短生长周期栽培对耐迟播棉花品种干物质积累的影响研究

本文以棉花早熟品种"JX0010"为实验材料,采用二次最优回归设计(311设计),研究了施氮量、种植密度、播种期对棉花干物质积累和分配的影响。结果表明:棉花单株营养器官与生殖器官干物质积累动态基本一致,符合"S"型曲线变化规律,生长前期积累速度缓慢,中期积累速度加快,后期干物质积累趋于平缓。种植密度是影响干物质积累的主要因子,施氮量次之,播种期影响最小。单株营养器官干物质积累随施氮量的增加、播种期的推迟出现先上升后下降的趋势,随密度的增加而下降;单株生殖器官干物质积累随施氮量增加而上升,随密度增加和播种期推迟而减少。各处理棉花群体干物质积累随着生育进程的推进而逐渐增加,以处理9群体干物质总量最大,达到20 640 kg/hm~2,比其他处理高15.74%-137.48%。     

施氮量对麦后直播棉氮素吸收利用的影响

以早熟棉中棉所50为材料进行麦后直播棉花试验,研究施氮量(0、60、120、150、180、240 kg N·hm^-2)对棉株氮素吸收、利用和分配的影响.结果表明： 增施氮肥提高了麦后直播棉不同生育阶段的氮吸收量,以盛花到见絮期的氮积累增量最大,并且改变了不同生育期间氮吸收比例,使棉花出苗到盛花期的氮吸收比例降低,盛花到吐絮期的氮吸收比例升高;增施氮肥还降低了生育后期中上部位果枝氮浓度的下降速率.麦后直播棉氮素和生物量累积以中下部果枝为主,在150～180 kg N·hm^-2施氮量下棉花产量、氮肥表观利用率、各果枝部位干物质和氮在生殖器官中的分配比例较高,氮浓度和氮累积量动态特征参数比较协调.高于180 kg N·hm^-2的施氮量导致棉花中部和下部果枝生殖器官生物量和氮素累积量、产量增幅和氮肥利用率降低,而低于150 kg N·hm^-2施氮量降低棉花整株干物质和氮经济系数,不利于高产形成.综合分析,150～180 kg N·hm^-2施氮量可作为长江流域下游棉区麦后直播棉的推荐施氮量.     

栽培因子对长江流域早熟棉花短季栽培产量影响及建成模型研究

长江流域棉花生育期长,不利于棉油两熟制种植。通过调控栽培因子缩短棉花生育期,实现棉油单作,提高种植效益。本文以棉花早熟品种JX0010为试验材料,采用二次最优回归设计(311设计),研究了栽培因子施氮量、种植密度、播种期对棉花产量形成的影响。根据回归模型分析表明,各栽培因子与籽棉产量的单因子效应分析得出其对籽棉产量的影响顺序为:播种期>密度>施氮量。播种期对籽棉产量有明显的负效应,施氮量、密度对籽棉产量有明显的正效应。两因子互作效应对籽棉产量影响的大小顺序为:施氮量与密度的互作>密度与播种期的互作>施氮量与播种期的互作。因此,在生产上应当充分发挥施氮量与密度的互作效应,同时结合适当的播种期,以促进棉花增产。     

水氮运筹对棉花花后生物量和氮素利用率的影响

在池栽和大田条件下,以‘美棉33B’为材料,研究不同水分(自然降水、自然降水 灌水)和氮素(0、240、480kgN/hm2)运筹下棉花花后生物量和养分累积及氮素利用率动态变化特征。结果表明:施氮使棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率增大且出现时间提前、累积量及皮棉产量增加。灌水使240 kgN/hm2处理棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率出现时间提前、最大累积速率和累积量增大、氮素累积利用率和产量提高;而使480 kgN/hm2处理棉花营养器官生物量和养分快速累积期持续时间延长、最大累积速率出现时间推迟、生物量和养分最大累积速率及累积量增大、氮素累积利用率提高,而生殖器官相应指标呈降低趋势;灌水对不施氮处理棉花生物量和养分累积各项特征参数影响较小。营养器官生物量和氮磷钾最大累积速率出现时间较生殖器官早23 d左右,而快速累积期持续时间长于生殖器官11 d左右。研究发现,水分和氮素运筹可通过影响棉花生物量和养分累积的动态特征参数来影响棉花生长,进而影响最终产量品质形成;在本实验条件下,以灌水的240 kgN/hm2处理棉花的生长特征参数最为协调,皮棉产量和氮素利用率最高,品质较优。     

