代英男，馬一學(xué)，陳金湘，白玉超 (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，湖南長(zhǎng)沙410128)

棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。在2001年到2014年，我國(guó)棉花年產(chǎn)量從400萬(wàn)t逐步提升到600萬(wàn)t，其中2007年達(dá)歷史最高值762萬(wàn)t。棉花干物質(zhì)是指在60～90℃恒溫下充分干燥后的有機(jī)物質(zhì)量是衡量棉花有機(jī)物積累、營(yíng)養(yǎng)成分含量的重要指標(biāo)。建立棉花高效結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)必須依賴于棉花干物質(zhì)生產(chǎn)［1］。了解不同因素對(duì)棉花干物質(zhì)積累的影響規(guī)律，有利于保障棉花的良好生長(zhǎng)、產(chǎn)量提高。

1 棉花的光合特性及干物質(zhì)積累特點(diǎn)

棉花干物質(zhì)量的生產(chǎn)主要依賴光合作用。光合系統(tǒng)中包括產(chǎn)量“源”和“庫(kù)”?！霸础敝肝镔|(zhì)生產(chǎn)器官及其輸出養(yǎng)分的能力;“庫(kù)”指貯積養(yǎng)分的器官容積和積累能力［2］。棉花干物質(zhì)的90%～95%來(lái)源于光合作用。

棉花干物質(zhì)累積受棉花生產(chǎn)與分配過(guò)程的共同作用。棉花的主要光合器官是葉片，鈴殼、苞葉和莖桿也對(duì)光合作用有一定的作用［3－5］。棉花生長(zhǎng)發(fā)育期主要包括苗期、蕾期、有效花鈴期、吐絮期4個(gè)時(shí)期。干物質(zhì)生產(chǎn)是連續(xù)不間斷的過(guò)程，受生長(zhǎng)發(fā)育各個(gè)時(shí)期的影響。每個(gè)時(shí)期的累積量和特性也不同(表1)。棉花光合速率在盛蕾期至初花期較多，初花期有所下降，鈴期下降明顯，多數(shù)品種蕾期光合速率最大，花期光合速率降低［8－9］。棉花干物質(zhì)分配與生產(chǎn)是相輔相成、有機(jī)統(tǒng)一的過(guò)程。在出苗至開花期，干物質(zhì)主要分配給根、莖、葉;開花后，干物質(zhì)分配轉(zhuǎn)向蕾鈴;在吐絮期，干物質(zhì)主要供應(yīng)給棉鈴，其干物重占單株總質(zhì)量的55.5%左右［10］。棉花光合產(chǎn)物分配高峰出現(xiàn)在苗期，分配系數(shù)為0.54～0.72;向莖稈的分配高峰出現(xiàn)在花期，分配系數(shù)為0.35～0.57;向根的分配系數(shù)為 0.10 ～0.17;現(xiàn)蕾到初花期向蕾鈴的分配為6% ～9%;結(jié)鈴盛期中熟棉蕾鈴干物重占地上部干物重的47% ～50%［11］。干物質(zhì)的分配如下:苗期，葉＞根＞莖;蕾期，葉＞莖＞根＞蕾;花鈴期，花鈴＞葉＞莖＞根;吐絮期，鈴絮 ＞莖根［12］。

表1 棉花在不同發(fā)育期的干物質(zhì)生產(chǎn)特點(diǎn)［6－7］

2 棉花干物質(zhì)積累的主要影響因素

棉花干物質(zhì)與產(chǎn)量主要取決于品種的遺傳特性，而不同的栽培措施和環(huán)境生態(tài)條件也對(duì)其干物質(zhì)產(chǎn)生重要的影響［13］?，F(xiàn)從品種遺傳特性、栽培措施和地域環(huán)境3個(gè)方面討論其對(duì)棉花干物質(zhì)積累的影響。

