滴水量对等行距密植机采棉产量和脱叶吐絮的影响

田雨，陈献丘，夏军，郝先哲，时晓娟，王方永，韩焕勇，罗宏海*

(1 石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832003； 2 新疆农垦科学院棉花研究所/农业部西北内陆区棉花生物学与遗传育种重点实验室，新疆 石河子 832000)

新疆是我国最大的优质棉生产基地，其种植面积、总产、单产和调出量已连续24 a居全国首位[1]。据国家统计局[2]统计，2018年，新疆棉花种植面积和产量分别占全国的74.3%、83.8%。近年来随着劳动力成本急剧增加和科学技术迅速发展，全程机械化成了新疆棉花种植的发展方向，并已经开始大面积推广，但机械采收漏采率高、采净率低、原棉含杂率高、棉纤维品质差等问题比较突出[3]。调整行株距配置是实现高密度与新技术结合的重要手段[4]。研究[5-6]表明，采用76 cm等行距密植的栽培模式可以有效协调棉花高产与适宜机采之间的矛盾。然而，有关等行距密植棉花高产及适宜机采机理的研究较少、基础研究薄弱，限制了等行距密植技术增产及机采潜力的发挥。

水分是棉花生长及产量形成最主要的限制因素[7-8]。水分过多会使棉花植株旺长，一定程度上有利于高产[9]，但过大的棉花群体在生育后期易出现倒伏，影响棉花的正常脱叶和吐絮，不利于机械采收。在水分缺乏条件下棉花产量会显著降低[10]，适度的水分调亏能够协调生殖生长，促进光合产物向产品器官运转与分配，为保铃增产创造条件，有利于充分挖掘节水高产潜力，同时还能塑造具有适宜机械采收的棉花群体[11-12]。因此，在等行距密植条件下，探寻通过改变滴水量构建既有利于高产又有利于机采的群体，对提高机械化作业质量具有重要意义。为此，本研究以构建既有利于高产、又适宜机采的群体为目标，在等行距密植条件下，开展滴水量对不同抗旱性棉花品种产量、品质及机采性状影响的研究，旨在为棉花高效栽培提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年4—10月在新疆农垦科学院试验地(44°19′N，86°03′E)进行，棉花生长季(4—10月)平均气温18.65 ℃，降水量211.7 mm，日照时数2077.3 h(新疆农垦科学院气象站提供)。试验地为壤土，含有机质12.73 g·kg-1、有机碳7.38 mg·kg-1、全氮1.16 g·kg-1、速效钾173 mg·kg-1、速效磷6.89 mg·kg-1。

1.2 试验设计

采用裂区试验，主区为滴水量，设3 000(W1)、3 900(W2)、4 800(W3)m3·hm-2三个处理水平，分别为亏缺灌溉、限量灌溉、常规灌溉；副区为品种，抗旱性较强的新陆早22号(P22)和抗旱性较弱的新陆早17号(P17)，设3个重复。采用等行密植模式(2.05 m超宽膜，种植模式为一膜三行三条滴灌带，行距为76 cm，株距为5.5 cm)[13]，于4月18—20日进行播种，10月初收获，6月25日进头水，8月20日停水，灌水周期为7～8 d，其他田间管理措施同当地大田一致，具体滴水方案见下表(表1)。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量测定

在机采前(10月6日)选取一条膜上1.46 m长(3.33×10-4hm-2)的具有代表性样点，调查该样点内的总株数、总铃数，并实收称重后扎花再称重，计算单株铃数、单铃重和产量以及衣分。同时在每个小区取具有代表性的6株棉花调查铃数并收取称重，扎花后用于测定纤维品质。

1.3.2 纤维品质

采用HVI 900纤维检测仪测定纤维长度、整齐度、比强度、伸长率和马克隆值等棉纤维品质指标。

1.3.3 机采性状调查

在喷施脱叶催熟剂前1 d、后3、6、9、12、15、18、21、24 d，各小区调查连续15株的总铃数、吐絮铃数、青铃数、正常叶片数，在收获前调查干枯叶片数、悬挂叶片数；在机采前(10月1日)选取具有代表性的样点调查总株数、倒伏株数。计算方法如下[14]：

