棉花是我国主要的经济作物之一。近年来,随着植棉成本提高,效益下降,劳动力缺乏等原因,棉花生产迫切需要全程机械化,其中采收是棉花全程机械化生产中最为薄弱的环节。目前黄河流域棉区棉花采收仍以人工采摘为主,需要大量劳动力。然而,随着棉花单产及总产的提高和拾花工的减少,棉花采摘费用急剧增加,棉花增产不增收,成为制约棉花产业发展的主要因素之一。机采棉是指通过机械采棉设备取代人工采摘棉花的农业生产方式,可以大大降低劳动强度,提高生产效率,降低生产成本,是目前棉花科技工作者关注的热点之一,也是现代化植棉的重要内容[1]。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验于2017年在河北省威县试验站（威县枣元乡东张庄村）进行,前茬作物为棉花。试验田土壤为沙壤土,含有机质7.9g/kg、全氮0.713g/kg、速效磷23.1mg/kg、速效钾130.7mg/kg。供试材料为K836。试验设低（3×104株/hm2）、中（6×104株/hm2）、高（9×104株/hm2）3个密度处理。随机区组排列,小区面积45.6m2,76cm等行距种植,3次重复。播种前撒施复合肥（氮:磷:钾=15:13:17）并旋耕整地,4月25日播种,10月15日收获。出苗后根据不同密度定苗,田间管理措施同当地大田。
1.2 测定项目和方法
每试验小区选取20株棉花进行标记,于9月10日调查株高、第一果枝高度、第一果枝节位、果枝长度（自上向下第四果枝长度）、果枝第一节位长度（自上向下第四果枝着生部位至其第一节位长度）、果枝节数（自上向下第四果枝节数）、果枝夹角（自上向下第四果枝与主茎的夹角）、单株果枝数和单株铃数。每小区收获棉株中间部位50朵吐絮铃用于测定单铃重和衣分。小区单独收获计产。收花时,每小区选中间1行棉株,拔出晾晒1个月后,烘干称重,计算单株干物质量。
1.3 数据分析
采用Excel 2003和SPSS 11.0进行数据处理和统计分析。
2 结果与分析
2.1 密度对棉花适宜机采农艺性状的影响
密度对棉花适宜机采农艺性状的影响如表1所示。种植密度对棉花株型的影响较大。随着密度的增加,棉花株高、果枝长度、果枝第一节位长度、果枝节数、单株果枝数和单株干物质量下降。而密度对第一果枝节位和果枝夹角没有显著影响,可能是因为果枝开始形成和发育是在棉花幼苗期,此时个体尚小,株间尚未有竞争出现,还不足以影响果枝生长发育,所以第一果枝节位和果枝夹角没有显著变化。
表1 密度对棉花适宜机采农艺性状的影响
Table 1
| 密度 (×104株/hm2) Density (×104plants/hm2) | 株高 Plant height (cm) | 第一果枝高度 Height of the first fruit branch (cm) | 第一果枝节位 Node of the first fruit branch | 果枝长度 Length of the fruit branch (cm) | 果枝第一节位长度 Length of the first node of the fruit branch(cm) | 果枝节数 Nodes per fruit branch | 果枝夹角 Fruit branch angle(°) | 单株果枝数 Fruit branches per plant | 单株 干物质量 Dry weight per plant (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3.00 | 102.2a | 26.7b | 7.1a | 47.3a | 15.0a | 6.3a | 65.0a | 13.4a | 149.02a |
| 6.00 | 96.8ab | 25.6b | 6.7a | 32.9b | 12.4b | 5.4a | 61.3a | 12.1b | 124.87ab |
| 9.00 | 89.5b | 29.5a | 6.8a | 28.9b | 12.1b | 3.9b | 60.1a | 10.8c | 90.92b |
Note: In the same column different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05), the same below
注：同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异在0.05水平显著,下同
2.2 密度对棉花子棉产量及产量构成的影响
密度对棉花子棉产量及产量构成的影响如表2所示。与低密度相比,高密度处理棉花单铃重降低5.4%,衣分提高1.5%,差异均达到显著水平;中密度和高密度处理的单株铃数分别降低39.4%和48.1%,总铃数分别提高20.5%和51.0%,差异均达到显著水平。密度对棉花子棉产量没有显著影响。
