棉花1膜3行模式下密度和缩节胺用量优化组合

霍飞超，李鹏程，李运海，郑苍松，冯卫娜，敦磊，胡守林，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，河南安阳455000)

0 引 言

【研究意义】“矮密早”模式为新疆的棉花生产提供了产量保障，随着对棉花品质的要求以及生产中对于轻简化的需求，过密的种植方式影响化调脱叶及机械采摘。采用降密度、促光效的优质栽培方式正逐渐被生产所需求，降密条件下进行株型调控以保障棉花产量，成为了棉花生产中亟待解决的问题[1]。新疆棉花虽然依靠高密度达到高产，但并非密度越高产量越高，因为在一定密度范围内，叶面积指数随密度提高而增大，单位面积内提高棉花对光的截获效率，源强度增大，而相应的蕾、花、铃的数量降低，库容减小，源库关系失衡从而可能引起产量降低[3]。为适应棉花机采的要求，新疆棉区棉花行距配置方式普遍由人工采收模式(55+30)cm改为机采模式(66+10)cm，平均行距缩小，种植密度增大，一般在22.5×104～27×104株/hm2，致使棉田荫蔽，下部叶片受光不足而早衰，下部棉铃发育不良，纤维长度、强度和成熟度受到影响；喷洒脱叶剂后棉花叶片出现“脱而不落”，机械采收子棉含杂率高，加工时必须增加清花次数，损伤棉纤维。喷施缩节胺能有效矮化棉花株高，减少果枝分化，提高花铃数，增加库容[4]。【前人研究进展】在密度与缩节胺互作对棉花产量等影响研究中，任晓明等[2]认为，种植密度与缩节胺调节对棉花产量有极显著的影响；周永萍等[3]认为，棉花产量随密度的升高呈先升后降趋势，高密度会降低单株成铃数，影响棉花产量；ZHAO Wenqing等[4]也认为，籽棉产量随密度的增加呈非线性增加，并在达到最高值后出现下降；刘丽英等[5]研究表明，合理化控能增加铃重和单株成铃数，从而达到提高产量的目的。Zhang Q等[6]，高密度和过量化调，不利于作物高产，合理密植搭配适量化调是提高产量的有力保障。【本研究切入点】种植密度及化学调控是影响棉花生长发育和产量形成的重要因素。适当的增加种植密度，是提高棉花产量的重要手段之一，而在不同的密度下如何进行化学调控，调节群体长势，改良群体冠层结构，协调源与库关系，提高群体生产力，已成为目前棉花高产理论研究的难点问题之一[5]。棉花1膜3行种植模式下，研究密度与缩节胺用量对棉花生长发育及产量的影响及互作效应。【拟解决的关键问题】研究新疆南疆棉区1膜3行种植模式下，种植密度与缩节胺对棉花生长发育与产量的影响及其密度和缩节胺优化组合，为其在生产上推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年在中国农业科学院棉花研究所新疆阿拉尔综合试验站进行。试验地点位于海拔约1 015 m的新疆生产建设兵团第一师10团。其位处塔克拉玛干沙漠西北缘、塔里木河的上游，光热资源丰富，年日照时数约为2 996 h，日照率66%，太阳辐射年均为559.4～612.1 KJ/cm2，≥10℃年积温4 000℃以上，无霜期180～224 d，年均气温达到了10.8℃。降雨量很少，历年降水量约为40.1～82.5 mm，年均蒸发量1 976.6～2 558.9 mm。地表蒸发强烈，空气干燥，主风向为东北风，属典型的暖温带大陆干旱荒漠气候，也是典型的灌溉农业区[6]。试验地前茬为棉花，土壤有机质12.5 g/kg、全氮 0.61 g/kg、碱解氮53.55 mg/kg、速效磷22 mg/kg、速效钾157.5 mg/kg。供试品种为中棉所49号。4月22日播种，播种模式为1膜3行，机器铺膜，人工点播。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用两因素裂区设计，其中密度为主处理A，设3个水平，分别为A1：密度9.4×104株/hm2，行距76 cm，株距14 cm；A2：密度14.1×104株/hm2，行距76 cm，株距9.3 cm；A3：密度18.8×104株/hm2，行距76 cm，株距7 cm。缩节胺用量为副处理B，3个水平，分别为B1：90 g/hm2，B2：180 g/hm2，B3：270 g/hm2，缩节胺分五次根据生育期按比例喷施。4月5日基肥施复合肥(N-P2O5-K2O=17-17-17)750 kg/hm2，从6月21日开始第1次滴灌，截止8月31日，期间每7 d滴灌1次，全生育期一共滴灌9次， 滴施磷酸二氢钾150 kg/hm2、磷酸二铵225 kg/hm2、尿素225 kg/hm2，按生育期棉花需求随水滴施。表1

