张 文,刘铨义,曾庆涛,王政洋,冯 杨,逯 涛

(新疆生产建设兵团第七师农业科学研究所，新疆 奎屯 833200)

棉花是我国至关重要的经济作物与纺织工业原料，常年种植面积约500万hm2，占全球总面积的17%，棉花年均总产量650万t，占全球总产量的21%。新疆是我国最大的产棉区，2018年新疆(含新疆生产建设兵团，以下简称兵团)棉花种植面积249.1万hm2，其中兵团棉花种植面积达85.4万hm2，机采面积约68.7万hm2，棉花机械采收率达到了80.4%[1]，南疆地区棉花采收机械化率也在逐年增长，新疆作为全国优质棉生产基地的地位得到进一步巩固。

然而新疆棉花生产普遍采用高密度栽培模式[2]，随着机采棉的大力推广，群体密度过大的问题已日渐显现，例如，棉株间郁闭严重、个体发育不充分、单铃重下降、病虫害防治成本增多、脱叶效果差、棉株挂枝叶较多、籽棉含杂量高、机采采净率低、残膜回收不完全等[3-5]。若继续采用传统高密度种植模式，就难以充分挖掘出棉花的生产潜能，极大地制约了棉花生产的节本增收。因此，推行机械采棉，必须将农艺措施与农机相结合，建立与之相匹配的栽培技术[6]，使之满足机采的要求，在确保棉花产量的同时不影响棉纤维品质，对新疆棉花产业的高质量发展具有重要意义。

棉花生产过程中株行距配置是否合理，直接影响棉花生长发育、产量、早熟性指标等。近年来，学者们对株行距优化进行了大量研究，不同棉花品种、不同生态环境的棉花对株行距改变的响应存在较大的差异。有研究表明，等密度条件下，随种植行距的增大，棉花生育进程会前移，一膜三行种植模式下的棉花要比一膜四行、一膜六行提前2～6 d进入吐絮期[7]。也有研究发现，盛蕾期前，72+4配置模式5 cm处的地温高于66+10配置模式，棉苗生长速度加快，导致其生育期较66+10配置模式缩短，盛蕾期后，由于72+4配置模式的窄行间行距较小，棉株间存在激烈竞争，导致之后生育期晚于66+10模式[8]。此外，程林等[9]研究显示，行距的增加不会影响棉花出苗期和现蕾期，但会使棉花提前进入开花期和吐絮期。对株高随株行距配置的变化研究结果也多有不同，有的认为行距配置对株高有一定的影响[8]，也有学者认为不同株行距配置对石抗126的株高有一定影响，但对冀棉958和冀863没有显著影响，可能是品种的生长特性所致[10]。棉花机械采收对始果节高度有一定要求，其始果节高要在20 cm以上。有研究认为，棉花的始果节高受品种的遗传特性影响较大，行距变化虽会对始果节高产生影响，但并不显著[7]。也有研究认为，行距变化对不同品种棉花始果节高的影响不同，但规律一致，均表现为随着行距的减小和群体密度的增大而增高[11]。此外，行距也是影响作物光合特性、养分吸收利用、产量和品质的重要因子。增大行距可以让养分更早地向生殖器官积累，增加棉株的结铃数，提高生殖器官养分分配率和吸收量，从而形成较高的产量[12]。李建伟等[13]研究发现行距变化对不同株型棉花的产量影响不同，对于松散型品种来说，一膜四行、一膜三行较一膜六行增产7.2%～10.0%，而对于紧凑型品种来说，一膜四行、一膜三行较一膜六行减产5.6%～8.2%，认为不同株型品种的最佳机采种植模式不同。张昊等[14]研究表明，从蕾期至吐絮期，一膜三行的棉花叶片SPAD值和干物质积累量均高于一膜四行和一膜六行，认为一膜三行棉花能够更好地进行生长发育。但梁亚军等[15]认为一膜六行能够保持较高的光能利用率，具有较优的冠层结构，能够实现棉花高产。虽然前人在株行距配置对棉花冠层结构、干物质积累、产量等方面做了部分研究，但研究结果不尽相同，而且不同的植棉区、不同棉花品种与不同行距配置对棉花生长、光合特性及光合物质生产的影响也会不同。本研究选取七师棉区推荐的2个棉花品种，研究不同株行距配置对棉花生长发育、光合特性及光合物质生产的影响，为筛选出新疆北疆地区适宜的机采棉行距配置提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2019年和2020年在新疆生产建设兵团第七师131团8连试验地进行。试验地土壤为壤土，耕层土壤pH 8.0，总盐4.3 g·kg-1，全氮0.89 g·kg-1，有机质14.5 g·kg-1，速效磷52.6 mg·kg-1，速效钾213 mg·kg-1。2019—2020年试验地气温状况如图1所示。

