中长绒陆地棉性状特征与气象因素相关性分析

刘素华 李新林 黎 蓉 彭 延 彭小峰 张 选

（1 新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所，图木舒克 843900；2 新疆生产建设兵团第三师图木舒克市气象站，图木舒克 843900）

温度、水分、光照等气象因子是植物生长发育阶段不可或缺的重要因子，棉花作为我国重要经济作物，其生育期同样也受气象因子影响。光作为植物光合作用的必要条件，其强弱直接影响植物葡萄糖合成数量，进而影响纤维素积累，决定纤维发育是否优良，而纤维品质是判断棉花品质的重要要素，因此，光能在棉花生长发育中同样也处于重要地位。此外，适当的光照时间、光照强度均会对棉花纤维品质提升有一定影响，光照时间过短会导致棉花纤维成熟度和断裂比强度降低[1]，光照强度减弱，棉花纤维的断裂比强度和马克隆值有显著降低的趋势[2]。其次，棉花不同生育时期需水量也有差异，有研究发现棉花初花期、盛花期乃至花铃期，75%左右的土壤湿度有利于可溶性糖、纤维素积累，对纤维伸长生长、纤维细度和纤维强度均有一定促进作用[3]。棉花蕾铃脱落同样也需要适当水分条件，过多或不足均会增加蕾铃脱落。同时适当水分对棉花生长后期也有一定调控作用，水分过足，导致棉花贪青后熟，吐絮推迟，纤维品质下降；水分不足，导致棉铃提前开裂，成熟度不够，从而减重降质。其次，恰当的温度是棉花纤维物质积累以及棉铃成熟后纤维品质的重要决定因子，有研究发现14.8℃日均温是棉纤维物质停止累积的临界温度[4]，在棉铃发育时期，温度低于18℃时，对其影响较大，相反，则影响较小[5]。温度降低也会导致棉纤维断裂比强度、成熟度、细度等品质下降。目前，随着国民经济快速发展和人们生活品质不断提升，棉花种植范围的不断扩大，棉花生产标准化、机械化水平提高，气象水平对棉花生长发育及将来产量的影响逐渐成为研究者和棉农的关注焦点，在此前提下培育优质、高产、品质稳定的棉花品种也是研究者当前亟待解决的问题。鉴于此，本文通过研究21 份中长绒陆地棉性状特征与气象因素相互关系，以期筛选出适合在南疆气候条件下种植生产的中长绒陆地棉花品种，从而为棉花选育工作奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

1.1.1 试验地概况试验设置在第三师农业科学研究所试验地，当年平均气温12.4℃，年降水量99.2mm，相对湿度46%，前茬作物为棉花。土壤总盐含量1.43g/kg，pH 值8.34，有机质含量11.58g/kg，速效氮含量50.08mg/kg，速效磷含量17.31mg/kg，速效钾含量163.15mg/kg。

1.1.2 试验材料所有参试材料均为各品比试验中表现较好的品系，品系编码3D01-3D21，均来源于2021 年之前保持基因流动性育种杂种种质库体系，创新陆地棉种质资源，筛选优质中长绒陆地棉自育新品系，3D 代表第三师。

1.2 试验地种植2021 年4 月10 日于第三师农业科学研究所试验地随机排列种植，3 次重复，一膜4 行，种植密度14620 株/667m2，管理模式同当地大田。

1.3 气象数据收集整理本文所有气象数据均由第三师气象站提供，具体见表1。

表1 中长绒陆地棉生育期间的主要气象因子

1.4 数据分析试验数据均采用Excel 2010 录入及计算，使用SPSS 19.0 和DPS7.5 数据分析软件对各项测定数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 中长绒陆地棉生育期间主要气象要素所有数据均来自第三师气象站，根据各中长绒陆地棉生育期天数，分别对其生育期的平均气温（X1）、最低气温（X2）、最高气温（X3）、日温差（X4）、降雨量（X5）、相对湿度（X6）和日照时间（X7）7 个气象因子取值（表1）。

