湖南地区短季直播栽培模式下密度对棉花产量和品质的影响

晏平 刘皓然 郭指君 刘爱玉

摘要：本研究于2018年在湖南长沙进行，以湖南农业大学选育的JX0010为供试材料，在短季直播栽培模式下设置了五个种植密度，分别是A1为30000株/hm2，A2为60000株/hm2，A3为90000株/hm2，A4为120000株/hm2，A5为150000株/hm2。通过对棉花的产量性状和品质性状考察，探讨短季直播栽培种植密度对产量和品质的影响。结果表明：种植密度对棉花总铃数、棉纤维上半部平均长度、断裂比强度的影响大，其中总铃数表现为随密度增加先增加后减少，A4处理拥有最高的群体成铃数量，为117.2万个/hm2;纤维上半部平均长度A5>A1>A4>A3>A2，且在A2～A5之间时随着种植密度的增加纤维长度而变长，以A5处理最长，为28.10 mm;纤维的断裂比强度随着密度的增加呈先减小后增大趋势，A3处理的值最低，A1处理有着最高的棉纤维断裂比强度，为28.4 cN/tex。对衣分和纤维整齐度的影响不显著，对铃重、马克隆值的影响没有趋势性，对棉纤维伸长率无影响。本试验中，密度为120000株/ hm2时籽棉产量和皮棉产量最高，分别为5983.79 kg/ hm2、2217.64 kg/ hm2，可作为棉花短季直播栽培的参考密度。

关键词：湖南;短季直播;棉花;密度;产量;品质

中图分类号：S562.041    文献标识码：A    文章编号：2095-3143（2019）03-0021-08

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2019.03.005

0  引言

湖南植棉区传统的“宽行稀植，大棵壮株，大水大肥”精细化栽培模式对延长棉花有效生长期、充分发挥个体生产潜力、提高棉花单产发挥了重要作用，但随着城市化进程的加速，农村青壮年劳动力向第二、第三产业大量转移、劳动力成本飞速上涨，这种劳动密集型的棉花生产方式已经越来越不适应社会发展需要。因此棉花生产的轻简化、机械化、现代化是湖南地区棉花产业发展的必然趋势，只有通过科技创新和技术创新来推动棉花生产良性发展，才能提高湖南棉花在国际市场上的竞争力[1]。短季直播栽培（short-growth-duration cultivation with direct seeding，SGDDS）通过推迟播种、减氮增密、化学调控、催熟脱叶、等一系列措施，大幅度缩短生产周期，不仅有利于解决棉花与冬季作物争地的矛盾，同时，棉花集中在光热条件较好的8月成铃，有利于提高棉花的纤维品质，还可大幅度减少棉花生产环节和管理成本，由于吐絮集中也为机械化采收创造了条件[2]。棉花的产量由铃数、铃重、衣分三个要素构成。一部分学者认为衣分受密度的影响较小而主要受遗传因素调节[3-7]，但张勇，等[8]通过研究杂交棉在不同密度下的产量性状指出，衣分会随着密度的增加而减小。Constable G A，等[9]也认为过高种植密度下棉株之间遮阴严重，会降低光合效能造成减产。同时，不同的气候条件与灌溉水平也会造成各个地区种植密度的差异。张旺锋，等[10]和李鹏程，等[11]认为在新疆植棉区，种植密度为180000～225000株/hm2时能获得较高的皮棉产量。目前关于种植密度对棉花纤维品质是否有影响还存在争议，因此本研究着重探讨密度对短季直播栽培棉花产量与品质的影响，以期为棉花短季直播栽培提供参考。

1  材料和方法

1.1  试验时间与地点

试验于2018年在湖南农业大学校内耘园科研基地进行。基地位于长沙市内，属于亚热带季风气候，光照充足、雨热同期。试验地块地势平坦、排灌方便，前茬作物为烟草，冬闲。供试土壤类型为粘壤土，地力均匀。

