留葉枝棉花高產優質優化栽培措施組合研究

胡以華 張取仁

（1懷寧縣三橋鎮農業站，安徽懷寧 246111；2懷寧縣種植業技術推廣中心，安徽懷寧 246121）

留葉枝棉花指在棉花生長過程中不去葉枝，保留葉枝，在葉枝長有3～5臺果枝時摘去葉枝頂心。留葉枝棉花栽培是棉花輕簡化栽培的重要內容之一，通過增枝減株，減少種植株數，保留葉枝，使單位面積有較多的果枝（含葉枝上的果枝），減少移栽、施肥、噴藥等用工，降低用種量及購種成本，在生產上有應用價值，因而研究留葉枝棉花高產優質栽培技術甚為重要[1-3]。留葉枝棉花栽培技術與去葉枝棉花栽培技術一樣，由各種單項技術有機集合而成，只有各單項技術相互協調應用，才能使棉花高產優質。以往國內研究多停留在留葉枝棉花單項技術上，有關綜合栽培技術措施對留葉枝棉花的影響研究甚少。盡管有人用二次正交旋轉組合設計研究了棉花綜合栽培技術措施對棉花產量及品質的影響[4-7]，但這些研究的對象是去葉枝棉花，其研究結果不適用于留葉枝棉花栽培。為研究留葉枝棉花高產優質優化綜合栽培技術，筆者采用二次通用旋轉組合設計研究了種植密度、純N施用量、K2O施用量對留葉枝棉花產量和品質的影響，以期篩選出優化的農藝措施組合。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗安排在懷寧縣三橋鎮雙河村（東經116.72°，北緯30.61°）。試驗田土質為馬肝土，肥力均勻，土壤含有機質22.4 g/kg、全氮1.29 g/kg、有效磷8.5 mg/kg、速效鉀91 mg/kg，pH值5.6。試驗田前作未種植農作物。

1.2 供試材料

供試棉花品種為中棉所63，由中國農業科學院棉花研究所提供。供試肥料為尿素（含純N 46%，市購）、磷酸二銨（含純 N 18%、P2O546%，市購）、氯化鉀（含 K2O 60%，市購）。

1.3 試驗設計

本試驗共設種植密度（X1）、純 N 施用量（X2）、K2O施用量（X3）等3個栽培因子，各因子水平編碼具體見表1。

表1 試驗各因子的水平設計

采用3因素5水平二次通用旋轉組合設計，共組合了20個處理，各處理設計見表2。

表2 留葉枝棉花高產優質優化栽培措施組合試驗處理

本試驗不設重復。每個試驗小區面積30 m2，種植4行，行距1.2 m，株距根據種植密度而定。小區間步道寬1 m。田間排列形狀近似正方形，以減少試驗誤差，將處理1～14進行隨機排列，處理15～20（0水平處理）均勻分布于試驗區內。試驗地四周設保護行。

1.4 試驗過程

4月16日播種，5月23日移栽。氮肥分4次施用，基肥占25%、蕾肥占15%、花鈴肥占50%、蓋頂肥占10%，基肥在移栽前施用，蕾肥于5層果枝左右時施用，花鈴肥于單株有1個大鈴時施用，蓋頂肥于立秋前后施用。鉀肥分基肥、蕾肥2次施用，基肥占40%，蕾肥占60%。各小區氮肥和鉀肥用量依設計方案而定。磷肥作基肥、蕾肥施用，分配比例為基肥占40%、蕾肥占60%，各處理P2O5用量為112.5 kg/hm2（折算為磷酸二氫銨244.56 kg/hm2），各小區依此用量折算磷肥用量。

各處理中耕、除草、化調、整枝、打頂等田間管理一致，均在一天內完成。

1.5 測定項目及方法

9月20日在每小區中間固定20株作為觀察株，調查棉花株高、果枝數以及單株成鈴數；每小區分別在9月30日、10月15日、10月30日、11月15日采摘吐絮棉鈴50個曬干，測定單鈴重。每小區分次釆收籽棉，單摘、單曬、單稱，記錄實產，最后折算出單位面積實際籽棉產量、霜前籽棉產量以及霜前花率等。

