新疆綠洲干旱區不同棉種主要性狀綜合評價及分析

吾買爾江·庫爾班，努斯熱提·奧斯曼，阿爾曼·阿不利米提，李 杰，張鵬忠，吐爾遜江·買買提

(1.新疆農業科學院庫車陸地棉試驗站，新疆庫車 842000；2.新疆農業科學院經濟作物研究所，烏魯木齊 830091；3.國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國主要的經濟作物之一，優質品種是其生產的核心，增產貢獻率可達30%以上，因地制宜選擇、利用棉花種質資源、培育適宜品種對促進棉花產業發展具有重要作用[1-4]。【前人研究進展】戴茂華等[5]通過對10個北疆優質雜交棉新品種(系)的若干農藝性狀與產量、品質性狀進行相關性分析，發現果枝數、株高和單株鈴數對皮棉產量影響較大。李永山等[6]對20世紀50年代至90年代，中國自育的棉花品種20份進行產量性狀的相關性和通徑分析表明，衣分和單株結鈴數是影響皮棉產量的主要因素。董承光[7]等研究發現，整齊度與上半部平均長度、比強度及伸長率呈顯著正相關，比強度與長度呈極顯著正相關。但是，受研究群體相對較小、材料來源不同、種植環境及方式差異大等因素影響，前人研究結論具有較大差異[8-9]。新疆是我國最大的棉花生產基地，2017年種植面積達2 217.47×103hm2，總產456.6×104t，均超過全國的70%以上[10]。【本研究切入點】新疆高溫干旱，屬典型的灌溉農業區，水資源匱乏、水分利用水平低是制約新疆棉業持續發展的一個重要因子[11-12]，加上獨特的自然條件、栽培模式、植株生長的系統性、多樣性，需要篩選、培育具有高產、優質、多抗等特性的品種，針對南疆陸地棉產量品質性狀的綜合分析的研究報道很少。【擬解決的關鍵問題】16個棉花品種為材料，分析新疆干旱綠洲區“密、矮、早”，“大群體，小個體”栽培下棉花農藝形狀、品質、根系、產量及產量構成因子等主要性狀相關性和聚類分析，綜合評價南疆生產上推廣應用的棉花品種，為選擇品種、制定栽培措施等提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016年4月～2017年10月在新疆農科院庫車陸地棉試驗站棉花根系原位觀測平臺基地進行，地理位置41°09′N，83°15′E，海拔910 m，年降水量50～80 mm，年蒸發量2 800 mm左右，無霜期200 d，有效積溫4 300～4 500℃，屬典型的暖溫帶大陸性干旱氣候。土壤質地為砂壤土，0～60 cm土層土壤有機質含量20.13 mg/kg，全氮0.72 g/kg、速效磷13.2 mg/kg、速效鉀154.4 mg/kg。

材料為新疆農科院經作所棉花品種，分別為C460、C8517、C4769、新陸202，以及石185等年代比較早的新疆陸地棉品種的重要核心種質資源，新疆農科院經作所選育的早熟、超高產特性的10-108-3(新陸中42號提高系)、AY4、26號；高產、穩產特性的種質材料3、4號(新陸中28號提高系)；抗逆種質新陸中36號、中棉所41號；早熟新品種新陸早59號、新陸早60號、新陸早63號；適應性、穩產性好的軍棉1號等16個棉花品種(系)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗按隨機區組設計，3次重復，采用1膜6行種植，行距配置(10+66+10+66+10)cm，株距10 cm，小區面積54 m2，采用膜下滴灌干播濕出技術，分別于2016年4月17日和 2017年4月14日進行膜上點播，于2016年4月18日和2017年4月16日滴出苗水。

