栽培密度及田間小氣候變化對棉花產(chǎn)量的影響

李繼輝，向 導(dǎo)，楊明鳳，劉 勇

（新疆烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，新疆 石河子 832000）

合理的種植密度才能使得棉花獲得優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)。作物群體不同密度會形成不同的內(nèi)部小氣候環(huán)境條件［1，2］，該條件可以改變作物的生長性狀［3，4］，對作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成、病蟲害發(fā)生程度都有很大影響［5-7］。因此，研究棉花不同栽培密度及田間小氣候條件變化對棉花農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響非常必要。在不同棉花栽培密度處理上，賴奕英等［8］、王海洋等［9］、寧新柱等［10］研究了不同密度對棉花產(chǎn)量、生長性狀及纖維品質(zhì)的影響；汪志強(qiáng)等［11］、李伶俐等［12］測試了棉花不同密度的光合特性；王延琴等［13］、涂勇等［14］研究了棉花不同密度光能利用率以及底層透光率對產(chǎn)量的影響；而韓慧君［15］、李偉明等［16］、萬燕等［17］則從氣候因素變化的角度研究了其對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，諸多研究成果對提高棉花品質(zhì)和產(chǎn)量都有極大的幫助。本試驗(yàn)將從不同密度的田間小氣候變化角度研究其對棉花農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響。棉田密度的不同可以改變株間小氣候環(huán)境變化，株間溫度、透光率、濕度狀況、通風(fēng)效果均可造成葉片、蕾鈴脫落［18，19］，而最終體現(xiàn)在產(chǎn)量上，因此研究棉田小氣候?qū)γ藁ㄔ耘喙芾砭哂兄匾饬x。試驗(yàn)確定在棉花郁閉度最大的開花后期進(jìn)行，測定不同種植密度的各層次溫度、濕度及透光率和光照度等，研究棉田不同密度及小氣候變化對棉花農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響，為棉花高質(zhì)量栽培管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所選育的新陸早45號，北疆地區(qū)主栽品種。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在石河子149團(tuán)17連進(jìn)行。種植形式、栽培管理與大田棉花一致。設(shè)定5個密度處理，分別為9.00萬、13.50萬、18.00萬、22.50萬、27.00萬株/hm2，依次編號為A、B、C、D、E。小區(qū)面積100 m2，3次重復(fù)。

1.3 農(nóng)藝性狀測定項(xiàng)目

每個處理每個重復(fù)選取10株記錄棉花農(nóng)藝性狀，包括發(fā)育期、吐絮后期測定株高、莖粗、單株鈴數(shù)、單鈴重、單株干物質(zhì)量、成熟期密度和實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 小氣候觀測項(xiàng)目

棉花開花后期7月下旬，在棉株高約2/3處（距離地面40 cm）和地面連續(xù)10 d觀測溫度、濕度，測定棉株底部透光率及頂部光照度等氣象要素。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

數(shù)據(jù)處理及分析采用Excel統(tǒng)計(jì)軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度棉花農(nóng)藝性狀

不同密度棉花農(nóng)藝性狀見表1，實(shí)際收獲期密度與設(shè)計(jì)密度相比，略有減少，C處理在5個密度處理中缺苗率最少，為0.11%；D、E處理缺苗率較大，分別為1.24%和1.30%，表現(xiàn)出密度大缺苗率也大的特點(diǎn)。密度與株高、莖粗、單株鈴數(shù)、單鈴重、單株干物質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為-0.896、-0.975、-0.974、-0.959、-0.959。隨密度增加群體優(yōu)勢增加，單株優(yōu)勢隨著密度的增加而減弱［20，21］。密植E處理與稀植A處理株高相差10.18 cm，莖粗相差4.45 mm，單株鈴數(shù)相差3.49個，單株干物質(zhì)量相差48.96 g。密度過大或過小，產(chǎn)量均處于低位，密度中等C處理產(chǎn)量最高，比A處理和E處理產(chǎn)量分別增加17.06%和18.49%。

表1 不同密度處理收獲期棉株的農(nóng)藝性狀

2.2 不同密度棉花株間小氣候變化

棉花開花結(jié)束后，群體郁閉度達(dá)到最大，在此階段觀測棉田小氣候具有代表性。小氣候觀測儀位置設(shè)定在棉株高度的40 cm處和地面0 cm處。

2.2.1 株間空氣溫度變化 圖1為棉花株間溫度日變化，棉花植株間最高溫度出現(xiàn)在16：00，與氣溫日變化有著一致性［22］。各密度處理間表現(xiàn)為大、小密度處理株間的平均氣溫低于中等密度，即B＞C＞A＞D＞E。以B處理溫度最高，比E處理高0.7℃。

圖1 棉花不同密度冠層溫度日變化

圖2為棉花不同密度株高40 cm處與地面溫度差的變化，各密度均反映出株高40 cm處的溫度高于地面溫度，而不同的密度存在明顯的梯度溫度差，隨著密度增加梯度溫度差具有逐漸加大的特點(diǎn)，如A處理梯度溫度差為0.2℃，而E處理梯度溫度差為0.6℃，并且密度與梯度溫度差具有極顯著線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.944 9（P＜0.01）。這說明種植密度小，冠層與近地面通透性好，有利于熱量交換；反之，密度越大越不利于株間熱量交換。從試驗(yàn)結(jié)果看，棉花群體間梯度溫度差應(yīng)小于0.4℃較為適宜。

