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        密度和灌溉量對無膜棉冠層光分布、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

        2025-03-27 00:00:00常毅張變兄陳國棟王進斌崔政軍陳歡郭子軒胡強林皎曹楠萬素梅
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2025年3期
        關(guān)鍵詞:密度產(chǎn)量

        摘要:為了明確無膜栽培下不同密度和灌溉量配置對中棉619棉花冠層光分布、產(chǎn)量及纖維品質(zhì)的影響,設(shè)置2個密度18萬、24萬株/hm2(M1、M2處理)和3個灌水量4 200、5 100、6 000 m3/hm2(W1、W2、W3處理),對不同密度和灌溉量配置下的棉花株高、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、冠層光截獲率、產(chǎn)量、纖維品質(zhì)進行分析,結(jié)果表明:(1)棉花株高隨種植密度的增加而降低,整體表現(xiàn)為M1gt;M2,且隨灌水量的增加而增加。在花鈴期前,葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、光截獲率整體表現(xiàn)為M1gt;M2,葉面積指數(shù)、光截獲率均隨灌水量的增加而提高;花鈴期后整體表現(xiàn)為M2gt;M1,隨灌水量增加呈先增后降趨勢。(2)籽棉產(chǎn)量隨密度與灌水量的增加而提高;馬克隆值隨密度增加而提高,隨灌水量的增加而先增后減;伸長率隨密度的增加而降低,隨灌水量的增加呈先增后降。(3)密度、灌水量以及密度與灌水量互作對籽棉產(chǎn)量有顯著影響;密度和灌水量對馬克隆值、伸長率有顯著影響。綜上所述,密度與灌水量通過協(xié)調(diào)冠層光截獲率,促進光合產(chǎn)物的積累而實現(xiàn)增產(chǎn)。M2W2配置下,籽棉產(chǎn)量較高,且生長后期冠層光截獲率、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)優(yōu)于M2W3處理,符合南疆棉花實際生產(chǎn)情況和節(jié)水需求。

        關(guān)鍵詞:密度;灌溉量;冠層光分布;產(chǎn)量;纖維品質(zhì)

        中圖分類號:S562.04;S652.07" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號:1002-1302(2025)03-0078-06

        常" 毅,張變兄,陳國棟,等. 密度和灌溉量對無膜棉冠層光分布、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2025,53(3):78-84.

        doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.011

        收稿日期:2024-01-31

        基金項目:新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團指導(dǎo)性科技計劃(編號:2023ZD103);棉花生物學(xué)國家重點實驗室開放課題(編號:CB2022A21);塔里木大學(xué)校長基金(編號:TDZKCX202309、TDZKSS202201)。

        作者簡介:常" 毅(2001—),男,陜西商洛人,碩士研究生,研究方向為作物逆境生理生態(tài)與綠洲農(nóng)作制度。E-mail:2993245499@qq.com。

        通信作者:陳國棟,博士,教授,研究方向為多熟種植理論與技術(shù)、作物高產(chǎn)理論與技術(shù)。E-mail:cgdzky@163.com。

        棉花是我國種植面積最大、產(chǎn)業(yè)鏈最長的經(jīng)濟作物,對農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟健康發(fā)展具有重要作用[1]。國家統(tǒng)計局關(guān)于2022年棉花產(chǎn)量的公告中指出,全國棉花播種面積為300.03萬hm2,其中新疆播種面積為249.69萬hm2;全國棉花平均產(chǎn)量為 1 992.2 kg/hm2,而新疆棉花平均產(chǎn)量為 2 158.9 kg/hm2,新疆是棉花種植區(qū)中唯一高于全國棉花產(chǎn)量均值的地區(qū)[2]。新疆擁有充足的光熱資源[3],棉花種植已成為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)。棉花覆膜種植可以達(dá)到增溫、早發(fā)、抑鹽、增產(chǎn)的效果[4]。然而,地膜清理不干凈也會導(dǎo)致田間“白色污染”嚴(yán)重[5]。為了從根源治理白色污染,對無膜栽培棉花的研究力度逐漸加大[6-7]。無膜栽培棉花的密度是影響棉花產(chǎn)量的重要因素[8]。適宜的種植密度是改良棉花品質(zhì)與提高棉花產(chǎn)量的重要手段[9],也是改良纖維品質(zhì)的重要措施[10]。在干旱區(qū),適宜的灌溉量可以提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì),并提高水分利用率[11]。

