張衛(wèi)民，楊蘇龍，史高川，席凱鵬，范博紅，陶民剛，丘毓蓉，范志杰

（山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000）

地處山西運城的黃土高原棉區(qū)，多年來棉花皮棉產(chǎn)量一直徘徊在1 500 kg/hm2上下，植棉效益較低，棉農(nóng)植棉積極性受挫。山西棉區(qū)目前的生產(chǎn)模式是群體密度4.5萬～6.0萬株/hm2，株高都在1.0～1.2 m，株型表現(xiàn)為縱高橫寬，主莖節(jié)間長，果枝多，果節(jié)長，葉片多而大，棉株中下部遮光陰蔽，通風透光差，造成內(nèi)圍優(yōu)質(zhì)大鈴少，而外圍及頂尖小鈴多，單株平均鈴質(zhì)量減輕，且成熟晚，霜后花多等“稀高大”的栽培模式。基于目前生產(chǎn)現(xiàn)狀，要想使皮棉產(chǎn)量再提高，達到公頃產(chǎn)量1 875 kg以上，采用哪種栽培模式，塑造什么樣的群體和株型，才能更有效地利用當?shù)毓鉄豳Y源，進一步提高棉花產(chǎn)量，成為當前研究和探討的課題。為此，山西省農(nóng)業(yè)科學院運城綜合試驗站2015—2018年在萬榮光華棉花試驗基地，通過6種種植密度和高密化控措施對“稀高大”和“密矮小”2種群體株型進行對比試驗，旨在尋找適于黃土高原氣候特點的大群體、小個體、高光效的密矮群體株型及相應(yīng)配套栽培技術(shù)，實現(xiàn)棉花產(chǎn)量的再高產(chǎn)[1]。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所試驗基地萬榮縣光華鄉(xiāng)大興村，年平均溫度13.9℃，全年降雨量532.0 mm，光照時間為2 182.3 h，＞20℃積溫7 456.7℃。土壤有機質(zhì)含量1.20%，全N含量0.081%，全P含量0.138%，速效N 71.8 mg/kg，速效P 25.52 mg/kg，速效 K109.09 mg/kg。

1.2 試驗材料及試劑

供試棉花品種為晉棉11號，由山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所育種課題組提供。

縮節(jié)胺由張家口長城化工廠生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

試驗設(shè)6個種植密度，分別為4.5萬、6.0萬、7.5萬、9.0萬、10.5萬、12.0萬株 /hm2。小區(qū)面積為75 m2，3次重復(fù)。3個高密度（9.0萬、10.5萬、12.0萬株/hm2）進行4次葉面化控，分別在主莖7葉齡噴施7.5 g/hm2縮節(jié)胺，11葉齡噴施15.0 g/hm2縮節(jié)胺，16葉齡噴施22.5 g/hm2縮節(jié)胺，打頂后7 d噴施 30.0～37.5 g/hm2縮節(jié)胺[2]。純 N 450 g/hm2、P2O5270 g/hm2、K2O360 g/hm2，氮肥 2/3 作底肥，1/3做追肥，磷、鉀肥全部作底肥，一次施入。追肥條施后澆水。在澆足底墑水基礎(chǔ)上，第1水提前到11葉齡期（盛蕾期）進行，第2水在16葉齡期（初花期），第3水在20葉齡期，每次澆水量600 m3/hm2。

1.4 測定項目及方法

在各生育期和成熟期，測定了棉花的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀。分別在棉花7葉齡期、11葉齡期、16葉齡期和20葉齡期，分上、中、下部，用LuxMeter HT-13測光儀測定光照強度，計算透光率。在以上各葉齡期，對營養(yǎng)器官和生殖器官每個處理取樣5株，烘干測定干物質(zhì)積累量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

對常規(guī)密度（4.5萬、6.0萬、7.5萬株 /hm2）和高密（9.0萬、10.5萬、12.0萬株/hm2）的群體和個體性狀進行數(shù)據(jù)對比和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植密度對產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

