崔愛花，孫巨龍，劉帥，胡啟星，白志剛，劉婷

(1.江西省棉花研究所，江西 九江 332105 ;2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045)

棉田間作是以提高棉田整體效益為目標(biāo)而發(fā)展起來的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植技術(shù)體系。棉田間作模式種類繁多，歸納起來有4大基本作物搭配類型，即棉菜型、棉果型、棉藥型、棉油糧(飼)型。在全世界有各種各樣的棉田間作體系被廣泛采納應(yīng)用[1-8]，這主要是因?yàn)槊尢镩g作能有效提高作物產(chǎn)量、改善棉花品質(zhì)[9]、控制病蟲害發(fā)生等[10-11]。近些年來，國內(nèi)外對于棉田間作系統(tǒng)的研究時有報道，但大多數(shù)的研究工作主要集中在提高非棉作物產(chǎn)量以及棉田整體效益上，僅僅把棉花作為輔助目標(biāo)[12]。關(guān)于利用間作來增加棉花產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)的報道較少[13-15]。因此，作者主要研究棉田間作模式下棉花產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀、纖維品質(zhì)、干物質(zhì)分配及葉面積指數(shù)等的變化特點(diǎn)，揭示棉田間作模式促進(jìn)棉花生長發(fā)育的優(yōu)勢機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2017年在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園(115°55′02.040″ E，28°46′04.476″N)進(jìn)行。試驗(yàn)地地勢平坦，光熱資源充足，年平均日照時數(shù)為1559.9 h，年平均日照總輻射102.55 kJ/cm2，無霜期約269 d，年均降雨量1658.9 mm，年均溫度16.5℃，≥10℃的活動積溫為5521℃。試驗(yàn)地為低崗地，無灌溉條件。試驗(yàn)初始土壤性狀：土壤容重為1.304 g/cm3，總孔隙度為52.98%，毛管孔隙度為41.55%，有機(jī)質(zhì)為29.78 g/kg，全氮為1.34 g/kg，堿解氮為90.00 mg/kg，全磷為1.18 g/kg，有效磷為76.35 mg/kg，全鉀為55.38 g/kg，速效鉀為107.5 mg/kg，pH值為4.75。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

以棉花單作(MC)為對照，設(shè)3種間作模式：棉花間作大豆(CS)、棉花間作玉米(CM)和棉花間作甘薯(CP)，共4個處理，每處理重復(fù)3次，共12個小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)長為6.0 m，寬5.5 m，面積為33.0 m2。供試棉花品種為贛棉雜1號(由江西省棉花研究所選育和提供)；玉米為甜糯玉米，甘薯為南昌農(nóng)家種，大豆為東北毛豆(這些均從江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)貿(mào)市場購買)。

1.3 田間管理

棉花于4月17日翻耕開溝播種，行距和株距分別為100 cm和40 cm，其施用肥料種類和量是鈣鎂磷肥375 kg/hm2(全作基肥)，氯化鉀225 kg/hm2(基肥、苗肥和花鈴肥分別占30%、30%和40%)，尿素450 kg/hm2(基肥、苗肥和花鈴肥分別占20%、30%和50%)；大豆于4月16日在距離棉花行50 cm處開溝播種(即兩行棉花中間1行大豆)，其行距和株距分別為100 cm和25 cm，施用肥料種類和量是鈣鎂磷肥325 kg/hm2(全作基肥)，氯化鉀200 kg/hm2(基肥、苗肥和鼓粒肥分別占30%、30%和40%)，尿素450 kg/hm2(基肥、苗肥和鼓粒肥分別占20%、30%和50%)；玉米于4月16日在棉花行間開溝播種，種植規(guī)格同大豆，施肥為鈣鎂磷肥325 kg/hm2(全作基肥)，氯化鉀200 kg/hm2(基肥、苗肥和孕穗肥分別占30%、30%和40%)，尿素320 kg/hm2(基肥、苗肥和孕穗肥分別占20%、30%和50%)；甘薯于4月25日在棉花行間開溝栽苗，種植規(guī)格同大豆和玉米，其施用肥料種類和量是鈣鎂磷肥225 kg/hm2(全作基肥)，氯化鉀150 kg/hm2(全作基肥)，尿素240 kg/hm2(1/3作基肥、2/3作追肥)；其它管理方法與各自作物大田生產(chǎn)一致。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀

棉花產(chǎn)量為每小區(qū)實(shí)際收獲的產(chǎn)量；于棉花吐絮期，每小區(qū)選取棉花中部30鈴，進(jìn)行室內(nèi)考種，測定單鈴重和衣分；于7月15日、8月15日和9月15日，每小區(qū)調(diào)查10株棉花的單株成鈴，取平均值。大豆、玉米和甘薯均為小區(qū)實(shí)收產(chǎn)量。

1.4.2纖維品質(zhì)

在考種的皮棉中每小區(qū)隨機(jī)取10～15 g，送原農(nóng)業(yè)部棉花纖維品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心測定(HVICC 校準(zhǔn))纖維品質(zhì)。

