棉花群體質(zhì)量研究的進展

棉花群體質(zhì)量研究的進展

自20世紀50年代關(guān)于植物群的科學討論以來，植物群的概念被廣泛接受，并且在植物研究中受到了高度重視。國內(nèi)外對有關(guān)作物群體結(jié)構(gòu)、群體光合特性等做了大量研究。作物群體質(zhì)量則是作物栽培領(lǐng)域的一個新概念,國內(nèi)首先由凌啟鴻等人于1991年提出,認為作物群體質(zhì)量是指能反映作物群體本質(zhì)特性的數(shù)量指標。棉花群體質(zhì)量研究就是研究優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的棉花群體一系列數(shù)量指標及達到這些指標的途徑和措施。事實上,在棉花群體質(zhì)量概念提出之前,人們早已對棉花群體結(jié)構(gòu)與光能利用、光合生產(chǎn)和產(chǎn)量形成關(guān)系以及高產(chǎn)結(jié)構(gòu)模式進行了大量研究,取得了大量成果[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。近年來,已基本明確了高產(chǎn)群體質(zhì)量的指標體系,對高產(chǎn)群體質(zhì)量的培育途徑與調(diào)控措施也展開了較為全面的研究。1高產(chǎn)棉花集團的質(zhì)量指數(shù)1.1盛花前后棉干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的關(guān)系作物產(chǎn)量是光合產(chǎn)物在產(chǎn)品器官積累的結(jié)果。棉花各生育階段干物質(zhì)積累的數(shù)量都直接影響到營養(yǎng)生長、生殖生長和群體的發(fā)展動態(tài)。羅運選等研究結(jié)果顯示,籽棉產(chǎn)量與地上部最終干物重呈極顯著正相關(guān)。江蘇農(nóng)學院對泗棉3號研究表明,高產(chǎn)棉花在盛花期以前群體干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系(y=a+bx-cx2),而盛花至盛絮期的干物質(zhì)積累增加量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),始絮期、盛絮期的干物重與產(chǎn)量分別呈正相關(guān)和顯著正相關(guān)。因此,盛花前群體干物質(zhì)積累過多過少均不利于高產(chǎn)。而盛花后棉株進入以生殖生長為中心的階段,提高盛花后干物質(zhì)生產(chǎn)是提高經(jīng)濟產(chǎn)量的關(guān)鍵措施。因而,盛花后干物質(zhì)產(chǎn)量是棉花高產(chǎn)群體最核心的質(zhì)量指標。1.2主要果節(jié)量與產(chǎn)量適宜的葉面積發(fā)展動態(tài)和合理的葉系配置是創(chuàng)建高光效群體、實現(xiàn)作物高產(chǎn)的重要條件。LAI隨棉花生長過程而不斷發(fā)展變化,前期LAI小,以后逐漸增大,至盛花前后達最大,成熟期由于下部葉片衰老,LAI減小,若LAI減小過快則會導致光合產(chǎn)物不足。因此,棉花生育后期保持足夠的葉面積可生產(chǎn)足量的光合物質(zhì)供棉鈴生長發(fā)育之用。陳德華等研究指出:最大LAI與產(chǎn)量呈一元二次曲線關(guān)系,1875kg/hm2以上的高產(chǎn)棉田,群體最大LAI保持在3.87～4.45范圍內(nèi),成熟期LAI保持2.35～2.57。張旺鋒等研究指出2250kg/hm2高產(chǎn)棉田不同生育時期的LAI分別為:苗期0.25,盛蕾期1.00,開花期1.20～1.50,盛花期2.50～3.90,盛鈴期達到高峰,為3.50～4.20,始絮期2.70～3.00,吐絮盛期1.50～2.00。果枝葉與主莖葉及不同層次的葉,其光合特性有所不同,因此,在適宜LAI下,保持合理的葉系配置,保持高光效葉所占比重對群體質(zhì)量有重要影響。