表1 缩节胺用量与时期Table 1 The application amount and period of growth regulator (DPC)(g/hm2)

1.2.2 测定指标1.2.2.1 株高、茎粗和节间长度

每小区定点10株，根据生育期分别于5月15日、6月15日、7月15日、8月15日和9月10日，用直尺测量株高，游标卡尺测量茎粗，节间长度待打顶后用直尺测量。

1.2.2.2 干物质积累和分配

每小区取3株，分为茎、叶和铃(含蕾和花)3部分，105℃杀青30 min，然后80℃烘干至恒重，称干重。

1.2.2.3 叶面积指数(LAI)、叶绿素含量

使用Lai-2000型冠层仪于棉株下部行间测定；使用Spad-502型叶绿素测定仪测量棉株倒3叶叶片的叶绿素含量。

1.2.2.4 产量

取每处理中部花50朵，晒干后称籽棉质量，籽棉轧花后测定单铃重和衣分等数据。小区产量分霜前和霜后2次收取，以实收计产。

1.2.2.5 纤维品质

每处理取25 g棉样，邮寄到农业部棉花品质监督检验测试中心(安阳)，进行纤维品质检测。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 软件处理数据，用SPSS 25.0软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 种植密度对棉花株高、茎粗和节间长度的影响

研究表明,在棉花2～3叶期和蕾期，各处理间株高及茎粗差异不显著,这是由于生育前期植株矮小，叶片吸收缩节胺量少，棉株间相互影响较小，但处理间依然存在随密度的增加，株高升高，茎粗变细的趋势；而开花期及吐絮期，棉花株高在相同缩节胺用量下，株高随密度的增加而升高，高密度(A3)处理>中密度(A2)处理>低密度(A1)处理；在相同种植密度下，株高随缩节胺用量增加而降低。棉花茎粗在开花期和吐絮期均有差异。茎粗在同等缩节胺用量下，随着密度升高而减小；相同密度水平，随缩节胺用量增加而增大，以A1B3处理最高。双因素分析表明，密度和缩节胺在开花期之后对棉花株高和茎粗有显著的交互作用。表2

表2 不同种植密度和缩节胺用量下棉花株高和茎粗变化Table 2 Effects of planting density and the DPC on cotton plant height and stem thickness

注：A1、A2、A3分别代表种植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2；B1、B2、B3分别代表缩节胺用量为90 、180 和270 g/hm2。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著，NS表示差异不显著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)

研究表明,各处理第1～2台果枝间的长度最长，随着生育期的推进，节间长度先急剧缩短，后缓慢伸长，在第6～7台果枝后再次缩短。双因素分析表明，在第5台果枝之前，密度与缩节胺对棉花节间长度无显著影响，这与株高的结果相一致。从第7台果枝开始，随着生育期进程与缩节胺用量的增加，节间长度出现显著差异。密度对节间长度有显著影响，且密度和缩节胺存在交互作用。表3

2.2 棉花干物质积累及分配

研究表明,各处理地上部分营养器官(叶片及茎枝)占全株比重随时间的推移而降低，生殖器官(蕾铃花)随生育期的推进而逐渐升高。蕾期、密度和缩节胺用量对棉花生殖器官干物质的积累无明显差异，而对地上营养器官干物质重影响显著；其中A2B2处理最高。花期生殖器官在相同缩节胺用量下，随密度的升高而降低，同密度水平下，随缩节胺用量的加大而增加；而在铃期，生殖器官所占比重呈先升后降趋势，但各处理间差异不显著，以A2B2处理最高。表4，表5

表3 不同种植密度和缩节胺用量下棉花节间长度变化Table 3 Effects of planting density and the DPC on cotton fruit branches

