種植密度對長江流域直播棉花成鈴分布及產(chǎn)量品質(zhì)的影響

胡啟星， 劉 帥， 白志剛， 孫巨龍， 劉 婷， 崔愛花

(1.江西省棉花研究所，江西九江 332105； 2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江西南昌 330045)

棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，在國民生產(chǎn)總值中占有舉足輕重的地位。不同的種植密度在棉花生產(chǎn)栽培中具有重要意義，是專家學(xué)者調(diào)節(jié)棉花群體質(zhì)量與產(chǎn)量的重要方式。合理密植可以調(diào)控單位面積鈴數(shù)與鈴質(zhì)量，更好地利用土壤肥力、空間和光能，從而使得棉花個體正常發(fā)育和群體良好發(fā)展。

針對棉花種植密度的試驗(yàn)研究國內(nèi)外已有諸多文獻(xiàn)報(bào)道，但由于試驗(yàn)地區(qū)、品種和設(shè)計(jì)的差異，使得結(jié)論不盡相同。晏平等認(rèn)為，湖南地區(qū)短季直播栽培棉花密度為12萬株/hm時籽棉產(chǎn)量最高；而劉曉飛等在江蘇省用中棉所50為材料直播，認(rèn)為麥后直播棉密度在9萬株/hm時，產(chǎn)量達(dá)到最高。種植密度對棉花的葉面積、群體冠層溫濕度及光分布均有影響，密度過高或過低均不利于高產(chǎn)。同時施肥、播種期以及化控等措施均會對棉花適宜種植密度產(chǎn)生影響。

長江流域棉花種植主要以移栽為主，直播相對來說較少，但是改套種或移栽轉(zhuǎn)變?yōu)橄拿拗辈ィⅪ?油)后早熟直播技術(shù)是非常有必要的。本試驗(yàn)以中棉425為試驗(yàn)品種，研究6個種植密度水平下棉花的農(nóng)藝性狀、空間成鈴分布、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的差異，旨在為長江流域棉花機(jī)械化種植提供理論參考與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

2020年在江西省棉花研究所試驗(yàn)基地(29°42′N，115°51′E)開展試驗(yàn)，供試品種為中棉425，土壤類型為壤質(zhì)灰潮土，0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為14.9 g/kg，全氮含量為1.0 g/kg，速效磷含量為 61.0 mg/kg，速效鉀含量為253.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于5月20日進(jìn)行開溝直播，行間距為0.76 m，小區(qū)面積為68.4 m。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置6個種植密度，分別為D1(1.50萬株/hm)、D2(3.75萬株/hm)、D3(6.00萬株/hm)、D4(8.25萬株/hm)、D5(10.50萬株/hm)、D6(12.75萬株/hm)，設(shè)3次重復(fù)。田間管理措施與當(dāng)?shù)孛藁ㄉa(chǎn)管理方式相同。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀調(diào)查 在播種后30、50、70、90、110、130 d分別開展棉花植株取樣工作，每個小區(qū)取代表性棉株2株，3次重復(fù)。把各個小區(qū)棉葉平整無重疊地放置在白色底板上，用固定高度的 Microsoft 攝像頭拍照，采用Image Pro Plus 6.0軟件計(jì)算棉株葉面積(leaf area，簡稱LA)，根據(jù)小區(qū)面積與實(shí)收棉花株數(shù)計(jì)算得出葉面積指數(shù)(leaf area index，簡稱LAI)；按照根、莖、葉、生殖器官等部位將棉株分解并放置于烘箱內(nèi)，105 ℃殺青 0.5 h，80 ℃烘干至質(zhì)量恒定后，對棉花各部位干物質(zhì)進(jìn)行稱質(zhì)量并記錄。于9月15日，在每個小區(qū)內(nèi)選擇長勢均勻一致、連續(xù)的10株棉花，對株高、始果枝位、果枝數(shù)、脫落數(shù)等指標(biāo)開展調(diào)查。

