北疆不同長勢機采棉田光合物質(zhì)積累與分配的比較研究

鄭慧，張巨松

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)/教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052)

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北疆不同長勢機采棉田光合物質(zhì)積累與分配的比較研究

鄭慧，張巨松

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)/教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052)

【目的】在北疆自然生態(tài)條件下，研究不同長勢機采棉田光合物質(zhì)積累與分配特性，為北疆機采棉高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳孕玛懺?7號為供試棉花品種，通過大田對比試驗，調(diào)查研究機采棉種植模式下不同長勢棉田葉面積指數(shù)LAI、凈光合速率Pn、干物質(zhì)積累與分配特性?！窘Y(jié)果】穩(wěn)健型棉花盛鈴后LAI下降慢，吐絮時分別較偏旺型、早衰型棉花高22.33%、45.37%。吐絮時，穩(wěn)健型棉花的Pn為11.57 μmol/(m2·s)，分別比偏旺型、早衰型棉花高出38.23%和119.54%；穩(wěn)健型棉花生殖器官分別較偏旺型、早衰型棉花高35.17%、55.91%?！窘Y(jié)論】穩(wěn)健型棉花LAI、Pn中后期保持較高水平,向生殖器官轉(zhuǎn)移的干物質(zhì)量大，有利于產(chǎn)量的形成。

機采棉；光合物質(zhì)；分配；產(chǎn)量

0 引 言

【研究意義】我國棉花綜合機械化水平僅為 47.83%，其中機耕為 76.84%，機播為 54.18%，機收為 2.81%。我國對機采棉的研究始于20世紀50年代，最早出現(xiàn)的是對引進機型進行試驗研究。1954年，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團引進了37臺前蘇聯(lián)生產(chǎn)的CXM-48M型單行垂直摘錠后懸掛式采棉機和幾十臺X40型剝鈴機，1961年農(nóng)墾部又為兵團引進了前蘇聯(lián)XRC-1.2型雙行垂直摘錠自走式采棉機，但沒有引進相應(yīng)的清花設(shè)備，采棉機采摘的籽棉因含雜太高而無法使用[8]。1999年，我國第 1 臺自走式采棉機 4MZ-2( 3) 型自走式采棉機研制成功，2002 年，中國航空工業(yè)第一集團所屬貴州平水機械有限責任公司與中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院共同研制的 4MZ-5 型采棉機通過鑒定，2005 年平水牌 4MZ-5 型自走式采棉機投入批量生產(chǎn)，中國有了自己的采棉機生產(chǎn)企業(yè)。與先進大國相比，我國棉花機械化水平低，且區(qū)域之間差異極大。西北內(nèi)陸棉區(qū)機械化水平最高為 73.6%，兵團還高于地方 10.5 百分點，在兵團部分團場棉花生產(chǎn)機械化率達到 98%[10]。目前，我國棉花生產(chǎn)機械化水平由高到低依次是西北內(nèi)陸棉區(qū)、黃河流域棉區(qū)和長江流域棉區(qū)。近幾年，植棉成本不斷攀升，機采棉植棉面積不斷擴大，而闡明北疆機采高產(chǎn)棉花干物質(zhì)積累分配特征，對北疆機采高產(chǎn)棉花栽培技術(shù)體系的建立有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】國內(nèi)外學(xué)者對棉花干物質(zhì)積累有許多研究。鄭巨云等[1]研究認為高產(chǎn)棉田單葉光合速率高、干物質(zhì)積累速度快、積累量大。羅宏海等[2]研究表明，提高葉面積載荷量是提升光合生產(chǎn)能力、實現(xiàn)棉花超高產(chǎn)的關(guān)鍵。郭仁松等[3]的研究表明，超高產(chǎn)田棉花的LAI和SPAD值高于高、中產(chǎn)田，與Pn(凈光合速率)成正相關(guān)，棉花干物質(zhì)快速積累持續(xù)期長，且積累量大?！颈狙芯壳腥朦c】棉花產(chǎn)量主要來自光合作用同化形成的光合產(chǎn)物，而光合產(chǎn)物大部分以干物質(zhì)的形式積累，干物質(zhì)積累分配與產(chǎn)量關(guān)系密切，但目前研究未建立在機采棉種植模式基礎(chǔ)上，研究采用大田試驗與室內(nèi)試驗相結(jié)合的方法，闡明北疆不同長勢機采棉田光合物質(zhì)積累與分配特性。【擬解決的關(guān)鍵問題】試驗以新陸早57號為材料，研究機采棉田不同長勢棉花的干物質(zhì)積累與分配特征，為北疆機采棉花高產(chǎn)栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2015年在瑪納斯縣六戶地鎮(zhèn)創(chuàng)田村進行。以新陸早57號為材料，采用2.05 m寬膜覆蓋，株行距配置為(10 cm+ 66 cm)×9.5 cm，灌溉方式為膜下滴灌。選擇地力條件較好，長勢均勻的棉田進行培育，該棉田土壤堿解氮31.52 mg/kg，速效磷8.65 mg/kg，速效鉀16.5 mg/kg；播前深施尿素495 kg/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2，硫酸鉀120 kg/hm2，4月26日播種，5月 7日出苗，在棉花生育期間，共滴水10次，總滴灌量4 800 m3/hm2,化控 4次,

