滨海地区不同棉花品种植株与光合性状及产量对盐碱胁迫的响应

冯国艺，张谦，祁虹，雷晓鹏，王树林，梁青龙，林永增

(河北省农林科学院 棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北 石家庄 050051)

我国滨海盐碱地面积辽阔，同时粮棉争地矛盾突出，棉花常作为先锋农作物在盐碱地区广泛种植[1～3]。滨海盐碱地不同棉田的土壤盐碱程度差异较大，受耕作栽培措施的影响，棉花不同特性品种和不同生长阶段之间的耐盐性都有明显差异[4]。棉花出苗和生长的极限盐分分别为0.4%～0.7%[5]。较低盐分(0.2%及以下)有利于棉花生长发育和产量[6]，当盐分浓度大于0.2%时就会对棉花产生离子胁迫和渗透伤害[7]。从棉花苗期和花铃期对盐分较为敏感[7，8]，也有研究表明棉花,随着生育进程推进而不断提高，但在蕾期、初花期渐趋下降，至开花结铃盛期耐盐能力上升为最强[9]。滨海盐碱地区气候特点是降水年内分配不均，季节间差异较大。春季初夏干旱少雨，蒸发量大，土壤盐分大量表聚；由于连续无降水事件频率加大，加剧了干旱程度。夏季降雨量大而蒸发量小，雨季降水多是以大雨、暴雨形式出现[10]，以往研究主要针对棉花对盐碱程度适应性的表现开展研究[11～14]，对不同盐碱程度棉田不同品种特性棉花主要生育期的植株光合性状和产量表现的研究较少。作物生长过程中，热量、水分等限制因子综合作用，影响其生长发育过程及产量[15]，栽培措施能够通过调节植株形态和光合能力影响作物产量的形成[16]。为此，评价不同盐碱程度滨海盐碱棉田不同品种特性棉花，研究主要生育期植株及光合性状和产量表现，总结主要生育时期的植株光合指标和产量构成因子对盐碱胁迫的响应，可为滨海盐碱地区不同盐碱棉田主栽品种选用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验概况与供试品种

试验于2017年在河北省国营海兴农场(38°21′N，117°31′E)进行。前茬作物为棉花，为一年一熟制，棉田土质为中壤土，有机质9.9 g·kg-1，全氮0.8 g·kg-1，碱解氮35.4 mg·kg-1，速效磷11.7 mg·kg-1，速效钾 203.9 mg·kg-1。根据审定及商品信息，选择杂交棉品种4个(新值棉3号、鲁1-1963、奥棉2号、中植棉6号)，常规棉8个：其中早熟棉(生育期在125天及以下)4个(苗宝21号、中植棉2号、科林9828、国欣棉3号)，中熟棉(生育期135天左右)4个(沃土高抗1036、邯郸284、鲁研棉28号、冀棉298号)，供试品种(系)共计12个。根据4月中下旬0～20 cm土层含盐量，分别设重度盐碱处理(4.0～6.0 g·kg-1)和中度盐碱处理(3.0～4.0 g·kg-1)。4月底抢墒播种，在开沟器犁出10 cm左右窄沟进行播种。小区面积为60.0 m2。随机排列，重复3次。播种时施入尿素450 kg·hm-2，过磷酸钙750 kg·hm-2。采用地膜覆盖栽培，1膜2行，行距配置为90+45 cm，每穴3粒，株距为30 cm，先点播后铺膜。生育期内无灌溉，视长势进行追肥和化控，田间管理同一般大田。

