麦棉套作模式下起垄种植对棉花生态因子及其生长发育的影响

王树林，祁 虹，王 燕，张 谦，冯国艺，林永增，梁青龙(河北省农林科学院 棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北 石家庄 050051)

麦棉套作模式下起垄种植对棉花生态因子及其生长发育的影响

王树林，祁 虹，王 燕，张 谦，冯国艺，林永增，梁青龙
(河北省农林科学院 棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北 石家庄 050051)

为探索麦棉套作模式下提高棉花霜前花率、促进棉花早发的措施，在麦棉套作模式下，设置了棉花预留行起垄与平作2种种植模式，以单作春棉为对照，研究了棉行土壤温度、水分与光照强度的变化规律以及棉花的生长发育及品质情况。结果表明：起垄能提高棉行光照强度，出苗期、二叶期的日平均光照强度较平作分别增加26.4、40.6 klx，5 cm深层土壤温度分别提高1.3、1.2 ℃，且可以调节棉行土壤水分含量以适应棉苗生长需求；起垄促进棉花早发，不同生育时期棉花的株高、真叶数、果枝数、单株铃数均高于平作，伏桃比例提高9.8个百分点，霜前花率提高8.3个百分点，籽棉产量提高15.0%，皮棉产量提高14.7%；起垄种植提升了棉花纤维品质，对断裂比强度、马克隆值、纺纱均匀性指数、整齐度指数均有不同程度的提高，但对纤维长度影响不大。可见，起垄种植是提高麦棉套作棉花霜前花率、促进棉花早发早熟的一项有效技术措施。

麦棉套作； 起垄； 光照强度； 土壤温度； 土壤水分； 产量； 品质

麦棉两熟种植技术在新中国首先出现在20世纪50年代的长江流域棉区，形式为冬小麦(元麦)‖棉花直播[1]。黄河流域棉区两熟种植制度自20世纪60年代进入试验阶段，以麦棉套种为主[2]，并于 90年代后成为该区主要的种植模式[3]。但随着小麦联合收割机的应用，麦棉套作种植模式由于不适应机械收获小麦而导致套种面积迅速萎缩，因此进入21世纪后，关于麦棉套作种植技术的研究多集中基础理论方面，如套作对土壤生态系统[4-5]及棉花根系生长的影响[6]，而对麦棉套作的应用性研究不多。近年来，随着国家对粮食安全问题的日益重视以及粮棉争地矛盾的日益尖锐，麦棉套作种植模式被重新提及，2013年在河北省农林科学院棉花研究所曲周县试验站，通过小麦收割机上加装护苗挡板成功解决了麦棉套作无法使用联合收割机收获小麦的问题，使得麦棉套作模式推广重现曙光。由于麦棉套作模式下存在棉花晚熟导致霜前花率不高的问题[7]，为促进棉花早发，进行棉花预留行起垄种植棉花的试验，探讨其促进棉花早发、提高棉花产量方面的效果，通过调查棉行土壤光温水变化规律，揭示起垄促进棉花早发的机制，为提高麦棉套作模式下的棉花霜前花率探索新的途径。

1 材料和方法

1.1 试验地与供试品种

试验设在河北省农林科学院棉花研究所曲周试验站(河北省邯郸市曲周县西漳头村)，前茬棉花，土壤为黏壤土，肥力中等偏上，土壤养分含量为：有机质14.0 g/kg、全氮0.998 g/kg、速效磷38.9 mg/kg、速效钾285.0 mg/kg；供试棉花品种为冀杂2号。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，重复3次，小区宽6.4 m、长10 m，种植模式为4行小麦占地幅宽80 cm，棉花预留行占地幅宽80 cm，起垄处理为播种小麦前在棉花预留行起垄，垄高15 cm、垄宽80 cm，在垄底种植小麦，垄上种植2行棉花，棉花行距45 cm；平作种植模式除不起垄外，其他与起垄处理相同；以单作春棉为对照，单作春棉大小行种植，大行距115 cm，小行距45 cm。2014年4月23日播种棉花，播种后覆盖塑料地膜，浇蒙头水。5月30日定苗，留苗密度6.5万株/hm2，6月7日收获小麦，6月8日灌水1次，结合灌水追施复合肥(15-13-17)600 kg/hm2，10月10日喷施40%乙烯利3.0 kg/hm2催熟。棉花生育期间病虫害防治同大田。

