密度和灌溉量對無膜棉冠層光分布、產量及品質的影響

摘要：為了明確無膜栽培下不同密度和灌溉量配置對中棉619棉花冠層光分布、產量及纖維品質的影響，設置2個密度18萬、24萬株/hm2（M1、M2處理）和3個灌水量4 200、5 100、6 000 m3/hm2（W1、W2、W3處理），對不同密度和灌溉量配置下的棉花株高、葉片數、葉面積指數、冠層光截獲率、產量、纖維品質進行分析，結果表明：（1）棉花株高隨種植密度的增加而降低，整體表現為M1gt;M2，且隨灌水量的增加而增加。在花鈴期前，葉片數、葉面積指數、光截獲率整體表現為M1gt;M2，葉面積指數、光截獲率均隨灌水量的增加而提高；花鈴期后整體表現為M2gt;M1，隨灌水量增加呈先增后降趨勢。（2）籽棉產量隨密度與灌水量的增加而提高；馬克隆值隨密度增加而提高，隨灌水量的增加而先增后減；伸長率隨密度的增加而降低，隨灌水量的增加呈先增后降。（3）密度、灌水量以及密度與灌水量互作對籽棉產量有顯著影響；密度和灌水量對馬克隆值、伸長率有顯著影響。綜上所述，密度與灌水量通過協調冠層光截獲率，促進光合產物的積累而實現增產。M2W2配置下，籽棉產量較高，且生長后期冠層光截獲率、葉片數、葉面積指數優于M2W3處理，符合南疆棉花實際生產情況和節水需求。

關鍵詞：密度；灌溉量；冠層光分布；產量；纖維品質

中圖分類號：S562.04；S652.07" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）03-0078-06

常" 毅，張變兄，陳國棟，等. 密度和灌溉量對無膜棉冠層光分布、產量及品質的影響［J］. 江蘇農業科學，2025，53（3）：78-84.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.011

收稿日期：2024-01-31

基金項目：新疆生產建設兵團指導性科技計劃（編號：2023ZD103）；棉花生物學國家重點實驗室開放課題（編號：CB2022A21）；塔里木大學校長基金（編號：TDZKCX202309、TDZKSS202201）。

作者簡介：常" 毅（2001—），男，陜西商洛人，碩士研究生，研究方向為作物逆境生理生態與綠洲農作制度。E-mail：2993245499@qq.com。

通信作者：陳國棟，博士，教授，研究方向為多熟種植理論與技術、作物高產理論與技術。E-mail：cgdzky@163.com。

棉花是我國種植面積最大、產業鏈最長的經濟作物，對農業和國民經濟健康發展具有重要作用［1］。國家統計局關于2022年棉花產量的公告中指出，全國棉花播種面積為300.03萬hm2，其中新疆播種面積為249.69萬hm2；全國棉花平均產量為 1 992.2 kg/hm2，而新疆棉花平均產量為 2 158.9 kg/hm2，新疆是棉花種植區中唯一高于全國棉花產量均值的地區［2］。新疆擁有充足的光熱資源［3］，棉花種植已成為當地的經濟支柱產業。棉花覆膜種植可以達到增溫、早發、抑鹽、增產的效果［4］。然而，地膜清理不干凈也會導致田間“白色污染”嚴重［5］。為了從根源治理白色污染，對無膜栽培棉花的研究力度逐漸加大［6-7］。無膜栽培棉花的密度是影響棉花產量的重要因素［8］。適宜的種植密度是改良棉花品質與提高棉花產量的重要手段［9］，也是改良纖維品質的重要措施［10］。在干旱區，適宜的灌溉量可以提高棉花產量和品質，并提高水分利用率［11］。

光合作用的強弱對棉花產量有直接影響，適宜的密度和灌溉量可以優化棉花的生長環境，提高光合作用效率，改善冠層光環境，調節密度和灌溉量可以改善棉花冠層光分布［12］。適當灌溉可以增加土壤水分含量，改善土壤水分狀況，提高棉花的生長速度和光合作用效率，增加棉花葉片面積和數量，改善棉花的冠層光環境［13］。密度和灌溉量對無膜栽培棉花產量的影響主要表現在2個方面：一是可以明顯改善棉花冠層光環境，從而提高棉花的光合作用效率，增加棉鈴數和棉花重量；二是適宜的灌溉量可顯著提高土壤含水量，改善棉花生長環境，增加棉花產量，改善棉花品質［14］。

