馮國藝，張謙，祁虹，王樹林，雷曉鵬，杜海英，王燕，梁青龍，林永增

(河北省農(nóng)林科學(xué)院 棉花研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050051)

我國是世界植棉大國，隨著社會發(fā)展和人民生活水平提高，棉花種植用工多、品質(zhì)一致性差、效益低的問題日益凸顯，成為影響我國棉花產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展和原棉國際競爭力提高的重要障礙之一[1，2]。同時(shí)我國也是人口大國，糧棉爭地矛盾突出，棉花具有較強(qiáng)抗逆耐鹽堿性，我國濱海鹽堿耕地面積廣闊，交通便利，具有較大的種植開拓潛力。在濱海鹽堿地開展輕簡化植棉有利于緩解糧棉爭地的矛盾，但現(xiàn)有機(jī)采棉技術(shù)模式下一次性收獲與品質(zhì)一致性存在較為尖銳的矛盾；因此在濱海鹽堿地開展機(jī)采模式下提高棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)一致性的栽培調(diào)控技術(shù)研究對我國棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植布局具有重要意義。

棉花(G. hirsutum L.)具有無限生長習(xí)性，現(xiàn)蕾、開花、成鈴和吐絮時(shí)間跨度大，種植密度作為棉花栽培的關(guān)鍵技術(shù)是影響棉花產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素[3]。種植密度對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的有顯著影響[4]。以往研究主要集中在密度對產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的影響[5～11]，對不同生態(tài)區(qū)提高產(chǎn)量和品質(zhì)的適宜密度及其生理機(jī)制進(jìn)行了深入研究，關(guān)于密度對產(chǎn)量形成和纖維品質(zhì)一致性的影響研究較少。濱海鹽堿地棉花吐絮期較長，而且不同部位棉鈴纖維品質(zhì)存在明顯差異，現(xiàn)有機(jī)采模式下，催熟脫葉并集中收獲嚴(yán)重影響棉花產(chǎn)量，將處于不同發(fā)育階段纖維混收，導(dǎo)致棉花品質(zhì)指標(biāo)參差不齊，對后續(xù)棉纖維紡織加工極為不利。因此探討現(xiàn)有機(jī)采模式下通過調(diào)整密度和有限次數(shù)的統(tǒng)一收獲提高產(chǎn)量和棉花纖維收獲品質(zhì)的一致性，對促進(jìn)濱海鹽堿地植棉技術(shù)輕簡化和提高植棉效益具有重要理論意義。本研究通過對不同密度下棉花分次收獲并測定相應(yīng)批次的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)，以期確定濱海鹽堿地機(jī)采模式下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)一致性提高的合理密度和收獲策略。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年在河北省國營海興農(nóng)場(38°21′N，117°31′E)進(jìn)行。前茬作物為棉花，為一年一熟制，棉田土質(zhì)為中壤，有機(jī)質(zhì)9.9 g·kg-1，全氮0.8 g·kg-1，堿解氮35.4 mg·kg-1，速效磷11.7 mg·kg-1，速效鉀 203.9 mg·kg-1。4月10日測定0～20 cm耕層含鹽量：0～10 cm為2.65 g·kg-1，10～20 cm為1.78 g·kg-1。在開溝器犁出的10 cm左右深的窄溝中播種，種子覆土厚度3～5 cm。播種時(shí)施入尿素450 kg·hm-2，過磷酸鈣750 kg·hm-2。采用寬膜覆蓋栽培，1膜2行，行距配置為80 cm，先點(diǎn)播后鋪膜。

