王 心,林 濤,崔建平,吳鳳全,唐志軒,崔來(lái)園,郭仁松,王 亮,鄭子漂

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,烏魯木齊 830091;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/棉花教育部工程研究中心,烏魯木齊 830052;3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國(guó)唯一的長(zhǎng)絨棉產(chǎn)區(qū),由于新疆無(wú)霜期較短,在收獲期間為提高棉花吐絮率需要噴施脫葉催熟劑以促進(jìn)棉鈴的集中成熟。與陸地棉相比長(zhǎng)絨棉為零式果枝,株型更為湊型,此外長(zhǎng)絨棉葉片大而肥厚,葉面蠟質(zhì)較多,化學(xué)脫葉效果差,主要表現(xiàn)為脫葉劑的滲透和吸收效果差[1],脫落的葉片易掛在下部果枝而不落地,造成機(jī)采過(guò)程中棉籽葉屑雜質(zhì)含量高,商品屬性下降。研發(fā)長(zhǎng)絨棉的機(jī)械采摘農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合關(guān)鍵技術(shù),對(duì)促進(jìn)長(zhǎng)絨棉產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前,長(zhǎng)絨棉機(jī)采種植模式,主要借鑒陸地棉寬窄行(66 cm+10 cm)模式,該模式對(duì)水肥要求較高,容易導(dǎo)致中下部冠層郁閉,通風(fēng)透光不良,蕾鈴脫落率增加,影響早熟[2-4];此外冠層郁閉,不利于脫葉劑的穿透,降低脫葉劑的脫葉效率,為降低皮棉葉屑雜質(zhì),須增加籽棉清理和皮棉清理工序2～3次,又會(huì)引起纖維長(zhǎng)度、纖維強(qiáng)度的機(jī)械損傷,即加工損失[4],降低了商品等級(jí)。近年來(lái)生產(chǎn)中提出76 cm等行距機(jī)采棉種植模式,具有通風(fēng)透光良好,葉片脫落率較高,纖維品質(zhì)較好的優(yōu)勢(shì)[5],也有研究表明,該模式下產(chǎn)量不穩(wěn)定[6-7],株距縮小后,群體水肥競(jìng)爭(zhēng)加劇,可能是產(chǎn)量下降的主要原因?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】水資源短缺制約長(zhǎng)絨棉的產(chǎn)量和品質(zhì),機(jī)采模式的優(yōu)化必須建立在節(jié)水的基礎(chǔ)上[8]。目前機(jī)采長(zhǎng)絨棉種植模式較為單一,種植模式與灌溉定額對(duì)產(chǎn)量形成和機(jī)采品質(zhì)的影響尚缺乏系統(tǒng)研究。需研究種植模式與灌溉定額對(duì)機(jī)采長(zhǎng)絨棉產(chǎn)量及纖維品質(zhì)形成的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在最優(yōu)種植密度的基礎(chǔ)上,調(diào)控機(jī)采種植模式和灌溉定額,分析不同處理對(duì)機(jī)采長(zhǎng)絨棉產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響,為機(jī)采長(zhǎng)絨棉農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2021年4～10月在新疆阿克蘇地區(qū)阿瓦提縣新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院阿瓦提棉花綜合實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行(N 40°06＇,E 80°44＇,海拔1 025 m)。該區(qū)屬典型暖溫帶大陸性干旱氣候,降雨稀少,日照充足,熱量豐富。近50年年均降水量46.4 mm,日照時(shí)數(shù)2 679 h,≥10℃年積溫3 987.7℃,無(wú)霜期211 d。土壤為沙質(zhì)壤土,0～40 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)8.3 g/kg,全氮0.5 g/kg,速效氮58.4 mg/kg,速效磷35.4 mg/kg,速效鉀130.7 mg/kg。

