不同时期遮光对黄河流域棉花产量及其构成因素的影响

贾文华1,2, 都高强1, 刘伟1, 马宗斌1

【作者机构】 1河南农业大学农学院; 2河南省种业发展中心
【分 类 号】 S562
【基    金】 河南省科技攻关项目(222102110435) 河南省现代农业产业技术体系建设专项资金项目(S2013-07-G04)
全文 文内图表 参考文献 出版信息
不同时期遮光对黄河流域棉花产量及其构成因素的影响

不同时期遮光对黄河流域棉花产量及其构成因素的影响

贾文华1,2,都高强1,刘伟1,马宗斌1

(1.河南农业大学农学院,河南 郑州 450046;2.河南省种业发展中心,河南 郑州 450046)

摘要: 【目的】探讨黄河流域棉区不同时期遮光对棉花生育和产量的效应。【方法】2020—2021年在中牟县黄河滩区,采用随机区组设计,在棉花初花期、盛铃期、初絮期和初花期+盛铃期+初絮期(3个时期)进行遮光处理,以不遮光为对照(CK)。遮光度为78%,单次遮光15 d。研究了不同时期遮光对棉花主要农艺性状和产量及其构成因素的影响。【结果】与CK相比,不同时期遮光均显著降低了花铃期叶片SPAD值。其中,3个时期遮光对叶片SPAD值影响最大,初花期和盛铃期遮光居中,初絮期遮光较小;不同时期遮光的棉株总干物质和蕾铃干物质质量均显著降低,但对叶片干物质质量影响较小。其中,3个时期和盛铃期遮光影响较大,初花期和初絮期遮光影响较小;初花期和3个时期遮光处理的“四桃”均减少,盛铃期遮光的优质铃减少37.48%。初花期和3个时期遮光的6~10果枝成铃所占比例增加,盛铃期和初絮期遮光表现相反。但不同时期遮光对棉株不同果节成铃所占比例影响不显著;不同时期遮光处理的总成铃数减少12.09%~35.71%,单铃质量降低4.86%~23.59%,初花期、盛铃期、初絮期和3个时期遮光的皮棉产量比CK分别降低30.86%、34.44%、18.77%和51.57%,且差异均达到显著水平。【结论】不同处理产量由高到低依次为CK、初絮期遮光、初花期遮光、盛铃期遮光和3个时期遮光。遮光减产的主要原因是棉花叶片SPAD值、总干物质和蕾铃干物质质量下降,优质铃减少,单铃质量下降。

关键词:棉花;遮光时期;叶片SPAD 值;干物质质量;成铃分布;产量

棉花是典型的喜温好光作物,光照是影响棉花产量和品质的重要因素[1-2]。目前,棉花生产中采用 的 果树 与 棉花 间 作[3]、棉 麦 两 熟[4]、合 理 增密[5-6],以及气候变化[7-8]造成生长季阴雨天气增多等,均会影响棉花生育期的光照条件。有关弱光对棉花生育期影响的研究均是采用遮光来进行,但大部分是在某个生育时期采用遮光及不同遮光度来进行。苗期遮光可以模拟棉麦两熟共生期小麦对棉花的遮光,结果表明,遮光对棉苗茎叶结构和功能叶光合性能[4]、叶绿素荧光特征[9-10]及产量与品质[11]均有不利的影响。棉花花铃期遮光研究较多,结果发现,遮光抑制了叶片光合作用,减少干物质积累[12-13],降低结铃数和单铃质量进而降低产量,并随着遮光强度的增加影响加深[13-16]。也有研究表明,单株结铃数、籽棉和皮棉产量受光强的影响大,单铃质量受光强的影响小[3]。但在棉花育苗移栽时,缓苗期遮光能降低叶片可溶性糖含量,提高淀粉含量,进而增加株高、单株叶面积和干物质质量,反而促进棉苗生长[17]

据报道,在巴西热带和亚热带大田条件下,棉花在现蕾、开花、盛花和初絮期分别遮光,导致叶片净光合速率、单铃质量和产量下降[7]。在黄河流域棉区,过去雨季主要集中在7—8月,因此,有关弱光胁迫对棉花生育影响的研究主要在花铃期。随着全球气候变暖,阴雨寡照天气时常提早或延后,仅2010—2017年,河南就有3 a的秋季出现连阴雨天气[18],但目前不同时期遮光对棉花产量的影响鲜见报道。本试验拟在黄河流域棉区,设置不同时期遮光处理,探讨其对棉花生长发育和产量的影响,以期为弱光胁迫条件下棉花栽培管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2020—2021年在郑州市中牟县黄河滩区进行。试验地前茬为棉花,一年一熟种植。土壤为沙壤土,土壤有机质、全氮质量分数分别为12.19和0.809 g·kg -1,碱解氮、速效磷和速效钾质量分数分别为75.02、18.31和120.5 mg·kg -1,pH值为7.9。供试品种为‘中棉所100’,由河南省种业发展中心提供。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计,3次重复。设4个不同时期遮光处理,遮光时间分别为初花期、盛铃期、初絮期、初花期+盛铃期+初絮期全部3个时期,单次遮光15 d,以不遮光处理为对照(CK)。共计15个小区,小区长6 m,宽为4 m。采用聚酯黑色遮阳网单层遮光,遮阳网离地面高1.7 m,不影响棉花正常通风和生长。在晴天多次使用德国Testo手持式照度计(德图集团)测量遮阳网内外光照度,计算平均遮光率为78%,与刘贤赵等[19]采用的75%遮光率相近。

