整枝方式和冠層高度對棉鈴時空分布及產量的影響

朱曉偉，劉連濤，萬華龍，張永江，孫紅春，李存東

（河北農業大學/河北省作物生長調控重點實驗室，河北 保定071000）

作物產量與其群體冠層結構密切相關，良好的群體結構是提高生物學產量的重要前提。目前在黃河流域，棉花種植多采用“中密壯”（中密度、壯株）株型群體結構，冠層高度整齊一致；但整齊一致的冠層結構會導致群體內部通風透光性差，微環境惡化，蕾鈴脫落，產量降低[1-3]。因此研究棉花不同冠層結構及其與產量性狀的關系，對于優化冠層結構配置，提高棉花產量、指導棉花高產優質栽培具有重要意義。

作物冠層結構是指群落中地上部分器官的數量和空間排列方式，主要包括葉、枝和果枝等的大小、角度、位置分布及時空動態[4]。作物高產與適宜的冠層結構動態有緊密聯系[5-8]，合理的冠層結構有利于調節作物冠層內的光分布，改善冠層內環境，增加單株有效鈴數，提高鈴重，提高產量[1,9-10]。前人圍繞棉花高產的理想冠層結構進行了大量研究，其中通過整枝方式調控冠層結構的研究居多。研究認為，留葉枝能增結伏桃和早秋桃，當棉株保有3個葉枝時，葉枝鈴貢獻率接近理論最適值[11]；無論是去葉枝或留葉枝，棉鈴主要分布在下中層和內圍，上層和外圍分布較少，整枝方式的不同主要影響棉鈴在棉株上的垂直分布，留葉枝使產量上下分布更加分散[12]；留營養枝不改變棉花的生育進程，但能夠提早封行，棉花的皮棉產量與常規整枝處理相當或略有提高[13]。關于棉花株型調控冠層結構的研究也有大量報道，目前研究比較一致地認為，在滿足棉株營養生長的前提下，通過化控盡量縮小棉株營養體，塑造與密度相適應的高矮相間冠層結構，能夠有效改善群體通風透光條件，有效利用全生育期的光、熱、水等資源，可促使內圍果節多結鈴，提高棉花內圍鈴的成鈴率，提高籽棉產量[14-16]。前人對整枝方式或冠層高度作為單一因子在促進光合[17-18]、改善小氣候[19-20]和提高產量[21-22]等方面的研究報道較多，但關于整枝方式和冠層高度配合對棉鈴時空分布和產量的互作效應尚少見研究。針對此種情況，本研究基于整枝方式和冠層高度單一效應研究的基礎上，以當前主推棉花品種為試驗材料，通過裂區設計研究整枝方式和冠層高度對棉鈴時空分布、產量及產量構成的單因子效應和互作效應，為優化黃河流域棉花冠層結構提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗于2016年和2017年在河北農業大學清苑實驗站進行。該實驗站位于保定市清苑區（N 38°53′，E 115°28′），年光照時間2 400～2 800 h，年均氣溫13.8℃，無霜期達200～240 d，屬亞濕潤大陸性季風氣候。土質為壤土，2016年試驗地土壤基礎地力：有機質含量17.41 g·kg－1，堿解氮65.14 mg·kg－1，速效磷30.66 mg·kg－1，速效鉀150.67 mg·kg－1；2017年試驗地土壤基礎地力：有機質含量15.02 g·kg－1，堿解氮55.57 mg·kg－1，速效磷23.68 mg·kg－1，速效鉀129.93 mg·kg－1。

1.2 試驗設計

2016―2017年均以冀棉958（由河北省農林科學院糧油作物所提供）為試驗材料，4月24日播種，密度4.5萬株·hm－2。大小行種植，大行距100 cm，小行距50 cm。采用裂區試驗設計，主區為整枝方式，設去葉枝（P1）和留葉枝（P2）2種處理；副區為冠層高度，設高矮相間冠層（C1）、矮冠層（C2）和高冠層（C3）3種處理，其中高矮相間冠層（C1）處理為2行高冠層（C3）和2行矮冠層（C2）相間種植。共6個試驗處理：去葉枝高矮相間冠層（P1C1）、去葉枝矮冠層（P1C2）、去葉枝高冠層（P1C3）、留葉枝高矮相間冠層（P2C1）、留葉枝矮冠層（P2C2）和留葉枝高冠 層（P2C3），小 區面積100 m2（長10 m，寬10 m），重復3次。冠層高度差異通過化控和分期打頂相結合的方式塑造（表1）；兩年試驗中，均對矮冠層處理追加3～4次化控（98%甲哌鎓，7月中旬2次，75 g·hm－2；7月下旬1～2次，105 g·hm－2），其他田間管理措施參照常規高產棉田。