供試品種為新78(機(jī)采長(zhǎng)絨棉品種,新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育),于2020年4月14日播種,4月22日出苗,10月上旬收獲。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),主區(qū)為種植模式。依據(jù)主流采棉機(jī)對(duì)于行距的基本要求,選擇生產(chǎn)中最佳密度22.5×104株/hm2,在密度一致的基礎(chǔ)上,設(shè)置3種不同的機(jī)采棉行距:1膜3行平均行距76 cm、株距5.8 cm(S3);1膜4行平均行距57 cm、株距7.7 cm(S4);1膜6行平均行距38 cm、株距11.6 cm(S6)。副區(qū)為3個(gè)灌溉定額:重度虧缺3 150 m3/hm2(W1)、輕度虧缺4 050 m3/hm2(W2)和充分灌溉4 980 m3/hm2(W3)。試驗(yàn)共9個(gè)處理,27個(gè)小區(qū),小區(qū)面積49 m2(長(zhǎng)7 m,寬7 m)。采用1膜3管種植方式,膜寬2.05 m,滴頭間距0.25 m,滴頭流量2.1 L/h2。不同處理之間均采用統(tǒng)一的水肥管理措施,所有小區(qū)施肥量和施肥頻率均保持一致。其中基肥施入磷酸二銨(P2O553.8%,N 21.2%)450 kg/hm2,尿素(N 46.4%)300 kg/hm2,硫酸鉀(K2O 51%)225 kg/hm2。生育期采用 “1水1肥”方式追肥,6月中旬開(kāi)始灌溉,8月中旬停水,灌水定額為灌溉定額的1/10,共追施尿素600 kg/hm2,其他管理方式參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)棉田。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 干物質(zhì)積累量及特征值計(jì)算

于蕾期、花期、盛鈴期和吐絮期在各小區(qū)內(nèi)選長(zhǎng)勢(shì)均勻的中行和邊行棉株各3株,按莖葉、蕾花鈴及根等不同器官分開(kāi),105℃殺青30 min后于80℃烘干至恒重,測(cè)定其干物質(zhì)質(zhì)量。棉花干物質(zhì)隨時(shí)間變化的量化特征利用Logistic 曲線擬合[9]。

1.2.2.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

吐絮期每個(gè)處理的試驗(yàn)小區(qū)分別選取長(zhǎng)勢(shì)均衡的66.7 m2代表性區(qū)域,調(diào)查實(shí)收株數(shù)和總鈴數(shù),折算出單株結(jié)鈴數(shù)和單位面積鈴數(shù)。每小區(qū)取30株長(zhǎng)勢(shì)均勻的棉株,分冠層上、中、下部位棉鈴數(shù),并按照相應(yīng)部位摘取吐絮鈴30朵,自然風(fēng)干后稱質(zhì)量,折算出棉鈴質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量和衣分率等產(chǎn)量指標(biāo)。

1.2.2.3 脫葉率與掛枝率

當(dāng)天噴施脫葉劑之前,每處理標(biāo)記連續(xù)長(zhǎng)絨棉10株,調(diào)查其單株葉片數(shù)。噴施后7和14 d調(diào)查單株葉片數(shù)與葉片掛枝數(shù),計(jì)算脫葉率與掛枝率。

脫葉率(%)=(施藥前葉片總數(shù)-施藥后葉片總數(shù))/施藥前葉片總數(shù)×100% ;

掛枝率(%)=掛枝葉片總數(shù)/施藥前葉片總數(shù)×100%。

1.2.2.4 纖維品質(zhì)

將采取的長(zhǎng)絨棉綿樣送至農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(烏魯木齊)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016軟件計(jì)算和繪制圖表;DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件,LSD法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植模式與灌溉互作對(duì)干物質(zhì)積累動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響

研究表明,干物質(zhì)積累的動(dòng)力學(xué)參數(shù)用Logistic方程進(jìn)行模擬,其模擬效果較好(R2>0.99)。在同一灌溉定額下,S4處理平均干物質(zhì)積累開(kāi)始時(shí)間(t1)最早,出現(xiàn)在苗后88.35 d。S6處理干物質(zhì)快速積累結(jié)束時(shí)間(t2)最晚,出現(xiàn)在苗后118.84 d。隨著平均行距的降低,干物質(zhì)最大積累速率(Vm)呈上升趨勢(shì),t1和t2縮短。S3處理Vm平均分別比S4和S6處理增加0.62和0.77 g/(株·d)。干物質(zhì)最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間(T)分別增減4.11和-1.02 d。S6處理Δt分別較S3和S4處理延長(zhǎng)8.33和5.68 d。S3處理快速增長(zhǎng)期生長(zhǎng)特征值平均分別較S4和S6處理高出22.78%和17.28%。隨著平均行距的擴(kuò)大可提早進(jìn)入干物質(zhì)快速積累時(shí)期并提高Vm,但會(huì)減少Δt。在同一種植模式下,隨著灌溉定額的減少,t1提前,W1處理平均干物質(zhì)積累開(kāi)始時(shí)間最早,出現(xiàn)在苗后66.80 d,平均分別比W2和W3處理提前2.00和3.42 d。并且灌溉定額的減少使Δt縮短,Vm降低,W1處理平均分別比W2和W3處理降低0.53和0.10 g/(株·d)。兩者互作下,隨平均行距的擴(kuò)大和灌溉定額的增加,Vm變大,Δt較長(zhǎng)。表1

