不同品種與播期對麥棉套作棉花生長、產量及棉鈴空間分布的影響

劉太杰，劉錦濤，萬素梅，趙欣欣，馮 璐，李亞兵，杜文麗，王國平，陳國棟，吳全忠

(1.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300；2.中國農業科學院棉花研究所/棉花生物學國家重點實驗室，河南安陽 455000)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國重要的經濟作物，種植面積約占世界的15%，產量占世界的25%[1]。我國棉區分布廣泛，棉田種植制度類型較多。麥棉兩熟種植制度提高了復種指數，較好地利用了光、熱和土地資源。已有麥棉兩熟種植制度的研究[1,2]。麥棉兩熟主要包括麥套棉間作方式和麥后棉復種方式，前者簡稱麥棉套作，后者簡稱麥棉連作[3]。棉花適宜播種期一直受到植棉業界的關注[4]，合理播期可調整作物生長發育進程與季節良好同步，充分發揮優質品種的增產潛能，是栽培管理中的關鍵技術[5]。【前人研究進展】Wang[6]對黃河流域機采棉適宜播期研究認為，4月下旬或者5月上旬種植有助于棉花機械采收，降低棉花產量損失。張國偉等[7]通過對不同棉花種植日期在內蒙古西部荒漠區研究以為，隨著播期推遲，棉花生育時期推遲，生育期縮短，鈴期日均溫降低，收獲密度增加，顯著影響棉株干物質累積與分配，以及產量和品質形成。楊長琴等[8]通過研究播期對麥后直播棉產量影響得出，5月15日到6 月4日是長江流域棉區麥(油)后直播棉獲得較高產量的適宜播期。黎鴻慧等[9]研究結果表明，早播會使棉株早衰，縮短棉花生育期，過于提早播種對棉株農藝性狀影響很大，而晚播則會導致棉花生育期延長，短季棉新品種省早441的播種期 (套作)應為5月25日～6月10日。盧合全等[10]認為品種類型和播種期對棉花產量有顯著的互作效應，不同類型的棉花品種有各自具體的播種時期。【本研究切入點】多數研究針對播期對中熟棉或麥后直播棉，而麥棉套作大多采用中熟品種，使棉花和小麥共生期長，不利于機械化，麥(油)后直播棉由于播期推遲、有效生育期短，生產中遲發晚熟的問題影響產量提高。研究品種與播期對麥棉套作棉花生長、產量及棉鈴空間分布的影響。【擬解決的關鍵問題】以2個早熟棉花品種為供試材料，縮短共生期，通過分期播種試驗，分析播期對棉花產量和棉鈴空間分布比例的影響，為黃河流域麥棉兩熟種植制度早熟棉管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗在2019年于河南省安陽市中國農業科學院棉花研究所東場試驗基地(36°06'N，114°21'E)進行，該地土壤為褐土，土質為輕壤土，試驗地0～20 cm土壤的基本理化性質：pH為7.05，有機質為10.67 g/kg，堿解氮為81.31 mg/kg，有效磷為23.37 mg/kg，速效鉀為97.86 mg/kg。

棉花品種為魯棉2387(高衣分高產品種)，錦科707(低衣分優質品種)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用裂區設計，主區為品種，副區為播種日期，設置播種日期為5月10日(SD1)，5月20日(SD2)，5月30日(SD3)，6月10日(SD4)，3次重復，小區為6行區，行長8 m，行距0.76 m，重復3次，共24個小區，小區面積為36.46 m2，棉花出苗后，人工手動定苗，定苗密度為9×104株/hm2，田間管理按高產栽培要求進行。圖1

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 生育時期記載

記錄各處理出苗期、現蕾期、開花期、結鈴期、吐絮期，收獲期。

1.2.2.2 地上干物質積葉面積指數

在棉花出苗后每20 d取2株長勢均勻棉株，棉花按葉片、莖、生殖器官分解，在105℃下殺青30 min,80℃條件下烘干至恒重，稱重，記錄干物質重量。分離的葉片擺在白色板子上，使用掃描儀(phantom 9800xl，MICROTEK，上海，中國)對其掃描，使用Image Pro Plus軟件(Media Cybernetics，Inc)計算葉面積并計算葉面積指數(LAI)。

