早熟棉品系在北疆和晋南的适应性分析

Adaptability Analysis of Early Maturing Cotton Lines Planted in Northern Xinjiang and Southern Shanxi

摘要

通过对13个品系在北疆和晋南两生态区设置2 a的鉴定试验，旨在了解早熟棉品系在北疆和晋南2种生态条件下的生长发育特性，为两地棉花品种引种试验提供参考。结果表明，13个早熟棉品系在北疆的生育期为118~128 d，在晋南的生育期为109.5~135.0 d。各品系在北疆植株较矮，果枝数平均为9.1个；在晋南表现为高大松散、晚熟，果枝数平均为13.1个；单株结铃数在晋南也比在北疆多。早熟棉品系的单铃质量和衣分在两地差异不大；产量水平在北疆高，皮棉产量为1 290.0~2 572.5 kg/hm²，在晋南皮棉产量为354~1 005 kg/hm²。各品系的纤维长度、整齐度、比强度在两地基本相当，马克隆值在北疆表现较好，为3.55~4.65，在A级范围；而在晋南为3.96~5.69，在B2级范围。各品系在北疆和晋南的适应性不同，但晋早1、晋早2、晋早8、晋早4和晋早11等5个品系在两地的适应性分析排名均排在前列，说明这5个早熟棉品系在北疆和晋南均可种植。

Abstract

In order to clarify the growth and development characteristics of early maturing cotton lines in two different ecological conditions of northern Xinjiang and southern Shanxi, in this study, identification tests of 13 early maturing cotton lines were set up in the two ecological regions for two years, providing reference for cotton variety introduction test in the two places. The results showed that the growth period of 13 early maturing cotton lines was 118-128 days in northern Xinjiang and 109.5-135 days in southern Shanxi. In northern Xinjiang, the plants of each line were shorter and the average number of fruit branches was 9.1. In the south of Shanxi, it was tall and loose, late maturing, and the average number of fruit branches was 13.1. The number of bolls per plant in southern Shanxi was also more than that in northern Xinjiang. The boll weight and lint percentage of early maturing cotton lines had little difference between the two places, the yield was high in northern Xinjiang with lint yield of 1290 to 2 572.5 kg/ha, and it was 354 to 1 005 kg/ha in southern Shanxi. The fiber length, uniformity, and specific strength of all lines were basically the same in the two places. The micronaire value was better in northern Xinjiang, ranging from 3.55 to 4.65, in the range of A level, while in southern Shanxi, it was 3.96 to 5.69, in the B2 range. The adaptability of the early maturing cotton lines in northern Xinjiang and southern Shanxi was different, but the adaptability analysis ranking of five varieties including Jinzao 1, Jinzao 2, Jinzao 8, Jinzao 4, and Jinzao 11 were at the top in the two places, indicating that these five early maturing cotton lines could be planted in both of northern Xinjiang and southern Shanxi.

关键词

早熟棉 / 生育期 / 农艺性状 / 产量 / 纤维品质 / 生态适应性

Key words

early maturing cotton / growth period / agronomic trait / yield / fiber quality / ecological adaptability

20世纪八九十年代我国在黄河流域棉区大量种植麦棉两熟的早熟棉花^[1-3]，极大缓解了当时粮棉争地的矛盾^[4]。21世纪初因粮食价格的提高^[5]以及机械化管理收获，麦后早熟棉的种植焕发了新的生机。山西农业大学棉花研究所培育的早熟棉，既解决了争地矛盾，又提高了土地利用率。后因农村劳动力短缺、劳动成本快速上涨、黄河流域植棉效益低下等多种因素影响,面积下降显著^[6]。而新疆棉区随着滴灌技术^[7]的应用和机械化管理^[8-9]水平提高，已稳步发展成为我国最大最有优势的棉区^[10-11]。北疆棉区属于西北内陆早熟棉区，气候干旱，日照充足，昼夜温差大，≥10 ℃的年积温在3 100~3 600 ℃^[12-15]，主要种植早熟棉花，生育期在120~130 d^[16]。黄河流域小麦或油菜收获后夏播的早熟棉一般生育期在105 d左右^[17]，若春播，生育期也在120 d左右^[18]。晋南夏播一般于5月下旬或6月上旬播种，棉花生长期（6—10月）≥10 ℃的积温在3 300~3 600 ℃^[19]。因两地自然生态条件完全不同、管理模式不同，早熟棉品种（系）在两地种植会有不同的表现。

