麦棉套作模式下起垄种植对棉花苗期土壤光温水及棉花生长发育的影响

王树林 祁虹 王燕 张谦 冯国艺 林永增 梁青龙

摘 要：麦棉套作下，于棉花预留行设置起垄与平作两种种植模式，以单作春棉为对照，研究其对棉行土壤温度、水分、光照变化规律和棉花生长发育的影响。结果表明，与平作相比，起垄能提高棉行光照强度，增进光照时间，提高5 cm土壤温度，调节土壤水分，促进棉花早发早熟，提升棉花霜前花率8.3个百分点，籽棉产量提高15.0%，皮棉产量提高14.7%。

关键词：麦棉套作；起垄；光照强度；土壤温度；水分

中图分类号：S562.044文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）05-0019-04

Abstract Under cotton-wheat intercropping system， two treatments were designed including ridge farming and flat planting， and their effects on soil temperature， moisture， light and cotton growth were studied with spring cotton monoculture as control. The results showed that compared with flat planting， ridge farming increased the light intensity and time， raised the soil temperature of 5-cm soil layer， regulated the soil moisture， promoted the early-onset and early-ripe of cotton， increased the pre-frost flower rate by 8.3 percentage points， and increased the cotton yield and lint yield by 15.0% and 14.7% respectively.

Key words Cotton-wheat intercropping system； Ridge farming； Light intensity； Soil temperature； Moisture

麦棉两熟种植技术在20世纪50年代我国长江流域棉区见有报道，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，以麦棉套种为主 [2]，并于 90年代后成为该区主要种植模式[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在基础理论方面，如套作对土壤生态系统[4，5]与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突出，麦棉套作种植模式被重新提及，证明在解决了小麦联合收割机应用问题后这种模式推广前景广阔。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，本研究设置了棉花预留行起垄植棉试验，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理，探讨其促早增产效果，为提高麦棉套作模式下的棉花霜前花率探索新的途径。

1 材料与方法

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，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。供试棉花品种冀杂2号。

1.2 试验设计与方法

试验采用随机区组设计，重复3次。小区长10 m，宽6.4 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。麦套起垄（简称起垄）种植处理：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，垄上种植两行棉花，棉花行距45 cm；麦套平作种植（简称平作），除不起垄外其它与起垄处理相同；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，播种后覆膜，浇蒙头水，5月30日定苗，留苗密度5.8万株/hm2，6月7日收获小麦，6月8日灌水1次，结合灌水公顷追施复合肥（氮磷钾含量为15-13-17）600 kg，10月10日公顷喷施40%乙烯利3.0 kg催熟。棉花生育期间病虫害防治同大田。

试验于棉花出苗后与二叶期调查棉行土壤5 cm地温，采用TZS-IIW手持式土壤温度速测仪自6时起每小时测定1次，测至18时；采用GCX-A冠层分析仪测定棉花顶部光照强度，自6时起每30 min测定1次，测至18时。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土壤水分含量。

每小区选定20株棉花，于6月15日调查株高、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，10月25日小区一次性收获霜前花计产，11月12日收获霜后花1次，每小区收获20株棉花所有吐絮铃测定单铃重、衣分。小区单独收获计产。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2003进行数据处理、作图，用DPS 7.05进行方差分析。

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较为突出，也是影响棉花早发的重要限制因素[8]。本试验结果显示，出苗后棉花顶部光照强度单作春棉先增加后降低，呈抛物线状，单作春棉顶部光照强度一直高于套作棉花；而在麦棉套作模式中，垄作与平作棉花顶部光照变化分为两个过程，10时前，由于小麦遮阴，棉花顶部未能接受阳光直射，光照以散射光为主，光照强度增加缓慢，10时以后阳光直射到棉花顶部，光强有一个骤然增加的过程，随后光强继续缓慢上升，到中午12时达到最高值，随后缓慢下降，14时后小麦开始遮挡阳光直射，光照变为散射光，光强急速下降，15时30分之后光强缓慢下降。垄作较平作，9～10时之间与下午14～15时之间明显偏高，在其它时间段内也高于平作，但增加幅度较小，12 h内垄作较平作光强增加26.4 klx。二叶期棉花顶部光照强度变化规律与出苗期基本相似，9～12时之间垄作光强较平作增加幅度更大，12 h内平均光照强度垄作较平作增加40.6 klx。