1.2.2.3 產量及產量構成因素

收獲期按小區實收計產，各處理分別按照上(7果枝以上)，中(4～6果枝)，下(1～3果枝)收取3 m正常開裂的棉鈴，統計不同果枝的鈴重和鈴數，計算不同果枝成鈴分布比例，棉鈴軋花后，測定衣分，并計算皮棉產量。

1.3 數據處理

采用Excel 2016進行數據整理和作圖，DPS7.05進行方差分析，采用 Duncan 新復極差法進行多重比較和差異顯著性(P<0.05)測驗，干物質Logistic方程通過 Originpro 2018進行擬合。

氣象資料源于田間氣象站(Davis Vantage Pro Plus), 2019年5～10月≥12℃有效積溫為2 852.43℃，降雨量 320.60 mm，以8月降雨最多，日照時數1 448.31 h，光照充足，屬正常年份，氣候較利于棉花生長。圖2

圖2 試驗地棉花生育期氣象信息Fig.2 Meteorological information of cotton growing period in the test site

2 結果與分析

2.1 不同品種與播期對麥棉套作棉花生育進程的影響

研究表明，不同播期條件下，2個品種各生育進程的早晚與經歷時間的長短各不相同。隨著播期的推遲，各處理出苗期不變，現蕾期縮短，開花期、吐絮期、全生育期天數先縮短后延長。2個品種生育期天數均以SD1最長，SD1>SD2>SD4>SD3，錦科707在SD2、SD4和SD3較SD1少3.25%、7.2%、10.4%，魯棉2387在SD2、SD4和SD3較SD1少6.45%、7.25%、8.87%。4個播種期中，錦科707現蕾期SD4比SD1提前7 d，魯棉2387現蕾期SD4處理比SD1處理提前15 d，錦科707開花期 SD4處理比SD1處理提前7 d，魯棉2387開花期SD4處理比SD1處理提前1 d，錦科707吐絮期SD4處理比SD1處理延后5 d，魯棉2387吐絮期SD4處理比SD1處理延后8 d。表1

表1 不同品種和播期下麥棉套作棉花生育進程變化Table 1 Effects of different varieties and sowing dates on the growth and development process of wheat-cotton intercropping

2.2 不同品種與播期對麥棉套作棉花葉面積指數( LAI) 的影響

研究表明，不同播期下葉面積指數在整個生育期內呈現先上升后下降的單峰曲線變化，2個品種在不同播期處理下均在8月26日(盛鈴期)左右達到最大值，但不同品種和不同播期處理LAI峰值不同，錦科707在SD2最大，達到5.12，魯棉2387在SD1最大，達到4.35，錦科707表現為SD2>SD1>SD4>SD3，而魯棉2387表現為SD1>SD2>SD4>SD3。不同處理在盛鈴期后，LAI 開始逐漸下降，但不同品種之間下降速度不同。錦科707在SD1和SD2下降速率明顯高于其他播期處理，而魯棉2387各處理下降速率無顯著的差異，適宜的LAI可以使作物合理的利用光能，通風透性較好，有利于提高光合效率，但較多的葉片卻不利于產量的形成。圖3

圖3 不同品種和播期下麥棉套作棉花葉面積指數( LAI)變化Fig.3 Effects of different varieties and sowing dates on cotton leaf area index (LAI)

2.3 不同品種與播期對麥棉套作棉株生物量積累與分配的影響

研究表明，R2均大于0.9, 且均達到顯著水平。不同處理下生物量總積累量的最大值TPA不同，錦科707為SD2處理最大，達到13 390.9 kg/hm2；而魯棉2387在SD1處理最大，達到13 260.1 kg/hm2，但最小均為SD4處理。不同品種、不同播期處理下對生物量積累動態變化的影響是一致的，均表現為隨著播期的推遲。生物量快速累積起始期T1，生物量快速累積結束期T2終止時間提前，生物量最大生長速率Vmax錦科707為SD1處理，達到338.8 kg/(hm2·d)，而魯棉2387為SD2處理，達到350.7 kg/(hm2·d)，同一播期下(除SD2外)，不同品種間，錦科707生物量總積累量最大值TPA均低于魯棉2387。表2

