摘要：本研究旨在分析寬窄行配置下不同種植密度對中棉113冠層光資源利用及成鈴結構的影響，明確中棉113在新疆阿拉爾墾區(qū)寬窄行種植模式下的合理密度，達到高效利用光能、優(yōu)化株型與提高產量的目的。設置6個密度：9萬株·hm-2（D1）、12萬株·hm-2（D2）、15萬株·hm-2（D3）、18萬株·hm-2（D4）、21萬株·hm-2（D5）、24萬株·hm-2（D6），采用一膜四行（66+10） cm種植模式，使用光合有效輻射傳感器與株式圖采集系統(tǒng)，比較不同密度處理對棉花群體光合有效輻射（photosynthetically active radiation， PAR）截獲率、棉鈴空間分布差異以及棉花生長發(fā)育的影響。結果表明：各密度處理棉花PAR截獲率均表現(xiàn)為雙峰曲線，且隨著生育進程的推進呈現(xiàn)出先增加后減小的動態(tài)變化。在吐絮期，PAR截獲率隨密度增加而下降，此時D4處理PAR截獲率合理，D6密度過大PAR截獲率較低。棉株成鈴受PAR截獲率影響，隨密度增加，成鈴在水平方向上向棉株內側集中（內圍鈴比例增加），在豎直方向上向棉株中上部集中。D4處理的籽棉單產顯著高于其他處理。D1（9萬株·hm-2）處理的單株優(yōu)勢明顯，單株結鈴數較高；D4（18萬株·hm-2）處理的群體優(yōu)勢明顯，群體光能利用與成鈴結構合理，籽棉產量最高。綜上，在新疆阿拉爾地區(qū)中棉113的最適宜種植密度為18萬株·hm-2左右。

關鍵詞：棉花；密度；中棉113；新疆阿拉爾；光合有效輻射；成鈴結構；空間分布；產量

根據新疆地域特點，科研人員提出“矮、密、早”的棉花栽培技術體系[1]。但是該植棉技術體系一膜四行或一膜六行下的窄行行距較小，棉花封行后的冠層光資源利用率變差，使棉花生長發(fā)育受到限制[2-3]。光合有效輻射（photosynthetically active radiation， PAR）是能被綠色植物用來進行光合作用的太陽光輻射，也是形成生物量的基本能源，對作物的生長發(fā)育和經濟產量的提高有重要影響，也是衡量株型結構的主要指標[4-5]。前人在研究PAR截獲率時常用氣候學統(tǒng)計法或者空間插值法，而在區(qū)域棉田生態(tài)系統(tǒng)中，由于棉花冠層存在空間異質性，PAR呈不規(guī)則分布，運用基于空間統(tǒng)計學原理的Surfer軟件研究棉花冠層PAR更具優(yōu)勢[6]。利用Surfer軟件和空間網格測量法量化分析，可科學準確地確定棉花冠層PAR的空間分布。中棉113（原代號為中棉所979）[7]是2019年甘肅省審定的棉花品種，并被批準引入新疆種植。利用Surfer和空間網格測量法分析中棉113在新疆阿拉爾墾區(qū)傳統(tǒng)行距配置下的封行后光資源的利用情況及成鈴結構，可為該品種的群體結構優(yōu)化、冠層PAR測定和精準估產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與試驗材料

試驗于2022年4月至10月在新疆阿拉爾市（新疆生產建設兵團十團）中國農業(yè)科學院棉花研究所試驗基地（40°51′N，81°30′E）進行。土壤質地為砂壤。試驗點屬暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫10.56 ℃，氣溫日較差12.2～17.7 ℃，棉花生育期間日照時間1 793 h，平均無霜期208 d，常年平均降水量48.2 mm。供試棉花品種為中棉113（由中國農業(yè)科學院棉花研究所提供）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計。采用單因素隨機區(qū)組試驗設計，共設置6個密度，分別為D1（9萬株·hm-2）、D2（12萬株·hm-2）、D3（15萬株·hm-2）、D4（18萬株·hm-2）、D5（21萬株·hm-2）、D6（24萬株·hm-2），3次重復，共計18個小區(qū)，小區(qū)面積47.88 m2（7.00 m×6.84 m）。播種日期為4月26日（人工播種），采用一膜四行（66 cm+10 cm）膜下滴灌機采模式種植，7月4日打頂，其余田間管理均與當地大田管理模式一致。