播期对西南地区垄作直播高粱生长、干物质积累及产量的影响

针对西南地区直播高粱播期不定、苗情不稳、低产低效等问题,以高粱新品种‘川糯粱1号’为试验材料,通过2015—2016年的大田试验,研究不同播期处理下高粱生育进程、干物质积累、产量及其构成的变化规律。结果表明：随播期推迟,高粱生育期逐渐缩短,而高粱各时期干物质积累量、产量及其构成(穗粒数、千粒重、单穗粒重)均随播期的推迟先增加后降低,两年变化规律一致,D3播期(4月20日)干物质积累量、产量及其构成均高于其他播期;生育期与日均温呈显著负相关,干物质积累量、产量均与积温呈显著正相关,温度是引起高粱播期间产量差异的关键气象因子;温度影响生育进程和干物质积累,进而调控穗粒数与单穗重,最终影响高粱籽粒产量。因此,西南地区‘川糯粱1号’的适宜播期为4月20日。     

施氮量对麦后直播棉钾素吸收利用的影响

以早熟棉‘中棉所50’为材料,于2013—2014年在南京市江苏省农业科学院棉花试验站进行麦后直播棉花试验,研究施氮量(0、60、120、150、180、240 kg N·hm^-2)对棉株钾素吸收和利用的影响.结果表明: 增施氮肥提高了麦后直播棉不同生育阶段的钾吸收量,以盛花到见絮期的钾积累增量最大;并且改变了麦后直播棉不同生育时期的钾吸收比例,使棉花出苗到盛花期的钾吸收比例降低,盛花到吐絮期的钾吸收比例升高;增施氮肥还降低了生育后期上部位果枝钾浓度的下降速率,但加速了中下部果枝钾浓度的下降速率.随施氮量增加,钾吸收的边际效应呈先升高后降低趋势,而钾的皮棉生产效率均呈线性降低,其降低趋势表现为下部果枝最大,上部果枝次之,中部果枝最低.麦后直播棉钾素和生物量累积以中、下部果枝为主,在150~180 kg N·hm^-2下棉花各果枝部位干物质和钾在生殖器官中的分配比例较高,钾浓度和钾累积量动态特征参数比较协调,利于产量形成;高于180 kg N·hm^-2导致皮棉产量增幅下降,氮素对钾吸收的边际效应和钾的皮棉生产效率较低;低于150 kg N·hm^-2时,中下部果枝干物质和钾的经济系数较低,不利于高产形成.     

水氮运筹对膜下滴灌棉花光合特性及产量形成的影响

以不同基因型棉花品种为材料,在土柱栽培条件下研究膜下滴灌条件下水氮运筹方式对新疆棉花光合性能和产量构成的影响.结果表明:播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌,并配合氮肥基施20％+追施80％的水氮运筹方式(W4N2)下,盛花期叶片叶绿素含量、气孔导度(gs)、净光合速率(Pn)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)均显著低于全生育期常规滴灌处理,非光化学猝灭系数(NPQ)增加,地上部干物质累积量受到限制;盛铃期至吐絮期叶绿素含量、gs、Pn、ΦPSⅡ、qP均随水氮供应量的提高而增大,地上部干物质产生超补偿积累,且有利于光合产物向棉铃的运转与分配.在氮肥基施20％+追施80％的施氮方式下,新陆早13号以播前灌溉+全生育期常规滴灌(W3)处理的籽棉产量较高,新陆早43号以播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌(W4)处理籽棉产量最高.因此,在播前灌溉条件下适当减少盛花期前、增加生育中后期水氮供应,可以延长冠层叶片光合功能期,促进光合物质优先向生殖器官分配,充分发挥膜下滴灌棉花的增产潜力.     