棉花果節(jié)量的多少一方面代表棉花潛在庫容量的多少,另一方面也表明了群體的大小。陳德華等實驗結(jié)果表明,皮棉產(chǎn)量(y)與成熟期果節(jié)量(x)的關(guān)系為y=17.225xe-0.3003lx(r=-0.9601**),即達一定果節(jié)量后,果節(jié)量的增加表現(xiàn)為負效應(yīng)。群體最終果節(jié)量x=322.5萬個/hm2時,皮棉產(chǎn)量達最大值2044kg/hm2;皮棉產(chǎn)量在1875kg/hm2以上時,群體果節(jié)需保持在225～322.5萬個/hm2?？傗彅?shù)也與群體總果節(jié)量呈二次方程關(guān)系。而據(jù)朱永歌對江蘇省不同類型高產(chǎn)棉田調(diào)查,果節(jié)量為305.1～372.45萬個/hm2,不同產(chǎn)量棉田果節(jié)量與產(chǎn)量關(guān)系呈極顯著正相關(guān)(y=-69.56+8.44x,r=0.86**)。說明適宜果節(jié)量與種植方式和當?shù)厣鷳B(tài)條件有關(guān)。有利于高產(chǎn)的最佳果節(jié)量形成的栽培條件和生態(tài)條件仍有待研究。由于棉花鈴葉同生的關(guān)系,果節(jié)量多則LAI大。據(jù)揚州大學農(nóng)學院研究,棉花開花結(jié)鈴期的LAI與總果節(jié)量呈正相關(guān)。因此,高產(chǎn)群體應(yīng)在適宜的LAI和總果節(jié)量條件下,有較高鈴葉比。據(jù)揚州大學農(nóng)學院1994年對泗棉3號研究,在相同的LAI條件下,產(chǎn)量隨鈴葉比提高而提高,皮棉產(chǎn)量(y)與鈴葉比呈極顯著線性正相關(guān),y=371.09+74.39x(r=0.9321**)。鈴葉比高則源庫比例協(xié)調(diào),鈴葉比高低也反映了成鈴率的高低。1.3桃的產(chǎn)量及對棉花高產(chǎn)的重要意義棉花栽培和育種工作中,提高產(chǎn)量一直是以增加棉花群體總鈴數(shù)為主要目標,總鈴數(shù)是棉花產(chǎn)量高低的直接反映。不少研究表明,產(chǎn)量與總鈴數(shù)呈直線正相關(guān)。因此,高總鈴數(shù)是棉花高產(chǎn)群體質(zhì)量的直接指標。江蘇省20世紀90年代對不同產(chǎn)量水平的泗棉3號每667m2總鈴數(shù)調(diào)查結(jié)果顯示,產(chǎn)量在66.0～125.0kg,總鈴數(shù)在4.67～7.67萬個,產(chǎn)量從125kg升至146.75kg時,總鈴數(shù)在7.5～8.0萬個,絕大多數(shù)在8.0萬個以上。三桃比例合理對棉花高產(chǎn)具有重要意義。伏前桃的有無不僅代表單株有效結(jié)鈴期的長短、單株有效果枝臺數(shù)和單株結(jié)鈴潛力,也是進入盛花后能否穩(wěn)定進入生殖生長的反映,因而成為棉花能否高產(chǎn)的重要指標。伏桃是棉花高產(chǎn)的主體挑,其形成期光溫條件好,纖維質(zhì)量也最好,多結(jié)伏桃可使棉花穩(wěn)產(chǎn)有保障,高產(chǎn)有基礎(chǔ)。秋桃處于棉花群體結(jié)構(gòu)的最上層,受光好,有較高的成鈴率,尤其是早秋桃,其形成期的條件仍與伏桃差不多,也是優(yōu)質(zhì)桃的一部分,而晚秋桃則是棉花后期不早衰的體現(xiàn)。各地因生態(tài)條件不同而各有其適宜的三桃比例指標。南方地區(qū)高溫富照期長,雨水充足,有效結(jié)鈴期長,但伏前桃吐絮期常遇多雨天氣,且下部蔭蔽,易造成爛鈴和僵瓣花,伏前桃比例不宣過高,而秋后結(jié)鈴期長,因此,在多結(jié)伏前桃和伏桃的基礎(chǔ)上,主攻秋桃,提高秋桃在三桃中的比例是奪得棉花高產(chǎn)的關(guān)鍵措施,三桃適宜比例為1∶4.5～5.0∶4.5～4.0。北方棉區(qū)由于生育期較短,氣候干燥,伏前桃品質(zhì)好,后期氣溫下降快,不利于秋桃形成,因而增加伏前桃比例是重要高產(chǎn)途徑。