干枯率(%)=机采前干枯叶片数/施药前的总叶片数×100%；

悬挂率(%)=机采前悬挂叶片数/施药前的总叶片数×100%；

脱叶率(%)=(Na-Nb)/Na×100%；

脱叶速度(%/d)=(N1-N2)/(Na·T)×100%；

自然吐絮率(%)=自然吐絮棉铃数/棉铃总数×100%；

吐絮速度(%/d)=(B1-B2)/(Ba·T)×100%；

吐絮率(%)=(Ba-Bb)/Ba×100%；

倒伏率(%)=倒伏株数/总株数×100%；

式中：Na、Nb分别为施药前的叶片数和收获时的叶片数；N1、N2分别为前后相邻两次调查时的叶片数；Ba、Bb分别为施药时的棉铃数和收获时的棉铃数；B1、B2分别为前后相邻两次调查时的棉铃数；T为两次调查间隔的天数。

1.4 统计分析

所有数据采用Excel 2016进行处理，统计分析采用SPSS 12.5软件进行，显著性检验采用Duncan法进行(P<0.05)，绘图采用Sigmaplot 12.5软件进行。

2 结果与分析

2.1 棉花产量及其构成

方差分析表明(表2)，不同品种的单铃重、单株铃数、总铃数、产量及衣分都具有显著差异；水分对单株结铃数、总铃数及产量具有显著影响，对单铃重和衣分没有显著影响。P22与P17相比，单铃重和籽棉产量分别高出14.4%和8.8%，但单株铃数、总铃数、皮棉产量和衣分分别低7.4%～15.9%；P17的单株铃数、总铃数、籽棉产量及皮棉产量均随着滴水量的降低呈显著下降趋势，但P22的单株铃数、总铃数、籽棉产量和皮棉产量在W3和W2条件下没有显著差异，而在W1条件下显著降低，综合分析，W3-P22、W3-P17、W2-P22处理的籽棉产量显著高于其他处理，由于P17的衣分比P22显著高出18.9%，导致W3-P17处理的皮棉产量显著高于其他处理；互作分析表明，滴水量和品种对棉花产量及其构成因素无显著的互作效应。

表2 不同处理下棉花产量及其构成因素的变化

2.2 棉花纤维品质

方差分析表明(表2)，纤维品质性状主要由品种决定，但滴水量对其亦有显著影响。P22与P17相比，纤维长度、整齐度、断裂比强度、伸长率高出2.13%～13.87%，但马克隆值低5.79%。在W2和W3条件下，P17的各品质指标均没有显著差异；P22的整齐度指数、马克隆值、断裂比强度没有显著性差异，但纤维长度和伸长率有所降低。在W1条件下，P17的纤维长度、整齐度、断裂比强度、伸长率显著降低，马克隆值显著增加。同时，滴水量和品种对断裂比强度和伸长率具有显著的互作效应，表明棉花纤维品质主要由品种决定，适当减少滴水量不会影响棉花纤维品质，极度干旱对抗旱性较弱品种棉花的品质具有显著影响。

表3 不同处理下棉花纤维品质指标的变化

2.3 棉花脱叶吐絮性状

2.3.1 脱叶率和脱叶速度

由图1可知，在喷施药后第3天，各处理的脱叶率没有差异；在喷施药12 d以后，W2-17和W3-17处理的脱叶率最高，W2-22和W3-22次之，W1-17和W1-22处理最低，同时各处理的脱叶率基本达到稳定趋势。表明脱叶率主要由品种决定，适当减少灌水量并不会影响脱叶率。

同列标的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上没有显著性差异。图1 不同处理下棉花脱叶率和脱叶速率的变化

对脱叶速度的测定表明，在喷施药后第3天，W2-P17和W3-P17的脱叶速度显著高于其他处理，在第6天时，W3-17的脱叶速度显著最高，W1-P17和W1-P22处理的显著最低；在第15天以后，各处理的脱叶速度显著降低，基本处于停止状态。表明在喷施药后的15 d内脱叶速度较高(尤其是打药后6 d内)，15 d内未脱落的叶片在其后亦难脱落。

2.3.2 叶片悬挂率和干枯率

由图2可知，P17的悬挂率随滴水量的减少呈下降趋势，而P22的悬挂率随灌水量的减少呈先下降后升高趋势，相同棉花品种的叶片悬挂率在W3和W2条件下差异不显著，但在W1条件下，两个品种的叶片悬挂率均显著降低。

同列标的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上 没有显著性差异。图2 不同处理下棉花叶片悬挂率和干枯率的变化