为了解早熟棉品系在北疆和晋南2种不同生态条件下的生长发育特性、农艺性状、产量和棉纤维品质性状，挑选13个优良品系于2022—2023年分别在2个不同生态区设置了鉴定试验，为两地棉花品种引种试验提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试品系由山西农业大学棉花研究所提供，选取早熟、农艺性状表现较好的13个自交纯合系，命名为晋早1~13，分别在新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所和山西农业大学棉花研究所种植。在北疆外加对照新陆早61号，在晋南外加对照中棉所50号。

1.2 试验设计

试验地点分别设在新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所位于共青团农场的试验田（40°10′50″N，87°8′30″E）和山西农业大学棉花研究所的水头试验农场（35°14′23.4″N，111°6′42.1″E）。每个品系种1个小区，随机区组排列，3次重复。

共青团农场试验田土质为沙壤土，前茬棉花，春播，4月下旬播种。4行区，中间2行行距10 cm，边行与中间行行距66 cm，株距7.8 cm，行长8.8 m，小区总面积20 m²，密度为20.019株/hm²。

水头试验农场土质为褐土，前茬棉花，夏播，5月下旬播种，无地膜覆盖，4行区，行长8 m，平均行距62.5 cm，株距18 cm，小区面积20 m²，密度为9万株/hm²。

共青团农场试验田：2022—2023年播期一致，4月27日播种，5月15日定苗；5月13日和5月29日中耕2次；人工除草3次。5月11日用啶虫脒和高效氯氰菊酯防治棉蓟马和棉黑蚜，5月15日、5月30日、6月15日用阿维菌素和啶虫脒防治蚜虫和棉铃虫；6月23日喷施阿维除螨腈450 mL/hm²、甲胺基阿维菌素苯甲酸盐450 mL/hm²，防治棉铃虫和红蜘蛛；7月10日、7月23日用虱螨脲、啶虫脒、噻虫嗪防治红蜘蛛、棉铃虫及花蓟马等害虫。

共青团农场种植的棉花全生育期共滴水9次，滴水日期分别为4月27日(出苗水)、6月7日、6月15日、6月23日、7月3日、7月12日、7月21日、7月28日、8月15日，全生育期总灌水量4 650 m³/hm²，全生育期化学调控6次，时间分别为5月7日、5月27日、6月9日、6月21日、7月6日、7月20日，缩节胺用量分别为7.5、15、15、12、180、90 g/hm²；生育期施用尿素（总氮≥46.0%）420 kg/hm²，硫酸钾（K₂0≥50%）240 kg/hm²，磷酸一铵（P₂O₅≥61%）240 kg/hm²；试验地于7月5日结束打顶。9月6日喷施脱叶剂，即750 mL/hm²乙烯利+300 g/hm²瑞脱隆+1 500 mL/hm²助剂。9月25日，各品系取样，10月8日一次性收获。整个生育期气象情况见表1。

水头试验农场：2022—2023年播期一致，5月25日播种，6月1日出苗，6月15日定苗。7月30日至8月1日打顶。其他管理同当地管理模式。取样时间为9月26—27日，收获分2次：霜前（10月10—12日）和霜后（10月26—28日）。整个生育期气象情况见表2。

1.3 测定项目及方法

在北疆和晋南分别于8月下旬调查棉花株高、节位、果枝、结铃等性状，每个品系调查20株；9月下旬分别取样，每个品系采收中部50铃，获取铃质量、衣分等，并进行纤维检测；10月对每个品系进行采收，获得产量等数据。

1.4 数据分析

供试品系的农艺性状、产量性状和纤维品质通过Excel软件分析；生态适应性采用SPSS软件分析^[20-22]，对14个棉花品系（13个品系，在新疆外加对照新陆早61号，在山西外加对照中棉所50号，每个生态点共14个品系）的13个性状进行主成分分析，根据品系综合得分确定生态适应性。