隨水滴施尿素共600、磷酸二氫鉀300、晶體鉀180 kg/hm2，6月28日人工打頂。自棉田進入三葉期后，以相鄰不同長勢機采棉田為對照，進行田間定點調(diào)查并取樣分析，收獲期測產(chǎn)并以實收產(chǎn)量計產(chǎn)，列出不同長勢機采棉田棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子。表1

表1 不同長勢機采棉田棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素

Table 1 The component of factors in different sites of cotton

長勢Sites收獲株數(shù)(104/hm2)Plantsofharvest單株成鈴(個/株)Numberofbolls單鈴重(g/個)Bollweight衣分(%)Lintpercentage皮棉產(chǎn)量(kg/hm2)Lintyield穩(wěn)健Steady19.15b6.01a5.42a41a2557.56a偏旺Prosperous19.65a5.83b4.85b42a2333.58b早衰Early-senescent18.55c5.21c5.3c39b1997.90c

注：對不同長勢棉花不同指標方差分析，小寫字母表示在5%水平上差異顯著

Note: the variance analysis on different indexes of different sites; Value followed by different letters are significantly different at 5%(small letter) probably levels

1.2 方 法

1.2.1 葉面積指數(shù)(LAI)

在棉花三葉期、現(xiàn)蕾期、開花期、盛花期、盛鈴期及吐絮期，利用植物冠層分析儀(LAI-2000)在試驗田各小區(qū)選擇長勢均勻的樣點，將LAI-2000 探頭水平放置在地面 5 cm 處，每個樣點測6個值(即窄行、寬行、窄行、寬行、窄行、膜間行)，取平均值。每次觀測時，先將探頭放置于冠層上方，保持探頭上水平泡水平，按下測定按鈕，聽到兩聲蜂鳴后將探頭放入群體內(nèi)地面上處，仍需保持水平，按下測定按鈕，聽到兩聲蜂鳴聲后選擇冠層內(nèi)地面不同位置測量，取平均值，重復(fù)三次，然后儀器自動測定出群體葉面積系數(shù)，每個時期測1次。

1.2.2 凈光合速率(Pn)

在棉花的現(xiàn)蕾期、開花期、盛花期、盛鈴期、見絮期、吐絮期用便攜式光合測定系統(tǒng)(CIRAS-2)測定葉片光合速率(Pn)；選擇晴朗無云的天氣，當日11：00～13：00測定，選擇具有代表性植株的葉片在相同部位用葉室夾住該時期的主莖功能葉(打頂前為主莖倒四葉，打頂后倒三葉)的Pn，觀測測定值，約1～2 min后，數(shù)據(jù)穩(wěn)定即可記下數(shù)據(jù)。