        光合作用的強弱對棉花產(chǎn)量有直接影響,適宜的密度和灌溉量可以優(yōu)化棉花的生長環(huán)境,提高光合作用效率,改善冠層光環(huán)境,調(diào)節(jié)密度和灌溉量可以改善棉花冠層光分布[12]。適當(dāng)灌溉可以增加土壤水分含量,改善土壤水分狀況,提高棉花的生長速度和光合作用效率,增加棉花葉片面積和數(shù)量,改善棉花的冠層光環(huán)境[13]。密度和灌溉量對無膜栽培棉花產(chǎn)量的影響主要表現(xiàn)在2個方面:一是可以明顯改善棉花冠層光環(huán)境,從而提高棉花的光合作用效率,增加棉鈴數(shù)和棉花重量;二是適宜的灌溉量可顯著提高土壤含水量,改善棉花生長環(huán)境,增加棉花產(chǎn)量,改善棉花品質(zhì)[14]。

        為了明確無膜栽培條件下密度和灌溉量影響產(chǎn)量的光合機制,本研究通過無膜栽培棉花大田試驗,分析不同密度、灌溉量對無膜棉花株高、葉片數(shù)、PAR冠層光截獲率、產(chǎn)量及其組成因素、纖維品質(zhì)的影響,并提出適宜新疆南疆地區(qū)無膜棉的密度與灌水配置,旨在為南疆大田發(fā)展棉花產(chǎn)業(yè)提供一定的理論依據(jù)。

        1" 材料與方法

        1.1" 試區(qū)概況

        試驗于2021年在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)(40°32′42″N,81°18′53″E)進行。試驗地所在地區(qū)光熱資源豐富,年均日照3 031.2 h,年均降水量46.7~69.5 mm,年均蒸發(fā)量1 989.7~2 049.6 mm;試驗地土壤為沙壤土,pH值為7.93,有機質(zhì)含量為10.59 g/kg,含全氮1.72 g/kg、有效磷 29.66 mg/kg、速效鉀162.31 mg/kg。

        1.2" 試驗設(shè)計

        選取無膜栽培表現(xiàn)較好的品種中棉619為試驗材料。試驗采用雙因素裂區(qū)設(shè)計,行距為76 cm,株距為10 cm。主區(qū)為2個密度處理,即:M1,18萬株/hm2;M2,24萬株/hm2。副區(qū)為3個灌溉量處理,即:W1,4 200 m3/hm2;W2,5 100 m3/hm2;W3,6 000 m3/hm2。每個處理重復(fù)3次。采用滴灌帶方式,各小區(qū)均安裝水閥表控制并記錄灌水量。于2021年4月16日進行播種,生育期進行10次灌水追肥,田間除草、化控等田間管理按當(dāng)?shù)爻R?guī)操作,7月15日進行打頂,10月25日收獲。

        1.3" 測定項目

        1.3.1" 主要農(nóng)藝性狀

        每個小區(qū)內(nèi)、外行分別選取具有代表性、長勢均勻且連續(xù)的棉株各5株,將選定的10個棉株進行卡牌標(biāo)記,分別在蕾期、初花期、盛花期、花鈴期、鈴期、吐絮期不同生育時期取樣,測量棉株的株高、葉片數(shù)。

        葉面積計算:在棉花各個生長時期中,取每個小區(qū)中的連續(xù)4株棉花,從棉株中摘下所有綠色葉片,然后將葉片正面向下且無重疊地在白板上鋪平。標(biāo)板(黑絨布10 cm×10 cm)和小區(qū)號放在白紙同一角,用像素為800萬以上的設(shè)備進行正面拍照,以jpg格式存儲圖像。對照片進行圖像處理,進一步計算綠葉面積,按照總株數(shù)計算群體葉面積指數(shù)。