图1 2019年和2020年试验地气温变化Fig.1 Temperature changes in the test site in 2019 and 2020

1.2 试验设计

供试棉花品种选用第七师推荐棉花品种Z1112和中棉641，设3种株行距配置方式：一膜六行(目前新疆棉区普遍采用的行距配置方式)、一膜四行和一膜三行，分别用R1、R2、R3表示。采用随机区组试验设计，共6个处理，每个处理重复3次，共18个试验小区，每个小区面积20 m2，具体处理见表1。试验地棉花种植采用膜下滴灌方式，滴头间距0.25 m，滴头流量2.1 L·h-1。2019年，4月29日播种，7月12日人工打顶，整个生育期化学调控6次，灌水8次，总灌溉定额为4 800 m3·hm-2，滴水施肥8次，其中尿素255 kg·hm-2、60%磷酸钾胺206.25 kg·hm-2，10月10日人工收获；2020年，4月19日播种，7月3日人工打顶，整个生育期化学调控7次，灌水9次，总灌溉定额为4950 m3·hm-2，滴水施肥9次，其中尿素280 kg·hm-2、60%磷酸钾胺220 kg·hm-2，10月2日人工收获。

表1 试验处理

1.3 测定项目与方法

1.3.1 棉花生育期及其农艺性状调查 调查各小区出苗期、现蕾期、开花期、吐絮期时段，并在收获期选取各小区长势均匀、具有代表性的棉株10株，调查株高、果枝数、始果节位及始果节高度等农艺性状。

1.3.2 棉花叶面积指数(LAI)及叶绿素相对含量(SPAD值)测定 自现蕾起，每隔10～15 d各小区采集具有代表性棉株3株，先将每株棉株的全部叶片汇集称重得W1，取8片较大的棉叶叠加到一起，上面压上定积板，用小刀小心割取一定面积(A2，cm2)的棉叶，注意避开中心叶脉和已经枯萎的部分，将割下的圆形叶片进行称重得W2(百灵LP303B电子天平，0.001 g)。计算公式为：LAI=(A2×W1)/W2。

采用日本柯尼卡美能达有限公司生产的便携式叶绿素测定仪SPAD-502 plus，从现蕾期开始，每隔7～10 d，选取主茎倒4叶(打顶后为倒2叶)测其SPAD值，每个小区测10株(内外各5株)，去除最大值和最小值后求平均值。

1.3.3 棉花的干物质积累量 在棉花盛蕾期(出苗后51 d)、开花期(出苗后64 d)、盛花期(出苗后77 d)、盛铃期(出苗后90 d)、吐絮期(出苗后110 d)等关键生育时期，各小区选取具有代表性的棉株3株，将棉株分成茎、叶、蕾(铃)，105℃杀青30 min，然后80 ℃烘干至恒重，称取其干物质量(g)。

棉花干物质积累的规律用Logistic方程进行拟合，Logistic方程的几个特征值[16]如下：

y=k/(1+ea+bt)

式中，y为干物质积累量(kg·hm-2)，t为出苗后天数(d)，a、b、k是待定系数。当t0=-a/b时，Vm=-bk/4，t0为积累速率最大时刻，Vm为最大增长速率(kg·d-1)。t1与t2是方程的两个拐点，将Logistic曲线分成3个时段，在0～t1时段，干物质积累缓慢增加；在t1～t2时段，干物质积累基本呈直线上升态势；t2时刻之后，干物质积累速度开始逐渐减慢。Δt=t2-t1，表示时间特征值，是干物质积累快速增长时期的长短；GT=-bkΔt/4，为生长特征值(棉花处于关键期间的积累量达到最大积累量的65%以上)。

1.3.4 棉花产量及相关性状 收获前，各小区取60个吐絮铃(上部、中部、下部果枝各20个吐絮铃)测定单铃重和衣分，最后通过实收子棉产量计产。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2003软件进行数据处理和绘图，采用DPS软件进行数据统计分析，使用最小显著极差法(LSD)进行差异显著性检验(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 棉花的生育期及农艺性状