1.2.2 生育進程測定。記錄棉花出苗期（超過50%棉株出苗的日期）、現(xiàn)蕾期（超過50%棉株現(xiàn)蕾的日期）、盛蕾期（超過50%棉株出現(xiàn)第4個果枝的日期）、開花期（超過50%的棉株開花的日期）、吐絮期（超過50%的棉株吐絮的日期）、收獲期（植株吐絮基本完全）。

1.2.3 測定項目。（1）冠層PAR測定。采用空間網格測量法[8]，從蕾期開始，每隔約15 d采集1次冠層PAR截獲率數據。測定當天，天氣晴朗無云，在12：00-15：00時間段利用自制網格狀金屬架（網格點上固定PAR傳感器，傳感器型號為SMCPAR-2500）進行測量。在每個小區(qū)中選擇長勢一致的2行棉花進行測量，后續(xù)測量仍在相同位置進行。在自制的網格狀金屬架水平方向上固定5個PAR傳感器，豎直方向上固定6個傳感器，共30個，2個方向上傳感器間隔均為20 cm（在垂直方向上的高度分別是10、30、50、70、90、110 cm），具體田間布置見圖1。

（2）棉鈴空間分布。從花鈴期開始，在每個小區(qū)選取10株長勢均勻一致的棉花做好標記，每隔30 d調查1次棉花下部（1～3果枝）、中部（4～7果枝）和上部（8果枝及以上）果節(jié)結鈴情況。

（3）產量及產量構成因素。收獲期（9月15日）按小區(qū)實收計產，各小區(qū)收取正常開裂的100個棉鈴，其中上部鈴20個，中部鈴、下部鈴各40個。測定單株結鈴數、鈴重等產量性狀。

（4）數據處理。用Microsoft Excel 2019和Stata14對數據進行整理，用DPS 7.05軟件的鄧肯多重范圍檢驗法（Duncan’s新復極差法）進行差異顯著性分析，計算特定功能區(qū)PAR截獲率總量時，采用Surfer軟件的辛普森3/8計算方法[8]，PAR等值線圖采用Surfer 16軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 不同種植密度中棉113的PAR截獲率隨生育時期的變化特征

經調查，中棉113的出苗期為5月3日，現(xiàn)蕾期為6月1日，開花期為7月6日，吐絮期為9月1日。

圖2顯示，所有密度下中棉113的PAR截獲率均表現(xiàn)出隨生育進程的推進呈先上升后下降的趨勢，均在花鈴期（出苗后90～105 d）達到最大。D5處理的PAR截獲率在出苗后60～90 d始終高于其他處理，D6處理的PAR截獲率在出苗后75～120 d時低于其他處理，D4處理的PAR截獲率在出苗后60～90 d時保持較高水平，且在出苗后105～120 d時高于D3、D5、D6處理，說明適當增加密度有利于增加中棉113的PAR截獲率，且在生長發(fā)育后期仍能保持較高的PAR截獲率，而密度過大則會抑制PAR截獲率尤其是在生長發(fā)育中后期。在出苗后105～135 d時，D2處理PAR截獲率最高，說明低密度時單株優(yōu)勢大，有利于上部鈴形成。

