棉花干物質積累特征及其影響因素

代英男，馬一學，陳金湘，白玉超 (湖南農業大學棉花研究所，湖南長沙410128)

棉花是我國重要的經濟作物，在國民經濟中占重要地位。在2001年到2014年，我國棉花年產量從400萬t逐步提升到600萬t，其中2007年達歷史最高值762萬t。棉花干物質是指在60～90℃恒溫下充分干燥后的有機物質量是衡量棉花有機物積累、營養成分含量的重要指標。建立棉花高效結構、實現棉花優質高產必須依賴于棉花干物質生產［1］。了解不同因素對棉花干物質積累的影響規律，有利于保障棉花的良好生長、產量提高。

1 棉花的光合特性及干物質積累特點

棉花干物質量的生產主要依賴光合作用。光合系統中包括產量“源”和“庫”。“源”指物質生產器官及其輸出養分的能力;“庫”指貯積養分的器官容積和積累能力［2］。棉花干物質的90%～95%來源于光合作用。

棉花干物質累積受棉花生產與分配過程的共同作用。棉花的主要光合器官是葉片，鈴殼、苞葉和莖桿也對光合作用有一定的作用［3－5］。棉花生長發育期主要包括苗期、蕾期、有效花鈴期、吐絮期4個時期。干物質生產是連續不間斷的過程，受生長發育各個時期的影響。每個時期的累積量和特性也不同(表1)。棉花光合速率在盛蕾期至初花期較多，初花期有所下降，鈴期下降明顯，多數品種蕾期光合速率最大，花期光合速率降低［8－9］。棉花干物質分配與生產是相輔相成、有機統一的過程。在出苗至開花期，干物質主要分配給根、莖、葉;開花后，干物質分配轉向蕾鈴;在吐絮期，干物質主要供應給棉鈴，其干物重占單株總質量的55.5%左右［10］。棉花光合產物分配高峰出現在苗期，分配系數為0.54～0.72;向莖稈的分配高峰出現在花期，分配系數為0.35～0.57;向根的分配系數為 0.10 ～0.17;現蕾到初花期向蕾鈴的分配為6% ～9%;結鈴盛期中熟棉蕾鈴干物重占地上部干物重的47% ～50%［11］。干物質的分配如下:苗期，葉＞根＞莖;蕾期，葉＞莖＞根＞蕾;花鈴期，花鈴＞葉＞莖＞根;吐絮期，鈴絮 ＞莖根［12］。

表1 棉花在不同發育期的干物質生產特點［6－7］

2 棉花干物質積累的主要影響因素

棉花干物質與產量主要取決于品種的遺傳特性，而不同的栽培措施和環境生態條件也對其干物質產生重要的影響［13］。現從品種遺傳特性、栽培措施和地域環境3個方面討論其對棉花干物質積累的影響。

2.1 遺傳特性的影響 遺傳特性對棉花干物質的影響主要表現為不同基因型棉花的干物質積累能力存在一定的差異性。葉欣等［14］研究了新海16、新海12和高抗9新疆棉花的干物質積累動態規律，發現各品種棉花的干物質積累過程呈“S”型曲線，隨著生育期的推進，棉花干物質積累量逐步增加，其中長絨棉新海16的干物質積累量特別是盛鈴期至吐絮期生殖器官干物質積累量高于新海12和高抗9。鄭德明等［15］研究了陸地棉與海島棉在極端干旱荒漠氣候條件下干物質累積分配的特性，發現從現蕾期至吐絮期，陸地棉干物質累積速度和數量明顯高于海島棉，陸地棉、海島棉的總累積量分別為100～122、71～80 g。

為了有效控制棉花的病蟲害，減少化學殺蟲劑的使用，降低除草劑對棉花植株的損傷，轉基因抗蟲、耐除草劑棉花等品種應運而生［16］。徐立華等［17］探究了轉Bt基因抗蟲常規棉GK19和抗蟲雜交棉中棉所29的群體干物質積累及其增長量。結果表明，盛花前抗蟲雜交棉中棉所29的干物質大于抗蟲常規棉GK19，但是盛花前保持適宜的干物質積累量有利于促進群體果枝數、果節數和生殖器官干重的增加;干物質量過大時，對棉花產量帶來一定的影響。劉韶東等［18］研究了美國抗蟲棉33B、常規棉中棉所12、抗蟲雜交棉中棉所46在不同施氮處理下葉面積指數(LAI)、干物質量的動態變化，發現在最佳施氮水平180 kg/hm2下，干物質累積情況表現出抗蟲雜交棉中棉所46＞常規棉中棉所12＞美國抗蟲棉33B。在轉基因棉中抗蟲雜交棉系列干物質累積相對較多，種植范圍廣泛。

2.2 栽培措施的影響 栽培措施是影響棉花產量的重要因素，不僅影響棉花的生育期、產量，而且影響棉花群體光合作用、冠層結構及干物質分配和棉鈴品質。主要的栽培措施有氮肥水平、種植密度和播期等。

