陈佳林潘梦瑶毛廷勇希尔艾力·包尔汗郭子轩翟云龙陈国栋

(1.新疆农业职业技术学院，新疆 昌吉 831100；2.塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300)

新疆光照时间长、强度高，为棉花的生长提供了充足的光照条件，棉花产业作为新疆尤其是南疆地区的经济发展支柱产业，为当地经济发展做出巨大贡献。近几年，随着“绿水青山就是金山银山”理念的提出，无膜棉的研究也开始备受各大专家学者关注。无膜棉的推广种植不仅节约成本、保护环境，更是确保我国棉花产业可持续发展和提高棉花产业国际竞争力的必由之路[1]。

改善冠层结构，使光照到达植株基部叶片，以便于增加冠层截获光能的能力[2]。采用适宜的行距配置有利于棉花产量的提高。前人试验得出，良好的冠层结构有利于群体光合生产，有助于提高产量[3-5]。作物冠层结构优良及其光合能力的差异，决定了作物群体的光合速率，所以优化冠层结构是增强作物群体光合效应的一个重要方法[6]。适宜的植株群体结构是保证棉花生长和高产的重要基础，棉花的冠层结构在大田栽培中对于光能的转化和光能的利用效率上意义重大，通过设置行距配置构建合理的冠层结构，有助于光分布均匀，改善植株在群体内的光传输，提高了光能转化的效率，最终促进棉花生长发育[7]。马锦颖[8]等在兵团第六师的棉花种植模式比较试验中指出，等行距3行种植模式下的棉花产量及品质均优于常规机采棉种植模式(66cm+10cm)，随平均行距增大，宽行距模式下的叶片光合能力及群体光能利用率均优于宽窄行模式，有助于光合物质的积累，从而提高棉花产量[9]。适宜的行距能够获得优越的棉花群体冠层结构，提高光能利用率，从而达到高产[10]。罗宏海等[11]研究发现，只有在适宜的种植密度与行距下才能保持较高的群体光合速率，利于产量的形成。另有研究结果表明，紧凑的植被株型结构可以帮助作物冠层内部在一定密度的条件下保证较好的通风透光性，使冠层内部获得较大的光能截获率，有利于作物群体光能利用率的提升并达到作物高产[12-14]。

本试验在棉花群体条件下，研究不同行距配置下冠层结构、光合特性与产量关系，为无膜棉高产优质提供参考，改善无膜棉群体光能利用率，为南疆无膜棉栽培提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

供试品种采用中早熟品种“中619”，于2020年在新疆塔里木大学农学示范基地进行试验，试验采用随机区组设计，行距配置为3行A：76cm+76cm；4行B：76cm+10cm+76cm；6行C：66cm+10cm；各行距配置重复3次，播种幅宽为2.05m。试验于4月17日进行播种，4月30日出苗，7月15日进行人工打顶，9月10日喷施脱叶剂，其它管理措施同大田管理一致。

图1 不同行距配置模式示意图

1.2 测定项目与方法

采用LI-6400光合仪在棉花花铃期晴朗天气下测定光合指标。主要测定棉株主茎功能叶的气孔导度、光合速率、胞间CO2浓度和蒸腾速率，各处理选取3片叶片，测定时间按照8∶00、10∶00、12∶00、14∶00、16∶00、18∶00、20∶00 7个时段进行。

采用北京力高泰科技有限公司生产的LAI-2200 C型植物冠层分析仪测定冠层指标。对叶面积指数、叶倾角、冠层开度，随机选取具有代表性的3个点位对上、中、下3部分分别进行测定。

1.3 数据分析方法

采用Microsoft Excel 2010、Origin 2018等进行数据整理及作图，DPS 7.05数据分析软件对数据进行显著性差异分析，显著性水平为a=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同行距配置下对无膜棉冠层指标的影响