由表1 可知，中长绒陆地棉生育期间平均气温、最低气温、最高气温和日温差均值分别为23.7℃、15.8℃、31.2℃和15.4℃。降雨量68.5mm，相对湿度41.3%，日照时间953.6h。总体来看属于高温干旱天气，无法满足棉花某些特定时期（种子萌发、苗期、现蕾期和吐絮期）生长发育[6]，因此，应在棉花各生育时期采用膜下滴灌方式，适当补增水分。

2.2 中长绒陆地棉农艺性状及纤维品质性状表现表2 表明，中长绒陆地棉平均生育期为121.4d，果枝始节5.4～6.9 节，出苗率82.8%～94.3%，株高51.1～72.7cm，单株铃数为4.9～7.8 个，单铃重5.0～7.6g，子指（即100粒棉花种子的重量）8.6～14.4g，衣分32.7%～44.9%。籽棉产量最低348.3kg，最高464.7kg，平均420.2kg，其中有13 个材料达到平均水平，分别为3D02、3D03、3D04、3D06、3D09、3D10、3D11、3D12、3D14、3D15、3D17、3D19和3D21。皮棉产量最低150.8kg，最高201.5kg，平均176.3kg，13 个材料达到平均水平，分别为3D02、3D03、3D04、3D09、3D10、3D11、3D12、3D13、3D14、3D15、3D17、3D19 和3D21。

表2 21 份中长绒陆地棉材料农艺性状

21 个中长绒陆地棉纤维上半部长度在29.0～34.6mm 范围内（表3），平均长度为31.0mm。断裂比强度3D12 最弱，为28.1cN/tex，3D03 表现最强，为36.8cN/tex，平均为32.7cN/tex。马克隆值平均为4.7，其中3D04 最小，为3.5；3D20 次之，为3.9，其余均≥4.2。断裂伸长率3D03 最大，为7.1%；其次是3D12，为6.9%；3D05、3D07、3D15、3D16 和3D17 并列第三，均为6.6%；3D09 与3D20并列最小，为5.0%。反射率和整齐度指数分别在76.6%～83.7%和82.8%～87.1%范围内。黄色深度3D13 和3D20 最小，均为6.7；3D03 和3D19 最大，均为8.2。

21 份中长绒陆地棉材料变异分析结果表明（表4），中长绒陆地棉不同性状间的变异系数范围在1.55%～15.17%之间。各性状变异系数依次为子指（15.17%）＞单株铃数（11.50%）＞断裂伸长率（10.48%）＞马克隆值（10.14%）＞株高（10.04%）＞单铃重（8.92%）＞皮棉产量（8.32%）＞籽棉产量（8.05%）＞断裂比强度（7.09%）＞衣分（7.07%）＞黄色深度（6.40%）＞果枝始节（6.26%）＞纤维上半部长度（4.86%）＞出苗率（4.22%）＞生育期（4.03%）＞反射率（2.49%）＞整齐度指数（1.55%）。有研究表明，变异系数大于10%表明样本间差异较大[7]，本研究中子指、单株铃数、断裂伸长率、马克隆值和株高5 个指标变异系数均大于10%，说明本研究的21 份中长绒陆地棉材料差异较大，类型丰富，为特异种质材料的比较和筛选提供了资源储备。

表4 21 份中长绒陆地棉材料性状变异分析

2.3 中长绒陆地棉农艺性状及纤维品质性状与气象因子的相关性分析中长绒陆地棉农艺性状指标与气象因子的相关性分析详见表5。生育期与最低气温呈显著正相关，与降雨量和日照时间呈极显著正相关。果枝始节与平均气温、最低气温、降雨量呈极显著正相关，与最高气温和相对湿度呈显著正相关。子指与最低气温和降雨量呈极显著负相关，与平均气温、最高气温、相对湿度和日照时间呈显著负相关。皮棉产量与日温差呈显著正相关。断裂伸长率与平均气温呈极显著正相关，与最低气温、最高气温、降雨量和相对湿度呈显著正相关。其余各指标与气象因子之间均不表现相关性。综上所述，各气象因子与中长绒陆地棉的生育期、果枝始节、子指、皮棉产量和断裂伸长率有显著或极显著相关性。因此，下一步将重点对各气象因子与中长绒陆地棉的生育期、果枝始节、子指、皮棉产量和断裂伸长率指标做进一步分析。

