不同机采棉种植模式和种植密度对棉田土壤水热效应及产量的影响

张恒恒，王香茹，胡莉婷，庞念厂，贵会平，董 强，阮 康，宋美珍，张西岭

不同机采棉种植模式和种植密度对棉田土壤水热效应及产量的影响

张恒恒1，王香茹1，胡莉婷2，庞念厂1，贵会平1，董 强1，阮 康1，宋美珍1，张西岭1※

（1.中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室，安阳 455000；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193）

新疆机采棉生产中农机农艺的不融合是导致棉花纤维品质下降和采净率低的主要原因，优化机采棉株行距配置是实现农机农艺融合的重要途径。该研究于2018－2019年进行了“矮密早”（1膜6行，66+10 cm宽窄行）、“宽早优”（1膜3行，76 cm等行距）2种种植模式和13.5、18.0和22.5万株/hm23个种植密度的定位试验，监测棉花全生育期的土壤温度和土壤水分动态变化，结合棉花产量分析农田水分利用效率，综合评价不同机采棉种植模式的生产适应性。结果表明，不同种植模式和密度影响土壤温度，但不存在互作效应。不同处理下耕层土壤温度变化规律一致，随着气温升高土壤温度逐渐增加，棉花封垄郁闭后，土壤温度迅速下降并波动。在生育前期（5－6月），不同种植模式和密度下耕层土壤温度无显著性差异，而“宽早优”模式提高了花期和铃期的土壤温度，比“矮密早”模式平均高1.7 ℃。“宽早优”模式的全生育期耕层土壤积温较“矮密早”模式显著提高8.3%～9.9%（<0.05），主要提升了花铃期的土壤积温；从全生育期耗水量来看，“宽早优”模式的耗水量低于“矮密早”模式，降低0.8～6.7 mm；提高种植密度会降低耕层土壤积温，增加棉田耗水量。“宽早优”模式提高了棉花籽棉产量和水分利用效率，其中2019年较“矮密早”模式分别显著提高17.5%和18.8%（<0.05）。“宽早优”模式可以改善棉花生长的土壤水热条件，实现产量和水分利用效率的大幅提高，是更为优化的机采棉种植模式，适合大面积推广。

温度；产量；耗水量；种植模式；水分利用效率；棉花

0 引 言

新疆属典型大陆性干旱气候，光热资源丰富，是中国植棉面积和产量最大的省份，截止2019年，新疆植棉面积占据了全国的76%，产量占全国的85%。随着新疆棉花生产机械化水平的提高，传统的“矮密早”种植模式由于种植密度过大导致化学脱叶催熟效果差，机采棉含杂率高，原棉品质降低，农机农艺不融合[1]。同时新疆地区干旱少雨和低温冷害对棉花高产稳产有重大影响。因此，采取高效的种植模式，增加土壤温度和水分利用效率，提高棉花产量和纤维品质，对于保证新疆棉花提质增效和可持续发展具有重要意义。

优化棉花种植模式是构建合理冠层结构，提高棉花群体生产力，实现农机农艺融合，加快机械化生产的重要栽培措施。“矮密早”种植模式（66+10 cm宽窄行）存在机采脱叶效果差、含杂率高、纤维品质下降等问题，“宽早优”种植模式（76 cm等行距）在“矮密早”基础上进行改进和发展，通过“扩行、降密、壮株和拓高”等方式，使棉花株型满足机采要求，早熟性好，化学脱叶效果好，机采棉含杂率低，产量高，纤维品质好[2-6]。对于不同种植模式下密度效应的研究已有大量报道[7-10]，合理的种植密度可使棉花群体和个体协调发展，是实现高产的重要途径，取决于气候条件、种植模式、品种、土壤质量等因素。土壤水热条件是限制作物生长的重要环境因子，土壤水盐分布和土壤生化过程，直接或间接影响棉花的生长。播期、种植方式等田间管理会引起棉花对生长物候环境（土壤水热、气温等）差异的不同响应，进而改变棉花干物质累积与分配过程，最终影响棉花产量[11-12]。棉花的生育进程、棉铃的发育都需要合适的温度，温度过高或过低都会产生不利影响。因此，研究不同机采棉种植模式及密度下土壤水热效应对棉花的生长发育和产量非常重要。