兩年的降水量和太陽輻射量數據均來自于實驗地氣象站（圖1）。2016年總降水量360.17 mm，2017年總降水量522.3 mm，兩年比較表現為2017年降水量大，但降水時間早，與棉花生長發育需水時間相符合；2016年太陽總輻射量934.56 MJ·m－2，2017年太陽總輻射量1 013.24 MJ·m－2，高于2016年。

表1 不同冠層結構處理及植株結構Table 1 Treatment and plant structure of different cotton canopy structures

圖1 2016年和2017年棉花生育期降水量和太陽輻射量Fig.1 Precipitation and solar radiation during cotton growth period in 2016 and 2017

1.3 研究方法

1.3.1成鈴時間分布。每小區選擇雙行40株棉花，分別于7月15日調查伏前桃數，8月15日調查伏桃數，9月10日調查秋桃數，以40株棉花的“三桃”（伏前桃、伏桃和秋桃）數平均值作為單株棉花的“三桃”成鈴數。

1.3.2成鈴空間分布。按空間將棉鈴分為橫向分布和縱向分布，橫向分布為內圍鈴（果枝1～2果節所結棉鈴）和外圍鈴（果枝第3果節及以上果節所結棉鈴），縱向分布為葉枝、第1～4、第5～8、第9～12、第13及以上果枝所結棉鈴。在吐絮期，每小區選取中間2個雙行結合株式圖調查棉株各果枝果節成鈴數。

1.3.3產量調查。吐絮后分3次（9月、10月和11月）收獲每小區中間2個雙行的籽棉，并記錄收獲鈴數，每次收獲后，曬干稱取質量后軋花，獲得鈴重、籽棉產量和皮棉產量。

1.3.4數據處理。利用Microsoft Excel 2013軟件進行數據計算和作圖，用DPS 7.05統計分析軟件進行數據差異顯著性檢驗。

2 結果分析

2.1 不同冠層結構對棉鈴時間分布的影響

對兩年數據進行統計分析發現，整枝方式和冠層高度對成鈴時間分布無顯著的互作效應，因此分別對整枝方式和冠層高度處理進行數據分析。由表2可知，在兩年數據中，不同冠層結構處理的“三桃”數多表現為以伏桃數最高，比例在45%～70%之間。2016年由于出苗晚，伏前桃少，不做分析；在伏桃中，整枝方式間并無顯著差異，但在不同冠層高度處理中，高矮相間冠層群體與矮冠層群體的伏桃數差異不顯著，但顯著高于高冠層群體；去葉枝群體中高矮相間冠層的伏桃數分別較矮冠層和高冠層高5.1%和9.6%，留葉枝群體中分別高4.2%和8.9%；在秋桃中，留葉枝群體鈴數顯著高于去葉枝群體，高冠層群體的秋桃數顯著高于矮冠層群體和高矮相間冠層群體，可能是由于單株果枝數多的原因。

2017年（表2），在伏前桃中，留葉枝群體的伏前桃數顯著高于去葉枝群體，高矮相間冠層群體的伏前桃數高于矮冠層群體，矮冠層群體的伏前桃數高于高冠層群體，但均未達到顯著差異水平；在伏桃和秋桃中，不同冠層高度處理下高冠層群體的鈴數均顯著高于矮冠層群體，但和高矮相間冠層群體在伏桃中差異不顯著，說明塑造高矮相間冠層能夠保證一定的伏桃數和比例；留葉枝群體的伏桃數顯著高于去葉枝群體，相對提高了9.6%，兩者秋桃數差異不顯著。

表2 不同冠層結構對棉花“三桃”數量的影響Table 2 Effect of different canopy structure on the number of boll in three periods 個

2.2 不同冠層結構對棉鈴空間分布的影響

2.2.1棉鈴的橫向分布。由表3可見，整枝方式和冠層高度對棉鈴的橫向分布均有顯著影響。在2016年，不同冠層結構處理均表現為棉株內圍鈴數高于外圍鈴數；去葉枝群體的果枝內圍鈴數和外圍鈴數均高于留葉枝群體，說明去除葉枝能夠增加棉花果枝各果節結鈴數；不同冠層高度處理間表現為高冠層群體的內圍鈴數顯著高于矮冠層群體和高矮相間冠層群體，但在外圍鈴中，3種處理間并無顯著差異。此外，整枝方式與冠層高度對棉株外圍鈴數的互作效應顯著。