棉花根系原位觀測平臺基地大田種植，根系原位觀測基地，每培養池種植10株棉花用于研究棉花根系和地上部發育指標的研究，滴灌栽培、自然生長(不打頂、不化學調控)。

室內栽培：每盆種植6株，使用營養液漂浮栽培法研究棉花根系生長，營養液具體配方為：四水硝酸鈣(945 mg/L)，硝酸鉀(506 mg/L)，硝酸銨(80 mg/L)，磷酸二氫鉀(136 mg/L)，硫酸鎂(493 mg/L)，鐵鹽溶液(2.5 mL)，微量元素液(5 mL，pH=6.0)；鐵鹽溶液：七水硫酸亞鐵(2.78 g)，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA.Na 3.73 g)；蒸餾水500 mL(pH=5.5)；微量元素液：碘化鉀(0.83 mg/L)，硼酸(6.2 mg/L),硫酸錳(22.3 mg/L)，硫酸鋅(8.6 mg/L)，鉬酸鈉(0.25 mg/L)，硫酸銅(0.025 mg/L)，氯化鈷(0.025 mg/L)。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 生育期

記錄棉花播種、出苗及各生育期的開始與結束日期。

1.2.2.2 農藝性狀

各處理選擇代表性棉株10株，測定株高、始節高、節間長度、始節位、果枝數、鈴數等。

1.2.2.3 纖維品質

在吐絮期，收取單株中部正常吐絮棉鈴20個，混樣，測定其鈴重、衣分、衣指、子指，將棉樣送農業部纖維檢驗測試中心測定纖維品質。

1.2.2.4 根系性狀

采用LC-4800植物根系形態掃描儀和加拿大引進的根系分析軟件(WinRHIZOBasic32-bit2013)根系圖像掃描分析系統，分析根系長度、直徑、面積、體積、根尖記數等指標。

1.2.2.5 產量

根據棉花吐絮情況分3次采摘并記錄收獲株數、單株鈴數、單鈴重，實測每個測坑的棉花產量作為最終的產量數據，并化為每公頃產量。

1.3 數據處理

對產量及品質等數據分析用SPSS11.0統計軟件進行；對主要形態指標進行賦值后，用DPS14.5軟件采用可變類平均法聚類分析進行聚類。

2 結果與分析

2.1 不同品種棉花地上部農藝性狀差異與產量性狀的關聯度

研究表明，石185、C460、8517、新陸202、C4769等種質資源材料的株高比審定的品種普遍很低；新陸早59號、新陸早60號、新陸早63號等早熟品種的株高發育比早中熟品種快，株高普遍比較高，10-108-3株高在16個品種中最高，生長速度快。果枝節位軍棉1號、10-108-3、C4769顯著低于其他品種，僅為3.2～4.2，新陸中36號最大為7.4。葉齡新陸早60號顯著高于其他品種可達17.2片，軍棉1號和AY4最小，其他各品間差異不顯著。果枝數新陸中42號的最多，AY4次之，新陸202的最少，各品種果枝數在6.7～13.1，差異顯著。AY4的現蕾數最多可以達到31個蕾，4號的現蕾數第二，28.6個蕾；石185、C460、8517、新陸202、C4769等基礎種質資源的現蕾數最少。表1

表1 不同品種棉花地上部農藝性狀差異Table 1 Differences of aboveground agronomic traits of different cotton cultivars

研究表明，鈴數與產量的灰色關聯度最大，其值為0.93；株高、蕾數、果枝數、主莖節間數次之，其值分別為0.87、0.85、0.82、0.81；葉齡數、果枝節位最小，其值為0.76、0.76。從灰色關聯度的數值來看，其值都大于0.75，株型性狀(株高、葉齡數、主莖節間數、果枝節位、果枝數、蕾數、鈴數)對產量的影響較明顯。其中，株高、葉齡數、主莖節間數反映植株發育進程；果枝數、蕾數、鈴數與“庫”密切相關，反映生殖器官發育動態。表2

表2 地上部主要農藝性狀與籽棉產量之間灰色關聯度Table 2 Grey relational analyses between major agronomic trait of above ground part and unginned cotton yield