4月18日 耕 地 后,撒 入 复 合 肥(m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶15)400 kg·hm-2作底肥,随后耙地。4月23日播种,单行地膜覆盖,行距1.0 m,株距0.19 m,播种密度为52 500株·hm-2。7月10日沟施复合肥(m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶15)375 kg·hm-2作花铃肥。其余田间管理按当地中高产田进行。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 叶片SPAD值 每个小区选取中间2行具有代表性的棉花15株,分别于7月15日、8月15日和9月15日,使用日本Minolta生产的便捷式SPAD-502型叶绿素仪,测定棉花叶片的SPAD值。打顶前测棉花主茎的倒4叶,打顶后测棉花主茎的倒1叶。3次重复。

1.3.2 器官干物质质量 于9月15日,每个小区选取中间两行有代表性的棉花3株,从主茎的子叶节处截取,分成叶片、茎枝、蕾铃(含吐絮铃和成铃、幼铃和蕾等生殖器官),于105 ℃烘箱杀青30 min,再调至75 ℃烘至质量恒定,分别称量干质量。3次重复。

1.3.3 成铃时间和空间分布 分别于7月15日、8月15日、8月25日和9月15日调查棉花伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃。每小区选择中间两行有代表性的棉花调查20株,3次重复。

于10月中旬,每小区选择中间两行有代表性的棉花10株,调查成铃的模式株图。计算棉铃的纵向(1~5果枝、6~10果枝和11及以上果枝)分布和成铃的横向(1~2果节、3~4果节和5及以上果节)分布。

10月25日以前所收籽棉(包括僵瓣)为霜前籽棉,10月25日—11月10日所收籽棉为霜后籽棉,计算霜前花率。

1.3.4 产量及其构成因素 于9月15日,每个小区选择中间两行连续30株,调查单株成铃数和幼铃数;每小区连续定10株,分批收获全部吐絮铃,晒干后称量计算单铃质量,再轧花测算衣分,并计算单位面积籽棉产量和皮棉产量,如式(1)—(2)所示。

1.4 数据统计和分析

使用SPSS 13.0软件进行数据统计分析,Duncan法比较各处理间差异的显著性。

2 结果与分析

2.1 不同时期遮光对棉花叶片SPAD 值的影响

叶片SPAD值与叶绿素含量呈显著正相关关系。由表1可知,2 a的结果平均表现为7月15日和8月15日全部遮光处理的叶片SPAD值均低于CK处理;至9月15日时,初絮期和3个时期遮光的叶片SPAD值高于CK,初花期和盛铃期遮光与CK的接近。其中2021年,7月15日调查,初花期和3个时期遮光的叶片SPAD值显著低于CK及盛铃期和初絮期遮光;8月15日调查,初花期、盛铃期和3个时期遮光的叶片SPAD值显著低于CK和初絮期遮光,且3个时期遮光处理显著低于初花期和盛铃期遮光;至9月15日,全部遮光处理与CK的叶片SPAD值差异均不显著。总体来看,3个时期遮光对叶片SPAD值影响最大,初花期和盛铃期遮光次之,初絮期遮光影响较小。

表1 不同时期遮光对棉花叶片SPAD 值的影响
Table 1 Effect of shading in different stages on SPAD value of cotton leaves

注:同列小写字母不同表示处理间在统计学意义上差异显著(p<0.05)。下同。
Note:Different lowercase letters in the same column indicate significantly different (p<0.05).The same as below.

遮光时期Shading stages初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading (CK)2020 2021 9 月15 日48.26 a 47.51 a 48.31 a 48.99 a 48.27 a 7 月15 日46.71 bc 47.82 ab 47.13 ab 46.42 bc 49.42 a 8 月15 日49.53 b 49.23 b 51.36 ab 46.73 c 52.40 a 9 月15 日45.01 b 44.41 b 49.28 a 47.70 a 44.42 b 7 月15 日45.03 b 47.68 a 47.15 a 44.94 b 48.92 a 8 月15 日51.04 b 48.93 b 52.95 a 47.47 c 53.06 a

