棉花是除粮食之外最重要的农产品,长江中下游地区是我国棉花主要种植区域之一,传统的种植方式主要以麦套和麦后移栽棉为主,但这2种种植方式用工多、劳动强度大
[1-3]。近年来,为了应对农村劳动力的流失和农业生产用工成本的增加,棉花的种植模式正由育苗移栽逐步向直接播种转变
[4]。与传统麦套和麦后移栽棉以人工为主的种植模式相比,小麦后直播棉由于生育期的大幅缩短,一般选用短季棉品种,并要求棉花植株紧凑,结铃集中,便于机械化管理与采收
[5]。因此,以短季棉品种进行夏季直接播种正逐渐取代传统的育苗移栽种植方式,但生育期缩短会导致棉花的产量下降,霜前花率较低
[6]。为此,小麦后直播棉优质高产高效生产技术研究已成为棉花种植的主要目标。该种植方式与传统麦后移栽棉相比播期显著推迟,需要“以密补时”,通过增加密度来弥补生育期缩短造成的产量损失
[7-8]。因此探索适宜的化控技术来调控高密度棉田的株型,改善棉株结构对于长江中下游棉区小麦后直播棉实现集中成铃,便于机械采收,并能获得高产具有非常重要的意义。
株型的调控是棉花建立高光效群体,多结铃、结大铃,从而获得高产的关键,也是实现棉花优质生产的诊断依据
[9-10]。已有研究发现,株型是棉花适应环境表现出的形态结构,与作物生产密切相关,对提高棉花产量和纤维品质意义重大
[11-13]。在特定的环境下,合理的个体株型与群体结构是植株获得高产的重要前提,决定着植物的收获指数、产量潜力和对栽培环境的适应能力
[14]。朱兆良等
[15]研究发现,棉花的株高、主茎节间长度、果节间长度、果枝向值、叶倾角、果节数和果枝数等株型指标与其他性状如产量、品质、熟相等存在相关关系,改善株型是改善棉花产量和纤维品质的有效途径。而缩节胺是在国内外棉花生产中广泛应用的植物生长延缓剂
[16],在棉花上的直接效应为缩短主茎和果节间长度、减少主茎节数、降低植株高度、缩短果枝和营养枝长度,因而主要用于防止徒长、塑造理想株型、提高田间管理效率
[17-18]。此外,缩节胺与株行配置、肥水管理等栽培措施耦合还可以影响棉花熟期、产量和纤维品质
[19]。虽然缩节胺对株型的调控已有较多研究,但在小麦后直接播种种植方式下,通过缩节胺调控棉花株型实现集中成铃并获得高产的研究鲜见报道。本试验通过分析缩节胺运筹对小麦后直播棉成铃、产量及相关株型质量的调控效应,旨在探究小麦后直播皮棉产量1 500 kg/hm
2以上的合理群体株型及缩节胺运筹方式,以期为构建小麦后直播棉高产高效的化控技术提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验于2020和2021年在扬州大学农学院试验田进行,试验地为沙壤土。土壤理化特性2年一致,全氮1.233 g/kg、有机质19.590 g/kg、水解氮0.069 g/kg、速效磷0.036 g/kg、速效钾0.086 g/kg。供试材料为特早熟品种‘中棉425’,2年播种日期均为6月6日。试验设缩节胺用量0(A
1)、180(A
2)和360 g/hm
2(A
3)共3个水平;施用时期设盛蕾期(7月15日)+初花期(8月1日),施用比例1∶2(B
1)和盛蕾期+初花期+盛花期(8月20日),施用比例1∶2∶3(B
2)共2个运筹方式,同时设初花期喷施缩节胺120 g/hm
2(常规施用方式)为对照(CK)(
表1),2年试验喷施时间相同。采用随机区组试验设计,共6个处理(
表1),3次重复,18个小区。种植密度135 000 株/hm
2,小区为5行区,株距10.93 cm,行距0.81 m,东西向长5.00 m,南北向长4.05 m,面积为20.25 m
2。氮肥(纯氮)施用量为120 kg/hm
2,分别播前作基肥(40%)、开花期作花铃肥(60%);磷肥(P
2O
5)施用量为60 kg/hm
2,钾肥(K
2O)施用量为120 kg/hm
2,分别于播前作基肥和开花期作花铃肥(各50%)。其他管理措施与当地高产棉相同。
1.2 测定内容
1.2.1 成铃数和成铃强度调查
2年均于8月15日、8月30日、9月20日调查棉株铃数并计算成铃强度。8月15—30日形成的棉铃为早秋桃、成铃强度为不同阶段铃数的增长量与经历时间的比值。
1.2.2 株型调查
2年均于7月30日、8月15日、8月30日、9月20日在各小区取代表性棉株10株,用美国LI-COR公司生产的LAI-2000植物冠层分析仪测定叶倾角,并于9月25日在各小区取代表性棉株10株,调查最终株高、主茎节间长度、果节间长度、果枝向值、节枝比。株高、主茎节间长度和果节间长度的测定用刻度尺;果枝向值