在2017年（表3），不同整枝方式間所表現的趨勢同2016年保持一致；整枝方式的變化對不同冠層高度處理棉鈴的橫向空間分布影響不大，不同整枝方式下高冠層群體的內圍鈴數和外圍鈴數均高于高矮相間冠層群體和矮冠層群體，但高冠層群體和高矮相間冠層群體的外圍鈴數差異不顯著。

表3 不同冠層結構下棉鈴的橫向空間分布Table 3 Lateral distribution of boll number under different canopy structures 個

2.2.2棉鈴的縱向分布。在2016年（表4），不同整枝方式處理間的果枝結鈴數表現為留葉枝群體下部、中上部及上部果枝的結鈴數及所占比例均小于去葉枝群體，但差異不顯著。而不同冠層高度處理間的棉株結鈴數在冠層下部（第1～4果枝）和中上部（第9～12果枝）中并無顯著差異；但在冠層中下部（第5～8果枝），高矮相間冠層群體的結鈴數顯著高于高冠層群體，而和矮冠層群體差異不顯著；在冠層上部（第13及以上果枝），高冠層群體的結鈴數高于高矮相間冠層群體和矮冠層群體，達到顯著差異水平。

在2017年（表4），不同冠層結構處理的第1～4果枝和第5～8果枝的總結鈴數占全株鈴數的60%～75%，去葉枝群體不同處理的不同層次果枝結鈴數及所占比例均高于留葉枝群體，說明棉株下部和中下部是優勢結鈴部位，保留葉枝會使各果枝結鈴數和所占比例降低；從下部果枝分析，在不同冠層高度處理中矮冠層群體的結鈴數最多，表現為矮冠層群體的下部果枝結鈴數顯著高于高矮相間冠層群體和高冠層群體，其占總鈴數的比例最高，在去葉枝和留葉枝群體中分別為45.93%和37.13%；在冠層中下部（第5～8果枝）、中上部（第9～12果枝）和上部（第13及以上果枝）中表現為高冠層群體的結鈴數顯著高于矮冠層群體，但和高矮相間冠層群體在中下部和中上部果枝中并無顯著差異。以上分析結果說明：在棉鈴縱向分布上，矮冠層處理可提高下部果枝的成鈴率，但由于果枝數限制，其中上部果枝的結鈴數少于高冠層群體。

2.3 不同冠層結構對棉花成鈴和產量的影響

2.3.1不同冠層結構對棉花成鈴的影響。整枝方式和冠層高度對單位面積鈴數的互作效應顯著，且兩年的趨勢基本一致（表5）。相同冠層高度處理，均是留葉枝群體鈴數多于去葉枝群體；無論何種整枝方式，均是高冠層群體棉鈴數多于高矮相間冠層群體和矮冠層群體；在2016年和2017年，留葉枝高冠層（P2C3）群體棉鈴數較去葉枝高矮相間（P1C1）群體分別增加了22.6%和13.0%。

表4 不同冠層結構下棉鈴的縱向空間分布Table 4 Vertical distribution of boll number under different canopy structures 個

整枝方式和冠層高度對鈴重的影響與單位面積鈴數相反；相同冠層高度處理，均是去葉枝群體鈴重大于留葉枝群體；無論何種整枝方式，均是高矮相間冠層群體鈴重大于高冠層群體和矮冠層群體，互作效應顯著。在2016年和2017年，去葉枝高矮相間（P1C1）群體的鈴重較留葉枝高矮相間（P2C1）群體分別增加了8.5%和12.9%。

2.3.2不同冠層結構對棉花產量的影響。2016年，因出苗較晚，導致棉鈴貪青晚熟，沒有全部吐絮，產量較低，不同處理的籽棉產量沒有表現出顯著差異。2017年，整枝方式間無顯著差異，但冠層高度對棉花籽棉產量的影響顯著，不同整枝方式下均以高矮相間冠層群體的棉花籽棉產量最高，其籽棉產量較矮冠層群體提高了24.3%，較高冠層群體提高了10%。此外，整枝方式與冠層高度對棉花籽棉產量互作顯示，P1C1群體的籽棉產量最高，達到4 640 kg·hm－2；而P1C2群體最低，僅3 534 kg·hm－2。