表2 密度对棉花子棉产量及产量构成的影响
Table 2
| 密度(×104株/hm2) Density (×104plants/hm2) | 单铃重(g) Single boll weight | 单株铃数 Bolls per plant | 总铃数(×104/hm2) Total bolls | 衣分(%) Lint percentage | 子棉产量(kg/hm2) Unginned cotton yield |
|---|---|---|---|---|---|
| 3.00 | 6.0a | 18.2a | 56.0c | 37.9b | 2 930.6a |
| 6.00 | 5.9a | 11.0b | 67.5b | 37.7b | 3 336.3a |
| 9.00 | 5.6b | 9.5b | 84.5a | 38.4a | 3 281.4a |
2.3 棉花不同性状的变异情况分析
对密度显著影响的棉花性状计算变异情况（表3）。各性状的变异系数由大到小依次是单株铃数>果枝长度>单株干物质量>果枝节数>果枝第一节位长度>单株果枝数>第一果枝高度>株高>单铃重>衣分。说明密度对棉花单株铃数、果枝长度和果枝节数、单株干物质量的影响最大。
表3 棉花机采农艺性状的变异系数
Table 3
| 项目 Item | 株高 Plant height (cm) | 第一果枝高度 Height of the first fruit branch (cm) | 果枝长度Length of the fruit branch (cm) | 果枝第一节位长度 Length of the first node of the fruit branch (cm) | 果枝节数 Nodes per fruit branch | 单株果枝数 Fruit branches per plant | 单株干物质量 Dry weight per plant (g) | 单铃重 Single boll weight (g) | 单株铃数 Bolls per plant | 衣分(%) Lint percentage |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 均值Mean | 96.2 | 27.3 | 36.5 | 13.1 | 5.2 | 12.1 | 121.6 | 5.8 | 12.9 | 38.0 |
| 标准差 Standard deviation | 6.4 | 2.0 | 9.7 | 1.6 | 1.2 | 1.3 | 29.2 | 0.2 | 4.7 | 0.4 |
| 变异系数(%) Variable coefficient | 6.6 | 7.5 | 26.6 | 12.2 | 23.3 | 10.7 | 24.0 | 2.8 | 36.2 | 1.1 |
2.4 棉花性状间的相关性分析
棉花性状间的相关矩阵见表4。其中,X1：株高;X2：第一果枝高度;X3：第一果枝节位;X4：果枝长度;X5：果枝第一节位长度;X6：果枝节数;X7：果枝夹角;X8：单株果枝数;X9：单株干物质量;X10：单铃重;X11：单株铃数;X12：衣分;Y：子棉产量。由表4可知,株高与果枝长度、果枝节数、单株果枝数和单株铃数呈显著或极显著正相关,与子棉产量呈显著负相关;果枝长度与果枝第一节位长度、果枝节数、单株果枝数、单株干物质量、单株铃数呈显著或极显著正相关,与子棉产量呈显著负相关;果枝第一节位长度与果枝节数和单株干物质量呈显著正相关;果枝节数与单株果枝数、单株干物质量和单株铃数呈显著或极显著正相关;单株果枝数与单株干物质量和单株铃数呈极显著正相关,与子棉产量呈显著负相关;单株干物质量与单株铃数呈显著正相关;单铃重与衣分呈极显著正相关;单株铃数与子棉产量呈显著负相关。在产量因素中,单株铃数与多数机采农艺性状关系密切,子棉产量与机采农艺性状多为负相关。各农艺性状作为一个有机整体,相互影响,关系密切。
表4 棉花性状间的相关矩阵
Table 4
| 性状Trait | X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | X6 | X7 | X8 | X9 | X10 | X11 | X12 | Y |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| X1 | -1 | ||||||||||||
| X2 | -0.352 | -1 | |||||||||||