由表1可知，10.5萬株/hm2的總成鈴數(shù)最高，達117.2萬個/hm2，比6.0萬株/hm2的總成鈴數(shù)（90.0萬個/hm2）高30.2%。密度大于90萬株/hm2以上的皮棉產(chǎn)量皆可達1 875 kg/hm2以上，其中，產(chǎn)量最高的是10.5萬株/hm2，達到2 026.5 kg/hm2，分別比4.5萬、6.0萬、7.5萬株/hm2增產(chǎn)33.5%、24.7%和15.8%；其次，12.0萬株/hm2產(chǎn)量也達到1 875 kg/hm2，而9.0萬株/hm2以下密度的產(chǎn)量皆還停留在1 650 kg/hm2上下。

表1 不同密度群體的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

對產(chǎn)量構(gòu)成的3個因素統(tǒng)計分析表明，公頃鈴數(shù)與皮棉產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最大，呈高度正相關(guān)，達極顯著水平（r＝0.927 4），而鈴質(zhì)量和衣分與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)較小，并為負相關(guān)，未達顯著水平。說明密度在4.5萬～12.0萬株/hm2，隨著種植密度增加，公頃成鈴數(shù)增加，皮棉產(chǎn)量由1 518.0 kg/hm2提高到1 875.0 kg/hm2，單位面積總鈴數(shù)起決定作用，而單鈴質(zhì)量和衣分略有降低，但不顯著。表明增加種植密度能夠有效提高單位面積總鈴數(shù)，達到增株、增鈴、增產(chǎn)的效果。從試驗結(jié)果來看，在目前生產(chǎn)條件下，種植密度在10.5萬株/hm2的皮棉產(chǎn)量可達到2 026.5 kg/hm2[3]。

2.2 增密化控對棉花株型的影響

通過提高種植密度和運用葉齡指標化控技術(shù)后，棉花群體和株型特征發(fā)生系列明顯變化。從表2可以看出，隨著密度增加棉株個體變矮，單株主莖葉、果枝數(shù)及其葉片數(shù)、主莖節(jié)間數(shù)、果枝節(jié)間數(shù)都相應(yīng)減少；主莖節(jié)間長度、果枝節(jié)間長度也相應(yīng)變短；單株總?cè)~片數(shù)、單株成鈴數(shù)和單株生殖量也相應(yīng)減少，但棉株1、2節(jié)位優(yōu)質(zhì)大鈴成鈴率卻大幅提高，形成一個高密、矮株、短枝、小葉、大鈴的高光效密矮群體株型[4]。其增產(chǎn)機理主要表現(xiàn)在以下5個方面。

表2 1 875 kg/hm2群體株型特征

2.2.1 密矮株型群體生育前期葉面積增加迅速、光合面積大 由表3可知，在20葉齡（盛花期）以前，9.0萬～12.0萬株/hm2的單株葉片數(shù)、單株葉面積都小于4.5萬株/hm2，但單位面積的總?cè)~片數(shù)和總?cè)~面積卻大于4.5萬株/hm2的。特別是7～16葉齡（現(xiàn)蕾—開花期），單位面積葉片數(shù)和葉面積增長速度極快。如7葉齡（現(xiàn)蕾期）9.0萬～12.0萬株/hm2的總?cè)~片數(shù)已達72.0萬～84.0萬片/hm2，而4.5萬株/hm2僅有36.9萬片/hm2，分別增加了95.1%、127.6%；總?cè)~面積分別達到750.6、882.0 m2/hm2，比4.5萬株/hm2（455.0 m2/hm2）分別增加65.0%、93.8%；葉面系數(shù)分別達到0.075、0.088，也較4.5萬株/hm2（0.045）分別增大66.7%、95.6%。進入11葉齡、16葉齡、直到20葉齡，皆表現(xiàn)同樣趨勢。表明密度9.0萬～12.0萬株/hm2較4.5萬株/hm2能夠充分利用棉花生長前期的光熱資源，減少大面積地面裸露和太陽光能的損失，提高了棉花生育前期光能的利用，為中后期的開花成鈴積累較多的光合產(chǎn)物，奠定了提高成鈴數(shù)和增加鈴質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。

表3 不同生育時期葉面積動態(tài)

通過增密化控后，棉株個體的各個營養(yǎng)器官皆變低、變小、變少、變短，但是單位面積上卻是株多、葉片多、果枝多、果節(jié)多、總生殖多、總成鈴數(shù)多，特別是前期制造有機營養(yǎng)的光合面積增大，這是密矮株型高光效的主要性能之一[5]。

