新疆南疆不同棉花品种的生长特征及其品质分析

辛明华，李小飞，韩迎春，王占彪，冯 璐，王国平，雷亚平，杨北方，邢芳芳，熊世武，辛明宇，李亚兵

(中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室, 河南安阳 455002;2. 新疆大学软件学院，乌鲁木齐 830046)

0 引 言

【研究意义】棉花(G.hirsutumL.)是我国重要的经济作物，也是植株结构较为复杂的作物之一[1]。新疆棉花种植面积为228.11×104hm2，约占全国棉花种植面积的70%[2]。阿拉尔作为南疆棉花主产区之一，其气候干燥，温差大，非常利于高品质棉花的生产[3]。该棉区种植的棉花品种多而杂，鉴于品种特性的不同，其对当地气候的适应性也不同。研究新疆南疆不同棉花品种的生长特征及其纤维品质，对筛选出适合该地区种植的优良品种及机采棉优质栽培有实际意义。【前人研究进展】研究表明，不同棉花品种的株高株型差异较多，影响群体冠层结构分布，进而导致对光能的利用不同，最终影响棉花植株干物质生产、皮棉产量及其品质[4-6]。【本研究切入点】不同区域的棉花种植，应因地制宜，因气候制宜，筛选适合当地的优良品种，配套优化的管理技术，实现棉花的高产与高品质生产。研究新疆南疆不同棉花品种的生长特征及其纤维品质等，分析其特征差异。【拟解决的关键问题】选用6个当地大面积种植的棉花品种，设置品种对比试验，测定不同棉花品种生理指标，分析其生长特征及品质差异，筛选出适合当地种植的高潜力机采棉棉花品种，为南疆优质棉花的生产提供理论依据与技术指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2016～2018年在新疆阿拉尔10团中国农业科学院棉花研究所试验站(40°51'N，81°30'E)进行。该试验点属暖温带大陆性荒漠气候，3年平均气温10.43℃，≥10℃累计日照时数达1 755.00 h，常年平均降雨量47.63 mm，无霜期208.67 d，试验田土壤pH为7.23，0～20 cm土层有机质含量为12.32 g/kg、全氮含量1.36 g/kg、有效磷28.83 mg/kg、速效钾147.61 mg/kg。表1

选用新疆南部地区生产上几种主栽品种和近年来新疆引进内地的棉花品种共计6个，分别为中棉所75号、鲁棉研36号、中杂7号、中棉所57号、中棉所88号和中棉所60号，播期为4月10 ～ 17日，播种密度为15.25×104株/hm2。采用机采棉种植模式，1膜6行，每区5膜，9 m长，行距配置为(66+10) cm，小区面积102.6 m2。采用随机区组设计，3次重复。其他田间管理同一般高产棉田。

表1 新疆南疆阿拉尔地区气候特征Table 1 Climate characteristics of Alaer Region in Southern Xinjiang

1.2 方 法

1.2.1 地上部植株干物质量及叶面积指数

记录棉花生育期；棉花分别于苗期、蕾期、开花期、盛蕾期、吐絮期进行取样，每小区选择有代表性的2株棉花，将子叶节以上部分按茎、叶和蕾(铃)分解植株后得到叶面积：用扫描仪(Phan-tom 9800xl，MICROTEK，上海，中国)扫描后，用Image-Pro Plus(Media Cybernetics，Inc.)计算得叶面积，最后得到叶面积指数(Leaf area index)。将分解后的鲜样105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重并测定干物质质量。

1.2.2 冠层光截获

用Lincoln (LI-191SA, LI-COR, Lincoln, NE, USA)和数据记录器(LI-1400, LI-COR, Lincoln, NE, USA)于每小区长势均一的2行棉花中间[7,8]，纵向和横向每隔20 cm 测定，直到高于棉花冠层，参考支晓宇等[9,10]的测定方法。PAR截获率(In)计算公式如下：

In=(PARI- PARt- PARr) / PARI.

