新疆第八师气象要素对棉花含糖量和纤维素变化的影响*

李红英，王啸天，郭 璇，王秀琴

（1.新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站，新疆 石河子 832019；2.新疆炮台气象站；3.新疆石河子气象台；4.新疆石河子业务科）

棉铃发育过程中纤维可溶性糖与纤维素合成是形成棉花产量和品质的基础[1-3]，棉花纤维含糖量的多少直接影响棉花品质，含糖量过高降低纺纱功效和工艺，并已引起科学界广泛关注[4-6]。环境因素对棉花纤维含糖量的影响较大，尤其气候变化对棉花纤维含糖量的影响更为明显。勾玲[7]等研究了棉花纤维发育过程中可溶性糖和纤维素含量的变化及与气象因子的关系，认为气温是影响棉花铃期纤维可溶性糖的主要气象因素，而最低温度对纤维可溶性糖的转化影响最显著，后期低温可能是造成新疆棉纤维内糖含量高的原因。黄慰军[8]等对南疆棉花的研究结果认为，高温天气、降水少、空气湿度低可造成棉花纤维含糖量低，反之棉花纤维含糖量则高。第八师以早熟棉花栽培为主，为了提高棉花质量，本文通过对当地棉花含糖量的研究，探讨气象要素变化对棉花纤维质量的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试棉花品种3个，分别为新陆早45号、新陆早64号、新陆早74号，均为近几年石河子垦区机采棉主推品种。

1.2 试验地概况

试验于2019—2020 年在石河子大学农学院农学试验站进行，土壤类型为灰漠土。

1.3 试验设计

试验设种植密度为18.0 万株/hm2。采用随机区组设计，3次重复，小区面积30 m2。田间管理与生产棉田相同。

1.4 项目测定与气象资料

在棉花盛花期（6月30日）和开花中后期（7月21日），选取有代表性的棉株，分别给6月30日、7月21日开花的果枝挂牌，并标明开花时间，每个供试棉花品种按开花日期挂牌确定样品400 朵（为取样定株）。花后每隔7 d对各参试棉花品种的每个重复随机取5个棉铃进行室内分析，棉纤维中可溶性糖和纤维素含量等测定项目在农业部棉花品质监督检验测试中心测定完成。

气象资料来源于石河子气象局，按照棉铃出苗至吐絮的各个不同发育期统计气象要素，气象资料主要包括日平均温度、日最高温度、日最低温度、日较差、日照时数、≥10 ℃有效积温和相对湿度。数据分析采用Excel统计软件。

2 结果与分析

2.1 棉花开花后可溶性糖含量变化

棉花开花后第7天开始每隔7 d测定1次纤维中可溶性糖含量，如图1所示，棉纤维中可溶性糖含量随着时间延长可溶性糖含量随棉铃的成长呈反向“S”曲线变化，开花后14～21 d棉纤维中可溶性糖含量达到最大值，占单铃纤维干重的35%～40%，30 d之后直至50～70 d吐絮期可溶性糖含量逐渐下降并趋近于0%。开花晚相对于开花早的棉铃纤维中可溶性糖含量减少相对缓慢，提早开花的棉铃纤维中可溶性糖含量减少迅速。随开花时间推后，气温下降，提早开花的棉铃纤维可溶性糖转化高峰期略提前，转化率减慢，但与晚开花的棉铃相比，有相对较高的转化率，晚开花转化高峰期呈推迟趋势，转化率降低迅速，转化高峰期有所延长。由此表明，北疆第八师地区棉花早熟品种适应当地的气候环境，随着气温下降对中前期开花的可溶性糖转化率有所降低，但对纤维素合成量影响较小，而晚开花因日期推后，气温开始下降，可溶性糖转化率迅速降低而纤维合成量减少。

图1 不同开花日期棉铃纤维可溶性糖含量随时间的变化曲线

6月30日开花的棉铃可溶性糖含量（y）和生长日期（x）通过Excel统计软件分析，拟合方程为y=-2E-0.6x4+0.000 8x3-0.075 7x2+1.533 8x+30.074，r=0.997 4（P ＜0.01），达到显著水平。7月21日开花的棉铃可溶性糖含量（y）和生长日期（x）的拟合方程为y=-1E-0.6x4+0.000 7x3-0.076 2x2+2.056 7x+22.194，r=0.996 6（P ＜0.01）。提早开花的棉铃纤维可溶性糖转化率高，持续时间短，转化高峰期较晚开花的提前。6月30日开花，花后14 d可溶性糖含量达高峰期，花后63 d转化趋近于0%，平均转化率每天为0.87%。7月21日开花，花后21 d可溶性糖含量达高峰期，花后70 d转化趋近于0%，平均转化率每天为0.66%。由此表明，随开花日期后移，可溶性糖随着气温下降转化率有所降低，说明对外界环境反应比较敏感，随开花日期推迟，转化率迅速降低，转化高峰期延长，纤维合成量也在减少，棉花质量也随之下降。