2.2.2 密矮株型群體中期植株下部光照強度增加、消光系數(shù)減小 由表4可知，從處理I可以看出，16葉期10.5萬株/hm2化控處理的棉株下部光照強度為2.89萬lx，分別比4.5萬、10.5萬株/hm2不化控的光照強度（1.54萬、1.46萬lx）高87.4%、97.4%。3個處理表現(xiàn)同樣的趨勢，高密化控的10.5萬株/hm2的平均光照強度為2.98萬lx，比4.5萬株/hm2的平均光照強度（1.50萬lx）和10.5萬株/hm2不化控處理的平均光照強度（1.39萬lx）分別高出99.1%和113.9%[6]。

從棉株下、中、上3個部分的消光系數(shù)看，密矮群體的消光系數(shù)在3個部位皆小于不化控處理的棉株群體。同樣，密矮群體的下部溫度和相對濕度也都小于不化控處理的棉株群體，這種密矮群體株型下部光照強度高，下、中、上各部位的消光系數(shù)較小和下部溫、濕度較低，有利于棉株中、下部開花、成鈴和提高鈴質(zhì)量，也有利于棉纖維的發(fā)育，減少中下部蕾鈴脫落和爛鈴，增加棉花產(chǎn)量和提高品質(zhì)[7-8]。

表4 不同群體株型棉株各部位光照強度及溫濕度

2.2.3 密矮株型群體光合產(chǎn)物積累峰值前移 由表5可知，在11葉鈴期，9.0萬～12.0萬株/hm2，單株營養(yǎng)器官光合產(chǎn)量為4.3～4.52 g，較4.5萬株/hm2（6.4 g）低32.8%～29.4%；生殖器官為0.09～0.10 g，也比4.5萬株/hm2（0.18 g）低50%～44.4%。但是9.0萬株～12.0萬株/hm2單位面積營養(yǎng)器官和生殖器官的光合產(chǎn)物分別比4.5萬株/hm2高41.3%～79.2%和11.1%～33.3%，地上部分總光合產(chǎn)量也表現(xiàn)同樣規(guī)律。進入16葉齡期、20葉齡期，一直到吐絮期，皆表現(xiàn)如此規(guī)律。但隨著生育進程，單位面積光合總生成量的差別越來越小。說明了棉株不同葉齡期地上部分光合產(chǎn)物累積，從棉株個體而言，單株光合產(chǎn)物皆以種植密度小的積累較多；但從群體來看，在棉株生長發(fā)育的各個時期，皆以種植密度大的密矮群體的光合產(chǎn)物較多。由于密矮群體光合產(chǎn)物累積前期較多，峰值前移，為棉花的現(xiàn)蕾開花成鈴提供了充足的有機營養(yǎng)[9-10]。

表5 不同群體光合生產(chǎn)量累積動態(tài)

2.2.4 密矮株型群體經(jīng)濟系數(shù)提高 由表6可知，密度4.5萬～12.0萬株/hm2，隨著密度增加，單株生物學產(chǎn)量逐漸降低，但單位面積上的生物學產(chǎn)量都隨之增高。4.5萬株/hm2的單株營養(yǎng)器官干質(zhì)量較9.0萬～12.0萬株/hm2的高出94.1%～157.8%；單株籽棉質(zhì)量高出50.4%～113.0%。而單位面積上的營養(yǎng)器官干物質(zhì)量9.0萬～12.0萬株/hm2比4.5萬株/hm2略高3.1%～4.8%，差異不大；但單位面積籽棉質(zhì)量卻增加25.2%～35.1%，營/生降低18.3%～22.5%。從生物學產(chǎn)量比較，4.5萬株/hm2單株生物學產(chǎn)量比9.0萬～12.0萬株/hm2高出76.3%～140.4%，但單位面積上生物學產(chǎn)量卻以9.0萬～12.0萬株 /hm2比 4.5萬株 /hm2的高出10.9%～15.2%，經(jīng)濟系數(shù)提高12.8%～17.4%。進一步表明，密矮群體株型在單位面積的營養(yǎng)器官干質(zhì)量差異不大的情況下，有效提高了生殖器官的干質(zhì)量，減少有機營養(yǎng)的浪費，提高了經(jīng)濟系數(shù)。