2.2 不同时期遮光对棉花器官干物质质量和分配比例的影响

表2 数据2年平均,与CK相比,全部遮光处理的茎枝、叶片和蕾铃干物质质量均下降,全部遮光处理的茎枝和叶片干物质质量占总干物质质量的比例均上升,但蕾铃干物质质量占总干物质质量的比例均下降。经方差分析,2021年,与CK相比,全部遮光处理的茎枝和蕾铃干物质质量差异均达到显著水平,但全部遮光处理的叶片干物质质量差异不显著,且3个时期遮光的蕾铃干物质质量也显著低于初花期、盛铃期和初絮期遮光处理。盛铃期和3个时期遮光处理的茎枝干物质质量占总干物质质量的比例显著下降;3个时期遮光的叶片干物质质量占总干物质质量的比例显著高于其余4个处理,说明遮光时间长反而有利于干物质分配至叶片中;盛铃期和3个时期遮光的蕾铃干物质质量占总干物质质量的比例显著低于CK。

表2 不同时期遮光对棉花器官干物质积累及分配的影响
Table 2 Effect of shading in different stages on dry matter accumulation and its distribution ratio to different cotton organs

注:同年同列小写字母不同表示处理间差异显著(p<0.05)。下同。
Note:Different lowercase letters in the same year and same column indicate significantly different (p<0.05).The same as below.

遮光时期Shading stages茎枝Stem and branch干物质质量/(g·株-1)Dry matter weight 286.66 b分配比例/%Distribution ratio 47.14 bc叶片Leaf干物质质量/(g·株-1)Dry matter weight 95.97 a分配比例/%Distribution ratio 15.95 bc蕾铃Bud and boll干物质质量/(g·株-1)Dry matter weight 220.69 b分配比例 /%Distribution ratio 36.89 a 78.38 a 238.43 b 20.32 ab 74.26 c 61.89 a 17.75 b 2020 43.72 bc 83.41 a 218.03 b 16.75 bc 203.09 b 39.51 a 185.57 b 53.25 ab 85.79 c 22.65 b 87.95 a 24.09 a 39.88 c 331.41 a 110.61 a 13.31 c 388.82 a 46.79 a 299.31 b 48.28 b初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading (CK)初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading (CK)89.46 a 14.41 b 231.64 b 37.32 a 247.74 b 59.05 a 70.25 a 16.77 b 101.32 b 24.18 b 2021 230.64 b 44.36 b 78.36 a 15.08 b 210.74 b 40.56 a 212.51 b 53.87 a 86.81 a 21.97 a 95.45 c 24.16 b 41.27 a 335.62 a 43.13 b 121.34 a 15.59 b 321.21 a

2.3 不同时期遮光对棉花成铃时空分布的影响

2.3.1 对棉花成铃时间分布的影响 棉花“四桃”反映了成铃的时间分布状况,一般将伏桃和早秋桃称为优质铃。由表3可知,与CK相比,2年平均,初花期和3个时期遮光处理的“四桃”均减少,盛铃期遮光的伏桃+早秋桃减少37.48%,初絮期遮光的晚秋桃减少26.91%,全部遮光处理的霜前花率下降4.02%~15.92%,导致棉花晚熟。不同遮光处理相比,3个时期遮光的伏前桃、伏桃+早秋桃、晚秋桃最少,霜前花率最低,初絮期遮光表现较好,初花期、盛铃期遮光居中。方差分析表明,2021年,与CK相比,初花期和3个时期遮光的伏前桃数显著减少,初花期、盛铃期和3个时期遮光的优质铃数量比CK和初絮期遮光的显著减少,且3个时期遮光的优质铃显著低于初花期和盛铃期遮光;但全部遮光处理对晚秋桃影响不显著;3个时期遮光的霜前花率显著低于CK。

表3 不同时期遮光对棉花成铃时间分布的影响
Table 3 Effect of shading in different stages on temporal distribution of cotton boll setting

遮光时期Shading stages霜前花率/ %Ratio of pre-forest yield伏前桃/(boll·株-1)Pre-summer boll 1.16 ab伏桃+早秋桃/(boll·株-1)Summer and early-autumn boll 6.91 b 初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading(CK)初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading(CK)晚秋桃/(boll·株-1)Late-autumn boll 2.26 b 77.55 ab 1.47 a 4.89 c 6.27 a 76.90 ab 2020 1.25 ab 9.54 a 2.59 b 79.86 ab 1.07 b 4.07 c 1.66 c 71.54 b 1.30 ab 9.37 a 3.47 b 81.56 a 1.33 b 7.13 b 2.39 a 70.05 ab 3.80 a 7.67 b 2.26 a 70.43 ab 2021 3.33 a 10.73 a 2.00 a 75.89 ab 1.46 b 4.20 c 2.33 a 64.91 b 3.60 a 10.72 a 2.81 a 80.71 a

2.3.2 对棉花成铃纵向分布的影响 从表4可知,与CK相比,2年平均,初花期和3个时期遮光的棉株1~5果枝成铃占比分别下降7.07%和4.31%;盛铃期遮光的6~10果枝成铃所占比例减少15.79%;初花期、初絮期和3个时期的11及以上果枝成铃所占比例均有所降低。经方差分析,2021年,与CK相比,全部遮光处理的1~5果枝成铃所占比例差异均不显著;初花期遮光的6~10果枝成铃所占比例增加显著,而盛铃期遮光则显著降低;盛铃期遮光的11及以上果枝成铃所占比例增加显著,说明盛铃期遮光会导致中部成铃所占比例降低,成铃部位总体上移。