关于不同棉花种植方式下土壤温度和水分利用效率的研究大多集中于覆盖方式（覆膜、秸秆等）、灌溉方式（膜下滴灌、漫灌等）、耕作方式（垄作、平作等）或种植制度（麦后棉、麦套棉等）等[13-16]，尚缺少不同机采棉种植模式和种植密度对棉田土壤水热状况和作物生长影响、缺少不同种植模式土壤温度和水分实时连续监测，需进一步深入研究，从水热效应挖掘棉花增产潜力。

本研究对2种种植模式和3种种植密度下土壤温度和水分进行连续2 a的监测，研究不同种植模式和密度对土壤温度、耗水量及产量的影响，旨在为新疆棉区棉花高产高效栽培及机械化管理提供理论依据和技术基础。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2018－2019年在中国农业科学院棉花研究所胡杨河试验站进行（44°44′N，84°48′ E，海拔481 m），试验区属于温带大陆性干旱气候，年均降水量182.1 mm，蒸发量1 710 mm，年日照时数2 679 h，年平均温度7.4 ℃，≥10 ℃年积温3 987.7 ℃，无霜期180 d，农业生产完全依赖于灌溉，土壤质地为黏壤土，土壤肥力属于中等，耕层土壤pH值8.3，有机质含量19.8 g/kg，全氮0.74 g/kg，碱解氮51.1 mg/kg，速效磷5.1 mg/kg，速效钾210.2 mg/kg。2018－2019年日平均气温与降雨量如图1所示。

图1 2018－2019年棉花生育期日平均气温与降雨量

试验材料为中棉所109，采用裂区试验设计，主区为机采棉种植模式，分别为“矮密早”种植模式（1膜6行，M1）和“宽早优”种植模式（1膜3行，M2），种植方式如图2。

图2 不同机采棉种植模式的示意图

副区为种植密度，2018年设2个密度，分别为13.5万株/hm2（D1）、18.0万株/hm2（D2），2019年设3个密度，分别为13.5万株/hm2（D1）、18.0万株/hm2（D2）和22.5万株/hm2（D3），试验共6个处理，每个处理重复3次，共18个小区，每个小区面积为14.9 m2（2.08 m× 7.2 m）。2018年4月22日播种，9月21日收获，2019年4月20日播种，9月25日收获。棉花全生育期内随水滴施300 kg/hm2磷酸二氢铵、75 kg/hm2氯化钾和60 kg/hm2腐殖酸，全生育期共滴施11次。其他田间管理措施与高产田管理一致。

1.2 测定内容与方法

1.2.1 耕层土壤温度及积温

土壤温度采用智能全自动土壤温湿度记录仪（杭州路格科技有限公司，L99-TWS-3）测定，在整个棉花生育期间连续测定棉花行间膜下5、15和25 cm深度土壤温度，每隔30 min测定1次，数据采集仪自动记录。

采用公式（1）计算[15]耕层土壤积温：

式中T为耕层积温，℃；T是第天0～25 cm土壤平均温度；为棉花生育期的天数，d。

1.2.2 农田耗水量

于棉花生育期间采用智能全自动土壤温湿度记录仪分别连续测定20、40和60 cm土层的土壤体积含水率。

土壤贮水量计算公式为

式中为土壤贮水量，mm；w是第层土壤体积含水率，cm3/cm3；h为各土层高度，cm；为土壤层总数，=3。

农田耗水量ET采用水量平衡法[15,17]计算：

式中ET为农田耗水量，mm；为不同生育期土壤贮水量的消耗量，mm；为不同生育期的灌水量，mm；为不同生育期的降雨量，mm；为地下水补给量，mm；为土壤水分渗漏量，mm；为地表径流量，mm。由于试验地区降雨量极少，地块平整，地下水埋深大于5 m，因此、、忽略不计。