2.2 不同棉花品種產量及產量構成因子

研究表明，各品種單株鈴數差異明顯，最多的為10-108-3為9.4個，其次為4號為7.2個，新陸202最少僅為1.8個；各品種鈴重為4.5～6.5 g，軍棉1號和8517最大，顯著高于其他處理。衣分石185最小為32%，4號最高48.3%。C460、C8517、C4769、新陸202、2-3、石185等新疆陸地棉品種的重要核心種質資源籽棉產量1 500～3 000 kg/hm2，其中C460、C8517等基礎種質材料19世紀末20世紀初引進的陸地棉基礎種質資源材料，C4769、2-3等基礎種質資源50年代后引進的種質資源，新陸202是70年代新疆審定的品種。2010年后選育審定的早熟新品種新陸早59號、新陸早60號品種籽棉產量可以達到5 250 kg/hm2以上，南疆歷史上推廣面積最大的品種軍棉1號產量可以達到5 850 kg/hm2。具有早熟、高產、穩產特性的AY4、4號可以達到5 429、7 517 kg/hm2，較50年代的陸地棉增加高3倍以上，比41號、新陸中36號、新陸早59號、新陸早60號、新陸早63號高2倍以上。10-108-3籽棉產量最高可達 9 306 kg/hm2。表3

表3 產量和產量性狀Table 3 Yield and yield trait

2.3 不同品種棉花主要產量指標間的相關性

研究表明，單株鈴數與鈴重呈負相關性，且達到極顯著水平；單株結鈴數與衣分、纖維重呈顯著的正相關關系，鈴重與鈴殼、棉籽重、纖維重、種子數呈顯著正相關，鈴大鈴殼加厚，棉籽重、纖維重、種子數增加；衣分與籽指、衣指、纖維重相關系數分別為0.829、0.606、0.632；籽指與籽棉重、纖維重呈顯著正相關，相關系數分別為0.492、0.538，衣分與種子數呈顯著負相關，相關系數為-0.532；鈴殼與籽棉重、種子數呈顯著正相關，相關系數分別為0.544、0.691；纖維重與種子數相關系數為0.682。表4

表4 棉花產量指標間的相關性Table 4 Correlation analysis result of cotton yield index

研究表明，單株鈴數、鈴重、衣分對皮棉產量的直接影響中，單株鈴數的直接作用最大，衣分次之，鈴重的直接作用最小。通過分析各個間接通徑系數發現，衣分通過單株鈴數對皮棉產量的間接作用較大，其間接通徑系數為0.437。雖然單株鈴數通過鈴重對皮棉產量產生負的間接作用，但作用很小，而單株鈴數的直接作用較大，所以對于皮棉產量單株鈴數的影響較大，二者的簡單相關系數為0.966；單株鈴數通過衣分對皮棉產量產生正的間接作用，但作用較小；至于鈴重，其直接通徑系數和間接通徑系數均較小，對皮棉產量的改變影響不大。表5

表5 簡單相關系數Table 5 Decomposition of simple correlation coefficient

2.4 不同棉花品種品質性狀特征及根長與品質之間的相關性

研究表明，各品種絨長和整齊度新陸中60號最大，分別為29.7 mm、88.4%，10-108-3次之，為29 mm和87.9%；各品種馬克隆值為4.62～5.73，處于B2級4.3～4.9的有新陸早59號、軍棉1號、新陸早63號、10-108-3、8517，其他各品種處于C級。斷裂比強度中棉所41最大為29.9新陸早60號，新陸早60號次之為29新陸早60號，斷裂伸長率和成熟度各品種差異不顯著，分別在6.4%～6.7%、0.83～0.86，斷纖維率3號和26號最大達8.9%，新陸中36號最小為6.7；紡織一致性指數各品種差異較大，介于100～160，10-108-3最大，3號最小。表6

表6 不同品種棉花相關品質指標Table 6 Quality measurement result of different cotton cultivars

研究表明，總根長與果節始節、果枝數、伸長率呈顯著正相關，即總根長越大，根系越發達越有利于枝芽的生長；生育期與子葉節高度、果枝數呈負相關關系，與果節始節、比強度、伸長率呈顯著的正相關；比強度與馬克隆值呈負相關，與伸長率呈正相關關系。表7

表7 不同品種棉花根長與品質之間的相關性Table 7 Correlation analysis between root length and quality of different cotton cultivars