膜下滴灌水氮调控对南疆棉花产量及水氮利用率的影响

为探明水氮调控对膜下滴灌棉花的生长特性、产量构成因素以及水氮利用效率的影响,设置了3个灌溉水量和5个氮素水平进行大田棉花膜下滴灌试验.结果表明: 随着灌溉水量的增加,棉花的株高、主茎叶数、果枝数和叶面积指数显著增加,棉花叶、茎干物质积累增加,但抑制了根系生长,与低(4950 mm·hm^-2)和高(6750 mm·hm^-2)灌水量处理相比,中灌水量(5850 mm·hm^-2)处理平均单株有效铃数和单铃质量分别增加0.96、0.4个和0.22、0.11 g.与其他施氮处理相比,施氮量为300 kg·hm^-2时棉花茎直径显著增加,促进了棉花蕾、铃和根系的发育,而且在灌水量为5850 mm·hm^-2条件下,棉花干物质由营养器官向生殖器官的分配比灌水量为4950和6750 mm·hm^-2处理分别增加5.1%和29.6%.灌溉水量对棉花产量有显著影响,对衣分率影响不显著,而施氮量对棉花产量和衣分率都有一定的影响,但灌溉水量过低会抑制氮肥增产效应的发挥.在本试验条件下,灌水量为5850 mm·hm^-2、施氮量为300 kg·hm^-2时,棉花生长健壮,株型结构优化,显著促进了干物质向生殖器官的运转,有效铃数、单铃质量和衣分增加,产量达到最高(6992 kg·hm^-2),水分利用效率和氮肥利用率分别达1.45 kg·m^-3和45.9%.     

种植方式与密度对油后棉生育特性及产量构成的影响

为提高棉油两熟作物的产量,实现棉花不同种植方式与密度的合理结合,2013年在湖南省4个试验点研究了密度与种植方式对棉花生育特性及产量构成的影响。结果表明,种植方式和密度对棉花产量的互作效应不显著,各种植方式间以营养钵的产量最高,直播产量最低,但无显著性差异。在同一种植方式中,果枝数、单株成铃数随密度增高而降低,产量随密度的增加而增加。在同一密度下,生育期以直播最短,单株成铃数以营养钵最高、果枝层数以漂浮最多、株高、果枝始节位以直播最高,不同处理对棉花铃重、衣分、衣指、子指影响不显著。直播高密度的产量与营养钵中密度、漂浮高密度产量相当。结果表明,不同种植方式之间产量无显著性差异,直播、营养钵、漂浮三种种植方式均适用于湖南油后棉种植,直播的日产量最高,漂浮日产量最低,适当加大直播种植密度,有利于提高棉花产量,为推广棉花轻简化栽培提供理论依据。     

水氮运筹对膜下滴灌棉花光合特性及产量形成的影响

以不同基因型棉花品种为材料,在土柱栽培条件下研究膜下滴灌条件下水氮运筹方式对新疆棉花光合性能和产量构成的影响.结果表明： 播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌,并配合氮肥基施20%+追施80%的水氮运筹方式（W₄N₂）下,盛花期叶片叶绿素含量、气孔导度（g_s）、净光合速率（P_n）、PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）和光化学猝灭系数（q_P）均显著低于全生育期常规滴灌处理,非光化学猝灭系数（NPQ）增加,地上部干物质累积量受到限制;盛铃期至吐絮期叶绿素含量、g_s、P_n、Φ_PSⅡ、q_P均随水氮供应量的提高而增大,地上部干物质产生超补偿积累,且有利于光合产物向棉铃的运转与分配.在氮肥基施20%+追施80%的施氮方式下,新陆早13号以播前灌溉+全生育期常规滴灌（W₃）处理的籽棉产量较高,新陆早43号以播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌（W₄）处理籽棉产量最高.因此,在播前灌溉条件下适当减少盛花期前、增加生育中后期水氮供应,可以延长冠层叶片光合功能期,促进光合物质优先向生殖器官分配,充分发挥膜下滴灌棉花的增产潜力.     

不同栽培方式对巫山淫羊藿生长的影响

测定和比较了3种栽培方式(栽培密度、栽培根茎长度和栽培深度)下巫山淫羊藿叶长、株高、分枝数和花蕾数等生理生长指标,探寻巫山淫羊藿最适生长条件和生长投资策略,为药用淫羊藿人工栽培提供理论基础和实验依据。结果表明:在每平方米18000株的栽培密度下,植株各项生理指标均显著优于其它密度处理;15cm根茎长度处理下的巫山淫羊藿分枝数明显高于其它组;5cm深度处理有利于巫山淫羊藿叶生长,20cm深度处理有利于巫山淫羊藿茎生长。进一步分析表明:栽培密度和栽培根茎长度对巫山淫羊藿营养生长影响较大;栽培深度对植株的营养生长和生殖生长影响都较大。     