2.1 遺傳特性的影響 遺傳特性對(duì)棉花干物質(zhì)的影響主要表現(xiàn)為不同基因型棉花的干物質(zhì)積累能力存在一定的差異性。葉欣等［14］研究了新海16、新海12和高抗9新疆棉花的干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)各品種棉花的干物質(zhì)積累過(guò)程呈“S”型曲線，隨著生育期的推進(jìn)，棉花干物質(zhì)積累量逐步增加，其中長(zhǎng)絨棉新海16的干物質(zhì)積累量特別是盛鈴期至吐絮期生殖器官干物質(zhì)積累量高于新海12和高抗9。鄭德明等［15］研究了陸地棉與海島棉在極端干旱荒漠氣候條件下干物質(zhì)累積分配的特性，發(fā)現(xiàn)從現(xiàn)蕾期至吐絮期，陸地棉干物質(zhì)累積速度和數(shù)量明顯高于海島棉，陸地棉、海島棉的總累積量分別為100～122、71～80 g。

為了有效控制棉花的病蟲害，減少化學(xué)殺蟲劑的使用，降低除草劑對(duì)棉花植株的損傷，轉(zhuǎn)基因抗蟲、耐除草劑棉花等品種應(yīng)運(yùn)而生［16］。徐立華等［17］探究了轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲常規(guī)棉GK19和抗蟲雜交棉中棉所29的群體干物質(zhì)積累及其增長(zhǎng)量。結(jié)果表明，盛花前抗蟲雜交棉中棉所29的干物質(zhì)大于抗蟲常規(guī)棉GK19，但是盛花前保持適宜的干物質(zhì)積累量有利于促進(jìn)群體果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)和生殖器官干重的增加;干物質(zhì)量過(guò)大時(shí)，對(duì)棉花產(chǎn)量帶來(lái)一定的影響。劉韶東等［18］研究了美國(guó)抗蟲棉33B、常規(guī)棉中棉所12、抗蟲雜交棉中棉所46在不同施氮處理下葉面積指數(shù)(LAI)、干物質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)在最佳施氮水平180 kg/hm2下，干物質(zhì)累積情況表現(xiàn)出抗蟲雜交棉中棉所46＞常規(guī)棉中棉所12＞美國(guó)抗蟲棉33B。在轉(zhuǎn)基因棉中抗蟲雜交棉系列干物質(zhì)累積相對(duì)較多，種植范圍廣泛。

2.2 栽培措施的影響 栽培措施是影響棉花產(chǎn)量的重要因素，不僅影響棉花的生育期、產(chǎn)量，而且影響棉花群體光合作用、冠層結(jié)構(gòu)及干物質(zhì)分配和棉鈴品質(zhì)。主要的栽培措施有氮肥水平、種植密度和播期等。

2.2.1 氮素水平。選擇合理的施氮量，既能夠提高產(chǎn)量、改善品種，又能夠減少氮肥對(duì)環(huán)境的污染［19］。馬宗斌等［20］研究表明，棉花干物質(zhì)積累量較大，且分配到生殖器官的比例較高;當(dāng)施氮量過(guò)低時(shí)，干物質(zhì)積累量較少;當(dāng)施氮量過(guò)高時(shí)，有利于營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)，干物質(zhì)積累量最大，但分配到生殖器官的比例較低。當(dāng)施氮量為300 kg/hm2時(shí)籽棉產(chǎn)量最高，比不施氮和施氮量150 kg/hm2處理分別增加15.29%和9.77%，差異達(dá)到0.05顯著水平，但與施氮量為450 kg/hm2處理產(chǎn)量差異不顯著。趙新華等［21］研究表明，施氮量過(guò)低影響棉鈴干物質(zhì)的累積，而施氮量過(guò)高則主要影響棉鈴干物質(zhì)在鈴殼、棉籽和纖維間的分配，二者最終導(dǎo)致鈴重降低、棉纖維和棉籽品質(zhì)變劣。阿麗艷·肉孜等［22］研究指出，在不同施氮量下棉花干物質(zhì)累積存在0.05水平顯著差異，氮素缺乏或過(guò)量均影響其干物質(zhì)在不同生育時(shí)期的累積量，使得產(chǎn)量降低。施氮量對(duì)雜交棉干物質(zhì)積累、分配和氮磷鉀吸收、分配與利用存在影響。李伶俐等［23］研究表明，施氮量與雜交棉干物質(zhì)和氮、磷、鉀的積累間均表現(xiàn)顯著正相關(guān)，增施氮肥促進(jìn)雜交棉干物質(zhì)和氮、磷、鉀的積累，但是當(dāng)施氨量增加到300 kg/hm2后促進(jìn)效果不顯著。