1.2 测定项目

每小区固定20株；7月15日和8月15日分别进行生育前期(苗期和蕾期)和产量形成期(盛铃期)植株性状和光合生理性状调查。植株性状调查项目有株高、果枝数、花蕾及铃总数；光合生理性状调查项目为叶绿素相对含量SPAD值、叶面积指数和叶片光合速率；7月15日主茎叶倒四叶，8月15日取倒二叶进行测定；叶绿素相对含量SPAD值测定采用SPAD-502叶绿素计(Minolta，JPN)，叶片光合速率测定采用Li-6400便携式光合作用系统(Li-cor，USA)；叶面积指数测定用LAI-2200 冠层仪(LI-Cor，USA)，参照Malone等[17]方法进行。9月初收1次僵瓣烂桃花，计入小区产量，各小区收获霜前和霜后籽棉分别计产。每个小区收获10株测定单铃重、衣分。

1.3 数据统计及分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 11.0进行数据处理与分析，用最小显著差数法(LSD)检验平均数。

2 试验结果与分析

2.1 棉花出苗率

苗期出苗率调查结果表明(表1)，12个品种出苗率中度盐碱棉田优于重度盐碱棉田，杂交棉出苗率最差，中熟常规棉出苗率最好。其中杂交棉在中度盐碱棉田的平均出苗率为71.7%，重度盐碱棉田为49.8%；早熟常规棉在中度盐碱棉田的平均出苗率为90.6%，重度盐碱棉田为79.1%；中熟常规棉在中度盐碱棉田的平均出苗率为98.3%，重度盐碱棉田为90.4%。

2.2 棉花植株性状

研究表明，不同盐碱胁迫程度下，生育早期不同特性品种植株性状差异明显(图1)。株高和果枝数、产品器官数中度盐碱高于重度盐碱棉田，早熟品种较高，中熟棉最少。株高、果枝数和产品器官数中度盐碱较重度盐碱棉田杂交棉高12.1%～31.7%，早熟棉高4.3%～26.4%，中熟棉高6.1%～36.0%；早熟棉较杂交棉高6.2%～19.7%，较中熟棉高11.8%～23.9%。杂交棉株高为61.4 cm和50.1 cm，果枝数为7.9和7.0，产品器官数为9.4和7.1；早熟棉株高为66.7 cm和60.0 cm，果枝数为8.3和8.0，产品器官数为10.1和8.0；中熟棉株高为59.6 cm和48.4 cm，果枝数为7.3和6.9，产品器官数为9.0和6.1。

表1 不同盐碱程度下各特性品种棉花出苗率调查/%Table 1 Investigation of the seedling rate of cotton under different saline-alkali levels

研究表明，不同盐碱胁迫程度下，产量形成期不同特性品种植株性状差异明显(图2)。株高、果枝数和中熟棉产品器官数中度盐碱高于重度盐碱棉田，杂交棉和早熟棉产品器官数中度盐碱低于重度盐碱棉田。中度盐碱棉田杂交棉和早熟棉株高差异不大，高于中熟棉；早熟棉和中熟棉果枝数差异不大，低于杂交棉；产品器官数杂交棉最高，中度盐碱棉田早熟棉低于中熟棉，重度盐碱棉田差异不大。株高和果枝数中度盐碱较重度盐碱棉田杂交棉高17.1%～17.4%，早熟棉高15.6%～21.6%，中熟棉高16.0%～35.1%；产品器官数中度盐碱较重度盐碱棉田杂交棉低24.4%，早熟棉低5.1%，中熟棉高5.8%；早熟棉较杂交棉株高和果枝数低0.4%～5.1%，产品器官数低12.6%～30.4%，早熟棉较中熟棉株高高9.7%～17.7%，果枝数和重度盐碱棉田产品器官数高1.5%～3.5%，中度盐碱棉田产品器官数低7.1%。杂交棉株高为75.0 cm和64.1 cm，果枝数为9.7和8.3，产品器官数为12.7和16.8；早熟棉株高为74.7 cm和61.5 cm，果枝数为9.2和8.0，产品器官数为11.1和11.7；中熟棉株高为68.1 cm和50.4 cm，果枝数为9.1和7.9，产品器官数为12.0和11.3。

图1 不同盐碱程度下生育早期各特性品种棉花植株性状Fig.1 The plant traits of different cotton species at early growth stage under different saline-alkali levels 注：同一特性品种不同盐碱程度不同字母表示在0.05 水平上差异显著。Note:Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 level within the same cultivar characteristics in different saline-alkali levels.

