氣候差異對(duì)棉花生物學(xué)特性及品質(zhì)特性的影響

陳 耕，趙俊俠

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

近代以來，以棉花大面積種植為基礎(chǔ)的棉紡工業(yè)的大發(fā)展，成為推動(dòng)中國(guó)社會(huì)近代化進(jìn)程的重要力量[1]。山西省每年用于棉花品種資源保存和研究的試驗(yàn)田約有2 hm2，而運(yùn)城承擔(dān)了大部分資源收集工作[2]。運(yùn)城市位于晉陜?cè)S河金三角地區(qū)，歷來有“山西糧倉(cāng)”之稱[3]，全市耕地面積53.33 萬(wàn)hm2。運(yùn)城地區(qū)有種植棉花傳統(tǒng)，最多一年面積達(dá)14.67 萬(wàn)hm2。近年來，受新疆棉花和進(jìn)口棉花的沖擊，再加上棉花生產(chǎn)成本遠(yuǎn)大于植棉效益，所以，運(yùn)城市棉花種植面積連年縮減，2018 年僅為0.67 萬(wàn)hm2。

棉花纖維品質(zhì)的變化主要來源于遺傳效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)及二者間的相互作用。在環(huán)境效應(yīng)中,氣象因素的作用尤為明顯[4]。李秉柏等[5-6]研究認(rèn)為，棉花在花鈴期和吐絮期遇天氣干旱，棉鈴脫落率會(huì)大增；在蕾期和花鈴期遇多雨洪澇，脫鈴率也會(huì)增加。

本研究于2018—2019 年在運(yùn)城市夏縣牛家凹農(nóng)場(chǎng)對(duì)9 個(gè)陸地棉新品種進(jìn)行了田間試驗(yàn)，分析不同氣象環(huán)境因素對(duì)棉花纖維品質(zhì)的可能影響，旨在為棉花生產(chǎn)提供參考和決策依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試棉花品種為荊州3287、瑞典棉1 號(hào)、遼棉3 號(hào)、江蘇1 號(hào)、江蘇2 號(hào)、陜棉6 號(hào)、新疆大鈴、秘魯棉、斯字棉5A 共9 個(gè)品種，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所資源課題組提供；氣象資料由牛家凹農(nóng)場(chǎng)氣象觀測(cè)站及鹽湖區(qū)氣象觀測(cè)站提供。

1.2 試驗(yàn)方法

棉花種植試驗(yàn)于2018、2019 年在山西省運(yùn)城市夏縣村牛家凹試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，該地土壤肥力中等。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，4 月中旬播種，地膜覆蓋，9 月下旬至10 月中旬收獲，生育期間田間管理同一般棉花大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

田間檢測(cè)項(xiàng)目有單株結(jié)鈴數(shù)、籽指等；實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)棉纖維品質(zhì)特性，即在吐絮期取棉花中部正常吐絮鈴50 鈴，送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定棉纖維品質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2 a 間棉花生育期間氣象因子變化情況

2.1.1 日平均氣溫 棉花是喜溫作物，生長(zhǎng)起點(diǎn)溫度在10 ℃以上，最適溫度25～30 ℃，高于40 ℃組織會(huì)受一定程度的損傷。據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)（表1），在農(nóng)場(chǎng)棉花生長(zhǎng)季節(jié)4—10 月，2018 年日平均氣溫為22.4℃，2019 年為21.8 ℃；花鈴期（7—9 月）2018 年日平均氣溫為26.1 ℃，2019 年為24.7 ℃。2018 年較2019 年全生育期、花鈴期日平均氣溫分別高0.6、1.4 ℃。2018 年7、8 月日平均氣溫分別為28.4、29.6 ℃，高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而歷年在8 月氣溫都會(huì)開始下降。由此得出，2018 年為高溫年型，2019 年為低溫年型。

2.1.2 降雨量 從表1 可以看出，在棉花生長(zhǎng)季節(jié)4—10 月，總降雨量2018 年為337.5 mm，比歷年降雨量少147.6 mm；2019 年為581.1 mm，比歷年降雨量多96 mm，2019 年比2018 年多243.6 mm；花鈴期2018 年總降雨量為161 mm，2019 年為295.4 mm，2019 年比2018 年多134.4 mm。由此得知，2018 年為干旱年型，2019 年為多雨年型。

2.1.3 日照時(shí)數(shù) 棉花全生育期日照時(shí)數(shù)總和2018 年為1 535.4 h，2019 年為1 298.5 h，2019 年比2018 年少236.9 h。由此得知，2018 年為高溫多日照年型，2019 年為低溫多雨年型。

表1 試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)棉區(qū)2018—2019 年氣象資料

2.2 不同年份間氣候變化對(duì)棉花生物學(xué)特性的影響

表2 不同年份棉花生物學(xué)性狀比較

2.2.1 對(duì)棉花生物學(xué)特性的影響 從表2 可以看出，9個(gè)參試品種取平均值，2018 年比2019 年單株結(jié)鈴數(shù)增加了3.1 個(gè)；籽指2018 年比2019 年減少了1.6 g；除了荊州3287 品種以外，其余品種的衣分2018 年都會(huì)比2019 年高一點(diǎn)，但年份間衣分變化不明顯。結(jié)果表明，高溫干旱天氣有利于棉株結(jié)鈴性增強(qiáng)，但籽指會(huì)降低，環(huán)境因素對(duì)衣分的影響不大。