[20](FBOV)计算公式为:
FBOV =
式中:A为仰角,果枝平直部分与水平面的夹角,°;Lf为果枝长度,cm;Ls为果枝基部至顶端的直线距离,cm。节枝比:棉株的果节数与果枝数之比。
1.2.3 产量测定
2年均于11月2日在各小区取中间3行,收取全部吐絮棉铃,晒干后测定籽棉产量并轧花,测定皮棉产量并计算衣分。
1.2.4 数据分析
试验采用Excel 2016、SPSS 25.0等软件系统进行数据整理、统计分析并作图。
2 结果与分析
2.1 缩节胺运筹对小麦后直播棉成铃数、成铃强度和皮棉产量的影响
由
表2可知,随着生育进程,各处理的成铃数均呈现逐渐增加的趋势。2种缩节胺施用方式(B)下,A
2的成铃数均为最多,显著高于A
1和A
3;3种缩节胺用量(A)条件下,B
2相较于B
1均更有利于成铃数增加。处理组合间相比,A
2B
1和A
2B
2的成铃数均较高,2020和2021年,A
2B
1的成铃数相较CK分别升高21.8%和28.0%(
P<0.05),A
2B
2则相较CK分别升高25.8%和17.4%(
P<0.05)。8月15—30日,3种缩节胺用量(A)条件下,B
1的成铃强度均为最高,有利于小麦后直播棉早秋桃的形成;8月30—9月20日,2种缩节胺施用方式(B)下,A
2的成铃强度相较于A
1和A
3更高。处理组合间相比,A
2B
1和A
2B
2的成铃强度均较高,2020和2021年的8月30—9月20日,A
2B
1的成铃强度相较CK分别升高13.3%和75.0%(
P<0.05),A
2B
2则相较CK分别升高20.0%和10.8%(
P<0.05)。与CK相比,各处理均可显著提高皮棉产量。2种缩节胺施用方式(B)下,皮棉产量随缩节胺施用量的增加呈先升高后下降趋势;3种缩节胺用量(A)条件下,B
1和B
2对皮棉产量的影响差异不显著。处理组合间相比,皮棉产量均表现为A
2B
1和A
2B
2显著高于其他处理(
P<0.05);2020和2021年A
2B
1的皮棉产量分别达到1 628.04和2 085.02 kg/hm
2,相较于CK分别升高4.9%和14.1%(
P<0.05);A
2B
2分别达到1 553.97和1 999.97 kg/hm
2,比CK分别升高6.4%和11.0%(
P<0.05)。
方差分析结果表明,缩节胺用量(A)、施用方式(B)和互作效应(A×B)对成铃数、成铃强度和皮棉产量的影响均达显著或极显著水平,说明于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm2(A2B1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm2(A2B2)均可显著增加小麦后直播棉的成铃数和成铃强度,并可显著提高皮棉产量。
2.2 缩节胺运筹对小麦后直播棉株型质量的影响
2.2.1 对株高的影响
由
图1可知,2种缩节胺施用方式(B)下,A
3的最终株高均较高;3种缩节胺用量(A)条件下,B
1和B
2对最终株高的影响差异不显著。处理组合间相比,A
1的株高最高。与CK相比,皮棉产量高的A
2B
1于2020和2021年株高分别下降19.6%和17.3%,A
2B
2分别下降22.7%和22.1%(
P<0.05)。综上,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)可使棉株保持适宜的株高(60.6~78.9 cm),合理利用纵向空间,从而有利于高产株型的形成。
2.2.2 对主茎节间长度的影响
由
图2可知,各处理棉花主茎节间长度均呈现中下部长,上部短的特征。2种缩节胺施用方式(B)下,A
2的主茎节间均较长;3种缩节胺用量(A)条件下,B
2相较于B
1更有利于主茎节间伸长。处理组合间相比,皮棉产量高的A
2B
1和A
2B
2主茎节间长度适中,介于CK和A
3之间,2020年A
2B
1的中部主茎节间长度相较于A
3B
1升高37.8%,相较于CK降低23.9%,A
2B
2则相较于A
3B
2升高22.4%,相较于CK降低10.4%(
P<0.05)。综上,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)可使棉株保持适宜的主茎节间长度(4.2~6.0 cm),合理利用纵向空间,从而有利于高产株型的形成。
2.2.3 对果节间长度的影响
由
图3可知,各处理棉花果节间长度均随部位的上升呈现逐渐变短的趋势。2种缩节胺施用方式(B)下,A
2的果节间均较长;3种缩节胺用量(A)条件下,B
