等行距密植下滴水量对不同抗旱性棉花品种群体生长特性的影响

张红霞，陈献丘，田 雨，韩焕勇，王方永，罗宏海

(1.石河子大学农学院，新疆石河子 832000；2.新疆农垦科学院棉花研究所，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】棉花是重要的油料和纤维作物[1]。新疆是中国最重要的干旱灌溉棉区，其种植面积、总产、单产居全国首位[2]，其中2019年棉花种植面积占全国的76%，产量占全国的85%[3]。高产、优质与高效的发展模式是农业产业可持续发展的重要保障[4-5]，优化灌溉，提高水分利用效率，对实现棉花生产既节水又优质高产，具有重要意义[6]。【前人研究进展】棉花产量受滴水量的影响显著[7-8]，但产量不总随着滴水量的加大而增高[9-10]，滴水量过高不利于同化物向棉铃的运输，因水分过多会使棉花植株旺长，群体过大[10-12]，导致棉花过早封行，冠层郁蔽，田间透光透气性较差，影响光合产物的积累以及向生殖器官的转运与分配，使蕾铃严重脱落[13]。在水分缺乏条件下，棉花的生物量和产量会显著降低[14]；水分对棉花生长发育的影响因生育期不同而存在差异[15]。而适度的水分调亏能够抑制棉花营养体的冗余生长，协调营养生长和生殖生长，优化株型结构，有利于光资源在群体内的合理分布，增强群体光合作用，制造更多的有机同化物，为保铃增产创造条件，可提高经济产量和水分利用效率以及改善其品质[16-17]。【本研究切入点】采用此模式种植在保证棉花产量水平的前提下，有利于棉花后期脱叶和降低机采籽棉含杂率，还有利于提高水肥利用效率[18-22]。目前有关等行密植棉花高产生理且适宜机采的研究开展较少。需研究等行距密植下滴水量对不同抗旱性棉花品种群体生长特性的影响。【拟解决的关键问题】选用抗旱性强的棉花品种新陆早22号(P22)和抗旱性弱的新陆早17号(P17)为参试品种，在等行距密植机采模式下，设3个处理水平，测定并分析不同处理下群体生长率(CGR)、净同化速率(NAR)、棉铃生长率(BGR)和叶面积载铃量(LAB)的变化。研究滴水量对不同抗旱性棉花品种群体生长特性，为干旱区棉花高产高效栽培提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年4～10月在新疆农垦科学院试验地(44°19′N，86°03′E)进行，棉花生长季(4～10月)平均气温18.65℃，降水量211.7 mm，日照时数2 077.3 h。试验地为壤土，含有机质12.73 g/kg、有机碳7.38 mg/kg、全氮1.16 g/kg、速效钾173 mg/kg、速效磷6.89 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用裂区设计，主区为滴水量，设3 000(W1)、3 900(W2)、4 800(W3)m3/hm23个处理水平，分别为亏缺灌溉、限量灌溉、常规灌溉；副区为品种，抗旱性较强的新陆早22号(P22)和抗旱性较弱的新陆早17号(P17)[18]，每个处理设3个重复，小区面积为45.6 cm2。采用等行距密植模式(2.05 m超宽膜，种植模式为1膜3行3条滴灌带，行距为76 cm，株距为5.5 cm，密度为23.9×104株/hm2)，于4月18～20日进行播种，10月6日收获，6月25日进头水，8月20日停水，灌水周期为7～8 d，其他田间管理措施同当地大田一致。表1

表1 棉花生育期滴水时间及滴水量Table 1 Cotton dripping time and water amount during the growth period (m3/hm2)

1.2.2 测定指标

在棉花盛蕾期、盛花期、盛铃期、盛铃后期和吐絮期于每个小区选取3株具有代表性的植株，带回实验室按器官分为根、茎、叶、生殖器官(蕾花铃)于105℃下杀青30 min，85℃下烘干至恒重，称重并计算群体生长率(CGR)、净同化速率(NAR)、棉铃生长率(BGR)、叶面积载铃量(LAB)。公式如下[23]：

CGR=(M2-M1)/(T2-T1)×1/P(g/(m2·d)).

NAR=[(M2-M1)×(lnLA2-lnLA1)]/[(T2-T1)×(LA2-LA1)](g/(m2·d)).

BGR= (BM2-BM1)/(T2-T1)×1/P(g/(m2·d)).

LAB=1 000×BM/LA(g/m2).

