不同品种与播期对麦棉套作棉花生长、产量及棉铃空间分布的影响

刘太杰，刘锦涛，万素梅，赵欣欣，冯 璐，李亚兵，杜文丽，王国平，陈国栋，吴全忠

(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)

0 引 言

【研究意义】棉花是我国重要的经济作物，种植面积约占世界的15%，产量占世界的25%[1]。我国棉区分布广泛，棉田种植制度类型较多。麦棉两熟种植制度提高了复种指数，较好地利用了光、热和土地资源。已有麦棉两熟种植制度的研究[1,2]。麦棉两熟主要包括麦套棉间作方式和麦后棉复种方式，前者简称麦棉套作，后者简称麦棉连作[3]。棉花适宜播种期一直受到植棉业界的关注[4]，合理播期可调整作物生长发育进程与季节良好同步，充分发挥优质品种的增产潜能，是栽培管理中的关键技术[5]。【前人研究进展】Wang[6]对黄河流域机采棉适宜播期研究认为，4月下旬或者5月上旬种植有助于棉花机械采收，降低棉花产量损失。张国伟等[7]通过对不同棉花种植日期在内蒙古西部荒漠区研究以为，随着播期推迟，棉花生育时期推迟，生育期缩短，铃期日均温降低，收获密度增加，显著影响棉株干物质累积与分配，以及产量和品质形成。杨长琴等[8]通过研究播期对麦后直播棉产量影响得出，5月15日到6 月4日是长江流域棉区麦(油)后直播棉获得较高产量的适宜播期。黎鸿慧等[9]研究结果表明，早播会使棉株早衰，缩短棉花生育期，过于提早播种对棉株农艺性状影响很大，而晚播则会导致棉花生育期延长，短季棉新品种省早441的播种期 (套作)应为5月25日～6月10日。卢合全等[10]认为品种类型和播种期对棉花产量有显著的互作效应，不同类型的棉花品种有各自具体的播种时期。【本研究切入点】多数研究针对播期对中熟棉或麦后直播棉，而麦棉套作大多采用中熟品种，使棉花和小麦共生期长，不利于机械化，麦(油)后直播棉由于播期推迟、有效生育期短，生产中迟发晚熟的问题影响产量提高。研究品种与播期对麦棉套作棉花生长、产量及棉铃空间分布的影响。【拟解决的关键问题】以2个早熟棉花品种为供试材料，缩短共生期，通过分期播种试验，分析播期对棉花产量和棉铃空间分布比例的影响，为黄河流域麦棉两熟种植制度早熟棉管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验在2019年于河南省安阳市中国农业科学院棉花研究所东场试验基地(36°06'N，114°21'E)进行，该地土壤为褐土，土质为轻壤土，试验地0～20 cm土壤的基本理化性质：pH为7.05，有机质为10.67 g/kg，碱解氮为81.31 mg/kg，有效磷为23.37 mg/kg，速效钾为97.86 mg/kg。

棉花品种为鲁棉2387(高衣分高产品种)，锦科707(低衣分优质品种)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用裂区设计，主区为品种，副区为播种日期，设置播种日期为5月10日(SD1)，5月20日(SD2)，5月30日(SD3)，6月10日(SD4)，3次重复，小区为6行区，行长8 m，行距0.76 m，重复3次，共24个小区，小区面积为36.46 m2，棉花出苗后，人工手动定苗，定苗密度为9×104株/hm2，田间管理按高产栽培要求进行。图1

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 生育时期记载

记录各处理出苗期、现蕾期、开花期、结铃期、吐絮期，收获期。

1.2.2.2 地上干物质积叶面积指数

在棉花出苗后每20 d取2株长势均匀棉株，棉花按叶片、茎、生殖器官分解，在105℃下杀青30 min,80℃条件下烘干至恒重，称重，记录干物质重量。分离的叶片摆在白色板子上，使用扫描仪(phantom 9800xl，MICROTEK，上海，中国)对其扫描，使用Image Pro Plus软件(Media Cybernetics，Inc)计算叶面积并计算叶面积指数(LAI)。