1.2.3 产量及水分利用效率

收获期对各小区进行实收，测定籽棉产量。水分利用效率的计算公式为

式中WUE为水分利用效率，kg/(mm·hm2)；为籽棉产量，kg/hm2；ET为棉花生育期内耗水量，mm。

1.3 数据处理

采用Excel 和SPSS 25.0统计软件进行数据处理和分析，采用SigmaPlot 14.0（Systat Software, Inc.USA）软件作图。

2 结果与分析

2.1 耕层土壤温度与土壤积温的变化

2018－2019年不同处理下棉花田间耕层土壤温度的动态变化如图3和图4所示。由图3可知，在整个生育期各处理的耕层土壤温度变化趋势基本一致。在生育前期，土壤温度随着气温的回升而逐步升高，主要受大气温度和太阳辐射的影响，到6月中旬达到顶峰（30.3～34.6 ℃），但随着生育进程的推进，土壤温度开始下降，这是由于棉花封行且郁闭度增加，遮阴效果增强，地膜覆盖效果减弱引起的。对于种植模式来说，在苗期和蕾期阶段，2种种植模式的耕层土壤温度无显著性差异，但从开花期到吐絮期前，M2模式下耕层土壤温度都高于M1模式，平均高1.7 ℃。在棉花整个生育期中，随着种植密度的提高，耕层土壤温度的变化程度逐渐减弱，种植密度从D1增加到D3，平均土壤温度仅下降0.5 ℃。

注：D1为种植密度13.5 万株·hm-2，D2为种植密度18 万株·hm-2，D3为种植密度22.5 万株·hm-2。下同。

图4 不同种植密度下种植模式对耕层土壤温度的影响

对2018－2019年不同处理下棉花全生育期耕层积温进行分析，结果如表1。不同种植模式下耕层土壤积温为M2显著高于M1（<0.05），与M1处理相比，M2处理的耕层积温在2018年和2019年分别提高了8.3%～9.9%和8.3%～8.6%，表明“宽早优”种植模式可以有效提高耕层土壤积温。种植密度对耕层土壤积温的影响未达到显著水平，在不同年份和种植模式下，耕层积温随种植密度的提高均呈下降趋势。密度大由于植株对地面的遮阴率更大，减少了到达地面的太阳辐射量，D3的耕层积温最小。种植模式和种植密度对土壤耕层积温无互作效应。

不同处理对棉花各生育时期耕层积温的影响如图5。种植模式对耕层土壤积温影响显著，与M1处理相比，M2处理在2018年显著提高了花期和铃期的耕层土壤积温，分别达到20.0%和13.1%，而在2019年显著提高了蕾期和花期的耕层积温，分别达到12.5%和10.4%，这与土壤温度变化规律一致。说明与“矮密早”模式相比，“宽早优”模式的增温作用主要体现在棉花的生殖生长阶段，有助于产量的形成。种植密度对耕层积温无显著影响，除苗期外，耕层土壤积温随着种植密度的增加呈降低变化。

表1 2018－2019年不同处理的棉花田间耕层土壤积温

注：同列不同小写字母表示不同种植密度间差异显著（<0.05）；同列不同大写字母表示不同种植模式处理间差异显著（<0.05）；*、**分别表示在0.05、0.01水平上显著相关，ns表示不显著。下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences in different planting density (0.05); Different uppercase letters in the same column indicate significant differences in different planting patterns (<0.05); * and ** represent significant differences at 0.05 and 0.01 levels, ns indicate no significance. The same as below.

注：不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。下同。

2.2 棉花耗水特征

对2018－2019年不同处理下棉花耗水量进行分析（表2），结果表明，与M2处理相比，M1处理的耗水量增加0.8～6.7 mm，但未达到显著水平。同一种植模式下，随着种植密度的提高，棉花全生育期的耗水量随之显著提高（<0.05），2018年，种植密度从13.5万株/hm2增加到18万株/hm2，耗水量增加4.9%；2019年，种植密度从13.5万株/hm2增加到22.5万株/hm2，耗水量增加4.3%。棉花各生育期耗水量的变化特征表明（图6），棉花耗水主要集中在蕾期、花期和铃期，不同种植模式下各生育时期棉花耗水量无显著性差异；“宽早优”模式主要提高花期的田间耗水量（1.9～6.0 mm），在其他时期耗水量低于“矮密早”模式。在苗期和蕾期，随着种植密度的提高耗水量略微降低；花期到铃期的棉花耗水量随着种植密度的增加而增加。