式中M2和M1分别为植株在T1和T2时刻的干重；BM1和BM2分别为植株在T1和T2时刻的铃干重；LA1和LA2分别为植株在T1和T2时刻的叶面积；BM为单铃重，LA为叶面积；P为土地面积。

1.3 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2003整理，采用SPSS12.5软件进行方差分析，用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 水分对棉花群体生长率的影响

研究表明，水分对棉花群体生长率具有极显著影响；不同品种的群体生长率在盛花期至盛铃后期有极显著或显著差异。各时期的群体生长率随滴水量的增加呈显著上升，P22在盛花期至盛铃后期比P17高出12.8% ～ 18.2%。P17在盛蕾期至盛铃期的群体生长率随滴水量的增加而显著提高；与W2相比，P22在盛蕾期、盛铃期和盛铃后期的群体生长率与在W3条件下无显著差异，但在W1条件下各生育时期的群体生长率比在W2和W3条件下显著降低。品种和滴水量对棉花群体生长率在盛蕾至盛铃期具有显著的互作效应。表2

表2 不同处理下主要生育时期的群体生长率变化Table 2 Colony growth rate in main growth stage under different treatments(g/(m2·d)

2.2 水分对棉花净同化速率的影响

研究表明，不同品种的净同化速率在盛花期、盛铃期具有极显著差异；水分对棉花净同化率在盛蕾期具有极显著影响。P22的净同化率在盛花期至盛铃期比P17高12.3%～12.9%；P17在W1和W2条件下各个生育时期的净同化速率无显著差异，但W3条件下盛蕾期的净同化速率显著提高。P22在W2和W3条件下在各个生育时期的净同化速率无显著差异，但W1条件下盛蕾至盛花期的净同化速率均显著低于W2和W3。品种和滴水量对棉花净同化速率在盛蕾至盛花期具有极显著互作效应。表3

2.3 水分对棉花棉铃生长率的影响

研究表明，不同品种的棉铃生长率在盛蕾期、盛铃期和盛铃后期具有显著或极显著差异；水分对棉铃生长率在各个生育时期均具有极显著影响。P22的棉铃生长率在盛蕾期、盛铃期、盛铃后期比P17高出11.9%～30.4%。P22在W2和W3条件下棉铃生长率在盛花期至盛铃后期没有显著差异，但在W1条件下显著较低；P17的棉铃生长率在各生育时期均随滴水量的增加呈显著上升趋势，在W3条件下盛蕾期至盛铃后期的棉铃生长率显著性最高。品种和滴水量对棉铃生长率在盛花至盛铃后期具有显著或极显著的互作效应。表4

2.4 水分对叶面积载铃量的影响

研究表明，不同品种的叶面积载铃量在盛铃期至盛铃后期有显著或极显著差异；水分对叶面积载铃量在盛蕾期、盛花期、盛铃后期具有显著影响。P22的叶面积载铃量在盛蕾期和盛铃后期比P17高出10.3%和12.2%。在W2和W3条件下，P22和P17在各个生育时期的叶面积载铃量差异不显著，但在W1条件下P22盛铃后期的叶面积载铃量显著较低，而P17在盛蕾期、盛铃期的叶面积载铃量显著较高。品种和滴水量对叶面积载铃量在盛蕾期、盛铃期、盛铃后期有显著的互作效应。表5

表3 不同处理下主要生育时期的净同化速率变化Table 3 Net assimilation rate in main growth stage under different treatments(g/(m2·d))

表4 不同处理下主要生育时期的棉铃生长率变化Table 4 Boll growth rate in main growth stage under different treatments (g/(m2·d))

表5 不同处理下主要生育时期的叶面积载铃量变化Table 5 Leaf area loading bolls in main growth stage under different treatments (mg/cm2)

2.5 不同生育期各群体生长特征间的相关性

研究表明，在盛花期，棉铃生长率与群体生长率之间呈极显著正相关，相关系数达0.969；在盛铃期，棉铃生长率与群体生长率呈极显著正相关，相关系数为0.997；在盛铃后期，棉铃生长率与群体生长率间呈极显著性正相关关系，相关系数为0.967；盛铃后期的棉铃生长率与叶面积载铃量的相关系数为0.818，显著正相关。盛铃后期的棉铃生长率与盛花期的棉铃生长率、叶面积载铃量呈显著正相关(P<0.05)；与盛花期的群体生长率、盛铃期的群体生长率、净同化速率、BGA均呈极显著正相关(P<0.01)。表6