表5 不同冠層結構對棉花成鈴狀況和產量的影響Table 5 Effects of different canopy structure on boll setting and yield

3 討論

3.1 不同冠層結構對棉鈴時間分布的影響

棉鈴在時間上的分布主要指“三桃”：即伏前桃、伏桃和秋桃，“三桃”數量及比例是衡量棉花產量及品質的重要指標[23]。不同整枝方式和冠層高度因其外部形態和生育進程的不同，其“三桃”數量及所占比重均有所差異。前人研究認為，棉花去葉枝和打頂能夠在一定程度上促進秋桃的形成，增加秋桃比例，而留葉枝則對伏桃的形成有利[24]。此外，研究還發現，棉花高矮相間冠層群體與常規冠層群體相比，能夠顯著提高其伏前桃數，但秋桃數差異不顯著[25]。本研究表明，在不同整枝方式處理中，留葉枝處理能夠顯著增加棉株的“三桃”總鈴數，但其秋桃數和去葉枝處理相比，兩年間表現為留葉枝處理秋桃數較多或兩者間差異不顯著，與劉燕[24]關于棉花整枝效應的研究結果并不完全一致，可能是由于材料及地區氣候條件不同的原因。在不同冠層高度處理中，高矮相間冠層處理比高冠層處理顯著增加棉株伏前桃數，但其秋桃數卻顯著少于高冠層處理，與成國鵬[25]對棉花群體冠層結構的研究結果并不完全相同，可能是由于棉花品種熟性不同所致。

3.2 不同冠層結構對棉鈴空間分布的影響

一般認為，棉株中部果枝以及內圍果節結鈴較好，鈴重和纖維品質較高，且變動小，是棉株優質鈴的空間部位，也稱為優勢成鈴部位[26]。董合忠等[12]研究發現不同的整枝方式主要影響棉鈴在棉株上的垂直分布，留葉枝使棉鈴上下分布更加分散，對棉鈴的橫向分布影響不大。孫學振等[27]研究表明保留葉枝可提高中下部果枝各果節的結鈴數和所占比例，但會降低果枝總結鈴數。本研究表明，在橫向分布上，不同冠層結構群體棉鈴均是內圍鈴數較多，留葉枝使果枝各果節結鈴數下降；在縱向分布上，留葉枝群體果枝棉鈴較去葉枝群體分布均勻，上下分布更加分散，去葉枝群體下部果枝棉鈴分布較多，而留葉枝群體則集中在中部果枝，與前人研究結果基本一致；此外，本研究還發現，2016年整枝方式和冠層高度對棉株外圍鈴數的互作效應顯著，以去葉枝高冠層群體的外圍鈴數最多，但2017年兩者間并未表現出顯著的互作效應。

3.3 不同冠層結構對棉花產量的影響

合理的冠層結構是棉花實現高產的重要基礎。本研究在黃河流域中等密度（4.5萬株·hm－2）條件下，通過調控整枝方式和冠層高度塑造6種不同的冠層結構。兩年研究表明，留葉枝群體較去葉枝群體顯著降低了鈴重，但增加了單位面積總鈴數；降低了籽棉產量，而增加了皮棉產量，可見在中等密度條件下，保留棉花葉枝是可行的，與李維江等[13]關于棉花簡化栽培技術的研究結果相符。高矮相間群體的單位面積總鈴數小于高冠層群體，但鈴重、籽棉和皮棉產量均顯著高于高冠層和矮冠層群體，說明塑造高矮相間種植模式能夠顯著增加鈴重，提高籽棉和皮棉產量，與徐敏等[15]關于遼河流域棉花高矮整枝栽培模式的研究結果一致。此外，在本研究中還發現整枝方式和冠層高度間存在著顯著的互作效應，在去葉枝或留葉枝群體中，2016年和2017年的籽棉產量都是高矮相間冠層處理最高，去葉枝高矮相間群體的籽棉產量高于留葉枝高矮相間群體。

4 結論

整枝方式和冠層高度互作對棉鈴時空分布的影響較小，但對棉花產量構成及產量水平具有顯著的互作效應。去葉枝高矮相間群體能夠保證在一定鈴數的基礎上，顯著提高鈴重，從而提高籽棉產量，但其皮棉產量和留葉枝高矮相間群體差異不顯著。同時保留葉枝可減少整枝工作量，因此塑造留葉枝高矮相間冠層結構可作為進一步提高黃河流域棉花產量的重要栽培模式。