早熟棉区行距与密度互作对棉花产量的影响

敦 磊，李鹏程，余 超，万素梅，董合林

(1.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2.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 455000；3.新疆生产建设兵团第一师七团三连，新疆阿拉尔 843000)

0 引 言

【研究意义】合理密植是实现棉花高产的重要手段，棉花的生长环境，可以通过种植密度和行距来调节，在合适种植密度条件下，合理宽窄行配置有利于改善棉田通风透光性，促进棉株发育，使棉株生育进程加快，实现棉花早发、早熟、优质、高产、高效[1]。近年来随着气候条件的变化，棉花品种更新，栽培制度改进，棉花种植密度和株行距配置发生了相应变化。杂交棉和普通常规棉相比，明显具有个体优势，更适合低密度种植[2]。以种植密度和株行距配置来分析棉花生长发育和产量、品质的差异，研究个体与群体的最佳结合点，合理调节群体结构，对指导棉花生产和提高棉花经济效益具有重要意义[3]。【前人研究进展】Bednarz等[4]研究表明，每种栽培技术措施促进产量的提升，因为优化了产量构成因素。棉花产量由铃数、铃重和衣分三要素组成[5]，棉花株型结构实质是源、流、库之间相互关系，合理密植是实现棉花高产优质的重要技术手段，行距对棉花生长发育、产量和早熟性指数具有极显著的影响[6]。不同地域和气候条件下棉花种植密度差距较大，同一地区不同品种要求的种植密度也不相同，新疆地区高密栽培模式密度最大为22×104株/hm2左右[7]，而在黄河流域棉区，各种Bt杂交棉种植密度一般在4.5×104株/hm2，晚播的密度要比正常播种的密度高2×104～3×104株/hm2[8]，在种植密度最低的长江流域，棉花种植密度一般在2.5×104株/hm2，而且还在逐步降低用种数量[9]。新疆与黄河流域和长江流域棉区相比，棉花栽培技术最具特色的是种植密度，相同种植密度在不同行距配置下会有不同株距，改变了棉株在田间分布均匀性，棉花相关生理特征和群体质量性状就会发生相应变化，也会引起田间小气候的变化[10]。前人在棉花种植密度和株行距配置方面已经做了研究[11]。【本研究切入点】目前研究密度或行距对棉花产量影响的研究报道较多，但在新疆南疆早熟棉区杂交棉较低密度的条件下，不同密度和株行距配置对棉花产量影响的研究报道较少。研究新疆南疆早熟棉区的杂交棉株合理行距配置。【拟解决的关键问题】在新疆南疆阿克苏市温宿县早熟棉区进行大田试验，采用裂区设计，研究不同行距及密度互作对棉花生长发育和产量品质的影响，为棉花合理密植和株行距配置提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

大田试验于2018年在新疆阿克苏地区温宿县青年农场中棉所试验站进行，试验地前茬棉花，土质壤土，0～20 cm有机质含量14.7 g/kg，全氮含量0.74 g/kg，碱解氮含量50.1 mg/kg，速效磷含量17 mg/kg，速效钾含量79.6 mg/kg。

供试品种为棉花杂交种中棉所75号，由中国农业科学院棉花研究所提供。采用裂区设计，主区为行距，共3个处理，分别为66 cm等行距，76 cm等行距，86 cm等行距，分别用A1、A2、A3表示；副区为密度，共3个处理，分别为12×104、15×104、18×104株/hm2，分别用B1、B2、B3表示。每个小区6行棉花，小区长8 m，窄行距小区宽3.96 m，中行距小区宽4.56 m，宽行距小区宽5.16 m，面积分别为31.68、36.48、41.28 m2，每个处理重复3次，共27个小区。

2018年4月15日播种，出苗期、现蕾期、开花期、吐絮期分别为4月22日、6月12日、7月9日、9月5日。播前基肥各用量一致，氮磷钾肥的用量分别为N 225 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2和K2O 225 kg/hm2。全生育期分别于6月10日、6月17日、6月27日、7月13日、7月19日、7月26日、8月9日、9月1日采用滴灌方式灌水8次，共随水滴施肥料7次，尿素和磷酸二氢钾总施用量为1 200 kg/hm2。7月10日打顶，其它田间管理措施同膜下滴灌高产田。表1

表1 试验处理Table 1 Treatments

1.2 方 法

1.2.1 株高、茎粗、倾斜角度和叶面积

于棉花各生育期选取各小区有代表性棉株10株，用直尺量取株高，棉花定点偏离中心距离，利用三角函数计算棉株倾斜角度，电子游标卡尺量取子叶节处茎粗。

在棉花每个生育时期在各试验小区选取有代表性棉花2株，全株叶片用扫描仪扫描，并用软件计算单株叶面积。根据单株叶面积和群体密度计算叶面积指数(LAI)，LAI=群体叶面积/占地面积。