表4 不同时期遮光对棉花不同果枝成铃占比的影响
Table 4 Effect of shading in different stages on boll setting ratio at different cotton fruit branches %

2020 2021遮光时期Shading stages初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading (CK)1~5 果枝The 1st-5th fruit branches 35.14 a 32.27 a 39.10 a 32.11 a 32.30 a 6~10 果枝The 6th-10th fruit branches 48.64 ab 42.21 b 50.05 ab 55.05 a 44.28 b 11 及以上果枝The 11th and above fruit branches 16.22 b 26.52 a 10.86 b 12.84 b 23.43 a 1~5 果枝The 1st-5th fruit branches 37.58 a 47.69 a 46.65 a 42.77 a 45.95 a 6~10 果枝The 6th-10th fruit branches 53.23 a 28.15 c 36.47 bc 44.55 ab 39.27 b 11 及以上果枝The 11th and above fruit branches 9.19 b 24.16 a 16.88 b 12.68 b 14.78 b

2.3.3 对棉花成铃横向分布的影响 由表5可知,与CK相比,2年平均,初花期和3个时期遮光的1~2果节成铃所占比例分别下降7.30%和3.72%;盛铃期遮光的3~4果节成铃所占比例减少10.53%;盛铃期和初絮期的5及以上果节成铃所占比例均有所降低。经方差分析,2020和2021年,与CK相比,棉花全部遮光处理的第1~2果节、3~4果节和5及以上果节成铃所占比例的差异均达不到显著水平,且不同时期遮光处理间的差异也不显著。说明遮光与否以及遮光时期对棉花不同果节成铃所占比例无明显的影响。

表5 不同时期遮光对棉花不同果节成铃占比的影响
Table 5 Effect of shading in different stages on boll setting ratio at different cotton fruit nodes %

2020 2021遮光时期Shading stages初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading(CK)1~2 果节The 1st-2nd fruit nodes 55.46 a 61.54 a 59.93 a 58.23 a 62.93 a 3~4 果节The 3rd-4th fruit nodes 39.27 a 31.67 a 36.95 a 35.77 a 34.45 a 5 及以上果节The 5th and above fruit nodes 5.27 a 6.79 a 3.12 a 6.00 a 2.62 a 1~2 果节The 1st-2nd fruit nodes 61.55 a 68.13 a 68.05 a 63.29 a 63.29 a 3~4 果节The 3rd-4th fruit nodes 35.11 a 30.50 a 29.10 a 35.04 a 35.04 a 5 及以上果节The 5th and above fruit nodes 3.33 a 1.37 a 2.85 a 1.67 a 1.67 a

2.4 不同时期遮光对棉花产量及产量构成因素的影响

由6可知,2年平均,与CK相比,全部遮光处理的总成铃数和单铃质量以及籽棉产量和皮棉产量均减少。其中,初花期、盛铃期、初絮期和3个时期遮光的总成铃数分别减少21.06%、20.64%、12.09% 和35.71%,单铃质量分别减少5.30%、18.90%、4.86% 和23.59%,籽棉产量分别降低28.20%、35.78%、16.33%和51.81%,皮棉产量分别降低30.86%、34.44%、18.77% 和51.57%。经方差分析,2020年,与CK相比,初花期、盛铃期、初絮期和3个时期遮光处理的总成铃数显著减少;盛铃期和3个时期遮光的单铃质量显著降低;全部遮光处理的衣分与CK差异达不到显著水平;全部遮光处理的籽棉产量和皮棉产量与CK的差异显著。此外,盛铃期和3个时期遮光的籽棉产量显著低于初花期和初絮期遮光处理。3个时期遮光的皮棉产量显著低于其余3个遮光处理,盛铃期遮光的皮棉产量显著低于初花期遮光。总体来看,不同处理产量由低到高顺序为3个时期遮光、盛铃期遮光、初花期遮光、初絮期遮光和CK,遮光减产主要是因为成铃数和单铃质量降低。

3 讨论和结论

叶片SPAD值与叶绿素含量呈显著的正相关关系[20]。棉花花铃期遮光,主茎功能叶SPAD值和净光合速率等迅速降低[14],且SPAD值随着花后时间的增加而下降[7]。棉花苗期遮光也导致功能叶的叶绿素含量和光合速率降低[4]。但前人研究是在单一时期遮光,本研究针对黄河流域棉区在多个生育时期均可遭遇阴雨弱光的问题,设置了初花期、盛铃期、初絮期和3个时期遮光处理。结果表明,在花铃期测量,初花期、盛铃期和3个时期遮光的叶片SPAD值均显著低于初絮期遮光和CK,且3个时期遮光的叶片SPAD值最低。至吐絮期,不同处理间叶片SPAD值差异均不显著。由此看来,不同时期遮光会降低棉花叶片SPAD值,与前人研究一致。不同遮光时期相比,3个时期遮光对叶片SPAD值影响最大,初花期和盛铃期遮光居中,初絮期遮光影响较小。