另外，施氮方式也影響棉花干物質(zhì)累積。鄧忠等［24］研究表明，施肥方式明顯影響棉花干物質(zhì)積累量，進(jìn)而影響棉花干物質(zhì)積累的增長(zhǎng)速率和最佳時(shí)期。氮、磷、鉀肥全部隨水滴施易造成棉株中后期旺長(zhǎng)，衰老快，干物質(zhì)積累量不高。而基施磷、鉀肥加滴施氮肥，棉株生長(zhǎng)健壯，干物質(zhì)積累提早進(jìn)入關(guān)鍵期且持續(xù)期長(zhǎng)，干物質(zhì)積累量大。

2.2.2 種植密度。棉花花鈴期是產(chǎn)量品質(zhì)形成的關(guān)鍵期，也是養(yǎng)分和光合產(chǎn)物快速累積階段。協(xié)調(diào)好該時(shí)期棉花群體的生物量和養(yǎng)分吸收分配狀況是建立高效群體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)［25－26］。金聿［27］認(rèn)為，在一定密度范圍內(nèi)，單株干物質(zhì)積累均隨密度的增加而遞減，單位面積干物質(zhì)的積累則有隨密度的增加而遞減的趨勢(shì)。肖熒南［28］采用數(shù)學(xué)模擬方法探究了栽培密度對(duì)棉花干物質(zhì)累積的影響，發(fā)現(xiàn)全株、營(yíng)養(yǎng)或生殖器官干物質(zhì)積累均隨密度增加而減少，而對(duì)群體干物質(zhì)累積的影響是低密度下各時(shí)期干物質(zhì)累積量明顯比中密度、高密度的低。劉瑞顯等［29］研究表明，在棉花初花后群體干物質(zhì)累積量隨生育進(jìn)程推延而呈Logistic曲線;種植密度影響干物質(zhì)與氮素動(dòng)態(tài)變化模型的特征參數(shù)，提高種植密度可使棉花干物質(zhì)與氮素快速累積的起始日提早，但干物質(zhì)與氮素快速累積速率以30 000株/hm2處理較高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、干物質(zhì)與氮素累積量最多、生殖器官的分配指數(shù)最大、產(chǎn)量最高。楊秀理等［30］研究表明，棉花株行距配置方式對(duì)不同層次干物質(zhì)積累存在影響;二膜十六行(15 cm+45 cm)的布局能夠促進(jìn)棉花干物質(zhì)累積。