表2 不同品種和播期下麥棉套作棉花干物質積累特征變化Table 2 Changes of dry matter accumulation characteristics of wheat-cotton intercropping with different varieties and sowing dates

2.4 不同品種與播期對麥棉套作棉花單株干物質分配系數的影響

研究表明，棉花葉片干物質分配系數隨著生育期的推進逐漸降低，葉片干物質分配系數隨著播期的推遲而降低，莖稈干物質分配系數隨著生育期的推進先增加后降低，生殖干物質分配系數隨生育進程推進逐漸升高，不同品種和播期對棉花單株干物質分配系數不同。其中錦科707在SD1處理下生殖干物質分配系數增長迅速,由7月11日的4.96%增加到63.32%，而魯棉2387在SD2處理下生殖干物質分配系數由7月11日的2.20%增加到64.07%。錦科707在SD1處理，魯棉2387在SD2處理下有利于營養器官向生殖器官轉移, 有利于生殖分配系數的增加。表3

2. 5 不同品種與播期對麥棉套作對棉花產量及其構成因素的影響

2.5.1 皮棉產量及產量構成因素

研究表明，播期和品種對單位面積鈴數，皮棉產量有顯著的互作效應。不同品種間，不同播期處理皮棉產量存在差異，同一播期內平均皮棉產量在SD2處理下最大，達到1 753 kg/hm2，同一品種內平均皮棉產量錦科707高于魯棉2387，差異顯著。錦科707表現為SD1處理皮棉產量最高，達到1 873 kg/hm2，與SD3、SD4差異顯著，且隨著播期的推遲皮棉產量降低。而魯棉2387表現為SD2處理皮棉產量最高，達到1 767 kg/hm2，SD1和SD3居中，SD4最低，且差異顯著。錦科707在SD1處理單位面積鈴數，單鈴重，衣分均大于其他處理，分別為111.1個/m2，6.67 g，36.65%，錦科707在SD1處理產量較高，而魯棉2387在SD2處理單位面積鈴數，單鈴重最大，分別為99.5個/m2，4.36 g。表4

表4 不同品種和播期下麥棉套作棉花產量及產量構成因素變化Table 4 Effects of different varieties and sowing dates on yield and yield componentsof wheat-cotton intercropping

2.5.2 不同果枝鈴重及成鈴分布

研究表明，不同品種和播期對單鈴重的上部和中部的成鈴分布比例有互作效應，其中播期對中部成鈴分布比例影響顯著。不同品種和播期處理下，2品種均表現為中部果枝鈴重最大。同一品種不同播期處理下，錦科707在SD1處理中上部鈴重最大，分別為4.99和4.84 g/個，而下部鈴重SD3最大，為4.76 g/個。魯棉2387在SD2處理下部、中部、上部鈴重均高于其他處理，分別為3.94、4.61和4.63 g/個。同一品種不同播期間，下部和中部成鈴分布比例隨播期的推遲而增加(除錦科707)，上部成鈴分布比例隨播期的推遲而減少，且達到顯著水平。表5

3 討 論

3.1 品種與播期對麥棉套作棉花生育進程及干物質積累的影響

適宜的播期有利于調節作物生長發育進程與季節良好同步實現高產穩產[11]。王聰等[12]研究得出棉花隨播期的推遲，棉花生育期逐漸縮短的趨勢，苗期日均溫度與有效積溫較高，棉株快速生長，現蕾期提前，開花期延長，吐絮期縮短，研究得出隨著播期的推遲，出苗期不變，現蕾期縮短，開花期、吐絮期、全生育期先縮短后延長，已有的研究指出，開花結鈴期的日均溫、有效積溫和最佳結鈴期的日照時數是影響產量的主要氣候因子[7]

表5 不同品種和播期下麥棉套作對棉花不同果枝部位鈴重及成鈴分布比例變化Table 5 Effects of wheat-cotton intercropping on boll weight and boll formation ratio of different fruit branches of cotton under different varieties and sowing dates

由于6月平均溫度，日照時數較長，使6月10日播種的有效積溫較高，且播期推遲導致的溫光差異是花鈴期歷時差異大的原因[10],6月10日播種的花鈴期平均溫度，日照時數較短，是開花期和吐絮期延長的主要原因。