1.2  供试材料

供试棉花品种为JX0010，是耐迟播、特早熟的转基因常规棉品种，株型为塔形，由湖南农业大学棉花研究所提供。试验用種为毛籽，播种前不进行催芽处理。

1.3  试验设计与田间管理措施

试验采用单因素五水平随机区组设计。设30000株/hm2、60000株/hm2、90000株/hm2、120000株/hm2、150000株/hm2五个种植密度（代号为A1～A5），3次重复，共15个小区。小区面积105.6 m2（22 m ×4.8 m），南北行向种植。试验采用等行距种植，每个小区6行，行距0.8 m，株距根据密度而异，A1～A5分别为42 cm、21 cm、14 cm、10.5 cm和8.5 cm，在试验区四周设置保护行。于5月24日进行播种，不施基肥;6月30日至6月31日中耕除草;7月1日一次性施肥（在棉行旁10 cm开沟一次填埋），试验用肥料为尿素（有效N以46.0%计）、过磷酸钙（有效P以16%计）、氯化钾（有效K以60%计），施肥量的有效N为150 kg/hm2，P2O5 为90 kg/hm2，K2O为180 kg/hm2;于8月11日至8月12日打顶;8月13日喷施缩节胺，用量为30 g/hm2;于10月6日喷施噻苯隆进行脱叶催熟，用量为300 g/hm2。

1.4  测定项目及方法

1.4.1  果枝数与成铃情况调查

在10月6日于各小区选取有代表性的棉花20株，采用株式图调查，统计单株成铃数、果枝数、果节数和成铃率（成铃率=单株铃数÷单株果节数×100%）;根据果枝数和果节数计算节枝比，节枝比=果节数÷果枝数;由单株铃数×密度计算得出总铃数;将各果枝1～2果节上所结的棉铃记为内围铃，各果枝第3及以上果节上所结的棉铃记为外围铃，计算占比与了解棉铃空间分布情况。

1.4.2  产量性状调查

于10月19日在各小区收获正常吐絮的中部棉铃100朵，通过晒干、轧花、称重，调查产量性状并计算产量。将采收的100朵正常吐絮棉铃晒干称重，计算单铃重;籽指是100粒籽棉重量，衣指是100粒子的皮棉重量，衣分为皮棉占籽棉中的百分数;籽棉产量=总铃数×铃重÷1000，皮棉产量=总铃数×铃重×衣分÷1000。

1.4.3  纖维品质检测

在调查产量性状后，各小区取30 g皮棉送往农业部棉花品质监督检验检测中心（安阳）进行棉花纤维品质检测。检测项目包括上半部平均长度、整齐度、断裂比强度、断裂伸长率、马克隆值共五项指标。

1.5  数据处理与分析方法

1.5.1  数据处理

采用EXCEL2016和SPSS24.0进行数据处理与统计分析，利用Duncann新复极差法进行显著性检验。

1.5.2  纤维品质的综合评价

参照王朝晖，等人的方法对纤维品质的数据进行标准化处理。断裂比强度（j=1），上半部平均长度（j=2），整齐度指数（j=4），伸长率（j=5），按实现值越大越好的公式进行计算。

Uij=（Aij-minAij）/（maxAij-minAij） （j=1，2，4，5;i=1，2，3...，15）

本试验中各处理的马克隆值（j=3）均大于3.9，因此按照实现值越小越好计算。

Uij=（maxij-Aij）/（maxAij-minAij）（j=3;i=1，2，3...，15）

式中Uij为无量纲化综合系数，Aij为各指标原始数据，maxAij表示第j个纤维品质性状中的最大值，minAij表示第j个纤维品质中的最小值。以Wi表示各指标的权重系数，参照张志刚，等[12]的分析方法，对纤维品质指标的重要性进行排序后通过二分法计算指标的权重系数，得到断裂比强度：W1=0.3125，上半部平均长度W2=0.3125，马克隆值W3=0.15625，整齐度指数W4=0.15625，伸长率W5=0.0625。计算各处理纤维品质的综合得分，计算公式为：