1.3.2 棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成 于棉花收獲前選定連續(xù)生長的10株棉花進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)單株鈴數(shù)，并按小區(qū)整株收獲100鈴，測定鈴質(zhì)量。用自動軋花機(jī)獲取皮棉后，計(jì)算衣分。

1.3.3 棉花纖維品質(zhì) 在100鈴皮棉中抽取樣品約25 g，送至農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心測定纖維品質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

第1至第4果枝鈴統(tǒng)計(jì)為下部鈴，第5至第8果枝鈴統(tǒng)計(jì)為中部鈴，第9果枝及以上為上部鈴；以第1至第2果節(jié)鈴為內(nèi)圍鈴，第3果節(jié)及以外的鈴為外圍鈴，對棉花結(jié)鈴垂直和水平分布分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。相關(guān)數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2016錄入和整理，采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析和Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對棉花農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 種植密度對棉花單株成鈴及株高的影響 由表1可知，種植密度對棉花單株果枝數(shù)和脫落數(shù)有顯著影響，隨著種植密度的增加，單株果枝數(shù)和脫落數(shù)均顯著減少。D1處理果枝數(shù)達(dá)到18.0個/株，比D6處理多29.5%。但是D1處理單株脫落數(shù)最多，為48.9個/株；D6處理單株脫落數(shù)最少，為 22.9個/株。種植密度對株高和始果枝位的影響不顯著，整體上隨種植密度的增加，株高呈降低的趨勢，但D6處理株高較高；不同種植密度處理棉花始果枝位差異不顯著，均在5.2節(jié)以上，高密度處理始果枝位相對較高。

表1 種植密度對棉花單株成鈴及株高的影響

2.1.2 種植密度對棉花葉面積指數(shù)的影響 從圖1可知，種植密度對棉花LAI有明顯影響。隨播種后時間的推遲，LAI均呈先升高再降低的趨勢，且與種植密度呈正相關(guān)關(guān)系。D4處理在生育后期仍能保持較高的LAI，而其他處理在生育后期均呈下降的趨勢。

2.1.3 種植密度對棉花結(jié)鈴分布的影響

2.1.3.1 種植密度對棉花結(jié)鈴水平分布的影響 由表2可知，隨著種植密度的增加，單株內(nèi)圍成鈴數(shù)整體呈降低的趨勢，而單位面積的內(nèi)圍成鈴數(shù)整體呈升高的趨勢，內(nèi)圍鈴占總成鈴數(shù)的比例呈升高的趨勢。單株內(nèi)圍成鈴數(shù)以低密度D1處理最多，為 12.9個/株，高密度D5處理僅有5.5個/株。但是單位面積的內(nèi)圍成鈴數(shù)以D6處理最多，達(dá)到 93.1 萬個/hm，而D1處理僅為19.4萬個/hm。D6處理內(nèi)圍鈴占總成鈴數(shù)的比例高達(dá)78.6%，而D1處理為33.4%。隨著種植密度的增加，單株外圍成鈴數(shù)呈降低的趨勢，而單位面積的外圍成鈴數(shù)呈先升高再降低的趨勢，其中D3處理最高，為 47.4萬個/hm，外圍鈴占總成鈴數(shù)的比例呈降低的趨勢。單株外圍成鈴數(shù)以D1處理最多，為 25.7個/株，D6處理最少，僅為2.0個/株。外圍鈴占總成鈴數(shù)的比例以D1處理最高，為66.6%，D6處理最低，為21.4%。

表2 種植密度對棉花結(jié)鈴水平分布的影響

2.1.3.2 種植密度對棉花結(jié)鈴垂直分布的影響 由表3可知，單株上部、中部、下部成鈴數(shù)均隨種植密度的增加整體呈降低的趨勢，均是D1處理成鈴數(shù)最多，分別為19.0、10.2、9.3個/株；而中部單位面積成鈴數(shù)呈不斷升高的趨勢，以D6處理最多，為43.4萬個/hm；下部單位面積成鈴數(shù)則整體表現(xiàn)為先升再降的趨勢，其中D3處理最高，為22.8萬個/hm，上部單位面積成鈴數(shù)整體呈不斷升高的趨勢，D6處理最高，達(dá)到58.7萬個/hm；中部鈴占總成鈴數(shù)的比例整體呈升高的趨勢，高密度的D5處理比低密度的D1處理高11.1百分點(diǎn)。下部鈴占總成鈴數(shù)的比例整體呈降低的趨勢，其中低密度的D2處理比高密度的D6處理高11.1百分點(diǎn)，而上部鈴占總成鈴數(shù)的比例變化規(guī)律不明顯。