PARI为冠层顶部入射PAR(μmol / (m2·s))，PARt和PARr分别为冠层底部入射PAR和冠层顶部反射PAR。

1.2.3 产量指标及品质

利用雷亚平[11]的株式图统计方法于9月15～20日对所定点的10株棉花分别数计不同果枝、果节上的成铃数。收获期各小区实收测产，均匀选取100铃测铃重，用皮辊扎花机(SY-20)轧出皮棉，棉花纤维品质由农业部棉花品质监督检验测试中心检测。

1.3 数据处理

采用Excel 2016进行数据分析和图表绘制，用SPSS 23.0统计软件进行方差分析和差异显著检验(Duncan法)。

2 结果与分析

2.1 参试的不同棉花品种生育期差异

研究表明，棉花生长季内不同年份与品种处理条件下，同一年度不同品种之间出苗时间一致；生育时间变化表明，鲁棉研36号和中棉所57号2品种生育期要晚于其他品种1～5 d；6品种全生育期天数相比，鲁棉研36号和中棉所57号2品种均低于其他品种，幅度分别达到10～14 d和10～15 d，其中中棉所60号生育期最长，达到136～141 d，其它品种生育期范围为133～137 d。鲁棉研36号和中棉所57号为早熟品种，中棉所75号、中棉所88号和中杂7号生育期相对适中，而中棉所60号则相对于其他品种熟性较晚。表2

表2 参试的不同棉花品种生育期的差异Table 2 The differences of growth stages between different cotton varieties

2.2 参试的不同棉花品种冠层结构差异

2.2.1 参试的不同棉花品种叶面积指数随生育期的变化

研究表明，6个品种各年度叶面积指数的动态变化规律基本一致，均随生育时期的推进呈现先增加达到峰值再降低的变化趋势，并于盛铃期达到最大值。不同棉花品种叶面积指数在年际间表现出差异，均是2016年度高于2018和2017年度。同年度下，蕾期至吐丝期，各品种的叶面积指数表现为中棉所88号>中杂7号>中棉所75号>中棉所57号>中棉所60号>鲁棉研36号，相比于中杂7号、中棉所75号、中棉所57号、中棉所60号、鲁棉研36号，中棉所88号平均增幅分别达8.94%～14.07%、18.08%～20.59%、21.10%～24.92%、23.37%～30.81%、31.48%～36.59%。相比于其它品种，中棉所88号品种在整个生育期内叶面积指数均处于较高的水平，前期有利光合作用，后期有利于减缓棉花衰老进程，利于维持较长期的光合作用，从而促进地上部干物质的积累。图1

2.2.2 参试的不同棉花品种冠层光截获率随生育期的变化

研究表明，参试的不同棉花品种冠层光截获率在年际间表现出差异，2016和2018年度相对较高，2017年度相对较低。整体来看，6个棉花品种的光截获率随生育期呈单凸曲线变化，先递增后下降，于盛铃期达到峰值，然后快速降低。同一年度内，不同棉花品种的冠层光截获率基本呈现为中棉所88号>中杂7号>中棉所75号>中棉所57号>中棉所60号>鲁棉研36号，其中，中棉所88号的光截获率较中杂7号、中棉所75号、中棉所57号、中棉所60号、鲁棉研36号的增幅分别为4.08%～5.06%、7.27%～8.23%、11.93%～13.21%、16.88%-25.11%、25.52%～28.02%。综上，相对于其他品种，中棉所88号品种在不同生育期能截获较多的光辐射，从而利于光合作用增强和干物质生产增加。图2

图1 参试的不同棉花品种叶面积指数在各生育期的变化
Fig. 1 Changes of leaf area index of different cotton varieties in different growth stage

图2 参试的不同棉花品种冠层光截获率在不同生育时期的变化
Fig. 2 Changes of light interception rate of different cotton varieties in different growth stage

2.3 参试的不同棉花品种地上部干物质积累量差异

研究表明，参试的不同品种棉花地上部干物质积累量在年际间发生变化，基本呈现出2016 > 2018 > 2017的趋势；随生育进程的推进，不同品种干物质积累量表现趋势一致，呈现逐渐上升的趋势，在成熟期达到最大值，其中中棉所88号最高，鲁棉研36号最低；具体而言，在盛铃期以前，植株各器官发育缓慢，干物质上升较为平缓，多集中于171.46～4 728.75 kg/hm2，具体表现为中棉所88号>中杂7号>中棉所75号>中棉所57号>中棉所60号>鲁棉研36号；盛铃及以后干物质积累上升较快，具体表现为：中棉所88号>中杂7号>中棉所75号>中棉所60号>中棉所57号>鲁棉研36号。同一年际间，中棉所88号较中杂7号、中棉所75号，中棉所57号，中棉所60号、鲁棉研36号的地上部干物质重的平均增幅为1.245%～3.08%、8.06%～10.17%、13.18%～19.39%、20.27%～28.72%、22.85%～29.97%。相比其他品种，中棉所88号无论是在盛铃前还是盛铃后，干物质积累量均较快，有利于在试验区的种植。图3

注：A：苗期；B：蕾期;C:开花期；D：盛铃期；E：吐絮期；下同
Note:A：Seeding stage；B：Budding stage；C：Flowering stage；D：Bolling stage；E：Boll opening stage，the same as below
图3 参试的不同棉花品种干物质积累量随生育时期的变化
Fig. 3 Changes of dry matter accumulation of different cotton varieties in different growth stage.

