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      種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花株型及產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)

      2018-02-27 12:18:34邢晉張思平趙新華閆貞貞魏然張立禎
      棉花學(xué)報(bào) 2018年1期
      關(guān)鍵詞:光合產(chǎn)物縮節(jié)胺籽棉

      邢晉 ,張思平 ,趙新華 ,閆貞貞 ,魏然 ,張立禎 *

      (1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京100089;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所,河南安陽455000)

      棉花是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物之一,但隨著人工成本的持續(xù)增高,棉花生產(chǎn)過程中采用機(jī)采棉種植和收獲模式尤為重要。輕簡(jiǎn)化栽培、機(jī)械化采收模式下棉花如何在不同種植密度條件下適時(shí)適量進(jìn)行化學(xué)調(diào)控,以塑造適合機(jī)械采收的株型結(jié)構(gòu)及保持中高水平群體產(chǎn)量成為當(dāng)下亟需解決的問題。

      棉花株型結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是源、流、庫之間的相互關(guān)系。因此尋求棉花個(gè)體源庫關(guān)系和群體源庫關(guān)系的最佳結(jié)合點(diǎn)是棉花高產(chǎn)的有效途徑[1]。種植密度和化學(xué)調(diào)控是影響棉花源庫器官構(gòu)建的兩個(gè)重要的因素[2-3]。大量研究表明,在一定密度范圍內(nèi),棉花葉面積指數(shù)(Leaf area index,LAI)隨密度提高而增大,單位面積內(nèi)棉花對(duì)光的截獲效率大大提高,源強(qiáng)度增大[4],但不同生育時(shí)期單株蕾、花、鈴數(shù)量降低,庫容減小[5];密度過高,花鈴中干物質(zhì)分配率減少,源庫關(guān)系失衡而引起經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量下降和纖維品質(zhì)降低[6-7]。棉花采取合理密植利于協(xié)調(diào)個(gè)體與群體之間的矛盾,使個(gè)體發(fā)育健壯而不早衰的同時(shí),保證一定數(shù)量的群體,單位面積株數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重得到協(xié)調(diào)發(fā)展,從而實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)[8-9]。噴施縮節(jié)胺(Dimethylpiperi-dinium chloride,DPC)能有效矮化棉花株高,減少果枝分化,提高花鈴數(shù)量,增加棉花庫容[10]。在提高棉花種植密度條件下如何通過合理使用化學(xué)調(diào)控技術(shù)調(diào)節(jié)棉花個(gè)體空間功能結(jié)構(gòu)特征和群體生長(zhǎng)、協(xié)調(diào)源庫關(guān)系、進(jìn)而提高群體生產(chǎn)力,是棉花超高產(chǎn)栽培理論與技術(shù)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題之一。但是,種植密度和縮節(jié)胺互作條件下,對(duì)棉花株型特征和產(chǎn)量的互補(bǔ)效應(yīng)研究較少。因此,本文開展田間試驗(yàn),探究了密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特性的影響,從結(jié)構(gòu)功能特性、光合產(chǎn)物分配與積累、源庫平衡角度等探討密度和化控措施互作提高棉花產(chǎn)量的生理機(jī)制,旨在為高密度高產(chǎn)棉花的科學(xué)化調(diào)提供理論依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      選用北方主栽品種魯棉研28號(hào)為供試品種,于2016年在中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所科技示范園(河南省安陽市)布置田間試驗(yàn)。試驗(yàn)地屬于暖溫帶季風(fēng)氣候,雨熱同季,年平均氣溫15~19℃。布置試驗(yàn)前,采表層土壤(0~20 cm)風(fēng)干磨碎后,用外加熱重鉻酸鉀容量法測(cè)有機(jī)質(zhì)含量,用NaOH擴(kuò)散法測(cè)速效氮,NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)有效磷,NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)速效鉀。試驗(yàn)田土壤養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)含量為11.5 g·kg-1,堿解氮為 55.8 mg·kg-1,速效磷為 38.4 mg·kg-1,速效鉀為 78.5 mg·kg-1。