2 结果与分析

2.1 早熟品系在两地的农艺性状与生育期比较

早熟棉品系在两地的生育期与农艺性状比较如表3所示。

由表3可知，在北疆，13个品系的生育期为118~128 d，平均122.8 d，相差10 d。而在晋南，生育期为109.5~135 d，平均123.7 d，相差24.5 d。品系在晋南表现高大、松散、晚熟。株高在北疆比晋南降低5.8~52.9 cm，平均降幅33 cm。第一果枝节位在晋南较高，平均为7.6台，在北疆为5.6台。果枝数在北疆平均为9.1个，而在晋南为13.1个。随着果枝数的增多，单株结铃数在晋南（10.5个）也比在北疆（8.1个）多（表3）。

2.2 早熟品系在两地的产量性状比较

2.2.1 铃质量

13个早熟品系的单铃质量在北疆平均为5.7 g，在晋南平均为5.2 g，其中，有9个品系的铃质量在北疆比晋南增加，平均铃质量提高0.5 g。

2.2.2 衣分

早熟品系的衣分在北疆平均为40.3%，在晋南平均为39.8%，北疆平均衣分比晋南提高0.5百分点，其中有10个品系的衣分在北疆比在晋南有所提高。在北疆最高衣分为43.1%，而在晋南最高衣分为43.4%。

2.2.3 皮棉产量

各品系在北疆产量水平高，皮棉产量为1 290~2 578.5 kg/hm²，平均为2 061 kg/hm²，对照新陆早61号皮棉产量为2 094 kg/hm²。该年晋南气候对棉花不利，后期雨水多，产量水平较低，皮棉产量为354~1 005 kg/hm²，平均为564 kg/hm²，对照中50皮棉产量为781.5 kg/hm²。各品系在北疆的产量都比晋南高。各品系在北疆与晋南的差值为361.5~1 972.5 kg/hm²。两地平均产量相差1 428 kg/hm²。在北疆皮棉产量最高的品系为晋早2（2 578.5 kg/hm²），较其在晋南的皮棉产量（619.5 kg）高出1 959 kg，增产316.2%。而在晋南皮棉产量最高的品系为晋早12（1 005 kg/hm²），在北疆其皮棉产量为1 384.5 kg/hm²，增产37.8%（表4）。

2.3 早熟棉品系在两地的纤维品质比较

供试品系的纤维长度、整齐度、比强度，在两地基本相当，纤维长度在晋南平均为30.25 mm，在北疆平均为29.72 mm，在晋南较北疆长0.53 mm；整齐度在北疆平均为85.25%，在晋南平均为85.48%，两地相差0.23%；比强度在北疆平均为31.7 cN/tex，在晋南平均为31.21 cN/tex，较晋南高0.49 cN/tex。

13个品系的马克隆值在3.55~4.65，平均为4.16；而在晋南为3.96~5.69，平均为4.81。在晋南较北疆平均高0.65。

按国家细绒棉分级标准^[23]，13个品系的纤维品质在北疆和晋南的平均值均为Ⅱ级，两地的品质基本一致，趋势一致。在北疆，纤维品质属于Ⅰ级的有1个、Ⅱ级9个、Ⅲ级3个。在晋南属于Ⅰ级的有1个、Ⅱ级5个、Ⅲ级6个、Ⅳ级1个（表5）。

2.4 生态适应性分析

2.4.1 14个早熟棉花品系在北疆的适应性分析

通过对14个早熟棉花品系（13个棉花品系+新疆对照新陆早61号）的生育期、株高、果枝数、始节位、单株成铃数、铃质量、衣分、籽棉产量、皮棉产量和纤维长度、整齐度、马克隆值、比强度等13个性状进行主成分分析，前6个特征根的累计百分率达到91.44%（表6），包含了13个指标的绝大部分信息，因此，选择主成分数为6，对应于这6个特征根的特征向量（表7）。

第1主成分的百分率超过30%，其中株高、始节位、皮棉产量和籽棉产量的系数明显大于其他性状指标，说明第1主成分是棉花产量及相关性状的综合反映；第2主成分的百分率为21.27%，其中纤维绒长和比强度有较大的正系数，而衣分有较大的负系数，说明第2主成分是棉花纤维品质的综合反映；第3主成分的百分率为15.82%，其中果枝数和铃质量有较大的正系数；第4主成分的百分率为11.49%，其中单株成铃数有较大的正系数，纤维整齐度有较大的负系数；第5、6主成分的百分率较小，分别为6.89%和5.69%，第5主成分中衣分有较大的正系数，是对第2主成分中衣分作用的修正。

