不同密度下三种打顶方式对棉花株型结构及产量的影响

崔延楠，韩文婷，聂志勇，赵 强

(新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】合理密植是实现棉花高产高效的有效技术途径[1-2]，人工打顶耗时耗力，研究种植密度及打顶方式互作对棉花农艺性状、经济产量性状及纤维品质的影响，为该地区提供指导性意见[3]。【前人研究进展】种植密度不仅影响棉花的产量及品质，还影响棉花的养分分布及干物质分布[4]。研究表明，棉花产量在一定密度范围内无明显变化[5-6]，影响棉花产量的因素众多，栽培环境、管理措施、棉铃数、铃重及衣分等因素对产量的影响重大[7]。娄善伟等[8]研究指出，以化学封顶处理棉花，收获期株高较人工打顶处理高5 cm以上，且对株高的控制效果与封顶剂量呈正相关，化学封顶剂对上部枝叶形态影响显著，使株型紧凑，蕾铃增多，但对最后成铃影响不大。有研究表明，化学封顶可以通过重塑棉花株型以达到协调群体结构和提高产量的目的[9]。叶面积指数(LAI)是衡量植物群体生长状况的一个重要指标[10]，其大小与光能利用率及最终产量的高低有直接关系。【本研究切入点】前人对于棉花种植密度的探索及化学封顶应用效果已有较多研究，但将二者结合的研究还是相对较少的。研究不同密度下打顶方式对棉花株型结构及产量的影响。【拟解决的关键问题】研究不同密度下化学封顶、人工打顶及不打顶对棉花的农艺性状及产量构成影响，寻找种植密度与化学封顶的最佳结合点，为化学封顶在提高棉花产量方面提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2016年在新疆呼图壁县大丰镇进行，试验地土壤质地为壤土，前茬作物为棉花。耕层土壤pH为8.0、有机质10.9 g/kg、碱解氮0.56 g/kg、速效磷0.22 g/kg、速效钾3.31 g/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

棉花品种为新陆早66号。化学封顶剂采用山东棉花研究所研制的打顶剂(主要成分为氟节胺原药+助剂)。试验采用裂区设计，主区为密度，密度设置为9×104、18×104、27×104株/hm2三个水平，密度用株距的大小进行设定；副区为打顶方式，设人工打顶(M)、化学封顶(C)和不打顶(CK)三种方式。试验田采用宽膜覆盖，一膜6行，每小区面积为50 m2，设3个重复，共9个处理。人工打顶及化学封顶均于7月8日进行，人工打顶采用传统打顶方式，摘除一叶一心，化学封顶剂用背负式喷雾器喷施，整个生育期喷施一次，喷施量依密度不同而有所差异。表1

表1 各处理密度及打顶方式
Table 1 Each density and detopping method

处理编号Treatment number密度Density(104株/hm2)打顶方式Topping method打顶日期Date(M/D)喷施化学封顶剂用量Amount(mL/hm2)9M9人工(M)7/8-9C9化学(C)7/86759CK9对照(CK)--18M18人工(M)7/8-18C18化学(C)7/875018CK18对照(CK)--27M27人工(M)7/8-27C27化学(C)7/882527CK27对照(CK)--

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 农艺性状

各小区选取代表性棉株20株，调查测定各小区株高、茎粗、果枝数、节间长、果枝长。

1.2.2.2 叶面积指数(LAI)

叶面积利用打孔称重法测定，分别于打顶前10 d及打顶后每隔15 d，选取各小区具有代表性棉株5株随机选取40片叶，利用已知合适面积的打孔器，避开叶片主脉打200～350个孔，采样叶片烘干至恒重，根据公式求叶面积指数。

1.2.2.3 棉铃时空分布调查

分别于7月15日、8月5日、8月25日调查伏前桃、伏桃、秋桃数量。棉铃的空间分布调查分为横向和纵向。横向又分为内围铃与外围铃,按新疆棉花生长特性划分,第一果节结铃为内围铃,第二果节及以上结铃为外围铃;纵向又分为下、中、上三部分,其中第1～3果枝为下部,第4～6果枝为中部,第7果枝及以上为上部。