表2 不同处理的棉田耗水量

图6 不同处理对棉花各生育期耗水量的影响

2.3 棉花产量及水分利用效率

种植模式和种植密度对籽棉产量及产量构成和WUE的影响如表3所示。棉花籽棉产量在不同年份间差异较大，2019年产量显著低于2018年，这是由于后期气温不足，部分棉铃未吐絮或吐絮不畅，不能形成产量。在2018年，“宽早优”模式下籽棉产量比“矮密早”模式略高，但差异不显著；而在2019年，“宽早优”模式下籽棉产量比“矮密早”模式高17.5%，达到显著性水平（<0.05），主要通过显著影响单位面积铃数提高籽棉产量，2a间“宽早优”模式呈现稳产和增产态势。种植密度显著影响籽棉产量（<0.05），籽棉产量随着种植密度的增加显著增加7.3%～13.7%。

年际间种植模式对水分利用效率影响不同，2018年，种植模式对水分利用效率无显著性影响，而2019年，“宽早优”模式比“矮密早”模式显著提高18.8%（<0.05）。2 a间种植密度对水分利用效率无显著性影响。

表3 不同处理对棉花全生育期水分利用效率和产量及产量构成的影响

3 讨 论

3.1 种植模式和种植密度对耕层土壤温度和积温的影响

土壤温度是土壤热状况的综合表征指标，直接或间接作用于作物生长发育的各个过程[18-21]。棉花属于喜温作物，不同行距配置和种植密度均会导致土壤温度和有效积温的差异，进而影响棉花的生长发育。本研究发现在生育前期（苗期和蕾期），“宽早优”模式和“矮密早”模式下耕层土壤温度和有效积温无显著性差异，但“宽早优”模式可以明显改善全生育期耕层土壤积温，较“矮密早”模式提高了8.3%～9.9%。这是因为，在生长前期棉花植株冠层覆盖度小，地面能直接吸收太阳辐射，2种种植模式的增温保墒效果基本相同。进入蕾期后，棉花逐渐生长，形成较大的作物冠层，阻碍了地面接收太阳辐射，地膜增温效应减弱，同时田间开始滴灌进水，水的比热容大，土壤升温速度慢，棉田土壤温度开始降低并上下波动。但“宽早优”模式的土壤温度要高于“矮密早”模式，在生殖生长阶段形成较高的土壤积温。这可能由于与（66+10）cm宽窄行模式相比，76 cm等行距模式下棉花生育前期单株发育快，群体叶面积指数及光吸收率增长迅速，形成合理的冠层结构，一方面有利于棉花中后期生长发育，能维持较高的群体叶面积及光吸收率，干物质积累量大进而利于获得高产[3,22-24]；另一方面群体通风透光性高，地面能吸收更多的太阳辐射，保持相对稳定的土壤温度，利于棉花的生长。研究还发现，随着种植密度的提高，耕层土壤积温逐渐下降，且在蕾期后的生育时期变化规律一致。对于种植密度，作物冠层遮盖是影响土壤温度的主要因素，在苗期，植株矮小，无遮盖作用，各密度处理间地面接收太阳辐射能相差不大，土壤积温无差异；到花期以后，高密度处理易形成较大的冠层结构，棉花封垄之后阻碍太阳辐射到达地面，大大降低了地温。

3.2 种植模式对棉花耗水、产量和水分利用效率的影响

新疆是大陆性干旱气候，干旱、灌溉用水不足和水分利用率低之间的矛盾限制了农业的发展，配套合理的种植模式对于提高棉花水分利用效率和产量具有重要意义。本研究发现，“宽早优”种植模式增加了花期的耗水量，降低了其他生育时期的耗水，全生育期的耗水量总体呈现降低趋势。研究表明，一膜三行模式会使棉花生育期提前，开花和吐絮进程加快[3-4,25]。这可能因为合适的土壤温度和高耗水量满足了棉花生长的需求，增加了生殖器官干物质的积累及持续时间。在本研究中，棉花全生育期耗水量随着种植密度的增加而增加，这与孙仕军等[26]研究结果一致。增加种植密度而增加的耗水量主要是由棉花花铃期耗水量的增加导致，可能由于该时期土壤水分供应充足，群体植株间没有形成水分竞争，可满足植株正常需水量。