1和B
2的果节间长度均无显著差异。处理组合间相比,皮棉产量高的A
2B
1和A
2B
2果节间长度适中,介于CK和A
3之间,2020年A
2B
1的中部果节间长度相较于A
3B
1升高53.5%,相较于CK降低10.3%;A
2B
2则相较A
3B
2升高36.4%,相较于CK降低9.9%(
P<0.05)。综上,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)可使棉株保持适宜的果节间长度(3.9~6.3 cm),每个果节能充分利用横向空间,从而有利于高产株型的形成。
2.2.4 对果枝向值的影响
由
图4可知,除A
1外,其他处理的果枝向值均随部位的上升而增加。2种缩节胺施用方式(B)下,A
2的果枝向值均为最高;3种缩节胺用量(A)条件下,B
1和B
2对果枝向值的影响差异不显著。处理组合间相比,皮棉产量高的A
2B
1和A
2B
2果枝向值显著高于其他处理,2020和2021年,A
2B
1的中部果枝向值相较CK分别升高30.4%和15.4%,A
2B
2则相较CK分别升高22.1%和19.1%(
P<0.05)。综上,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)可使棉株保持较高的果枝向值(36.4~40.8),促使果枝直立,改善棉株内通风透光环境,从而有利于高产株型的形成。
2.2.5 对叶倾角的影响
由
表3可知,各处理的叶倾角均随着生育进程的推进逐渐减小。2种缩节胺施用方式(B)下,8月15日后A
2的叶倾角均随缩节胺用量的增加而减少,且差异显著;3种缩节胺用量(A)条件下,B
1和B
2对叶倾角的影响差异不显著。与CK相比,皮棉产量高的A
2B
1和A
2B
2叶倾角也较大,2020和2021年9月20日,A
2B
1的叶倾角相较于CK升高12.3%和18.4%,A
2B
2则相较CK分别升高14.7%和20.3%(
P<0.05)。综上,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)可使棉株保持较高的叶倾角(45.0~46.7 °),促使叶片保持直立,改善棉株冠层的光照状况,从而有利于高产株型的形成。
2.2.6 对节枝比的影响
由
图5可知,2种缩节胺施用方式(B)下,A
2的节枝比均为最高;3种缩节胺用量(A)条件下,B
1和B
2对节枝比的影响差异不显著。处理组合间相比,皮棉产量高的A
2B
1和A
2B
2节枝比也显著高于其他处理(
P<0.05),2020和2021年,A
2B
1的节枝比相较CK分别升高13.1%和27.4%,A
2B
2则升高26.9%和26.3%(
P<0.05)。综上,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)可使棉株保持较高的节枝比(3.1~3.6),促进棉株的横向生长,从而有利于高产株型的形成。
2.3 缩节胺运筹下株型质量与皮棉产量的关系
由
图6可知,当主茎节间长度保持在4.2~6.0 cm,果节间长度保持在3.9~6.3 cm时,皮棉产量可达到1 500 kg/hm
2,说明主茎节间长度、果节间长度保持在上述范围内有利于促进产量的提高。果枝向值、叶倾角和节枝比则与皮棉产量呈显著或极显著的正相关关系,当果枝向值达到36.4~40.8,叶倾角达到45.0~46.7 °,节枝比达到3.1~3.6时,皮棉产量可达到1 500 kg/hm
2,说明提高果枝向值、叶倾角和节枝比有利于获得高产(
图7)。综上,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)均有利于高产形成。
2.4 缩节胺运筹对棉花产量及其构成因素的影响
由
表4可知,2020和2021年不同处理间籽棉产量差异显著,缩节胺化控处理的籽棉产量均高于不化控的A
1。2种缩节胺施用方式(B)下,籽棉产量均随着缩节胺施用量的增加先升高后下降;3种缩节胺用量(A)条件下,B
1和B
2对籽棉产量的影响差异不显著。处理组合间相比,2年均表现为A
2B
1和A
2B
2的籽棉产量较高,其中A
2B
1的籽棉产量在2020和2021年分别达到4 427.31和5 849.75 kg/hm
2,相较CK分别升高4.9%和14.0%,A
2B
2则分别比CK升高6.4%和11.0%(
P<0.05)。