1.2.3 光合物質(zhì)積累

在棉花的現(xiàn)蕾期、開花期、盛花期、盛鈴期、見絮期和吐絮期，每處理選取生長整齊一致的棉株6株，將植株分解為主莖、葉、蕾鈴等器官，105℃烘箱中殺青30 min，降溫后至80℃烘干至恒重，冷卻后稱量各器官重量，并根據(jù)取樣株數(shù)和每公頃基本苗數(shù)計算每公頃該器官的總重量，用于計算光合物質(zhì)總積累量。

1.2.4 產(chǎn)量性狀

成熟前各小區(qū)選取具有代表性植株20株考察單株結(jié)鈴數(shù)；收獲期取下部第1～3果枝、中部第4～6果枝、上部第7～9果枝第一果節(jié)棉鈴各30個，供室內(nèi)考種，以小區(qū)實際收獲產(chǎn)量記產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel2010、DPS7.05進行分析,方差分析均為0.05水平,采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同長勢棉田棉花葉面積指數(shù)(LAI)變化

LAI是體現(xiàn)棉花冠層結(jié)構(gòu)重要指標之一，合理的LAI有利于提高光能利用率[4]。研究表明，不同長勢棉花的LAI前期增長快，于盛鈴期達到峰值(4.5～5.4)，后開始下降。偏旺型棉花花前LAI增長快，現(xiàn)蕾期LAI分別比穩(wěn)健型棉花、早衰型棉花高14.62%、36.70%，盛花期分別高 19.90%、28.42%。穩(wěn)健型棉花盛鈴后LAI下降慢，吐絮時分別較偏旺型、早衰型棉花高22.33%、45.37%。對不同時期葉面積指數(shù)與產(chǎn)量及構(gòu)成因素顯著性分析，吐絮期葉面積指數(shù)與單株成鈴數(shù)、衣分、皮棉產(chǎn)量呈顯著相關(guān)。圖 1，表2

圖1 不同長勢機采棉田LAI變化

Fig.1 Development dynamics of LAI in different sites of cotton
表2 各生育時期葉面積指數(shù)與產(chǎn)量及構(gòu)成因素的顯著性

Table 2 Correlation between LAI and yield and component of factors in different sites of yield

生育時期Growthstage單株成鈴數(shù)Numberofbolls單鈴重Bollweight衣分Lintpercentage皮棉產(chǎn)量Lintyield開花Flower0.280.95**0.55*0.34盛花Fullbloom0.140.90**0.420.2盛鈴Boll-forming0.390.98**0.64*0.45吐絮Boll-opening0.99**0.56*0.96**0.99**

注：*和**表示0.05和0.01差異顯著水平，下同

Note：“*”and“**”refers to significant difference of 0.05 and 0.01, the same as below

2.2 不同長勢棉田棉花葉片凈光合速率(Pn)變化

棉花生物產(chǎn)量的 90%～95%來自光合作用，其中70%～90%的生物學(xué)產(chǎn)量在開花后形成，特別是成鈴期積累最多[5]，生育后期葉片的光合生產(chǎn)能力直接決定產(chǎn)量大小。研究表明，各長勢棉花Pn整個生育期內(nèi)呈單峰曲線。穩(wěn)健型與偏旺型棉花葉片Pn在盛鈴期達到峰值，偏旺型較穩(wěn)健型、早衰型產(chǎn)棉花Pn分別高 5.20%、55.60%，而早衰型棉花則在盛花期出現(xiàn)Pn峰值；峰值過后不同長勢棉田Pn均開始下降，其下降速度表現(xiàn)為早衰型>偏旺型>穩(wěn)健型。至吐絮時，穩(wěn)健型棉花的Pn為11.57 μmol/(m2·s)，分別比偏旺型、早衰型棉花高出38.23%和119.54%。圖2