試驗(yàn)選用品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N石抗126，為抗蟲常規(guī)棉，生育期124 d，密度設(shè)置3×104株·hm-2(M1)、6×104株·hm-2(M2)、9×104株·hm-2(M3)、12×104株·hm-2(M4)和15×104株·hm-2(M5)五個(gè)水平，每個(gè)處理分9月10日、9月20日、9月30日、10月10日、10月20日、10月30日共6個(gè)時(shí)期進(jìn)行收獲。每個(gè)處理3次重復(fù)，7月20日左右打頂。生育前期加強(qiáng)水肥管理，保證各密度株高、莖粗、第一鈴著生高度等滿足機(jī)采要求，其他田間管理同大田生產(chǎn)。

1.2 測試項(xiàng)目及方法

1.2.1 產(chǎn)量和品質(zhì)分期測定。每個(gè)小區(qū)收獲3行，每行取中間6 m，分期實(shí)收測產(chǎn)。每次收獲測產(chǎn)混勻后鋸齒軋花，并稱重測定衣分。棉花纖維品質(zhì)由河北省出入境檢驗(yàn)檢疫局測定，基于HVICC標(biāo)準(zhǔn)測定纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度以及馬克隆值。

1.2.2 小區(qū)產(chǎn)量及構(gòu)成因子測定。每小區(qū)吐絮后除保護(hù)行和分期收獲行外，收獲前每行選代表性植株5株，共計(jì)40棵，調(diào)查單株成鈴數(shù)，并風(fēng)干測定平均鈴重；每行取10個(gè)中部內(nèi)圍鈴軋花后測定衣分。記錄小區(qū)實(shí)收籽棉產(chǎn)量，并據(jù)其與衣分計(jì)算皮棉產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS11.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 密度對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

研究表明(表1)，石抗126在M3處理皮棉產(chǎn)量最高，與M4的差異不明顯，均超過1 300 kg·hm-2水平，且與M5的差異小于其他處理。對產(chǎn)量構(gòu)成因子進(jìn)一步分析表明，隨密度增加，單株鈴數(shù)均而顯著降低，衣分無明顯差異；單鈴重降低，石抗126的M2和M1和M3無明顯差異，2個(gè)品種M4和M5單鈴重顯著下降。可見，石抗126的M1、M2和M3處理下密度增加具有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)，M4和M5處理密度增加較好的抵消了單鈴重和單株鈴數(shù)下降導(dǎo)致的減產(chǎn)效應(yīng)。

表1 不同密度處理棉花品種石抗126產(chǎn)量及構(gòu)成因子Table 1 Yield and yield components of cotton variety Shikang 126 under different densities

注：同一列不同字母表示在0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in same column represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

2.2 密度對棉花籽棉產(chǎn)量形成的影響

研究表明(圖1)，石抗126的9月產(chǎn)量形成比例5個(gè)密度處理下均超過了90%，隨密度增加先減小后增加，且隨收獲日期推遲單次收獲產(chǎn)量比例逐漸降低；對9月份每次收獲產(chǎn)量進(jìn)一步分析，前2次數(shù)收獲產(chǎn)量占比(9月10日和9月20日)隨密度增大先增大后減小，石抗126均高于70%，M3和M4處理超過80%。10月份產(chǎn)量形成比例隨密度增大先減小后增大，以及最后一次單次收獲產(chǎn)量比例(10月30日)先增大后減小，隨收獲日期推遲單次收獲產(chǎn)量比例逐漸增大，10月份產(chǎn)量比例5個(gè)密度處理下石抗126均低于10%，M3和M4處理且以及最后一次單次收獲產(chǎn)量比例(10月30日)占10月份產(chǎn)量比例超過50%，M3高達(dá)63.0%。

圖1 不同密度處理石抗126不同收獲日期籽棉產(chǎn)量比例Fig.1 Seed yield percentage of cotton variety Shikang 126 in different harvest date under each density 注：同一收獲日期不同字母表示在0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters in same harvest date represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