表3 種植密度對棉花結(jié)鈴垂直分布的影響

2.1.4 種植密度對棉花干物質(zhì)量的影響 由表4可知，種植密度對單株干物質(zhì)量和單位面積干物質(zhì)量均有顯著影響。除了D4處理，其他處理間表現(xiàn)為隨著種植密度增加，單株干物質(zhì)量、地下部分干物質(zhì)量、地上部營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)量均顯著降低，均是以D1處理最大，分別為374.9、28.0、132.5、214.5 g/株。而單位面積干物質(zhì)量、地下部分干物質(zhì)量、地上部營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)量均顯著升高，均是D6處理最大，分別為16 137.5、1 629.7、6 571.4、7 936.5 kg/hm。D4處理的單株和單位面積干物質(zhì)量均較高，有不錯的產(chǎn)量潛力。

表4 種植密度對棉花吐絮期干物質(zhì)量的影響

2.2 種植密度對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表5可知，隨著種植密度的增加，籽棉產(chǎn)量呈顯著先增后降的趨勢，D4處理的產(chǎn)量最大，為 3 963.0 kg/hm，比D1、D2、D3、D5、D6處理分別高85.8%、26.1%、8.8%、12.9%、22.1%。單株鈴數(shù)呈顯著降低的趨勢，D1處理最多，為38.6個/株，而D6處理僅有8.5個/株。種植密度對鈴質(zhì)量和衣分的影響均不顯著。

表5 種植密度對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.3 種植密度對棉花纖維品質(zhì)的影響

從表6可知，上半部平均長度整體呈增加的趨勢，D6處理最長，顯著高于D1～D4處理，分別高4.7%、3.2%、3.2%、3.9%；D6處理的整齊度指數(shù)較高，顯著高于D2處理1.4%，整齊度指數(shù)整體上也是呈增加的趨勢；種植密度對棉花斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率沒有顯著影響?？偟膩碚f，種植密度對棉花纖維品質(zhì)影響不大。

表6 種植密度對棉花纖維品質(zhì)的影響

3 討論

不同種植密度的棉花單株所占空間不同，植株間對光、熱、水、氣、肥的吸收不同，使得棉花有不同的群體結(jié)構(gòu)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著種植密度的增加，棉花單株果枝數(shù)和脫落數(shù)顯著減少，這與胡啟星等的研究結(jié)果一致。種植密度對棉花株高影響不顯著，這與周永萍等的研究結(jié)果不盡相同，可能由于2020年試驗(yàn)地區(qū)雨水較多，各種植密度的植株株高均增長迅速導(dǎo)致。密度對始果枝位的影響不顯著，可能是因?yàn)楣π纬珊桶l(fā)育是在棉花幼苗期，此時植株間空間都比較大，沒有影響始果枝位。適宜的葉面積指數(shù)或者在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增大葉面積指數(shù)是作物獲得較高產(chǎn)量不可或缺的條件。王全九等研究認(rèn)為，棉花的葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈二次回歸函數(shù)關(guān)系，因此優(yōu)化控制棉花植株?duì)I養(yǎng)生長與生殖生長的關(guān)系，對棉花產(chǎn)量的提高具有重要意義。本試驗(yàn)中LAI隨播種后時間的推遲均呈先升高再降低的趨勢，8.25萬株/hm處理在生育后期仍能保持較高的LAI，因此也具有最高的產(chǎn)量，這與劉帥等的研究結(jié)果相似。