2.2 不同密度下中棉113在吐絮期的PAR截獲率空間分布比較

如圖3所示，各處理中棉113的PAR截獲率均表現(xiàn)為雙峰曲線，且受光照角度影響均呈現(xiàn)為左高右低。在行間（水平方向）20～40 cm處、冠層間（豎直方向）30 cm處，6個密度處理的PAR截獲率變化范圍分別是0.50～0.90、0.80～0.90、0.85～0.90、0.50～0.90、0.25～0.75、0.50～0.80，其中D1～D6處理PAR截獲率除D5處理外均在0.50以上，說明各密度下部仍有充足光能，D5處理存在漏光現(xiàn)象。在行間50 cm處、冠層60 cm處，6個密度處理的PAR截獲率變化范圍分別是0.50～0.86、0.80～0.85、0.75～0.85、0.50～0.90、0.50～0.90、0.25～0.50，其中D1～D5處理的PAR截獲率均在0.5以上，而D6處理由于密度過大導致株高矮小從而在60 cm處蔭蔽程度高，說明D1～D5處理在中部依然有足夠的光能，而D6處理封行程度高導致高能利用率差。在行間30 cm處、冠層90 cm處，6個密度處理的PAR截獲率變化范圍分別是0.25～0.50、0.25～0.50、0.25～0.50、0.20～0.50、0.20～0.50、0.00～0.20，說明D1～D5處理棉株上部也有較高的光能利用率，而D6處理封行程度高導致高能利用率差。

在中棉113吐絮期PAR截獲率的空間結構方面，D1處理兩端冠層（豎直空間）等值線密集，光能利用結構合理；D2處理冠層中部（豎直空間）PAR截獲率等值線凹陷程度不規(guī)則且棉株下部存在漏光現(xiàn)象；D3處理在冠層水平距離80 cm處PAR截獲率為0.25的高度為50 cm，在水平距離20 cm處PAR截獲率為0.25的高度為100 cm，說明邊行與中行的光能利用結構不合理，邊行與中行對光能利用的分配存在種群競爭；D4、D5處理棉株上部冠層兩端的PAR截獲率等值線密集，行間中部D4處理的PAR截獲率變化平緩且下部仍有較高的光能利用率，而D5處理中下部PAR截獲率等值線的傾斜角度大，表明D4處理的光能利用率結構較合理，即其在保證上部PAR截獲率高的同時使中下部也能獲得一定光照；D6處理密度過高，由于光能利用結構不合理導致棉株矮、種群間競爭大。

2.3 不同密度處理中棉113吐絮期棉鈴的空間分布比較

不同密度處理的中棉113棉鈴空間分布如圖4所示。由圖4可知，隨種植密增加，棉株更為緊湊，單株果枝數減少，且越靠近棉株主莖的果節(jié)成鈴率越高。在第1果節(jié)的吐絮率方面，D1處理的果枝分布范圍最廣，第9果枝的吐絮概率依然達到50%，棉株形態(tài)結構呈現(xiàn)“下部寬大上部收緊的三角形”；D2、D3處理第8果枝的吐絮概率為50%；D4處理在第8果枝處的吐絮概率為25%；D5處理在第7果枝處的吐絮概率為25%；D6處理在第5果枝處的吐絮概率為25%。說明低密度處理的中棉113單株優(yōu)勢明顯，棉株上部成鈴率較過高密度處理的高。

各處理吐絮率大于等于25%的果枝位極值為11、10、10、9、8、6，說明棉株上部成鈴吐絮概率隨著密度增加逐漸降低。較低密度D1處理的成鈴果枝位極值高，D2～D4處理成鈴果枝位極值處于較高水平，D5～D6處理由于種群結構不合理成鈴果枝位極值處在較低水平。

2.4 不同密度處理中棉113吐絮期棉鈴脫落率空間分布比較

由圖5可知，隨密度增加，棉鈴脫落率在水平方向上越往外側越高，即靠近棉株內部的棉鈴脫落率低，在豎直方向上向越往棉株中下部果枝棉鈴脫落率越高。D1處理在第2～6果枝第2果節(jié)處的棉鈴脫落率達到50%；D2處理在第4～8果枝第2果節(jié)處的棉鈴脫落率達到50%；D3處理在第3～7果枝第2果節(jié)處的棉鈴脫落率達到50%；D4處理在第7～9果枝第1果節(jié)處的棉鈴脫落率達到50%，在第2～6果枝第2果節(jié)處的棉鈴脫落率也達到50%；D5處理在第2～6果枝第2～4果節(jié)處的棉鈴脫落率達到30%～40%；D6處理在第4～7果枝第1果節(jié)處的棉鈴脫落率達到50%，在第1～3果枝第2～4果節(jié)處的棉鈴脫落率達到100%。由此可知，隨密度增加，中棉113棉鈴脫落率高于50%的空間增加，尤其是D6處理。