      試驗(yàn)采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),主區(qū)為縮節(jié)胺(DPC),施用量設(shè) 0、195、390 g·hm-23 個(gè)水平,簡(jiǎn)稱為0 DPC、195 DPC、390 DPC處理;分別在蕾期、初花期、打頂后、盛鈴期按質(zhì)量比2:3:3:5比例噴施。副區(qū)為種植密度,共5個(gè)水平,分別為1.5萬、4.5萬、7.5萬、10.5萬、13.5萬株·hm-2。 主區(qū)和副區(qū)均為完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),共15個(gè)處理,3次重復(fù)。每小區(qū)為7行,行長(zhǎng)8 m,等行距種植,行距為0.8 m。肥料選用尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀,N、P2O5和 K2O 用量分別為 150 kg·hm-2、180 kg·hm-2和 300 kg·hm-2, 氮肥 50%作為基肥、50%盛鈴期作為追肥,磷肥和鉀肥全部作為基肥施用。

      1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

      1.2.1 產(chǎn)量。9月20日于每小區(qū)中間位置隨機(jī)選取15株棉花收獲所有吐絮棉鈴。籽棉曬干后測(cè)定籽棉質(zhì)量,籽棉軋花后測(cè)定皮棉產(chǎn)量和衣分。

      1.2.2 干物質(zhì)積累量及分配率。分別于6月24日、7月 14日、7月 23日、8月 18日、9月 3日、9月20日每處理取棉株3株,分為根、主莖、葉、枝和鈴(含蕾和花)5個(gè)部分,105℃殺青30 min,然后75℃烘干至恒重。干物質(zhì)分配系數(shù)(%)為某一器官干物質(zhì)積累量與單株棉花干物質(zhì)積累總量的比值。各處理的棉花地上部群體干物質(zhì)量積累動(dòng)態(tài)符合 Logistics方程 y=k/(1+ae–bx)的“S”型曲線,其中k表示理論最大干物質(zhì)積累量,x表示器官生長(zhǎng)達(dá)到k/2時(shí)的生理年齡,a、b參數(shù)可以確定最大生長(zhǎng)速率出現(xiàn)的天數(shù)和平均生長(zhǎng)速率。

      1.2.3 果枝方位夾角等。于9月3日每小區(qū)選取棉株10株,用夾角測(cè)定儀參照Gu[11]的方法測(cè)定相鄰果枝夾角、果枝與主莖葉方位角、果枝傾角和主莖葉傾角。

      1.2.4 株高和葉長(zhǎng)等。于棉花盛鈴期每小區(qū)選取棉株10株,用直尺量取株高、節(jié)間長(zhǎng)、葉長(zhǎng)和葉柄長(zhǎng)。

      1.3 數(shù)據(jù)分析

      用SPSS 18.0(SPSS Institute,Inc.,Cary,NC,USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,LSD法多重比較各處理間平均數(shù)的差異顯著性,并進(jìn)行處理間差異分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花株型結(jié)構(gòu)的影響

      棉花通過調(diào)整自身生物學(xué)生長(zhǎng)特性進(jìn)而完成對(duì)外界環(huán)境響應(yīng)。如表1所示,隨著種植密度的提高,棉花相鄰果枝方位夾角呈現(xiàn)增大趨勢(shì),而果枝傾角和主莖葉傾角減小。同一密度條件下,增施縮節(jié)胺可減小相鄰果枝方位夾角,而果枝傾角和主莖葉傾角呈增大趨勢(shì)。種植密度和縮節(jié)胺2個(gè)因素與棉花相鄰果枝方位夾角、果枝傾角、主莖葉傾角存在顯著的交互效應(yīng)(P<0.05)。