1.2.2.3 产量及产量构成因素

收获期按小区实收计产，各处理分别按照上(7果枝以上)，中(4～6果枝)，下(1～3果枝)收取3 m正常开裂的棉铃，统计不同果枝的铃重和铃数，计算不同果枝成铃分布比例，棉铃轧花后，测定衣分，并计算皮棉产量。

1.3 数据处理

采用Excel 2016进行数据整理和作图，DPS7.05进行方差分析，采用 Duncan 新复极差法进行多重比较和差异显著性(P<0.05)测验，干物质Logistic方程通过 Originpro 2018进行拟合。

气象资料源于田间气象站(Davis Vantage Pro Plus), 2019年5～10月≥12℃有效积温为2 852.43℃，降雨量 320.60 mm，以8月降雨最多，日照时数1 448.31 h，光照充足，属正常年份，气候较利于棉花生长。图2

图2 试验地棉花生育期气象信息Fig.2 Meteorological information of cotton growing period in the test site

2 结果与分析

2.1 不同品种与播期对麦棉套作棉花生育进程的影响

研究表明，不同播期条件下，2个品种各生育进程的早晚与经历时间的长短各不相同。随着播期的推迟，各处理出苗期不变，现蕾期缩短，开花期、吐絮期、全生育期天数先缩短后延长。2个品种生育期天数均以SD1最长，SD1>SD2>SD4>SD3，锦科707在SD2、SD4和SD3较SD1少3.25%、7.2%、10.4%，鲁棉2387在SD2、SD4和SD3较SD1少6.45%、7.25%、8.87%。4个播种期中，锦科707现蕾期SD4比SD1提前7 d，鲁棉2387现蕾期SD4处理比SD1处理提前15 d，锦科707开花期 SD4处理比SD1处理提前7 d，鲁棉2387开花期SD4处理比SD1处理提前1 d，锦科707吐絮期SD4处理比SD1处理延后5 d，鲁棉2387吐絮期SD4处理比SD1处理延后8 d。表1

表1 不同品种和播期下麦棉套作棉花生育进程变化Table 1 Effects of different varieties and sowing dates on the growth and development process of wheat-cotton intercropping

2.2 不同品种与播期对麦棉套作棉花叶面积指数( LAI) 的影响

研究表明，不同播期下叶面积指数在整个生育期内呈现先上升后下降的单峰曲线变化，2个品种在不同播期处理下均在8月26日(盛铃期)左右达到最大值，但不同品种和不同播期处理LAI峰值不同，锦科707在SD2最大，达到5.12，鲁棉2387在SD1最大，达到4.35，锦科707表现为SD2>SD1>SD4>SD3，而鲁棉2387表现为SD1>SD2>SD4>SD3。不同处理在盛铃期后，LAI 开始逐渐下降，但不同品种之间下降速度不同。锦科707在SD1和SD2下降速率明显高于其他播期处理，而鲁棉2387各处理下降速率无显著的差异，适宜的LAI可以使作物合理的利用光能，通风透性较好，有利于提高光合效率，但较多的叶片却不利于产量的形成。图3

图3 不同品种和播期下麦棉套作棉花叶面积指数( LAI)变化Fig.3 Effects of different varieties and sowing dates on cotton leaf area index (LAI)

2.3 不同品种与播期对麦棉套作棉株生物量积累与分配的影响

研究表明，R2均大于0.9, 且均达到显著水平。不同处理下生物量总积累量的最大值TPA不同，锦科707为SD2处理最大，达到13 390.9 kg/hm2；而鲁棉2387在SD1处理最大，达到13 260.1 kg/hm2，但最小均为SD4处理。不同品种、不同播期处理下对生物量积累动态变化的影响是一致的，均表现为随着播期的推迟。生物量快速累积起始期T1，生物量快速累积结束期T2终止时间提前，生物量最大生长速率Vmax锦科707为SD1处理，达到338.8 kg/(hm2·d)，而鲁棉2387为SD2处理，达到350.7 kg/(hm2·d)，同一播期下(除SD2外)，不同品种间，锦科707生物量总积累量最大值TPA均低于鲁棉2387。表2

