种植密度对适宜机采棉花品系农艺和产量品质性状的影响

王海涛 ,刘存敬,唐丽媛,张素君,蔡 肖,李兴河,马文娜,韩俊伟,张香云,张建宏

(1.河北省农林科学院棉花研究所/农业农村部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室/国家棉花改良中心河北分中心,石家庄 050051;2. 河北化工医药职业技术学院,石家庄 050026;3. 新疆生产建设兵团第二师农业科学研究所,新疆铁门关 841005)

0 引 言

【研究意义】棉花是重要的纤维、油料作物,全球约95%的纺织纤维来源于棉花[1]。中国河北省是全国第二大植棉省(区),2021年植棉面积14×104hm2(210万亩)左右[2]。目前高品质棉的需求日益增加[3-4]。种植密度一直是棉花栽培改良棉花品质和提高棉花产量的重要手段[5],合理的种植密度是提高棉花产量和改良棉花纤维品质的重要措施[6-7]。同时,密度显著影响棉花株型,可以通过密度塑造适合机械采收的株型。【前人研究进展】张娜等[8-9]以中棉所88为材料,设计不同密度试验,综合分析得出适合新疆南疆棉花的种植密度为15×104～18×104株/hm2,此时棉花株型适宜,产量较高。周永萍等[10]研究种植密度对河北省3个主栽棉花品种品质和产量的影响,确定冀棉958的适宜种植密度为7.5×104株/hm2,石抗126和冀863的适宜种植密度为7.5×104～10.5×104株/hm2。冯国艺等[11]探讨了机采模式下密度对棉花产量和纤维品质的影响,适宜机采品种石抗126的适宜种植密度为9×104～10.5×104株/hm2。张成等[12]通过不同种植密度比较试验,筛选出棉花新品系H8010 的适宜种植密度为6×104～6.75×104株/hm2。枯萎病和黄萎病通过对棉花抗病育种不断改进,枯萎病于20世纪80年代基本得到控制;黄萎病由于致病机理的复杂性,至今还未得到有效控制。棉花黄萎病20世纪90年代开始逐年加重,其中1993、1995、1996、2003年黄萎病大爆发。鉴于棉花黄萎病对棉花生产所造成的危害及棉花黄萎病发病机理调控的复杂性,培育出具有优良抗黄萎病能力的棉花品种和创新栽培模式[13-14]。基因型是决定棉花纤维品质的主要因素,与棉花种植密度关系不密切[6、15]。【本研究切入点】我国黄河流域推进棉花全程机械化,河北也设置棉花区域试验机采棉组,但不同品系对密度的适应性不同。需研究不同种植密度对河北棉区适机采品系的影响,确定适宜播种密度。【拟解决的关键问题】以适宜机采棉花品系冀JC4系和冀JC7系为材料,设置4个不同种植密度水平,调查棉花农艺性状、产量、品质和抗病性,综合分析冀JC4系和冀JC7系的最适种植密度,为机采棉在河北棉区推广提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

冀JC4系和冀JC7系为河北省农林科学院棉花研究所选育的适宜机采棉花新品系,该品系茎秆坚硬,第一果枝节位高,果枝短。铃卵圆形,铃大,单株结铃性强,吐絮集中。衣分高,产量好,品质优异,抗枯萎病耐黄萎病。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

材料于2018～ 2019年种植在河北省农林科学院棉花研究所小安舍试验站,土壤类型褐土、水浇地,土壤肥力中等,前茬为棉花。试验设置4个种植密度处理,分别为4.5×104、9.0×104、13.5×104和18.0×104株/hm2。每个处理设置3行区、3重复,小区净面积为 10.73 m2,有效行长 7.15 m,等行距 0.75 m,株距根据密度留苗定。4月25日播种,栽培管理措施一致。