2.2.3 播期。播種期對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響很大。適期播種是棉花重要的豐產(chǎn)措施。它可以保證棉花種子在發(fā)芽、出苗時(shí)處于最佳的環(huán)境條件，利于一播全苗、壯苗，為棉花全生育期健康的生長(zhǎng)發(fā)育奠定基礎(chǔ)。一般而言，確定棉花播種期的主要依據(jù)是看當(dāng)?shù)販囟鹊淖兓闆r，尤其是地溫的變化情況。實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)乇頊囟确€(wěn)定通過(guò)14℃時(shí)可作為播種期。長(zhǎng)江流域棉花移栽育苗一般在4月中下旬，露地直播一般選擇在5月中下旬。這段時(shí)間溫度回升且較穩(wěn)定，能夠滿足棉花出苗的條件。趙新華等［31］研究表明，播種期能顯著影響棉鈴干物質(zhì)積累和氮素的積累與分配，影響棉花產(chǎn)量、棉花纖維品質(zhì)。在晚播條件下，棉花的中部果枝成鈴所經(jīng)歷的時(shí)間段日平均氣溫降低，造成棉花光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物以及氮素不能順暢到達(dá)棉籽和纖維中，同時(shí)導(dǎo)致鈴殼的再轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程受阻，棉籽和纖維的干物質(zhì)積累量和氮素累積量都減少，產(chǎn)量降低。黎鴻慧等［32］通過(guò)研究不同播期對(duì)短季棉生長(zhǎng)發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)早播會(huì)使棉株早衰，縮短棉花生育期，甚至過(guò)于提早播種對(duì)棉株農(nóng)藝性狀的影響很大，而晚播則會(huì)導(dǎo)致棉花生育期延長(zhǎng)，對(duì)棉株農(nóng)藝性狀如植株高度、果枝數(shù)以及花蕾數(shù)的影響不大。

2.3 地域環(huán)境的影響 我國(guó)主要棉花產(chǎn)區(qū)為西北內(nèi)陸、長(zhǎng)江流域和黃河流域。各區(qū)域環(huán)境差別較大，影響棉花干物質(zhì)累積。張旺峰等［33］研究了新陸早4棉在北疆干物質(zhì)積累特征。結(jié)果表明，物質(zhì)積累的關(guān)鍵時(shí)期出現(xiàn)在7月上旬至8月中旬，是該地區(qū)棉株生長(zhǎng)正處于花鈴期的階段;在高密度條件下，地上部總干物質(zhì)、莖葉干物質(zhì)積累的最快時(shí)期提前出現(xiàn)。鄭德明等［34］研究表明，南疆高產(chǎn)棉花的干物質(zhì)積累總趨勢(shì)與一般高產(chǎn)棉一致;在出苗至開花期間，棉花積累的干物質(zhì)主要分配給葉莖;在開花后，干物質(zhì)分配逐漸轉(zhuǎn)向蕾鈴為主，到吐絮期，鈴干重占單株總質(zhì)量的55.5%，經(jīng)濟(jì)系數(shù)為0.36～0.43。陳德華等［35］研究了長(zhǎng)江流域不同產(chǎn)量水平的棉花群體干物質(zhì)積累情況。結(jié)果表明，高產(chǎn)棉花群體在盛花前保持適宜的積累量，盛花后促進(jìn)群體干物質(zhì)的積累，有利于產(chǎn)量的提高，盛花期前干物質(zhì)產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量與株高、LAI呈正相關(guān)。董合林等［36］研究了華北平原Bt+CpTI抗蟲棉中棉所45棉花干物質(zhì)積累特性，發(fā)現(xiàn)花鈴期是棉花干物質(zhì)積累最旺盛的時(shí)期，此時(shí)干物質(zhì)積累速率與數(shù)量最大;干物質(zhì)積累高峰期出現(xiàn)在出苗后80～117 d，累積速率最大日期是出苗后98 d。

3 展望

棉花干物質(zhì)是形成產(chǎn)量的基礎(chǔ)。通過(guò)分析干物質(zhì)增長(zhǎng)過(guò)程來(lái)研究棉花生長(zhǎng)情況，國(guó)內(nèi)外已做大量的工作。但是，由于不同地區(qū)氣候和生產(chǎn)條件的不同，有關(guān)棉株干物質(zhì)積累與產(chǎn)量、品質(zhì)關(guān)系的研究匱乏。如何充分認(rèn)識(shí)棉株干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的關(guān)系，了解影響棉花干物質(zhì)積累各因素的特點(diǎn)利弊，對(duì)我國(guó)棉花事業(yè)的發(fā)展具有重大作用。

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