劉皓然，劉愛玉，謝陳靈，晏 平

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 棉花研究所，湖南 長沙 410128)

隨著農(nóng)村勞動力的減少，勞動力成本不斷上升，棉花生產(chǎn)向全程機(jī)械化發(fā)展成為必然趨勢。長江流域棉區(qū)傳統(tǒng)的“稀植大棵、大水大肥”(Great indivi-dual with mass water and fertilization,GIMWF)棉花栽培模式能充分發(fā)揮棉株個體的生產(chǎn)潛力，在節(jié)約用種、提高單產(chǎn)方面發(fā)揮過重要作用，但該栽培模式用工多、生產(chǎn)周期長，尤其是吐絮歷期長，已成為棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化的瓶頸[1]，不再適合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)發(fā)展的需要。棉花短季直播栽培(Short-growth-duration direct seeding，SGDDS)通過遲播、增密、減氮，結(jié)合化調(diào)與脫葉催熟，能夠?qū)⒚藁ㄉa(chǎn)周期從原來的210 d左右縮短至135～150 d[2]，生產(chǎn)用工由300～360個/hm2[3]減至105～150個/hm2[2-4]，不僅大幅降低了棉花的生產(chǎn)成本，還可實現(xiàn)棉油兩熟接茬雙直播，同時，由于該模式下棉鈴?fù)滦跫?，為機(jī)械化采收創(chuàng)造了條件。近年來，關(guān)于棉花SGDDS播種期、密度、株行距配置、施肥量及施肥方法對棉花產(chǎn)量、品質(zhì)、光合特性等方面的影響已有較多研究[5-10]，但對棉花群體干物質(zhì)空間分布、棉花株型結(jié)構(gòu)、葉面積指數(shù)和產(chǎn)量的影響尚不清楚。鑒于此，通過比較傳統(tǒng)的GIMWF模式與不同肥密組合SGDDS模式下棉花果枝角度、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)空間分布及產(chǎn)量的差異，探索SGDDS對不同類型棉花品種株型結(jié)構(gòu)的影響，從株型角度探明SGDDS模式下棉花產(chǎn)量形成的機(jī)制，并為進(jìn)一步完善棉花SGDDS技術(shù)體系提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地點

試驗于2017年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)瀏陽市科研基地進(jìn)行，土壤類型為紅壤土，肥力均勻，地勢平坦，灌溉便利，前茬作物為油菜，播前土壤養(yǎng)分含量見表1。

表1 播種前土壤肥力情況Tab.1 Soil fertility before sowing

1.2 供試材料與試驗設(shè)計

供試棉花材料(A)：湘雜棉8號(A1，轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交品種，包衣種子)，購自亞華種業(yè)公司；JX0010(A2，轉(zhuǎn)基因早熟常規(guī)棉品種，毛籽)，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所提供。

試驗設(shè)不同栽培方式與密度、肥料組合，共3種栽培模式(B)，施肥量隨不同密度而改變。其中，B1(對照)為育苗移栽、稀植、高肥栽培，B2、B3為短季直播栽培，各處理播期、密度及施肥量見表2。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，共18個小區(qū)，小區(qū)面積為72 m2(4.5 m×16 m)，6行區(qū)，行距75 cm。B1、B2、B3處理株距隨密度而定，分別為64、22、15 cm。育苗移栽，大田施肥分基肥和花鈴肥2次進(jìn)行，其他棉田管理按湖南省棉花栽培技術(shù)規(guī)范DB43/T 286—2006執(zhí)行；短季直播栽培于棉苗五葉期一次性開溝埋施肥料。

表2 試驗處理及設(shè)置Tab.2 Experimental treatment and design

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù) 從7月26日開始，每隔15 d，在天氣條件穩(wěn)定的情況下，于上午8:30—10:00用AccuPAR LP-80植物冠層分析儀測定各小區(qū)的葉面積指數(shù)。

1.3.2 果枝與主莖夾角 于收花前在每個小區(qū)隨機(jī)取5株，用量角器測量每個果枝與主莖的夾角，計算上、中、下部果枝的平均夾角，并計算角度指數(shù)。因GIMWF模式的植株較高，果枝數(shù)多，故以第1—6果枝作為下部，第7—12果枝作為中部，第12果枝以上作為上部；SGDDS模式下植株相對較矮，果枝數(shù)較少，因此以第1—4果枝作為下部，第5—8果枝作為中部，第8果枝以上作為上部。

1.3.3 干物質(zhì)量及其空間分布 成熟期每個小區(qū)選擇連續(xù)5株，采用大田切片法[11]將其進(jìn)行空間分層，從地面往上，每30 cm為1層，即第1層為地面至30 cm部分、第2層為30～60 cm的部分，以此類推，90 cm以上部分統(tǒng)歸于第4層，于烘箱105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量并稱量。