1.2.2 冠层结构

在棉花各生育时期，采用LAI-2000(Li-cor，USA)测定叶面积指数(LAI)、叶倾角(MFA)及冠层开度(DIFN)，参照 Malone 等[12]方法进行测量，在棉花冠层上方测量，两声蜂鸣后将鱼眼探头放入棉花行间地面上，保持水平，按下测定按钮，两声蜂鸣后在棉花行间进行水平均匀移动测定。

1.2.3 干物质积累量及分配率

分别于5月1日、6月12日、6月20日、7月5日、7月23日、9月5日每处理选取具有代表性棉株2株，按根、茎、叶、蕾、铃等器官分开105℃杀青30 min后80℃烘干至恒重，测定各部位干物质重。

1.2.4 产量指标及纤维品质

各小区籽棉产量实收，选取各小区有代表性15株棉花，分上中下3层收获所有吐絮棉铃并计数，籽棉晒干后测定籽棉质量，计算单铃重，籽棉轧花后测定皮棉质量和纤维品质，计算衣分。

1.2.5 相关计算

早熟指数=首次采摘的籽棉重量/所有采摘的籽棉总重。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003对数据进行统计，采用SPSS25软件对数据进行Duncan方差分析。

2 结果与分析

2.1 行距和密度对棉花农艺性状的影响

研究表明,密度和行距的差异，易造成群体生长空间差异，开始株间竞争的时间也不同。相同行距不同密度处理下，株高有随密度增加而增高的趋势，但无显著差异。行距变化对株高产生显著影响，株高在不同密度下的差异是由于棉花对光照的竞争所致。

密度显著影响棉花的茎粗，相同行距下，密度增加，棉花茎秆变细。在相同密度下，行距的变化对茎粗的影响不显著。中行距低密度的茎粗最大12.0 mm，中行距高密度的茎粗最小10.0 mm。

不同处理对棉株倾斜角度有显著影响，但行距与密度对棉株倾斜角度交互作用不显著，棉株倾斜角度最大的为宽行距高密度，最小的为窄行距低密度。

不同行距和密度对各处理的果枝始节高度有显著影响，且交互作用显著，在中行距和高行距条件下，果枝始节高度都超过30 cm，满足机采要求。各处理间果枝台数没有显著差异。表2

表2 不同处理下棉花农艺性状变化Table 2 Effects of different treatments on the agronomic trait of cotton

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)；*P<0.05； ns，未达显著性水平
Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments (P<0.05).*P<0.05;ns, not reaching significant level

2.2 行距和密度对棉花叶面积指数LAI的影响

研究表明,各处理LAI在生育期内呈单峰曲线变化，不同行距模式都在盛铃期达到的峰值，窄行距模式LAI峰值为3.2～4.0，中行距模式LAI峰值为3.7～4.2，宽行距模式LAI峰值为3.1～3.6。在相同行距条件下，LAI随着密度的增加而增加，其中A1B3、A2B3和A3B3处理在整个生育期一直处于较低水平，密度过低的群体，无论在何种行距模式下，都无法形成有利于棉花高产的LAI。图1～3

2.3行距和密度对棉花干物质积累的影响

利用Logistic方程W=Wm/(1+ea-bt)对棉花单株干物质质量进行模拟研究，棉株干物质质量积累动态均呈“S”型曲线[12]。棉株单株干物质质量(y)与出苗后天数(t)之间的Logistic曲线拟合程度较高，经F检验均达到极显著水平。

图1 不同密度下窄行距棉花LAI变化
Fig.1 Effects of density on LAI of narrow row spacing cotton

图2 不同密度下中行距棉花LAI变化
Fig.2 Effects of density on LAI of middle row spacing cotton

图3 不同密度下宽行距棉花LAI变化
Fig.3 Effects of density on LAI of wide row spacing cotton

随生育时期推进，各处理棉花干物质积累量均呈逐渐上升趋势。单株干物质最大速率出现在出苗后88～132 d，中行距高密度处理的单株干物质积累最大速率期在出苗后95 d，即7月26日，处于盛花期。生育前期，窄行距下处理干物质积累量与中行距处理差异较小；生育后期中行距处理的干物质积累量高于窄行距及宽行距。快速生长持续时间在中行距和宽行距下随密度增加而缩短，不同处理快速增长起始时间在出苗后71～94 d，终止时间105～170 d。表3

表3 不同处理棉花干物质累积方程Table 3 Model equation for dry matter accumulation of cotton

注：t出苗后 d数，y单株干物质重量，t1最大增长速率起始时间，t2最大增长速率终止时间，t0最大速率出现时间，Δt干物质积累快速增长期的时间长短，Vm最大速率
Note:t: time after cotton emergency;y: cotton dry matter accumulation per plant;t0: days when reach maximum accumulation rate;t1andt2are two inflexions of the logistic equations respectively; △t: time of dry matter rapid accumulation;Vm: maximum increase rate of dry matter;R2: determination coefficient

表4 不同处理下棉花产量和产量构成因素变化Table 4 Effects of different treatments on cotton yield and yield components

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)；*：P<0.05； ns：未达显著性水平
Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments (P<0.05).*P<0.05;ns, not reaching significant level