2.3 不同長勢棉田棉花干物積累特征

研究表明，隨著生育進程的推進，不同長勢棉花干物質(zhì)積累不斷增加。開花以后，穩(wěn)健型棉花生殖器官干物質(zhì)積累比例均高于偏旺型、早衰型棉花，見絮時達到峰值，分別較偏旺型、早衰型棉花高35.17%、55.91%。對不同長勢棉花生殖器官積累進行Logistic方程模擬，效果較好。三個長勢的棉花地上部干物質(zhì)積累均呈緩增期—快增期—緩增期或緩降期，其中穩(wěn)健型棉花兩個時間拐點出現(xiàn)在出苗后42和69 d，偏旺型與早衰型棉花出現(xiàn)在38、65與37、74 d。表明穩(wěn)健型棉花快增期(△t)持續(xù)時間明顯短，但速度特征值(Vm)大，達到 155.34 kg/d，明顯高于偏旺型、早衰型棉花，與生長特征值(GT)較大。說明穩(wěn)健型棉花雖然到達最大積累速率的時間較晚，快增期積累時間較短，這在一定程度上補償了快增期的不足。圖3，表3

圖2 不同產(chǎn)量長勢棉花Pn變化
Fig.2 Development dynamics of photosyntheticin different yield levels of cotton

圖3 不同長勢棉花干物質(zhì)積累變化
Fig.3 The accumulation of dry matter in different yield levels of cotton
表3 不同長勢棉花生殖器官干物質(zhì)積累模擬方程

Table 3 The simulation equation of dry matter accumulation bud and boll in different yield sites of cotton

長勢Sites方程Equation相關(guān)系數(shù)R2Vm(kg/d)t0(d)t1(d)t2(d)△m(d)GT(kg/hm2)穩(wěn)健(Steady)Y=5502.83/(1+e(6.40-0.11X))0.99155.3456.745.0468.3723.333623.61偏旺(Prosperous)Y=4376.66/(1+e(5.57-0.09X))0.9895.8563.6148.5878.6530.072882.03早衰(Early-senescent)Y=3826.68/(1+e(5.98-0.09X))0.9986.3166.2651.6680.8629.192519.87

2.4 不同長勢棉田棉花干物質(zhì)分配特征

研究表明，不同長勢棉花光合物質(zhì)向莖、葉分配不斷增加，呈現(xiàn)出穩(wěn)健型>偏旺型>早衰型趨勢。穩(wěn)健型、早衰型棉花光合產(chǎn)物向莖分配現(xiàn)蕾后不斷增加的峰值出現(xiàn)在盛鈴期，而偏旺棉花出現(xiàn)在盛花期，后期仍有光合產(chǎn)物向莖輸入，減少了光合產(chǎn)物向蕾鈴部位的輸送；穩(wěn)健型、早衰棉花光合產(chǎn)物向葉分配的峰值出現(xiàn)在盛花期，偏旺型棉花出現(xiàn)在盛鈴期。

穩(wěn)健型棉花、偏旺型棉花光合產(chǎn)物向蕾鈴分配在盛花期達到高峰，早衰型棉花在開花期達到高峰。高穩(wěn)健型棉花在各生育期的分配量均高于偏旺型、早衰型棉花。穩(wěn)健型棉花現(xiàn)蕾時光合產(chǎn)物向蕾鈴分配較偏旺型、早衰型棉花分別高40.00%、16.67%；盛蕾時分別較偏旺型、早衰型棉花高40.60%、83.80%；開花時分別較偏旺型、低產(chǎn)早衰型棉花高11.91%、19.38%；盛花時分別較偏旺型、低產(chǎn)早衰型棉花高89.20%、193.20%；盛鈴時分別較偏旺型、低產(chǎn)早衰型棉花高22.73%、9.10%；見絮時分別較偏旺型、低產(chǎn)早衰型棉花高19.91%、31.52%。表4

表4 不同長勢棉花不同時期光合產(chǎn)物分配特點Table 4 The distribution characteristic of photosynthesis on different stage in different yield sites of cotton(kg/hm2)