        1.3.2" 光截獲率

        在棉花的蕾期、初花期、盛花期、花鈴期、鈴期、吐絮期,各試驗小區(qū)采用LI-191SA(美國LI-COR 250A)線性光量子傳感器測定不同處理下冠層的頂部入射PAR、反射PAR(PARa)、離地15 cm處的PAR(PARb),測定面積為1 m×12.7 m。選取各小區(qū)的邊行、中間行等5處,在晴朗無風(fēng)天氣,于12:00對小區(qū)內(nèi)長勢均勻的區(qū)域進行測定。

        冠層PAR透過率(Br)、反射率(Ar)、截獲率(In)參考朱相成等的方法[15]計算。

        Br=PARb/PAR;(1)

        Ar=PARa/PAR;(2)

        In=(PAR-PARa-PARb)/PAR×100%。(3)

        1.3.3" 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

        收獲期在各個小區(qū)內(nèi)選取具有代表性的連續(xù)10株棉花,測定單株鈴數(shù)、單位面積鈴數(shù)。同時,在各小區(qū)中選擇有代表性的植株,分別從上部7以上果枝、中部4~6果枝、下部1~3果枝中各取吐絮鈴20個,測定單鈴重,將每個小區(qū)的棉花全部實收測定籽棉產(chǎn)量,軋花測定皮棉產(chǎn)量和衣分。

        1.3.4" 纖維品質(zhì)

        棉花收獲后,每個小區(qū)收取50個棉鈴,采用HFT9000型大容量纖維測試儀,測定馬克隆值、比度、整齊度、強度、成熟度、伸長率6個指標(biāo)。

        1.4" 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

        試驗所有數(shù)據(jù)均為棉株各生育時期不同處理3次重復(fù)的平均值,采用Microsoft Excel 2021進行數(shù)據(jù)整理和作圖,用DPS 9.01進行兩因素完全隨機試驗進行方差分析,并用Duncans新復(fù)極差法進行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較。

        2" 結(jié)果與分析

        2.1" 不同處理對無膜棉株高和葉片數(shù)的影響

        由圖1可知,不同處理下株高在生長期的變化一致,在蕾期至盛花期增長較快,盛花期至花鈴期增長緩慢,花鈴期打頂后略有降低。在2種密度下各生育期株高整體表現(xiàn)為M1gt;M2。株高在初花期至鈴期2種密度下均表現(xiàn)為W3gt;W2gt;W1。初花期,M1W3處理較M2W1處理顯著高22.46%。盛花期,M2W3處理較M2W1處理顯著高16.44%?;ㄢ徠谂c鈴期株高變化趨勢一致,均為M2W3處理最高,與M2W1、M2W2處理差異顯著??梢?,高密度下會株高會受到抑制;2種密度下,增加灌溉量均會促進株高的增長。

        由圖2可知, 花鈴期至吐絮期, 葉片數(shù)表現(xiàn)為M2gt;M1,在2種密度下均表現(xiàn)為W2gt;W3gt;W1?;ㄢ徠跁r, M2W2處理的葉片數(shù)較M1W1處理顯著

        高22.31%。鈴期,M2W2處理的葉片數(shù)較M1W1處理顯著高26.48%。吐絮期,M2W2處理的葉片數(shù)較其他處理高17.41%~31.84%,差異顯著??梢?,葉片數(shù)在生育后期變化較大,較高的密度會促進葉片數(shù)增加;2種密度處理下,葉片數(shù)均隨灌水量而先增后降。

        2.2" 不同處理對無膜棉葉面積指數(shù)的影響

        由圖3可知,蕾期至盛花期,葉面積指數(shù)整體表現(xiàn)出M1gt;M2,在2種密度下均表現(xiàn)出W3gt;W2gt;W1,W3處理比W2處理高6.20%~11.84%,W3處理比W1處理高18.55%~31.07%?;ㄢ徠谥镣滦跗冢~面積指數(shù)表現(xiàn)出M2gt;M1,2種密度下均表現(xiàn)出W2gt;W3gt;W1,W2處理比W3處理高1.29%~10.20%,比W1處理高14.44%~29.30%??梢?,在生長前期,低密度下葉面積指數(shù)更高,且隨灌水量的提高而增加;在生長后期密度規(guī)律與前期相反,且隨灌水量提高先增后降。