| X3 | -0.042 | -0.108 | -1 | ||||||||||
| X4 | -0.769* | -0.211 | -0.649 | -1 | |||||||||
| X5 | -0.405 | -0.081 | -0.843 | -0.881** | 1 | ||||||||
| X6 | -0.723* | -0.332 | -0.512 | -0.877** | -0.787* | -1 | |||||||
| X7 | -0.326 | -0.233 | -0.646 | -0.577 | -0.576 | -0.450 | -1 | ||||||
| X8 | -0.907** | -0.292 | -0.306 | -0.864** | -0.601 | -0.877** | -0.436 | -1 | |||||
| X9 | -0.600 | -0.188 | -0.599 | -0.797* | -0.710* | -0.915** | -0.521 | -0.855** | -1 | ||||
| X10 | -0.118 | -0.149 | -0.171 | -0.121 | -0.148 | -0.442 | -0.329 | -0.317 | -0.604 | -1 | |||
| X11 | -0.679* | -0.178 | -0.525 | -0.851** | -0.721 | -0.698* | -0.560 | -0.849** | -0.726* | -0.114 | -1 | ||
| X12 | -0.261 | -0.501 | -0.136 | -0.236 | -0.219 | -0.620 | -0.232 | -0.440 | -0.648 | -0.839** | -0.197 | -1 | |
| Y | -0.737* | -0.046 | -0.343 | -0.795* | -0.566 | -0.577 | -0.175 | -0.733* | -0.543 | -0.151 | -0.668* | -0.174 | 1 |
Note: * means significant at the level of 0.05; ** means significant at the level of 0.01
注：*表示在5%水平显著,**表示在1%水平显著
3 讨论
前人[14,15]研究发现,在较大的密度范围内（2.5×104~23.0×104株/hm2）,棉花可以调节个体的生长发育和群体之间的关系,产量不会显著增高或降低。密度是影响铃数最直接并可控的因素,在本研究中,单株铃数的变异系数最大,受密度影响最大。研究表明,在较高密度试验中,单株铃数和铃重均降低[16],但收获株数增加[17],因此产量保持稳定,与本研究结果一致。虽然在一定密度范围内棉花的产量保持稳定,但果枝和棉铃的分布却会发生显著变化[18]。也有研究者认为,在一定密度范围内,棉花的产量随着密度的增大而呈现增长趋势,密度过高会引起产量的显著降低[19,20]。本研究表明,株高、第一果枝节位、果枝长度、果枝第一节位长度、果枝节数、果枝夹角、单株果枝数等机采农艺性状与单株铃数和单株干物质量呈正相关,与单铃重和子棉产量呈负相关,与李春艳等[21]的研究结果不尽一致,原因可能与品种或密度范围有关。
4 结论
本研究表明,在一定密度范围内,密度会显著影响棉花的横向生长和纵向生长;增加密度使株高有一定程度降低,果枝变短,株型更为紧凑,子棉产量变化不显著,可以通过密度塑造适合机械采收的株型。密度对倒四果枝夹角没有显著影响,可通过育种等手段选育果枝夹角小且上冲的品种。除第一果枝高度外,株高、第一果枝节位、果枝长度、果枝第一节位长度、果枝节数、果枝夹角、单株果枝数与单株干物质量和单株铃数呈正相关,与单铃重和子棉产量呈负相关,其中果枝长度和单株果枝数呈极显著正相关。冀南地区棉花种植密度为9×104株/hm2时株型符合机采要求。
参考文献
基于集中收获的新型棉花群体结构
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.24.003
URL
[本文引用: 2]
构建合理群体结构是实现棉花高产优质高效的重要栽培学基础。我国传统棉花群体结构主要有“高密小株类型”、“中密中株类型”和“稀植大株类型”3种,分别在西北内陆棉区、黄河流域棉区和长江流域棉区广泛应用,为实现棉花高产稳产发挥了重要作用。但进入新时期,传统群体结构不利于集中收获和提质增效的弊端凸显,探索新型棉花群体结构成为新时期棉花栽培学的重要研究内容。本文简要评述了传统棉花群体结构的主要特征和弊端;基于新时期轻简节本、提质增效的需要,提出了建立“降密健株型”、“增密壮株型”和“直密矮株型”3种适于集中收获的新型棉花群体结构替代传统群体结构的观点。在此基础上,重点论述了3种新型群体结构的主要指标和调控技术,对新型棉花群体结构的研究与发展趋势进行了展望。
