无膜短季棉生长发育和产量品质形成的特点研究

【作者】 祁杰； 代建龙； 孙学振； 董合忠；

【机构】 山东棉花研究中心； 山东农业大学农学院；

【摘要】 黄河流域棉区植棉通常采用早春（4月中下旬）播种、地膜覆盖、精细管理、人工多次收花的栽培和管理模式。但近年来,随着经济社会发展和农村劳动力减少、用工成本增加,这一传统栽培模式表现出用工多、投入大、集中收获难,且残膜污染严重等弊端。短季棉是一类生育期短、生长发育快、株型紧凑、开花结铃集中、晚播早熟的棉花品种。中低产田晚播覆膜种植短季棉不仅能有效缓解烂铃多、结铃分散、难以集中收获等难题,而且还能减少农药、化肥和用工投入,获得较高的经济效益。然而,传统短季棉晚播种植仍采用地膜覆盖,残膜污染依然存在。为探究晚播短季棉无膜栽培的可行性,选用山东主栽品种春棉K836和短季棉鲁棉532为材料,于2017—2020年在山东棉花研究中心试验站（临清）设置春棉K836盖膜（FCM）和无膜（FC）栽培（4月20日播种）、短季棉鲁棉532盖膜（SCM）和无膜（SC）栽培（5月20日播种）共4个处理,随机区组设计。研究不同栽培模式对棉花产量、产量构成因素、投入产出值、早熟性、开花和结铃动态的影响,以及晚播短季棉主茎功能叶衰老的特性。结果表明,FCM比FC的籽棉产量和总铃数分别增加19.3%和17.2%,早熟性（前2次收获籽棉占总收获量的比）提高41.8%,铃重没有显著差异;SCM与SC的籽棉产量相当,两者之间的铃数、铃重和早熟性均没有显著差异。但SC比FCM减产17.5%,铃数和铃重分别低6.8%和11.4%。因此,FCM的总产值比SCM和SC分别增加21.9%和22.3%,不过其投入成本分别增加19.7%和21.0%,其净收益与SCM相当,比SC减少13.0%。也就是说由于省工和节约物化成本较多,SC的净效益比FCM和SCM分别增加15.0%和11.8%。比较覆膜和无膜栽培条件下的纤维长度、断裂比强度、马克隆值发现,不同种植模式对同一品种的纤维品质均没有显著影响。尽管与早播覆膜春棉相比,晚播无膜短季棉产量降低,但由于晚播无膜短季棉投入成本特别是劳动力的投入成本减少,所以净效益增加。对不同栽培模式下棉花花芽分化相关内源激素含量的测定发现:在第2片真叶展开时,FCM、FC、SCM、SC主茎顶尖赤霉素（GA₃）含量分别为5.91、5.55、6.96和9.75 ng·g^-1,双氢玉米素（DHZR）的含量分别为6.86、6.92、7.44和9.23 ng·g^-1,异戊烯基酰胺（IPA）的含量分别为8.75、8.91、14.70和13.56 ng·g^-1;在第4片真叶出现时,GA₃含量分别为7.42、7.22、5.01和5.74 ng·g^-1,DHZR的含量分别为8.99、9.04、5.77和5.19 ng·g^-1,IPA的含量分别为11.88、12.30、10.67和10.13 ng·g^-1。不论是否盖膜,短季棉花芽分化相关内源激素含量均在第2片真叶展开时较高,而春棉则在第4片真叶展开时花芽分化相关内源激素含量较高。因此,相关内源激素含量高峰出现早是短季棉花芽较早分化的原因,也是短季棉早熟性的重要机制之一。春棉覆膜促进早开花,见花期和开花高峰期均提前1周左右,比短季棉也提前1～2周。短季棉覆膜与不覆膜的开花高峰期基本相同,但覆膜比不覆膜的峰值高,且达到高峰之后,覆膜短季棉的开花速率迅速下降,而无膜短季棉则缓慢下降。