2.2 棉铃发育过程中纤维素含量变化

如图2所示，开花后棉铃中纤维素含量变化过程呈正向“S”型曲线，与可溶性糖变化相反。花后14 d之前变化缓慢，中期14～45 d增加迅速，后期45～70 d又逐渐变慢，不同供试棉花品种类型间相似，开花早的纤维素含量积累迅速，且含量高，较晚开花达最大值的时间提前7～10 d。棉花纤维素转化过程是逐渐增加的过程，6月30日开花的棉铃纤维素含量（y）和生长日期（x）通过EXCEL统计软件分析，拟合方程为y=4E -05x4-0.006 6x3+0.358 3x2-4.935 3x+19.444，r=0.999 3（P ＜0.01），达到显著水平。7月21日开花的棉铃可溶性糖含量（y）和生长日期（x）的拟合方程为y=3E-05x4-0.005 8x3+0.311 7x2-4.214 9x+16.167，r=0.999 4（P ＜0.01）。提早开花的棉铃纤维素含量转化率高，持续时间短，转化最大值出现日期较晚开花提前。6月30日开花铃，花后14 d棉铃纤维素含量进入迅速转化期，45 d转化趋近于最大值，63 d左右完成转化，平均转化率每天为1.87%。7月21日开花铃，花后20 d棉铃纤维素含量进入迅速转化期，45 d转化趋近于最大值，需要70 d完成转化，平均转化率每天为1.36%。由此表明，随开花日期后移，棉铃纤维素含量随着气温下降转化率有所降低，说明对外界环境反应比较敏感，随开花日期推迟，转化率迅速降低，纤维合成量也在减少，开花早纤维素转化快，棉花质量提高。棉铃可溶性糖的积累是纤维素迅速合成的基础。

图2 不同开花日期棉铃纤维素含量随时间的变化曲线

2.3 可溶性糖、纤维素与铃期气象因子的关系

如表1所示，棉铃期纤维可溶性糖含量变化、纤维素转化合成特征值与气象要素的相关分析表明，日平均气温、日最低气温与纤维可溶性糖含量变化、纤维素转化合成相关性显著。当日平均气温在24.0 ℃以上时可溶性糖转化速率为1.08%、纤维合成速率为2.40%，当日平均气温下降到21.0 ℃以下时可溶性糖转化速率降为0.85%，纤维合成速率降为2.10%以下。棉花开花越晚，由于气温下降，棉铃可溶性糖转化纤维素也随之减慢。顶部棉铃开花较晚，7月21日开花的棉铃在花后42 d，即9月1 日至20日，其日平均温度为18.7 ℃，可溶性糖含量为22.2%，而纤维素仅为35.0%。由此说明，温度首先影响可溶性糖的转化，其次影响纤维素合成，对纤维可溶性糖转化的影响大于其对纤维素合成的影响。日照时数与相对湿度对其影响不明显。

表1 可溶性糖、纤维素含量转化特征值与棉花铃期气象因子的相关性

温度与可溶性糖和纤维素含量的转化速率呈极显著的正相关（P ＜0.01）。棉花开花至吐絮大概需要50 d左右（观测数据），纤维素转化42 d之后趋于稳定，石河子地区8月25日以后日平均气温在24.0 ℃以下，并且下降速度较快。因此，在7月5日之前早开花的棉铃在发育前期，气温条件适宜，有利于可溶性糖积累，具有较多光合产物运入棉纤维中，在较高的气温（24.0 ℃以上）环境中能快速把可溶性糖转化成纤维素，一般在7月15日之前开花的棉铃都能顺利完成纤维素转化过程。开花较晚尤其在7月21日之后开花，由于气温下降阻碍了前期可溶性糖的积累，也给后期转化带来困难，从而会造成纤维品质下降。

3 结论与讨论

3.1 结论

有关研究资料表明，原棉中的糖分为生理糖和昆虫蜜露糖[9]。生理糖是棉纤维中的纤维素经过光合作用合成的葡萄糖等还原糖；昆虫蜜露糖是棉花生长中由于虫害的啃食和昆虫分泌物粘附并干涸于棉纤维上也称为外源糖[10-11]，防止虫害可降低外源糖。本试验条件下，由于田间管理措施得当，棉花生育后期没有蚜虫危害，纤维可溶性糖主要是内糖。试验以当地主栽棉花品种为研究对象，均为早熟品种。开花后第7 天开始测定可溶性糖和纤维素的含量，在14～21 d可溶性糖含量达到最大值，然后迅速下降；纤维素变化过程在14 d之前极其缓慢，之后开始加速，21～42 d为迅速转化期，然后趋于稳定状态。可溶性糖含量与纤维素含量呈正反向“S”变化，并具有显著的负相关。

3.2 讨论

棉铃期的气温是影响棉花可溶性糖转化和纤维合成的主要气象因素，开花较晚，后期低温使棉纤维内糖含量不能全部转化，是造成生理糖高的主要原因。日照时间与空气相对湿度对纤维合成影响不明显。第八师区域气候资源丰富，选用早熟棉花品种提早开花使之与最佳的气候环境相匹配，可生产出高品质优质棉。研究认为，开花期在7月15日之前的棉铃发育处在适宜高温阶段，可收获到优质棉。