不同结荚习性夏大豆种质的农艺表现及其与产量的相关分析

以533份不同结荚习性大豆种质为试验材料,研究了不同结荚习性大豆种质在黄淮夏播生态区的农艺性状表现,并对主要农艺性状和产量的相关性进行了分析。结果表明:大豆种质的营养期、株高、有效分枝、单株荚数、倒伏性、株型等性状的平均值随无限-亚有限-有限结荚习性递减,生殖期、单株粒重、百粒重、小区产量等性状平均值的变化趋势则相反。相关分析表明,无限结荚习性种质的产量与株高、单株粒重呈极显著正相关,偏相关系数分别为0.602**、0.566**,与有效分枝、倒伏性呈显著负相关,偏相关系数分别为-0.384*、-0.451*。亚有限结荚习性种质的产量与生殖期、单株粒重呈显著、极显著正相关,偏相关系数分别为0.156*、0.536*,与有效分枝呈极显著负相关,偏相关系数为-0.323**。有限结荚习性种质的产量与单株粒重、株高呈极显著正相关,偏相关系数分别为0.433**、0.262**,与株型、单株荚数呈显著、极显著负相关,偏相关系数分别为-0.149*、-0.198**。结合不同结荚习性品种的生长特点,本研究认为,无限结荚习性品种株高较高且株高与产量呈极显著正相关,适合干旱地区种植;亚有限结荚习性品种生殖期与产量呈正相关,生殖期内生长旺盛需要较多的养分供应;有限结荚习性品种的营养生长持续时间短,株高较矮,吸收光能有限,实现高产主要依赖各性状器官间的平衡。生产中,有限结荚习性品种的营养生长期间既需要充足的肥水促其生长,又要防止旺长。     

Effects of ultraviolet-B radiation on cotton (Gossypium hirsutum L.) morphology and anatomy

Cotton (Gossypium hirsutum L.) crop, cultivated between 40 degrees N and 40 degrees S, is currently experiencing 2-11 kJ m-2 d-1 of UV-B radiation. This is predicted to increase in the near future. An experiment was conducted to study the effect of enhanced UV-B radiation on vegetative and reproductive morphology and leaf anatomy of cotton in sunlit, controlled environment chambers. From emergence to harvest, cotton plants were exposed to 0, 8 or 16 kJ m-2 d-1 of UV-B in a square wave approach for 8 h from 0800 to 1600 h. Changes in plant height, internode and branch length, mainstem node number, leaf area, length and area of petals and bracts, and anther number per flower were recorded. Epidermal cell and stomatal density, stomatal index, leaf thickness, and epidermal, palisade and mesophyll tissue thickness were also measured. Initial chlorotic symptoms on leaves turned into necrotic patches on continued exposure to enhanced UV-B. Exposure to high UV-B reduced both vegetative and reproductive parameters and resulted in a smaller canopy indicating sensitivity of cotton to UV-B radiation. Enhanced UV-B radiation increased epicuticular wax content on adaxial leaf surfaces, and stomatal index on both adaxial and abaxial leaf surfaces. Leaf thickness was reduced following exposure to UV-B owing to a decrease in thickness of both the palisade and mesophyll tissue, while the epidermal thickness remained unchanged. The vegetative parameters studied were affected only by high levels of UV-B (16 kJ m-2 d-1), whereas the reproductive parameters were reduced at both ambient (8 kJ m-2 d-1) and high UV-B levels. The study shows that cotton plants are sensitive to UV-B at both the whole plant and anatomical level.     

不同密度猪毛菜形态结构性状及生物量分配策略的异速关系

植物的生长特性随环境条件的变化具有可塑性，而不同的环境因素对植物可塑性的影响也不尽相同。利用异速分析的方法，通过模拟退化草地恢复过程中猪毛菜（Salsola collina）的不同种群密度（16、44、100、400株/m²），研究其形态结构性状及生物量分配策略的异速关系在种群密度间的差异。结果表明，种群密度增大能抑制猪毛菜的生长，而且对猪毛菜的株高、根长、一级分枝数、二级分枝数、三级分枝数以及总分枝长均产生了极显著的影响，表明种群密度的变化使得植物的高生长和侧向生长发生了显著变化。种群密度的变化也引起了植物生物量的变化，其中植物根、茎、叶间的生物关系是一种表观可塑性，植物的生长策略未发生改变，只是植物个体大小发生改变引起的生物量分配的变化。植物株高、总分枝长、一级分枝数及繁殖分配的变化，是由种群密度变化引起的，植物的适应策略发生了改变，是真正的可塑性。种群密度改变了植物的繁殖分配策略，而未改变植物叶的分配策略，说明当环境发生变化时，植物调整了其繁殖策略以适应环境因素的改变，以保证种群的生存繁衍。     