2.5 產量及構成因素

經單因素方差分析可知，不同種植密度間單株結鈴數與籽棉單產存在極顯著差異（單株結鈴數：F=12.53，P=0.000 5；籽棉產量：F=5.214，P=0.013），但對棉花的鈴重無顯著影響（F=0.328，P=0.885 1）。其中：D1處理單株結鈴數最多，D6處理單株結鈴數最少（表1）；籽棉單產表現(xiàn)為隨著密度的增加呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢，D4處理最高，與其他處理呈現(xiàn)顯著差異。

3 討論與結論

本研究結果表明，在阿拉爾墾區(qū)采用合理的種植密度可以構建中棉113的合理冠層結構，從而提高其群體光能利用率，促進該品種優(yōu)質高產。李亞兵等[8]的研究指出在一定密度范圍內增加棉花密度可以構建適宜的種群結構，與光資源利用率呈現(xiàn)正相關，但密度過高會導致光能利用率低下。本研究也得出相似結論，在一膜四行種植模式下，中棉113在不同種植密度下的光合輻射截獲率隨生育進程推進呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，過高的密度非但不能使光能利用率進一步提高，反而會抑制PAR截獲率。劉帥等[9]研究表明棉花在高密度下棉株距離地面60 cm處（中下部）PAR截獲率降低速率慢，且其封行程度最高、群體的郁閉度最大。本研究對不同密度下中棉113中下部PAR截獲率的進一步研究得出相似結論：D1～D4處理行間（豎直方向）中下部PAR截獲率變化幅度較大；D5處理在行間（豎直方向）30 cm處的PAR截獲率僅為25%，說明棉株下部存在漏光現(xiàn)象，不利于構建合理的光合結構；D6處理冠層中下部PAR截獲率變化幅度小，說明其封行程度高中下部不易透光，導致光能利用率低下。但本研究僅針對中棉113進行了1年試驗，不同密度處理的冠層PAR結果是否受到氣候等因素影響以及是否適用于其他品種還需要進一步研究。

董合忠等[10]研究得出棉花成鈴受冠層空間結構和植株生理發(fā)育時期影響。本研究結果表明隨密度增加，中棉113成鈴在水平方向上向棉株內側集中（內圍鈴比例增加），在豎直方向上隨密度增加棉鈴向棉株中下部集中。豎直方向上，隨密度增加，第2果節(jié)的棉鈴脫落率從中上部果枝向下部果枝遞增；水平方向上，隨密度增加，棉鈴脫落率由棉株內側向外部遞增，這與薛慧云[11]和劉錦濤等[12]的結論相似。薛慧云[11]研究得出在高密度處理下棉株成鈴靠近主莖內側，各果枝的第2果節(jié)脫落率增加。劉錦濤等[12]研究表明種植密度對光資源利用率有重要影響：密度過低易造成光資源浪費，降低單位面積產量；密度過高時，棉株中下部靠近主莖處由于蔭蔽導致光照不足，蕾鈴脫落嚴重。D4處理株型和成鈴結構的進一步優(yōu)化方法包括：適時早播、平衡施肥、精細管理和安裝膜下滴灌與噴灌系統(tǒng)相結合的水利設施調控溫度，以減少棉鈴脫落，增加秋桃數量[13-16]。

種植密度對阿拉爾墾區(qū)中棉113產量及產量構成因素有重要影響。本研究中隨密度增加單株結鈴數減少，鈴重變化不大，可見種植密度對單株產量有重要影響；而籽棉單產總體隨密度增大先增后減，說明種植密度對產量形成有重要影響，過稀過密都不利。本研究結果表明，D1（9萬株·hm-2）處理下，單株優(yōu)勢強，可以結更多的鈴，且鈴重較高；但是單產與單位面積總鈴數有很大關系，即適宜的種植密度有助于提升最終產量。其中D1（9萬株·hm-2）處理種植密較小，植株的種群結構競爭小，有良好的通風性和透光性，從而鈴重優(yōu)勢較大，但密度過低導致最終產量低；種植密度較大的D6（24萬株·hm-2）處理棉株單株優(yōu)勢弱，種群結構競爭大，通風透光性差，導致鈴重降低和蕾鈴脫落嚴重，最終影響棉花產量。D4（18萬株·hm-2）處理籽棉單產最高，PAR截獲率結構合理，成鈴果枝數較高且鈴重處于適中水平。