陆地棉机采性状对皮棉产量的遗传贡献分析
DOI:1002-7807（2012）01-0010-08
URL
[本文引用: 2]
采用加性-显性-加加上位性及其与环境互作的遗传模型（ADAA模型），对8个陆地棉亲本（其中有6个机采棉品种）及其F1和F2的28个组合5个机采性状和单株皮棉产量的新疆阿拉尔和石河子2试点资料，进行了贡献分析。结果表明，5个机采性状对皮棉产量表型值的贡献变化范围为－20%～－14%；在显性贡献中，第一果枝高度对皮棉产量的贡献率最大（CRD=10%），其次是节间长度的贡献（CRD=8%），而霜前花率对皮棉产量有较大的抑制作用（CRD=－25%）;霜前花率对皮棉产量的加加上位贡献率最大（CRAA=86%），其次是第一果枝节位（CRAA=24%）。霜前花率在特殊的环境中对皮棉产量表现为很大的显性正向贡献（CRDE=78%）和加加上位效应抑制作用。不同亲本5个机采性状对其皮棉产量的显性和加加上位效应贡献不同。5个机采性状对不同组合皮棉产量显性效应的贡献较小，霜前花率对皮棉产量的显性效应的贡献在2个地点的表现往往和单株皮棉产量在不同地点表现显性效应的性质（正或负）相一致，并且在5个机采性状中对皮棉产量的显性贡献是最大的。加加上位效应在皮棉产量的遗传中起着很重要的作用，而在8个亲本及其后代各组合的5个机采性状中，霜前花率可作为选择皮棉产量加加上位效应的主选性状。在不同的环境中，皮棉产量加加上位效应的主选机采性状随组合有所不同。
棉花优化成铃栽培理论及其新发展
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.004
URL
[本文引用: 1]
经过60多年的研究与实践，中国不仅建立了适合国情、特色鲜明并基于精耕细作的棉花栽培技术体系，也形成了相对完整的中国棉花栽培理论体系，为奠定世界第一产棉大国的地位做出了重要贡献。优化成铃理论是中国棉花高产优质栽培理论体系的核心。论文对棉花优化成铃理论的形成过程、主要内容和发展趋势作了综合评述。棉花产量和纤维品质是通过棉株结铃形成的，受结铃时间、棉铃所处空间部位以及棉株生理年龄的显著影响，优化成铃就是根据当地生态和生产条件，在最佳结铃期、最佳结铃部位和棉株生理状态稳健时多结铃。棉花集中成铃期是一生中的高光合效能期，使群体棉叶系统的高光合效能期、成铃高峰期和光热资源高能期相同步，可以更有效地优化成铃。为优化成铃，要按照高产棉花干物质积累与分配特点，协调品种、环境和栽培措施三者的关系，在增加生物学产量的基础上，稳定或提高经济系数；在增加单位面积总铃数的基础上，稳步提高铃重。光合产物是棉花经济产量形成的物质基础，不同生育阶段的群体干物质积累量直接影响成铃，为优化成铃，结铃吐絮期要保持较高的干物质积累量和收获指数。为优化成铃，要主动而有预见性地控制棉花个体发育，培植理想株型，优化群体结构，使棉花群体多结铃、结优质铃。棉株吐絮成熟期的表现即为熟相，有正常成熟、早衰和贪青晚熟之分，库-源关系、根-冠关系失调常会引起根系合成并向上运输的细胞分裂素含量下降、脱落酸含量上升，并可能导致衰老相关基因提前或推迟表达，产生异常熟相（早衰或贪青晚熟），为优化成铃，要协调好库-源关系、根-冠关系，促进棉花正常成熟。棉花优化成铃理论的形成不仅促进了中国棉花栽培学的发展，也为中国棉花产业的健康发展提供了强有力的理论支撑。在可预期的未来优化成铃理论仍然是中国棉花高产优质栽培理论体系的核心，但随着棉花轻简化、机械化、可持续和绿色环保生产技术的发展，优化成铃理论也要随之变化和发展，以便更好地支撑中国棉花生产的发展。
黄河流域机采棉植株性状的筛选
DOI:10.11963/issn.1000-632X.201603003
URL
[本文引用: 1]
为筛选适合黄河流域棉区机采的品种,对16份棉花材料的果枝始节高度、株高、产量构成因素、纤维品质指标进行系统调查、分析与研究。结果表明：适合进一步培育机采品种的材料为590032、中棉所49。
冀南地区不同密度对棉花生长发育及产量品质的影响
以鲁棉研28为试材,在冀南地区研究了不同种植密度对棉花生长发育及产量品质的影响.结果表明:随密度增加,棉花株高、单株铃数、单铃重呈下降趋势,伏前桃比例增加而伏桃比例降低,单位面积铃数、皮棉产量先增加后降低;8.7万株/hm2时皮棉产量达到最大值,但在5.1万株/hm2到10.5万株/hm2之间皮棉产量差异不显著;密度对衣分和纤维品质影响不大;多雨年份,不同密度棉花株高、单铃重、衣分和皮棉产量均高于干旱年份,低密度成铃率高而高密度成铃率低.