2.1.1 棉花生育期 行距配置模式显著影响棉花生育进程，棉花生育期随着行距的增加而缩短。对于同一棉花品种，R3配置模式较R1、R2的生育期分别提前5～6 d和2～3 d(表2)。

表2 棉花生育期

2.1.2 棉花农艺性状 如表3所示，同一棉花品种的株高和果枝数随株行距的增加呈增加趋势，表现为R3>R2>R1(表3)。不同行距配置模式对棉花始果节位影响较小，对始果节高有一定影响，同一棉花品种，R2和R3配置模式下的棉花始果节高显著高于R1。果枝始节受品种影响较大，同一行距配置模式下，Z1112果枝始节位及始果节高度均高于中棉641。

表3 棉花农艺性状

2.2 棉花叶面积指数及SPAD值变化

2.2.1 棉花叶面积指数(LAI) 不同处理间LAI从苗期到盛铃前期均随生育时期推进而逐渐增大(图2)；在盛铃前期到达峰值，进入盛铃期后，各处理的LAI逐渐开始减小。2019年：不同行距配置模式下，Z1112的LAI表现为一膜六行>一膜四行>一膜三行；中棉641在生育前期3种行距配置模式之间差异较大，出苗后77 d表现为一膜四行>一膜三行>一膜六行，其他阶段均表现为一膜六行>一膜四行>一膜三行(图2a,b)。2020年：2个棉花品种的LAI均表现为一膜六行>一膜四行>一膜三行。两年结果间的差异可能是不同年份间气候变化造成的(图2c，d)。

图2 不同处理下棉花叶面积指数变化Fig.2 Changes of LAI of cotton under different treatments

2.2.2 棉花叶片SPAD值 棉株从现蕾到吐絮所有处理的叶片SPAD值均表现出先增加后降低的趋势(图3)。棉花生育前期，棉株叶片SPAD值表现为R1>R2>R3；棉花生育中后期，R3配置模式的叶片SPAD值快速增加，高于R1和R2配置模式；到盛铃期，所有处理的SPAD值均达到顶峰，随后SPAD值表现出降低态势。

图3 不同处理下棉花叶片SPAD值变化Fig.3 Changes of SPAD value of cotton leaves under different treatments

2.3 棉花的干物质积累量

2.3.1 干物质积累动态变化 棉花地上部干物质积累量总体呈“S”型变化趋势(图4)，在以营养生长(出秒后65 d前)为主的阶段，所有处理的干物质积累均比较缓慢，到生殖生长时期(出秒后65～110 d)开始迅速上升，最大值出现在盛铃后期。对于Z1112和中棉641来说，生育前期R1行距配置模式的干物质积累量高于R2和R3；而生育中后期则与之相反，表现为R3行距配置模式的干物质积累量高于R1和R2。

图4 不同处理下棉花干物质积累量的变化Fig.4 Changes of dry matter weight of cotton under different treatments

2.3.2 干物质积累Logistic方程模拟分析 对不同处理下棉花关键生育时期的干物质积累量进行测定并拟合，拟合方程R2均达到0.97以上(表4)。由干物质积累速率最大时刻t0可以看出，Z1112随着行距的增大，峰值出现时间t0明显提前；而对于中棉641来说，R3峰值时间出现最晚，R2和R1峰值时间出现相差不大。对于同一棉花品种而言，随着行距的增大，快速累积期起始时间t1推后，终止时间t2则提前，快速累积期持续时间Δt变短，快速累积速率峰值Vm明显增加。对于生长特征值GT来说，Z1112品种GT随行距的增大而减小；而对于中棉641来说，R3配置模式下的GT值最大，其次是R1，R2配置模式的GT值最低。

表4 干物质积累的Logistic模型及其特征值

2.4 棉花产量及其相关性状

不同处理对棉花产量及其相关性状的影响如表5所示。棉花产量和衣分主要受品种影响，同一行距配置模式下，Z1112的产量与衣分均高于中棉641；而对于同一棉花品种而言，不同行距配置对棉花总铃数、产量和衣分无显著影响。株铃数、单铃重和子指主要受行距配置模式影响，同一棉花品种，一膜三行配置模式的株铃数、单铃重和子指高于一膜六行和一膜四行。