对脱叶速度的测定表明，P17的干枯率随灌水量的减少呈下降趋势，而P22的干枯率随灌水量的减少呈上升趋势，在W3和W2处理下，P17的干枯率显著高于P22，但两个品种的叶片干枯率在W3和W2条件下差异均不显著。表明正常条件下叶片干枯率的高低主要由品种决定，限量灌溉不会影响叶片干枯率，但亏缺灌溉对抗旱性不同的棉花品种有不同的影响。

2.3.3 倒伏率和自然吐絮率

由图3可知，在不同水分处理条件下，P17的倒伏率均高于P22，随着滴水量的减少，P22的倒伏率呈降低趋势，P17的倒伏率呈先降低后增加的趋势，W2处理的两个品种倒伏率均显著低于W3处理。表明棉花倒伏率不仅由品种决定，还与滴水量有关，适当降低滴水量可以防止棉花后期倒伏，但极度干旱反而会导致抗旱性较弱品种倒伏。

同列标的相同字母表示在Duncan’s分析中5% 水平上没有显著性差异。图3 不同处理下棉花倒伏率和自然吐絮率的变化

对自然吐絮率的调查表明，在不同水分处理下，P22的自然吐絮率均显著高于P17，两个品种的自然吐絮率在W3和W2处理下差异均不显著，但W1处理的自然吐絮率均显著高于W2和W3处理。表明棉花自然吐絮率主要由品种决定，限量灌溉不会影响自然吐絮率。

2.3.4 吐絮率和吐絮速度

试验表明(图4)，在喷施药后3 d，W1处理的吐絮率均达70%以上，在W2和W3条件下，P22的吐絮率分别为46.8%和50.4%，而P17的吐絮率均低于30%，且在喷施药后3～12 d一直处于较低水平；在喷施药18 d时，各处理吐絮率均达到稳定状态；在机械采收时，W3-P22和W2-P17的吐絮率仅有92.4%和85.0%，其他处理的吐絮率为100%。表明抗旱性较强品种在正常灌溉下和抗旱性较弱品种在限量灌溉下均会影响最后的吐絮。同时在喷施药后的18 d之内未吐絮的棉铃在其后亦难吐絮。

同列标的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上没有显著性差异。图4 不同处理下棉花吐絮率和吐絮速率的变化

对吐絮速度的测定表明，W1处理的吐絮速率在喷施药后第3天均最高，在第6天时迅速下降；W2-P17和W3-P17的吐絮速度在第3天时显著低于其他处理，但在第15天时显著高于其他处理；W2-P22和W3-P22的吐絮速度在第3、15天均处于中等水平。

3 讨论

不同棉花品种对水分的响应不同，棉花产量受滴水量的影响显著[15-16]，滴水量过低不利于光合同化物的积累，滴水量过高不利于同化物向棉铃的运输，因此，水分过高或过低均会影响产量的形成[17-19]。罗宏海等[20]研究发现，不同水分处理间的铃重存在显著差异，单株结铃数也随土壤水分的增加而显著增加。姚名泽等[19]研究表明，衣分主要由品种决定，水分对其的影响较小。本研究发现，不同抗旱性棉花品种之间的单铃重和衣分差异显著，水分对单铃重和衣分没有显著影响。此外，水分对不同棉花品种的单株结铃数和产量具有显著影响，抗旱性较弱棉花品种的单株结铃数、总铃数、籽棉产量及皮棉产量均随滴水量的降低而下降，而抗旱性较强棉花品种的产量及构成因素在正常灌溉和限量灌溉条件下无差异。因此棉花的单铃重和衣分主要由品种自身的特性决定，受环境的影响较小，而灌水量对籽棉产量的影响主要是通过影响单株铃数来实现的。

棉花纤维品质也是决定棉花经济价值的重要指标[18]。有研究[21-23]发现随灌水量的增加棉花的纤维长度和断裂比强度呈上升趋势、马克隆值呈降低趋势；但王峰等[18-19]研究表明，水分处理对棉花上半部平均长度、伸长率及断裂比强度影响不显著，灌溉频率与灌水定额间无交互作用，因此棉花纤维品质基本由品种决定，水分的影响十分有限。本研究结果表明，抗旱性较强棉花品种的纤维长度、整齐度、断裂比强度、伸长率较高，但马克隆值较低。滴水量对棉花纤维长度、马克隆值、断裂比强度和伸长率也有显著影响，但限量滴灌下，P17的各纤维品质指标以及P22的整齐度指数、马克隆值、断裂比强度均没有显著变化，而亏缺滴灌对抗旱性较弱棉花品种的品质具有显著影响。