2.2.1 氮素水平。選擇合理的施氮量，既能夠提高產量、改善品種，又能夠減少氮肥對環境的污染［19］。馬宗斌等［20］研究表明，棉花干物質積累量較大，且分配到生殖器官的比例較高;當施氮量過低時，干物質積累量較少;當施氮量過高時，有利于營養器官生長，干物質積累量最大，但分配到生殖器官的比例較低。當施氮量為300 kg/hm2時籽棉產量最高，比不施氮和施氮量150 kg/hm2處理分別增加15.29%和9.77%，差異達到0.05顯著水平，但與施氮量為450 kg/hm2處理產量差異不顯著。趙新華等［21］研究表明，施氮量過低影響棉鈴干物質的累積，而施氮量過高則主要影響棉鈴干物質在鈴殼、棉籽和纖維間的分配，二者最終導致鈴重降低、棉纖維和棉籽品質變劣。阿麗艷·肉孜等［22］研究指出，在不同施氮量下棉花干物質累積存在0.05水平顯著差異，氮素缺乏或過量均影響其干物質在不同生育時期的累積量，使得產量降低。施氮量對雜交棉干物質積累、分配和氮磷鉀吸收、分配與利用存在影響。李伶俐等［23］研究表明，施氮量與雜交棉干物質和氮、磷、鉀的積累間均表現顯著正相關，增施氮肥促進雜交棉干物質和氮、磷、鉀的積累，但是當施氨量增加到300 kg/hm2后促進效果不顯著。

另外，施氮方式也影響棉花干物質累積。鄧忠等［24］研究表明，施肥方式明顯影響棉花干物質積累量，進而影響棉花干物質積累的增長速率和最佳時期。氮、磷、鉀肥全部隨水滴施易造成棉株中后期旺長，衰老快，干物質積累量不高。而基施磷、鉀肥加滴施氮肥，棉株生長健壯，干物質積累提早進入關鍵期且持續期長，干物質積累量大。

2.2.2 種植密度。棉花花鈴期是產量品質形成的關鍵期，也是養分和光合產物快速累積階段。協調好該時期棉花群體的生物量和養分吸收分配狀況是建立高效群體結構的基礎［25－26］。金聿［27］認為，在一定密度范圍內，單株干物質積累均隨密度的增加而遞減，單位面積干物質的積累則有隨密度的增加而遞減的趨勢。肖熒南［28］采用數學模擬方法探究了栽培密度對棉花干物質累積的影響，發現全株、營養或生殖器官干物質積累均隨密度增加而減少，而對群體干物質累積的影響是低密度下各時期干物質累積量明顯比中密度、高密度的低。劉瑞顯等［29］研究表明，在棉花初花后群體干物質累積量隨生育進程推延而呈Logistic曲線;種植密度影響干物質與氮素動態變化模型的特征參數，提高種植密度可使棉花干物質與氮素快速累積的起始日提早，但干物質與氮素快速累積速率以30 000株/hm2處理較高、持續時間長、干物質與氮素累積量最多、生殖器官的分配指數最大、產量最高。楊秀理等［30］研究表明，棉花株行距配置方式對不同層次干物質積累存在影響;二膜十六行(15 cm+45 cm)的布局能夠促進棉花干物質累積。

2.2.3 播期。播種期對棉花生長發育的影響很大。適期播種是棉花重要的豐產措施。它可以保證棉花種子在發芽、出苗時處于最佳的環境條件，利于一播全苗、壯苗，為棉花全生育期健康的生長發育奠定基礎。一般而言，確定棉花播種期的主要依據是看當地溫度的變化情況，尤其是地溫的變化情況。實踐證明，當地表溫度穩定通過14℃時可作為播種期。長江流域棉花移栽育苗一般在4月中下旬，露地直播一般選擇在5月中下旬。這段時間溫度回升且較穩定，能夠滿足棉花出苗的條件。趙新華等［31］研究表明，播種期能顯著影響棉鈴干物質積累和氮素的積累與分配，影響棉花產量、棉花纖維品質。在晚播條件下，棉花的中部果枝成鈴所經歷的時間段日平均氣溫降低，造成棉花光合作用產生的有機物以及氮素不能順暢到達棉籽和纖維中，同時導致鈴殼的再轉運過程受阻，棉籽和纖維的干物質積累量和氮素累積量都減少，產量降低。黎鴻慧等［32］通過研究不同播期對短季棉生長發育的影響，發現早播會使棉株早衰，縮短棉花生育期，甚至過于提早播種對棉株農藝性狀的影響很大，而晚播則會導致棉花生育期延長，對棉株農藝性狀如植株高度、果枝數以及花蕾數的影響不大。

2.3 地域環境的影響 我國主要棉花產區為西北內陸、長江流域和黃河流域。各區域環境差別較大，影響棉花干物質累積。張旺峰等［33］研究了新陸早4棉在北疆干物質積累特征。結果表明，物質積累的關鍵時期出現在7月上旬至8月中旬，是該地區棉株生長正處于花鈴期的階段;在高密度條件下，地上部總干物質、莖葉干物質積累的最快時期提前出現。鄭德明等［34］研究表明，南疆高產棉花的干物質積累總趨勢與一般高產棉一致;在出苗至開花期間，棉花積累的干物質主要分配給葉莖;在開花后，干物質分配逐漸轉向蕾鈴為主，到吐絮期，鈴干重占單株總質量的55.5%，經濟系數為0.36～0.43。陳德華等［35］研究了長江流域不同產量水平的棉花群體干物質積累情況。結果表明，高產棉花群體在盛花前保持適宜的積累量，盛花后促進群體干物質的積累，有利于產量的提高，盛花期前干物質產量、干物質積累量與株高、LAI呈正相關。董合林等［36］研究了華北平原Bt+CpTI抗蟲棉中棉所45棉花干物質積累特性，發現花鈴期是棉花干物質積累最旺盛的時期，此時干物質積累速率與數量最大;干物質積累高峰期出現在出苗后80～117 d，累積速率最大日期是出苗后98 d。

3 展望

棉花干物質是形成產量的基礎。通過分析干物質增長過程來研究棉花生長情況，國內外已做大量的工作。但是，由于不同地區氣候和生產條件的不同，有關棉株干物質積累與產量、品質關系的研究匱乏。如何充分認識棉株干物質積累與產量的關系，了解影響棉花干物質積累各因素的特點利弊，對我國棉花事業的發展具有重大作用。

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