注：A1、A2、A3分别代表种植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2；B1、B2、B3分别代表缩节胺用量为90、180和270 g/hm2；G1-2G1-2代表地上第一果枝到第二果枝之间的长度，G2-3、G3-4等均表示两果枝之间的长度。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著，NS表示差异不显著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000 , and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine 90 , 180 , and 270 g/hm2; G1-2 to G8-9 represent the internodes of each fruit branch.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)

表4 不同种植密度和缩节胺用量下棉花干物质积累变化Table 4 Effects of planting density and the DPC on cotton dry matter accumulation

注：A1、A2、A3分别代表种植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2；B1、B2、B3分别代表缩节胺用量为90、180和270 g/hm2。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著，NS表示差异不显著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000, 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)

表5 种植密度和缩节胺互作下棉花干物质分配变化Table 5 Effects of the interaction between planting density and the DPC on cotton dry matter allocation

注：A1、A2、A3分别代表种植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2；B1、B2、B3分别代表缩节胺用量为90、180和270 g/hm2。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著，NS表示差异不显著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)

2.3 棉花叶面积指数(LAI)、光合特性及叶绿素的变化

研究表明,种植密度和缩节胺用量对棉花LAI均有显著影响，且存在互作效应。棉花盛蕾期，相同缩节胺用量下，LAI随密度增大而增加；相同种植密度下，随缩节胺用量的增加而减小；随着生育期的进程，A1处理LAI持续增高，A2和A3处理在盛花期达到峰值，之后下降；在盛蕾期，以A3B1处理LAI值较高，初花期后以A2B2处理LAI值最高。

种植密度对棉花叶片中叶绿素的含量没有显著影响，而缩节胺对其有显著影响。在相同种植密度下，叶片中叶绿素含量B3处理>B2处理>B1处理，缩节胺可调节棉花叶绿素含量，叶绿素随缩节胺用量增加而增多。表6

2.4 产量及纤维品质

种植密度和缩节胺用量对棉花籽棉产量均有极显著影响，且两者存在互作效应。在相同缩节胺用量下，籽棉产量A2处理显著高于A1和A3，且A1和A3无显著差异；而在同密度处理下，B2处理籽棉产量最高，B1最低，且两者间差异显著。种植密度和缩节胺用量对棉花籽棉产量存在互作效应，其中A2B2处理的籽棉产量最高。

种植密度和缩节胺对棉花的单铃重及单株成铃数有显著影响，而对衣分的影响差异不显著。在相同缩节胺用量下，单铃重随密度的增加呈下降趋势；而在相同种植密度下，单铃重B3>B2>B1，以A1B3处理单铃重最高。种植密度对单株铃数有极显著影响，不同种植密度下，单株铃数A1>A2>A3,而不同缩节胺用量下，单株铃数呈先升后降的趋势。由双因素分析可知，种植密度和缩节胺用量对棉花单株铃数存在互作效应，其中A1B1单株铃数最多。表7

种植密度和缩节胺用量对棉花纤维品质的各项指标没有显著差异。表8

表6 种植密度和缩节胺互作下棉花叶面积指数(LAI)及叶绿素含量变化Table 6 Effects of the interaction between planting density and the DPC on cotton leaf area index (LAI) and chlorophyll content

注：A1、A2、A3分别代表种植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2；B1、B2、B3分别代表缩节胺用量为90、180和270 g/hm2。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著，NS表示差异不显著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)

表7 不同种植密度和缩节胺下棉花产量变化Table 7 Effects of planting density and DPC on cotton yield

注：A1、A2、A3分别代表种植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2；B1、B2、B3分别代表缩节胺用量为90、180和270 g/hm2。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著，NS表示差异不显著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)

表8 不同种植密度和缩节胺用量下棉花纤维品质变化Table 8 Effects of planting density and DPC on cotton fiber quality

注：A1、A2、A3分别代表种植密度9.4×104、14.1×104和18.8×104株/hm2；B1、B2、B3分别代表缩节胺用量为90、180和270 g/hm2。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著，NS表示差异不显著(P>0.05)
Note: A1, A2, and A3represent planting densities of 94,000 , 141,000, and 188,000 plants /hm2; B1, B2, and B3, respectively, represent the amount of amine. 90, 180 and 270 g/hm2.*And**indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and NS indicates no significant difference (P> 0.05)