表2 不同品种和播期下麦棉套作棉花干物质积累特征变化Table 2 Changes of dry matter accumulation characteristics of wheat-cotton intercropping with different varieties and sowing dates

2.4 不同品种与播期对麦棉套作棉花单株干物质分配系数的影响

研究表明，棉花叶片干物质分配系数随着生育期的推进逐渐降低，叶片干物质分配系数随着播期的推迟而降低，茎秆干物质分配系数随着生育期的推进先增加后降低，生殖干物质分配系数随生育进程推进逐渐升高，不同品种和播期对棉花单株干物质分配系数不同。其中锦科707在SD1处理下生殖干物质分配系数增长迅速,由7月11日的4.96%增加到63.32%，而鲁棉2387在SD2处理下生殖干物质分配系数由7月11日的2.20%增加到64.07%。锦科707在SD1处理，鲁棉2387在SD2处理下有利于营养器官向生殖器官转移, 有利于生殖分配系数的增加。表3

2. 5 不同品种与播期对麦棉套作对棉花产量及其构成因素的影响

2.5.1 皮棉产量及产量构成因素

研究表明，播期和品种对单位面积铃数，皮棉产量有显著的互作效应。不同品种间，不同播期处理皮棉产量存在差异，同一播期内平均皮棉产量在SD2处理下最大，达到1 753 kg/hm2，同一品种内平均皮棉产量锦科707高于鲁棉2387，差异显著。锦科707表现为SD1处理皮棉产量最高，达到1 873 kg/hm2，与SD3、SD4差异显著，且随着播期的推迟皮棉产量降低。而鲁棉2387表现为SD2处理皮棉产量最高，达到1 767 kg/hm2，SD1和SD3居中，SD4最低，且差异显著。锦科707在SD1处理单位面积铃数，单铃重，衣分均大于其他处理，分别为111.1个/m2，6.67 g，36.65%，锦科707在SD1处理产量较高，而鲁棉2387在SD2处理单位面积铃数，单铃重最大，分别为99.5个/m2，4.36 g。表4

表4 不同品种和播期下麦棉套作棉花产量及产量构成因素变化Table 4 Effects of different varieties and sowing dates on yield and yield componentsof wheat-cotton intercropping

2.5.2 不同果枝铃重及成铃分布

研究表明，不同品种和播期对单铃重的上部和中部的成铃分布比例有互作效应，其中播期对中部成铃分布比例影响显著。不同品种和播期处理下，2品种均表现为中部果枝铃重最大。同一品种不同播期处理下，锦科707在SD1处理中上部铃重最大，分别为4.99和4.84 g/个，而下部铃重SD3最大，为4.76 g/个。鲁棉2387在SD2处理下部、中部、上部铃重均高于其他处理，分别为3.94、4.61和4.63 g/个。同一品种不同播期间，下部和中部成铃分布比例随播期的推迟而增加(除锦科707)，上部成铃分布比例随播期的推迟而减少，且达到显著水平。表5

3 讨 论

3.1 品种与播期对麦棉套作棉花生育进程及干物质积累的影响

适宜的播期有利于调节作物生长发育进程与季节良好同步实现高产稳产[11]。王聪等[12]研究得出棉花随播期的推迟，棉花生育期逐渐缩短的趋势，苗期日均温度与有效积温较高，棉株快速生长，现蕾期提前，开花期延长，吐絮期缩短，研究得出随着播期的推迟，出苗期不变，现蕾期缩短，开花期、吐絮期、全生育期先缩短后延长，已有的研究指出，开花结铃期的日均温、有效积温和最佳结铃期的日照时数是影响产量的主要气候因子[7]

表5 不同品种和播期下麦棉套作对棉花不同果枝部位铃重及成铃分布比例变化Table 5 Effects of wheat-cotton intercropping on boll weight and boll formation ratio of different fruit branches of cotton under different varieties and sowing dates

由于6月平均温度，日照时数较长，使6月10日播种的有效积温较高，且播期推迟导致的温光差异是花铃期历时差异大的原因[10],6月10日播种的花铃期平均温度，日照时数较短，是开花期和吐絮期延长的主要原因。

