不同密度下南疆陸地棉鈴形及各組分干物質發育規律

宋 佳, 何良榮, 郭金成, 郭偉鋒, 胡守林, 曹新川

(塔里木大學農學院,新疆阿拉爾 843300)

作物生產是群體生產的過程,群體內各個體間相互獨立又密切聯系,作物高產是群體數量和質量相互協調的結果[1-3],作物群體質量受播期、密度、施肥等栽培措施的影響[4-6]。合理密植是作物高產的重要技術措施[7],研究種植密度對作物群體干物質累積的影響對作物產量提高具有重要意義。

棉鈴作為棉花生產中重要的經濟產物[8],是由鈴殼、纖維和棉籽組成。棉纖維的產量及品質與品種遺傳和環境因素密切相關,適宜的密度有助于改善棉株的通風透光情況,提高光合利用率,密度過高容易導致棉株生長發育受阻、產量下降。馮艷波等研究發現,正常播種情況下纖維、棉籽干物質累積量分別在開花后16～52、13～53 d快速增加,鈴殼干物質量在22～28 d達到最大值,棉纖維和棉籽干物質在花后45 d左右達到最大值[9]。棉鈴變化不僅表現為內部充實物的變化,也表現為外在體積的變化;而體積變化則具體表現為鈴縱徑和鈴橫徑的變化。劉萍等研究發現,棉鈴體積、鈴縱徑和鈴橫徑在30～35 d趨于穩定,10～20 d橫徑增長最快,20～30 d體積和縱徑增長最快[10]。王修山等用方程模擬推測出鈴縱徑是影響鈴質量最顯著的指標[11]。棉鈴鈴部性狀特征前人已做大量試驗,但因區域、品種遺傳、栽培方式等不同而出現差異。本試驗通過研究3種密度下28個陸地棉材料棉鈴各組分干物質的累積規律和鈴形性狀變化規律,以期為新疆南疆陸地棉高產栽培及新品種選育提供理論依據。

1 研究方法

1.1 試驗材料

本試驗材料為7個親本:新陸中37、99B/R9、新陸中51、德0905/R2//無號卡、德0905/R2、新宇7號/R6、德0905/R2//新宇7號/R6,以Griffing-Ⅱ方式配置雜交種21個。

1.2 試驗方法

2021年4月13日將7個親本及F1代種植于新疆阿拉爾市12團11連。本試驗采用隨機區組設計,設置3次重復,小區行長4 m,株行比配置為(10+66+10+66+10)cm。種植方式為人工點播。分別設置高密度(24萬株/hm2)、中密度(18萬株/hm2)和低密度(12萬株/hm2),肥水管理同大田生產。

7月11日選取當日盛開的花統一掛牌,5、10、15、20、25、30、40、50 d在每個小區隨機取9個棉鈴,用排水法測定鈴體積,游標卡尺測定鈴縱徑(棉鈴鈴尖到基部),最大粗徑為鈴橫徑;室內分解為鈴殼、纖維和棉籽,將鮮樣置于 105 ℃烘箱中殺青 0.5 h,然后將溫度調至80 ℃烘至恒質量,稱各組分干質量。

1.3 分析方法

利用Logistic曲線擬合棉鈴各部分干物質及鈴形性狀,并估算方程的累計特征值Wm、速度特征值(最大累積速率vm以及出現時間t0)、時間特征值(進入快增期時間t1和結束快增期時間t2、快增期的持續時間Δt)[12]。利用Origin 2019和DPS 7.05數據處理系統進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同密度下陸地棉單鈴不同發育時期各組分干質量變化趨勢