式中，Si为第i个样品的棉花纤维品质性状的综合得分。

2  结果与分析

2.1  密度对棉花成铃及其空间分布的影响

2.1.1  果枝数

单株果枝数随种植密度的增加而减少（图1）。各处理棉株的果枝数从多到少排序势为A1>A2> A3>A4>A5，A1～A5处理分别为12.82个、11.09个、10.13个、9.38个和8.29个。多重比较显示A1处理的果枝数最多，显著高于其他四个处理（p<0.05），A2处理的果枝数显著高于A3、A4、A5处理，A3和A4处理间没有表现显著差异，但这两个处理的果枝数都显著高于A5处理。在短季直播栽培模式下，以栽培密度为自变量，棉株的果枝数量为因变量，可得到关于密度与果枝关系的拟合方程y=-0.359x+13.573，R2=0.9763。方程为斜向下的一次函数，分析方程可发现，在短季直播栽培模式下，棉花种植密度在30000株/hm2至150000株/hm2时，密度每增加10000株/hm2，棉株果枝数约减少0.36个。

2.1.2  果节数

单株果节数随种植密度的增加而减少（图2）。各处理的单株果节数为A1>A2>A3>A4>A5，A1～A5处理分别为60.44个、42.79个、33.37个、25.98个和17.43个。多重比较显示A1处理的单株果节数最多，显著高于其他四个处理（p<0.05），A2处理的果节数显著高于A3、A4、A5处理，A3和A4处理间没有表现显著差异，但这两个处理的果节数都显著高于A5处理。在短季直播栽培模式下，以栽培密度为自变量，以棉株的果节数量为因变量，可以得到关于密度与果节数的拟合方程y=-3.5003x+67.723，R2=0.9590。方程为斜向下的一次函数，分析方程可以发现，在短季直播栽培模式下，当棉花种植密度在30000株/hm2至150000株/hm2时，种植密度每增加10000株/hm2，棉花果节数量约减少3.50个。

2.1.3  节枝比

棉花植株的节枝比能用来分析棉花果枝的发展情况，是果节数与果枝数的比值。棉花植株的节枝比随种植密度的增加而减少（表1）。处理间的节枝比排序为A1>A2>A3>A4>A5，A1处理下棉花植株拥有最高的节枝比，比A2、A3、A4、A5处理分别高出0.94、1.53、1.97、2.71，多重比较显示，处理间的差异显著性与果枝数和果节数一致。这主要是因为当种植密度增大时，植株间枝叶堆叠，果枝的生长受到限制，会导致节枝比显著下降。

2.1.4  成铃率

成铃是指开花后8～10天棉铃直径达2 cm以上的棉铃，各处理的成铃率排序（表1）为A1>A5> A2>A3>A4，A1处理的成铃率最高，分别比A2、A3、A4、A5处理高出5.44、8.41、85.71、2.81个百分比，其中A1、A5处理与A3、A4处理间的差异达到了显著水平（p<0.05），其他各处理间的差异未达显著水平。短季直播棉花群体成铃率与密度之间的关系表现为：当种植密度为30000株/hm2至120000株/hm2时，棉花群体的成铃率随种植密度的增加而减少，这是因为当种植密度增加时，群体间的荫蔽效果会逐渐增强，导致棉铃脱落或僵桃，但当种植密度达到150000株/hm2时，棉花群体的成铃率有较大幅度的上升，这可能是因为过高的密度下棉花植株的果枝发展受限，从而导致果节数量显著减少，而棉铃减少的幅度相对较小，从而让成铃率有所上升。

2.1.5  内外围铃分布

各处理的内围铃比例大小排序（表1）为A5>A4>A3>A2>A1，A5处理下棉花群体的内围铃占比最高，分别比A1、A2、A3、A4处理高出38.90、24.52、20.52、11.86个百分点。短季直播棉花群体内外围铃比例与种植密度之间的关系表现为：内围铃比例随着种植密度的增加而提高，这说明增加种植密度有使棉铃向内围空间集中的趋势，同时，随着种植密度增加，节枝比下降，导致单个果枝上的果节数量减少也是造成内围铃比例增加的重要原因。