王聪等[12]认为随着播期的推迟，光合物质快速累积起始时间T1大幅提前，终止时间稍比T2提前，与研究结果一致，研究得出快速累积起始时间T1和终止时间T2都随着播期的推迟提前。

生物量积累是棉花产量的物质基础，群体干物质保持在适宜的范围内，有利于协调营养生长与生殖生长间的矛盾，为棉花高产建立合理的群体基础[13]，文明等[14]研究认为，棉花干物质分配动态为茎枝的干物质积累随着生育呈现先上升后下降趋势, 生殖器官干物质积累随着生育期的推进逐渐升高，与研究结果一致，试验中通过9月26日分析反映出不同品种和播期生殖干物质分配系数和产量的关系得出：推迟播期能在一定程度上促进营养生长，但不利于光合产物向生殖器官的分配，这与卢和全[10]和吴博[15]的研究结果一致。研究得出，在棉花生育前期分配系数会出现较大的波动，锦科707在后期可以看出地上部生殖器官干物质分配系数随着播期的推迟而降低，鲁棉2387后期可看出地上部生殖器官干物质分配系数随着播期的推迟先上升后降低，合理的播期有利于干物质最终向生殖器官分配，最终达到增加产量的目的。

3.2 不同品种与播期对麦棉套作棉花产量的影响

棉花产量构成三要素中以铃数、铃重和衣分，对皮棉产量贡献最大的是单株铃数，衣分次之，铃重最小，其中衣分主要由棉花的遗传特性决定，而铃数和铃重与品种本身的遗传特性和环境条件均有很大关系，全生育期的平均温度、日照时数以及花铃期的平均昼夜温差会影响单株铃数和衣分[16-18]，赵新华等[19]和杨长琴等[8]研究发现，随着播期的推迟，衣分降低；研究也发现，2个品种均是随着播期的推迟衣分降低，Huang[16]和Khan[20]研究得出正常播种棉花在生育期内充分利用了土壤水分和养分资源，产生较多的棉铃，皮棉产量显著高于晚播，与研究结果一致，研究还得出晚播单铃重显著低于正常播种，这与贾晓昀等[21]研究结果一致。

晚播棉花生长后期热量和有效积温不足，棉铃发育所需时间延长，造成生育期延长，同时造成吐絮不畅、霜前花率低, 导致产量下降[15]，播期主要是通过影响成铃数而影响产量[19],阳会兵等[22]研究认为，播种期对上部成铃影响较大,随播种期推迟，上部成铃比例随播种期推迟先上升后下降，这与研究结果不一致，研究得出同一品种不同播期间，下部和中部成铃分布比例随播期的推迟而增加，而上部则随播期的推迟而减少。可能由于不同品种类型和不同地区气候条件导致。

适宜播期的棉花有较大的铃重和铃数[23-24]，随龙龙等[25]研究认为，早播条件下棉花顶部棉铃单铃重较大,锦科707在SD1处理的单铃重上部和中部最高，但下部最低，鲁棉2387 在SD2处理上部、中部、下部铃重均高于其他处理，日均温度较低时对铃重的增加有明显抑制作用, 日照时数的增加会导致棉铃重的降低[26]，由于早期播种的平均温度较低和日照时数较短，导致锦科707在SD1处理下部铃重较低和鲁棉2387在SD1处理上部、中部、下部铃重较低。

4 结 论

品种和播期对棉花产量有显著的互作效应，锦科707在5月10日播期处理下棉花上部和中部铃重最大，分别为4.99 和4.84 g/个，产量最高，为1 873 kg/hm2；鲁棉2387在5月20日播期处理下棉花下部、中部和上部铃重均高于其他处理，分别为3.94、4.61和4.63 g/个，产量最高为1 767 kg /hm2。不同品种适宜的播期有利于棉花干物质向生殖器官分配，锦科707在5月10日播期处理下生殖干物质分配系数最高为64.07%，鲁棉2387在5月20日播期处理下生殖干物质分配系数最高为64.07%。在黄河流域棉区，麦棉套作下锦科707在5月10日、鲁棉2387在5月20日播期下可实现棉花高产。