3 讨 论

优化群体质量指标是棉花获得高产的根本途径[24]，群体生长是衡量棉花高产优质的重要指标。群体生长率的变化会影响棉花总生物量的积累[25]。研究表明，随滴水量的增加，棉花群体生长率在盛蕾期至盛铃期表现极显著影响。杨惠杰等[26]研究认为，超高产水稻的干物质积累量高，主要是由于中、后期具有较高的群体生长率和NAR；此外P22的群体生长率在各生育时期均高于P17，且P22盛蕾期、盛铃期和盛铃后期群体生长率在W2和W3处理间无显著差异，这与牛玉萍等[25]研究结果相似，盛蕾期、盛铃至盛铃后期适当减少滴水量对抗旱性较强的棉花品种生物量的积累影响不大。

净同化速率从群体光合产物积累的角度体现了棉花“源”的光合性能[27]，是衡量光合能力的重要指标，是物质生产能力的反映。它不但与土壤状况、水分亏缺、植物基因等有关，还与矿质营养的吸收密切相关[28,29]。试验表明，在W1条件下盛蕾和盛铃期的净同化速率比在W2和W3条件下显著降低，P22在W2条件下群体生长率在各生长时期与W3条件下均无显著差异，但在W1条件下盛蕾至盛花期的净同化速率比在W2和W3条件下均显著降低。W2P22处理使得棉花叶片光合速率增大，进而影响净同化速率增大。P22的NAR在各生育时期均高于P17，且随滴水量的增加，品种间净同化速率在棉花各生育时期均呈现出先升高后降低的趋势，以盛蕾和盛花期表现最高，随后逐渐降低，这与陈德华等[30]研究一致。但盛铃期至盛铃后期的净同化速率不会显著提高，可能是随滴水量的增多，棉花群体前中期生长过于旺盛，导致冠层郁蔽，田间透光透气性较差，使光资源在群体中的分布不合理。

棉铃生长率是评价棉花“库”建成的重要指标，棉花成铃过程反映了产量的形成[19]。耐旱品种能够在干旱胁迫后期协调源库关系，维持较高的产量器官分配比例[31]。研究发现，水分对棉铃生长率在各个生育时期均具有极显著影响，P22的棉铃生长率在盛蕾期、盛铃期、盛铃后期比P17高11.9%～30.4%。在W2和W3条件下，P22的棉铃生长率在盛花期至盛铃后期没有显著差异，但在W1条件下P22的棉铃生长率显著较低，且各处理间的棉铃生长率在盛花期至盛铃期快速增加, 各处理盛花期以后棉铃的快速增长是促使其棉花干物质快速增长的一个重要原因。此外，盛铃后期的棉铃生长率与盛花期棉铃生长率、叶面积载铃量呈显著正相关(P<0.05)；与盛花期的群体生长率、盛铃期的群体生长率、净同化速率、BGA均呈极显著正相关(P<0.01)。表明盛花期至盛铃期适度增加成铃数、增强物质生产能力，保证了较高的棉铃生长率。

叶面积载铃量是衡量棉花不同产量水平源库关系是否协调的重要指标之一，合理的叶面积载铃量是获得棉花高产的前提[30]；陈德华等[32]提出较高的叶面积载铃量能够促进棉花叶片光合强度提高和养分向棉铃输送增多。研究表明，随滴水量的增加，P22的叶面积载铃量不断增加。在W2和W3条件下，P22和P17在各个生育时期的叶面积载铃量差异均不显著，可能是随滴水量的增多，蕾铃脱落增加，成铃率低，从而导致棉花群体源库不协调[32]。但与W2相比，W1条件下P22盛铃后期的叶面积载铃量显著较低，表明适宜的灌水量能提高棉花叶片光合效率，从而提高叶面积载铃量。

4 结 论

随滴水量的增加，棉花的群体生长率、净同化速率、棉铃生长率、叶面积载铃量均呈显著上升的趋势，抗旱性强的棉花品种(P22)各群体生长指标均比抗旱性较弱的棉花品种(P17)高；在W2条件下，P22在盛蕾期、盛铃期和盛铃后期的群体生长率与在W3条件下无显著差异，但在W1条件下显著降低。在等行距密植条件下，抗旱性强的棉花品种(P22)在W2条件下种植，有利于保持较高的群体生长率和棉铃生长率，促进光合产物向棉铃的分配与运输。