1.2.2.4 干物质测量

采用定期随机取样调查，采集棉株地上部分的植株样品，每小区随机选取有代表性的棉株3株，在105℃下杀青30 min，然后70℃条件下烘干至恒重称重，记录干物质重。棉株单株干物质积累量的增长符合Logistic曲线，其基本模型为：y=k/(1 +e( a + bt))式中，y为单株干物质积累量，k为相应的理论最大值，t为出苗后的天数，a、b为待定系数。

1.2.2.5 经济性状

吐絮期测量各处理产量，统计各处理的有效结铃数和收获株数，计算单株结铃数、单铃重，扎花后计算衣分。

1.2.2.6 纤维品质

取适量棉花纤维样品，送农业部农产品质量监督检测中心(乌鲁木齐)进行品质测定。

1.3 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010对数据进行统计及作图，并采用SPSS 19.0对数据进行方差分析检验其差异显著性。

2 结果与分析

2.1不同密度下打顶方式对棉花农艺性状影响

研究表明，相同打顶方式下，随密度的增大，棉花的株高、茎粗、果枝长及节间长均降低。相同密度下棉花的株高均为：不打顶>化学封顶>人工打顶，其中峰值出现在9CK和27M的株高差30.98 cm为最大值，同时果枝数由多到少依次为不打顶、化学封顶、人工打顶，茎粗由大到小均为：不打顶>人工打顶>化学打顶。相同密度下节间长由大到小的顺序为：人工打顶>不打顶>化学封顶，这可能是由于不打顶和化学封顶的棉花节间数多于人工打顶，从而导致平均节间长小于人工打顶。中低密度下的果枝长为人工打顶>不打顶>化学封顶，但高密度下的果枝长为人工打顶>化学封顶>不打顶，因此，化学封顶剂可以有效抑制棉花的横向生长，当密度高达一定程度时，化学封顶剂的横向抑制作用降低。从打顶方式看，密度越大，化学封顶棉花株高下降2.76%～4.17%，茎粗都有不同程度降低，果枝数都有增加，节间长与果枝长都有所下降。表2

表2 不同处理下棉花主要农艺性状
Table 2 Main agronomic characters of cotton under different treatments

处理Treatments株高(cm)Plant height茎粗(mm)Stem diameter果枝数(台/株)Number of fruit branch节间长(cm)Internode length果枝长(cm)The length of fruit branch9M71.15d12.02a7.12c5.93a7.63a9C80.72b11.81ab9.98bc5.38ab5.58bc9CK98.01a12.48a11.75b5.76a5.93b18M67.67e11.53abcd8.07c5.21ab6.03b18C78.49c11.26abcd11.02b4.6bc4.35cd18CK96.72a11.68abc12.56ab5.09ab4.93c27M67.03e10.44cd9.21bc4.83bc5.4bc27C77.35c10.27d12.72ab4.07c4.00cd27CK96.67a10.46bcd13.54a4.47bc2.98d

注：同列不同字母表示差异达5%显著水平。下同

Note: Different small letters in a column mean significant at 5% levels. The same as below

2.2不同密度下打顶方式对棉花叶面积指数(LAI)的影响

研究表明，LAI随棉花生育进程呈现先升后降的趋势，不同打顶方式的叶面积指数有所不同。各处理叶面积指数在打顶后20 d均达到极值，且叶面积指数与密度呈正相关。低密度下叶面积指数由大到小依次为不打顶、人工打顶、化学封顶，而中高密度表现有所不同，在叶面积指数上升阶段，中高密度下表现为：不打顶>化学封顶>人工打顶，在叶面积指数下降阶段，化学封顶的叶面积指数下降幅度明显小于不打顶及人工打顶。同一打顶方式下LAI与密度呈正相关，极值为27 CK，相对人工打顶和化学封顶远大于高产田最适叶面积指数4.00[11]，所以不打顶的方式不利于棉花高产。化学封顶的叶面积指数在中高密度下大于人工打顶。图1

