不同毛管間距與株距配置對棉花冠層結構及產量的影響

張瑋濤, 楊 培, 段松江，竇巧巧，陳秀玲，張巨松

(新疆農業大學農學院/教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國新疆最重要的經濟作物[1]，新疆屬于典型的內陸干旱區，光熱資源豐富，具有發展棉花的資源優勢，是我國最重要的優質高產棉區[2-3]，目前膜下滴灌技術已在新疆大面積使用，可有效保持土壤水分，根據棉花對水分需求確定合理的毛管間距，構建膜下滴灌精確灌溉模式，提高棉花產量[4]。研究不同毛管配置條件下棉花的合理栽培密度，對于改善棉花群體結構[5]，調節個體與群體之間的矛盾[6]，提高產量具有重要意義。【前人研究進展】冠層結構特性及群體光分布的變化與栽培措施等關系密切[7]，采用合理栽培手段，調節冠層光分布，增加作物光截獲量，對產量增加有重要作用[8]。不同灌溉模式對棉花冠層結構的影響不同，適宜灌溉條件下，棉花葉片平均葉簇傾角小，對光的截獲率高，產量高[9]。種植密度是用于調節作物群體質量和提高產量的重要手段[10]。【本研究切入點】不同株距、毛管間距配置對于棉花生長發育和產量有著不確定性影響。研究毛管間距與種植密度互作對棉花冠層結構及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】研究76 cm等行距1膜3行機采棉不同株距、毛管間距配置模式，為機采棉配套栽培技術提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年在新疆農業大學棉花高產栽培課題組北疆試驗基地瑪納斯縣六戶地鎮 (44°39′N、86°08′E, 海拔367 m)進行。該區位于古爾班通古特沙漠南緣, 屬于典型溫帶大陸性干旱氣候, 多年平均降水量109.6 mm(>10 mm有效降水量稀少), 蒸發量1 967 mm, 日照時數2 721 h，年均氣溫8.2℃，≥10℃年積溫3 720℃, 無霜期171 d。試驗地前茬棉花, 土質為黏質壤土, 地下水位埋深10 m以下, 田間持水率質量分別為27.6%，選用新疆農業科學院培育推廣的機采棉主栽品種新陸早61號。表1

表1 六戶地鎮2018年土壤概況Table 1 Soil data of Liujiadi Town in 2018

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用膜下滴灌技術，1膜3行76 cm等行距機采棉種植模式，滴頭間距25 cm，滴頭設計流量2.1 L/h。采用裂區試驗設計，主區為毛管配置，即北疆常用2種毛管配置方式I3(1膜3行3管)、I2(1膜3行2管)；副區為密度處理，在行距一定的情況下，設置3個株距配置，D6(6 cm、22.1×104株/hm2)、D8(8 cm、16.5×104株/hm2)、D10(10 cm、13.3×104株/hm2)。每個小區長10 m，寬6.78 m，小區面積67.8 m2，重復3次，共18個小區，試驗地總面積為1 220.4 m2, 灌溉定額均為4 500 m2/hm2。于4月15日施基肥(其中尿素600 kg/hm2，顆粒狀過磷酸鈣300 kg/hm2，農用顆粒鉀肥150 kg/hm2，一次性施入)，6月25日起實行“1水1肥”處理方式，即各處理每次滴灌滴入300 kg/hm2的尿素，共施肥6次。于5月10日播種，5月15日出苗，7月10日打頂，其他田間管理均按生產上高產田進行。

全生育期灌水8次，總灌溉量4 500 m2/hm2。灌溉時間與灌水量分別為：6月20日：500 m2/hm2、6月30日：500 m2/hm2、7月10日：600 m2/hm2，7月20日：600 m2/hm2、7月30日：600 m2/hm2、8月9日：600 m2/hm2，8月19日：600m2/hm2、8月29日：500 m2/hm2。

1.2.2 測定指標1.2.2.1 株高

于蕾期、盛花期、盛鈴期、吐絮期各小區隨機選代表性植株10株(內行5株，外行5株)，調查棉花株高。

1.2.2.2 冠層參數

使用上海澤泉公司生產的CI-110植物冠層分析儀在棉花的現蕾期、盛蕾期、開花期、盛花期、盛鈴期、吐絮期，在田間選擇長勢均勻樣點，將光探頭水平放置在距地面20 cm處，冠層分析儀每次觀測時，先將探頭放置于冠層拍探測點，保持探頭水平，按下測定按鈕，每個點保存5張圖片，選擇冠層內地面不同位置測量，重復3次。