如山西省調(diào)查高產(chǎn)棉田三桃比例為4∶4∶2或4∶5∶1。1.4節(jié)枝比和橫向比棉花的株型直接影響到莖枝的形成、葉片在空間的分布、結(jié)鈴總量與分布等,決定了棉花的源庫強度和群體光合生產(chǎn)力。合理株型體現(xiàn)在株高、果枝數(shù)及果節(jié)長度適宜,果枝及葉片角度分布合理,節(jié)枝比適宜等方面。株型合理的群體受光姿態(tài)好,光能利用率高,有利于提高成鈴率,減少爛鈴和僵瓣花。趙中華等對晉棉10號研究顯示,上層主莖節(jié)距和果枝數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān),而角度指數(shù)和上層葉片所占比例與產(chǎn)量為負相關(guān)關(guān)系。節(jié)枝比的大小能反映棉株的縱向生長狀況,是棉花群體莖枝結(jié)構(gòu)的一項質(zhì)量指標。節(jié)枝比不僅影響棉花株型,而且影響群體葉層分布、果枝葉所占比例和光分布,影響光合物質(zhì)生產(chǎn)與分配。據(jù)研究以每667m24000株、24萬果節(jié)、每株60個果節(jié)的中壯株型為基礎(chǔ),每株20臺果枝、節(jié)枝比3∶1的種植模式與每株留10臺果枝、節(jié)枝比6∶1的種植模式相比,盛花期棉株的縱橫比,前者為1.47,后者為0.69;主莖葉面積占總?cè)~面積比例和主莖葉面積與果枝葉面積之比,前者分別為49.39%和0.98,后者為36.21%和0.57。根據(jù)高等對每667m2皮棉產(chǎn)量125kg以上的田塊調(diào)查,單株果節(jié)量70～80個,節(jié)枝比以4.0～4.5比較適宜。紀從亮研究認為,高產(chǎn)群體適宜的節(jié)枝比動態(tài)為現(xiàn)蕾期1∶1,開花期3～3.5∶1,結(jié)鈴盛期3.54～4.0∶1,吐絮期4.0～4.5∶1。1.5棉鈴根流量和根系生長的關(guān)系根系生長好壞直接影響和制約棉株地上部生長發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)形成。羅運選等研究認為,棉花吐絮盛期的根系干重與籽棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(r=0.894**),與生殖器官干重呈顯著正相關(guān)(r=0.849*),最終根系干重與地上部干重和籽棉產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.6170,0.7606。但由于棉花根系分布廣,下扎深,很難把根系刨挖出來,因此,根量雖是根系生長的直觀指標,卻不實用。而傷流量反映棉株根系吸收并向上輸送養(yǎng)分的能力,是根系生理功能的直接反映,其測定方法簡單易行。將棉鈴與根系傷流量結(jié)合起來,可綜合反映根系活力與產(chǎn)量的直接關(guān)系。紀從亮研究結(jié)果顯示,隨著棉鈴根流量(每棉鈴所占有的根系傷流量)提高,棉株結(jié)鈴率、鈴數(shù)增加,相關(guān)達極顯著水平。根系傷流量與鈴葉比、盛蕾期傷流量與現(xiàn)蕾強度亦呈顯著正相關(guān)。由于棉鈴根流量可直接反映地上部與地下部的質(zhì)量關(guān)系,因而可作為棉花群體根系生理質(zhì)量的表述指標。2提高成鈴率培育高質(zhì)量的棉花群體,就是要創(chuàng)造適宜的群體株型結(jié)構(gòu)和葉面積發(fā)展動態(tài)、適宜的總果節(jié)量,促進盛花后的光合生產(chǎn)與積累,提高成鈴率。后期既要防止LAI過大造成田間蔭蔽,又要養(yǎng)根保葉防早衰,延長根系功能期,保證較高棉鈴根流量,促進群體質(zhì)量優(yōu)化和棉花產(chǎn)量提高。2.1密度對棉區(qū)生長的影響種植密度是各項農(nóng)藝措施中對群體結(jié)構(gòu)影響最大的,是群體質(zhì)量形成中最重要、最敏感的因素。