圖2 棉花不同密度梯度溫度差（株高40 cm與地面溫度差）

2.2.2 棉田透光率 圖3為不同密度處理下通過棉株冠層達(dá)到地面的透光率。密度與透光率呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.996 6（P＜0.01）。在棉花開花后期葉面積最大，稀植的A處理到達(dá)地面的透光率為11.5%，是密植E處理（2.6%）的4.4倍。透光率大說明上層截獲的光少，棉株底層接受的光就越多，使得下層葉面積能夠發(fā)揮功能，光合面積相對增大，有利于光合作用，棉田通風(fēng)透光性能增強(qiáng)，對減少蕾鈴脫落、提高鈴的發(fā)育質(zhì)量均有利［14，21］。涂勇等［14］的研究認(rèn)為，棉花群體基部受光照度在2 500 lx左右時仍可正常進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)營養(yǎng)供應(yīng)棉鈴發(fā)育。依據(jù)晴天10：00—16：00測定，自然光照度為56500～70 800 lx。棉株群體地面處透光率為5%時光照度為2 825～3 540 lx。本試驗(yàn)C處理棉株地面透光率為7.4%，D處理透光率為5.5%，棉株農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量均表現(xiàn)較好。

圖3 棉花不同密度通過冠層到達(dá)地面的透光率

2.2.3 冠層空氣相對濕度日變化 圖4為不同密度冠層內(nèi)空氣相對濕度日變化趨勢。10：00—20：00相對濕度（y）隨時間（x）呈二次項(xiàng)變化y=0.411 1x2-13.294x+160.55，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.981 0，達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。經(jīng)過一夜較低溫度之后，早上棉田空氣濕度較大，10：00時A處理比E處理低6個百分點(diǎn)。隨著光照時間和光照度的增強(qiáng)和氣溫的升高，棉田冠層空氣相對濕度逐漸下降，16：00—18：00降到最低，這個最低點(diǎn)與氣溫日變化的最高點(diǎn)相一致。在最低點(diǎn)處各密度處理空氣相對濕度相近。20：00棉田空氣相對濕度轉(zhuǎn)為升高，此時A處理比E處理低5個百分點(diǎn)。隨著密度的增加棉田冠層空氣相對濕度有所增加，不同密度冠層平均空氣相對濕度排序?yàn)锳=B＜C＜D＜E，其中最大密度E相對于最小密度A冠層空氣相對濕度平均提高4個百分點(diǎn)，而中間密度（B、C、D）比疏（A）、密（E）冠層空氣相對濕度變化幅度小［21］。

圖4 棉花不同密度冠層空氣相對濕度

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，密度與單株結(jié)鈴數(shù)呈負(fù)相關(guān)，密度越大單株鈴數(shù)越少。A處理稀植單株鈴數(shù)達(dá)到8.37個，個體優(yōu)勢明顯，卻忽略了群體優(yōu)勢，株間冠層與地面溫差小，透光率高，相對濕度小，通風(fēng)透光效果好；高密植E處理單株結(jié)鈴僅4.88個，群體優(yōu)勢明顯，卻忽略了個體優(yōu)勢，株間冠層與地面溫差大，透光率低，相對濕度大，通風(fēng)透光效果差；這2個極端密度處理在5個密度處理中產(chǎn)量最低。產(chǎn)量最高的是C處理，密度為18.00萬株/hm2，成為最優(yōu)密度；其次是D處理，再次是B處理。依據(jù)C、D、B處理試驗(yàn)結(jié)果，縱觀棉田株間小氣候條件，不同密度處理梯度溫度差在0.2～0.4℃，底層透光率在5.5%以上，冠層空氣濕度在59%左右，為棉田開花后期（最大郁閉度期）適宜的小氣候條件。

在相同栽培措施下，棉花豐產(chǎn)由2個基本要素組成，一是合理群體優(yōu)勢，二是個體優(yōu)勢。當(dāng)個體優(yōu)勢明顯的前提下，就要發(fā)揮群體優(yōu)勢。群體則存在共生與相互干擾問題，群體之中的小氣候條件變化是否合理，直接影響到棉花產(chǎn)量。棉花密度過大改變了棉株群體間的溫、光以及熱量條件，會對產(chǎn)量產(chǎn)生影響［5，23］。研究表明，首先是密度改變了棉株的農(nóng)藝性狀，C處理既保留了棉株的個體優(yōu)勢，也體現(xiàn)了群體優(yōu)勢，得到了突出的產(chǎn)量；其次是棉株間合理的小氣候條件，具有量化的通風(fēng)透光條件，發(fā)揮底層葉片功能，光合作用才能積累更多的干物質(zhì)，為產(chǎn)量提供能量源泉。密度過大，透光率減小，光合性能差，通風(fēng)效果差，株間縱向溫度梯度變化小，落葉、蕾鈴脫落嚴(yán)重，個體優(yōu)勢減弱，影響干物質(zhì)積累，造成產(chǎn)量低。在目前栽培管理水平下，棉花密度控制在18萬～22萬株/hm2，棉花個體與群體優(yōu)勢協(xié)調(diào)，確保通風(fēng)透光，田間小氣候條件環(huán)境適宜，即可創(chuàng)造較高的棉花產(chǎn)量［10］。