王聰等[12]認為隨著播期的推遲，光合物質快速累積起始時間T1大幅提前，終止時間稍比T2提前，與研究結果一致，研究得出快速累積起始時間T1和終止時間T2都隨著播期的推遲提前。

生物量積累是棉花產量的物質基礎，群體干物質保持在適宜的范圍內，有利于協調營養生長與生殖生長間的矛盾，為棉花高產建立合理的群體基礎[13]，文明等[14]研究認為，棉花干物質分配動態為莖枝的干物質積累隨著生育呈現先上升后下降趨勢, 生殖器官干物質積累隨著生育期的推進逐漸升高，與研究結果一致，試驗中通過9月26日分析反映出不同品種和播期生殖干物質分配系數和產量的關系得出：推遲播期能在一定程度上促進營養生長，但不利于光合產物向生殖器官的分配，這與盧和全[10]和吳博[15]的研究結果一致。研究得出，在棉花生育前期分配系數會出現較大的波動，錦科707在后期可以看出地上部生殖器官干物質分配系數隨著播期的推遲而降低，魯棉2387后期可看出地上部生殖器官干物質分配系數隨著播期的推遲先上升后降低，合理的播期有利于干物質最終向生殖器官分配，最終達到增加產量的目的。

3.2 不同品種與播期對麥棉套作棉花產量的影響

棉花產量構成三要素中以鈴數、鈴重和衣分，對皮棉產量貢獻最大的是單株鈴數，衣分次之，鈴重最小，其中衣分主要由棉花的遺傳特性決定，而鈴數和鈴重與品種本身的遺傳特性和環境條件均有很大關系，全生育期的平均溫度、日照時數以及花鈴期的平均晝夜溫差會影響單株鈴數和衣分[16-18]，趙新華等[19]和楊長琴等[8]研究發現，隨著播期的推遲，衣分降低；研究也發現，2個品種均是隨著播期的推遲衣分降低，Huang[16]和Khan[20]研究得出正常播種棉花在生育期內充分利用了土壤水分和養分資源，產生較多的棉鈴，皮棉產量顯著高于晚播，與研究結果一致，研究還得出晚播單鈴重顯著低于正常播種，這與賈曉昀等[21]研究結果一致。

晚播棉花生長后期熱量和有效積溫不足，棉鈴發育所需時間延長，造成生育期延長，同時造成吐絮不暢、霜前花率低, 導致產量下降[15]，播期主要是通過影響成鈴數而影響產量[19],陽會兵等[22]研究認為，播種期對上部成鈴影響較大,隨播種期推遲，上部成鈴比例隨播種期推遲先上升后下降，這與研究結果不一致，研究得出同一品種不同播期間，下部和中部成鈴分布比例隨播期的推遲而增加，而上部則隨播期的推遲而減少。可能由于不同品種類型和不同地區氣候條件導致。

適宜播期的棉花有較大的鈴重和鈴數[23-24]，隨龍龍等[25]研究認為，早播條件下棉花頂部棉鈴單鈴重較大,錦科707在SD1處理的單鈴重上部和中部最高，但下部最低，魯棉2387 在SD2處理上部、中部、下部鈴重均高于其他處理，日均溫度較低時對鈴重的增加有明顯抑制作用, 日照時數的增加會導致棉鈴重的降低[26]，由于早期播種的平均溫度較低和日照時數較短，導致錦科707在SD1處理下部鈴重較低和魯棉2387在SD1處理上部、中部、下部鈴重較低。

4 結 論

品種和播期對棉花產量有顯著的互作效應，錦科707在5月10日播期處理下棉花上部和中部鈴重最大，分別為4.99 和4.84 g/個，產量最高，為1 873 kg/hm2；魯棉2387在5月20日播期處理下棉花下部、中部和上部鈴重均高于其他處理，分別為3.94、4.61和4.63 g/個，產量最高為1 767 kg /hm2。不同品種適宜的播期有利于棉花干物質向生殖器官分配，錦科707在5月10日播期處理下生殖干物質分配系數最高為64.07%，魯棉2387在5月20日播期處理下生殖干物質分配系數最高為64.07%。在黃河流域棉區，麥棉套作下錦科707在5月10日、魯棉2387在5月20日播期下可實現棉花高產。