水热条件是作物生长发育需求的重要环境因素，作物产量的形成往往是二者综合作用的结果[27]。与“矮密早”种植模式相比，“宽早优”种植模式提高了全生育期的土壤有效积温，降低了棉花耗水量，影响棉花生长发育并最终提高了棉花产量和水分利用效率。“宽早优”种植模式作为一种新的种植模式，可以构建合理的冠层结构，使棉花生育中后期植株间通风透光，利于棉花群体进行光合作用和干物质累积，增加铃数和单铃质量，显著提高棉花籽棉产量[3-4,24,28]。本研究表明“宽早优”种植模式具备较好的蓄水保墒能力，可显著改善土壤表层的热量条件，显著提高了棉花的籽棉产量和水分利用效率。Dai等[7]研究发现，在一定种植密度范围内，棉花产量随种植密度的增加而增加。本研究得出相似结论，这是由于合理的种植密度可以形成强大的冠层结构，截获更多的光合有效辐射，增强群体光合作用能力，进而提高产量。同时随着种植密度的提高，棉花水分利用效率增加，高密度种植一方面增加了作物耗水量，另一方面降低了蒸发和蒸腾比例，进而实现了作物水分的高效利用。

随着新疆棉花机械化生产程度的提高，生产中棉花脱叶效果达不到机采要求，机采棉含杂率高，原棉品质差等问题突出。“宽早优”种植模式作为一种新的机采棉种植模式，行间通风透光性好，提高了脱叶率和采净率，降低了挂枝率和含杂率，机械采收质量佳，增产潜力大，可作为高效的种植模式在新疆进行大面积推广。同时加强适宜模式的机采棉品种、配套化学打顶和脱叶催熟等技术及“光温水”理论等方面的研究，进一步挖掘“宽早优”模式的增产提质潜力，对促进新疆棉花产业发展具有重要意义。

4 结 论

1）“宽早优”种植模式改变了棉花不同生育时期内的土壤水热状况，在整个生育期，耕层土壤有效积温较“矮密早”模式显著增加8.3%～9.9%；尤其花铃期，耕层土壤温度平均增加1.7 ℃，从棉花全生育期耗水量来看，“宽早优”模式降低了棉田耗水量，但2种模式间无显著性差异。

2）种植密度对棉田土壤温度和水分影响不同，在一定范围内，增加种植密度使得耕层土壤积温降低，而耗水量和籽棉产量分别显著提高4.3%～4.9%和7.3%～13.7%。

3）不同种植模式对籽棉产量和水分利用效率影响显著，年际间差异明显，其中2019年“宽早优”种植模式较“矮密早”种植模式分别显著提高17.5%和18.8%，“宽早优”种植模式能实现稳产或显著增产，主要通过提高单位面积结铃数，从而提高籽棉产量和水分利用效率。综合研究表明，“宽早优”种植模式可作为高产稳产的机采棉模式进行推广应用。

[1]张山鹰. 新疆机采棉发展现状及发展方向的思考[J]. 农业工程，2012，2(7)：1-6.

Zhang Shanying. Consideration about status quo and development direction of machine pick up cotton in Xinjiang Province[J]. Agricultural Engineering, 2012, 2(7): 1-6. (in Chinese with English abstract)

[2]廖凯，高振江，孙巍，等. 农艺条件对机采棉品质的影响分析[J]. 中国棉花，2014，41(11)：16-20.

Liao Kai, Gao Zhenjiang, Sun Wei, et al. Analysis of the influence of agronomic conditions on the quality of mechanically picked cotton[J]. China Cotton, 2014, 41(11): 16-20. (in Chinese with English abstract)

[3]魏鑫，徐建辉，张巨松. 种植模式对机采棉干物质积累及品质的影响[J]. 新疆农业科学，2017，54(7)：1177-1184.

Wei Xin, Xu Jianhui, Zhang Jusong. Effects of planting patterns on dry matter accumulation and quality of mechanically picked cotton[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2017, 54(7): 1177-1184. (in Chinese with English abstract)

[4]杨培，陈振，阿不都卡地尔·库尔班，等. 对等密度条件下机采棉不同种植模式的综合评价[J]. 新疆农业科学，2019，56(4)：599-609.