1.3 试验调查项目

试验采用TZS-IIW手持式土壤温度速测仪于棉花出苗后与二叶期测定棉行5 cm深层土壤温度，自早晨6:00时起每小时测定一次，测至下午18:00；采用GCX-A灌层分析仪测定棉花顶部光照强度，自早晨6:00时起每30 min测定一次，测至下午18:00；于4月29日、5月10日、5月25日、6月7日采用烘干法分别测定0～20 cm深层土壤水分含量。

试验每小区固定20株棉花，于6月15日调查棉花株高、主茎真叶数；7月15日、8月15日分别调查株高、果枝数、成铃数，9月10日调查成铃数，用于计算伏前桃、伏桃、秋桃数量与比例；10月25日小区收获霜前花并计产，11月12日收获霜后花用以计算霜前花率；每小区收获20株棉花的所有吐絮铃，测定单铃质量、衣分、纤维品质；小区单独收获计产用以计算每公顷产量。

1.4 数据处理

使用Excel 2003软件进行数据整理，使用DPS 7.05进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理棉花顶部光照强度日变化

麦棉套作共生期间预留棉行光照不足是较为突出的问题，也是影响棉花早发的重要限制因素[8]。图1显示，单作春棉出苗后棉花顶部光照强度日变化表现为先增加后降低，呈抛物曲线状，但一直高于套作棉花；而在麦棉套作模式中，起垄与平作处理棉花顶部光照强度日变化表现为：在上午10：00之前，由于小麦的遮阴作用，棉花顶部未接受到阳光直射，光照以散射光为主，光照强度增加缓慢，10：00以后阳光直射到棉花顶部，光照强度骤然增加，到中午12：00达到最高值，随后缓慢下降，在下午14：00后小麦开始遮挡阳光直射，光照变为散射光，光照强度急速下降。麦棉套作模式中，垄作棉花顶部光照强度均高于平作，12 h内较平作增加26.4 klx，其中9：00—10：00 与14：00—15：00明显偏高。二叶期棉花顶部光照强度日变化规律与出苗期基本相似，9：00—12：00起垄处理的光照强度较平作增加幅度更大(图2)，12 h内平均光照强度较平作增加40.6 klx。

图1 出苗期各处理棉花顶部光照强度的日变化

图2 二叶期各处理棉花顶部光照强度的日变化

2.2 不同处理土壤温度日变化

在麦棉套作模式中，由于小麦的遮阴作用，导致棉花行土壤温度较单作春棉明显偏低。图3显示，起垄处理5 cm土壤温度在6：00—9：00与平作处理相差不大，从10：00开始逐渐高于平作，且增幅逐渐增大，至14：00达到最大，之后开始降低，至18：00较平作高1 ℃；起垄处理12 h内平均土壤温度较平作增加1.3 ℃。棉花二叶期测定土壤温度结果(图4)与出苗期相似，在14：00起垄处理土壤温度接近单作春棉，单作春棉、起垄、平作处理12 h平均土壤温度分别为32.8、29.8、28.6 ℃，起垄处理较平作高1.2 ℃。

图3 出苗期不同处理5 cm土壤温度日变化

图4 二叶期不同处理5 cm土壤温度日变化

2.3 不同处理土壤水分变化

由图5可见，播种后(4月29 日)，单作春棉与平作处理的土壤含水量相差不大，起垄处理明显偏低，这是由于起垄处理浇蒙头水时水量集中在垄底的小麦行中所致；5月10日与5月25日的测定结果显示，3个处理土壤含水量均持续降低，其中单作春棉降幅小于麦棉套作，麦棉套作模式下平作处理的土壤含水量降幅明显大于起垄处理，原因在于此期间小麦耗水量大，在消耗麦行水分的同时也从棉行下吸取水分，导致棉行土壤水分含量降低，而起垄处理由于棉花种植于垄上，小麦根系难以从棉行吸取水分，因此起垄处理棉行含水量降幅较小。随着时间的推移，到小麦收获前，起垄处理的土壤水分含量明显高于平作处理。起垄处理的土壤水分变化特点符合麦棉共生期内棉花需水量小的特点，前期降低土壤湿度减少了棉苗病害的发生，后期遭遇干旱胁迫时仍能保持垄上较高的水分含量。