為了明確無膜栽培條件下密度和灌溉量影響產量的光合機制，本研究通過無膜栽培棉花大田試驗，分析不同密度、灌溉量對無膜棉花株高、葉片數、PAR冠層光截獲率、產量及其組成因素、纖維品質的影響，并提出適宜新疆南疆地區無膜棉的密度與灌水配置，旨在為南疆大田發展棉花產業提供一定的理論依據。

1" 材料與方法

1.1" 試區概況

試驗于2021年在新疆阿拉爾市塔里木大學（40°32′42″N，81°18′53″E）進行。試驗地所在地區光熱資源豐富，年均日照3 031.2 h，年均降水量46.7～69.5 mm，年均蒸發量1 989.7～2 049.6 mm；試驗地土壤為沙壤土，pH值為7.93，有機質含量為10.59 g/kg，含全氮1.72 g/kg、有效磷 29.66 mg/kg、速效鉀162.31 mg/kg。

1.2" 試驗設計

選取無膜栽培表現較好的品種中棉619為試驗材料。試驗采用雙因素裂區設計，行距為76 cm，株距為10 cm。主區為2個密度處理，即：M1，18萬株/hm2；M2，24萬株/hm2。副區為3個灌溉量處理，即：W1，4 200 m3/hm2；W2，5 100 m3/hm2；W3，6 000 m3/hm2。每個處理重復3次。采用滴灌帶方式，各小區均安裝水閥表控制并記錄灌水量。于2021年4月16日進行播種，生育期進行10次灌水追肥，田間除草、化控等田間管理按當地常規操作，7月15日進行打頂，10月25日收獲。

1.3" 測定項目

1.3.1" 主要農藝性狀

每個小區內、外行分別選取具有代表性、長勢均勻且連續的棉株各5株，將選定的10個棉株進行卡牌標記，分別在蕾期、初花期、盛花期、花鈴期、鈴期、吐絮期不同生育時期取樣，測量棉株的株高、葉片數。

葉面積計算：在棉花各個生長時期中，取每個小區中的連續4株棉花，從棉株中摘下所有綠色葉片，然后將葉片正面向下且無重疊地在白板上鋪平。標板（黑絨布10 cm×10 cm）和小區號放在白紙同一角，用像素為800萬以上的設備進行正面拍照，以jpg格式存儲圖像。對照片進行圖像處理，進一步計算綠葉面積，按照總株數計算群體葉面積指數。

1.3.2" 光截獲率

在棉花的蕾期、初花期、盛花期、花鈴期、鈴期、吐絮期，各試驗小區采用LI-191SA（美國LI-COR 250A）線性光量子傳感器測定不同處理下冠層的頂部入射PAR、反射PAR（PARa）、離地15 cm處的PAR（PARb），測定面積為1 m×12.7 m。選取各小區的邊行、中間行等5處，在晴朗無風天氣，于12：00對小區內長勢均勻的區域進行測定。

冠層PAR透過率（Br）、反射率（Ar）、截獲率（In）參考朱相成等的方法［15］計算。

Br=PARb/PAR；（1）

Ar=PARa/PAR；（2）

In=（PAR-PARa-PARb）/PAR×100%。（3）

1.3.3" 產量及其構成因素

收獲期在各個小區內選取具有代表性的連續10株棉花，測定單株鈴數、單位面積鈴數。同時，在各小區中選擇有代表性的植株，分別從上部7以上果枝、中部4～6果枝、下部1～3果枝中各取吐絮鈴20個，測定單鈴重，將每個小區的棉花全部實收測定籽棉產量，軋花測定皮棉產量和衣分。

1.3.4" 纖維品質

棉花收獲后，每個小區收取50個棉鈴，采用HFT9000型大容量纖維測試儀，測定馬克隆值、比度、整齊度、強度、成熟度、伸長率6個指標。

1.4" 數據處理與統計分析

試驗所有數據均為棉株各生育時期不同處理3次重復的平均值，采用Microsoft Excel 2021進行數據整理和作圖，用DPS 9.01進行兩因素完全隨機試驗進行方差分析，并用Duncans新復極差法進行樣本平均數的差異顯著性比較。