Yang Pei, Chen Zhen, Abudukadier Kuerban, et al. Comprehensive evaluation of different planting modes of machine picked cotton under the equal density condition[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2019, 56(4): 599-609. (in Chinese with English abstract)

[5]李健伟，吴鹏昊，肖绍伟，等. 机采种植模式对不同株型棉花脱叶及纤维品质的影响[J]. 干旱地区农业研究，2019，37(1)：82-88.

Li Jianwei, Wu Penghao, Xiao Shaowei, et al. Effects of cotton planting modes with machine picking on defoliation and fiber quality of different plant types[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2019, 37(1): 82-88. (in Chinese with English abstract)

[6]张西岭，宋美珍，王香茹，等. 新疆“宽早优”机采棉优质高效综合栽培技术[J]. 中国棉花，2020，47(9)：34-37，40.

Zhang Xiling, Song Meizhen, Wang Xiangru, et al. High-quality and high-efficiency comprehensive cultivation techniques of “Kuanzaoyou” machine-harvest cotton in Xinjiang[J]. China Cotton, 2020, 47(9): 34-37, 40. (in Chinese with English abstract)

[7]Dai Jianlong, Li Weijiang, Tang Wei, et al. Manipulation of dry matter accumulation and partitioning with plant density in relation to yield stability of cotton under intensive management[J]. Field Crops Research, 2015, 180: 207-215.

[8]Mao Lili, Zhang Lizhen, Eversc J B, et al. Yield components and quality of intercropped cotton in response to mepiquat chloride and plant density[J]. Field Crops Research, 2015, 179: 63-71.

[9]Ren Xiaoming, Zhang Lizhen, Du Mingwei, et al. Managing mepiquat chloride and plant density for optimal yield and quality of cotton[J]. Field Crops Research, 2013, 149: 1-10.

[10]Li Ting, Zhang Yanjun, Dai Jianlong, et al. High plant density inhibits vegetative branching in cotton by altering hormone contents and photosynthetic production[J]. Field Crops Research, 2019, 230: 121-131.

[11]娄善伟，托合提·艾买提，司地克江·艾外力，等. 苗期地温对棉花前期生育进程的影响研究[J]. 中国农学通报，2018，34(35)：13-16.

Lou Shanwei, Tuo Heti·Aimaiti, Sidikejiang·Aiwaili, et al. Soil temperature at seedling stage: Effect on early growth process of cotton[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2018, 34(35): 13-16. (in Chinese with English abstract)

[12]邢芳芳，韩迎春，雷亚平，等. 不同种植模式棉田土壤温度的时空变化特征[J]. 棉花学报，2020，32(3)：219-232.

Xing Fangfang, Han Yingchun, Lei Yaping, et al. Temporal and spatial variation characteristics of soil temperature in cotton fields under different cropping systems[J]. Cotton Science, 2020, 32(3): 219-232. (in Chinese with English abstract)

[13]张治，田富强，钟瑞森，等. 新疆膜下滴灌棉田生育期地温变化规律[J]. 农业工程学报，2011，27(1)：44-51.

Zhang Zhi, Tian Fuqiang, Zhong Ruisen, et al. Spatial and temporal pattern of soil temperature in cotton field under mulched drip irrigation condition in Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(1): 44-51. (in Chinese with English abstract)

[14]刘秀位，王艳哲，陈素英，等. 不同种植方式对棉田土壤温度、棉花耗水和生长的影响[J]. 干旱地区农业研究，2013，31(1)：14-19，45.

Liu Xiuwei, Wang Yanzhe, Chen Suying, et al. Effects of different planting patterns on soil temperature, water use and growth of cotton[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2013, 31(1): 14-19, 45. (in Chinese with English abstract)

[15]祖米来提·吐尔干，林涛，严昌荣，等. 地膜覆盖时间对新疆棉田水热及棉花耗水和产量的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(11)：113-120.

Zumilaiti·Tuergan, Lin Tao, Yan Changrong, et al. Effect of plastic film mulching duration on soil temperature and moisture in field and cotton water consumption and yield in Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(11): 113-120. (in Chinese with English abstract)

[16]殷涛，何文清，严昌荣，等. 地膜秸秆双覆盖对免耕种植玉米田土壤水热效应的影响[J]. 农业工程学报，2014，30(19)：78-87.

