旱区不同熟性棉花品种各器官干物质积累及产量构成差异特征

张金龙，董合林，陈国栋，胡守林，王 雪，赵盼盼，孙 勇，万素梅

(1.塔里木大学 植物科学学院， 新疆 阿拉尔 843300； 2.中国农业科学院棉花研究所，棉花生物学国家重点实验室， 河南 安阳 455000;3.阿克苏市农业技术推广中心，新疆 阿克苏 843000; 4.新疆生产建设兵团第一师六团， 新疆 阿拉尔 843300)

棉花干物质是指在60℃～90℃恒温下充分干燥后的有机物质量，是衡量棉花有机物积累、营养成分含量的重要指标。建立棉花高效结构、实现棉花优质高产必须依赖于棉花干物质生产[1]。塔里木盆地是中国最重要的产棉区，该区地处新疆南部，属典型的大陆极端干旱荒漠气候，年平均降雨量50～70 mm，年均蒸发量2 000～2 500 mm，全年无霜期200 d左右，年日照时数2 650～3 100 h，≥10℃的积温为3 800℃～4 700℃，为中国优质商品棉的生产创造了得天独厚的自然条件。但是，近年来随着环境及生产条件的不断变化，使得一些棉花品种适应性发生较大变化，在这种背景下，以往种植于塔里木棉区的中早熟品种的适应性是否发生改变尚不明确，进行不同熟性棉花品种各器官干物质积累及产量形成差异研究可从区域适应性方面对以上问题给予回答。大量研究表明，调控作物不同器官干物质的积累、合理分配及转化，协调库源关系，是高产的重要途径之一[2-6]。张旺峰等[7]研究了新陆早4棉花在北疆干物质积累特征，结果表明：物质积累的关键时期出现在7月上旬至8月中旬，此时该地区棉株生长正处于花铃期的阶段;在高密度条件下，地上部总干物质、茎叶干物质积累的最快时期提前出现。棉花干物质积累及分配直接影响到经济产量的形成和棉花的品质。有关这方面的研究，前人已做了大量的工作，但大多数关于干物质分配的研究没有考虑棉花的不同熟性和不同器官分配。本试验对棉花的生长发育及干物质累积和分配规律进行研究，为探索棉花优质高产所采取的合理措施提供依据。为进一步研究该地区棉花干物质的动态变化，本试验于2015年进行大田试验，系统地测定了不同熟性棉花的干物质累积动态及产量情况。在不同栽培条件下，探讨特定的农艺措施组合对棉花干物质生产与分配规律影响的数量关系，对生产实践具有一定的指导意义。同时，对棉花光合生产力研究、棉花育种等也有一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料

根据生育期不同，棉花品种可以划分为早熟品种(生育期112～125 d)、中早熟品种(生育期126～134 d)、中熟品种(生育期135～145 d)、中晚熟品种(生育期145～154 d)和晚熟品种(生育期>155 d)[8]。按此标准，试验供试3个品种(系)可分为早熟品种(豫早9110)、中早熟品种(中植棉2号)和中熟品种(中棉所12)。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于2015年在新疆建设兵团第一师十团科研基地(40.62°N，81.34°E)进行，该区位于塔里木盆地西北侧，属暖温带大陆干旱荒漠气候类型，年均气温10.7℃。试验地地势平坦，肥力中等，土质为沙壤土。试验为单因素试验，随机区组设计，3个品种设3个处理，3次重复，种植密度为5.55万株·hm-2。采用宽膜覆盖种植，1膜3行，每小区15膜，行株距配置为76 cm×22 cm，小区面积273.6 m2。棉花于2015年4月20日播种，10月5日收获，全生育期灌水10次，累计施尿素300 kg·hm-2，磷酸二胺375 kg·hm-2，磷酸二氢钾75 kg·hm-2，其它栽培管理措施同当地大田。

1.2.2 测定项目

(1) 干物质测定

在试验田内选择长势均匀具有代表性的区域设置取样点，于棉花出苗后每30天取样一次，全生育期共取样5次，每次选择长势均匀具有代表性棉株5株(苗期取样30株)，按照根、茎、叶、花、蕾、铃等不同器官进行分样，随后105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒定后分器官称量，重复3次。