2.3 密度對棉纖維馬克隆值和上半部平均長度形成的影響

研究表明(圖2)，隨密度處理變化棉纖維馬克隆值和上半部平均長度變化規(guī)律不明確。隨收獲日期推遲，石抗126上半部平均長度先下降后上升，纖維馬克隆值在9月和10月分別逐漸增大。石抗126則9月前2次收獲(9月10日和9月20日)M3和M4處理纖維馬克隆值4.62～4.87，上半部平均長度30.0～31.0 mm，收獲間差異較小，M4處理纖維馬克隆值更低，上半部平均長度更長。

2.4 密度對棉纖維長度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度的影響

研究表明(表2)，石抗126隨密度處理變化纖維長度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度變化規(guī)律不明確。隨收獲日期推遲在9月和10月分別逐漸增大。9月前2次收獲(9月10日和9月20日)M3和M4處理纖維長度整齊度指數(shù)83.3%～83.8%，斷裂比強(qiáng)度28.4～28.7cN·tex-1，收獲間差異較小，M3處理纖維長度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度更高。

3 討論與結(jié)論

種植密度對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的有顯著影響[4]。我國西北內(nèi)陸及內(nèi)蒙棉區(qū)的合理密度主要分布在 22×104～30 ×104株·hm-2[5,11]；在黃河流域等其他棉區(qū)報(bào)道的合理密度主要集中在在3×104～6×104株·hm-2區(qū)間[7,9,12]。但適宜的種植密度因不同的生態(tài)區(qū)有很大的不同[13，14]。本研究表明，冀東濱海鹽堿地機(jī)采模式下常規(guī)棉石抗126單鈴重和單株鈴數(shù)對密度變化較為敏感，單位面積鈴數(shù)很大程度上依賴密度增大，因此在較高密度時(shí)(9×104～12×104株·hm-2)產(chǎn)量較高，當(dāng)密度進(jìn)一步增大時(shí)，單位面積鈴數(shù)增大受到限制而單鈴重進(jìn)一步下降從而導(dǎo)致產(chǎn)量有所下降。對產(chǎn)量形成過程分析表明，不同密度下產(chǎn)量主要形成在9月，石抗126在5個(gè)密度處理下均超過了90%；在9×104和12×104株·hm-2處理下前2次收獲產(chǎn)量占比(9月10日和9月20日)超過80%?？梢?，產(chǎn)量及其一致性提高最適密度常規(guī)棉石抗126在9×104～12×104株·hm-2之間。在最適密度時(shí)，10月30日一次收獲就占10月產(chǎn)量比例超過了50%，9×104株·hm-2密度處理下高達(dá)63.0%，為纖維品質(zhì)一致性提供了有利條件。

圖2 不同密度石抗126不同收獲期纖維馬克隆值和上半部平均長度情況Fig.2 Fiber micronaire and upper half mean length of cotton variety Shikang 126 in the different harvest date under each density注：同一收獲日期不同字母表示在0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters in same harvest date represent significant difference at 0.05 level(P<0.05).

密度對棉花纖維品質(zhì)的影響，許多學(xué)者給出了不同的結(jié)果。董和忠等研究認(rèn)為密度對纖維品質(zhì)的影響沒有差異[12,15～17]，也有學(xué)者認(rèn)為對纖維部分指標(biāo)有影響[5～7,10,18]。本研究表明，纖維品質(zhì)隨密度改變的變化規(guī)律不太明確，但密度處理對不同收獲日期纖維品質(zhì)改變較為明顯。隨收獲日期推遲，石抗126纖維上半部平均長度先下降后上升，馬克隆值、長度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度在9月和10月分別逐漸增大。同時(shí)，密度顯著改變了不同收獲日期纖維品質(zhì)的一致性。9月10日和9月20日2次收獲之間9×104和12×104株·hm-2處理下品質(zhì)差異更小，纖維馬克隆值4.62～4.87，上半部平均長度30.0～31.0 mm，長度整齊度指數(shù)83.3%～83.8%，斷裂比強(qiáng)度28.4～28.7 cN·tex-1，12×104株·hm-2纖維馬克隆值更低，上半部平均長度更長；9×104株·hm-2纖維長度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度更高。因此從纖維品質(zhì)及其一致性提高角度，9×104和12×104株·hm-2均顯著提高常規(guī)棉石抗126大部分產(chǎn)量纖維品質(zhì)的一致性，但其對品質(zhì)提高的具體指標(biāo)不一致，因此應(yīng)根據(jù)紡織生產(chǎn)需求的實(shí)際情況進(jìn)行種植密度調(diào)整。