石力匀等[21]认为,在弱光胁迫下,月季的叶片厚度和根部非结构性碳水化合物减少,同化产物供应不足。付景等[22]报道,遮光导致玉米叶片净光合速率下降。本研究发现,棉花不同时期遮光,其总干物质质量和蕾铃干物质质量均显著低于CK处理,且蕾铃干物质的分配比例降低,与前人在花铃期遮光的研究结果一致[3]。原因是棉花遮光时,根系和主茎功能叶氮素吸收、还原和同化能力下降[13];主茎叶的光电子传递能力和卡尔文循环降低[12] ;叶片净光合速率和同化物的供应下降,各器官干物质累积量减少,且不利于碳水化合物向生殖器官转运[13-15],导致蕾铃干物质质量所占比例下降。本研究还表明,3个时期和盛铃期遮光对棉花干物质质量和干物质分配比例影响最大,初花期和初絮期遮光影响较小。从器官来看,遮光有利于碳水化合物向营养器官运输[14],因此,对蕾铃干物质质量的影响较大,对叶片干物质质量影响较小,遮光时间长可增加叶片干物质分配比例。

棉花在最佳成铃时间、最佳成铃部位多结铃是高产优质的关键之一[23]。生产上,一般根据棉花成铃的时间将其分为“四桃”[24]。本研究表明,与CK相比,初花期和3个时期遮光的“四桃”均减少,盛铃期遮光的优质铃和初絮期遮光的晚秋桃也下降,与棉花遮光导致伏前桃和伏桃减少[3]并不一致,主要由遮光时期不同造成的。不同遮光处理相比,3个时期遮光的“四桃”最少,初絮期遮光的“四桃”最多,初花期和盛铃期遮光居中。还有研究表明,遮光条件下,棉株上部和下部的成铃增加,中部的成铃减少[3]。本研究表明,初花期遮光的棉株6~10果枝成铃比例显著增加,而盛铃期遮光棉株6~10果枝的成铃比例显著降低,但11及以上果枝的成铃比例显著增加。原因是盛铃期正值6~10果枝成铃的关键期,此时遮光减少了棉铃有机营养的供应,进而影响中部果枝的成铃,随后在11及以上果枝补偿结铃。目前,遮光对棉花不同果节成铃所占比例及霜前花率的影响鲜有报道。本研究表明,不同时期遮光对不同果节成铃所占比例的影响不显著。此外,全部遮光处理的霜前花率比CK减少4.02%~15.92%。

目前,有关遮光对棉花产量的影响报道较多,且大多是在单一时期进行遮光处理。研究表明,棉花苗期遮光,下、中部果枝的内围铃籽棉产量高于CK,各部位果枝外围铃的籽棉产量均低于CK [11];棉花初花期遮光,2个试验点的皮棉分别减产10%和12%[16];棉花花铃期遮光,单株结铃数、单铃质量、籽棉和皮棉产量均减少,且降幅均随着遮光率的增加而增大[3,14-15];棉花5片真叶至吐絮期遮光,产量降低31%~40%[25]。在巴西生产条件下,棉花在现蕾、开花、盛花和吐絮期分别遮光,其单铃质量和产量降低,但结铃数不受影响,且开花期遮光的棉花减产最多[7]。本研究表明,全部遮光处理的总成铃数均显著低于CK;盛铃期和3个时期遮光的单铃质量比CK显著降低;全部遮光处理的籽棉产量和皮棉产量比CK显著降低(表6)。遮光导致棉花减产主要是单株结铃数下降幅度较大,其次是单铃质量降低,对衣分无显著影响,这与侍伟红[3]、阿布都克尤木·阿不都热孜克等[14]和LIU等 [15]的研究结果一致,但与FABIO等[7]报道的遮光后棉花结铃数不受影响的结果并不一致,这可能是试验地点的生态条件差异所致。此外,本研究还表明,不同时期遮光对棉花产量的影响也有较大差异,产量总体表现为CK>初絮期遮光>初花期遮光>盛铃期遮光>3个时期遮光。3个时期遮光产量最低是由于遮光时间过长,产生累加效应,成铃数少,单铃质量低。盛铃期遮光产量也较低主要是此期正值棉花成铃的关键时期,光照不足导致单铃质量明显下降。可见,长时间遮光和结铃关键期遮光对棉花产量有较大影响,应采取必要措施。

表6 不同时期遮光对棉花产量及其构成因素的影响
Table 6 Effect of shading in different stages on cotton yield and its components