2.3不同密度下打顶方式对棉花成铃空间分布的影响

研究表明，随着密度的增加，人工打顶在27M下上部铃减少19.86%，中部铃下降16.03%～23.89%，下部铃增加39.43%～91.1%。化学封顶的上部铃数下降11.52%～27.81%，下部铃增加29.43%～65.94%，不打顶的上部铃数增加36.52%～44.41%，中部铃减少20.38%～42.13%。中低密度下化学封顶棉花的中部铃和内围铃都大于人工打顶，而高密度下化学封顶的中部铃大于其他两种打顶方式，化学封顶的内围铃却有所降低，人工打顶的内围铃数增加，而化学封顶的内围铃数下降，不打顶的内围铃变化较小。表3

图1 不同处理下棉花LAI动态变化
Fig.1 Dynamic changes of LAI in cotton under different treatments
表3 不同处理下棉花铃时空分布
Table 3 Spatial - temporal distribution of cotton bolls under different treatments

处理Treatments占总成铃比例(%)上部铃中部铃下部铃内围铃外围铃9M48.78b49.22b2.00d81.33bc18.67a9C48.86b43.49b7.65c93.32ab6.68c9CK33.58cd48.18a18.24b90.07b9.93bc18M48.28b41.33c10.39c84.06bc15.94b18C43.23c40.92bc15.85bc87.69b12.31b18CK38.35c38.36bc23.29a90.61b9.39bc27M39.09c37.46bc23.45a97.68a2.32d27C35.27cd42.27b22.46a84.54bc15.46b27CK60.41a27.88cd11.71c95.35a4.65c

2.4不同密度下打顶方式对棉花单株干物质的影响

研究表明，棉花单株干物质最大速率出现时间在出苗后92～109 d(7月19日～8月5日)。随着密度增加，三种打顶棉花Δt延长9～24 d，其中化学封顶棉花干物质快速积累持续天数最久。人工打顶与不打顶棉花Vm呈递减趋势，化学封顶棉花呈先增长后降低趋势，峰值出现在处理9M(1.57 g/株·d)。干物质最大积累速率随着密度的增加而减小8.39%～33.12%。从不同打顶方式处理来看，不打顶棉花最大积累速率出现的时间点，比人工打顶与化学封顶棉花早3～8 d，在27×104株/hm2时三种打顶处理干物质最大积累速率出现时间点基本一致。表明化学封顶棉花在相同密度下干物质积累量最多，其中最大值干物质积累量出现在化学封顶棉花在27×104株/hm2，干物质积累强度大，时间长，总积累量多。表4

表4 棉株地上部分干物质积累的Logistic模型及其特征值
Table 4 The Logistic equation and its features of above ground cotton dry matter accumulation

处理Treatment方程Equationt0(d)t1(d)t2(d)Δt(d)Vm(g/(株·d))R29My=104.58/(1+e(6.06-0.06t))10178106281.570.991 0**9Cy=95.23/(1+e(5.81-0.06t))9775119441.430.991 0**9CKy=89.14/(1+e(6.51-0.07t))9374112381.560.989 0**18My=101.18/(1+e(5.72-0.06t))9573117441.520.986 8**18Cy=103.64/(1+e(5.80-0.06t))9775119441.550.990 1**18CKy=89.78/(1+e(5.52-0.06t))9270114441.350.977 1**27My=83.79/(1+e(5.45-0.05t))10983135521.050.986 7**27Cy=104.44/(1+e(5.41-0.05t))10882135531.310.991 6**27CKy=89.01/(1+e(5.45-0.05t))10983135521.110.988 5**

