張瑋濤, 楊 培, 段松江，竇巧巧，陳秀玲，張巨松

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國新疆最重要的經(jīng)濟(jì)作物[1]，新疆屬于典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，光熱資源豐富，具有發(fā)展棉花的資源優(yōu)勢，是我國最重要的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉區(qū)[2-3]，目前膜下滴灌技術(shù)已在新疆大面積使用，可有效保持土壤水分，根據(jù)棉花對水分需求確定合理的毛管間距，構(gòu)建膜下滴灌精確灌溉模式，提高棉花產(chǎn)量[4]。研究不同毛管配置條件下棉花的合理栽培密度，對于改善棉花群體結(jié)構(gòu)[5]，調(diào)節(jié)個體與群體之間的矛盾[6]，提高產(chǎn)量具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】冠層結(jié)構(gòu)特性及群體光分布的變化與栽培措施等關(guān)系密切[7]，采用合理栽培手段，調(diào)節(jié)冠層光分布，增加作物光截獲量，對產(chǎn)量增加有重要作用[8]。不同灌溉模式對棉花冠層結(jié)構(gòu)的影響不同，適宜灌溉條件下，棉花葉片平均葉簇傾角小，對光的截獲率高，產(chǎn)量高[9]。種植密度是用于調(diào)節(jié)作物群體質(zhì)量和提高產(chǎn)量的重要手段[10]。【本研究切入點】不同株距、毛管間距配置對于棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量有著不確定性影響。研究毛管間距與種植密度互作對棉花冠層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究76 cm等行距1膜3行機(jī)采棉不同株距、毛管間距配置模式，為機(jī)采棉配套栽培技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花高產(chǎn)栽培課題組北疆試驗基地瑪納斯縣六戶地鎮(zhèn) (44°39′N、86°08′E, 海拔367 m)進(jìn)行。該區(qū)位于古爾班通古特沙漠南緣, 屬于典型溫帶大陸性干旱氣候, 多年平均降水量109.6 mm(>10 mm有效降水量稀少), 蒸發(fā)量1 967 mm, 日照時數(shù)2 721 h，年均氣溫8.2℃，≥10℃年積溫3 720℃, 無霜期171 d。試驗地前茬棉花, 土質(zhì)為黏質(zhì)壤土, 地下水位埋深10 m以下, 田間持水率質(zhì)量分別為27.6%，選用新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育推廣的機(jī)采棉主栽品種新陸早61號。表1

表1 六戶地鎮(zhèn)2018年土壤概況Table 1 Soil data of Liujiadi Town in 2018

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用膜下滴灌技術(shù)，1膜3行76 cm等行距機(jī)采棉種植模式，滴頭間距25 cm，滴頭設(shè)計流量2.1 L/h。采用裂區(qū)試驗設(shè)計，主區(qū)為毛管配置，即北疆常用2種毛管配置方式I3(1膜3行3管)、I2(1膜3行2管)；副區(qū)為密度處理，在行距一定的情況下，設(shè)置3個株距配置，D6(6 cm、22.1×104株/hm2)、D8(8 cm、16.5×104株/hm2)、D10(10 cm、13.3×104株/hm2)。每個小區(qū)長10 m，寬6.78 m，小區(qū)面積67.8 m2，重復(fù)3次，共18個小區(qū)，試驗地總面積為1 220.4 m2, 灌溉定額均為4 500 m2/hm2。于4月15日施基肥(其中尿素600 kg/hm2，顆粒狀過磷酸鈣300 kg/hm2，農(nóng)用顆粒鉀肥150 kg/hm2，一次性施入)，6月25日起實行“1水1肥”處理方式，即各處理每次滴灌滴入300 kg/hm2的尿素，共施肥6次。于5月10日播種，5月15日出苗，7月10日打頂，其他田間管理均按生產(chǎn)上高產(chǎn)田進(jìn)行。

全生育期灌水8次，總灌溉量4 500 m2/hm2。灌溉時間與灌水量分別為：6月20日：500 m2/hm2、6月30日：500 m2/hm2、7月10日：600 m2/hm2，7月20日：600 m2/hm2、7月30日：600 m2/hm2、8月9日：600 m2/hm2，8月19日：600m2/hm2、8月29日：500 m2/hm2。

1.2.2 測定指標(biāo)1.2.2.1 株高

于蕾期、盛花期、盛鈴期、吐絮期各小區(qū)隨機(jī)選代表性植株10株(內(nèi)行5株，外行5株)，調(diào)查棉花株高。

1.2.2.2 冠層參數(shù)