根据主成分的定义，可以得到6个主成分得分，进而通过主成分得分与百分率得出每个棉花品系的综合得分，结果见表8。

根据综合得分可以看出，各品系在北疆的适应性依次为：晋早1、晋早2、晋早8、晋早4、晋早6、新陆早45号、晋早11、晋早10、晋早5、晋早9、晋早13、晋早7、晋早3、晋早12。有5个品系优于对照新陆早61号。

2.4.2 14个早熟棉花品系在晋南的适应性分析

通过对14个早熟棉花品系（13个棉花品系+山西对照中棉所50号）的13个性状进行主成分分析，前5个特征根的累计百分率达到92.52%（表9），包含了13个指标的绝大部分信息，因此，选择主成分数为5，对应于这5个特征根的特征向量见表10。

第1主成分的百分率为46.45%，其中衣分、皮棉产量和籽棉产量的系数明显大于其他性状指标，说明第1主成分是棉花产量的综合反映；第2主成分的百分率为16.90%，其中纤维绒长和比强度有较大的正系数，说明第2主成分是棉花纤维品质的综合反映；第3主成分的百分率为13.24%，其中纤维整齐度有较大的正系数；第4主成分的百分率为10.14%，其中纤维绒长有较大的正系数；第5主成分的百分率较小，为5.79%，其中铃质量有较大的正系数。第1主成分与第5主成分主要反映产量及其相关性状的综合表现，第2、3、4主成分主要反映纤维品质的综合表现。

根据主成分的定义，可以得到5个主成分得分，进而通过主成分得分与百分率得出每个棉花品系的综合得分，结果见表11。

根据综合得分可以看出，各品系在晋南的适应性依次为：晋早12、中50、晋早1、晋早2、晋早13、晋早8、晋早4、晋早11、晋早3、晋早9、晋早5、晋早6、晋早10、晋早7。仅有品系晋早12优于对照中50。

3 结论与讨论

本研究表明，各品系在北疆的适应性依次为：晋早1、晋早2、晋早8、晋早4、晋早6、新陆早61号、晋早11、晋早10、晋早5、晋早9、晋早13、晋早7、晋早3、晋早12，有5个品系优于对照新陆早61号。各品系在晋南的适应性依次为：晋早12、中50、晋早1、晋早2、晋早13、晋早8、晋早4、晋早11、晋早3、晋早9、晋早5、晋早6、晋早10、晋早7，仅有品系晋早12优于对照中50。尽管13个棉花品系（不包括对照）在北疆和晋南的优先顺序不同，但品系晋早1、晋早2、晋早8、晋早4和晋早11排名均在前列，说明这5个棉花品系在北疆和晋南均有较好的适应性，在两地均可种植。为下一步引种试验提供科学依据。

李红英等^[24]研究发现，棉铃期的气温是影响棉花可溶性糖转化和纤维合成的主要气象因素。唐淑荣等^[25]研究表明，≥10 ℃有效积温是影响棉花中熟品种纤维品质最主要因素，气象因子影响纤维长度和马克隆值顺序为≥10 ℃有效积温、降雨量和日照时数；影响比强度和纺纱均匀性指数的顺序为≥10 ℃有效积温、日照时数和降雨量。录亚丹等^[26]研究认为，大多数山西选育的棉花材料在北疆早熟植棉区种植后铃重和衣分增加，但纤维品质下降。李蕾等^[27]研究表明，年日照时数对棉花品质检验指标影响最大，其中气象因素对马克隆值的影响大于其他品质指标。

13个早熟棉品系在晋南和北疆的生育期、单铃质量、衣分、纤维长度、整齐度、比强度差异较小，但株型、单株结铃数、马克隆值、皮棉产量差异较大。结合前人研究表明，气温^[28-29]和日照时数^[30-31]对棉花纤维品质影响较大。纤维品质的下降将阻碍山西早熟棉花品种在新疆北疆早熟棉区的示范和推广应用。下一步在做好早熟棉品种选育的同时，要注重选择纤维品质优良的材料。

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基金资助

山西省科技合作交流专项(202104041101047)

山西农业大学育种工程项目(YZGC005)