1.4.3干物質(zhì)量

于棉花苗期、蕾期、盛鈴期和吐絮期，每小區(qū)隨機(jī)選3株長勢一致的棉花，帶回實(shí)驗(yàn)室按根、莖、葉、花、鈴等器官分解，在105℃下烘45分鐘殺青，再在85℃下烘干至恒重后稱取干物質(zhì)重。

1.4.4葉面積指數(shù)

于盛蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期，每小區(qū)選定2 株棉花，取棉株鮮樣平鋪于白色底板上，于底板上方固定高度架設(shè)攝像頭(美國微軟公司)進(jìn)行拍照，用圖形處理軟件Image-Pro Plus 6.0(美國Media Cybernetics公司)計算單株葉面積[16]，葉面積指數(shù)LAI =單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。

1.5 統(tǒng)計方法

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行原始數(shù)據(jù)整理，并采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉田間作對棉花籽棉產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知，棉田間作處理較單作可增加棉花鈴數(shù)和產(chǎn)量，但在鈴重、衣分和籽指方面與單作處理差異不明顯。間作各處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于單作，增幅為18.6%～43.0%，以處理CP最高，處理CS其次，且處理CS與CP之間差異不顯著。各處理棉花總成鈴數(shù)與產(chǎn)量的表現(xiàn)趨勢一致，且間作處理較對照(棉花單作)增加21.8%～73.4%，差異均達(dá)到顯著水平。因此，棉花間作比單作增產(chǎn)的主要原因是鈴數(shù)的增加，其中處理CS和CP對棉花的增產(chǎn)優(yōu)勢最為明顯。

表1 各處理的棉花籽棉產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀比較

2.2 棉田間作對經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表2可知，棉田間作較棉花單作可增加經(jīng)濟(jì)收入，純收入以棉花間作甘薯模式最高，其次是棉花間作大豆，分別較棉花單作增收4655.2元/hm2和3208.3元/hm2，增幅分別為91.3%和62.9%，棉花間作大豆模式的純收入高于棉花間作玉米模式，其原因是二者在成本相當(dāng)?shù)那疤嵯?，棉花間作大豆的總產(chǎn)值高于棉花間作玉米，增幅為12.4%。

2.3 棉田間作對棉花品質(zhì)的影響

由表3可知，各處理棉花纖維長度均處于29 mm級，屬中絨棉、整齊度處在U2級(83.0%～85.9%，較高)、伸長率在6.3%～6.4%，且各處理之間差異均不顯著；棉花間作處理的馬克隆值處B2級(4.3～4.9)，均低于處理MC(C2級)，降幅為6.8%～7.2%，差異顯著；處理CS、CM和CP的斷裂比強(qiáng)度為29.3～29.7 cN/tex(強(qiáng))，顯著高于處理MC(中等)，增幅為5.8%～7.2%。由此看來，間作處理較單作可降低馬克隆值、提高斷裂比強(qiáng)度。

表2 各處理的經(jīng)濟(jì)效益比較

表3 各處理的棉花纖維品質(zhì)性狀比較

2.4 棉田間作對棉花干物質(zhì)積累的影響

2.4.1棉花苗期單株器官質(zhì)量與全株干物質(zhì)量

由表4可知，各處理苗期單株干物質(zhì)在各器官的分配量均表現(xiàn)為根<莖<葉，根部處理CP比處理MC高87.5%，差異顯著(P<0.05)，而處理CS、CM與處理MC之間差異不顯著；莖部亦是僅處理CP高于處理MC，增幅為45.5%，差異顯著(P<0.05)，處理CS、CM與MC之間差異不顯著；葉部處理CP分別比處理MC和CM高52.9%和107.9%，差異顯著(P<0.05)，而與處理CS差異不顯著；就單株來看，間作處理僅處理CP超過處理MC，增幅為53.5%，差異顯著(P<0.05)，處理CS、CM均與MC之間差異不顯著。由此看來，處理CP(棉花間作甘薯)在促進(jìn)苗期棉花單株干物質(zhì)積累具有較高優(yōu)勢。

表4 各處理的棉花苗期單株器官質(zhì)量和全株干物質(zhì)量比較(g/株)

2.4.2棉花盛鈴期和吐絮期的單株干物質(zhì)情況

由表5可知，棉花盛鈴期各處理地下部干物質(zhì)量以處理CP最高，分別比處理MC、CS和CM高46.8%、26.3%和46.1%，差異顯著(P<0.05)；地上部營養(yǎng)器官均高于生殖器官，營養(yǎng)器官以處理CM最低，分別比處理MC、CS和CP低12.0%、7.7%和13.5%，差異顯著(P<0.05)，處理MC、CS和CP之間差異不顯著；生殖器官以處理CP最高，其次是處理CM，處理CP比處理MC和CS分別高72.3%和87.1%，差異顯著(P<0.05)；全株干物重與地上部表現(xiàn)趨勢一致，亦是以處理CP最高，分別比處理MC、CS和CM高20.1%、19.7%和24.7%，差異顯著(P<0.05)，處理MC、CS和CM之間差異不顯著；根冠比處理CS和處理CP相當(dāng)，處理MC和處理CM相當(dāng)，前者比后者高22.2%。