2" 結果與分析

2.1" 不同處理對無膜棉株高和葉片數的影響

由圖1可知，不同處理下株高在生長期的變化一致，在蕾期至盛花期增長較快，盛花期至花鈴期增長緩慢，花鈴期打頂后略有降低。在2種密度下各生育期株高整體表現為M1gt;M2。株高在初花期至鈴期2種密度下均表現為W3gt;W2gt;W1。初花期，M1W3處理較M2W1處理顯著高22.46%。盛花期，M2W3處理較M2W1處理顯著高16.44%。花鈴期與鈴期株高變化趨勢一致，均為M2W3處理最高，與M2W1、M2W2處理差異顯著。可見，高密度下會株高會受到抑制；2種密度下，增加灌溉量均會促進株高的增長。

由圖2可知， 花鈴期至吐絮期， 葉片數表現為M2gt;M1，在2種密度下均表現為W2gt;W3gt;W1。花鈴期時， M2W2處理的葉片數較M1W1處理顯著

高22.31%。鈴期，M2W2處理的葉片數較M1W1處理顯著高26.48%。吐絮期，M2W2處理的葉片數較其他處理高17.41%～31.84%，差異顯著。可見，葉片數在生育后期變化較大，較高的密度會促進葉片數增加；2種密度處理下，葉片數均隨灌水量而先增后降。

2.2" 不同處理對無膜棉葉面積指數的影響

由圖3可知，蕾期至盛花期，葉面積指數整體表現出M1gt;M2，在2種密度下均表現出W3gt;W2gt;W1，W3處理比W2處理高6.20%～11.84%，W3處理比W1處理高18.55%～31.07%。花鈴期至吐絮期，葉面積指數表現出M2gt;M1，2種密度下均表現出W2gt;W3gt;W1，W2處理比W3處理高1.29%～10.20%，比W1處理高14.44%～29.30%。可見，在生長前期，低密度下葉面積指數更高，且隨灌水量的提高而增加；在生長后期密度規律與前期相反，且隨灌水量提高先增后降。

2.3" 不同處理對無膜棉冠層光截獲率的影響

由圖4可知，蕾期至盛花期，PAR光截獲率表現為M1gt;M2，在2種密度下均表現為W3gt;W2gt;W1；W3處理比W2處理高1.49%～4.85%，比W1處理高3.54%～6.99%。花鈴期至吐絮期，PAR光截獲率在同一灌水量下表現為M2gt;M1，在2種密度下均表現為W2gt;W3gt;W1；W2處理比W3處理高1.97%～5.03%，比W1處理高4.47%～14.42%。可見，密度、灌水量對棉株冠層PAR光截獲率的影響與對葉面積指數的一致。

2.4" 不同處理對無膜棉產量及其構成因素的影響

密度顯著影響了棉花的單株鈴數、單鈴重和籽棉產量（表1）。在W1灌溉量下，M2處理的單株鈴數、單鈴重比M1處理顯著提高11.03%、4.81%，籽棉產量顯著提高15.72%；在W2灌溉量下，M2處理的單株鈴數、單鈴重比M1處理顯著提高22.42%、15.23%，籽棉產量顯著提高5.71%；在W3灌溉量下，M2處理的單株鈴數、單鈴重比M1處理顯著提高43.03%、21.09%，籽棉產量顯著提高4.59%。灌水量對單鈴重有顯著影響。單株鈴數、單鈴重、籽棉產量均隨灌水量的增加而增加。M1密度下，單鈴重表現為W3、W2處理比W1處理高5.26%、0.69%；M2密度下，單鈴重表現為W3、W2處理較W1處理高21.62%、 10.70%。 密度與灌水量互作對單株鈴數、單株鈴重、籽棉產量均有顯著影響，表現為隨種植密度、灌水量的增加而提高。在各配置中，M2W3處理的籽棉產量最高，但與M2W2、M1W3、M1W2處理無顯著差異。

2.5" 不同處理對無膜棉品質的影響

密度和灌溉量對棉花纖維比度、整齊度、強度均無顯著影響（表2）。灌溉量對馬克隆值有顯著影響，隨灌溉量的增加先升后降；伸長率在同一灌溉量下均表現為M1處理顯著高于M2處理。M1密度下，W3、W2處理的馬克隆值比W1處理高12%、18%；M2密度下，W3、W2處理的馬克隆值比W1處理高5.1%、7.4%。W1灌溉量下，M1處理的伸長率比M2處理高7.94%；W2灌溉量下，M1處理的伸長率比M2處理高19.49%；W3灌溉量下，M1處理的伸長率比M2處理高7.14%。在各配置中，M1W2、M2W2處理的纖維品質較好。