2.2  密度对棉花产量性状的影响

2.2.1  单株铃数

单株铃数随种植密度的增加而减少（图3）。各处理间单株铃数的多少排序为A1>A2>A3>A4>A5，A1～A5处理分别为27.88个、17.00个、12.31个、9.77个、7.45个，其中A1处理的单株铃数要显著高于另外四个处理（p<0.05），A2处理的铃数显著高于A3、A4、A5处理，A3处理的单株铃数显著高于A4和A5处理，A4处理的单株铃数显著高于A5处理，各处理间的差异均达到了显著水平，这说明在短季直播栽培模式下密度对单株铃数有着显著影响。以短季直播栽培模式下棉花的种植密度为自变量、单株铃数为因变量，可以得到关于密度与单株铃数的拟合曲线：y=0.1529x2-3.3559x+38.944，R2=0.9861。在种植密度在30000株/hm2至150000株/hm2时，单株铃数随着密度的增加而减少，这与棉花在其他栽培模式下的密度效应表现一致。

2.2.2  群体总铃数

各处理的群体成铃数（表2）表现为A4>A5>A3>A2>A1，A4处理拥有最高的群体成铃数量，分别比A2、A3、A4、A5高出33.55万个/hm2、15.22万个/hm2、6.41万个/hm2、5.40万个/hm2，多重比较显示其中A4处理与A1、A2处理之间，A3、A5处理和A1处理之间的差异达到了显著水平（p<0.05），其他各处理之间的差异未达显著水平。在短季栽培模式下，在一定范围内，尽管个体的成铃数随着密度水平的增加而减少，但群体发挥了补偿作用，使得群体的总铃数在一定范围内随着密度的增加而上升，但当密度超过一定水平时，随着密度的继续提高，群体总铃数有变小的趋势，这说明在过高的密度水平下，群体的补偿效应不足以补偿个体在单株铃数上的损失。

2.2.3  单铃重

各处理的单铃重（表2）表现为A2>A1>A4>A3>A5，A2处理拥有最高的单铃重，分别比A1、A3、A4、A5高出0.11 g、0.16 g、0.12 g、0.35 g，多重比较的结果显示A2处理和A5处理之间的差异达到了显著水平（p<0.05），其他各处理间的差异未达显著水平。在A1至A4处理之间，随着密度水平的逐渐增加，各处理间的单铃重变化并没有表现出很强的规律性，这说明在短季栽培模式下，密度在一定的水平内对单铃重的影响不大，但当密度达到A5水平时，单株铃重有了较为明显的下降，这说明在A5密度水平下，棉铃的发育水平受到了一定程度的限制。

2.2.4  籽指和衣指

各处理的籽指和衣指如表2所示，各处理的籽指和衣指因栽培密度不同表现出的差异较小。其中各处理间籽指值大小为A2>A3>A1>A4>A5，A2处理的籽指值在各密度水平中最高，分别比A1、A3、A4、A5处理高出0.16 g、0.04 g、0.19 g、0.28 g;衣指值的大小为A4>A1>A2>A3>A5，A4处理的衣指在各密度水平中最高，分别比A1、A2、A3、A5处理高出0.14 g、0.03 g、0.39 g、0.23 g。多重比较显示，各处理间籽指和衣指在不同密度水平下没有表现出显著性的差异（p<0.05）。说明籽指和衣指的变化趋势与栽培的不同密度水平相关性小。

2.2.5  皮棉产量和籽棉产量

各处理的皮棉产量如表2所示，各处理间的皮棉产量为A4>A3>A5>A2>A1，A4处理的皮棉产量在各密度水平中最高，达到了2217.64 kg/hm2，比A1、A2、A3、A5分别高出626.02 kg/hm2、260.52 kg/hm2、193.58 kg/hm2、252.64 kg/hm2，A2、A3、A4、A5的皮棉产量均显著高于A1（p<0.05），但这四个处理之间的差异均未达到显著水平。

从表2中还可以看出：各处理间的籽棉产量变化趋势与皮棉产量变化趋势一致。

2.2.6  衣分

各处理的衣分如表2所示，各处理间衣分的变化趋势为A1>A4>A2>A5>A3，A1处理的衣分在各密度水平中最高，分别比A1、A2、A3、A5处理高出0.57、1.39、0.20、1.15个百分点。多重比较显示不同密度水平间的衣分差异均没有达到显著水平（p<0.05），在密度水平由A1向A3变化的过程中，衣指有随着密度的增加而减小的趋势，但当密度上升到A4和A5水平时，其衣分相对A3密度水平有所提升。在短季直播栽培模式，密度水平对衣分的影响相对较小，这可能是因为衣分主要受遗传因素的影响。