图5 不同处理土壤含水量变化

2.4 不同处理棉花的农艺性状

从表1可以看出，不同生育时期各处理棉花株高均以单作春棉最高，其次是起垄种植，平作处理最低；6月15日、7月15日、8月15日起垄处理的棉花株高分别较平作高4.7 cm、8.0 cm、4.5 cm。主茎真叶数、果枝数也均表现为起垄处理高于平作处理，6月15日起垄处理的主茎真叶数较平作处理多1.4片，7月15日、8月15日起垄处理的果枝数分别较平作处理多0.8、0.7台。可见，起垄对促进麦棉套作模式下棉花前期早发具有显著作用。

表1 不同处理棉花农艺性状

处理株高/cm6月15日7月15日8月15日真叶数/片6月15日果枝数/台7月15日8月15日起垄25．4c86．8b91．1b7．1b9．3b11．8b平作20．7b78．8c86．6b5．7c8．5b11．1b单作38．6a99．6a114．5a10．9a12．8a15．5a

注：同列数据后不同小写字母表示0.05水平差异显著，下同。

2.5 不同处理棉花的“三桃”数量及比例

“三桃”(伏前桃、伏桃、秋桃)比例基本上能够反映棉花经济产量在时间进程上的分配关系，对于衡量棉花的早熟性具有重要意义[9]。由表2可见，单作春棉伏前桃4.2个，比例为20.7%，而麦棉套作模式下起垄与平作2个处理均无伏前桃，可见其生育进程晚于单作春棉。伏桃在纤维品质方面明显优于秋桃，因此，争取多结伏桃是棉花优质栽培技术的关键。起垄处理的伏桃数较平作处理增加2.4个，较平作处理提高9.8个百分点；秋桃数较平作处理少0.8个，秋桃比例降低9.8个百分点，可见起垄处理对提高麦棉套作模式下的优质成铃比例具有明显作用，为促早效果明显的技术措施。

表2 不同处理棉花生育性状

处理伏前桃数量/个比例/%伏桃数量/个比例/%秋桃数量/个比例/%起垄0．0b0．0b8．4b45．2b10．1a54．8b平作0．0b0．0b6．0c35．4c10．9a64．6a单作4．2a20．7a10．8a53．2a5．3b26．1c

2.6 不同处理棉花的产量及产量构成因素

由表3可见，单作春棉的单株铃数、单铃质量、衣分、霜前花率均显著高于麦棉套作，籽棉产量和皮棉产量也显著高于麦棉套作。在麦棉套作模式下，起垄处理单株铃数、霜前花率分别显著高于平作处理1.6个、8.3个百分点，而单铃质量、衣分与平作处理差异不显著；从产量来看，起垄处理籽棉产量、皮棉产量分别较平作处理增加15.0%、14.7%，差异均达到显著水平，表明起垄对于促进麦棉套作模式下棉花的早发早熟、提高棉花产量具有明显作用。

表3 不同处理棉花产量构成因素

处理密度/(万株/hm2)单株铃数/个单铃质量/g衣分/%霜前花率/% 籽棉产量/(kg/hm2) 皮棉产量/(kg/hm2)起垄6．518．5b6．2b37．2b78．6b4634b1724b平作6．516．9c6．0b37．3b70．3c4029c1503c单作6．520．3a6．6a39．9a89．8a5247a2094a

2.7 不同处理棉花的纤维品质

从表4可以看出，在麦棉套作模式下，起垄种植改善了棉纤维断裂比强度、马克隆值、纺纱均匀性指数和整齐度指数，但纤维长度变化不大。棉花纤维长度表现为单作处理显著高于麦棉套作处理，起垄与平作2个处理差异不显著；断裂比强度以起垄处理最高，显著高于平作处理；马克隆值是表征纤维发育成熟度与细度的综合指标，单作处理的棉花纤维发育显著好于麦棉套作处理，其中起垄处理的马克隆值高于平作，表现出促进棉花早熟的作用；纺纱均匀性指数与整齐度指数均表现为起垄处理接近单作处理，但显著高于平作。由此可见，在麦棉套作模式下，起垄种植对于提升棉花纤维品质起到了积极作用。