      2.2 種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花盛鈴期棉花器官形態(tài)的影響

      棉花產(chǎn)量的形成主要是光合產(chǎn)物由葉端生產(chǎn)后裝載,經(jīng)過葉柄、枝、莖等器官運(yùn)輸,到達(dá)鈴端進(jìn)行儲(chǔ)存積累的過程。而密度和縮節(jié)胺互作條件下協(xié)調(diào)植株個(gè)體生長(zhǎng)和群體生長(zhǎng)關(guān)系是高產(chǎn)的關(guān)鍵。如圖2所示,在不采取化控處理?xiàng)l件下,提高種植密度可增大棉花節(jié)間長(zhǎng)進(jìn)而提高了棉花整體株高;隨密度的增加,葉長(zhǎng)呈逐漸減小趨勢(shì),而葉柄長(zhǎng)增大。雙因素分析表明,縮節(jié)胺可顯著影響株高、節(jié)間長(zhǎng)和葉柄長(zhǎng)(P<0.05),種植密度和縮節(jié)胺2個(gè)因素與棉花株高存在顯著的交互作用(P<0.05)。

      圖1 棉株結(jié)構(gòu)示意圖[11]Fig.1 Schematic representation of cotton architecture

      2.3 種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花干物質(zhì)積累和分配的影響

      通過回歸方程擬合后發(fā)現(xiàn),隨種植密度的提高群體干物質(zhì)呈先升高后降低趨勢(shì),且群體干物質(zhì)最大值出現(xiàn)在10.5萬株·hm-2處理,最大值為14 362 kg·hm-2(表 2)。

      在不施縮節(jié)胺條件下,增加栽培密度,棉花莖、葉和鈴各部位干物質(zhì)均呈降低趨勢(shì)。由各器官干物質(zhì)分配系數(shù)來看,隨著栽培密度的提高,單株生長(zhǎng)微域空間縮小,棉花節(jié)間變長(zhǎng),莖的干物質(zhì)分配率呈升高趨勢(shì),但葉干物質(zhì)分配系數(shù)呈降低趨勢(shì),最終降低了鈴中的干物質(zhì)分配系數(shù)(表 2)。

      表1 種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花莖葉角度的影響Table 1 Angles of leaves and stem affected by the interaction of plant density with DPC

      與0 DPC處理相比,相同種植密度條件下,噴施縮節(jié)胺195、390 g·hm-2能顯著矮化植株,從而降低莖、葉和鈴各器官干物質(zhì)積累量。由各器官干物質(zhì)分配系數(shù)來看,同一種植密度條件下,增施縮節(jié)胺可提高棉花葉片干物質(zhì)分配率,降低莖干物質(zhì)分配率,促進(jìn)干物質(zhì)向光合器官的運(yùn)轉(zhuǎn)(表 2)。

      雙因素分析發(fā)現(xiàn),密度和縮節(jié)胺均能顯著影響棉花植株莖、葉和鈴中干物質(zhì)的積累 (P<0.05),二者對(duì)葉片和鈴中干物質(zhì)的積累有顯著的交互作用(P<0.05)。可見,縮節(jié)胺對(duì)中高密度栽培條件下鈴干物質(zhì)降低有較好的互補(bǔ)效應(yīng),可有效提高中高密度條件下棉花產(chǎn)量。

      2.4 種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

      如表3所示,密度增加顯著地降低棉花的鈴重和霜前花率(P<0.05),而棉花總鈴數(shù)最大值出現(xiàn)在10.5萬株·hm-2條件下。隨著種植密度的增加,籽棉產(chǎn)量呈先升高后降低趨勢(shì)(最大值出現(xiàn)在 10.5萬株·hm-2);同一種植密度條件下,增施縮節(jié)胺可提高籽棉產(chǎn)量,種植密度為10.5萬株·hm-2、縮節(jié)胺用量 390 g·hm-2,籽棉產(chǎn)量最高,為3 257.4 kg·hm-2。雙因素分析表明,密度對(duì)棉花鈴重、總鈴數(shù)、霜前花率和籽棉產(chǎn)量有顯著的影響(P<0.05),縮節(jié)胺和種植密度對(duì)鈴重、總鈴數(shù)、霜前花率和籽棉產(chǎn)量有顯著的交互作用(P<0.05)。