2.3  密度对棉花纤维品质的影响

2.3.1  棉花纤维品质的五项指标

本试验主要考察的是上部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、断裂伸长率和马克隆值五项指標。各处理的纤维品质性状如表3所示。各处理间的上半部平均长度表现为A5>A1>A4>A3>A2。A5处理下的上半部平均长度最长，为28.10 mm，分别比A1、A2、A3、A4分别高出0.63 mm、1.13 mm、0.80 mm、0.73 mm，与A2、A3、A4处理间的差异均达到了显著水平，A1、A2、A3、A4处理之间没有表现出显著性差异（p<0.05）。在种植密度为60000株/hm2至150000株/hm2时，棉花纤维的上半部平均长度有随着种植密度的增加而增长的趋势。

各处理的整齐度指数为A5>A1>A3>A4>A2，介于84.07%至85.43%之间，以A5处理的整齐度指数最高，分别比A1、A2、A3、A4高出0.23、1.36、0.73、1.33个百分点，但各处理间的差异均没有达到显著水平（p>0.05）。整齐度指数与种植密度之间没有表现出明显的相关性。

各处理的断裂比强度为A1>A2>A5>A4>A3，介于27cN/tex至29cN/tex之间，以A1处理有着最高的断裂比强度，分别比A2、A3、A4、A5处理高出0.07、0.93、0.50、0.33 cN/tex。多重比较显示各处理间的差异均没有达到显著水平（p>0.05）。在种植密度为A1至A3处理时，断裂比强度有随着密度的增大而减小的趋势，但当密度在A4之后，随着种植密度的增加断裂比强度有增大的趋势。

各个密度处理下的棉花纤维伸长率均为6.80%，可以认为在短季直播栽培模式下种植密度对棉花纤维的伸长率没有影响。

各处理下棉纤维的马克隆值介于5.40至5.57之间，以A2处理最大，A1处理最小，A3、A4、A5处理均为5.43。多重比较显示A2处理显著高于其他四个处理，A1、A3、A4、A5处理间差异不显著（p<0.05）。随着种植密度的变化，马克隆值没有表现出明显的变化特征，各处理的马克隆值均为C类，这可能是由棉花吐絮期连续的阴雨天气所导致。

2.3.2  纤维品质综合评价

对各处理的纤维品质五项指标进行加权计算后，各处理纤维品质综合得分为A5>A1>A4>A3>A2。A1处理得分为0.4920分，A2处理得分为0.2717分，A3处理为0.3296分，A4处理為0.3571分，A5处理为0.5449分，在短季直播栽培模式下，棉花的纤维品质综合得分表现为随密度的增加先减小后增加，但多重比较显示各处理间的得分差异未达显著水平（P<0.05）。