低密度處理的單株鈴數(shù)大于中、高密度處理，高密度處理的單位面積鈴數(shù)較高，但是并非密度越大產(chǎn)量越高，當(dāng)密度達(dá)到一定程度時，密度過高反而產(chǎn)量會降低。本研究結(jié)果表明，隨著種植密度的增加，單位面積的內(nèi)圍和中上部成鈴數(shù)整體呈升高的趨勢；單位面積的外圍和下部成鈴數(shù)呈先升高再降低的趨勢，以6.00萬株/hm處理時最高。種植密度顯著影響棉鈴的時空分布，主要影響內(nèi)圍鈴和外圍鈴的分布，隨種植密度的增加，產(chǎn)量向內(nèi)圍集中。6.00萬株/hm和8.25萬株/hm處理外圍和下部成鈴數(shù)最多，并有著不錯的內(nèi)圍和中上部成鈴數(shù)，為最終產(chǎn)量提供了成鈴數(shù)的保障。本研究結(jié)果表明，隨著種植密度的增加，單位面積干物質(zhì)量、地下部分干物質(zhì)量、地上部營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)量均顯著升高，這與肖熒南等的研究結(jié)果一致，各時期單位面積干物質(zhì)量，低密度比中、高密度的低，并認(rèn)為隨生育期的推遲差異變得更大，主要是在開花期后會出現(xiàn)較為明顯的差異。

合理密植能充分協(xié)調(diào)作物生長發(fā)育與環(huán)境、營養(yǎng)生長與生殖生長、個體與群體的關(guān)系，達(dá)到充分利用空間、光能、地力，為棉花的高產(chǎn)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。單位面積株數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量和衣分共同決定了棉花的產(chǎn)量。增加種植密度會使產(chǎn)量增長，但是如果密度過大，當(dāng)單株產(chǎn)量的下降帶來的損失大于增加密度帶來的群體收益時，最終產(chǎn)量就會降低。本研究結(jié)果表明，隨著種植密度的增加，籽棉產(chǎn)量呈顯著先增后降的趨勢，8.25萬株/hm處理的產(chǎn)量達(dá)到最大。因?yàn)榧缺ＷC了適宜的高密度群體，又有較高的單株鈴數(shù)，從而獲得了較高的產(chǎn)量。

棉花種植密度對纖維品質(zhì)的影響，因地域、氣候條件、栽培措施等的不同，研究結(jié)果差異較大。熊宗偉等認(rèn)為，品種對棉花品質(zhì)的影響遠(yuǎn)大于外界環(huán)境和栽培措施的影響。本研究結(jié)果與其類似，種植密度對棉花纖維品質(zhì)影響不大，隨著種植密度的增加，棉花上半部平均長度、整齊度指數(shù)呈稍微增加的趨勢，種植密度對斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率的影響不顯著。上半部平均長度、整齊度指數(shù)的差異可能與氣候、栽培措施的不同等有關(guān)。

4 結(jié)論

隨著種植密度的增加，棉花單株果枝數(shù)和脫落數(shù)均呈顯著減少的趨勢，株高和始果枝位變化不明顯；不同種植密度處理的LAI隨生育時期的推進(jìn)均呈先升高再降低的趨勢，8.25萬株/hm處理在生育后期仍能保持較高的LAI；單位面積的內(nèi)圍和中上部成鈴數(shù)、干物質(zhì)量、地下部分干物質(zhì)量、地上部營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)量均隨種植密度的增加呈逐漸升高的趨勢，而外圍和下部成鈴數(shù)呈先升高再降低的趨勢，以6.00萬株/hm處理時最高；隨著種植密度的增加，籽棉產(chǎn)量呈先增后降的趨勢，8.25萬株/hm處理的產(chǎn)量最高，為3 963.0 kg/hm；棉花上半部平均長度、整齊度指數(shù)隨種植密度增加呈略微增加趨勢，斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率的變化不明顯?？傮w來看，6.00萬～8.25萬株/hm是長江流域直播棉花較為適宜的種植密度，更有利于棉花的成鈴分布及產(chǎn)量的提升。