表1 不同種植模式與灌溉定額下長(zhǎng)絨棉干物質(zhì)累積動(dòng)態(tài)特征值變化

2.2 種植模式與灌溉定額對(duì)干物質(zhì)積累與分配的影響

研究表明,干物質(zhì)積累量隨生育期的推進(jìn)而增加。平均行距和灌溉定額的增加顯著提升了干物質(zhì)積累量和生殖器官的分配比例(P<0.05)。在同一灌溉定額下,S3處理在蕾期、花期、鈴期和吐絮期干物質(zhì)積累量平均比S4處理大了10.34%、0.78%、19.08%和22.08%;平均比S6處理大了20.38%、7.69%、21.36%和19.96%。S3處理在蕾期、花期、鈴期和吐絮期生殖器官干物質(zhì)積累量平均比S4處理大了1.46%、32.11%、41.68%和20.12%;平均比S6處理大了31.89%、38.46%、3.73%和15.43%。隨行距的增加,棉株個(gè)體之間的競(jìng)爭(zhēng)得到緩解,冠層下部通風(fēng)透光條件好,LAI適宜,促進(jìn)了生殖器官的發(fā)育。

全生育期同一種植模式下,隨著灌溉定額的增加,干物質(zhì)積累量及干物質(zhì)向生殖器官的轉(zhuǎn)運(yùn)逐漸增加。均表現(xiàn)出W3與W2處理差異不顯著,與W1處理差異顯著。W3處理在蕾期、花期、鈴期和吐絮期干物質(zhì)積累量平均比W1處理大了21.89%、57.07%、35.76%和29.20%;平均比W2處理大了12.87%、16.54%、7.22%和6.78%。W3處理在蕾期、花期、鈴期和吐絮期生殖器官干物質(zhì)積累量平均比W1處理大了37.17%、68.13%、35.35%和68.08%;平均比W2處理大了26.94%、9.98%、10.76%和13.31%。W2處理在減少了灌溉量的基礎(chǔ)上,還提升了生殖器官分配比例,并與W3處理差異不顯著;而W1處理對(duì)干物質(zhì)積累量及生殖器官分配比例影響顯著,不利于產(chǎn)量的形成。圖1,圖2

圖1 不同種植模式和灌溉定額下干物質(zhì)動(dòng)態(tài)積累變化

圖2 不同種植模式和灌溉定額下生殖器官群體干物質(zhì)積累量變化

2.3 種植模式與灌溉定額對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成的影響

研究表明,灌溉定額對(duì)籽棉產(chǎn)量影響顯著(P<0.05)。籽棉產(chǎn)量隨平均行距和灌溉定額的增加而增加。以S4W1處理產(chǎn)量最低,S3W3處理產(chǎn)量最高。同一灌溉定額下,S3處理的籽棉產(chǎn)量分別比S4和S6處理高13.90%和10.26%。在同一種植模式下,W3處理的籽棉產(chǎn)量分別比W2和W3處理高2.49%和3.57%。在產(chǎn)量構(gòu)成因素方面,單株結(jié)鈴數(shù)受各處理的影響,隨著平均行距和灌溉定額的增加而增加,W2與W3處理差異不顯著。單鈴重受各處理的影響(P<0.05)。3種種植模式下,各灌溉處理的單鈴重差異顯著(P<0.05),均以W3處理單鈴重最大,W1處理單鈴重最小。兩者互作下,隨平均行距和灌溉定額的增加,單鈴重變大;S3W3處理分別比S4W3和S6W3處理大了10.14%和4.30%。1膜3行種植模式與灌溉定額為4 980 m3/hm2(S3W3)組合籽棉產(chǎn)量最高,S3W2與其差異不顯著。表2