本研究結果表明：中棉113在阿拉爾墾區(qū)的種植密度在9萬株·hm-2時，可獲得較高的單株結鈴數；在18萬株·hm-2時，群體株型結構適宜且成鈴結構合理，利于獲得更高的產量；24萬株·hm-2時，種植密度過大使棉花個體發(fā)育受限，棉鈴脫落率大幅增加，導致很難獲得高產。

參考文獻：

[1] 余渝，孔憲輝，劉麗，等. 新疆兵團機采棉發(fā)展現(xiàn)狀與建議[J]. 塔里木大學學報，2018，30（3）：57-61.

[2] 李健偉，吳鵬昊，肖紹偉，等. 機采種植模式對不同株型棉花脫葉及纖維品質的影響[J]. 干旱地區(qū)農業(yè)研究，2019，37（1）：82-88.

[3] 李建峰，梁福斌，陳厚川，等. 棉花機采模式下株行距配置對農藝性狀及產量的影響[J]. 新疆農業(yè)科學，2016，53（8）：1390-1396.

[4] Maddonni G A，Otegui M E. Leaf area，light interception，and crop development in maize[J]. Field Crops Research，1996，48（1）：81-87.

[5] 董泰鋒，蒙繼華，吳炳方，等. 光合有效輻射（PAR）估算的研究進展[J]. 地理科學進展，2011，30（9）：1125-1134.

[6] 羅宏海，李俊華，張宏芝，等. 源庫調節(jié)對新疆高產棉花產量形成期光合產物生產與分配的影響[J]. 棉花學報，2009，21（5）：371-377.

[7] 代帥，張先亮，馮克云，等. 早熟機采棉品種中棉113在新疆引種示范表現(xiàn)及栽培技術要點[J]. 中國棉花，2022，49（2）：34-36.

[8] 李亞兵，毛樹春，馮璐，等. 基于地統(tǒng)計學的棉花冠層光合有效輻射空間分布特征[J]. 農業(yè)工程學報，2012，28（22）：200-206.

[9] 劉帥，李亞兵，韓迎春，等. 棉花冠層不同尺度光能空間分布特征研究[J]. 棉花學報，2017，29（5）：447-455.

[10] 董合忠，毛樹春，張旺鋒，等. 棉花優(yōu)化成鈴栽培理論及其新發(fā)展[J]. 中國農業(yè)科學，2014，47（3）：441-451.

[11] 薛惠云. 基于光空間分布的棉花長勢監(jiān)測研究[D]. 武漢：華中農業(yè)大學，2016.

[12] 劉錦濤，馮璐，楊北方，等. 不同密度棉花群體光分布和棉鈴空間分布差異研究[J]. 山東農業(yè)科學，2022，54（9）：22-28.

[13] 向導，楊明鳳，張玲，等. 高溫熱害對棉花蕾鈴脫落的影響分析[J]. 湖北農業(yè)科學，2022，61（21）：15-19.

[14] 王洪彬，賀立強，張東風，等. “寬早優(yōu)”植棉模式下不同株距配置對棉花生長及產量和纖維品質的影響[J]. 棉花學報，2023，35（6）：459-472.

[15] Luo H H，Zhang Z X，Wu J F，et al. Effects of mepiquat chloride and plant population density on leaf photosynthesis and carbohydrate metabolism in upland cotton[J]. Journal of Cotton Research，2023，20：6.

[16] Chapepa B，Mudada N，Mapuranga R. The impact of plant density and spatial arrangement on light interception on cotton crop and seed cotton yield： an overview[J]. Journal of Cotton Research，2020，18：3.