      表4所示,提高種植密度能降低棉花馬克隆值。同一密度水平條件下增施縮節(jié)胺能提高斷裂比強(qiáng)度。密度和縮節(jié)胺均對(duì)棉花纖維上半部平均長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)和伸長(zhǎng)率影響不顯著,且無顯著的交互效應(yīng)。

      圖2 種植密度和縮節(jié)胺對(duì)棉花株高、節(jié)間和葉片形態(tài)的影響Fig.2 Effect of plant density and DPC on cotton morphological traits

      3 討論

      合理密植是棉花生產(chǎn)中提高綜合產(chǎn)量的1項(xiàng)關(guān)鍵栽培技術(shù)。密度的改變會(huì)引起棉田環(huán)境的變化,因此,個(gè)體植株會(huì)調(diào)節(jié)自身的生物學(xué)形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)而適應(yīng)外界環(huán)境。其中,棉花相鄰果枝方位夾角、果枝傾角等能直觀表征群體光能利用情況[12]。本研究發(fā)現(xiàn),隨著種植密度的提高,棉花整體株高增加,相鄰果枝方位夾角呈現(xiàn)增大趨勢(shì),而果枝傾角和主莖葉傾角減小。棉花為適應(yīng)高密度環(huán)境,同一節(jié)間果枝分化相對(duì)減少,果枝整體向內(nèi)收縮生長(zhǎng),葉片之間的遮蔭作用增強(qiáng),這減少了棉株個(gè)體單位面積內(nèi)的光能截獲與利用,這與Bednarz等[13]研究一致。但噴施縮節(jié)胺能顯著地矮化植株,促進(jìn)枝葉伸展,減小葉片間的遮蔭作用,在高種植密度的條件下對(duì)植株形態(tài)產(chǎn)生互補(bǔ)效應(yīng),進(jìn)而調(diào)控棉花群體的光合效率,增加棉花產(chǎn)量,這與Gu等[14]研究一致。

      棉花產(chǎn)量的形成主要是光合產(chǎn)物生產(chǎn)、分配和積累的過程。其中,葉長(zhǎng)、葉片數(shù)能表征棉花個(gè)體的光合產(chǎn)物生產(chǎn)能力等,而莖粗、節(jié)間長(zhǎng)和葉柄長(zhǎng)能反映光合產(chǎn)物運(yùn)輸速率和運(yùn)輸距離[13]。本研究發(fā)現(xiàn),密度和縮節(jié)胺互作條件下,可有效調(diào)控棉花個(gè)體源庫特征。密度在7.5萬~10.5萬株·hm-2,以分配系數(shù)方法分析了密度和縮節(jié)胺調(diào)控

      下棉花在盛鈴期各器官的干物質(zhì)分配,結(jié)果表明:在390 g·hm-2DPC處理下棉株可保持適宜的葉長(zhǎng)和葉面積指數(shù),保證了源端光合產(chǎn)物的生產(chǎn)強(qiáng)度[13];同時(shí),降低節(jié)間長(zhǎng)和葉柄長(zhǎng),大大縮短了光合產(chǎn)物運(yùn)輸距離,有效地提高了光合產(chǎn)物流動(dòng)效率[15]。適宜的棉鈴形態(tài)保證了充足的容量,利于光合產(chǎn)物在庫的積累,這是棉株個(gè)體獲得較高產(chǎn)量基礎(chǔ)[16]。高密度種植條件下,施用縮節(jié)胺可保證棉花個(gè)體源器官生產(chǎn)能力和光合產(chǎn)物運(yùn)輸能力;同時(shí),較高的密度保證了棉田群體的光合產(chǎn)物的積累,這與Mao等[17]高密度種植下縮節(jié)胺的施用能夠提高產(chǎn)量的研究結(jié)果一致。

