李田甜，向?yàn)槊?，胡宇凱，陳國(guó)棟，郭子軒，曹娟，李浩，田玉剛

（塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

新疆土地面積遼闊，具有獨(dú)天得厚的自然資源，因此為棉花的生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造了良好的條件。新疆棉花產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使其成為我國(guó)最大的棉產(chǎn)區(qū)，新疆棉花的種植總面積大約占新疆全年經(jīng)濟(jì)作物種植總面積的一半以上［1］。在棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)對(duì)地膜覆蓋技術(shù)貢獻(xiàn)也逐漸增大，地膜覆蓋技術(shù)的研究及應(yīng)用推廣能夠很好地增加農(nóng)作物的產(chǎn)量［2］。地膜覆蓋不僅提高了農(nóng)田地溫，減少了農(nóng)田土壤水分的大量蒸發(fā)，同時(shí)也保持了農(nóng)田土壤的墑情，繼而大大增加了棉花的產(chǎn)量［3］。覆膜栽培技術(shù)現(xiàn)已大面積普及，然而在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也直接加劇了殘膜污染。新疆兵團(tuán)的殘膜污染面積2020年己經(jīng)首次達(dá)到了6×105hm2，占到了新疆兵團(tuán)地區(qū)耕地種植總面積的60%［4］。根據(jù)新疆農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)管理部門的相關(guān)調(diào)查研究，結(jié)果表明，由于地覆膜種植技術(shù)在新疆全域范圍內(nèi)已得到了廣泛應(yīng)用，目前新疆已成為我國(guó)最大最具規(guī)模的地膜污染區(qū)［5］。無膜棉的推廣與應(yīng)用將徹底解決國(guó)內(nèi)棉田殘膜污染的問題，防止耕地資源質(zhì)量下降，推動(dòng)棉花產(chǎn)業(yè)向綠色可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)型［6］。

無膜棉由于采用裸地栽培方式，與有膜棉存在較大差異，但相同的是它們的最終目的皆為提高棉花的高產(chǎn)潛力。植物體中的葉綠素相對(duì)含量（SPAD）與植物進(jìn)行光合作用和吸收營(yíng)養(yǎng)的效率密切相關(guān)。SPAD值比較高的葉片可以更加充分利用光能進(jìn)行有效的光合作用，制造出更多的光合產(chǎn)物。相反，SPAD值含量低的葉片光合功能差，干物質(zhì)積累量少，葉片也存在過早衰老的現(xiàn)象［7］。在多種作物上，SPAD值測(cè)量簡(jiǎn)單方便，且與作物葉片的葉綠素有一定的相關(guān)性［8-10］。棉花SPAD值和產(chǎn)量之間同時(shí)也存在著協(xié)同效應(yīng)［11］，而目前對(duì)于棉花SPAD值和棉花品質(zhì)間關(guān)系的研究較少。因此，本試驗(yàn)主要以4個(gè)‘中619’品系無膜栽培為基礎(chǔ)，于不同時(shí)期測(cè)定葉片SPAD值，收獲后測(cè)定產(chǎn)量及纖維品質(zhì)，研究無膜栽培下棉花SPAD值與無膜棉產(chǎn)量、品質(zhì)的關(guān)系，旨在找到適合南疆棉花無膜栽培的適宜品系，探討無膜栽培的可行性，為南疆棉花無膜栽培高效種植技術(shù)提供理論和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)教學(xué)科研實(shí)踐基地（40°32′42″N，81°18′53″E）進(jìn)行。試驗(yàn)地屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，年均氣溫11.3℃，日照時(shí)數(shù)約3 000 h，無霜期為180～221 d，年平均降水量50 mm，而年蒸發(fā)量卻高達(dá)2 218 mm。光熱資源豐富，為純灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，主栽作物有棉花和紅棗等。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為砂壤土，氣候干燥，年降水量稀少，熱量豐富，光照充足，溫差較大，適宜于喜溫植物生長(zhǎng)，是新疆主要的產(chǎn)棉區(qū)之一。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所早熟課題組提供的短季棉早熟品系‘中619’‘中619’-1、‘中619’-2和‘中619’-4共4個(gè)品系為供試品種，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，采用無膜栽培方式，于2020年4月19 日播種。設(shè)‘中 619’‘中 619’-1、‘中 619’-2、‘中619’-4共4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為66.7 m2。灌溉方式為滴灌，其余管理為大田統(tǒng)一管理。