表5 不同处理对棉花产量及其相关性状的影响

3 讨 论

棉花生育进程和营养生长、生殖生长息息相关。不同株行距配置模式会导致棉花的生理特性及所处的环境条件发生改变，从而使生育期延长或缩短。有研究表明，窄行越窄，宽行越宽，生育期相对延长[17]。杨培等[7]研究表明，等密度种植条件下，棉花的生育进程随种植行距的增大而前移，一膜三行模式下的棉花要比一膜六行、一膜四行提前2～6 d进入吐絮时期。程林等[9]对比一膜六行与一膜三行模式后发现，一膜三行等行距模式能够加快棉花生育进程。本研究表明，行距配置模式显著影响棉花生育进程，同一棉花品种下，一膜三行配置模式的生育期较一膜六行、一膜四行缩短2～6 d，这与上述研究结果基本一致。可能是因为随着行距减小密度增加，地膜覆盖率和采光面积减小，使得棉株在水、肥、光照等资源间存在激烈竞争，生长发育慢，导致一膜六行、一膜四行种植模式下的棉花生育期晚于一膜三行模式。

株高、果枝数是表征棉花生育状况的重要性状指标，株高直接影响棉花的株型和光合效率，从而影响棉花的产量[8]。株行距配置对株高的研究多有不同，有学者研究认为，增加行距，降低种植密度，可以有效增加株高，便于机械采收[9,11]；但也有学者认为随密度增加株高也增加[18]。本研究表明，同一棉花品种下，棉花株高随行距的减小而降低，表现为一膜三行>一膜四行>一膜六行。棉花果枝是蕾花铃的载体，较高的果枝数是单株具有较高结铃数的重要前提。本研究中同一棉花品种下，棉花果枝数随株行距的增加呈增加趋势，表现为一膜三行>一膜四行>一膜六行，但3种行距配置模式间差异并不显著。梁亚军等[3]研究也认为，随着平均行距的减小和密度的增加，棉花果枝数也随之较少。可能是因为一膜三行种植模式的棉株在棉田中的分布更加合理，可充分运用光能与地力，减少棉株间光、水、肥等资源的竞争，促进了棉株的生长发育，使得株高和果枝数增加。果枝始节高度与棉花机械采收质量息息相关，有研究表明，行距变化对果枝始节无明显影响，但显著影响棉花果枝始节高度，果枝始节高度随行距的减小、群体密度的增大而升高[11]。杨培等[7]研究表明，品种的遗传特性对棉花的果枝始节高影响较大，棉花果枝始节高虽受种植模式的影响，但影响并不明显。李建峰等[19]也得出相同结论，机采棉不同株行距配置对果枝始节高度影响不大，果枝始节高受品种影响较大。本试验表明，不同行距配置模式对棉花始果节位影响较小，对始果节高有一定影响，同一棉花品种，一膜四行和一膜三行配置模式下的棉花始果节高显著高于一膜六行。果枝始节受品种影响较大，同一行距配置模式下，Z1112果枝始节位及始果节高度均高于中棉641。

在作物生长过程中，保持冠层LAI的合理分布，使群体内光照分布均匀，冠层开度合理，能有效提高作物群体光合效能[20-21]。在机采棉花生产过程中，适宜的种植模式与合理的栽培密度是提高棉花光合效率及产量的重要途径之一[22]。有研究表明，密度增大不仅可增加作物群体叶面积，同时也显著影响LAI最大值出现的时间，随着密度增加，LAI的峰值出现时间推迟[23]。杨长琴等[24]研究表明，低密度棉花群体LAI低、透光率高，对产量形成不利；高密度棉株紧凑，但密度的增加并不能弥补单株个体发育的不足，上部LAI低于中密度处理；中密度棉株上、中部的果枝较长且夹角大，LAI高、透光率偏低，是形成高产的基础。但也有研究认为盛铃期一膜六行模式下的叶面积指数最高，其次是一膜三行和一膜四行，一膜五行的叶面积指数最低[15]。本研究表明，不同处理间棉花LAI从苗期到盛铃前期均随生育时期推进而逐渐增大，在盛铃前期达到峰值，进入盛铃期后，各处理棉花LAI开始逐渐减小。不同行距配置模式下，Z1112和中棉641的LAI总体表现为一膜六行>一膜四行>一膜三行。可能是因为一膜六行种植模式的群体优势大，因此LAI相对较高，而一膜三行和一膜四行种植模式相对来说群体密度小、植株的漏光损失大，光能利用率低，因此LAI相对较低。