2.6" 無膜棉產量品質相關性分析

由表3可知，葉面積指數與葉片數、PAR光截獲率呈顯著或極顯著正相關，說明葉面積指數和PAR光截率均隨葉片數的增加而提高。單株鈴數與單鈴重呈顯著負相關，說明單株鈴數越多單鈴重越小。籽棉產量與PAR光截獲率、單株鈴數呈顯著

負相關，與單鈴重呈極顯著正相關，說明PAR光截獲率、單株鈴數、單鈴重的提高會使籽棉產量增加。馬克隆值與葉片數、PAR截獲率呈顯著正相關，與葉面積指數呈極顯著正相關。整齊度與葉片數、葉面積指數呈顯著負相關，與馬克隆值呈極顯著負相關。強度與皮棉產量呈顯著正相關。比度與單株鈴數呈極顯著正相關，與單鈴重呈顯著正相關。

3" 討論

3.1" 密度和灌水量提高棉花產量和品質

密度與灌水量均對棉株具有調控作用。密度的增大會使群體對養分的競爭增大，從而抑制個體發育［16］。而灌水量的增加則對鹽堿地棉株的營養生長具有促進作用［17］。密度與灌水量的抑制與促進作用，對棉株個體和群體具有重要意義［18］。本研究發現，高密度會抑制棉花株高增長［19］，灌水量的增加則會促進株高增長［20］。但葉片數、葉面積指數、PAR冠層光截獲率在生長后期均隨灌溉量的增加呈先增后降的趨勢，與成厚亮等的研究結果［21］一致。其原因可能是，過低灌水量下的棉株根系易受到鹽堿脅迫［22］，而過高灌水量易使土壤養分淋失［23］。密度、灌水量對棉花單株鈴數與單鈴重有顯著影響［24］。黃真真等的研究顯示，單株鈴數隨灌水量的增加而增加［25］，與本試驗結果一致。籽棉產量在M2W3處理下最高，達6 804.10 kg/hm2，這與張變兄等的研究結果［26］一致。

棉花纖維品質主要受遺傳性狀的影響，栽培方式、環境條件對棉花纖維品質也有一定影響［27］。Dong等的研究指出，密度對棉花纖維品質不會造成影響［28-29］。Buttar等的研究指出，灌水對棉花品質具有重要影響［30］。本研究發現，密度對中棉619的比度、強度、整齊度均無顯著影響，伸長率在隨密度增高有所降低［31］。成熟度在高密度下更高，可能是高密度下養分轉移較早所導致。同一灌水量下，馬克隆值在2種密度無顯著變化，與王海濤等的結論［27］一致，可能是品種遺傳性狀和試驗地氣候的不同而導致。馬克隆值與伸長率隨灌水量增加先升后降。灌水量對棉花纖維品質影響的研究較少，仍需進一步研究。

3.2" 密度和灌水量提高棉花光合產物

光合產物的積累是棉花產量形成的基礎［32］。密度主要通過改善群體光合能力進一步影響物質積累［33］。在合理范圍內，光截獲率隨密度增加而提升［34］；適當增加密度，可以改善棉株群體間通風透光能力，提高光合有效輻射和光能利用率［35］。光截獲率受到葉片生理特點以及冠層結構的影響。增加灌水量可以促進葉片生長［20］，提高光合能力［36］，促進光合產物的形成［37］。本研究M2密度下，光截獲率在生長后期總體上更高，其原因可能是高密度種植下冠層結構合理且養分轉移較早，提高了單鈴重，因此產量更高。在生長后期2種密度下，光截獲率隨灌水量的增加先增后減，說明過量灌水對光截獲率有一定的抑制作用［38］。

4" 結論

綜上所述，隨密度和灌水量的增加，光截獲率呈先升后降的趨勢。密度和灌水量可以通過協調群體光截獲率，影響纖維品質增加產量。在 24萬株/hm2 密度下，雖然6 000 m3/hm2處理籽棉產量最高，但5 100 m3/hm2處理下產量與6 000 m3/hm2無顯著差異，且生長后期葉片數、葉面積指數、光截獲率以及各品質指標表現優于6 000 m3/hm2處理。因此，M2W2配置更加適合南疆地區實際生產情況。

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