密度大小直接關(guān)系到群體內(nèi)個體生長發(fā)育狀態(tài)及同化產(chǎn)物生產(chǎn)能力的高低,同時涉及到個體間以及構(gòu)成群體的同化產(chǎn)物生產(chǎn)能力的強弱。種植密度對LAI、株型、群體生育進程和單株成鈴數(shù)、鈴重及成鈴時空分布等都有重要影響[9,10,11,20,21,22,23,24]。單株成鈴數(shù)與密度呈顯著負相關(guān)關(guān)系,密度增大,單株鈴數(shù)下降,呈一種曲線回歸關(guān)系。陳金湘等研究結(jié)果顯示,栽培因子對單株成鈴數(shù)的影響達極顯著水平,其中以密度效應(yīng)最大,隨密度從每667m21000株增加到5000株,單株成鈴數(shù)從45.47個遞減至17.20個。密度的確定應(yīng)根據(jù)各地氣候條件和品種特性而定。在南方棉區(qū),高溫富照期長,雨水充足,密度不宜過大,否則會造成LAI過大,有效葉面積小,群體結(jié)構(gòu)惡化。株型為松散型的品種密度更不宜過大。因此,宜適當降低群體密度,促進個體生長,充分發(fā)揮壯個體的增產(chǎn)作用,采用“小、壯、高”的栽培途徑構(gòu)建南方棉區(qū)合理的群體質(zhì)量。紀從亮等人對江蘇省超高產(chǎn)棉花栽培研究認為,按超高產(chǎn)群體每667m2適宜果節(jié)量19～24萬個,單株果節(jié)量70～80個的目標,適宜的種植密度應(yīng)在每667m22400～3400株之間。潘群斌對蘇棉6號的研究認為,蘇棉6號在棉田肥力中上等水平下的適宜密度以3500株/667m2為最好。北方棉區(qū)由于熱量不足,雨水少,單株生產(chǎn)水平較低,宜密植增加群體總光合生產(chǎn)量和果節(jié)數(shù)以獲取高產(chǎn),可采用“密、矮、早、膜、調(diào)”栽培技術(shù)體系。顧恒琴等研究認為,在北方棉區(qū),根據(jù)棉花株型特點(緊湊型或松散型),種植密度6000～8000株/667m2為宜。王靖穩(wěn)1993年研究結(jié)果,山西棉區(qū)以密度10.5萬株/hm2棉田鈴數(shù)最多。王延琴研究認為,河南棉區(qū)在一熟條件下,中熟棉花密度處于5000株/667m2可望獲得更高的產(chǎn)量。新疆棉區(qū)則群體密度更高,一般為10000株/667m2以上。田立文等的試驗結(jié)果,新陸中2號和軍棉1號均以16.5萬株/hm2的皮棉產(chǎn)量最高。播種期對棉花生長亦有很大影響。根據(jù)20世紀80年代湖南省棉花規(guī)范化栽培研究協(xié)作組的研究結(jié)果,從4月10日到5月20日期間7個試點的播期,澧縣、大通湖、石門等地均是隨播種期推遲,產(chǎn)量迅速下降,而常德、長沙等地在4月20日左右播種可獲得最高皮棉產(chǎn)量,過早過遲均不利于高產(chǎn),認為湖南棉花高產(chǎn)栽培宜在4月15～25日播種。2.2不同密度和施k肥,對鈴數(shù)及鈴重的影響棉花的正常生長發(fā)育離不開適宜的肥水條件。根據(jù)棉花對肥料吸收利用的規(guī)律與土壤肥力狀況,確定合理的施肥量及各種肥料元素的恰當比例,保證棉花生長有足夠的營養(yǎng)。在各種肥料元素中,對棉花群體質(zhì)量影響最大的是N素,所以應(yīng)特別注意N肥的合理施用量及各生育時期的恰當比例。從高產(chǎn)群體質(zhì)量栽培角度看,要提高盛花后群體干物質(zhì)產(chǎn)量,必須在此期有足夠的養(yǎng)分供應(yīng),而在盛花前則必須控制施N水平以使至盛花時,即搭好豐產(chǎn)架子又不致于群體過大而導致群體質(zhì)量下降。陳金湘等研究結(jié)果顯示,棉株個體和群體成鈴率、成鈴數(shù)受施肥影響很大,在一定密度范圍內(nèi),N,P,K對提高成鈴率和成鈴數(shù)均有明顯影響,單位面積成鈴數(shù)隨施用量增加而增加,當達到某一水平時,再增加用量,成鈴數(shù)又減少,在密度、N素施用量一定時,適當增大花鈴肥施N比(50%～70%),可有效地提高棉株成鈴率和成鈴數(shù)。