1.3.4 產(chǎn)量 于棉花集中采收前，在各小區(qū)選取20株長勢均勻的棉株調(diào)查結(jié)鈴情況；在每個小區(qū)選取中部吐絮鈴100個，曬干后考種并計算理論產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 24.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析，利用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 短季直播栽培模式對棉花果枝與主莖夾角的影響

2.1.1 棉株不同部位果枝夾角 與GIMWF模式(B1)比較，SGDDS模式顯著降低了棉株果枝與主莖的夾角(P<0.05)，不同肥密組合的SGDDS模式(B2、B3)間無顯著差異，兩棉花品種變化趨勢一致(表3)。SGDDS模式下棉株下、中、上部果枝與主莖的夾角較GIMWF模式分別降低13.89%～27.82%、8.72%～13.76%、8.75%～12.92%，且雜交棉(A1)較常規(guī)棉(A2)降幅更大。與GIMWF模式相比，B2、B3兩種SGDDS模式下，湘雜棉8號下部果枝夾角分別降低21.75°、21.28°，JX0010分別降低10.70°、9.56°；湘雜棉8號中部果枝夾角分別下降7.42°、9.01°，JX0010分別降低5.39°、6.33°；湘雜棉8號上部果枝夾角分別下降7.69°、8.28°，JX0010分別降低5.36°、7.28°。

2.1.2 角度指數(shù) 角度指數(shù)(α)代表棉花果枝角度由下至上的變化趨勢。角度指數(shù)值越小，表明棉花由下至上果枝角度變小的程度越明顯，棉花株型越接近塔型；反之，角度指數(shù)值越大，則表明棉花的株型越接近筒型。表4顯示，SGDDS模式下兩品種的角度指數(shù)均大于GIMWF模式，其中B2模式與B1模式差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。B2模式湘雜棉8號、JX0010的角度指數(shù)分別比B1模式高0.36、0.14，B3模式兩品種角度指數(shù)分別比B1模式高0.32、0.04，雜交棉(A1)較常規(guī)棉(A2)變化幅度更大。

表3 不同處理棉株不同部位果枝與主莖的夾角Tab.3 The angle between the fruit branches of different parts of cotton plant and the main stem in different treatment °

注：同列不同小寫字母表示同一品種不同栽培模式間差異顯著(P<0.05) ，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences between different cultivation modes of the same variety (P<0.05),the same as below.

表4 不同處理棉株的角度指數(shù)Tab.4 The angel index of cotton plant in different treatment

2.2 短季直播栽培模式對棉花群體葉面積指數(shù)的影響

由圖1可見，各處理棉花葉面積指數(shù)隨時間變化均呈先增加后減少的趨勢，于8月25日達(dá)到最大值，此時棉花群體枝葉最為繁茂，A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3處理的葉面積指數(shù)分別為3.13、3.89、4.23、3.83、4.14、4.42。SGDDS模式下兩品種各個時期的葉面積指數(shù)均顯著大于GIMWF模式(P<0.05)且表現(xiàn)為B3>B2>B1。在8月25日—9月25日間，A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3處理的葉面積指數(shù)分別下降1.61、1.54、1.51、2.11、1.53、1.63，降幅分別為51.6%、39.5%、35.7%、55.0%、36.9%、36.8%，SGDDS模式下兩品種生育中后期的葉面積指數(shù)降幅均小于GIMWF模式。

圖1 不同處理棉株葉面積指數(shù)隨時間的變化趨勢Fig.1 The variation trend of leaf area index of cotton plant in each treatment with time

2.3 短季直播栽培模式對棉花群體干物質(zhì)量及其空間層次分布的影響

由于GIMWF模式下棉株個體生產(chǎn)潛力得到充分發(fā)揮，SGDDS模式下2個棉花品種單株干質(zhì)量顯著低于GIMWF模式(表5)，湘雜棉8號較JX0010變化更大。同時，B2模式下棉花單株干質(zhì)量大于B3模式，但兩品種的群體干質(zhì)量則均表現(xiàn)為B3>B1>B2。B1模式下A2品種第1層干物質(zhì)量所占比例顯著高于B2、B3模式，差值分別為5.03、5.45個百分點；B3模式下A2品種第2層干物質(zhì)量所占比例顯著高于B1、B2模式，差值分別為10.77、14.37個百分點；B2模式A2品種第3層的干物質(zhì)量所占比例顯著高于B1、B3模式，差值分別為8.90、9.12個百分點。SGDDS模式下兩品種第1、4層中干物質(zhì)量所占比例均小于GIMWF模式。A1品種在SGDDS模式下(B2、B3)第1層、第2層和第4層干物質(zhì)量所占比例均小于GIMWF(B1)模式，差值分別為2.26、1.51個百分點，3.16、4.21個百分點和2.42、0.05個百分點；SGDDS模式下A1品種第3層干物質(zhì)量所占比例均大于GIMWF模式，差值分別為7.84、5.76個百分點。與GIMWF模式相比，SGDDS模式干物質(zhì)量更集中分布于中層空間。