SPAD值大小可以间接反映作物的叶绿素含量、叶片颜色及氮素营养情况[25-26]。有研究表明，棉花叶片SPAD值随生育进程推移呈先增大后减小的变化趋势，在盛铃前期达到最大值，随后逐渐减小，从不同行距来看，盛铃期后行距越小叶绿素SPAD值越大[11]。秦文利等[27]研究也发现宽窄行处理的叶片SPAD值高于等行距种植模式，认为宽窄行种植模式较等行距种植模式更有利于增加棉花群体的受光情况，增加冠层对光能的截获，从而显著提高棉花叶片的叶绿素含量。本研究表明，出苗后30～50 d，棉株叶片SPAD值表现为一膜六行>一膜四行>一膜三行；出苗后50～110 d，一膜三行配置模式的叶片SPAD值迅速上升，高于一膜六行和一膜四行；直至盛铃期，所有处理的SPAD值均达到峰值，之后SPAD值呈下降趋势。前期一膜六行棉株个体发育较好，使得叶片具有较高含量的叶绿素，因此SPAD值大，随着生育进程不断推进，棉株开始进入营养与生殖生长同期进行的时期，由于一膜六行模式行距较小，棉株间存在激烈竞争，从而使得棉株长势较一膜四行和一膜三行行距配置模式偏弱，且叶绿素含量低，表现为SPAD值小。

营养器官和生殖器官间的光合物质分配直接影响作物生长发育，从而最终影响作物产量与品质[28]。尔晨等[12]研究表明，棉花单株干物质积累总量随平均行距的降低而降低，最大积累速率下降1.4 g·株-1·d-1，快速积累期起始时间由出苗后51.4 d推迟到62.5 d，但快速积累持续时长由19.7 d增加到35.1 d。王聪[11]研究表明，随着平均行距的减小，棉花光合物质快速累积起始时间t1均略有提前，终止时间t2与峰值出现时间t0明显提前，快速累积期持续时间t3减少，快速积累速率峰值Vm显著降低，物质积累活跃期呈减小的趋势。本研究表明，Z1112和中棉641生育前期一膜六行的干物质积累量高于一膜四行和一膜三行；而生育中后期则与之相反，表现为一膜三行的干物质积累量高于一膜六行和一膜四行。可能是生育前期棉株个体小，个体之间存在的竞争也小，不同行距配置模式下干物质积累量多少主要取决于种植密度，高密度一膜六行模式的干物质积累量最大，低密度一膜三行模式的干物质积累量最低。进入生育中后期，棉花进入营养生长与生殖生长并进阶段，由于一膜六行和一膜四行配置模式的行距较窄，棉株间的竞争增加，导致这两种模式棉株个体发育较弱，干物质积累少于一膜三行。

李健伟等[13]和李建峰[29]研究认为，增大机采棉的种植行距能显著增强棉花群体间的通风透光性，有利于提高棉花的单铃重。魏鑫等[30]研究表明，株铃数、单铃重、衣分及产量均随行距的增大而显著增加。本研究表明，行距变化对棉花产量构成因子有显著的调控作用，株铃数、单铃重和子指随行距的增加有明显的增加趋势，棉花总铃数、产量和衣分受行距配置影响不大。可能是行距增加、密度减小使得棉株个体优势得到充分发挥，提高了单株结铃数和单铃重，从而填补了低密度、群体较小造成的劣势。

4 结 论

1)一膜三行配置模式由于具有充足的光、热、水、肥等条件，株高和果枝数显著增加，生育期较一膜六行和一膜四行缩短2～6 d。

2)机采棉行距配置显著影响棉花光合及干物质积累。不同处理间LAI从苗期到盛铃前期均随生育时期推进而逐渐增大；在盛铃前期到达峰值，进入盛铃期后，各处理的LAI逐渐开始减小。不同行距配置模式下，Z1112和中棉641的LAI总体表现为一膜六行>一膜四行>一膜三行。对于叶片SPAD值来说，生育前期，棉株叶片SPAD值和干物质积累量随行距的增加而降低；生育后期，一膜三行配置模式的叶片SPAD值和干物质积累量迅速上升，高于一膜六行和一膜四行配置模式。

3)株铃数、单铃重和子指随行距的增大而增加，但棉花总铃数、产量和衣分受行距影响较小。

综合比较，一膜三行配置模式可加快生育进程，增加棉花株高和果枝数，提高光合作用，且能保持较高的产量，具有较好的推广潜力。