      表2 種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花地上部干物質(zhì)積累和分配的影響Table 2 Interaction of plant density with DPC of fects shoot dry matter accumulation of cot ton

      表3 種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花產(chǎn)量的影響Table 3 Interaction of plant density with DPC on yield of cotton

      通過調(diào)控棉株個(gè)體庫源關(guān)系、群體庫源關(guān)系,使其最佳結(jié)合[18],在獲得較大個(gè)體光合產(chǎn)物積累量的同時(shí),保證一定數(shù)量的群體,才能實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)[19]。本研究發(fā)現(xiàn)增施縮節(jié)胺,在低密度(1.5萬~4.5 萬株·hm-2)和高密度(13.5 萬株·hm-2)條件下,棉花單株干物質(zhì)積累量呈降低趨勢(shì)[20];而中種植密度(7.5萬~10.5萬株·hm-2)條件下,棉花單株干物質(zhì)積累量先降低后升高,但群體干物質(zhì)隨密度的升高呈先升高后降低趨勢(shì)[21-22],且群體干物質(zhì)最大值出現(xiàn)在10.5萬株·hm-2處理,最大值為14 362 kg·hm-2,此密度條件下棉鈴的干物質(zhì)分配率13.73%。本研究還發(fā)現(xiàn),密度增加顯著降低棉花個(gè)體的鈴重和霜前花率(P<0.05),而棉花群體的總鈴數(shù)呈現(xiàn)單峰曲線變化趨勢(shì),且最大值出現(xiàn)在7.5萬~10.5萬株·hm-2條件下,這與Xue等[23]研究結(jié)論相符。隨著種植密度的增加,籽棉產(chǎn)量呈先升高后降低趨勢(shì)(最大值出現(xiàn)在 10.5萬株·hm-2);同一種植密度條件下,增施縮節(jié)胺可提高籽棉產(chǎn)量,種植密度為10.5萬株·hm-2、縮節(jié)胺用量 390 g·hm-2,籽棉產(chǎn)量最高,為3 257.4 g·hm-2。綜上可見,密度和縮節(jié)胺在群體干物質(zhì)積累分配上有互補(bǔ)效應(yīng),協(xié)調(diào)群體庫源關(guān)系進(jìn)而調(diào)控棉花產(chǎn)量。

      表4 種植密度和縮節(jié)胺互作對(duì)棉花品質(zhì)的影響Table 4 Interaction of plant density with DPC affects fiber quality of cotton

      4 結(jié)論

      提高棉花種植密度使棉花果枝傾角、主葉傾角減小,棉花節(jié)間長(zhǎng)和株高增加,單株莖、葉、鈴干物質(zhì)積累量降低。而增施縮節(jié)胺可顯著降低節(jié)間長(zhǎng)和株高,增大果枝傾角,從而降低棉花單株莖的干物質(zhì)分配系數(shù),進(jìn)而提高了葉和棉花花果的干物質(zhì)分配系數(shù),最終提高中、高密度下棉花產(chǎn)量。高種植密度條件下,噴施縮節(jié)胺能調(diào)控棉花的空間結(jié)構(gòu)和干物質(zhì)積累分配,進(jìn)而協(xié)調(diào)棉花的群體庫源關(guān)系,提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)。綜合產(chǎn)量和品質(zhì)參數(shù),密度在7.5萬~10.5萬株·hm-2、縮節(jié)胺用量在195~390 g·hm-2時(shí),棉花均可獲得較好經(jīng)濟(jì)效益。因此,在提高種植密度條件下使用適量的縮節(jié)胺調(diào)控,能夠滿足棉花輕簡(jiǎn)化栽培和機(jī)械化采收對(duì)產(chǎn)量和株型的要求。

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