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

SPAD值：于棉花苗期開始，在各小區(qū)中選朝向和長(zhǎng)勢(shì)基本一致、無病蟲害、無生理病斑的棉花標(biāo)記5株，選擇天氣晴朗，日均溫度在30℃左右時(shí)，在12：00—15：00時(shí)間段內(nèi)，采用Spad-502型葉綠素測(cè)定儀測(cè)定每個(gè)棉株倒三葉的SPAD值，測(cè)定時(shí)避開葉脈，選取底部、中部和頂部葉片的平均值。從棉花苗期開始進(jìn)行多次測(cè)量，直到生育期結(jié)束。

棉花產(chǎn)量：小區(qū)產(chǎn)量分霜前和霜后兩次收取，以實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

棉花品質(zhì)：每小區(qū)采收棉株中部花50朵，進(jìn)行纖維品質(zhì)檢測(cè)，包括馬克隆值、上半部均長(zhǎng)、斷裂比強(qiáng)度、整齊度指數(shù)和伸長(zhǎng)率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft office Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DPS 9.01統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，SPSS 26進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘中619’不同品系棉花SPAD值變化比較

如圖1所示，棉花SPAD值隨生育進(jìn)程大致呈先升高后降低再升高的趨勢(shì)，在苗期階段（5月11日—5月30日）無明顯的差異，蕾期階段（6月11日—6月20日）SPAD值升高，之后又開始下降。在初花期（7月1日—7月9日）各品系SPAD值降低至45左右。在初花期后，各品系SPAD值開始升高，花鈴期（7月22日—8月26日）各品系SPAD值得均有較多的升高，后隨著進(jìn)入吐絮期（9月30日至收獲），棉花開始衰敗，SPAD值也隨之有所降低。其中‘中619’在蕾期SPAD值達(dá)到最高且遠(yuǎn)高于其他三個(gè)品系，為70.03；‘中619’-1在苗期與花鈴期時(shí)SPAD值相比其他品系較高?！?19’-2在吐絮期達(dá)到最大；‘中619’-4在整個(gè)生育期過程中SPAD值都要較低于其他品系。

圖1 不同棉花品系的SPAD值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

2.2 ‘中619’不同品系棉花產(chǎn)量比較

產(chǎn)量既是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者追求的主要目標(biāo)之一，也是棉花栽培品種優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一［12］。由圖2可知，在相同管理?xiàng)l件下‘中619’和‘中619’-4間產(chǎn)量存在顯著差異?！?19’產(chǎn)量最高為5 546.5 kg/hm2，其次‘中619’-1產(chǎn)量為5 230.9 kg/hm2，‘中619’-2產(chǎn)量為 5 102.0 kg/hm2，‘中 619’-4 產(chǎn)量最低為 4 975.5 kg/hm2，棉花生物產(chǎn)量從大至小依次為‘中619’>‘中619’-1>‘中619’-2>‘中 619’-4。

圖2 無膜栽培下4個(gè)棉花品系的產(chǎn)量表現(xiàn)

2.3 ‘中619’不同品系棉花纖維品質(zhì)比較

2.3.1 馬克隆值

馬克隆值愈大，表示棉纖維越粗，也表示纖維的成熟度越高，馬克隆值過高影響成紗強(qiáng)力，而過低則易產(chǎn)生有害疵點(diǎn)，不易染色。國(guó)際上稱3.7～4.2為最優(yōu)馬克隆值范圍。由表1可知，各品系馬克隆值居于4.95～5.25之間，品系間不存在顯著差異，具體表現(xiàn)為：馬克隆值最高的品系是‘中619’-1，為5.23；最低的品系是‘中619’-4，為4.96；兩者相差0.27。按照國(guó)家細(xì)絨棉標(biāo)準(zhǔn)，B級(jí)取值范圍為3.5～3.6和4.3～4.9，C級(jí)取值范圍為3.4及以下和5.0及以上。其中‘中619’-4馬克隆值屬于B級(jí)，其它三個(gè)品系均為C級(jí)。