1.2.2.3 產量及其構成因素

按果枝節位把棉株分為3部分, 分別為下部果枝(第1～3節果枝)、中部果枝(第4～6節果枝)和上部果枝(第7及以上節果枝)。在吐絮期, 每小區定30株收獲單株單鈴, 準確記錄收獲鈴所在果枝節位, 統計單株鈴數及各部位鈴數, 取上部棉花30朵，中部棉花40朵，下部棉花30朵，計算平均單鈴重。按上、中、下3部分分別軋花, 測定衣分。

1.3 數據處理

試驗數據使用SPSS23.0軟件進行方差分析, 采用Duncan法進行處理間多重比較(P<0.05), 利用origin8.5整理數據并繪圖。

2 結果與分析

2.1 毛管間距與株距對棉花株高的影響

研究表明,隨著生育進程推進，棉花株高生長呈S型變化曲線。盛蕾前，棉花株高生長緩慢；盛蕾至初花株高增長最快；盛花后，棉花幾乎不增長。株距對棉花株高的影響大于毛管間距對棉花株高的影響。同一株距下，3管配置棉花株高高于兩管配置，表現為I3D6>I2D6、I3D8>I2D8、I3D10>I2D10，3管配置更利于棉花株高增長；同一毛管配置下，棉花株高隨著株距的增加而增高，I3D8處理較I3D6處理增長達到9.3 cm、I2D8處理較I2D6處理增長達到7.6 cm；I3D10處理較I3D8處理僅為增長2.3 cm、I2D10處理較I2D8處理增長僅為2.8 cm，適當增加株距有利于提升棉花株高。圖1

注：I2D6:2管株距6 cm; I2D8:2管株距8 cm; I2D10: 2管株距10 cm; I3D6: 3管株距6 cm; I3D8: 3管株距8 cm; I3D10: 3管株距10 cm。下同

2.2 毛管間距與株距對棉花冠層結構的影響

研究表明,株距對棉花冠層參數的影響均大于毛管間距對棉花冠層參數的影響。葉面積指數和葉傾角在生育期內呈單峰變化曲線，均在盛鈴時達到頂峰，I3D8處理最高，其葉面積指數值達到4.25、葉傾角達到39.6°。同一株距下，隨著毛管間距增大，葉面積指數與葉傾角均呈降低趨勢；同一毛管間距下，盛蕾前，隨著株距的增大葉面積指數呈降低趨勢，盛蕾后，隨著棉株的發育，棉田逐漸蔭蔽，表現為D8>D6>D10，I3D8處理葉面積指數在盛蕾后超過I3D6處理，I2D8處理葉面積指數在盛花后超過I2D6處理；盛花前，隨著株距的減小葉傾角增大，盛花后D6處理漲幅緩慢，D8處理高于D6處理，D10處理始終處于最低水平。冠層開度與透光系數在生育期內呈先降后升的趨勢，均在盛鈴時達到最低，隨著毛管間距的增大，冠層開度與透光系數的值呈上升趨勢。同一毛管間距下，盛蕾前，隨著株距的增大，冠層開度與透光系數的值呈上升趨勢，盛蕾后，冠層開度與透光系數的值表現為D8處理低于D6處理，D10處理始終處于最高水平。圖2

2.3 毛管間距與株距對棉花產量及構成因素的影響

研究表明,毛管間距對收獲株數、單株結鈴數、單鈴重、衣分、籽棉產量及皮棉產量都無顯著性影響，株距對收獲株數、單株結鈴數、具有極顯著性影響(P<0.01)，對單鈴重、籽棉產量及皮棉產量具有顯著性影響(P<0.05)，毛管間距與株距互作對收獲株數、單株結鈴數、單鈴重、衣分、籽棉產量及皮棉產量無顯著性影響。收獲株數受株距與毛管間距影響最大，衣分受影響最小。皮棉產量表現為D8處理高于D6處理。株距與皮棉產量呈顯著的二次曲線，D6至D8處理，皮棉產量呈增加趨勢，D6至D10處理，皮棉產量呈下降趨勢。表3，圖3