(2) 单铃重与产量测定

收获期按小区实收计产，各小区收取正常开裂的100个棉铃，测定单铃重、籽棉重、皮棉重、衣分等产量性状。

(3) 数据分析

不同处理间的测定结果用Microsoft Excel 2003进行数据计算、绘图，用DPS7.55进行方差分析、显著性检验(Duncan法)。

2 结果与分析

2.1 不同熟性棉花品种单株干物质积累特征

单株总干物质是作物产量形成的物质基础，棉花能否形成足够的单株干物质量与产量有着密切的关系。由图1和图2可知，不同熟性棉花品种单株干物质积累均符合作物生长的“S”形曲线，增长的速度为先慢后快再慢；在出苗后60 d之前，豫早9110和中棉所12的增长趋势要高于中植棉2号，说明中植棉2号在苗期相对长势较弱；三个品种在60～90 d的时间段内干物质迅速增加，尤其是豫早9110和中植棉2号，干物质积累速率达到最大值，分别为1.89 g·株-1·d-1和2.15 g·株-1·d-1，这是由于品种的早熟性造成的；在90～120 d时间段豫早9110和中植棉2号干物质增长变缓，而中棉所12的干物质积累速率达到了最大值2.5 g·株-1·d-1，这是因为中棉所12是中熟性品种，能较好地利用生育期长的优势；在120～150 d时间段，三个品种干物质增加缓慢，干物质积累速率下降，但是中植棉2号的积累速率又有一定程度的增加，这可能是因为二次生长所造成的。三种熟性棉花品种都具有较好的长势，单株干物质为173.91 g(中植棉2号)>167.84 g(中棉所12)>158.45 g(豫早9110)，单株干物质平均积累速率为1.16 g·株-1·d-1(中植棉2号)>1.12 g·株-1·d-1(中棉所12)>1.06 g·株-1·d-1(豫早9110)。

图1不同熟性棉花品种单株干物质总量的积累变化

Fig.1 The changes of dry matter accumulation per plant of cotton cultivars differing in maturity

图2不同熟性棉花品种单株干物质总量的积累速率变化

Fig.2 The changes of dry matter accumulation per plant velocity of cotton cultivars differing in maturity

2.2 不同熟性棉花品种单株营养器官和生殖器官干物质积累特征

棉株生长前期干物质积累量少且积累速率慢，主要进行营养生长，随着生育期的延长，营养生长变慢，生殖生长加快。图3、图4为不同熟性棉花品种营养器官干物质变化。由图3、图4可知，不同熟性棉花品种干物质积累前期较快(豫早9110和中植棉2号营养生长最快的时期是出苗后90天，分别为0.92 g·株-1·d-1和1.38 g·株-1·d-1，而中棉所12营养生长最快的时期在出苗后60天，为0.87 g·株-1·d-1)，后期逐渐衰退，干物质积累量变大，但积累速率变慢，值得一提的是在120～150 d，豫早9110和中植棉2号的营养器官干物质积累速率还有所增加，具体原因还有待探讨。单株营养器官干物质总量为84.51 g(豫早9110)>76.61 g(中植棉2号)>73.70 g(中棉所12)，单株营养器官干物质平均积累速率为0.56 g·株-1·d-1(豫早9110)>0.51 g·株-1·d-1(中植棉2号)>0.49 g·株-1·d-1(中棉所12)。

图3 不同熟性棉花品种单株营养器官干物质积累变化

图4不同熟性棉花品种单株营养器官干物质积累速率变化

Fig.4 The changes of dry matter accumulation vegetative organ per plant velocity of cotton cultivars differing in maturity

从图5、图6可以看出，不同熟性棉花品种单株生殖器官干物质积累完全符合作物生长曲线，生殖器官干物质积累量在全生育期呈现出前期积累少、中期增多且加快，后期缓慢增加的“S”形趋势。三种熟性的棉花品种生殖器官干物质积累速率最快的时期都在出苗后90～120 d(盛铃期)，且差异较大，积累速率最快的是中棉所12(1.97 g·株-1·d-1)，其次是中植棉2号(1.51 g·株-1·d-1)，积累速率最慢的是豫早9110(1.13 g·株-1·d-1)。单株生殖器官干物质总量为97.30 g(中植棉2号)>94.15 g(中棉所12)>73.94 g(豫早9110)，单株生殖器官干物质平均积累速率为0.65 g·株-1·d-1(中植棉2号)>0.63 g·株-1·d-1(中棉所12)>0.49 g·株-1·d-1(豫早9110)，这与单株总干物质变化规律一致。

图5 不同熟性棉花品种单株生殖器官干物质积累变化

图6不同熟性棉花品种单株生殖器官干物质积累变化

Fig.6 The changes of dry matter accumulation reproductive organ per plant velocity of cotton cultivars differing in maturity

在整个生育期内，不同熟性棉花品种干物质积累呈现不同的变化趋势。生育前期(开花前)以营养器官为中心，营养器官干物质积累速率明显高于生殖器官干物质积累速率；后期(开花后)干物质积累中心转移至生殖器官，生殖器官干物质积累速率明显高于营养器官干物质积累速率。RAR值的大小(生殖器官与营养器官干物质比值)与产量呈正相关[9]，从图7中可以看出，中棉所12和中植棉2号的RAR值分别为1.28、1.27，都高于豫早9110的0.87，可以初步确定这三种熟性棉花品种的产量水平，中棉所12和中植棉2号的产量相差不大，豫早9110的产量较低。

图7不同熟性棉花品种生殖器官与营养器官干物质比值变化

Fig.7 The changes of dry matter accumulation ratio reproductive organ and vegetative organ of cotton cultivars differing in maturity