2.4 参试的不同棉花品种间产量性状

2.4.1 参试的不同棉花品种棉铃空间分布差异

研究表明，单株棉铃数在年际间表现出差异，2016年低于2017和2018年，但就参试的不同品种而言，3个年度均是中棉所88号最高(10.5～11.6)，中杂7号次之(9～10.2)，鲁棉研36号最低(6～7.8)。棉铃的水平和垂直分布在年际间变化较小，趋势基本一致，各品种棉株均表现为内围铃>外围铃，下层>中层>上层；就不同品种而言，棉铃水平分布表现出差异性，3个年度内，中棉所88号的外围结铃数显著高于其他品种，其次为中杂7号品种外围结铃数较高；就垂直分布而言，各品种中下层结铃数无显著性差异，但上层分布以中棉所88号最高，且达显著水平，其次为中杂7号处于较高水平。 表3

表3 参试的不同棉花品种棉铃空间分布Table 3 Spatial distribution of different cotton bolls

注：内围铃(1～3果节)，外围铃(≥4果节)；上层(1～3果枝)，中层(4～6果枝)，下层(≥7果枝)
Note: Peripheral bolls (1-3 fruiting nodes), Peripheral bolls (≥ 4 fruiting nodes), Upper layer (1-3 fruiting branches), centre layer (4-6 fruiting branches), and Lower layer (≥ 7 fruiting branches)

2.4.2 参试的不同棉花品种产量构成因素的差异

研究表明，参试的不同棉花品种的籽棉、皮棉产量虽然表现出年际间和品种间的变化，但总体来看，3个年度下均以中棉所88号的产量最高; 相同年度内，籽棉产量以中棉所88号、中杂7号和中棉所75号显著高于中棉所57号、中棉所60号和鲁棉研36号，中棉所88号相比其它品种产量增幅范围为1.88%～25.35%；相同年度内，各品种皮棉产量表现趋势与籽棉产量相似，也是中棉所88号、中杂7号和中棉所75号产量相对较高，中棉所88号相比其它品种产量增幅范围为1.74%～32.76%。不同品种霜前花率、衣分和单铃重指标随年份变化不大，同一年度内各品种相比较而言，中棉所88号综合表现最好，能显著提高衣分和单铃重。表4

2.5 参试的不同棉花品种纤维品质性状分析

研究表明，6个棉花品种各品质指标在3个年度内表现出差异，但不同品种受影响不同。上半部平均度和整齐度数均以中棉所88号和中杂7号显著高于其他品种，其中中棉所88号最高；断裂比强度以中棉所88号、中棉所75号和中杂7号品种显著高于其他品种，其中棉所88号最高，中棉所75号次之；马克隆值以中棉所57号、鲁棉研36号和中棉所60号显著高于中棉所75号、中杂7号和中棉所88号，其中中棉所88号最低；断裂伸长率以中棉所57号显著高于其它品种，其中以中棉所88号最低。，就3个年度间各品种比较而言，中棉所88号的纤维品质综合性状最好，中杂7号次之。表5

表4 参试的不同棉花品种产量指标的差异表4 The differences of yield indicators between different cotton varieties

注：*表示差异达到0.05显著水平，**表示差异达到0.01显著水平，***表示差异达到0.001显著水平
Note：*means difference significant at 0.05 level，**means difference significant at 0.01 level，***means difference significant at 0.001 level

表5 参试的不同品种纤维品质Table 5 Fiber quality of different varieties

注：*表示差异达到0.05显著水平，**表示差异达到0.01显著水平，***表示差异达到0.001显著水平
Note：*means difference significant at 0.05 level，**means difference significant at 0.01 level，***means difference significant at 0.001 level