2.1.1 对无膜棉叶面积指数的影响

叶片是冠层的主要组成部分，是反映冠层结构性能的重要指标，合理的叶面积指数值大小是实现棉花高产高质的重要保证。如图2所示，在各处理中，上部叶面积指数A处理和B处理显著高于C处理，分别高出6.52%和7.18%。中部叶面积指数B处理最高，其次为A处理，C处理最小。下部叶面积C处理指数显著高于A处理和B处理，分别高出8.07%和8.24%。随着平均行距的减小，C处理中上部的叶面积指数随之减小，而下部的叶面积指数会随之增大。表明过度的宽行不利于棉花合理叶面积指数的形成。

图2 不同行距配置下对叶面积指数变化的影响

2.1.2 对无膜棉叶倾角的影响

叶倾角是叶片与水平方向的夹角，反映叶片的直立状态，是衡量冠层结构的指标。如图3所示，叶倾角在棉株不同层次及行距下表现出来的各指标不同。叶倾角在各部位中都无显著差异，整体性表现为上部<中部<下部，从上而下逐渐上升。上、中部表现为C处理>A处理>B处理，下部表现为A处理>B处理、C处理。上部，C处理的叶倾角为44.49，比A处理和B处理分别高出1.69%和3.46%。中部，C处理的叶倾角为48.37，比A处理和B处理分别高出1.20%和1.43%。下部，A处理的叶倾角为52.40，比B处理和C处理分别高出0.89%和0.88%。综上所述，各处理间叶倾角无差异性。

图3 不同行距配置下对无膜棉叶倾角的影响

2.1.3 对无膜棉冠层开度的影响

冠层开度(DIFN)反映了植物群体冠层中光线的透过程度指标，作物群体冠层透光率随着冠层开度越大而越高，反之群体冠层透光率越低。如图4所示，冠层开度从上而下呈逐渐下降的趋势。在棉花上部，C处理冠层开度最大，为0.658，显著高于A处理和B处理，分别高出8.99%和10.19%。在棉花中部，C处理和B处理显著高于A处理，分别高出9.33%和7.85%。在棉花下部，C处理最大为0.141，显著高于A处理和B处理，分别高出3.71%和3.62%。综上所述，无膜棉的冠层开度自上而下呈下降趋势，C处理的冠层开度最大，其次为B处理，A处理最小。表明行距配置对无膜棉冠层开度影响较大。

图4 不同行距配置下对无膜棉冠层开度的影响

2.2 不同行距配置下对无膜棉光分布的影响

作物的光合作用和干物质生产与冠层光截获和分布状况密切相关，不同行距种植对无膜棉冠层光分布的影响如图5所示，各处理均表现为“V”字形分布规律。在不同行距配置的冠层光分布中，A处理和B处理的冠层光分布效果最佳，受光面积最为充沛，行间光照强度最高。由横向可以看出，A处理在20cm时最大，为8267lx，在0cm时最大为4104lx。在B处理中20cm时最大为6312lx，在0cm时最大为5278lx。因为C处理平均行距最小，下部光照弱，C处理中20cm时最大为5567lx，与A处理和B处理相比，降幅分别为29.7%和23.6%。0cm时最大为2348lx，与A处理和B处理相比，降幅分别为52.2%和54.7%。

图5 行距配置对无膜棉冠层光分布的影响

2.3 不同行距配置下对无膜棉光合指标的影响

2.3.1 对无膜棉净光合速率的影响

不同行距配置下对无膜棉净光合速率的动态变化结果如图6所示。不同行距配置中，全天净光合速率Pn均表现为明显的“单峰”曲线，且变化规律呈先增长后下降的趋势，各处理的Pn值在14∶00左右达到“峰值”，表现为C处理

图6 不同行距配置下对净光合速率的影响

2.3.2 对无膜棉气孔导度的影响

气孔导度是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道。3种种植模式气孔导度变化趋势如图7所示，全天的气孔导度的变化趋势表现为先增高后下降，均表现为明显的“单峰”曲线，A处理相比于B处理和C处理的Gs值在14∶00左右达到峰值，整体表现为C处理