Yin Tao, He Wenqing, Yan Changrong, et al. Effects of plastic mulching on surface of no-till straw mulching on soil water and temperature[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(19): 78-87. (in Chinese with English abstract)

[17]张立祯，曹卫星，张思平，等. 基于生理发育时间的棉花生育期模拟模型[J]. 棉花学报，2003，15(2)：97-103.

Zhang Lizhen, Cao Weixing, Zhang Siping, et al. Simulation model for cotton development stages based on physiological development time[J]. Cotton Science, 2003, 15(2): 97-103. (in Chinese with English abstract)

[18]Huang Yilong, Chen Liding, Fu Baojie. The wheat yields and water-use efficiency in the loess plateau: Straw mulch and irrigation effects[J]. Agricultural Water Management, 2005, 72: 209-222.

[19]陈继康，李素娟，张宇，等. 不同耕作方式麦田土壤温度及其对气温的响应特征：土壤温度日变化及其对气温的响应[J]. 中国农业科学，2009，42(7)：2592-2600.

Chen Jikang, Li Sujuan, Zhang Yu, et al. Characteristics of soil temperature and response to air temperature under different tillage systems: Diurnal dynamic of soil temperature and its response to air temperature[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(7): 2592-2600. (in Chinese with English abstract)

[20]Jacobs A F. Heusinkveld B G, Holtslag A A. Long-term record and analysis ofsoil temperatures and soil heat fluxes in a grassland area, The Netherlands[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2011, 151(7): 774-780.

[21]随龙龙，田景山，姚贺盛，等. 播期温度对新疆膜下滴灌棉花出苗率及苗期生长的影响[J]. 中国农业科学，2018，51(21)：4040-4051.

Sui Longlong, Tian Jingshan, Yao Hesheng, et al. Effects of different sowing dates on emergence rates and seedling growth of cotton under mulched drip irrigation in Xinjiang[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(21): 4040-4051. (in Chinese with English abstract)

[22]李玲，董合林，马云珍，等. 株行距配置对机采棉生长发育、产量及品质的影响[J]. 新疆农业科学，2020，57(4)：713-721.

Li Ling, Dong Helin, Ma Yunzhen, et al. Effects of row spacing patterns on the growth, yield and quality of machine-picked cotton[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2020, 57(4): 713-721. (in Chinese with English abstract)

[23]李建峰，王聪，梁福斌，等. 新疆机采模式下棉花株行距配置对冠层结构指标及产量的影响[J]. 棉花学报，2017，29(2)：157-165.

Li Jianfeng, Wang Cong, Liang Fubin, et al. Row spacing and planting density affect canopy structure and yield in machine-picked cotton in Xinjiang[J]. Cotton Science, 2017, 29(2): 157-165. (in Chinese with English abstract)

[24]Wang Fangyong, Han huanyong, Lin Hai, et al. Effects of planting patterns on yield, quality, and defoliation in machine-harvested cotton[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2019, 18(9): 2019-2028.

[25]程林，郑新疆，朱晓平，等. 一膜三行等行距栽培模式对棉花生长及产量的影响[J]. 安徽农业科学，2017，45(1)：44-45，48.

Cheng Lin, Zheng Xinjiang, Zhu Xiaoping, et al. Effects of one film three rows equal spacing cultivation mode on cotton growth and yield[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2017, 45(1): 44-45, 48. (in Chinese with English abstract)

[26]孙仕军，朱振闯，陈志君，等. 不同颜色地膜和种植密度对春玉米田间地温、耗水及产量的影响[J]. 中国农业科学，2019，52(19)：3323-3336.

Sun Shijun, Zhu Zhenchuang, Chen Zhijun, et al. Effects of different colored plastic film mulching and planting density on soil temperature, evapotranspiration and yield of spring maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(19): 3323-3336. (in Chinese with English abstract)

[27]Dong Baodi, Liu Mengyu, Jiang Jingwei, et al. Growth, grain yield, and water use efficiency of rain-fed spring hybrid millet () in plastic-mulched and unmulched fields[J]. Agricultural Water Management, 2014, 143(9): 93-101.