表5 棉田間作對盛鈴期和吐絮期棉花單株干物質(zhì)及分配的影響(g/株)

吐絮期各處理地下部干物重以處理CS和CP最高，分別比處理MC高61.8%和89.4%，差異顯著(P<0.05)；地上部營養(yǎng)器官間作各處理均高于處理MC，增幅為6.6%～43.0%，差異顯著(P<0.05)；生殖器官以處理CS最高，其次是CM和CP，分別比處理MC高75.6%、48.3%和42.2%，差異顯著(P<0.05)；單株干物重以處理CS和CP最高，其次是處理CM，三者分別比處理MC高44.1%、46.7%和23.6%，差異顯著(P<0.05)。根冠比處理MC和處理CP相當(dāng)，處理CM低于處理MC，處理CS比MC高14.3%。

吐絮期各處理單株及各器官干物重均高于盛鈴期，其中生殖器官和單株干物重的增量最為明顯。在生殖器官方面，處理MC、CS、CM和CP的分別比盛花期對應(yīng)處理高192.7%、458.0%、253.4%和141.6%；在單株干物重方面，處理MC、CS、CM和CP的分別比盛花期對應(yīng)處理高45.5%、117.5%、86.8%和76.8%；間作處理的棉花干物質(zhì)積累增長速度均高于單作。

因此，棉田間作較單作可有效提高棉花生長后期地下部、地上部及全株干物重，以處理CP(棉花間作甘薯)表現(xiàn)最好。

2.4.3棉花不同生育時期的葉面積指數(shù)

由表6可知，各處理棉花葉面積指數(shù)隨生育進(jìn)程推進(jìn)呈先升后降的趨勢。盛蕾期：間作處理CS、CM和CP分別比處理MC高76.9%、53.8%和115.4%，差異顯著(P<0.05)。盛花期：處理CS和處理MC較高，且差異不顯著，但處理CM和CP低于處理MC，降幅分別為38.8%和20.6%，差異顯著(P<0.05)。盛鈴期：處理CP、CS與處理MC間差異不顯著，處理CM比處理MC低5.4%，差異顯著(P<0.05)。吐絮期：處理CP與處理MC間差異不顯著，處理CS和CM分別比處理MC低11.3%和25%，差異顯著(P<0.05)，處理CS顯著高于處理CM。這表明間作處理在盛蕾期可有效增加棉花葉面積指數(shù)，在其余幾個生育時期優(yōu)勢不明顯。總的來說，處理CP(棉花間作甘薯)較其他間作處理具有較高優(yōu)勢。

表6 各處理的棉花不同生育時期的葉面積指數(shù)(LAI)

3 討論與結(jié)論

大量研究證實(shí)，棉田間作在促進(jìn)單株葉面積[17]及葉面積指數(shù)[18-19]增加方面具有較高優(yōu)勢。本研究也有類似結(jié)論，棉田間作較棉花單作可顯著提高盛蕾期的葉面積指數(shù)，增幅為53.8%～115.4%。

前人研究證明[20-21]，棉花、玉米間作均可增加總產(chǎn)值，提高純收入，但由于生態(tài)位上存在激烈競爭，可造成棉花減產(chǎn)，而本研究中棉花間作玉米亦可增加純收入5948.0元/hm2，較棉花單作增加850.8元/hm2，但提高棉花產(chǎn)量18.6%。兩種結(jié)論的不一致主要是間作密度和各作物施肥量的差異，但從現(xiàn)階段棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展及糧食安全的角度考慮的話，該種植模式不適宜在棉花主產(chǎn)區(qū)推廣。

棉花的纖維品質(zhì)很大程度上取決于品質(zhì)遺傳特性[22]，但本研究表明，間作使棉花馬克隆值變優(yōu)，斷裂比強(qiáng)度提高；而黨小燕，等[23]認(rèn)為，棉花與線辣椒、 鷹嘴豆、花生間作馬克隆值顯著高于單作，且對比強(qiáng)度無顯著影響；兩種結(jié)論不一致的原因除了間作作物的種類及栽培措施以外，還可能與氣候因子有關(guān)，尚需對氣候因子變化與棉花纖維品質(zhì)的影響機(jī)制進(jìn)行深入研究。

綜上分析認(rèn)為，三種間作模式的棉花較單作棉花產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量及單位面積成鈴數(shù)均增加；馬克隆值變優(yōu)和斷裂比強(qiáng)度提高；在棉花盛蕾期棉花葉面積指數(shù)三種模式均比棉花單作提高。棉花間作甘薯和棉花間作大豆模式的籽棉產(chǎn)量較高、經(jīng)濟(jì)效益好、纖維品質(zhì)較優(yōu)，其生產(chǎn)優(yōu)勢較為明顯，適宜在長江流域棉區(qū)推廣。