2.3.2 纖維上半部平均長(zhǎng)度

纖維的上半部平均長(zhǎng)度與其紡紗品質(zhì)的關(guān)系非常緊密，當(dāng)其它品質(zhì)相同時(shí)，纖維愈長(zhǎng)，其紡紗支數(shù)也愈高。由表1可知，不同品系之間上半部平均長(zhǎng)度無顯著差異。各品系之間表現(xiàn)為‘中619’-4上半部平均長(zhǎng)度最長(zhǎng)，為29.78 mm，‘中619’上半部平均長(zhǎng)度最短，為28.88 mm。‘中619’-1和‘中619’-2兩個(gè)品系的上半部平均長(zhǎng)度介于29～29.5 mm之間，上半部平均長(zhǎng)度分別為29.12 mm和29.24 mm。

2.3.3 整齊度

整齊度指數(shù)表明纖維中長(zhǎng)纖維數(shù)量越多，纖維的一致性越好。由表1可知，‘中619’-1與‘中619’‘中619’-4間整齊度指數(shù)存在顯著差異。整齊度指數(shù)最高的是‘中619’-1品系，為86.10%，其次為‘中619’-2，整齊度指數(shù)為84.97%，再次為‘中619’-4，整齊度指數(shù)為84.40%，整齊度指數(shù)最低的是‘中619’品系，為84.17%。

2.3.4 斷裂比強(qiáng)度

斷裂比強(qiáng)度指拉伸一根或一束纖維在即將斷裂時(shí)所能承受的最大負(fù)荷，單纖維強(qiáng)度因品種不同而存在差異。由表1可知，不同品系之間的斷裂比強(qiáng)度總體上保持27～30 cN/tex之間。‘中619’和‘中619’-1間存在顯著差異。斷裂比強(qiáng)度最高的品系是‘中619’-1，強(qiáng)度值為29.16 cN/tex，斷裂比強(qiáng)度最低的是‘中619’，強(qiáng)度值為27.5 cN/tex，強(qiáng)度差別為 1.66 cN/tex?！?619’-2 的棉花強(qiáng)度值為28.65 cN/tex，‘中619’-4的棉花強(qiáng)度值為28.39 cN/tex。

2.3.5 伸長(zhǎng)率

纖維的斷裂伸長(zhǎng)率是決定纖維加工條件及其制品使用性能的重要指標(biāo)之一。從表1可知，不同品系之間伸長(zhǎng)率無顯著差異?！?19’-2伸長(zhǎng)率最大，為8.83%，‘中619’-1伸長(zhǎng)率最小，為7.33%，‘中619’伸長(zhǎng)率為8.17%，‘中619’-4伸長(zhǎng)率為8.53%。

表1 ‘中619’不同品系棉花纖維品質(zhì)比較

2.4 不同生育時(shí)期棉花SPAD值與產(chǎn)量品質(zhì)的相關(guān)分析

由表2可知，初花期、花鈴期SPAD值與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.89和0.90。說明初花期和花鈴期無膜棉SPAD值越高，無膜棉產(chǎn)量越高。在其他生育時(shí)期無膜棉的SPAD值與棉花產(chǎn)量也存在著正相關(guān)，但相關(guān)性較小。

表2 不同生育時(shí)期段棉花SPAD值與產(chǎn)量品質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

在苗期、花鈴期棉花SPAD值與馬克隆值呈顯著正相關(guān)，說明在苗期、花鈴期棉花SPAD值越高，馬克隆值越高，表現(xiàn)為棉花品質(zhì)越差；在花鈴期棉花SPAD值與纖維上半均長(zhǎng)呈顯著負(fù)相關(guān)，說明在花鈴期棉花SPAD值越高，纖維上半均長(zhǎng)越短，棉花品質(zhì)越差；在蕾期棉花SPAD值與整齊度呈顯著正相關(guān)，說明蕾期棉花SPAD值越高，棉花纖維整齊度越好，棉花品質(zhì)越好；在初花期棉花SPAD值與斷裂比強(qiáng)呈顯著負(fù)相關(guān)，說明初花期棉花SPAD值越高，棉花纖維斷裂比強(qiáng)越弱，棉花品質(zhì)越差；在蕾期棉花SPAD值與伸長(zhǎng)率呈顯著負(fù)相關(guān)，說明蕾期棉花SPAD值越高，棉花纖維伸長(zhǎng)率越弱，棉花品質(zhì)越差。