另有研究表明,增施N素,還可使鈴重增加。但若N素過多,則易導致旺長,枝葉繁茂,LAI過大,田間蔭蔽,群體光照不足,同樣使光合生產(chǎn)與積累減少而造成蕾鈴大量脫落,導致單位面積鈴數(shù)減少、鈴重減輕,且N素過多,若在雨水較多、氣溫較低的情況下,易發(fā)生葉枝和贅芽,不利于群體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。此外,還應(yīng)注意N,P,K肥平衡施用。郭承君研究表明,施K肥有利于棉花壯苗早發(fā),促進地上部生長發(fā)育,加快各生育期的進程,施K比不施K的株高、果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)、單株成鈴數(shù)等均有增加的趨勢,且脫落率明顯降低,說明施K能協(xié)調(diào)棉花營養(yǎng)生長和生殖生長的關(guān)系,對產(chǎn)量和品質(zhì)均有良好的作用,對各品質(zhì)指標形成有促進作用。棉花株型除受品種特性控制外,受栽培措施影響也很大,而株型與群體質(zhì)量和產(chǎn)量密切相關(guān)?？茖W的化學調(diào)控措施可塑造高光效株型,促進高積累。目前棉花生產(chǎn)上主要使用縮節(jié)安(DPC),其功能主要是抑制細胞伸長而不抑制細胞分裂,對主莖、果枝節(jié)間的伸長和葉面積的擴大有明顯抑制作用,有利于塑造理想株型,提高群體內(nèi)光照,改善群體光合性能,促進干物質(zhì)積累。同時,DPC又能促進根系發(fā)育,增強和延長根系活力,增加棉葉的葉綠素含量,提高葉片光合強度,延長葉片功能期,并加快光合產(chǎn)物向生長中心輸送,促進棉花產(chǎn)品器官的形成和棉鈴的良好發(fā)育,使鈴數(shù)與鈴重協(xié)調(diào)配合,實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)之目的。其具體施用量應(yīng)根據(jù)棉花群體大小、肥水情況與棉株長勢長相而定。2.3覆膜對土壤水分的影響覆膜移栽可增溫增墑促早發(fā),加快生育進程,從而延長有效開花結(jié)鈴期,使盛鈴期與高溫富照同步,增加鈴數(shù)獲得高產(chǎn)。據(jù)研究,移栽地膜棉田覆膜期間,土壤溫度比常規(guī)移栽棉田提高2～5℃,且增溫效果隨外界氣溫的升高和光照時間的延長而增大,覆膜還可使棉田耕層土壤保持適宜的土壤水分,并使耕層土壤水分的變化程度減少。據(jù)江蘇省試驗示范結(jié)果,移栽地膜棉單株成鈴增加2.5～3.0個,畝增成鈴5000～7900個,平均鈴重增0.24g,平均增產(chǎn)達18.1%。但覆膜移栽棉中期易旺長,后期易早衰,因此更應(yīng)注意化學調(diào)控與中后期的肥水管理才能達到增產(chǎn)增收的目的。另外,棉花覆膜移栽費工費時,成本增加,宜根據(jù)各地生產(chǎn)水平因地制宜。3關(guān)于棉花集體質(zhì)量的研究3.1湖南雜交棉與常規(guī)棉、雜棉的性能比較雜交棉由于其具有明顯的生長優(yōu)勢和產(chǎn)量優(yōu)勢在我國棉花生產(chǎn)中占主導地位,因而其高產(chǎn)群體質(zhì)量研究必然會成為棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培研究的重點領(lǐng)域?，F(xiàn)有資料對棉花高產(chǎn)群體質(zhì)量的研究大多以常規(guī)棉品種為試驗材料[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,22,23,24,25]。而雜交棉生育特點與常規(guī)棉有別,雜交棉較常規(guī)棉具有明顯的營養(yǎng)生長優(yōu)勢和生殖生長優(yōu)勢,表現(xiàn)為枝葉繁茂,葉片光合能力強,單株花蕾數(shù)多,宜適當稀植。目前湖南雜交棉高產(chǎn)田種植密度一般為1500～1800株/畝,單株留果枝數(shù)較多,節(jié)枝比亦較大,這與劉藝多