由圖1可知,高、中、低3種密度下棉鈴各組分干質量變化趨勢基本相似。鈴殼干質量在5～30 d生長速度較快,且在30 d達到最大值,之后由于同化物質向種子、纖維輸送,干質量逐漸下降,最終干質量表現為中密度處理>低密度處理>高密度處理。3種密度處理的纖維干質量在5～20 d生長緩慢,20～25 d生長速度略有上升,25～30 d生長速度加快,幾乎呈直線增長,30～50 d纖維干質量持續增加,最終低密度處理干物質量大于中密度處理,但生長速度卻慢于中密度處理,可能是因為棉鈴在50 d已經進入吐絮期,但還沒有達到完全成熟的程度;高密度處理生長起始質量雖然高于中密度和低密度處理,但最終積累量低于中密度和低密度處理。3種密度處理的棉籽干質量在5～10 d生長緩慢,高密度處理10～25 d生長速度加快,幾乎呈直線增長,25～50 d生長速度略有下降;中密度處理10～50 d基本呈直線增長;低密度處理10～30 d生長速度明顯增大,幾乎呈直線增長,30～50 d生長速度略有降低,棉籽干質量最終表現為中密度處理>低密度處理>高密度處理。鈴殼作為源頭將光合產物轉運到纖維和棉籽,干質量先增加后下降;纖維干物質量在不同密度處理的變化趨勢基本相同,低密度處理增質量快于中密度處理,中密度處理又快于高密度處理,最終干質量亦如此;棉籽的干物質量在中密度處理增加速度最快, 可能是由于密度適中,營養物質有效運輸,導致棉籽干物質累積速度快,最終干物質量最大。

2.2 不同密度下陸地棉單鈴不同發育時期鈴形性狀變化趨勢

棉鈴鈴形性狀變化趨勢如圖2所示。高密度下,5～25 d體積生長速度較快,幾乎呈直線增長并在25 d達到最大值,25～40 d體積略有下降,可能是由于棉鈴內部含水量逐漸減少,40～50 d體積基本不變;鈴縱徑在5～25 d呈上升趨勢,25～50 d略有上升;鈴橫徑在5～25 d呈上升趨勢,25～30 d呈下降趨勢,30～50 d基本保持不變。中密度處理的體積在5～25 d呈直線增長,25～30 d減小,30～50 d 略有上升;鈴縱徑在5～25 d生長較快,25～30 d 生長緩慢,30～50 d略有上升;鈴橫徑在5～20 d 呈上升趨勢,20～25 d略有下降,25～50 d繼續增加。低密度處理的體積在5～25 d生長速度較快,幾乎呈直線增長,25～40 d生長緩慢,40～50 d下降;鈴縱徑在5～20 d生長較快,20～25 d基本持平,25～30 d略有上升,之后基本保持不變;鈴橫徑5～25 d呈直線增長,25～40 d緩慢下降,40～50 d緩慢上升。結果表明,3種密度處理的鈴體積、鈴縱徑和鈴橫徑均在5～25 d快速增長,30 d后趨于穩定,50 d的鈴體積、鈴縱徑表現為低密度處理>中密度處理>高密度處理,鈴橫徑為低密度處理>高密度處理>中密度處理。

2.3 不同密度下陸地棉單鈴各組分干質量生長特征值差異

由表1可知,不同密度棉鈴各組分干物質累積呈“S”形曲線,且Logistic方程擬合均達極顯著水平(P<0.01)。各處理的鈴殼最大累積量為1.73～1.86 g,隨著密度降低而增加。速度特征值表明,最大生長速率出現時間隨密度降低而增加,在低密度處理達到最大值(13.12 d),與中密度處理無顯著差異(P>0.05),與高密度處理存在極顯著差異;高密度和低密度處理的最大累積速率無顯著差異,與中密度處理存在極顯著差異。時間特征值表明,3種密度處理的時間特征值存在極顯著或顯著差異,中密度處理進入快增期時間最早, 結束快增期時間最晚,持續時間最長。