        2.3" 不同處理對無膜棉冠層光截獲率的影響

        由圖4可知,蕾期至盛花期,PAR光截獲率表現(xiàn)為M1gt;M2,在2種密度下均表現(xiàn)為W3gt;W2gt;W1;W3處理比W2處理高1.49%~4.85%,比W1處理高3.54%~6.99%?;ㄢ徠谥镣滦跗冢琍AR光截獲率在同一灌水量下表現(xiàn)為M2gt;M1,在2種密度下均表現(xiàn)為W2gt;W3gt;W1;W2處理比W3處理高1.97%~5.03%,比W1處理高4.47%~14.42%??梢姡芏?、灌水量對棉株冠層PAR光截獲率的影響與對葉面積指數(shù)的一致。

        2.4" 不同處理對無膜棉產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

        密度顯著影響了棉花的單株鈴數(shù)、單鈴重和籽棉產(chǎn)量(表1)。在W1灌溉量下,M2處理的單株鈴數(shù)、單鈴重比M1處理顯著提高11.03%、4.81%,籽棉產(chǎn)量顯著提高15.72%;在W2灌溉量下,M2處理的單株鈴數(shù)、單鈴重比M1處理顯著提高22.42%、15.23%,籽棉產(chǎn)量顯著提高5.71%;在W3灌溉量下,M2處理的單株鈴數(shù)、單鈴重比M1處理顯著提高43.03%、21.09%,籽棉產(chǎn)量顯著提高4.59%。灌水量對單鈴重有顯著影響。單株鈴數(shù)、單鈴重、籽棉產(chǎn)量均隨灌水量的增加而增加。M1密度下,單鈴重表現(xiàn)為W3、W2處理比W1處理高5.26%、0.69%;M2密度下,單鈴重表現(xiàn)為W3、W2處理較W1處理高21.62%、 10.70%。 密度與灌水量互作對單株鈴數(shù)、單株鈴重、籽棉產(chǎn)量均有顯著影響,表現(xiàn)為隨種植密度、灌水量的增加而提高。在各配置中,M2W3處理的籽棉產(chǎn)量最高,但與M2W2、M1W3、M1W2處理無顯著差異。

        2.5" 不同處理對無膜棉品質(zhì)的影響

        密度和灌溉量對棉花纖維比度、整齊度、強度均無顯著影響(表2)。灌溉量對馬克隆值有顯著影響,隨灌溉量的增加先升后降;伸長率在同一灌溉量下均表現(xiàn)為M1處理顯著高于M2處理。M1密度下,W3、W2處理的馬克隆值比W1處理高12%、18%;M2密度下,W3、W2處理的馬克隆值比W1處理高5.1%、7.4%。W1灌溉量下,M1處理的伸長率比M2處理高7.94%;W2灌溉量下,M1處理的伸長率比M2處理高19.49%;W3灌溉量下,M1處理的伸長率比M2處理高7.14%。在各配置中,M1W2、M2W2處理的纖維品質(zhì)較好。

        2.6" 無膜棉產(chǎn)量品質(zhì)相關(guān)性分析

        由表3可知,葉面積指數(shù)與葉片數(shù)、PAR光截獲率呈顯著或極顯著正相關(guān),說明葉面積指數(shù)和PAR光截率均隨葉片數(shù)的增加而提高。單株鈴數(shù)與單鈴重呈顯著負(fù)相關(guān),說明單株鈴數(shù)越多單鈴重越小。籽棉產(chǎn)量與PAR光截獲率、單株鈴數(shù)呈顯著

        負(fù)相關(guān),與單鈴重呈極顯著正相關(guān),說明PAR光截獲率、單株鈴數(shù)、單鈴重的提高會使籽棉產(chǎn)量增加。馬克隆值與葉片數(shù)、PAR截獲率呈顯著正相關(guān),與葉面積指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。整齊度與葉片數(shù)、葉面積指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)。強度與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。比度與單株鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān),與單鈴重呈顯著正相關(guān)。