2.2.2 生物學(xué)特性年份間變異系數(shù)分析 從表3可以看出，生物學(xué)性狀變異系數(shù)大小順序依次為單株結(jié)鈴數(shù)＞籽指＞衣分，這說明對(duì)氣候條件變化最敏感的是單株結(jié)鈴，其次是籽指，而衣分對(duì)氣候變化反應(yīng)不明顯。

表3 棉花生物學(xué)性狀年份間變異系數(shù)

2.3 年份間氣候變化對(duì)棉花品質(zhì)特性的影響

2.3.1 不同氣候條件下棉花品質(zhì)特性的差異2018 年為干旱多日照年型，2019 年為低溫多雨年型，氣候條件的不同，導(dǎo)致了棉花品質(zhì)特性的變化。

表4 9 個(gè)參試品種不同氣候條件下品質(zhì)特性比較

從表4 可以看出，2018 年與2019 年相比，棉纖維上半部平均長(zhǎng)度均變短，平均變短了0.7 mm。由此得知，棉纖維長(zhǎng)度除受品種本身種性制約外，氣候條件對(duì)其也有很大影響。棉花伸長(zhǎng)期如果遇到干旱多日照就會(huì)影響伸長(zhǎng)速度，導(dǎo)致棉纖維上半部平均長(zhǎng)度變短。9 個(gè)品種的比強(qiáng)度和馬克隆值均為2018 年高于2019 年，分別升高了3.4 cN/tex 和0.4。由此得知，高溫多日照對(duì)棉花纖維斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值的影響呈正相關(guān)。

2.3.2 品質(zhì)特性年份間變異系數(shù)分析 不同年份棉花品質(zhì)特性的變化主要反映了氣象因素對(duì)棉花品質(zhì)特性的影響，而且棉花品種性狀對(duì)氣候變化的反映也有一定差異，那么這種差異可以用變異系數(shù)來比較[7]。

從表5 可以看出，在棉花品質(zhì)性狀中，馬克隆值的變異系數(shù)最大（6.0%），整齊度最小（1.2%），各品質(zhì)性狀變異系數(shù)大小順序?yàn)轳R克隆值＞伸長(zhǎng)率＞比強(qiáng)度＞上半部平均長(zhǎng)度＞整齊度。這與李保軍[4]的研究結(jié)果基本相同。

表5 棉花品質(zhì)性狀年份間變異系數(shù)

3 結(jié)論與討論

棉花是喜溫作物，對(duì)產(chǎn)量影響最大的環(huán)境因素主要是開花結(jié)鈴期的有效積溫和最佳結(jié)鈴期的日照時(shí)數(shù)[8]。全生育期的平均溫度、日照時(shí)數(shù)以及花鈴期的平均晝夜溫差會(huì)影響單株鈴數(shù)和衣分[9]。棉花纖維品質(zhì)主要由遺傳因素決定，但環(huán)境條件對(duì)纖維品質(zhì)的形成也具有重要影響。氣象因子對(duì)棉花纖維品質(zhì)影響很大[10-18]。棉花纖維品質(zhì)發(fā)育與溫度有著密切關(guān)系[19]，各溫度指標(biāo)對(duì)棉花纖維品質(zhì)均有不同程度的影響，整齊度、比強(qiáng)度、馬克隆值與日均氣溫均達(dá)到顯著和極顯著水平，比強(qiáng)度相關(guān)系數(shù)最大[10]；高云光等[11]研究發(fā)現(xiàn)，花鈴期的有效積溫和日照時(shí)數(shù)等氣象因素直接影響棉花的纖維品質(zhì)；張新新等[12]研究發(fā)現(xiàn)，溫度和光照對(duì)纖維品質(zhì)影響強(qiáng)烈，溫度通過調(diào)節(jié)纖維素的合成與沉積影響纖維品質(zhì)的形成。熊宗偉等[11]認(rèn)為，在黃河流域棉區(qū)，日均溫和平均濕度越高，棉花纖維越長(zhǎng)；降水日數(shù)越多，纖維強(qiáng)度越大[20]。本研究表明，氣象因子對(duì)棉花纖維品質(zhì)有不同的影響。

氣候變化和氣象災(zāi)害對(duì)棉花整個(gè)生育期的影響及威脅是一直存在的。棉花花鈴期是決定棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的關(guān)鍵時(shí)期，根據(jù)不同的氣候年型和棉花生長(zhǎng)特點(diǎn)，制定出有效的應(yīng)對(duì)措施，加強(qiáng)合理的肥水管理，協(xié)調(diào)棉花生長(zhǎng)發(fā)育與氣候關(guān)系，提高棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)，增加棉農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益。