3 讨 论

3.1 参试的不同棉花品种干物质积累与冠层特征

棉花具有无限生长习性，因品种特性不同，现蕾到吐絮时间跨度有所差异，在不同生态区具体表现也不相同[12-14]。试验区内，鲁棉研36号和中棉所57号通常早熟，中棉所75号、中棉所88号和中杂7号中熟，中棉所60号则晚熟。生育期不同会影响棉花植株冠层的形成和地上部干物质的积累[15-18]。研究表明，作物冠层特性受品种类型影响，高潜力品种具有优良株型，可形成合理冠层结构，叶片分布更合理，既能创造合理的群体气候环境，又能有效提高光辐射截获，从而利于增强光合作用，促进地上部干物质生产[19-21]。试验中，6个品种叶面积指数和光截获率均是在盛铃期达到峰值，然后迅速降低，这与前人研究是一致的[14]，但各时期叶面积指数和光截获率均因品种不同而表现出差异，尤其是中棉所88号品种，在整个生育期内叶面积指数和光截获率均处于较高的水平，前期较高叶面积和较多光截获有利于光合生产和形态建成，后期则有利于维持较长期的光合作用，从而减缓棉花衰老进程。有研究表明，高光截获和高光效品种能有效促进光能转化和光合产物的形成，促进地上部干物质多积累[22]。研究中，中棉所88号品种冠层结构合理，光截获率较高，相比于其他品种，无论是在盛铃前还是盛铃后，光合产物均较快积累，利于在试验区获得较高干物质积累量，进而为高产提供充足的物质基础。

3.2 参试的不同棉花品种产量构成与品质特性

棉花产量是由多因素控制的复杂数量性状，其中起决定作用的是品种自身的遗传特性，其次为年际、地点、气候、环境等[23]。试验结果与前人研究一致，棉花产量虽受年际因素影响，但受品种影响更大，6个棉花品种以中棉所88号的产量最高，相同年度内中棉所88号、中杂7号和中棉所75号的籽棉产量显著高于中棉所57号、中棉所60号和鲁棉研36号。棉花的产量与结铃数，棉铃分布、霜前花率、衣分、铃重等指标相关[24-27, 6]。高产棉田棉铃空间分布以中、下部内围铃为主，以上部铃和外围铃为辅[23, 24]。试验结果与前人研究一致，6个棉花品种棉铃分布均表现为内围铃>外围铃，下层>中层>上层；其中中棉所88号棉铃数最多，与其他5个品种相比，在保持中下层铃基础上，外围铃和上层铃显著提高，这可能就是中棉所88号总棉铃数增加的原因。唐灿明等[28]研究表明，皮棉产量的直接构成因素为单位面积铃数、铃重和衣分。杨延龙等[29]研究表明，在棉花品种更替和产量提高过程中，衣分对产量的贡献率增大。试验中，中棉所88号产量构成因子综合表现较好，相比于其它5个品种，能显著提高衣分和单铃重，最终提高产量。

研究表明，棉花纤维品质主要由遗传因素决定，同时受外部环境影响[23, 30, 31]。不同品种在不同年际间植株所处的生态条件和生理发育状况具有差异性，必然会影响棉花纤维品质[32,33]。试验结果与前人研究一致，不同棉花纤维品质指标表现出年度间的差异，但不同品种受影响不同。杨伟华等[34]研究认为，“十一五”期间我国审定棉花品种的纤维长度以28～30 mm(中绒档次)为主，长度整齐度指数以83%～85%(较高档次)为主， 断裂比强度以26～28 cN/tex(中)和29～31 cN；tex(至强)档次为主，马克隆值则以4.3～4.9和 ≥5为主。研究结果中，各项纤维品质指标与杨伟华结果一致，就3个年度间各品种比较而言，中棉所88号的纤维品质综合性状最好，中杂7号次之。在新疆南疆地区棉花种植中，中棉所88号有利于实现高纤维品质棉花生产的目标。

4 结 论

试验中6个棉花品种表现出3种熟性，鲁棉研36号和中棉所57号早熟，中棉所75号、中棉所88号和中杂7号中熟，中棉所60号晚熟。6品种比较发现，中棉所88号品种冠层结构合理，叶面积指数和光截获率均较高，地上部干物质积累量大，棉铃数高且空间分布更合理，籽棉和皮棉产量均最高，分别达到6 470.87、2 612.65 kg/hm2；中棉所88号纤维品质指标中，中上半部平均度、整齐度数和断裂比强度均最高,3年中均值分别达到30.21 mm、85.12%、30.48 cN/tex，马克隆值和断裂伸长率均最低，纤维品质综合表现较好。在南疆地区种植中棉所88号，有利于实现棉花生产高产和高纤维品质的目标。