表2不同密度石抗126不同收獲日期纖維長度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度

Table2 Fiber uniformity index and breaking tenacity of cotton variety Shikang 126 in the different harvest date under each density

纖維指標(biāo)Fiber index密度處理Density收獲日期Harvesting date09-1009-2009-3010-1010-2010-30M183.4±3.49b83.7±3.61b84.6±3.56a82.8±3.17c83.5±3.59b83.7±3.57bM282.7±3.13c83.8±3.63a84.0±3.72a82.9±3.21b83.1±3.31b83.1±3.32b長度整齊度指數(shù)/%M383.7±3.60c83.8±3.64c84.3±3.87b82.1±3.82d83.9±3.67c84.8±3.87aM483.3±3.42d83.6±3.56cd84.1±3.78b83.8±3.63c84.0±3.76b84.7±3.80aM582.6±3.87d83.8±3.62c84.2±3.81b83.5±3.51d83.8±3.64c84.6±3.88aM128.3±1.14c29.6±1.21a30.0±1.17a27.5±1.23d28.8±1.32b28.9±1.23bM228.1±1.27e28.4±1.33d28.9±1.36c29.5±1.38b30.0±1.27a30.0±1.21a斷裂比強(qiáng)度/cN·tex-1M328.7±1.35b28.7±1.26b28.9±1.26b27.6±1.30c28.9±1.34b29.7±1.22aM428.4±1.33d28.4±1.24d29.1±1.16b28.1±1.11e28.8±1.31c29.8±1.28aM528.2±1.33c28.8±1.26b29.3±1.27a27.4±1.26e27.9±1.22d28.0±1.22cd

注：同一行同一密度不同字母表示在0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in same row represent significant difference at 0.05 with same density level(P<0.05).

目前機(jī)采棉普遍采用的是催熟脫葉統(tǒng)一收獲，這種收獲方式雖然顯著降低了勞動強(qiáng)度，但是將不同發(fā)育狀況的棉纖維混在一起，對棉纖維品質(zhì)一致性極為不利，不利于滿足高端紡織生產(chǎn)需求。因此研究棉花有限次數(shù)的統(tǒng)一收獲及適時(shí)化學(xué)催熟脫葉有助于提高棉花品質(zhì)及其一致性。根據(jù)棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，冀東濱海鹽堿地棉花生產(chǎn)不僅要實(shí)現(xiàn)輕簡機(jī)械化，而且還要克服逆境脅迫實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)一致性雙提高。因此利用密度和有限次數(shù)的統(tǒng)一收獲有可能成為棉花機(jī)械化下提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)一致性的有效途徑。常規(guī)棉石抗126的適宜密度在9×104～12×104株·hm-2之間，在9月下旬對產(chǎn)量主要部分進(jìn)行一次收獲，之后適時(shí)脫葉催熟，10月底將產(chǎn)量其余部分統(tǒng)一收獲，有效保障了棉花纖維品質(zhì)的一致性。9月下旬冀東濱海鹽堿地棉花葉片脫落現(xiàn)象較少，因此研發(fā)推廣非催熟脫葉技術(shù)下棉花機(jī)械收獲是實(shí)現(xiàn)棉花品質(zhì)一致性生產(chǎn)輕簡化的關(guān)鍵，是提高棉花纖維品質(zhì)一致性急需進(jìn)一步解決的技術(shù)瓶頸之一。