3 讨 论

种植密度与缩节胺用量对棉花株高、茎粗以及节间长度存在显著影响。崔延楠等[8]认为，棉花株高及茎粗随密度的升高而降低。而试验研究表明，在蕾期之前，由于叶量较少，对缩节胺吸收利用较少，各密度处理的空间足够棉株自由生长，相互间影响较小。花期以后，在同密度下，随缩节胺用量增加，株高降低，茎粗增大，节间长度变短；相同缩节胺用量下，密度与株高呈正相关，与茎粗呈负相关，节间长度随密度升高呈先升后降趋势。

植株的冠层结构，光合效率等指标为棉花高产提供有力的保障[9]。叶片对光的截获量取决于棉花群体的冠层结构，合理的群体冠层结构有利于提高光合效率，可以有效增加光合物质的积累[10]。张旺峰等[11]研究表明，当密度过低时，植株个体生长条件好，但群体不足，光合效率低，光合物质积累少，导致产量偏低；当密度过高时，前期群体光合物质积累的多，但个体发育受到影响，降低对逆境的抗性，以至于生育后期叶片光合速率迅速降低，植株衰老较早，同样难以获得高产；合理密植可以使个体发育健壮，同时又保证一定数量的群体，得以实现高产。杨长琴等[12]也指出低密度群体叶面积指数低、透光率高，不利于提高产量；高密度的密度效应不足以弥补个体生长的不足，也难以达到高产；合理密植使叶面积指数高而透光率低，是产量较高的基础。这些结论与研究一致，合理的降低种植密植与化控可改善冠层结构[13]，提高光合效率，协调源和库的关系，促进光合物质的积累，从而达到提高产量的目的。

种植密度和缩节胺用量是实现棉花高产的重要因素。棉花的产量由单铃重、单位面积总铃数及衣分决定[14]，其中衣分受遗传因素影响较大[15]，而单铃重和成铃数不仅与环境有关，更与栽培措施紧密相连，尤其单株成铃更具有较大可塑性[16]。大量生产实践证明，成铃数与棉花产量呈正相关[17]。邢晋等[18]研究发现，密度增加会显著降低棉花单铃重，总铃数呈先升后降的趋势，从而导致籽棉产量也呈单峰曲线变化趋势；在同密度下增施缩节胺可提高籽棉产量，种植密度和缩节胺在干物质积累分配上有互作效应。冯国艺等[19]也认为，适宜的缩节胺化控能够改善冠层，增加铃重和成铃数，从而实现高产。这与试验研究结果一致。种植密度和缩节胺存在互作效应，在同密度水平或同缩节胺用量下，籽棉产量呈先升后降的趋势，其中种植密度为14.1×104株/hm2，缩节胺用量180 g/hm2时，籽棉产量最高，达到6 135 kg/hm2。

关于种植密度与缩节胺用量对棉花品质的影响，不少研究结果都不尽一致，可能与栽培措施及种植环境有关[20]。赖奕英等[21]研究表明，密度对棉花纤维品质影响较小。徐立华等[22]同样指出缩节胺化控对棉花纤维长度、整齐度影响较小，有降低断裂比强度和提高马克隆值的趋势，但差异不显著。而杨晓妮等[23]认为，种植密度和缩节胺互作对棉花纤维品质影响显著。研究认为种植密度与缩节胺互作对棉花纤维品质无显著影响，与赖奕英等[21]研究结论一致。

试验是对1膜3行机采模式下缩节胺用量与种植密度的初步研究，在试验设计上存在密度和缩节胺两因素的水平数较少，水平梯度较大；在后续的试验中需要增加因素水平数，缩小水平梯度，并且进行多年或多点试验，综合比较试验结果，得出更令人准确的结论。

4 结 论

通过试验研究，低密度处理的棉株个体优势强，但不足以弥补群体生产力的降低；而高密度处理的棉株茎秆较细，田间通风透光性差，降低了棉花的抗逆性，同样不利于作物产量的形成。低缩节胺用量的化控不能有效控制棉株营养生长，不利于棉株生物量由营养器官向生殖器官的转运；而过量化控又会抑制棉株生长，减少棉铃的着生位点，进而影响籽棉产量。种植密度与缩节胺对棉花生长及籽棉产量存在互作效应，但对棉花纤维品质的影响较小。在密度为14.1×104株/hm2，缩节胺180 g/hm2时，有利于协调棉株的营养生长与生殖生长关系，增加群体物质量的积累，改良冠层结构，提高光合利用率，为作物高产的实现提供有力保障。