2.4 行距和密度对棉花产量的影响

研究表明,不同行距对棉花产量及其构成因素影响显著，不同处理下棉花产量以中行距高密度处理较高，达到5 949.0 kg/hm2的高产水平，其次是宽行距高密度，窄行距低密度处理较低，仅为4 947.2 kg/hm2。单株成铃数随密度的增加而明显降低；相同密度条件下，单铃重随着行距的增加有增大的趋势，密度对单铃重无显著影响。行距对早熟指数有显著影响，各处理的衣分之间无显著差异。表4

2.5 行距和密度对棉花纤维品质的影响

研究表明,行距和密度对棉花纤维品质的影响不大，除上半部平均长度有显著差异外，其他纤维品质指标影响不大，A3B3处理的上半部平均长度最大，A3B1处理的上半部平均长度最小、行距及密度对上半部平均长度都有显著影响，但交互作用显著。A3B2的伸长率最大，行距对伸长率有显著影响，行距和密度也无交互作用。不同处理对棉花的整齐度指数、断裂比强度均未造成显著影响。表5

3 讨 论

棉花产量是由产量构成因素共同作用的结果[13]，单一增加某一产量构成因子来提高棉花的产量不太现实，合理密植可提高群体成铃数，维持较高的单铃重，实现棉花高产。棉花群体密度不同，其单株所占空间不同，植株间对光、热、水、肥、气的竞争强度不同，使得群体发育呈现很大差异[14]，Kaggwa-Asiimwe等[15]则认为高密度对棉花生育前期增加株高有一定作用，生育后期则不显著。棉花生产过程中应通过各种栽培措施，提高棉花的成铃率，减少蕾铃脱落及烂铃率，使群体成铃数保持在较高的水平，增加棉株各部位成铃的单铃重是稳产、高产的基础和保障[16]。

张旺锋等[17]认为新疆气候生态条件下，中等密度处理叶面积指数适宜、冠层结构优良，群体光合速率较高，光合物质积累量较高。实现棉花的高产，需要通过合理的种植密度，协调个体与群体的关系，创造合理的群体冠层结构[18]。行距配置对棉花群体光合作用具有明显影响，随密度增加群体有自动调节改善冠层透光率的能力，但能力远小于行距对透光率的影响。在相同密度下，叶面积指数随行距的增加而减小，冠层对光能的截获率也减少，群体光合速率明显减弱。行距较小时，在棉花生长前期，较大的株距使得株间竞争相

表5 不同行距和密度下棉花品质变化Table 5 Effects of different row spacing and density on cotton quality

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)；*：P<0.05 ;ns：未达显著性水平
Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments (P<0.05).*P<0.05;ns, not reaching significant level

对较小，光照和营养充足，棉株个体发育好，棉花群体的光能利用率更好，但生育后期棉田下部郁蔽，造成透光率较低，造成蕾铃脱落率高，严重抑制杂种优势发挥，对棉花高产优质影响较大。

单株铃数随密度的增加而降低，单位面积的总成铃数、籽棉产量与总生物量在一定范围内随着种植密度的增加呈现增加趋势，这与王海洋等[19]的研究结论相似。棉花种植密度过大，棉田群体过旺，病虫草害防治难度加大，同时棉田肥水管理困难，易造成苗期、蕾、铃期营养生长过旺[7]。田间郁闭度增大，封行期容易提前，生长不平衡而导致蕾铃得不到充分的营养而脱落，从而产量减少。棉花种植密度太小，无法形成合理的群体结构而使生产力降低，会减少单位面积的群体数量，也会降低单产[20]。

关于种植密度对纤维品质的影响，因气候条件、栽培措施的不同，研究结果差异较大。娄善伟等[21]报道密度增加有利于优化纤维品质，但密度过高又会对马克隆值和比强度产生负效应，对纤维品质不利；有研究认为种植密度对纤维品质没有明显影响，棉花纤维品质主要由基因型决定[22]；赵振勇[23]研究表明，纤维长度、比强度、整齐度和马克隆值在密度为18×104～27×104株/hm2时，会随种植密度增加而呈降低趋势。研究表明,不同种植行距及密度对棉纤维上半部平均长度有显著影响，对棉花的整齐度指数、断裂比强度、马克隆值均未造成显著影响，这可能与供试棉花品种和生态气候条件不同有关。

4 结 论

4.1 增大棉花行距使棉花果枝倾角增大，霜后花率升高，在新疆南疆早熟棉区气候条件及常规大田管理下，宽行距的棉花始终未能形成正常的群体冠层，在整个生育期群体光合速率较低，单铃重较窄行距及中行距的轻。窄行距条件下棉花株距较大，植株粗壮，封行早，后期空间荫蔽，蕾铃脱落率高，在中行距条件下提高种植密度能够增加产量。

4.2 随着密度的增加，单铃重降低，但单位面积成铃数增加，高密度棉花生育后期群体光合速率高，达到了较高产量水平。适宜的行距为76 cm，密度为18×104株/hm2,株距为7.3 cm。