1.6 數據處理

使用Excel軟件對試驗數據進行統計，采用DPS 19.05對數據進行二次多項式回歸分析。

2 結果與分析

2.1 各因素與籽棉產量、霜前籽棉產量間數學模型的建立與檢驗

2.1.1 數學模型的建立。根據表2及其各處理實收籽棉產量、實收霜前籽棉產量，應用二次通用旋轉組合設計原理進行回歸統計分析，建立了種植密度（X1）、純 N 施用量（X2）、K2O 施用量（X3）與籽棉產量（Y1）回歸方程以及種植密度（X1）、純 N 施用量（X2）、K2O 施用量（X3）與霜前籽棉產量（Y2）回歸方程，得方程式（1）和方程式（2）。

通過方差分析，分別對方程式（1）和方程式（2）失擬項、整體效應進行顯著性檢驗。方程式（1）和方程式（2）失擬項檢驗的P值分別為0.947 4、0.871 7，檢驗結果不顯著，表明試驗中其他因素對試驗影響小；檢驗方程式（1）和方程式（2）回歸顯著性的P值分別為0.118 6、0.147 6，均大于0.05，表明2個方程式回歸不顯著，所建立的2個方程式與實測值擬合不好，同時2個方程式中的多個回歸系數顯著性檢驗也不顯著。依據統計學原理，以a=0.05為標準，在保留主因子前提下，分別剔去2個方程式中不顯著的回歸項，從而得到簡化后的回歸方程式（3）和回歸方程式（4）。

2.1.2 各類回歸方程的顯著性檢驗。重新對簡化后的回歸方程式（3）和回歸方程式（4）進行顯著性檢驗。由表3可知，用以檢驗方程式（3）和方程式（4）失擬程度的P值均大于0.05，檢驗結果不顯著，說明除試驗所涉及因素之外的其他未知因素對試驗結果影響很小；用以檢驗回歸方程式（3）、回歸方程式（4）顯著程度的P值均小于0.05，表明試驗3因素與籽棉產量、霜前籽棉產量相依關系密切，有可靠實用性，能用于模擬和預報產量[8-9]。

表3 回歸方程及各類回歸系數的顯著性檢驗結果

經過顯著性檢驗，方程式（3）中純N施用量一次效應達顯著水平，種植密度與純N施用量互作項也達到顯著水平；方程式（4）中種植密度與純N施用量互作項達到顯著水平，K2O施用量的二次效應接近顯著水平。

2.2 各因素對籽棉產量的影響

2.2.1 主效應分析。由方程式（3）可知，從一次項來看，其作用表現為純N施用量>K2O施用量>種植密度。說明純N施用量對籽棉產量起重要作用，種植密度和純N施用量交互作用也對籽棉產量起重要作用，K2O施用量對籽棉產量影響很小。

2.2.2 單因子效應分析。由于方程式（3）中X1和X3一次項回歸不顯著，可不考慮對X1和X3進行單因素效應分析，只將一次項回歸顯著的X2進行單因素效應分析。采用降維法將方程式（3）中的X1和X3固定為0水平，則方程式（3）簡化為一元直線回歸方程，得方程式（5）。表明純N施用量（X2）在編碼值為-1.682～1.682之間時，籽棉產量隨純N施用量增加而增加，純N施用量每增加1個單位，籽棉產量相應增加121.02 kg/hm2。

2.2.3 交互作用分析。上述單因子效應分析，只反映了在特定條件下各單因子對產量影響的簡單效應。實際上各因子并不是孤立影響棉花生長的，而是相互聯系、相互制約、共同影響棉花生長的，各因子之間還存在交互作用。進行交互效應分析，可揭示各因子間的內在聯系，揭示措施間的相互促進或抑制關系，為制定高產優質栽培措施提供依據。

本試驗僅對方程式（3）中交互作用顯著的X1與X2互作效應進行分析。繼續用降維法，將方程式（3）中的X3固定為0水平，得方程式（6），將X1和 X2編碼值分別代入方程式（6），得到X1與X2互作效應值（表 4）。

從方程式（6）可以看出，種植密度和純N施用量存在反向交互作用，它們對籽棉產量有重要影響。由表4可知，在純N施用量水平為-1.682～-1.000時，產量隨種植密度增加而增加；當純N施用量水平為0～1.682時，產量隨種植密度增加而降低；同理，當種植密度水平為-1.682～0時，產量隨著N施用量增加而增加；當種植密度水平為1.000～1.682時，產量隨純N施用量增加而降低；當種植密度為水平-1.682、純N施用量水平為1.682時，籽棉產量最高，達到4 877.66 kg/hm2。說明在純N施用量較少時增加種植密度能增產，當純N施用量較多時適當降低種植密度對增產有利，合理的種植密度搭配適宜的純N施用量才能使籽棉產量最高。