1.2.2 测定指标

黄萎病抗性分别为耐黄萎病(T)、抗黄萎病(R)、感黄萎病(S)、高抗黄萎病(HR)。8月20日,每个小区选择有代表性的连续20株棉花,采用5级法病情分级标准进行黄萎病病情调查,计算黄萎病病指,黄萎病病指=[各级病株数分别乘以相应级数之和÷(调查总株数×最高级数)]×100。

9月10日,每个小区选择有代表性的连续10株棉花调查株高、果枝始节位高度等农艺性状;收花前分别在两个重复的取样行随机采摘中上部吐絮正常的50个铃,晒干称重,分析单铃重;测定单铃重的子棉样品分品种轧花考种后,计算衣分;11月10日收取霜后花实测产量。于收花后各小区取棉样30g送农业农村部棉花纤维检测中心(安阳)采用HVI900 系统进行棉花纤维品质测定。

1.3 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2007 整理,DPS 15.10 统计软件进行数据方差分析(LSD法,P<0.01、P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度对2个适宜机采棉花品系农艺性状的影响

研究表明,随着密度的增加,冀JC4系株高有所降低,但密度低于13.5×104株/hm2时差异不显著,种植密度低于13.5×104株/hm2时,对冀JC4系株高影响不大;果枝始节位高度增高,种植密度13.5×104株/hm2和18.0×104株/hm2差异不显著;全生育期延长,种植密度4.5×104株/hm2和18.0×104株/hm2差异显著。冀JC7系随种植密度的增加,株高降低,果枝始节位高度增高,生育期延长,但13.5×104株/hm2时生育期最长。种植密度对棉花的生长发育有一定影响。棉花高密度种植下,田间郁蔽,光照和通风不足,棉花个体之间对于光、热、水、肥、气竞争强力变大,使棉花个体生活环境质量下降,造成棉花株型的变化。表1

表1 不同种植密度下棉花农艺性状变化

2.2 不同种植密度对2个适宜机采棉花品系产量性状的影响

研究表明,随着种植密度增加,冀JC4系单株铃数、单铃重呈下降趋势,且差异明显;衣分先增高后降低,在13.5×104株/hm2时最高,与其他种植密度差异明显,合理增加种植密度可以提高冀JC4系的衣分,但种植密度过大,衣分降低。种植密度越大,冀JC4系的皮棉产量越高,且差异明显,适当增加冀JC4系的种植密度,可以提高产量。冀JC7系的单株铃数、单铃重与冀JC4系的变化趋势一样,而衣分和皮棉产量差异不明显。不同品种产量与种植密度有一定关系,冀JC4系低密度时单株优势明显,但无法弥补低密度造成的损失;而冀JC7系密度对皮棉产量的影响不大,可根据实际情况选择合理的种植密度。表2

表2 不同种植密度下棉花品种产量性状变化

2.3 不同种植密度对2个适宜机采棉花品系黄萎病抗性的影响

研究表明,不同密度下适机采品系冀JC4系和冀JC7系的黄萎病抗性,种植密度越大,黄萎病病指越低,冀JC4系的黄萎病抗性越强,随种植密度的逐渐增大,冀JC7系株型紧凑、果节短且果枝夹角小,抗黄萎病棉花品系,种植密度增加,黄萎病病指越低,抗性越强,且差异明显。适当增加种植密度,可有效降低黄萎病指,提高棉花的黄萎病抗性。表3

表3 不同种植密度下棉花品种黄萎病抗性变化

2.4 不同种植密度对2个适宜机采棉花品系纤维品质性状的影响

研究表明,不同种植密度对冀JC4系的上半部平均长度、断裂比强度、整齐度和伸长率无显著影响,对马克隆值有一定影响。不同种植密度对冀JC7系的伸长率有一定影响,对其他棉花纤维品质指标无显著影响。种植密度的变化对棉花纤维品质的影响不大。冀JC4系在种植密度为13.5×104株/hm2时长、强、细配套,纤维品质综合表现最好,纤维品质为Ⅱ型;冀JC7系纤维品质整体表现不好,纤维品质为Ⅲ型。表4