表6 不同群體營/生值和經(jīng)濟系數(shù)

2.2.5 密矮株型群體成鈴的時空分布 由表7可知，密度9.0萬～12.0萬株/hm2，采取增加密度和適時化控，塑造出大群體、小個體、高光效的群體株型，使棉株開花成鈴提早，在6月下旬開花數(shù)已占到單株總花數(shù)的12.7%～14.1%，成鈴數(shù)已占到總成鈴數(shù)的19.5%～22.2%，而密度9.0萬株/hm2以下的皆未開花成鈴。進入7月上旬至中下旬，是當?shù)毓鉄豳Y源高能期，也是當?shù)亻_花成鈴最佳時期，此時，9.0萬～12.0萬株/hm2開花數(shù)分別占株開花數(shù)的22.90%～26.70%和61.4%～70.8%，成鈴數(shù)分別占株成鈴數(shù)的39.0%～44.6%和80.5%～89.1%。而此時密度4.5萬～7.5萬株/hm2的開花數(shù)僅占株花數(shù)的6.59%～9.12%和24.0%～40.1%，成鈴數(shù)也只占到株成鈴數(shù)的10.2%～13.5%和33.9%～45.6%。更重要的是此時棉株1～2節(jié)位成鈴，9.0萬～12.0萬株/hm2成鈴占比達80.5%～89.1%，而4.5萬～7.5萬株/hm2成鈴占比僅為43.1%～47.1%，1～2節(jié)位成鈴率平均提高92.0%。表明了密矮株型開花成鈴高峰期與當?shù)毓鉄豳Y源高能期相同步，最佳鈴位成鈴與當?shù)刈罴呀Y(jié)鈴期相同步，這是對當?shù)貧夂蛸Y源和棉花自身開花成鈴優(yōu)勢期充分的利用和發(fā)掘，也是密矮株型單位面積成鈴多、平均鈴質(zhì)量高的原因所在[11-12]。

表7 密矮株型開花成鈴動態(tài)%

3 結(jié)論和討論

通過增密化控技術(shù)，塑造矮株、短枝、小葉、大鈴的高光效“密矮小”群體株型，使棉花皮棉產(chǎn)量由1 500 kg/hm2增加到到1 875 kg/hm2以上。其增產(chǎn)原因，從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)上看，是單位面積總鈴數(shù)增加的結(jié)果；從生理方面分析，是由于光合性能改善——光合面積增大，光照強度增強，光合產(chǎn)量增加，營養(yǎng)短線運輸?shù)染C合生理功能增大增強的結(jié)果。特別是棉株生長的前期和中期，有機光合產(chǎn)物的積累峰值提前，為棉花的開花、增鈴和增質(zhì)量奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

總鈴數(shù)達到105萬個/hm2以上，是種植密度提高到9.0萬～10.5萬株/hm2而實現(xiàn)的；密度低于9.0萬株/hm2成鈴數(shù)僅有90萬個/hm2左右；密度12.0萬株/hm2的成鈴數(shù)、鈴質(zhì)量都略有下降趨勢。因而，在目前生產(chǎn)狀況下，種植密度以10.5萬株/hm2左右為宜。

關(guān)于鈴質(zhì)量問題，常規(guī)情況下，單鈴籽棉平均質(zhì)量是隨著密度增加而降低，但密矮株型的平均鈴質(zhì)量基本不會降低，這是因為增密化控后，果枝縮短，每個果枝僅有1、2個節(jié)位的鈴位，也是全株優(yōu)質(zhì)大鈴的最佳鈴位，而且這些鈴都是在光熱資源高能期和最佳結(jié)鈴期形成的，所以，鈴質(zhì)量基本不會降低[13]。

關(guān)于矮株、短枝、小葉問題，該試驗是在充分同步保證水肥供給的條件下進行的，所以，形成的矮株是壯株，而不是弱株，形成的短枝是粗枝，而不是細枝，形成的小葉是厚而深綠的健葉，而不是薄而黃的弱葉，只有這樣的株、枝、葉才能保證生產(chǎn)更多的有機營養(yǎng)，滿足成鈴增質(zhì)量的需要，進一步提高棉花產(chǎn)量。