表4 不同处理棉花纤维品质

处理纤维长度/mm断裂比强度/(cN/tex)马克隆值纺纱均匀性指数整齐度指数/%起垄29．5b29．5a3．0b142a84．6a平作29．8b28．3b2．7b131b82．6b单作30．9a28．9ab4．8a145a85．1a

3 结论与讨论

麦棉套作模式一直存在棉花霜前花率过低的问题[10]，而垄作栽培对促进作物生长有积极作用[11-13]。张教海等[14]研究表明，垄作栽培能提高0～20 cm土层土壤温度，降低土壤容重，促进棉花早生快发，蕾期生长稳健；董合林等[15]认为，套作棉花由于垄作的增温作用，可有效克服麦套春棉普遍存在的迟发、晚熟、低产等问题，前人研究多集中在起垄对土壤温度方面的影响，而对光照、水分等方面的研究较少。本试验结果表明，在麦棉套作模式下，棉行起垄后延长了棉株接受阳光直射的时间，同时光照强度也有所增加，日均光照强度出苗期增加26.4 klx，二叶期增加40.6 klx，光照强度的增加提高了棉行5 cm土层土壤温度，出苗期起垄较对照增加1.3 ℃，二叶期增加1.2 ℃；同时起垄具有调节棉行土壤水分的作用，在前期灌溉条件下能够降低土壤湿度，减少棉苗病害的发生，后期干旱时避免小麦过度争夺水分，保持棉行适宜的水分含量；起垄种植有效改善了棉花生长的光、温、水条件，促进了棉花的早发早熟，株高、果枝数均较平作有所增加，单株铃数增加1.6个，伏桃比例增加9.8个百分点，单铃质量增加0.2 g，霜前花率达到了78.6%，较平作提高8.3个百分点，最终籽棉产量增加 15.0%，皮棉产量增加14.7%；起垄对于提升棉花纤维品质也具有积极作用，起垄后棉花的纤维纺纱均匀性指数、整齐度指数2个指标显著高于平作，接近单作棉花，马克隆值、断裂比强度也较平作有所增加。因此，在麦棉套作模式下，起垄种植实现了棉花的早发增产，是提高麦棉套作棉花霜前花率与纤维品质的一项有效技术措施。

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Effect of Ridge Culture on Ecological Factors and Development of Cotton in Cotton-wheat System

WANG Shulin,QI Hong,WANG Yan,ZHANG Qian,FENG Guoyi,LIN Yongzeng,LIANG Qinglong
(Cotton Research Institute，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Science/Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area,Ministry of Agriculture,Shijiazhuang 050051,China)

In cotton-wheat system two treatments were designed including ridge culture and level culture compared with monoculture to explore measures that can increase rate of pre-frost lint and enhance cotton early development,through investigating soil temperature and moisture in cotton rows,light distribution and cotton development traits.The results showed that ridge culture increased light intensity on cotton rows,in seedling stage and 2-leaves stage daily averaged light intensities were increased by 26.4 klx and 40.6 klx,soil temperatures in 5 cm depth layer were increased by 1.3 ℃ and 1.2 ℃ respectively compared with level culture.And ridge culture could regulate soil moisture to meet cotton seedling’s requirement.Ridge culture promoted cotton development at early stage,and the plant height,true leaves,fruit branches and bolls per plant were increased compared with level culture.The proportion of summer bolls and the rate of pre-frost lint were increased by 9.8 percentage points and 8.3 percentage points,and the cotton yield and lint yield were increased by 15.0% and 14.7% respectively.Ridge culture also improved fiber quality,because fiber breaking tenacity,micronaire,spinning uniformity index,uniformity index were all increased except fiber length.Ridge culture was an effective measure to increase rate of pre-frost lint and enhance cotton early development.

cotton-wheat system; ridge culture; light intensity; soil temperature; soil moisture; yield; quality

2015-12-27

科技部支撑计划项目(2013BAD05B00)；国家棉花产业技术体系建设专项(CARS-18-21)

王树林(1978-)，男，河北巨鹿人，副研究员，本科，主要从事棉花栽培与麦棉两熟双高产栽培技术研究。 E-mail：wshl1001@sohu.com

S562

A

1004-3268(2016)06-0025-05