2.2 起垄种植对土壤温度的影响

在麦棉套作模式中，小麦遮阴导致棉花行的土壤温度比单作春棉明显偏低。出苗期测定土壤5 cm地温，起垄处理5 cm地温在6～9时与平作处理相差不大，从10时开始垄作温度逐渐高于平作温度，且增幅越来越大，至14时达到最大，随后又开始降低，到18时比平作高1℃。其12 h平均温度垄作较平作增加1.3℃。棉花二叶期测定，土壤温度结果与出苗期相似，14时起垄处理温度接近单作春棉。其12 h平均温度单作春棉、垄作、平作分别为32.8、29.8℃与28.6℃，垄作较平作高1.2℃。

2.3 不同处理棉田土壤含水量变化

播种后测定，0～20 cm土壤含水量，单作春棉低于平作，起垄处理明显偏低，这是由于起垄处理灌水量集中在垄底的小麦行所致；5月10日与5月25日测定结果显示，3个处理土壤含水量均持续降低，其中单作春棉下降幅度小于麦棉套作，麦棉套作模式下平作土壤含水量下降幅度明显大于垄作，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下降幅度较小；随着时间的推移，到小麦收获前，起垄处理水分已明显高于平作处理。这一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能保持垄上较高的水分含量。

2.4 不同处理棉花生育性状

从表1中可以看出，不同生育时期株高均以单作春棉最高，其次是起垄种植，平作处理最低，垄作对促进棉花前期早发具有显著作用，6月15日、7月15日、8月15日分别较平作高4.7、8.0 cm和4.5 cm；真叶数/果枝数起垄处理也高于平作，6月15日、7月15日、8月15日分别较平作高1.4片、0.8台与0.7台。

2.5 不同处理棉花“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出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]。根据表2结果，单作春棉伏前桃4.2个，比例为20.7%，而麦棉套作模式下垄作与平作两个处理均没有伏前桃，其生育进程远晚于单作春棉；伏桃比例垄作较平作高9.8个百分点，伏桃数多2.4个，表明垄作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，为促早发效果明显的技术措施。

2.6 不同处理棉花产量构成因素与产量表现

由表3看出，从产量构成因素看单作春棉在单株铃数、单铃重、衣分与霜前花率方面均显著高于套作，籽棉产量和皮棉产量也显著高于套作。在套作模式下，起垄处理单株铃数显著高于平作，单铃重较平作高0.2 g，但差异未达显著水平，衣分垄作与平作差异不显著，霜前花率垄作较平作高8.3个百分点，差异达显著水平；从产量结果看，垄作籽棉产量增加15.0%，皮棉产量增加14.7%，差异均达到显著水平，表明起垄对于促进棉花的早发早熟、提高棉花产量具有明显作用。

3 结论

麦棉套作模式下一直存在棉花霜前花率过低的问题。本试验结果表明，起垄种植棉花是提高霜前花率的一项有效技术措施。起垄后棉行延长了接受阳光直射的时间，同时光照强度也有所增加，日平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土壤温度，出苗期起垄处理较对照增加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；起垄种植可有效改善棉花生长的光温水条件，促进棉花的早发早熟，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，单铃重增加0.2 g，霜前花率达到了78.6%，较平作提高8.3个百分点，最终籽棉增产 15.0%，皮棉增产14.7%，取得棉花早发与增产双重效果。

参 考 文 献：

[1] 毛树春. 棉花优质高产的理论与技术[M]. 北京：中国农业出版社，1999.

[2] 刁光中. 黄淮海棉区麦棉两熟研究现状和发展[J]. 中国棉花，1990（1）：6-8.

[3] 何旭平，纪从亮. 现代中国棉花育种与栽培概论[M]. 北京：中国农业科学技术出版社，2007：201-219.

[4] 孙磊，陈兵林，周治国. 麦棉套作系统中小麦根区化感物质对棉苗生长的影响[J]. 棉花学报，2006，18（4）：213-217.

[5] 孙磊，陈兵林，周治国. 麦棉套作Bt棉花根系分泌物对土壤速效养分及微生物的影响[J]. 棉花学报，2007，19（1）：18-22.

[6] 王瑛，王立国，陈兵林，等. 麦棉共生期间棉花根系的生理特性研究[J]. 棉花学报，2007，19（6）：446-449.

[7] 霍克斌，郑彦平. 完善麦棉两熟种植 确保粮棉稳步双增[J]. 河北农业科学，1991（1）：4-6.

[8] 中国农业科学院棉花研究所. 中国棉花栽培学[M]. 上海：上海科学技术出版社，2013：505.

[9] 王树林，祁虹，张谦，等. 不同熟性棉花品种在冀南棉区的适应性分析[J]. 河北农业科学，2011，15（5）：9-10.