注：對不同長勢的同一器官做方差分析

Note: the variance analysis on same organ of different sites

3 討 論

3.1 LAI與產(chǎn)量的關(guān)系

棉花LAI大小與產(chǎn)量關(guān)系密切，LAI過大或過小都將影響產(chǎn)量的形成。在一定范圍內(nèi)產(chǎn)量隨LAI的增大而增大[6]。前人通過改變種植密度調(diào)節(jié)LAI，表明隨著種植密度增大，LAI逐漸增大，而產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨LAI增大而增大；當LAI過大時，產(chǎn)量反而降低。鄭劍超等[7-8]研究表明棉花生長后期的較高的LAI有利于產(chǎn)量的形成，與試驗結(jié)果相同，試驗結(jié)果表明，穩(wěn)健型棉花與偏旺型、早衰型棉花相比，LAI在生育前期增長速度適中，營養(yǎng)生長與生殖生長協(xié)調(diào)，在生育后期下降速度緩慢，保證了充分的光合有效葉面積，增加了光合產(chǎn)物的積累。因此，在一定群體數(shù)量條件下，根據(jù)棉花長勢長相，通過合適水肥運籌、化控等綜合措施，使群體LAI保持在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，有利于增加棉花產(chǎn)量。對于偏旺型棉花應(yīng)減少水肥的投入，適當加大化控量；對于早衰型的棉花應(yīng)加強水肥的投入，適當化控；協(xié)調(diào)好營養(yǎng)生長與生殖生長的關(guān)系。

3.2 葉片光合性能與產(chǎn)量的關(guān)系

棉花花后光合產(chǎn)物大部分輸送給棉鈴，棉花生育后期葉片光合生產(chǎn)能力直接決定產(chǎn)量大小。而光合能力大小又受很多環(huán)境因素的影響，水分是影響因素之一。合理灌溉是維持植物體內(nèi)水分平衡的最有效途徑，可以滿足植物的生理需求，尤其是確保作物水分臨界期的水分供應(yīng)，使植株生長加快，葉面積擴大、增加光合面積；使根系活動增強，增加水肥的吸收，促進蒸騰作用的正常進行，提高水分和營養(yǎng)物質(zhì)的運輸速率，從而加快光合速率，降低光合午休現(xiàn)象，改善光合產(chǎn)物的分配利用，提高產(chǎn)量[9]。趙盼盼等[10-12]研究表明，適宜的灌水可以使棉花凈光合速率高于水分脅迫下的棉花。2015年遇極端高溫天氣，高溫干旱影響棉花的生長發(fā)育。試驗結(jié)果表明，穩(wěn)健型棉花Pn吐絮期保持11.57 μmol/(m2·s)，分別高于同時期偏旺型、早衰型棉花。說明后期較高葉片Pn值，增加了光合產(chǎn)物積累，保證了后期產(chǎn)量形成。因此，通過合理的灌溉，保持棉花后期較高的Pn是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。

3.3 干物質(zhì)積累、分配與產(chǎn)量的關(guān)系

由于棉花的無限生長習性，其生殖生長與頂端優(yōu)勢存在互相矛盾的關(guān)系，故棉花的光合產(chǎn)物積累與分配的規(guī)律不再遵循簡單的規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)[13-16]產(chǎn)量形成的過程與光合產(chǎn)物的積累、分配的關(guān)系密不可分，花前光合產(chǎn)物分配目標以莖、葉為主，而花后以蕾鈴為主，花前的光合產(chǎn)物分配量決定了開花后光合產(chǎn)物的分配強度。試驗結(jié)果表明，穩(wěn)健型、早衰型棉花光合產(chǎn)物向莖、葉分配現(xiàn)蕾后不斷增加，峰值出現(xiàn)在盛鈴期，而偏旺型棉花的峰值提前到盛花期，后期莖仍占據(jù)一部分有光合產(chǎn)物的分配，削弱了蕾鈴部光合產(chǎn)物的分配強度。盛花時穩(wěn)健型、早衰型棉花葉的光合產(chǎn)物分配量達峰值，盛鈴時葉的光合產(chǎn)物分配量達峰值。