使用上海澤泉公司生產(chǎn)的CI-110植物冠層分析儀在棉花的現(xiàn)蕾期、盛蕾期、開花期、盛花期、盛鈴期、吐絮期，在田間選擇長勢均勻樣點，將光探頭水平放置在距地面20 cm處，冠層分析儀每次觀測時，先將探頭放置于冠層拍探測點，保持探頭水平，按下測定按鈕，每個點保存5張圖片，選擇冠層內(nèi)地面不同位置測量，重復(fù)3次。

1.2.2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

按果枝節(jié)位把棉株分為3部分, 分別為下部果枝(第1～3節(jié)果枝)、中部果枝(第4～6節(jié)果枝)和上部果枝(第7及以上節(jié)果枝)。在吐絮期, 每小區(qū)定30株收獲單株單鈴, 準(zhǔn)確記錄收獲鈴所在果枝節(jié)位, 統(tǒng)計單株鈴數(shù)及各部位鈴數(shù), 取上部棉花30朵，中部棉花40朵，下部棉花30朵，計算平均單鈴重。按上、中、下3部分分別軋花, 測定衣分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)使用SPSS23.0軟件進(jìn)行方差分析, 采用Duncan法進(jìn)行處理間多重比較(P<0.05), 利用origin8.5整理數(shù)據(jù)并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛管間距與株距對棉花株高的影響

研究表明,隨著生育進(jìn)程推進(jìn)，棉花株高生長呈S型變化曲線。盛蕾前，棉花株高生長緩慢；盛蕾至初花株高增長最快；盛花后，棉花幾乎不增長。株距對棉花株高的影響大于毛管間距對棉花株高的影響。同一株距下，3管配置棉花株高高于兩管配置，表現(xiàn)為I3D6>I2D6、I3D8>I2D8、I3D10>I2D10，3管配置更利于棉花株高增長；同一毛管配置下，棉花株高隨著株距的增加而增高，I3D8處理較I3D6處理增長達(dá)到9.3 cm、I2D8處理較I2D6處理增長達(dá)到7.6 cm；I3D10處理較I3D8處理僅為增長2.3 cm、I2D10處理較I2D8處理增長僅為2.8 cm，適當(dāng)增加株距有利于提升棉花株高。圖1

注：I2D6:2管株距6 cm; I2D8:2管株距8 cm; I2D10: 2管株距10 cm; I3D6: 3管株距6 cm; I3D8: 3管株距8 cm; I3D10: 3管株距10 cm。下同

2.2 毛管間距與株距對棉花冠層結(jié)構(gòu)的影響

研究表明,株距對棉花冠層參數(shù)的影響均大于毛管間距對棉花冠層參數(shù)的影響。葉面積指數(shù)和葉傾角在生育期內(nèi)呈單峰變化曲線，均在盛鈴時達(dá)到頂峰，I3D8處理最高，其葉面積指數(shù)值達(dá)到4.25、葉傾角達(dá)到39.6°。同一株距下，隨著毛管間距增大，葉面積指數(shù)與葉傾角均呈降低趨勢；同一毛管間距下，盛蕾前，隨著株距的增大葉面積指數(shù)呈降低趨勢，盛蕾后，隨著棉株的發(fā)育，棉田逐漸蔭蔽，表現(xiàn)為D8>D6>D10，I3D8處理葉面積指數(shù)在盛蕾后超過I3D6處理，I2D8處理葉面積指數(shù)在盛花后超過I2D6處理；盛花前，隨著株距的減小葉傾角增大，盛花后D6處理漲幅緩慢，D8處理高于D6處理，D10處理始終處于最低水平。冠層開度與透光系數(shù)在生育期內(nèi)呈先降后升的趨勢，均在盛鈴時達(dá)到最低，隨著毛管間距的增大，冠層開度與透光系數(shù)的值呈上升趨勢。同一毛管間距下，盛蕾前，隨著株距的增大，冠層開度與透光系數(shù)的值呈上升趨勢，盛蕾后，冠層開度與透光系數(shù)的值表現(xiàn)為D8處理低于D6處理，D10處理始終處于最高水平。圖2

2.3 毛管間距與株距對棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

研究表明,毛管間距對收獲株數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量都無顯著性影響，株距對收獲株數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、具有極顯著性影響(P<0.01)，對單鈴重、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量具有顯著性影響(P<0.05)，毛管間距與株距互作對收獲株數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量無顯著性影響。收獲株數(shù)受株距與毛管間距影響最大，衣分受影響最小。皮棉產(chǎn)量表現(xiàn)為D8處理高于D6處理。株距與皮棉產(chǎn)量呈顯著的二次曲線，D6至D8處理，皮棉產(chǎn)量呈增加趨勢，D6至D10處理，皮棉產(chǎn)量呈下降趨勢。表3，圖3