3 討論

新疆棉花地膜覆蓋技術(shù)被大面積推廣應(yīng)用，棉花地膜覆蓋栽培在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和促進(jìn)農(nóng)民增收方面發(fā)揮了積極作用，然而提高效益的同時(shí)也付出了慘重的生態(tài)代價(jià)，地膜持續(xù)的使用與殘膜回收技術(shù)的相對(duì)滯后，致使土壤中殘膜量逐年增加，造成土壤結(jié)構(gòu)板結(jié)、耕地質(zhì)量下降、出苗困難，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞等一系列問題，嚴(yán)重制約了新疆農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，探索無地膜棉花栽培技術(shù)體系是解決棉田殘膜污染的最直接措施。本試驗(yàn)通過研究‘中619’‘中619’-1、‘中619’-2和‘中619’-4的SPAD值與產(chǎn)量和品質(zhì)間的關(guān)系，得出適宜在南疆種植的無膜栽培品系為‘中619’-1。

王潭剛［13］在研究中得出棉花葉片SPAD值與產(chǎn)量之間呈正相關(guān)，在本試驗(yàn)中無膜棉SPAD值和產(chǎn)量之間存在著協(xié)同效應(yīng)，與其結(jié)果一致。彭小峰等［14］研究表明棉花葉片SPAD值在蕾期和花鈴期表達(dá)量高于其他時(shí)期，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果相似。本試驗(yàn)中不同品系SPAD值在蕾期和花鈴期達(dá)到最大值。SPAD值與品質(zhì)的相關(guān)性結(jié)果表明，苗期、花鈴期棉花SPAD值越高，馬克隆值越高；初花期和花鈴期SPAD值越高，無膜棉產(chǎn)量越高?；ㄢ徠诿藁⊿PAD值越高，纖維上半均長(zhǎng)越短；蕾期棉花SPAD值越高，棉花纖維整齊度越好；初花期棉花SPAD值越高，棉花纖維斷裂比強(qiáng)越弱。綜合得出無膜棉在初花期至花鈴期這一生育階段棉花SPAD值與棉花產(chǎn)量及品質(zhì)間存在著緊密聯(lián)系，需要加強(qiáng)這段生育時(shí)期的田間管理，才能生產(chǎn)出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的棉花。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)中，產(chǎn)量最高的品系是‘中619’，產(chǎn)量最低的是‘中619’-4。4個(gè)品系的馬克隆值、纖維上半均長(zhǎng)和伸長(zhǎng)率并不存在顯著性差異，而不同品系的整齊度、斷裂比強(qiáng)存在顯著性差異，整齊度指數(shù)最高的是‘中619’-1，整齊度指數(shù)最低的是‘中619’；斷裂比強(qiáng)度最高的品系是‘中619’-1，斷裂比強(qiáng)度最低的品系是‘中619’。

在苗期、花鈴期棉花SPAD值越高，馬克隆值越高；在蕾期棉花SPAD值越高，棉花纖維整齊度越好；初花期棉花SPAD值越高，纖維斷裂比強(qiáng)越弱；在花鈴期棉花SPAD值越高，纖維上半均長(zhǎng)越短；在初花期和花鈴期無膜棉SPAD值越高，無膜棉產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)?！?19’-1品系的纖維品質(zhì)性狀和產(chǎn)量均表現(xiàn)為較佳，適宜南疆地區(qū)棉花無膜栽培。由于本試驗(yàn)是無膜滴灌棉花探索性試驗(yàn)，而棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)也會(huì)隨著不同氣候變化在年際間存在差異，還需開展進(jìn)一步的相關(guān)試驗(yàn)研究。