产量构成因素方面,不同处理间单株成铃数差异显著,2年试验缩节胺化控处理都显著高于不化控的A1。2种缩节胺施用方式(B)下,单株成铃数均随着缩节胺施用量的增加先升高后下降;3种缩节胺用量(A)条件下,B1和B2对单株成铃数的影响差异不显著。处理组合间相比,A2B1和A2B2的2年成铃数均较高。与CK相比,2020和2021年A2B1的成铃数都升高30.0%,A2B2分别升高17.8%和23.7%(P<0.05)。2年试验各处理的单铃重同样表现出显著差异。2种缩节胺施用方式(B)下,单铃重随着缩节胺施用量的增加先升高后下降。2020和2021年A2B1的单铃重均为最高,相较A1分别升高26.0%和3.9%(P<0.05)。衣分差异不显著(P<0.05)。说明缩节胺的施用量和施用方式对于产量的影响主要由成铃数和单铃重共同决定,而缩节胺施用量及施用方式的不同对于衣分的影响不显著。
方差分析结果表明,缩节胺用量(A)、施用方式(B)和互作效应(A×B)对单株铃数、单铃重和籽棉产量的影响均达显著或极显著水平,说明于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm2(A2B1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm2(A2B2)均可显著增加小麦后直播棉的铃数和铃重,并可显著提高籽棉产量。
3 讨 论
3.1 缩节胺合理运筹有利于小麦后直播棉提高产量并集中成铃
集中成铃是棉花机械化采收的基础
[21]。棉花具有无限生长性,传统的春播或间套种棉花采用缩节胺化控(105~150 g/hm
2)可以提高上、中、下和内、外围铃数和铃重,从而提高产量
[22]。缩节胺还可以通过调节棉株主茎及果枝长短,达到改善田间群体结构与棉田小气候的目的
[23]。不同时期喷施缩节胺可以控制不同部位果枝的长度,对其各个节间的影响程度也不一样,这是优化棉铃时空分布的重要环节
[24]。本研究结果表明,小麦后直播棉生育期大幅缩短条件下,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)均能显著提高产量,可达到1 500~1 950 kg/hm
2,相较于初花期施用缩节胺120 g/hm
2(CK)升高4.9%~14.0%(
P<0.05)。进一步分析成铃强度发现,7月30—8月30日特别是8月15日前果节的大量形成,8月15—9月20日特别是8月30日前棉铃的快速形成是达到集中成铃的主要原因。由此可见,随着种植方式和品种的改变,缩节胺运筹也需要相应的变化。此外,随着机采要求,集中成铃已成为缩节胺化控的重要目标。本研究合理的缩节胺运筹方式可使小麦后直播棉同时实现高产和集中成铃的目的。
3.2 缩节胺合理运筹有利于小麦后直播棉构建高效株型
已有关于缩节胺对棉花株型的调控的研究较多,但主要集中在中熟品种
[25-26]和春播棉花
[27],符合高产要求的株型应为宝塔型或圆筒型
[28]。蕾期和盛花期应用缩节胺可以影响棉株上、中、下大部分果枝的节间长度;初花期前后应用可以影响中部以上的大部分果枝及下部果枝的外围果节;盛花期应用则只能影响上部果枝外围果节
[29-31]。缩节胺应用在麦后直播棉中可以控制棉株株高、减缓果枝伸长,使植株变得紧凑,当株高控制在75 cm左右,果枝长度在20 cm左右,单株果枝达到9~10个,可塑造合理的株型
[32]。本研究结果表明,小麦后直接播种种植方式下,于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm
2(A
2B
2)可构建株高范围在60.63~77.80 cm、主茎节间长度在4.2~6.0 cm、果节间长度在3.9~6.3 cm、果枝向值为36.4~40.8、叶倾角为45.0~46.7 °、节枝比为3.1~3.6的棉株高效株型,有利于实现集中成铃,便于机械采收,并能获得高产。后续试验可增加缩节胺施用方式与不同密度处理,以便进一步确定小麦后直播棉产量和成铃的潜力。
4 结 论
于盛蕾期+初花期施用缩节胺180 g/hm2(A2B1)或盛蕾期+初花期+盛花期施用缩节胺180 g/hm2(A2B2)对小麦后直播棉的株型、成铃、产量均有显著影响(P<0.05),可构建株高范围在60.63~77.80 cm、主茎节间长度在4.2~6.0 cm、果节间长度在3.9~6.3 cm、果枝向值为36.4~40.8、叶倾角为45.0~46.7 °、节枝比为3.1~3.6的小麦后直播棉高效株型,有利于长江中下游棉区达到小麦后直播皮棉产量1 500 kg/hm2以上水平并实现集中成铃,便于机械采收,并能获得高产。
国家自然科学基金(31901462)