种植密度和缩节胺互作对棉花株型及产量的调控效应
DOI:10.11963/1002-7807.xjzlz.20171201
URL
[本文引用: 1]
【目的】探讨种植密度和缩节胺互作对棉花结构与功能的调控效应。【方法】在河南安阳进行了鲁棉研28号种植密度和缩节胺互作试验,种植密度设置了1.5万、4.5万、7.5万、10.5万、13.5万株·hm–2 等5个水平,缩节胺用量设置了0,195,390 g·hm–2 3个水平。【结果】提高棉花种植密度,节间长度和株高增加,果枝倾角、主茎叶倾角减小,叶片和茎干物质分配系数减小,导致个体干物质积累量减少。增大缩节胺用量,可减小棉花果枝方位夹角、株高,增加果枝倾角、叶长和叶柄长,铃干物质分配系数呈先升高后降低趋势。密度和缩节胺对果枝夹角、果枝倾角、株高、叶和果实的干物质分配系数有显著的交互作用,对棉花空间成铃结构存在互补效应。在缩节胺用量为390 g·hm–2、种植密度10.5万株·hm–2时,棉花群体干物质积累量达到最大值14 362 kg·hm–2,籽棉产量最高（3 257.4 kg·hm–2）。【结论】综合产量和品质效应,密度保持在7.5万～10.5万株·hm–2、缩节胺用量在195～390 g·hm–2时棉花均可获得较好的经济效益。研究结果对指导黄河流域棉花轻简化栽培和培育机采棉最佳株型有较重要的意义。
Analysis of cotton yield stability across population densities
DOI:10.7326/0003-4819-92-1-128 URL PMID:7188676 [本文引用: 1]
Influence of plant density on cotton response to mepiquat chloride application
DOI:10.1021/ja00422a086 URL PMID:1249375 [本文引用: 1]
Growth and light receipt by mainstem cotton leaves in relation to plant density in the field
DOI:10.1016/0168-1923(86)90066-3 URL [本文引用: 1]
Fruiting efficiency in cotton:boll size and boll set percentage
DOI:10.2135/cropsci1990.0011183X003000040018x URL [本文引用: 1]
调亏灌溉与合理密植对旱区棉花生长发育及产量与品质的影响
DOI:10.11963/issn.1002-7807.201602012
URL
[本文引用: 1]
为明确合理密植条件下调亏灌溉的节水增产效果,在新疆干旱区大田研究了灌溉量（饱和灌溉、正常灌溉、调亏灌溉）和种植密度（12万、18万、24 万株·hm–2）对棉花生长发育和产量品质的影响。结果表明,灌溉量和种植密度对棉花生物产量、经济系数、经济产量有显著的互作效应,但对纤维品质没有影响。调亏灌溉显著抑制营养生长,但提高了收获指数；调亏灌溉下适当提高密度,显著提高了生物产量和单位面积铃数。调亏灌溉下高密度处理组合在用水量减少20%的情况下,棉花产量与正常灌溉下中、高密度以及饱和灌溉下低密度等高产组合的产量相当。调亏灌溉配合合理密植是旱区棉花节水增产的有效栽培途径之一。