2.3 不同熟性棉花品种产量及产量构成要素

干物质的累积是棉花产量形成的基础，并且源与库的干物质分配直接影响棉花的经济产量。前人在棉花单株和群体干物质累积对棉花产量影响方面已做了深入的研究[10-14]。

由表1可以看出，不同熟性棉花品种单株结铃数存在显著差异，中熟品种中棉所12单株结铃数达到16.2个，显著高于中早熟品种中植棉2号和早熟品种豫早9110；不同熟性棉花品种单铃重表现为中早熟品种中植棉2号(5.69 g)>中熟品种中棉所12(5.53 g)>早熟品种豫早9110(4.86 g)；不同熟性棉花品种衣分表现为中早熟品种中植棉2号(43.37%)>早熟品种豫早9110(42.36%)>中熟品种中棉所12(40.66%)；从产量方面来看，中早熟品种中植棉2号和中熟品种中棉所12的籽棉产量分别为4 002.2 kg·hm-2和4 130.1 kg·hm-2，皮棉产量分别为1 735.8 kg·hm-2和1 679.2 kg·hm-2，差异不显著，早熟品种豫早9110的籽棉产量和皮棉产量分别为2 832.6 kg·hm-2和1 199.8 kg·hm-2，显著低于其他两个品种。综合来看，中早熟品种中植棉2号表现最好，中熟品种中棉所12次之，早熟品种豫早9110产量表现最差。

表1 不同熟性棉花品种的产量及产量构成要素

注：数据为3个重复的平均值。同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note：Values are mean of three plots of each treatment. Different letters within a column indicate significant difference among treatments (P<0.05).

3 讨 论

不同熟性棉花品种干物质积累和分配差别较大，这主要是由于棉花品种特性决定的。干物质是作物光合作用产物的最终形态，其积累与合理分配及运转是提高作物产量的关键[5]。Craig等发现，较高的生殖器官与营养器官干物质分配比能促进棉花单株铃数和单铃质量增加，最终引起增产[2]，本研究也得到了类似的结论，中熟品种中棉所12和中早熟品种中植棉2号的RAR值明显高于早熟品种豫早9110(图7)，产量也是同样的趋势(表1)。

棉花初花后干物质的累积对最终产量影响较大，生产中提高棉花花铃期的干物质累积有利于棉花高产[15]。棉花产量性状是由于多因素控制的复杂数量性状，其形成既受品种遗传特性的控制，也受栽培技术和环境条件等因素的影响。唐灿明等[16]和马新明等[17]的研究表明，皮棉产量的直接构成因素为单位面积铃数、铃重和衣分。这与实验结果基本一致，中熟品种中植棉2号皮棉产量最高，衣分最高，单铃重最高。中熟品种中棉所12的单株有效铃数显著高于中早熟品种中植棉2号，籽棉产量也相对较高，但是由于衣分较低，皮棉产量也不如中早熟品种中植棉2号。

虽然前人对棉花单株和群体干物质对棉花产量影响进行了许多研究，但是，由于所用的品种、生态地区和试验设计的差异，结论也不尽相同。在新疆塔里木棉区特定的生态条件下，不同熟性棉花品种不同器官干物质积累和分配呈现怎样的规律及差异也未见报道。另一方面，不同熟性棉花品种干物质积累速率的差异以及峰值出现的时间，也提示了在不同地区选择适宜熟性品种的重要性—只有与当地气候条件相适应的熟性品种，才能充分快速发育，积累较多的干物质，为高产奠定基础。

4 结 论

不同熟性棉花品种干物质积累动态基本一致，均符合植物生长的“S”形曲线，在不同生育阶段单株总干物质积累规律为苗期缓慢，蕾期逐渐加快，花铃期是干物质积累的高峰期，此后又逐渐平稳。三种熟性棉花品种单株干物质积累总量为中早熟品种中植棉2号(173.91 g)>中熟品种中棉所12(167.84 g)>早熟品种豫早9110(158.45 g)，这与夏绍南等[18]的研究结果不同。

不同熟性棉花品种干物质积累速率差异比较明显，均表现为“慢—快—慢”的趋势。不同熟性棉花品种营养器官干物质积累速率均为先快后慢的变化趋势，早熟品种豫早9110和中早熟品种中植棉2号的峰值出现在出苗后90 d，分别为0.92 g·株-1·d-1和1.38 g·株-1·d-1，中熟品种中棉所12的峰值在出苗后60 d，为0.87 g·株-1·d-1；不同熟性棉花品种生殖器官干物质积累速率符合“慢—快—慢”的变化趋势，三种熟性棉花品种生殖器官干物质积累速率的峰值都在出苗后120 d，早熟品种豫早9110为1.13 g·株-1·d-1，中早熟品种中植棉2号为1.51 g·株-1·d-1，中熟品种中棉所12为1.97 g·株-1·d-1。

三种熟性棉花品种中，中早熟品种中植棉2号干物质平均积累速率相对较高，最终的干物质积累量最大，在出苗后120～150 d产量形成的关键阶段积累速率保持较高，最终的RAR值相对较大，具有最大的单株干物质积累量。在生育后期，中早熟品种中植棉2号生殖器官干物质积累量和积累速率都最大，为产量的形成奠定了基础，最终的皮棉产量最高。因此，在目前种植条件下，中早熟品种中植棉2号可获得较高的收益，更适合在南疆塔里木地区种植，可以作为首推熟性品种。

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