表4 種植密度（X1）和純N施用量（X2）互作對棉花籽棉產量的影響

2.3 各因素對霜前籽棉產量的影響

2.3.1 主效應分析。由方程式（4）可知，從一次項來看，其作用表現為K2O施用量>純N施用量>種植密度，但這3個因素一次項回歸不顯著。K2O施用量的二次效應接近顯著水平，說明其對霜前籽棉產量起重要作用。種植密度與純N施用量互作項達到極顯著水平，說明它們之間交互作用對霜前籽棉產量起著極為重要作用。

2.3.2 單因子效應分析。由于方程式（4）中X1、X2和X3一次項回歸不顯著，可不考慮對X1和X2進行單因素效應分析，只將回歸顯著的X3二次項進行單因素效應分析。用降維法將方程式（4）中的X1和X2固定為0水平，方程式（4）變成了一個一元二次回歸方程，得方程式（7）。將X3不同編碼值代入方程式（7）進行計算，結果表明，K2O施用量水平在-1.682基礎上霜前籽棉產量隨K2O施用量增加而增加，但K2O施用量水平由-1.682增加到-0.336 4時，霜前籽棉產量最高，為3 253 kg/hm2；隨后霜前籽棉產量隨K2O施用量增加而減少。這表明增加K2O施用量可以提高霜前籽棉產量，但是過量施用會降低霜前籽棉產量。

2.3.3 交互作用分析。只對方程式（4）中交互作用顯著的互作項X1與X2進行互作效應分析。繼續用降維法，將方程式（4）中的X3固定為0水平，得方程式（8），將 X1和 X2編碼值分別代入方程式（8），得到 X1與X2互作效應值（表5）。

從方程式（8）可以看出，種植密度與純N施用量也存在反向交互作用。由表5可知，當純N施用量水平為-1.682～-1.000時，霜前籽棉產量隨種植密度增加而增加；當純N施用量水平在0～1.682時，霜前籽棉產量隨種植密度增加而降低。同理，種植密度水平在-1.682～0時，霜前籽棉產量隨純N施用量的增加而增加，當種植密度水平在1.000～1.682時，霜前籽棉產量隨純N施用量增加而降低；當種植密度水平為-1.682、純N施用量水平為1.682時，霜前籽棉產量最高，達3 900.04 kg/hm2。說明在純N施用量較少時增加密度可增加霜前籽棉產量，當純N施用量增加時適當降低密度能提高霜前籽棉產量，當種植密度和純N施用量最協調時霜前籽棉產量最高。