3  讨论与结论

本试验中，种植密度对棉花的单株铃数影响显著，棉花的单株铃数随种植密度的增加而减少，这与前人的观点一致。群体总铃数表现为在A1至A4密度内随着种植密度的增加而增加，但当密度从A4增加到A5时，会造成群体总铃数的下降，这是因为当密度增加时，尽管单株铃数显著减少，但群体的补偿效果让群体总铃数得以上升，当密度达到A5时，个体发展与群体发展间的矛盾开始加剧，群体补偿效果不足以补偿个体在铃数上的损失，从而造成群体总铃数下降，这与邓福军[13]等人的试验结果基本一致。一般认为铃重会随种植密度的增加而减小，但在本试验中，当密度在A1至A4处理时，铃重变化并没有表现出明显的规律，但在A5处理下，铃重下降较为明显，这有可能是由于密度较高，棉铃分配的养分较少而不能充分的发展。本试验中各处理籽指值、衣指和衣分均没有表现出显著性差异，可能是因为这些性状主要受遗传因素的调节，密度的影响相对较小。在产量方面，由于处理间衣分的差距较小，籽棉产量与皮棉产量的表现一致，均表现为A4>A3>A5>A2>A1，以A4处理的籽棉产量最高，为5983.79 kg/hm2，A5处理尽管有着最高的干物质积累，但产量并没有表现最高，这说明在湖南地区短季直播栽培模式下，适当增加种植密度有利于提高棉花产量，但过高的密度有可能导致棉花产量下降，这主要是因为过高的种植密度会导致棉花群体中下部光照条件恶化，造成成铃数量和铃重显著减少或减轻，从而减产。本试验中，密度对棉花纤维的上半部平均长度表现出显著影响（P<0.05），上半部平均长度有随着密度增加而增加的趋势。对棉花纤维的五项品质指标进行加权分析之后，A1处理和A5处理的得分较高，棉花纤维品质整体上有随着密度增加而提升的趋势，这与娄善伟[14]等的结论相似。阳会兵[15]等认为密度会影响棉花纤维伸长率，本试验中各处理的棉花纤维伸长率并没有表现出差异，这与徐娇[6]等人的观点一致。本试验中只进行了一次缩节胺喷施，对棉花的株高控制不够，这可能会导致棉花中下层光照条件恶化、呼吸消耗加剧，在后面的试验中可以探索更为适宜的化调机制。施氮对棉花生产影响显著，在之后的试验中可以通过设置施氮水平来研究短季直播栽培模式下密度与氮肥的互作效应，以构建更为合理的源库流关系。

参考文献

[1] 李育强，刘爱玉，李毅，等. 湖南棉花生产现状及全程机械化发展思路[J]. 湖南农业科学，2013（21）：94-97.

[2] 刘爱玉，陈金湘，李瑞莲. 论长江流域棉花短季栽培[J]. 中国棉花，2014，41（02）：7-10.

[3] 白玉林，杜斌，刘霞，等. 密度对不同株型海岛棉产量和品质的影响[J]. 棉花科学，2016，38（2）：38-43.

[4] 王欣悦，刘爱玉，邹茜，等. 密度及施氮量对短季直播棉花产量和纤维品质的影响[J]. 棉花科学，2015，37（2）：24-29.

[5] 支晓宇. 密度对棉花产量及种子和纤维品质的影响研究[D]. 北京：中国农业科学院，2015.

[6] 徐娇. 种植密度对杂交棉干物质积累和氮磷钾吸收及产量品质的影响[D]. 南京：南京农业大学，2013.

[7] Krieg D R. Yield component analyses of cotton genetic and environmental causes of variation [J]. Proc Beltwide Cotton Conferences，2005：2022-2032.

[8] 张勇，杨永林. 密度对标杂A1产量及品质的影响研究[J]. 新疆农垦科技，2007（4）：13-14.

[9] Constable G A， Rawson H M. Carbon production and utilization in cotton：inferences from a carbon budget[J]. Australian Journal of Plant Physiology，1980（7）：539-553.

[10] 张旺锋，王振林，余松烈，等. 种植密度对新疆高产棉花群体光合作用、冠层结构及产量形成的影响[J]. 植物生态学报，2004，28（2）：164-171.

[11] 李鹏程，董合林，刘爱忠. 南疆膜下滴灌常规棉适宜密度研究[J]. 河北农业科学，2011，15（6）：1-3

[12] 张志刚，陈金湘，曾昭云，等. 栽培因子对棉株不同座果点纤维品质影响的研究[J]. 棉花学报，2003，15（1）：37-41.

[13] 邓福军，林海，宿俊吉，等. 棉花种植密度与产量形成的关系[J]. 新疆农业科学，2011，48（12）：2191-2196.

[14] 娄善伟，赵强，高云光，等.密度对棉花冠层小气候影响及其与棉花相关生理特征和纤维品质的关系[J]. 棉花学报，2010，22（3）：260-266.

[15] 阳会兵，马一学，陈金湘，等. 棉花短季直播栽培模式对产量构成及纤维品质的影响[J]. 棉花学报，2016，28（2）：160-169..