2.4 種植模式與灌溉定額對(duì)長(zhǎng)絨棉脫葉率和掛枝率的影響

研究表明,隨著脫葉劑噴施時(shí)間的延長(zhǎng),葉片開(kāi)始大量脫落,各處理間差異顯著。噴藥后7 d左右,脫葉率已達(dá)70%以上;噴藥后14 d,脫葉率可達(dá)80%以上;噴施脫葉劑14 d時(shí),各種植模式之間差異不顯著,但隨平均行距的擴(kuò)大脫葉率上升。在同一灌溉定額下,S3處理分別比S4和S6處理高出3.21%和5.01%。在同一種植模式下,W3處理分別比W1和W2處理高出10.49%和0%。二者互作下,脫葉率隨平均行距和灌溉定額的增加而增加。

噴藥后第14 d,葉片掛枝數(shù)達(dá)到穩(wěn)定。掛枝數(shù)隨平均行距的擴(kuò)大和灌溉定額的降低而降低,達(dá)到顯著水平。同一灌溉定額下,S3處理掛枝率最低,分別比S4和S6處理低了11.37%和16.75%。同一種植模式下,掛枝率隨灌溉定額的增加而降低,W1處理分別比W2和W3處理低了32.84%和41.97%。兩者互作條件下,隨著平均行距的擴(kuò)大和灌溉定額的降低,葉片掛枝率最低,以S3W1處理掛枝率最低,為7.2%,最高為S6W3,為15.78%。圖3

圖3 不同種植模式和灌溉定額下脫葉率和掛枝率變化

2.5 種植模式與灌溉定額對(duì)長(zhǎng)絨棉纖維品質(zhì)的影響

研究表明,種植模式對(duì)纖維品質(zhì)影響顯著,灌溉定額及二者互作對(duì)纖維品質(zhì)影響不顯著。同一灌溉定額下,平均行距的擴(kuò)大顯著增加了上半部均長(zhǎng)、整齊度、強(qiáng)度和紡織參數(shù)。等行距與寬窄行處理之間差異顯著,S3處理的上半部均長(zhǎng)、整齊度、比強(qiáng)度和紡織參數(shù)較S6處理高出1.09 mm、0.61、0.81和4.15 CN/tex。表3

表3 不同種植模式和灌溉定額下長(zhǎng)絨棉纖維品質(zhì)變化

3 討 論

3.1 種植模式與灌溉定額對(duì)機(jī)采長(zhǎng)絨棉產(chǎn)量形成的影響

李建偉、魏鑫等[10-12]對(duì)比1膜3行、1膜4行和1膜6行研究得出,與寬窄行相比,1膜3行處理顯著改善了棉行間的通風(fēng)透光條件,提高了干物質(zhì)向生殖器官的分配比例,增加了單株結(jié)鈴數(shù)進(jìn)而提高了產(chǎn)量[13]。試驗(yàn)結(jié)果與其基本一致。等行距處理有效的提高了干物質(zhì)最大積累速率,干物質(zhì)快速積累時(shí)期提前,致使棉花提早進(jìn)入生殖生長(zhǎng),吐絮期干物質(zhì)積累量最高。且擴(kuò)大平均行距顯著降低了冠層中下部葉片的重疊程度,增加冠層中下部的透光率,從而增加冠層中下部單株結(jié)鈴數(shù)與單鈴重,促進(jìn)產(chǎn)量的提高。楊北方等[7]研究發(fā)現(xiàn),輕度虧缺灌溉在減少灌溉定額的基礎(chǔ)上,還能保持棉花不減產(chǎn)(增產(chǎn)),若灌溉定額過(guò)低,雖然WUE 較高,但產(chǎn)量明顯降低[14-19]。研究發(fā)現(xiàn),隨著灌溉定額的增加,W3處理的生殖器官分配比例和W2處理差異不顯著,分別較W1和W2高出30.32%和4.02%;W3處理的籽棉產(chǎn)量分別比W2和W3高2.49%和3.57%?？赡苁且?yàn)楣喔榷~過(guò)低不利于光合同化物的積累,而灌溉定額過(guò)大不利于同化物向棉鈴轉(zhuǎn)運(yùn)[20],導(dǎo)致單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量顯著下降,不利于產(chǎn)量的形成。