遮光时期Shading stages总成铃数/(×104 个·hm-2)Total boll numbers单铃质量/ g Boll weight衣分/ %Lint percentage籽棉产量/(kg ·hm-2)Seed cotton yield皮棉产量/(kg ·hm-2)Lint yield 75.16 b 5.54 a 初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading(CK)初花期Early flowering stage盛铃期Peak boll setting stage初絮期Early boll opening stage 3 个时期All three stages不遮光Without shading(CK)40.30 a 3 526.46 b 1 420.51 b 73.05 b 4.20 b 44.10 a 2 608.20 c 1 151.83 c 2020 71.87 b 5.46 a 40.16 a 3 339.98 b 1 337.36 bc 66.07 b 3.78 b 42.23 a 2 120.31 c 889.58 d 88.81 a 5.79 a 41.72 a 4 379.19 a 1 823.64 a 66.14 b 5.18 b 39.42 a 2 652.08 c 1 042.07 c 69.01 b 4.98 c 40.65 a 2 917.57 c 1 183.01 c 2021 85.48 a 5.31 b 40.29 a 3 859.71 b 1 555.79 b 49.01 c 4.87 c 41.21 a 2 026.66 d 835.13 d 90.18 a 5.52 a 41.11 a 4 225.62 a 1 737.84 a

棉花生产中,由于间作[3]、套种[4]、增密[5-6]及气候变化导致阴雨增多[7-8]等均会造成生育期间的光照不足,前人对此进行了相关对策研究。如通过调整棉花播种时间和种植密度,选择耐荫性强的品种等,最大限度地减少遮光的影响[7]。此外,缺氮也会抑制棉花从遮光造成的损失中恢复,高氮可以使遮光造成的损害最小化[16,26]。在遮光条件下合理施氮,冠层结构合理,改善叶片光合性能,能获得较高的生殖器官积累量,产量较不施氮处理提高约64% [25]。此外,氮肥适度前移,可增加遮光条件下棉花生物量和氮素积累量,最终增加单株铃数、单铃质量和产量[26-28]。本研究表明,棉花3个时期遮光对生育和产量影响最大。因此,在棉花生育期间阴天较多的地区,建议优化布局,改种适度耐荫的作物;盛铃期是棉花成铃的关键时期,此期光照不足也不利于产量形成。在生产上,可以选择耐荫性较强的品种,同时进行氮肥合理运筹,确保一定的施氮量,并适度前移,尽量减少弱光对产量的影响。

参考文献 References:

[1]王庆材,孙学振,宋宪亮,等.不同棉铃发育时期遮荫对棉纤维品质性状的影响[J].作物学报,2006,32(5):671-675.WANG Q C,SUN X Z,SONG X L,et al.Effect of shading at different developmental stages of cotton bolls on cotton fibre quality[J].Acta Agronomica Sinica,2006,32(5):671-675.

[2]中国农业科学院棉花研究所.中国棉花栽培学[M].上海:上海科学技术出版社,2019.Institute of Cotton Research of CAAS.Cotton cultivation in China[M].Shanghai:Shanghai Scientific & Technical Publishers,2019.

[3]侍伟红.花铃期遮光对棉花产量、品质及光合生理特性的影响[D].乌鲁木齐:新疆农业大学,2012.SHI W H.Effects of shading at flowering and boll stage on cotton yield,quality and photosynthetic physiological characteristics[D].Urumqi:Xinjiang Agricultural University,2012.

[4]周治国,孟亚利,施培.苗期遮荫对棉苗茎叶结构及功能叶光合性能的影响[J].中国农业科学,2001,34(5):519-525.ZHOU Z G,MENG Y L,SHI P.Effect of shading during seedling period on the structure of cotton stem and leaf and photosynthetic performance of functional leaf[J].Scientia Agricultura Sinica,2001,34(5):519-525.

[5]郑曙峰,刘小玲,王维,等.论两熟制棉花绿色化轻简 化 机 械 化 栽 培[J].作 物 学 报,2022,48(3):541-552.ZHENG S F,LIU X L,WANG W,et al.On the green and light-simplified and mechanized cultivation of cotton in a cotton-based double cropping system[J].Acta Agronomica Sinica,2022,48(3):541-552.

[6]LI P C,DONG H L,ZHENG C S,et al.Optimizing nitrogen application rate and plant density for improving cotton yield and nitrogen use efficiency in the North China Plain[J].PLoS One,2017,12(10):e0185550.

[7]FABIO R E,CIRO A R.Cotton yield and fiber quality affected by row spacing and shading at different growth stages[J].European Journal of Agronomy,2015,65:18-26.

[8]谷晓行,杨成都,李昊泊,等.高温胁迫对棉铃虫齿唇姬蜂胚胎发育的影响[J/OL].河南农业大学学报,2024:1-16[2024-09-20].https://doi.org/10.16445/j.cnki.1000-2340.20240628.001.GU X H,YANG C D,LI H B,et al.Effects of high temperature stress on embryonic development of Campoletis chlorideae[J].Journal of Henan Agricultural University,2024:1-16[2024-09-20].https://doi.org/10.16445/j.cnki.1000-2340.20240628.001.

[9]周治国.苗期遮荫对棉花功能叶光合特性和光合产物 代 谢 的 影 响[J].作 物 学 报,2001,27(6):967-973.ZHOU Z G.Effect of shading during seedling period on photosynthetic characteristics and metabolites of cotton functional leaf[J].Acta Agronomica Sinica,2001,27(6):967-973.