图2 不同盐碱程度下产量形成期各特性品种植株性状Fig.2 The plant traits of different characteristics cotton at yield form stage under different salinity levels 注：同一特性品种不同盐碱程度不同字母表示在0.05 水平上差异显著。Note:Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 level within the same cultivar characteristics in different saline-alkali levels.

2.3 叶片光合生理性状

研究表明，不同盐碱胁迫程度下，生育早期不同特性品种光合生理性状差异明显(图3)。叶绿素含量、叶面积和单叶光合速率中度盐碱高于重度盐碱棉田，早熟品种较高，中熟棉最低。叶绿素含量中度盐碱较重度盐碱棉田杂交棉高6.7%，早熟棉高4.6%，中熟棉高10.3%；叶面积和单叶光合速率杂交棉高32.6%～59.0%，早熟棉高44.8%～49.1%，中熟棉高36.7%～63.9%。早熟棉较杂交棉叶绿素含量和单叶光合速率高5.5%～18.2%，叶面积高43.1%～57.1%；较中熟棉叶绿素含量高6.4%～12.2%，单叶光合速率高38.9%～52.6%，叶面积高108.9%～121.3%。杂交棉叶绿素相对含量SPAD值为43.0和40.3，叶面积指数为1.7和1.1，单叶光合速率为10.3 μmol·m-1·s-1和7.8 μmol·m-1·s-1；早熟棉叶绿素相对含量SPAD值为45.4和43.4，叶面积指数为2.4和1.7，单叶光合速率为12.2 μmol·m-1·s-1和8.2 μmol·m-1·s-1；中熟棉叶绿素相对含量SPAD值为42.7和38.7，叶面积指数为1.1和0.8，单叶光合速率为8.8 μmol·m-1·s-1和5.3 μmol·m-1·s-1。

图3 不同盐碱程度下生育早期各特性品种光合生理性状Fig.3 The Photosynthetic physiology traits of different cotton species at early growth stage under different saline-alkali levels 注：同一特性品种不同盐碱程度不同字母表示在0.05 水平上差异显著。Note:Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 level within the same cultivar characteristics in different saline-alkali levels.

研究表明，不同盐碱胁迫程度下，产量形成期不同特性品种光合生理性状差异明显(图4)。叶绿素含量、叶面积和单叶光合速率中度盐碱高于重度盐碱棉田，杂交棉品种最高，中熟棉最低。叶绿素含量、叶面积和单叶光合速率中度盐碱较重度盐碱棉田杂交棉高6.0%～60.4%，早熟棉高3.4%～45.1%，中熟棉高8.4%～69.6%；早熟棉较杂交棉低2.6%～18.7%，较中熟棉高6.0%～53.8%。杂交棉叶绿素相对含量SPAD值为48.0和45.3，叶面积指数为4.9和3.8，单叶光合速率为16.3 μmol·m-2·s-1和10.2 μmol·m-2·s-1；早熟棉叶绿素相对含量SPAD值为45.6和44.1，叶面积指数为4.1和3.1，单叶光合速率为14.2 μmol·m-2·s-1和9.8 μmol·m-2·s-1；中熟棉叶绿素相对含量SPAD值为43.0和39.7，叶面积指数为3.8和2.7，单叶光合速率为14.2 μmol·m-2·s-1和9.8 μmol·m-2·s-1。