注:t—棉花出苗后的天数(d) ；y—棉花干物质积累量(g/株)。Vm—干物质最大积累速率；t0—干物质最大积累速率出现时间；t1—进入快速积累期时间拐点；t2—结束快速积累期时间拐点；Δt—干物质快速积累持续天数；**—P<0.01

2.5 密度与打顶方式对成铃时间的影响

研究表明，相同密度下打顶方式之间相比，化学封顶伏前桃、伏桃和秋桃个数在低密度下均小于人工打顶和不打顶38.1%～50%、5.19%～13.22%、57%～58.65%，但随着密度的增加，伏桃个数显著多于人工打顶和不打顶0.62%～29.05%。不同处理下的棉花单株成铃数最多的都是伏桃，伏前桃和伏桃的个数均随着密度的增加而减少；而各处理间秋桃个数的变化规律不同，人工打顶和化学封顶的秋桃个数在18×104株/hm2密度下的多于其他两个密度，不打顶的少于其他两个密度。表5

2.6各密度下化学封顶对棉花产量及产量构成因素的影响

研究表明，棉花单株结铃数和铃重随着密度的增加而降低，衣分和籽指对产量的影响不显著，高密度的籽棉产量显著高于低密度的产量，峰值出现在29C为7 423.8 kg/hm2。9×104株/hm2密度下的籽棉产量，化学封顶的低于人工打顶的和不打顶5.7%～8.38%，而18×104和27×104株/hm2密度下，化学封顶的籽棉产量高于人工打顶的和不打顶5.92%～10.29%，但未达到显著差异。表6

表5 不同处理下棉花“三桃”比例
Table 5 Proportion of " three peaches" of cotton under different treatments

处理Treatments伏前桃(个/株)Befor summer boll伏桃(个/株)Summer boll秋桃(个/株)Autumn9M0.26ab5.90a1.04ab9C0.13cde5.12bc0.43d9CK0.21bc5.40ab1.00abc18M0.19bcd4.78bc1.04ab18C0.33a4.81bc0.62bcd18CK0.11cde4.53c0.73abcd27M0.12cde3.55d0.86abcd27C0.10de4.51c0.30d27CK0.07e3.20d1.30a

表6 不同处理下棉花产量及产量构成因素
Table 6 Yield and yield components of cotton under different treatments

处理Treatment有效铃数(个/株)No.of harvested bool单铃重(g)Boll weight籽指(g)Seed index衣分(%)Lint percentage籽棉产量(kg/hm2)Seed cotton yield9M6.52a6.04a11.5a41.97a3 534.92d9C5.94b6.05a11.4a40.63b3 238.55d9CK6.43a5.94a10.9a40.46b3 434.25d18M5.39c6.07a11.4a40.76b5 886.21c18C5.53bc5.99a11.4a41.31ab5 969.12c18CK5.08cd5.88a10.9a41.29ab5 370.12c27M4.41e5.80a11.2a41.53ab7 167.41ab27C4.69de5.86a11.0a40.82b7 423.80a27CK4.23e5.83a11.1a40.90ab6 659.68b

2.7 各密度下化学封顶对棉花纤维品质的影响

研究表明，同一密度下，不同打顶方式的棉花马克隆值差异并不显著，均处于B2级。成熟度无显著差异。中低密度下，三种打顶方式的棉花纤维整齐度无显著差异，但在27×104株/hm2的高密度条件下，化学封顶的棉花纤维整齐度显著低于不打顶。通过方差分析比较，各处理下的棉花纤维比强度及平均纤维长度无显著差异。表7

表7 不同处理下棉花纤维品质
Table 7 Cotton fiber quality under different treatments

处理Treatment马克隆值Micronaire成熟度Maturity整齐度(%)Uniformity比强度(CN/tex)Intensity纤维长度(mm)Length9M4.63ab0.86a84.68bc28.76a28.77a9C4.61ab0.86a85.16abc29.27a28.87a9CK4.61ab0.86a85.70ab28.70a28.78a18M4.62ab0.86a85.11abc28.91a28.60a18C4.70a0.85a84.81abc29.30a29.00a18CK4.58ab0.85a85.32abc28.21a28.90a27M4.53ab0.85a84.86abc28.65a28.92a27C4.70a0.85a84.07c28.73a29.51a27CK4.38b0.85a86.29a28.39a28.63a