[10]杨兴洪,邹琦,赵世杰.遮荫和全光下生长的棉花光合作用和叶绿素荧光特征[J].植物生态学报,2005,29(1):8-15.YANG X H,ZOU Q,ZHAO S J.Photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence in leaves of cotton plants grown in full light and 40% sunlight[J].Acta Phytoecologica Sinica,2005,29(1):8-15.

[11]周治国,孟亚利,施培.苗期遮荫对棉花产量与品质形成的影响[J].应用生态学报,2002,13(8):997-1000.ZHOU Z G,MENG Y L,SHI P.Effect of seedling stage shading on cotton yield and its quality formation[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2002,13(8):997-1000.

[12]阿布都克尤木·阿不都热孜克.花铃期遮荫对不同播种期棉花(Gossypium hirsutum L.)叶片生理特性的影响[D].南京:南京农业大学,2013.ABUDOUKEYOUMU A.Effects of shading at flowering and boll stage on physiological characteristics of cotton(Gossypium hirsutum L.)leaves at different sowing dates[D].Nanjing:Nanjing Agricultural University,2013.

[13]于莎.花铃期遮荫对棉花(Gossypium hirsutum L.)生长发育及氮素代谢特征的影响[D].南京:南京农业大学,2011.YU S.Effects of shading at flowering and bolling stage on growth and development of cotton (Gossypium hirsutum L.)and characteristics of nitrogen metabolism[D].Nanjing:Nanjing Agricultural University,2011.

[14]阿布都克尤木·阿不都热孜克,王威,白玉亭,等.花铃期遮阴对棉花叶片生理特性的影响[J].新疆农业科学,2019,56(7):1196-1205.ABUDOUKEYOUMU A,WANG W,BAI Y T,et al.Effects of shading on the physiological characteristics of cotton leaves during cotton flower and boll formation periods[J].Xinjiang Agricultural Sciences,2019,56(7):1196-1205.

[15]LIU J R,MENG Y L,CHEN J,et al.Effect of late planting and shading on cotton yield and fiber quality formation[J].Field Crops Research,2015,183:1-13.

[16]RAPHAEL J P A,ECHER F R,ROSOLEM C A.Nitrogen fertilization can mitigate cotton yield loss by temporary shading at early flowering[J].European Journal of Agronomy,2022,140:126593.

[17]李飞.基质育苗移栽期和遮荫对棉花生长的影响[D].武汉:华中农业大学,2012.LI F.Effects of transplanting date and shading of substrate seedling on cotton growth[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University,2012.

[18]王爱根,刘伟,张金宝,等.河南省棉花生产现状调查及面积下滑的原因分析[J].中国棉花,2018,45(7):7-12.WANG A G,LIU W,ZHANG J B,et al.The investigation of the cotton production situation and analysis of cotton planting area decline in Henan Province[J].China Cotton,2018,45(7):7-12.

[19]刘贤赵,康绍忠,邵明安,等.土壤水分与遮荫水平对棉花叶片光合特性的影响研究[J].应用生态学报,2000,11(3):377-381.LIU X Z,KANG S Z,SHAO M A,et al.Effects of soil moisture and shading levels on photosynthetic characteristics of cotton leaves[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2000,11(3):377-381.

[20]马宗斌,房卫平,谢德意,等.氮肥和DPC 用量对棉花叶片叶绿素含量和SPAD 值的影响[J].棉花学报,2009,21(3):224-229.MA Z B,FANG W P,XIE D Y,et al.Effects of nitrogen application rates and DPC sparing doses on content of chlorophyll and SPAD value in leaf of cotton(Gossypium hirsutum L.)[J].Cotton Science,2009,21(3):224-229.

[21]石力匀,冯叶,赵宗胜,等.非生物胁迫对月季生长发育影响的研究进展[J].河南农业大学学报,2024,58(1):1-14.SHI L Y,FENG Y,ZHAO Z S,et al.Research progress on the effect of abiotic stress on the growth and development of rose[J].Journal of Henan Agricultural University,2024,58(1):1-14.

[22]付景,李潮海,赵久然,等.弱光条件下不同玉米品种净光合速率及产量和品质的比较研究[J].河南农业大学学报,2009,43(2):130-134.FU J,LI C H,ZHAO J R,et al.Comparison of photosynthetic rate,grain yield and quality of different maize hybrids under low-light conditions[J].Journal of Henan Agricultural University,2009,43(2):130-134.

[23]马宗斌,龚亚飞,韩敏,等.不同土壤质地对棉花成铃时空分布及产量的影响[J].河南农业大学学报,2011,45(5):497-501.MA Z B,GONG Y F,HAN M,et al.Effects of soil texture on spatial-temporal distribution of bolls and yield of cotton[J].Journal of Henan Agricultural University,2011,45(5):497-501.

[24]李志坤,杜远仿,刘伟,等.适宜氮肥和缩节胺配合施用显著提高棉花“四桃”种子的播种和营养品质[J].植物营养与肥料学报,2024,30(5):948-965.LI Z K,DU Y F,LIU W,et al.Reasonable combination of nitrogen fertilizer and mepiquat chloride effectively improves the sowing and nutritional quality of cotton seeds from four seasonal bolls[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizers,2024,30(5):948-965.