2.4 棉花产量及构成因子

研究表明，不同盐碱胁迫程度下，不同特性品种产量及构成因子差异显著(表2)。杂交棉单位面积成铃数较少，单铃重和衣分较高，中熟棉则单位面积成铃数较高，单铃重和衣分较低。不同盐碱程度棉田，中度盐碱棉田中熟棉产量最高，早熟棉差异不明显，皮棉产量超过1 000 kg·hm-2以上水平，重度盐碱棉田早熟棉产量最高，接近1 000 kg·hm-2水平；中度盐碱明显高于重度盐碱棉田有单位面积成铃数，早熟棉铃重和中熟棉铃重和衣分。中度盐碱较重度盐碱棉田皮棉产量杂交棉和早熟棉高9.8%～11.0%，中熟棉高26.8%；其中单位面积成铃数高6.6%～12.8%，早熟棉铃重高2.1%，中熟棉铃重和衣分分别高10.2%和1.9%。早熟棉皮棉产量较杂交棉高7.6%～8.8%，较中熟棉中度盐碱棉田低3.7%，重度盐碱棉田高11.2%；单位面积成铃数较杂交棉高11.9%～14.6%，较中熟棉低6.9%～12.1%；铃重较杂交棉低2.9%～3.8%，较中熟棉高8.2%～16.8%；衣分杂交棉较中熟棉高1.8%～3.6%。

表2 不同特性品种不同盐碱程度下棉花产量及构成因子Table 2 The yield and components of different characteristics cotton at yield form stage under different saline-alkali levels

注：同一列不同字母表示在0.05 水平上差异显著。

Note：Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within a column.

3 结论与讨论

3.1 不同棉花品种植株和光合性状对不同程度盐碱的响应

以往研究表明，栽培措施和品种适应性对盐碱地棉花植株和光合生理性状影响显著[11～14]。本研究表明，尽管杂交棉、早熟棉和中熟棉出苗率、植株性状和光合生理性状以及产量均表现为中度盐碱优于重度盐碱棉田，但杂种优势和生育期等品种特性对盐碱地棉花植株和光合生理性状也存在显著影响。干旱和盐碱胁迫导致蕾期和花期生长缓慢，营养体较小[18]；在相同的常规栽培管理措施下，杂交棉不仅表现出较差的出苗率，而且生育早期株高、果枝数以及产品器官数明显低于早熟棉，而且叶绿素含量、叶面积以及单叶光合速率等光合生理性状也显著低于早熟棉，可见滨海盐碱地在棉花生育早期盐碱干旱导致杂交棉出苗差，而且抑制其杂种优势的表达，其植株性状和光合生理性状较差；在8月份的产量形成关键期，由于光热资源丰富，盐碱胁迫明显减弱，为杂交棉发挥杂种优势提供了便利条件。

3.2 不同棉花品种产量对不同程度盐碱的响应

尽管打顶措施对杂交棉株高和果枝数限制更明显，仍明显高于早熟棉，产品器官数尤为明显，早熟棉较杂交棉低12.6%～30.4%，可见杂交棉具有更强的自我调控能力。中熟棉由于生育期较长，其晚发迟发的品种特性导致其生育前期植株性状和光合生理性状指标较低；而且较长的生育期导致其棉花成铃吐絮较晚，产量形成受到秋季盐碱返聚的影响，单铃重和衣分明显较低，但是由于其较好的出苗率，因此单位面积成铃数较高，尤其是在中度盐碱棉田，在盐碱胁迫较低的情况下取得较高产量水平；而早熟棉与其差异不大，皮棉产量也超过1 000 kg·hm-2以上水平，而且早熟棉在重度盐碱棉田产量最高，接近1 000 kg·hm-2水平。杂交棉虽然在产量形成期表现出较强的杂种优势，衣分和单铃重明显较大，单株产品器官数明显增大，单位面积成铃数得到明显恢复性调整，但是由于其出苗率较低，单位面积成铃数明显偏低导致产量不高。

滨海盐碱地植棉应根据不同品种特性调整栽培措施：杂交棉应采取措施增加出苗率，适当晚播并加强前期管理，更好发挥其杂种优势，有利于挖掘其高产潜力；中熟棉在保证其出苗率的前提下，尽量早播，并运用水肥等措施促进其尽早开花成铃，避免生育后期盐碱胁迫对其产量造成损失。

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