3 讨 论

棉花栽培的一大热点就是合理密植，密度问题一直以来都颇受关注[13]，密植会打顶工作，化学封顶剂的使用无疑为棉花打顶拓宽了研究思路。关于棉花密度的研究众多，新疆地区的棉花种植密度也不断在突破，张鹤年等[14]的研究试验中棉花种植密度达到了33×104株/hm2，而目前棉花推广种植密度在20×104～27×104株/hm2，该文针对9×104、18×104及27×104株/hm2三种密度的打顶进行了研究分析，结果表明，高密度下化学封顶的产量及品质具有相对优势。同一密度下棉花的株高均为：不打顶>化学封顶>人工打顶，同时果枝数由多到少依次为不打顶、化学封顶、人工打顶，说明化学封顶剂可以较好的抑制棉花的顶端优势，这与赵强等[9]的试验结论一致。而化学封顶的茎粗最小，可能是由于化学封顶棉株顶部的再生长浪费营养造成。化学封顶的横向抑制作用随着密度的增大有所降低，但对棉花也起到了明显的塑性作用。化学封顶的叶面积指数在中高密度下大于人工打顶，说明化学封顶能有效增加光能利用率，对高密度棉花高产具有重要作用。当密度大于18×104株/hm2时，化学封顶干物质最大积累速率大于不打顶及人工打顶，并且各密度下化学封顶的干物质快速积累时间均多于其他两种打顶方式，化学封顶不仅有利于棉株快速积累干物质，有利于提高棉株干物质积累量。

就直接影响棉花最终产量的因素来说，化学封顶的伏桃数随着密度的增加显著大于不打顶和人工打顶；化学封顶的内围铃及中部铃也未表现出劣势。各密度下的有效结铃数、铃重及籽棉产量虽未达到显著差异，但数据显示，化学封顶相对于不打顶和人工打顶优势明显，所以在追求高密度的栽培模式下应用化学封顶剂进行棉花打顶的方法成效显著。棉花高密度种植条件下，化学封顶的棉花纤维马克隆值大于人工打顶和不打顶，综合来看，随着密度的增加，反映化学封顶的棉花纤维品质的指标优势未减，在高密度植棉的打顶工作上化学封顶相对人工打顶增产效果较好。

4 结 论

4.1 随种植密度的增大，棉花的株高、茎粗、果枝长及节间长均有所降低。相同密度处理棉花的株高与果枝台数表现为：不打顶>化学封顶>人工打顶：茎粗由大到小表现为：不打顶>人工打顶>化学打顶，化学封顶棉花株高下降2.76%～4.17%。

4.2 LAI随棉花生育进程呈现先升后降的趋势。各处理叶面积指数在打顶后20 d均达到极值。

4.3 种植密度增加，人工打顶与化学封顶棉花上部与中部棉桃有所下降，不打顶棉花上部棉桃增多，且人工打顶的内围铃比例增加，而化学封顶的内围铃比例下降，不打顶的内围铃比例变化较小。

4.4 根据Logistic 模拟分析，随着种植密度增加，Vm呈递减趋势，Δt有所延长，最大值干物质积累量出现在化学封顶棉花在27×104株/hm2，干物质积累强度大，时间长，总积累量多。

4.5 随着密度的增加，化学封顶棉花伏桃个数多于人工打顶和不打顶0.62%～29.05%。

4.6 棉花单株结铃数和铃重随着密度的增加而降低，衣分和籽指对产量的影响不显著，高密度的籽棉产量显著高于低密度的产量，最大产量出现在29C为7 423.8 kg/hm2。对不同打顶方式棉花纤维品质无明显影响。

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