圖2 不同處理下棉花冠層結(jié)構(gòu)變化Fig. 2 Effect of different treatments on plant canopy configuration of cotton

表3 不同處理下棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因子Table 3 Yield and yield components of cotton under different treatments

2.4 不同處理下冠層參數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系

研究表明,盛鈴期葉面積指數(shù)、葉傾角、透光系數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，冠層開度與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中葉面積指數(shù)與透光系數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系達(dá)極顯著水平(P<0.01)，葉傾角與產(chǎn)量的正相關(guān)關(guān)系達(dá)顯著水平(P<0.05)，冠層開度與產(chǎn)量的負(fù)相關(guān)關(guān)系不顯著。表4

表4 不同處理盛鈴期冠層參數(shù)與產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlation between canopy parameters and yield under different treatments

3 討 論

作物冠層結(jié)構(gòu)是指作物群落中地上部分器官的數(shù)量和空間排列方式，影響著作物地上部分光截獲的能力和群體內(nèi)部光分布特征，構(gòu)造合理的冠層結(jié)構(gòu)，是挖掘高產(chǎn)的潛力重要手段[11]。冠層結(jié)構(gòu)會隨種植密度的改變發(fā)生變化，進(jìn)而影響棉花光合作用和產(chǎn)量。滴灌毛管間距是影響是棉花冠層結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量形成最重要的因素[12]，李景慧等[13]研究發(fā)現(xiàn)，隨毛管間距的增加，葉面積指數(shù)、葉傾角和群體光合速率的峰值明顯降低且生育后期下降快，群體散射輻射透過系數(shù)有所增加，對光能的利用效率大幅降低，李培玲等[14]研究發(fā)現(xiàn)，水分利用效率表現(xiàn)為1帶4行>2帶4行>2帶6行，低灌量條件下，1帶4行有利于提高水分利用效率，充分灌溉下2帶4行最有利于棉花生長。試驗研究表明,隨著毛管間距的減小，葉面積指數(shù)、葉傾角及產(chǎn)量均增加，但增加幅度不明顯，灌量4 500 m2/hm2在1膜3行3管與1膜3行2管布置下，均能滿足棉花對水分的需求。

合理的群體密度是作物栽培中確保作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要措施之一，不同種植密度對作物生長發(fā)育的影響不同。平文超等[15]研究表明，干物質(zhì)量隨密度增加表現(xiàn)為先增后降的趨勢，單位面積的棉花群體干物質(zhì)積累量有一定極限，高于一定密度后群體干物質(zhì)積累量將不再增加，子棉產(chǎn)量亦表現(xiàn)出相同趨勢，與王海洋等[16]研究結(jié)論相似，密度過小無法形成合理的群體結(jié)構(gòu)而使生產(chǎn)力降低，密度過大棉株個體之間競爭激烈，抑制其生長發(fā)育。試驗研究認(rèn)為，冠層結(jié)構(gòu)是影響冠層受光量的主要因素，種植密度對棉花冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)影響較大，盛蕾期以前葉面積指數(shù)及冠層對光能的吸收率與種植密度呈正相關(guān)，群體光合速率明顯增強(qiáng)，如果種植密度較小，群體葉面積較低，生育期內(nèi)棉花冠層漏光損失嚴(yán)重，群體光合效率較低，不利于高產(chǎn)形成；而群體密度過大，下層葉片吸收光能較少，光合效能較低。產(chǎn)量與種植密度呈正相關(guān)，但是密度增加到一定程度時單株產(chǎn)量降低，當(dāng)密度增加所帶來的群體正效應(yīng)小于單株產(chǎn)量下降所帶來的負(fù)效應(yīng)時，群體產(chǎn)量下降。

4 結(jié) 論

4.1 毛管間距對1膜3行76 cm等行距機(jī)采棉冠層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的影響小于株距對其影響。

4.2 葉面積指數(shù)與產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系達(dá)到極顯著(P<0.01)，葉傾角與產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系顯著(P<0.05)，同一毛管間距下，D6處理群體密度過大，抑制單株優(yōu)勢發(fā)揮，D10處理單株優(yōu)勢不足以彌補(bǔ)群體過小差距，D8處理能較好的調(diào)節(jié)棉花群體密度與個體發(fā)育的矛盾，保持了較高的LAI與MTA，提高單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分及產(chǎn)量。

4.3 隨著株距的增加，單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分、均呈上升趨勢，但并不按照收獲株數(shù)增加的比例上升，即并不是簡單直線相關(guān)關(guān)系，D6處理增加到D8后，單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分均明顯增加，綜合增加比例超過收獲株數(shù)降低比例，故皮棉產(chǎn)量最高，D8處理增加到D10處理后，單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分增加比例極低，皮棉產(chǎn)量最低。