棉花的脱叶催熟是实行机械化采收必不可少的重要环节，有效地促进棉花叶片尽快脱落和棉铃集中吐絮，可以降低机采棉的含杂率和漏采率，提高机械采收作业质量，进而还可以改善田间通风透光状况，有利于促进棉铃的开裂[24]；同时也有研究发现，土壤过于干旱及灌水量太大，都不利于棉花脱叶[25]，通过协调滴水量来促进冠层结构改善和集中棉铃吐絮是适应机械化采收产业发展的关键[26-27]。本研究发现，棉花的脱叶吐絮性状主要由品种自身决定。适当减少灌水量并不会影响棉花脱叶率、叶片干枯率和悬挂率，但亏缺灌溉对棉花脱叶性状具有显著影响，而且在喷施药后的15 d之内脱叶速度较高(尤其是打药后6 d内)，15 d之内未脱落的叶片在其后亦难脱落。同时还发现，抗旱性较弱的棉花品种对脱叶剂的敏感度高于抗旱性较强的品种，适当降低灌水量并不会影响棉花对脱叶剂的响应，过度的干旱胁迫会显著降低棉花对脱叶剂的敏感度。正常灌溉和限量灌溉条件下，抗旱性较强的品种棉花的吐絮率在喷施药后3～12 d较高，抗旱性较弱品种在限量灌溉下会显著影响最后的吐絮，而且在喷施药后的18 d之内未吐絮的棉铃在其后亦难吐絮。同时还发现抗旱性较强的品种对催熟剂的敏感度较高，但药效持续期较短；抗旱性较弱的品种对催熟剂的敏感度较低，但药效持续期较长，且亏缺灌溉处理会显著增加棉花对催熟剂的敏感度和降低药效的持续时间。

棉花倒伏是追求过高产量而导致的一种现象[28]，虽然狂风、暴雨等气象因素会影响倒伏，但棉花倒伏主要由品种、土壤、种植密度、水肥管理的不合理造成[29-30]，倒伏后主茎或根部受机械损伤，不仅导致植株对营养物质的吸收和输送能力减弱[31]，还会使棉花叶片活性下降，使叶片对脱叶剂的吸收、运输效率降低，不利于脱叶；此外，棉花倒伏致使冠层结构恶化，通风透光效果较差，不利于棉铃吐絮，因此，棉花倒伏将严重影响棉花脱叶吐絮效果和机械收获质量[31]。本研究发现，棉花倒伏的根本原因是柔软的主茎无法支撑起庞大的地上生物量。品种和滴水量对棉花倒伏均有显著影响，抗旱性较强品种棉花的倒伏率显著低于抗旱性较弱的品种，同时适当降低滴水量可以显著降低棉花的倒伏，但极度干旱反而会导致抗旱性较弱品种倒伏，可能原因是抗旱性较弱品种棉花主茎比较柔软而导致倒伏率较高；在正常灌溉下，地上生物量较高导致棉花严重倒伏；在干旱胁迫条件下，抗旱性较弱品种棉花主茎的坚韧度降低而导致倒伏率上升。因此，选育主茎坚韧的品种和在栽培过程中合理协调地上部分的生物量是避免倒伏的主要措施。大田试验易受棉花品种、环境等因素影响，本研究通过1 a试验得出等行距密植条件下最佳棉花产量、品质及脱叶吐絮效果对应的滴水量为3900～4800 m3·hm-2，但滴水周期、滴水定额等滴灌策略对产量形成的影响机制尚不清楚，而如何通过优化滴灌策略挖掘棉花抗旱潜力有待于进一步研究。

4 结论

等行距密植条件下，抗旱性较强的品种(新陆早22号)在限量灌溉处理下的棉花籽棉产量和纤维品质与正常灌溉处理无显著差异，但倒伏率显著降低，吐絮率提高；抗旱性弱的品种(新陆早17号)在限量灌溉处理下由于单株铃数减少导致棉花籽棉产量显著降低，但纤维品质和脱叶吐絮没有受到影响。因此，滴水3900～4800 m3·hm-2并选用抗旱性较强的棉花品种，可在不显著降低等行距密植棉花产量和纤维品质的前提下，优化吐絮效果，降低倒伏率，有利于提高机采质量。