表1 不同密度處理陸地棉單鈴各組分干物質生長特征值比較

纖維干物質的最大生物累積量隨密度降低呈先上升后下降的趨勢,但無顯著差異。速度特征值中,最大累積速率出現時間隨密度降低而降低,低密度處理出現時間最早,為31.29 d,與高密度處理出現的最晚時間33.24 d存在極顯著差異;最大累積速率隨密度降低而上升,且各密度處理間存在極顯著差異,低密度處理最大,為0.12 g/d。時間特征值上,進入快增期的時間無顯著差異,均在23 d左右,高密度處理快增期持續時間最長,但由于密度過高,累積速率較慢,最終累積量最低。中密度處理快增期持續時間適中,累積量最大,這可能與棉花種植密度有關,適宜的密度有利于干物質累積。低密度條件下棉花營養供應充足,快增期持續時間最短。

不同密度下棉籽干物質的生長特征值存在顯著或極顯著差異,表明密度會影響棉籽的生長發育。高密度處理最大累積量和最大累積速率均最小,且與中密度處理存在極顯著差異;進入快增期時間最快,與低密度處理無顯著差異,與中密度處理存在極顯著差異;快增期持續時間最長,為 21.99 d,與低密度處理存在顯著差異。中密度處理的最大累積量最大(2.53 g),最大累積速率極顯著高于高密度處理,與低密度處理無顯著差異,最大累積速率出現時間和結束快增期時間均晚于其他2個密度;低密度處理結束快增期時間均較早,持續時間最短,最大累積量適中。

2.4 不同密度處理陸地棉單鈴鈴形性狀生長特征值差異

對不同密度處理棉鈴體積進行Logistic方程擬合,結果見表2。不同密度處理的擬合結果均較好,達到了極顯著水平。最大累積量在23.99～25.46 cm3之間,隨著密度增加呈下降趨勢,各密度處理之間存在極顯著差異。高密度處理的最大累積速率出現時間在13.14 d,與低密度處理存在顯著差異;最大累積速率為1.85 cm3/d,與其他2個密度處理無顯著差異;進入快增期較晚,結束時間較早,快增期持續時間較短。中密度處理最大累積速率出現時間較早,最大累積速率適中,進入快增期時間較早。低密度處理最大累積速率出現時間均晚于中密度和高密度處理,最大累積速率小于中密度和高密度處理,快增期持續時間最長。體積累積量和快增期持續時間表現為低密度處理>中密度處理>高密度處理。

表2 不同密度處理陸地棉單鈴體積生長特征值差異比較

對不同密度鈴處理的縱徑、鈴橫徑進行Logistic方程擬合,結果見表3。不同密度處理擬合結果均較好,達極顯著水平。鈴縱徑在高密度處理的最大累積量為45.36 mm,與中密度處理無顯著差異,與低密度處理存在極顯著差異;最大累積速率出現時間最晚;最大累積速率與其他2個密度處理無顯著差異。中密度處理的最大累積量最小,為 45.33 mm;最大累積速率出現時間較早,與低密度處理無顯著差異,與高密度處理存在極顯著差異;最大累積速率最大,為2.58 mm/d。低密度處理的最大累積量最大(46.03 mm),快增期持續時間最長,達到12 d。

表3 不同密度處理陸地棉單鈴縱徑、橫徑生長特征值差異比較

高密度處理的鈴橫徑最大累積量為33.17 mm,與中密度處理相同,與低密度處理無顯著差異;最大累積速率出現時間均較中密度和低密度處理晚;最大累積速率與中密度處理相同,較低密度處理小,快增期進入和結束時間均較晚。中密度處理快增期持續時間最長。低密度處理的最大累積量、最大累積速率出現時間和快增期持續時間均低于中密度和高密度處理,最大累積速率高于其他2個密度處理。

3 討論

種植密度決定著群體數的大小,影響棉花個體生長發育和競爭、產量形成以及品質提升[13-14]。棉鈴是協調棉花源庫關系的主要器官,在發育早期,鈴殼主要作為庫接受葉輸送的光合產物,后期將光合產物轉運到纖維和棉籽,與自身生長發育存在競爭關系。干物質作為產量形成的基礎,其物質累積與合理分配是提高作物產量的關鍵[15]。