4 結(jié) 論

4.1 穩(wěn)健型棉花新陸早57號收獲株數(shù)為19.15×104株/hm2，單株成鈴數(shù)為6.01個/株，單鈴重5.42 g/個，產(chǎn)量最高。

4.2 不同長勢棉花LAI指數(shù)前期增長快，到盛鈴期達到峰值(4.5～5.4)，盛鈴后開始下降。偏旺型棉花現(xiàn)蕾期LAI分別比穩(wěn)健型、早衰型棉花高14.62%、36.70%，盛花期分別高 19.90%、28.42%。而穩(wěn)健型棉花盛鈴后LAI下降慢，吐絮時分別較偏旺型、早衰型棉花高22.33%、45.37%。

4.3 穩(wěn)健型與偏旺型棉花葉片Pn在盛鈴期達到峰值，偏旺型較穩(wěn)健型、早衰型棉花Pn分別高 5.20%、55.60%，而早衰型棉花則在盛花期出現(xiàn)Pn峰值；峰值后Pn均開始下降，吐絮時，穩(wěn)健型棉花的Pn為11.57 μmol/(m2·s)，分別比偏旺型、早衰型棉花高出38.23%和119.54%。

4.4 開花以后，穩(wěn)健型棉花生殖器官干物質(zhì)積累比例均高于偏旺型、早衰型棉花，見絮時達到峰值，分別較偏旺型、低產(chǎn)早衰型棉花高35.17%、55.91%。

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Fund project:Supported by national science and technology support program in "12th five-year plan" "research and demonstration of the key technology of high yield and high efficiency of cotton(2014BAD11B02)and science and technology support program in "12th five-year" plan of Xinjiang (201231102),(2014BAD0904)

Comparative Study of Photosynthetic Matter Accumulation and Distribution of Different Sites Machine-harvested Cotton in Northern Xinjiang

ZHENG Hui, ZHANG Ju-song

(XinjiangAgriculturalUniversity/ResearchCenterofCottonEngineering,MinistryofEducation,Urumqi830052,China)

【Objective】 To study the characteristics of photosynthetic matter accumulation and distribution of different sites of machine-harvested cotton in natural ecological conditions in northern Xinjiang in the hope of providing high-yield cultivation theoretical basis for machine-harvested cotton of northern Xinjiang.【Method】Xinluzao 57 was used as experimental material, the leaf area index (LAI), net photosynthetic rate (Pn), characteristics of dry matter accumulation and distribution under the cropping pattern of machine-harvested cotton were studied by field contrast test.【Result】TheLAIof robust cotton declined slowly after boll stage, which was 22.33% and 45.37% higher than prosperous cotton and early-senescent cotton respectively at the boll opening stage; The Pn of steady cotton was 11.57 μmol/(m2·s), which was 38.23% and 119.54% higher than that of prosperous cotton and early-senescent cotton respectively at the boll opening stage; The dry matter of reproductive organs of robust cotton was 35.17%, 55.91% higher than that of prosperous cotton and early-senescent cotton respectively at the boll opening stage.【Conclusion】TheLAIandPnof the steady type cotton were at a high level at the end of growing season and the amount of dry matter of reproductive organs were more than that of prosperous cotton and early-senescent cotton, which was conducive to the formation of yield production.

Machine harvest-Cotton；photosynthetic products；distribution；Yield

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.10.002

2016-04-30

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2014BAD11B02)；新疆維吾爾自治區(qū)“十二五”科技支撐項目(201231102)、(2014BAD0904)

鄭慧(1989-)，女，新疆人，碩士研究生，研究方向為作物品質(zhì)生理，(E-mail)1075423694@qq.com

張巨松(1963-)，男，江蘇江都人，教授，研究方向為作物高產(chǎn)栽培生理生態(tài)，(E-mail)xjndzjs@163.com

S562

A

1001-4330(2016)10-1778-08