2.5 不同品種棉花根系變化特征

研究表明，各品種總根長差異明顯，在12.82～37.02 cm，3最長，軍棉1號次之，C460最短；根的總表面積3最大為2.47 cm2，石185次之為2.42 cm2，C460最小僅為0.9 cm2。各品種總根容積在0.005～0.013，平均根直徑為0.002 mm，且差異不顯著，根尖數C460顯著低于其他品種，僅為144.7，新陸早60號最多可達660.9。表8

表8 不同品種棉花根系變化特征Table 8 Characteristics of root changes of different cotton cultivars

2.6 根系主要性狀相關性

研究表明，總根長、根表面積、根容積、根直徑、根尖數、根分叉與籽棉產量之間相關關系很顯著，其中總根長、根表面積、根尖數、根分叉與籽棉產量正相關，根尖數與籽棉產量相關系數最大(+0.117)，根表面積之間的相關關系第2(+0.039 3)；根容積、根的直徑與籽棉產量之間負相關，根平均直徑的相關系數大(-0.185)，根容積的相關系數次級(-0.005 4)。總根長、根表面積、根容積、根直徑、根尖數、根分叉與籽棉產量結果中得知超高產特性的棉花品種10-108-3，高產品種4號，軍棉1號，新陸早59號、新陸早60號，高產品系AY4等品種中，10-108-3，AY4等品系根系性狀的發育不是很好明顯的降低根系冗余，反而產量不高的3號，石185等品系的根系性狀的發育最好表現明顯的根系冗余現象。表9，圖1

表9 根系主要性狀與籽棉產量相關性Table 9 Correlation analysis between main traits of roots and unginned cotton yield

圖1 主要性狀聚類分析和籽棉產量Fig.1 Clustering analysis of major traits and unginned cotton yield

3 討 論

棉株農藝性狀是棉株生長發育狀況的首要指標，直接影響著棉花的光能利用率，進而影響干物質的積累以及最終產量。張香桂等[14]對 154份國外棉花種質的主要農藝及經濟性狀進行了鑒定，從中篩選出了矮稈高籽指高纖維強度的材料；李飛等[15]研究了172份陸地棉品種(系)的產量、株高、籽指等19 個主要農藝性狀變異情況發現，大部分農藝性狀的變異系數均大于5%。研究發現，供試棉種中10-108-3株高在16個品種中最高，生長速度快。各品種果枝數為6.7～13.1，新陸中42號的最多；現蕾數AY4的最多達到31個。相關分析表明，鈴數與產量的灰色關聯度最大，其值為0.93，株型性狀(株高、葉齡數、蕾鈴數等)對產量的影響較明顯，這與前人的研究結果一致。品種是影響棉花質量的內在關鍵因素，不同棉花品種其內在纖維品質有較大區別。棉花纖維品質一直是品種創新、種植、加工的主要指標，尤其隨著供給側結構改革，對其提出更高要求。李慧琴等[16]研究發現株高與單鈴重、衣分、馬克隆值等呈顯著正相關，與整齊度指數和伸長率呈極顯著正相關。研究表明，總根長與果節始節、果枝數、伸長率呈顯著正相關，與前人研究結果一致。棉花高產超高產栽培必須發揮品種的遺傳潛力，提高資源利用效率，而影響選育高產棉花新品種成效包括遺傳、生理、生態、環境等諸多因素。根系是作物營養、養分吸收、物質同化轉化合成的重要器官[17]，龐大的根系作為冗余的存在，導致生物個體、種群或群落乃至生態系統等生命水平上對人類有益的輸出功能降低，而當剔除這部分多余實體，輸出功能就會得到加強。通過栽培技術的提高和育種手段的改進，減少冗余便可成為實現高產的重要途徑[18]。

4 結 論

各棉花品種總根長差異明顯，在12.82～37.02 cm，根的總表面積3號最大為2.47 cm2，總根容積在0.005～0.013，平均根直徑為0.002 mm，根尖數新陸早60號最多可達660.9。總根長、根表面積、根容積、根直徑、根尖數、根分叉與籽棉產量之間相關關系很顯著，根容積、根的直徑與籽棉產量呈負相關，10-108-3，AY4等品系明顯地降低了根系冗余。