表5 中长绒陆地棉各指标与气象因子的相关系数

2.4 中长绒陆地棉特征指标与气象因子数学模型模拟气象因子是影响植物生长发育以及成熟的重要因子，因此，在上述研究的基础上，参照徐敏等[8]的研究，将显著或极显著相关的指标进行二次多项逐步回归分析，以各气象因子均值为自变量（X），以中长绒陆地棉性状指标均值为变量（Y），建立数学模型，共有12 个模拟成功（表6）。

表6 性状指标与气象因子逐步回归模型

边际效映可以反映棉花基本指标对气象因子的反应特征，是自变量对变量影响的特定特征值的最适值，即当y＇=2a（xi-b/2a）=0 时，b/2a 即就是气象因子的最适值。y＇变化率绝对值表示y＇值稳定程度，变化率越大则y＇值稳定程度越低[9]。表7 中，从21 份中长绒陆地棉材料与气象因子边际效应模型来看，最低温度的波动对中长绒陆地棉有较大影响，日照时间的波动对中长绒陆地棉影响较小。

表7 性状指标与气象因子边际效应模型

综合各边际效应，最低温度的最适值范围在15.19～17.20 ℃（最适值15.1934～17.1965）内，日照时间的最适值范围在955.65～1069.27h（最适值955.6494～1069.2670）内。由此可初步推断21 份中长绒陆地棉材料中，有10 份中长绒陆地棉材料综合评价较佳，分别为3D02、3D03、3D05、3D08、3D10、3D13、3D16、3D17、3D18 和3D19。

3 讨论与结论

棉花生长发育过程中的气候条件（水、热和光等）和环境条件（养分、地上地下空间）都是决定棉花农艺性状及纤维品质性状的重要因素。本研究对21 份中长绒陆地棉农艺性状、纤维品质性状与生育期间的气象因子做相关性分析发现，中长绒陆地棉的生育期、果枝始节、子指、皮棉产量和断裂伸长率均受气象因子不同程度影响。棉花从出苗到开花和收获所经历的时间长度会在适应外界气候和生态环境条件过程中缩短或延长，且近年来研究数据表明，全球气温升高对作物生长发育的时间长度影响显著，导致作物生长速度加快，生育期缩短。且在进一步研究中发现，作物生育期的变化，使作物面临不同的气候因素，对作物的辐射和降水发生变化[10]。中长绒陆地棉的生育期、果枝始节、子指、皮棉产量和断裂伸长率和气象因子建立二次多项式逐步回归数学模型，进一步利用边缘分析法，发现最低温度的波动对中长绒陆地棉有较大影响，日照时间的波动对中长绒陆地棉影响较小，刘海蓉等[11]在研究中也发现日照时间对棉花单铃重及单株铃数作用小，温度的影响较大。

本文采用二次多项式逐步回归分析、边际效应特征值关系研究，初步推断出21 份中长绒陆地棉中3D02、3D03、3D05、3D08、3D10、3D13、3D16、3D17、3D18 和3D19 材料综合评价最佳，从表型和品质上为下一步研究缩小了范围。徐敏等[8]也利用此方法研究棉花种子各指标特征值，综合各指标的边际效应确定了符合参试棉花种子成熟的最适降水量、日温差、日照时间及种子在棉花植株上最佳停留时间的范围。棉花种植及田间管理模式均是在当地气象条件下制定，因此本方法还应当在不同地区气候条件下做进一步研究，该研究将另外安排实验。

本文初步推断出21 份中长绒陆地棉中3D02、3D03、3D05、3D08、3D10、3D13、3D16、3D17、3D18 和3D19 材料综合评价最佳。