图7 不同行距配置下对气孔导度的影响

2.3.3 对无膜棉胞间CO2浓度的影响

不同行距对无膜棉胞间CO2浓度变化如图8所示。C、B处理的全天胞间CO2浓度变化趋势表现均呈“双V”曲线，在14∶00和18∶00均出现最低“峰值”，在18∶00后又呈上升趋势，而A处理呈先降低后升高的广口“V”字形曲线变化趋势，3种处理的最低峰值同样在14∶00；不同行距配置中3种处理的差异变化基本在14∶00—20∶00。随温度的升高光合作用随之增强，胞间CO2浓度逐渐降低，在14∶00与18∶00时光照强度在1天中表现为最强，此时B处理的植物胞间CO2浓度最低。

图8 不同行距配置下胞间CO2浓度的影响

2.3.4 对无膜棉蒸腾速率的影响

不同行距种植模式对无膜棉蒸腾速率的变化结果如图9所示。全天蒸腾速率的变化趋势表现为先上升后下降，趋势均表现为明显的“单峰”曲线，3个不同处理的T值在14∶00左右达到“峰值”，“中619”表现为A处理>C处理>B处理。在不同行距配置中，在14∶00左右A处理的蒸腾速率值较其它处理而言较大，最为明显。

图9 不同行距配置下对蒸腾速率的影响

3 讨论

合理的行距配置在无膜棉栽培中认为是高产、稳产发展的重要手段之一，相同的栽培密度下，不同的种植模式对无膜棉的生长发育产生的影响有所不同。冠层结构是否合理是作为评价棉花种植群体正常生长发育状态的重要依据。在合理密植条件下，不同行距配置对构成良好的作物群体冠层结构及实现棉花进一步高产稳产具有重要意义[15,16]。优化作物冠层结构、改善群体光分布、提高群体的光截获能力是挖掘作物产量潜力的重要技术途径[17]。土壤水分和种植密度都会影响棉花株高和叶面积指数，使棉花平均叶倾角发生变化，直接影响到棉花叶片冠层对光的直接截获[18,19]。本文研究结论与前人长期研究的试验结果相符，总结为棉花叶面积过大而引起的冠层遮蔽且截获光能，而上部相比较于叶片采用透光处理中下部的叶片透光率就大大减少[20]，所以应保证棉花冠层不遮蔽，加强叶片透光性，改善棉花冠层，以便于提高光能利用率。

本试验研究表明，冠层结构是影响无膜棉进行光合作用的主要因素之一，无膜棉下层叶片荫蔽，较上、中部对光能的群体光合效率最低。冠层结构特征与产量的形成密切相关[21]，产量主要取决于群体的光截获能力，而合理的冠层结构是作物产量形成的基础[22]。张娟等[23]试验得出，小麦冠层结构与产量及其构成因素的相关性。而本文对“中619”棉花品种3种行距配置下各处理的冠层结构进行对比，试验发现，B模式下的冠层结构对于无膜棉栽培更为合理。净光合速率的日变化的变化趋势呈“V”型和“双V”型。试验中，在不同行距配置下随全天时间的延长，本试验净光合速率呈现先降低再升高再降低的规律性变化，在14∶00均达到最高值，综合表现为A处理>B处理>C处理。由于外界温度的升高使叶片气孔关闭从而导致Gs的下降。植物叶片通过蒸腾作用能够促进植物体内水分与营养元素的吸收以及运输，呈先增长后下降的趋势，在14∶00达到最大。Ci的变化方向是对光合速率变化的主要原因和是否为气孔因素的不可或缺的主要判断依据。与其它光合指标不同的是，胞间CO2浓度的变化趋势相反，呈先下降后上升的变化趋势，并于14∶00和16∶00达到最低点，在适宜范围内随着相对湿度的升高，相对温度的下降，胞间CO2浓度会增大。试验表明，行距配置对无膜棉光合作用的影响较大，行距越大光条件越充分，对作物的生长发育起重要作用。

4 结论

本试验结果表明，合理的行距配置能有效改变作物田间布局，合理改善大田的通风透光条件，从而提高光合利用率。A模式平均行距过大，各指标表现良好，但在寸土寸金的南疆地区不宜推广，B模式下产量具有超越常规配置(C配置)的潜质，且冠层指标及光合指标突出，更宜推广。