        3" 討論

        3.1" 密度和灌水量提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)

        密度與灌水量均對棉株具有調(diào)控作用。密度的增大會使群體對養(yǎng)分的競爭增大,從而抑制個體發(fā)育[16]。而灌水量的增加則對鹽堿地棉株的營養(yǎng)生長具有促進作用[17]。密度與灌水量的抑制與促進作用,對棉株個體和群體具有重要意義[18]。本研究發(fā)現(xiàn),高密度會抑制棉花株高增長[19],灌水量的增加則會促進株高增長[20]。但葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、PAR冠層光截獲率在生長后期均隨灌溉量的增加呈先增后降的趨勢,與成厚亮等的研究結(jié)果[21]一致。其原因可能是,過低灌水量下的棉株根系易受到鹽堿脅迫[22],而過高灌水量易使土壤養(yǎng)分淋失[23]。密度、灌水量對棉花單株鈴數(shù)與單鈴重有顯著影響[24]。黃真真等的研究顯示,單株鈴數(shù)隨灌水量的增加而增加[25],與本試驗結(jié)果一致。籽棉產(chǎn)量在M2W3處理下最高,達(dá)6 804.10 kg/hm2,這與張變兄等的研究結(jié)果[26]一致。

        棉花纖維品質(zhì)主要受遺傳性狀的影響,栽培方式、環(huán)境條件對棉花纖維品質(zhì)也有一定影響[27]。Dong等的研究指出,密度對棉花纖維品質(zhì)不會造成影響[28-29]。Buttar等的研究指出,灌水對棉花品質(zhì)具有重要影響[30]。本研究發(fā)現(xiàn),密度對中棉619的比度、強度、整齊度均無顯著影響,伸長率在隨密度增高有所降低[31]。成熟度在高密度下更高,可能是高密度下養(yǎng)分轉(zhuǎn)移較早所導(dǎo)致。同一灌水量下,馬克隆值在2種密度無顯著變化,與王海濤等的結(jié)論[27]一致,可能是品種遺傳性狀和試驗地氣候的不同而導(dǎo)致。馬克隆值與伸長率隨灌水量增加先升后降。灌水量對棉花纖維品質(zhì)影響的研究較少,仍需進一步研究。

        3.2" 密度和灌水量提高棉花光合產(chǎn)物

        光合產(chǎn)物的積累是棉花產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[32]。密度主要通過改善群體光合能力進一步影響物質(zhì)積累[33]。在合理范圍內(nèi),光截獲率隨密度增加而提升[34];適當(dāng)增加密度,可以改善棉株群體間通風(fēng)透光能力,提高光合有效輻射和光能利用率[35]。光截獲率受到葉片生理特點以及冠層結(jié)構(gòu)的影響。增加灌水量可以促進葉片生長[20],提高光合能力[36],促進光合產(chǎn)物的形成[37]。本研究M2密度下,光截獲率在生長后期總體上更高,其原因可能是高密度種植下冠層結(jié)構(gòu)合理且養(yǎng)分轉(zhuǎn)移較早,提高了單鈴重,因此產(chǎn)量更高。在生長后期2種密度下,光截獲率隨灌水量的增加先增后減,說明過量灌水對光截獲率有一定的抑制作用[38]。

        4" 結(jié)論

        綜上所述,隨密度和灌水量的增加,光截獲率呈先升后降的趨勢。密度和灌水量可以通過協(xié)調(diào)群體光截獲率,影響纖維品質(zhì)增加產(chǎn)量。在 24萬株/hm2 密度下,雖然6 000 m3/hm2處理籽棉產(chǎn)量最高,但5 100 m3/hm2處理下產(chǎn)量與6 000 m3/hm2無顯著差異,且生長后期葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、光截獲率以及各品質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)于6 000 m3/hm2處理。因此,M2W2配置更加適合南疆地區(qū)實際生產(chǎn)情況。

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