圖2 不同處理下棉花冠層結構變化Fig. 2 Effect of different treatments on plant canopy configuration of cotton

表3 不同處理下棉花產量及構成因子Table 3 Yield and yield components of cotton under different treatments

2.4 不同處理下冠層參數與產量的相關關系

研究表明,盛鈴期葉面積指數、葉傾角、透光系數與產量呈正相關關系，冠層開度與產量呈負相關關系。其中葉面積指數與透光系數與產量的相關關系達極顯著水平(P<0.01)，葉傾角與產量的正相關關系達顯著水平(P<0.05)，冠層開度與產量的負相關關系不顯著。表4

表4 不同處理盛鈴期冠層參數與產量相關關系Table 4 Correlation between canopy parameters and yield under different treatments

3 討 論

作物冠層結構是指作物群落中地上部分器官的數量和空間排列方式，影響著作物地上部分光截獲的能力和群體內部光分布特征，構造合理的冠層結構，是挖掘高產的潛力重要手段[11]。冠層結構會隨種植密度的改變發生變化，進而影響棉花光合作用和產量。滴灌毛管間距是影響是棉花冠層結構和產量形成最重要的因素[12]，李景慧等[13]研究發現，隨毛管間距的增加，葉面積指數、葉傾角和群體光合速率的峰值明顯降低且生育后期下降快，群體散射輻射透過系數有所增加，對光能的利用效率大幅降低，李培玲等[14]研究發現，水分利用效率表現為1帶4行>2帶4行>2帶6行，低灌量條件下，1帶4行有利于提高水分利用效率，充分灌溉下2帶4行最有利于棉花生長。試驗研究表明,隨著毛管間距的減小，葉面積指數、葉傾角及產量均增加，但增加幅度不明顯，灌量4 500 m2/hm2在1膜3行3管與1膜3行2管布置下，均能滿足棉花對水分的需求。

合理的群體密度是作物栽培中確保作物高產穩產的主要措施之一，不同種植密度對作物生長發育的影響不同。平文超等[15]研究表明，干物質量隨密度增加表現為先增后降的趨勢，單位面積的棉花群體干物質積累量有一定極限，高于一定密度后群體干物質積累量將不再增加，子棉產量亦表現出相同趨勢，與王海洋等[16]研究結論相似，密度過小無法形成合理的群體結構而使生產力降低，密度過大棉株個體之間競爭激烈，抑制其生長發育。試驗研究認為，冠層結構是影響冠層受光量的主要因素，種植密度對棉花冠層結構指標影響較大，盛蕾期以前葉面積指數及冠層對光能的吸收率與種植密度呈正相關，群體光合速率明顯增強，如果種植密度較小，群體葉面積較低，生育期內棉花冠層漏光損失嚴重，群體光合效率較低，不利于高產形成；而群體密度過大，下層葉片吸收光能較少，光合效能較低。產量與種植密度呈正相關，但是密度增加到一定程度時單株產量降低，當密度增加所帶來的群體正效應小于單株產量下降所帶來的負效應時，群體產量下降。

4 結 論

4.1 毛管間距對1膜3行76 cm等行距機采棉冠層結構及產量的影響小于株距對其影響。

4.2 葉面積指數與產量相關關系達到極顯著(P<0.01)，葉傾角與產量相關關系顯著(P<0.05)，同一毛管間距下，D6處理群體密度過大，抑制單株優勢發揮，D10處理單株優勢不足以彌補群體過小差距，D8處理能較好的調節棉花群體密度與個體發育的矛盾，保持了較高的LAI與MTA，提高單株結鈴數、單鈴重、衣分及產量。

4.3 隨著株距的增加，單株結鈴數、單鈴重、衣分、均呈上升趨勢，但并不按照收獲株數增加的比例上升，即并不是簡單直線相關關系，D6處理增加到D8后，單株結鈴數、單鈴重、衣分均明顯增加，綜合增加比例超過收獲株數降低比例，故皮棉產量最高，D8處理增加到D10處理后，單株結鈴數、單鈴重、衣分增加比例極低，皮棉產量最低。