安徽农业科学，2011， 39（15）：8878-8880.
　　[17] 黄慧. 垄作和种植密度对棉花产量及相关农艺性状的影响[J]. 山东农业科学，2014，46（6）： 67-69.
　　[18] 董合忠，张艳军，张冬梅，等. 基于集中收获的新型棉花群体结构[J]. 中国农业科学，2018， 51（24）：4615-4624.
　　[19] 杨长琴，刘瑞显，杨富强，等. 种植密度对麦后直播棉产量与品质形成的影响[J]. 江苏农业学报，2013，29（6）：1221-1227.
　　[20] 张新新，陈吉，刘敬然，等. 温光互作对棉花不同空间部位纤维品质的影响[J]. 中国农业科学，2015，48（5）：861-871.
　　[21] 朱晓伟，刘连涛，万华龙，等. 整枝方式和冠层高度对棉铃时空分布及产量的影响[J]. 棉花学报，2019，31（1）：79-88.
　　[22] Monteith J L. Light distribution and photosynthesis in field crops[J]. Annals of Botany， 1965，29（1）：17-37.
　　[23] Heitholt J J，Pettigrew W T，Meredith W R. Light interception and lint yield of narrow-row cotton[J]. Crop Science，1992，32（3）：728-733.
　　[24] Yang G Z，Zhou M Y. Multi-location investigation of optimum planting density and boll distribution of high-yielding cotton （G. hirsutum L） in Hubei Province，China[J]. Agricultural Sciences in China，2010，9（12）：1749-1757.
　　[25] 周永萍，田海燕，杜海英，等. 种植密度对棉花生长结铃及产量品质的影响[J]. 作物杂志， 2017（4）：84-88.
　　[26] 王冀川，徐雅丽，张栋海，等. 不同密度对南疆杂交棉冠层和田间小气候的影响[J]. 西北农业学报，2015，24（12）：64-71.
　　[27] 李吉莲，李吉琴，林海，等. 新彩棉18号高产栽培关键技术及高产机理研究[J]. 安徽农业科学，2013，41（26）：10598-10599.
　　[28] 马宗斌，陈刚，房卫平，等. 种植密度对中早熟棉花成铃时空分布和产量的影响[J]. 江苏农业科学，2010（6）：131-133.
　　[29] 王友华，周治国. 气候变化对我国棉花生产的影响[J]. 农业环境科学学报，2011，30（9）：1734-1741.
　　[30] 马富裕，曹卫星，周治国，等. 田间条件下遮光对棉花棉铃发育及纤维品质的影响[J]. 棉花学报，2004，16（5）：270-274.
　　[31] 邰红忠，卢金宝，赵书珍，等. 密植条件下陆地棉不同果枝节位铃期、铃重、纤维品质性状空间分布研究[J]. 新疆农业科学，2013，50（5）：803-808.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15264050.htm