表5 種植密度（X1）和純N施用量（X2）互作對棉花霜前籽棉產量的影響

2.4 棉花高產優質優化措施組合確定

棉花籽棉產量由霜前籽棉產量和霜后籽棉產量構成。霜前籽棉是棉鈴在較高溫度下生長發育而形成的，其內在品質好，符合棉紡工業對棉花內在品質的要求，其產量高低反映棉花品質狀況，在生產上常常將霜前籽棉產量及其占比作為棉花優質與否的重要指標。棉花高產優質指棉花籽棉產量高，同時霜前籽棉產量也高（占比達80%以上）。生產上要求棉花高產與優質兼備，既滿足棉農對產量的要求，又滿足棉紡工業對品質的要求。根據目前懷寧縣棉花產量狀況，本試驗要求篩選棉花高產優質優化栽培措施組合所對應的籽棉產量目標值起點在3 750 kg/hm2以上、霜前籽棉產量目標值起點在3 000 kg/hm2以上，篩選棉花更高產優質優化栽培措施組合所對應的籽棉產量目標值起點在4 125 kg/hm2以上、霜前籽棉產量目標值起點在3 300 kg/hm2以上，篩選棉花超高產優質優化栽培措施組合所對應的籽棉產量目標值起點在4 500 kg/hm2以上、霜前籽棉產量目標值起點在3 600 kg/hm2以上。本試驗根據上述所建立的數學模型，取步長為1，將不同種植密度、純N施用量、K2O施用量的因子碼值代入籽棉產量回歸方程，對3因子5水平的125套組合方案進行模擬仿真試驗，獲得籽棉產量為3 750～4 125 kg/hm2組合方案42套，占33.6%；獲得籽棉產量為4 125～4 500 kg/hm2組合方案53套，占42.4%；獲得籽棉產量>4 500 kg/hm2組合方案15套，占12%。同理，獲得霜前籽棉產量為3 000～3 300 kg/hm2組合方案47套，占37.6%；獲得霜前籽棉產量為3 300～3 600 kg/hm2組合方案23套，占18.4%；獲得霜前籽棉產量>3 600 kg/hm2組合方案10套，占8%。根據棉花高產優質對霜前籽棉產量的要求，將籽棉產量為3 750～4 125 kg/hm2與霜前籽棉產量為3 000～3 300 kg/hm2、籽棉產量為4 125～4 500 kg/hm2與霜前籽棉產量為3 300～3 600 kg/hm2、籽棉產量>4 500 kg/hm2與霜前籽棉產量>3 600 kg/hm2所對應的因子取值范圍取其交集，即得到數學上統籌兼顧的最優解，也就是產量與品質兼顧的優化措施組合方案。由表6可知，不同產量水平下，留葉枝棉花兼顧產量與品質的優化栽培措施組合各因子取值范圍有差異，總體上向更高產量與更好品質水平邁進時，要降低種植密度、減少K2O施用量，增加純N施用量。

表6 不同產量水平下棉花產量與品質兼顧的優化措施組合

表6 （續）

3 結論與討論

本研究結果表明：K2O施用量對棉花籽棉產量影響很小，純N施用量與籽棉產量呈直線回歸關系；種植密度和純N施用量存在反向交互作用，共同影響籽棉產量，當純N施用量較少時增加密度能增產，當純N施用量較多時適當減小種植密度對增產有利。K2O施用量增加可提高霜前籽棉產量，但過量施用會降低霜前籽棉產量；種植密度與純N用量也存在反向交互作用，二者共同影響霜前籽棉產量，當純N施用量較少時增加密度可增加霜前籽棉產量，當增加純N施用量時適當減小種植密度能提高霜前籽棉產量。根據模擬仿真試驗，在不同產量水平下，其產量與品質兼顧的優化措施組合方案為：在籽棉產量為3 750～4 125 kg/hm2與霜前籽棉產量為3 000～3 300 kg/hm2條件下，種植密度為29 831～31 938株/hm2，施肥量為純 N266.95～304.88kg/hm2、K2O 185.71～213.62 kg/hm2；在籽棉產量為4 125～4 500 kg/hm2與霜前籽棉產量為3 300～3 600 kg/hm2條件下，種植密度為27 022～31 424 株/hm2，施肥量為純 N 259.08～334.17 kg/hm2、K2O 166.95～218.39 kg/hm2；在籽棉產量>4 500 kg/hm2與霜前籽棉產量>3 600 kg/hm2條件下，種植密度為17870～20310 株/hm2，純 N、K2O 施用量分別為 444.42～488.35、144.24～209.71 kg/hm2。

從本試驗結果看，隨著籽棉產量提高，施氮量增加，種植密度下降，K2O施用量減少。由此表明，留葉枝棉花栽培各單項技術措施要相互協調配合，才能取得最大成效。棉花籽棉產量是棉花生物學產量與經濟系數的乘積，要提高棉花籽棉產量，就要增加生物學產量，提高經濟系數。因棉花生物體由水分、有機物（蛋白質、脂肪、碳水化合物等）、礦物元素（氮、磷、鉀等大量元素及硼、鋅、銅、鐵等微量元素）組成，而氮是蛋白質的構成元素之一，也是葉綠素的構成元素之一，增加生物學產量就要增加氮肥施用量，而施氮量與種植密度呈反向互作關系，增加施氮量應相應減小棉花種植密度，才能獲得高產，否則易引起田間群體惡化，導致減產。這也符合留葉枝棉的生長特點。留葉枝棉花雖減少了種植株數，但其每株都有1～5個葉枝，每個葉枝上又長有數個果枝，單位面積主莖和葉枝數多于去葉枝棉花主莖數，相當于單位面積增加了種植株數。因此，要想提高產量，應適當降低種植密度，配合施用較多的氮肥。