[28]张昊，林涛，尔晨，等. 配置模式对南疆机采棉生长发育及产量形成的调控效应[J]. 新疆农业大学学报，2018，41(5)：307-313.

Zhang Hao, Lin Tao, Er Chen, et al. Effects of planting patterns on growth and yield formation for machine-picked cotton in southern Xinjiang[J]. Journal of Xinjiang Agricultural University, 2018, 41(5): 307-303. (in Chinese with English abstract)

Effects of different machine-harvested cotton planting patterns and planting densities on soil hydrothermal conditions and cotton yield

Zhang Hengheng1, Wang Xiangru1, Hu Liting2, Pang Nianchang1, Gui Huiping1, Dong Qiang1, Ruan Kang1, Song Meizhen1, Zhang Xiling1※

(1./,455000,; 2.,,100193)

A perfect matching between current machine-harvested cotton pattern and agricultural machinery can greatly contribute to fiber quality and the picking rate in mechanical harvesting. An effective way can be to optimize the row space, thereby to achieve the integration of agricultural machinery and agronomy for machine-harvested cotton. In this study, two machine-harvested cotton patterns were selected, including the “aimizao” planting pattern (six lines per film with wide-narrow row spacing, 66+10 cm), and the “kuanzaoyou” planting pattern (three lines per film with equal row spacing, 76 cm) in 2018-2019, as well as 3 planting densities of 135 000, 180 000 and 225 000 plants/hm2. The dynamic changes of soil temperature and soil moisture were monitored during the whole cotton growth period, and the water use efficiency was analyzed combined with the cotton yield, in order to compressively evaluate the applicability of different machine-harvested cotton pattern. The results showed that different machine-harvested cotton patterns and planting densities can affect the soil temperature, but there was no interaction effect. The variation characteristics of soil temperature were consistent under different treatments. With the increase of atmospheric temperature, soil temperature increased, but decreased rapidly and fluctuated after the cotton ridges were closed. There was no significant difference in soil temperature of plough layer under different planting patterns and planting densities in the early growth stage (May to June). However, the soil temperature in flowering and boll setting stage increased by the “kuanzaoyou” planting pattern, where 1.7 ℃ on average higher than that of “aimizao” planting pattern. The accumulated soil temperature of plough layer in the whole growth period under the “kuanzaoyou” pattern significantly increased by 8.3%-9.9% (<0.05), compared with that of the “aimizao” pattern. In the water consumption during the whole growth period, the water consumption in the “kuanzaoyou” pattern was lower than that of the “aimizao” pattern, but the difference was not significant. Increasing planting density can reduce the accumulated temperature of plough layer, but increase the water consumption of the cotton field. Compared with the “aimizao” planting pattern in 2019, the “kuanzaoyou” planting pattern significantly increased the yield and water use efficiency by 17.5% and 18.8% (<0.05), respectively. It infers that the “kuanzaoyou” pattern can be used to improve the soil hydrothermal conditions of cotton growth, and thereby to achieve a significant increase in yield and water use efficiency. A more suitable mechanically picked planting pattern can be widely used to promote the cotton mechanical harvesting in Xinjiang, China.

temperature; yield; water consumption; planting patterns; water use efficiency; cotton

张恒恒，王香茹，胡莉婷，等. 不同机采棉种植模式和种植密度对棉田土壤水热效应及产量的影响[J]. 农业工程学报，2020，36(23)：39-47.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.005 http://www.tcsae.org

Zhang Hengheng, Wang Xiangru, Hu Liting, et al. Effects of different machine-harvested cotton planting patterns and planting densities on soil hydrothermal conditions and cotton yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(23): 39-47. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.005 http://www.tcsae.org

2020-08-24

2020-11-21

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1610162020020503，Y2020CG06，Y2018PT78）；第七师胡杨河市财政科技计划项目（2020C16）

张恒恒，助理研究员，研究方向为棉田肥力提升。Email：zhanghengheng1314@163.com

张西岭，研究员，主要从事植棉技术标准化研究。Email：hainan1571@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.005

S152.7; S318

A

1002-6819(2020)-23-0039-09