表4 不同种植密度下棉花品种纤维品质性状变化

3 讨 论

3.1种植密度是影响棉花高产的一个重要因子[5、16-20],合理的种植密度和塑造合理的群体结构是获得棉花高产和品质改良的重要途径[6、21-22],同时对于棉花株型也有一定的调节作用[23]。

冀JC4系和冀JC7系在种植密度较低时株高并未出现明显变化,大于13.5×104株/hm2时株高显著变矮;随种植密度的增加,冀JC4系和冀JC7系果枝始节位高度增高,生育期延长,但13.5×104株/hm2时生育期最长,种植密度对棉花的生长发育有一定影响。主茎高度、果枝始节高度等是株型的主要决定因素[24],株型是影响棉花机械化采收的关键因素之一,目前采棉机对棉花株型的要求是株高在80～100 cm,果枝始节高度大于18 cm,株型紧凑,果枝短且夹角小[25-26]。研究中,冀JC4系种植密度低于13.5×104株/hm2时,株高和果枝始节位高度符合机采棉要求;冀JC7系随着密度增加,株高降低,当种植密度高于13.5×104株/hm2时,株高降低明显,不利于机采棉作业。

3.2作物产量基于群体,而不是个体,要达到高产,就需要个体、群体和环境条件达到最优[27]。协调好个体与群体的关系,防止种植密度太大导致株间竞争过强,抑制个体发育;或者密度太小导致个体发育旺盛而引起群体总量下降[28]。单位面积株树、单株铃数、铃重、衣分等是构成棉花产量的主要因素。研究结果表明,随着种植密度增加,冀JC4系和冀JC7系单株铃数、单铃重呈下降趋势,与赵振勇等[17]、王海洋等[29]、吴杨焕等[30]的研究结果一致。种植密度越大,冀JC4系的皮棉产量越高,且差异明显,因为较低种植密度下,群体个体生长较好,但群体数量小,总体光合率低,导致产量较低;随着密度增加,虽然个体生长受到影响,但群体总体生物量增加,产量提高。而冀JC7系密度对皮棉产量的影响不大。可能与棉花的株型有关系,冀JC4系株型紧凑,为Ⅰ式果枝类型,密度增大或减小,群体和个体所组成生物总量平衡。

3.3棉花黄萎病是影响我国棉花生产的主要病害,棉株一旦被其致病菌侵染就难以防治[31]。由于棉花枯萎病基本得到控制,抗病育种的核心就是准确评价品种的黄萎病抗性,筛选黄萎病抗性耐级以上品种。研究中,随着种植密度的增加,黄萎病病指降低,黄萎病抗性增强,与郭志军等[32]的研究结果一致。可能是随着密度的增加,群体结构和冠层发生变化,造成通风不畅,冠层温度增高,促使棉花产生更强的黄萎病抗性,最终导致高密度处理下的棉花抗病性有所增强[18、32],但黄萎病抗性受很多因素影响,随着密度增加黄萎病抗性增强的机制还需要进一步研究。

棉花纤维品质为数量遗传性状,主要受基因的影响,环境因素及栽培管理方式也会对棉花纤维品质产生一定影响。Dong等[33]、郭磊[34]、Siebert等[35]研究显示种植密度并不会对棉花的纤维品质造成影响。研究表明,不同种植密度对冀JC4系的上半部平均长度、断裂比强度、整齐度和伸长率无显著影响;种植密度增加,马克隆值降低,与Bridge等[36]、张金龙[37]研究结果一致。近年来,黄河流域积极推进棉花全程机械化,对棉花适机采的栽培方式进行了研究[19、38],也进行了适宜机采品种品系的筛选[39-40]。

4 结 论

种植密度对不同的棉花品种有一定的影响。综合产量、纤维品质、抗病性、适机采性等因素,以及河北棉区的种植制度和气候特点,冀JC4系和冀JC7系的最适种植密度均为13.5×104株/hm2。