在开花高峰期前后覆膜和无膜短季棉日均开花14.5朵·m^-2和11.7朵·m^-2,比覆膜春棉(9.6朵·m^-2)高51%和21.9%。此外,覆膜和无膜短季棉前4周的开花数分别比春棉增加32.4%和20.9%。覆膜和无膜春棉前4周开花结铃形成的产量占总产量的79.2%和70.4%;覆膜和无膜短季棉前4周开花的产量贡献率高达97.1%和93%。覆膜和无膜短季棉前8个果枝的结铃数比覆膜春棉增加了26.9%和25.9%,前8个果枝的结铃数占总果枝铃比例比覆膜春棉增加了22.5%和23.0%;第1～2个果节所结铃数比覆膜春棉增加了45.1%和49%,第1～2个果节所结铃数占总果节铃的比例比覆膜春棉增加了62.2%和62.6%。在棉铃开始吐絮到吐絮后42 d的这段时间内,覆膜和无膜短季棉的吐絮率比覆膜春棉增加了19.9%和22.3%。由此可见,晚播无膜短季棉比早播覆膜春棉早熟,这与其较高的开花速率、更快的结铃模式和更为集中的吐絮速率相关。对于短季棉,随着播后时间的推进,SCM和SC的叶面积载铃量逐渐增加。在播后81和95 d,SCM比SC的叶面积载铃量分别高47.7%和9.6%。且测定不同时期收获的短季棉的铃重发现,2种模式下早期铃的铃重相当,中期SCM铃重比SC高6.0%,而后期则相反,SC比SCM的铃重增加8.1%。生育后期（始絮期）无膜短季棉主茎功能叶净光合速率（P_n）、叶绿素含量分别比覆膜短季棉提高26.7%和65.7%,而丙二醛（MDA）含量和过氧化氢（H₂O₂）含量则分别降低20.9%和18.9%;RUBP羧化酶活性增加108.3%,碳氮比增加6.1%,可溶性蛋白含量和氨基酸含量分别增加33.6%和35.9%,而可溶性糖含量则降低28.5%。地膜覆盖还显著影响相关激素含量。其中,在始絮期,SC的脱落酸（ABA）含量、水杨酸（SA）含量和茉莉酸甲酯（JA-Me）含量分别降低20.8%、43.3%和14.2%,而细胞分裂素（ZR+DHZR）含量增加75.5%。另外,在始絮期,与SCM相比,SC的主茎功能叶中叶绿素合成相关基因GhLHCB和ABA降解相关基因CYPA707A4均上调表达。与SCM相比,SC主茎功能叶中GhLHCB表达量上调4.1倍,CYPA707A4表达量上调2.1倍;而ABA合成相关基因GhNCED和JA合成相关基因GhAOC3、GhLOX3、GhAOS6均下调表达。与SCM相比,SC主茎功能叶中GhNCED2、GhNCED3、GhNCED5、GhNCED9的表达量分别降低32.3%、18.6%、65.2%、61.2%,GhAOC3、GhLOX3、GhAOS6的表达量分别降低38%、36.9%、18.7%。综上,与覆膜短季棉相比,无膜短季棉减少了叶面积载铃量,延缓了叶片衰老,最终增加了生育后期的铃重,因此可产出与之相当的籽棉产量和更高的经济效益。在生育后期,覆膜短季棉和无膜短季棉的光合和激素代谢相关基因的差异表达,是导致叶绿素含量和光合速率差异、ABA和细胞分裂素等内源激素含量和碳氮代谢差异的主要原因,也是两者衰老差异的主要原因。此外,与早播覆膜春棉相比,晚播无膜短季棉展示出较好的早熟性,这不仅与其花芽分化早这一特性相关,也与其较快的开花结铃模式和更为集中的吐絮速率相关。而且无膜短季棉避免了残膜污染,有益于黄河流域棉区特色经济作物的可持续发展。更多还原