[25]石俊毅.遮荫条件下氮素水平对棉花光合物质生产及棉铃发育的影响[D].乌鲁木齐:新疆农业大学,2013.SHI J Y.Effects of nitrogen levels on photosynthetic matter production and boll development of cotton under shading conditions[D].Urumqi:Xinjiang Agricultural University,2013.

[26]郑剑超,唐亚楠,闫曼曼,等.光胁迫下氮肥运筹对棉花生长发育与产量的影响[J].新疆农业大学学报,2014,37(1):1-6.ZHENG J C,TANG Y N,YAN M M,et al.Effects of nitrogen application on cotton growth and yield under light stress[J].Journal of Xinjiang Agricultural University,2014,37(1):1-6.

[27]郑剑超,闫曼曼,张巨松,等.遮荫条件下氮肥运筹对棉花生长和氮素积累的影响[J].植物营养与肥料学报,2016,22(1):94-103.ZHENG J C,YAN M M,ZHANG J S,et al.Effects of nitrogen application on growth and nitrogen accumulation of cotton under shading condition[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2016,22(1):94-103.

[28]徐新龙,张巨松,王冬,等.不同种植模式下氮肥基追比对棉花生长发育及产量的影响[J].河南农业科学,2024,53(5):70-79.XU X L,ZHANG J S,WANG D,et al.Effects of different planting patterns and nitrogen fertilizer ratios on growth and yield of cotton[J].Journal of Henan Agricultural Sciences,2024,53(5):70-79.

Effects of shading in different stages on cotton yield and its components in the Yellow River beach area

JIA Wenhua1,2,DU Gaoqiang1,LIU Wei1,MA Zongbin1
(1.College of Agriculture,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450046,China;2.Henan Province Seed Industry Development Center,Zhengzhou 450046,China)

Abstract: 【Objective】To investigate the effects of shading in different stages on cotton growth and yield in the Yellow River Basin area.【Method】Cotton field experiments were carried out from 2020 to 2021 in the Yellow River beach area of Zhongmu County using a randomized complete blocks design.The shading stages were applied at the initial flowering,peak boll setting,initial boll opening,and across all three stages (three stages shading),with 78% shading for 15 days.A non-shading treatment was used as the control (CK).The effects of shading in different stages on main agronomic characters and yield components of cotton were studied.【Result】 Compared with CK,shading at different stages significantly reduced the SPAD values of leaf during the flowering and boll setting stage.The greatest reduction occurred under three stage shading,followed by shading in initial flowering and peak boll setting stages,and shading in initial boll opening had the least effect.The dry matter weight of total plant and boll treated with shading decreased significantly,but had little effect on leaves.Among them,three stages and peak boll setting stages had greater influences,while initial flowering and initial boll opening stages had smaller effects.The number of “four seasonal bolls” with shading in initial flowering stage and three stages were reduced,and the number of high-quality bolls with shading in peak boll setting stage was decreased by 37.48%.The ratio of bolls setting on the 6th~10th fruit branches increased under shading in initial flowering and three stages,while shading in peak boll setting and initial boll opening stage showed the opposite characteristics.But shading had no significant effect on boll setting ratio at different fruit nodes.Compared with CK,the total boll number and boll weight decreased by 12.09%~35.71% and 4.86%~23.59%,respectively,under different shading treatments.Cotton lint yield decreased significantly by 30.86%,34.44%,18.77% and 51.57%under shading at the initial flowering,peak boll setting,initial boll opening,and three stages,respectively.All differences were statistically significant.【Conclusion】The cotton yield with shading in different stages demonstrated an order of CK> early boll-opening> initial flowering> peak boll setting >three stages.The reduction in cotton yield was mainly attributable to decreases in SPAD value of cotton leaves,dry matter weight of total plant and bolls,high-quality boll number and boll weight.

Key words:cotton;shading stages;leaf SPAD value;dry matter weight;boll distribution;yield

中图分类号:S562

文献标志码:A

文章编号:1000-2340(2025)05-0805-09

引用:贾文华,都高强,刘伟,等.不同时期遮光对黄河流域棉花产量及其构成因素的影响[J].河南农业大学学报,2025,59(5):805-813.DOI:10.16445/j.cnki.1000-2340.20241017.001

收稿日期:2024-07-29

接受日期:2024-10-21

基金项目:河南省科技攻关项目(222102110435);河南省现代农业产业技术体系建设专项资金项目(S2013-07-G04)

作者简介:贾文华(1967—),男,河南荥阳人,副研究员,硕士,主要从事棉花栽培生理生态研究,E-mail:13523476880@163.com。

通信作者:刘伟(1989—),女,山东泰安人,副教授,博士,E-mail:lw6051@163.com;马宗斌(1965—),男,河南光山人,教授,博士,E-mail:zongbinma@163.com。

(责任编辑:李莹)

X