3.2 種植模式與灌溉定額對(duì)機(jī)采長(zhǎng)絨棉脫葉掛枝的影響

脫葉是影響籽棉含雜率的重要因素[21-23],提高棉花脫葉率降低掛枝率可有效降低籽棉含雜率,提升原棉纖維品質(zhì)。WANG等[24]在調(diào)整行距和適當(dāng)降低密度下發(fā)現(xiàn),在HWR(76 cm等行距,密度21.9×104株/hm2)處理下,等行距通過(guò)增加鈴重獲得了高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),并且對(duì)棉纖維品質(zhì)沒(méi)有負(fù)面影響。該模式可使吐絮顯著提前,有利于促進(jìn)成熟,落葉效果好,干葉和無(wú)效落葉少,對(duì)提高機(jī)采棉質(zhì)量具有重要作用。李建峰[25]、王聰[26]等研究結(jié)果表明,株行距配置對(duì)棉株脫葉率、掛枝葉片數(shù)影響較大,施藥后35 d,等行距低密度下脫葉率顯著高于寬窄行高密度,干枯葉片數(shù)表現(xiàn)與其相反。適量增加行距有利于棉花脫葉率的提高和掛枝率的降低,脫葉效果更好。研究結(jié)果與其基本一致,在脫葉14 d后,脫葉數(shù)量居于穩(wěn)定。隨平均行距的擴(kuò)大脫葉率上升,掛枝率下降。可能是因?yàn)殡S著平均行距的擴(kuò)大,極大改善了棉行間的通風(fēng)透光條件,使脫葉劑的藥效發(fā)揮到最大,且棉行間較大的行距也利于棉花葉片的脫落,不易掛枝。王剛等[27]研究表明,土壤過(guò)于干旱及灌水量太大,都不利于棉花脫葉。研究發(fā)現(xiàn),在常規(guī)灌溉處理下(W3),長(zhǎng)絨棉脫葉率隨灌溉定額的增加而增加,葉片掛枝率表現(xiàn)與其相反?？赡苁敲藁ü喔榷~過(guò)高或過(guò)低,導(dǎo)致棉花葉片活性過(guò)低或過(guò)旺,導(dǎo)致棉花葉片脫落時(shí)易干枯掛在吐絮棉鈴上或不易脫落。

3.3 種植模式與灌溉定額對(duì)機(jī)采長(zhǎng)絨棉纖維品質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)[28, 29],棉花纖維品質(zhì)受遺傳因素的影響較顯著,但也在一定程度上受栽培方式影響。張文等[30]研究表明,種植模式對(duì)棉花纖維品質(zhì)影響顯著,隨平均行距的擴(kuò)大斷裂比強(qiáng)度顯著增加[31];研究表明,等行距模式下的馬克隆值顯著變大,但衣分較低。研究發(fā)現(xiàn),種植模式對(duì)上半部均長(zhǎng)、整齊度、強(qiáng)度和紡織參數(shù)影響顯著,均隨平均行距的擴(kuò)大而增加?？赡苁且?yàn)殡S著平均行距的擴(kuò)大,長(zhǎng)絨棉葉片脫葉率上升,掛枝率下降,降低了機(jī)采的籽棉含雜率,減少了軋花步驟,纖維品質(zhì)較好。研究發(fā)現(xiàn),除伸長(zhǎng)率外,灌溉定額對(duì)纖維品質(zhì)影響不顯著,均以重度虧缺處理(W1)纖維品質(zhì)較好。等行距和重度虧缺處理(S3W1)下纖維品質(zhì)較好。

4 結(jié) 論

棉花干物質(zhì)的積累符合 Logistic 生長(zhǎng)函數(shù)模型。同一灌溉定額下,隨平均行距的擴(kuò)大可提早進(jìn)入干物質(zhì)快速積累時(shí)期,S3處理最大干物質(zhì)積累速率平均分別比S4和S6處理增加0.62和0.77 g/(株·d)。76 cm 1膜3行等行距機(jī)采種植模式和適度虧缺灌溉組合處理(S3W2)在降低了灌溉定額的基礎(chǔ)上,促進(jìn)了同化物向生殖器官分配,提高了經(jīng)濟(jì)器官分配比例,提高棉花產(chǎn)量。同時(shí)該模式還兼具化學(xué)脫葉效率較高,葉片掛枝率較低,籽棉葉屑雜質(zhì)少,纖維品質(zhì)優(yōu)的特性。