表5 不同處理棉株干物質(zhì)量及其在不同空間層次的分布Tab.5 The spatial distribution of dry matter weight of cotton plant in different treatment

2.4 短季直播栽培模式對棉花產(chǎn)量的影響

由于個體發(fā)育水平的差異，GIMWF模式下兩品種的單株鈴數(shù)、鈴質(zhì)量、衣分均大于SGDDS栽培模式；SGDDS模式下的B2、B3模式間比較，B2模式單株鈴數(shù)和鈴質(zhì)量均大于B3模式，衣分則小于B3模式。3種栽培模式下A1品種的皮棉理論產(chǎn)量與籽棉理論產(chǎn)量表現(xiàn)為B3>B1>B2，A2品種則表現(xiàn)為B3>B2>B1，由于B3模式的種植密度較高，該模式下2個品種最后的籽棉理論產(chǎn)量與皮棉理論產(chǎn)量均最高，其中，與B1、B2模式相比，A1品種的籽棉產(chǎn)量分別高出19.02%、21.72%，A2品種的籽棉產(chǎn)量分別高出19.05%、12.26%;A1品種的皮棉產(chǎn)量分別高出12.84%、22.39%，A2品種的皮棉產(chǎn)量分別高出15.79%、13.25%(表6)。

表6 不同處理棉花的產(chǎn)量性狀Tab.6 The yield traits of cotton in different treatment

3 結(jié)論與討論

一般認(rèn)為，棉花株型主要受品種影響[12-14]，稀植情況下合理的棉花株型結(jié)構(gòu)要求植株由下至上果枝角度逐漸減小(塔型)，這樣中上部的枝葉較為舒朗，有利于改善植株中下部的光照條件[15]，但在高密度種植模式下，塔型株型結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致中下部枝葉交錯，不利于群體光合作用的提高。在本試驗中，SGDDS模式能較大程度地減小棉花各部位果枝角度，使植株擁有更大的角度指數(shù)，這說明SGDDS栽培模式有助于棉花株型向筒型發(fā)展，得以構(gòu)建更為緊湊的株型結(jié)構(gòu)，從而有助于改善棉花冠層中下部的光照條件，而且契合棉花生產(chǎn)機(jī)械化對棉花株型的要求[16]。從本試驗中的葉面積指數(shù)變化規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，SGDDS栽培模式能顯著增加棉花群體的葉面積指數(shù)，且葉面積指數(shù)在棉花生育中后期的下降幅度更小，結(jié)合湖南省在棉花生產(chǎn)后期光照條件迅速下降的氣候特點，以及棉花中下層葉片在光照不強(qiáng)時的光合速率高于上層葉片的生理特性[14]，說明SGDDS栽培模式在棉花生產(chǎn)中后期較GIMWF模式具有更高的光能利用率。大田切片法能夠較為直觀地表達(dá)作物群體在不同高度的空間分布，從本試驗中可以發(fā)現(xiàn)，SGDDS模式下兩品種第1層和第4層的干物質(zhì)量所占比例均小于GIMWF模式，表明SGDDS模式能使干物質(zhì)更集中分布于中層空間，這不僅能減少同化產(chǎn)物的運(yùn)輸損耗，提高光合產(chǎn)物利用率，而且滿足了棉花機(jī)械化生產(chǎn)對吐絮集中的要求[15]。本試驗中，A2品種在B3模式下較B1模式顯著提高了皮棉產(chǎn)量，但同為SGDDS模式的B2模式則并沒有表現(xiàn)出明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢，這也許是因為B3模式更好地平衡了個體發(fā)育和群體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。由于棉花在栽培方式上彈性較大，簡單地追求某一指標(biāo)并不能提高群體的光能利用率進(jìn)而提高產(chǎn)量，而需要結(jié)合生產(chǎn)地區(qū)存在的問題進(jìn)行綜合考量，以平衡個體與群體之間的關(guān)系。本試驗僅以栽培模式為不同處理，未針對密度或肥料等單因素進(jìn)行更為細(xì)致的考量，今后需對影響棉花短季直播栽培群體產(chǎn)量構(gòu)成的各個因素開展進(jìn)一步研究，以構(gòu)建更為協(xié)調(diào)、合理的源庫流關(guān)系。