棉鈴的生長發育與環境密切相關,不同的環境不僅影響棉鈴的數量與質量,還調節植株營養運輸情況[16-17]。本試驗棉鈴各組分(鈴殼、纖維和棉籽)和鈴形性狀(體積、長和直徑)在3種密度的生長趨勢基本相同,表明外界條件對棉鈴的生長發育具有一定的影響,但不改變總體趨勢,這一點與薛曉萍等的研究結果[18-19]一致。徐敏等研究發現,鈴殼干物質累積量前期較多,分配比例在前期占有絕對優勢,之后迅速下降[20]。本研究也印證了這一規律,鈴殼30 d即可達到最大值,之后緩慢下降;纖維和棉籽干物質量30～50 d快速增加,幾乎呈直線增長;體積、鈴縱徑和橫徑0～25 d生長較快,25～50 d在一定范圍內波動。環境中充足的水分會影響棉鈴體積的增大[21-22],水分變少會導致棉鈴體積減小[23]、鈴殼變薄[24-25]。本試驗與前人研究結果基本相同,在高密度下,鈴殼干質量和體積均最小。徐乃銀等認為棉鈴體積、鈴橫徑和鈴縱徑與鈴質量之間都存在極顯著正相關關系[26],因此在陸地棉品種選育時可以有目的地選擇棉鈴縱徑、橫徑和體積均較大的。中密度處理的纖維最終干質量小于低密度處理,可能是因為最后一次取樣時,雖然棉花生育期進入吐絮期,但還沒有達到完全成熟的程度。鈴殼和棉籽干質量在中密度處理最大,低密度處理次之,高密度處理最小。

對不同密度鈴殼、纖維和棉籽進行Logistic方程擬合,棉鈴累積過程符合“S”形變化,擬合效果較好,均達到極顯著水平,這與前人研究結果[27-31]一致。本研究表明,鈴殼的累積早于種子和纖維的累積,且累積速度較快;鈴殼干物質的累積集中在7～18 d,高密度、低密度處理進入快增期時間較晚,結束時間較早。與中密度處理相比,快增期持續時間短。不同密度處理的纖維、棉籽快增期分別為22～43、15～38 d,說明棉籽快速發育時間早于纖維發育。隨著密度降低,棉鈴體積增大,這與周治國等的研究結果[32]一致。棉鈴體積在開花受精后35 d內增長較快,這與陳冠文等的研究結果[33]出現差異,可能與品種和所處環境有關。

4 結論

研究表明,棉鈴各組分和鈴形性狀的累積快慢不同,但生長趨勢基本相同。其中,鈴殼30 d即可達到最大值,之后緩慢下降;纖維和棉籽干物質 30～50 d生長加快,幾乎呈直線增長。體積、縱徑和橫徑0～25 d生長較快,25～50 d在一定范圍內波動。比較不同密度棉鈴各組分和鈴形性狀,低密度鈴殼累積量最大,最大累積速率出現時間最晚;棉籽和纖維在高密度處理快增期持續時間最長,中密度的累積量最大,纖維干物質累積量無顯著差異,棉籽在高密度和中密度處理中存在極顯著差異。各密度間體積最大累積量和快增期持續時間存在極顯著或顯著差異,且低密度處理>中密度處理>高密度處理;鈴縱徑最大累積量在高密度和中密度處理無顯著差異,極顯著低于低密度處理;鈴橫徑特征值在3種密度下無顯著差異。不同密度特征值之間存在顯著或極顯著差異,表明陸地棉棉鈴發育不僅受材料遺傳特征影響,還受環境影響。在栽培上應創造棉鈴發育的適宜環境條件,新疆南疆地區陸地棉栽培應以中密度為主。