不同栽培条件下南方红豆杉生长特性研究

以4～6年生南方红豆杉为材料,对其不同栽培条件下地径、冠幅、株高、当年抽高、当年侧枝数及总侧枝数等生长特性进行了研究。结果表明:南方红豆杉4～6年生幼林生长量随年龄增大而增加,但其增加的趋势变缓,生长速度变慢;耕作农田中南方红豆杉生长最好,土壤板结未耕作农田生长较差,去除上层20cm耕作土的农田最差;南方红豆杉纯林生长好于落叶阔叶林下(林分郁闭度0.6～0.7),且种植密度越大差异越明显;南方红豆杉落叶阔叶林下套种及纯林生长量均随栽培密度减小而增大,不同栽培密度相差越大,生长量差异越明显。     

唐古特雪莲花部特征及生殖分配的海拔差异

为探究高山植物生殖分配策略以及分析唐古特雪莲花部特征对海拔梯度的响应机制,该研究利用采样调查法和烘干称重法,对分布在青藏高原东缘不同海拔14个居群的唐古特雪莲花部特征和生殖分配进行了研究。结果表明:(1)繁殖分配随个体大小(地上生物量和株高)的增大呈线性递减趋势。(2)花期植株地上生物量、株高、管状小花数目、繁殖器官及营养器官生物量均随海拔升高呈线性递减趋势,管状小花生物量随海拔升高呈线性递增趋势。(3)花期管状小花数量及大小、繁殖器官生物量与营养器官生物量、雄蕊重量和雌蕊重量以及花粉数目与花丝长度之间均存在权衡现象。由此推论:(1)海拔作为外界因子对唐古特雪莲花部特征具有显著的影响,个体大小对其繁殖分配也存在潜在调控作用。(2)在不同海拔梯度上,唐古特雪莲有效地整合了有限的资源,其适应性特征之一就是通过减小个体大小来削弱营养生长以达到促进生殖生长的目的。     

Cotton compensatory growth after loss of reproductive organs as affected by availability of resources and duration of recovery period

Damaged cotton plants in which reproductive organs were manually removed to simulate shedding induced by Helicoverpa spp. (Lepidoptera) were compared with undamaged controls grown under contrasting availability of resources. Plant growth and partitioning were analysed and fruit mass was taken as a measure of compensation. Under high availability of resources (low plant density, high fertility) damaged plants had a large potential compensatory capacity due to increased vegetative growth that enhanced their ability to assimilate carbon and nitrogen with respect to undamaged controls. These plants shifted from vegetative to reproductive growth when they were allowed to set fruit in the recovery period. Actual compensation was complete, however, only when the duration and conditions of the recovery period were favourable. Under multiple stresses (high plant density, low fertility, low temperature), damage triggered a marked increase in the allocation of biomass to roots which was not reversed when plants were allowed to set fruit. The apparent shift in the allocation pattern of damaged plants under stress-which matches well the survival strategy described for many perennials-probably restricted compensatory fruit growth.     

施氮量对花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响

试验在黄河流域黄淮棉区的河南安阳和长江流域下游棉区的江苏南京棉花大田进行, 氮素设0（N₀）、120（N₁）、240（N₂）、360（N₃）、480（N₄） kg·hm^-2 5个水平,定量分析了不同施氮量对美棉33B花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响.结果表明： 不同施氮量下,两试验点棉株不同果枝部位营养器官、生殖器官、生物量累积时间变异特征均表现为Logistic曲线,空间变异特征存在明显差异.安阳点360 kg·hm^-2施氮量、南京点240 kg·hm^-2施氮量处理具有快速增长期起始时间早、持续时间短、最大速率大等特征,说明该施氮量水平有利于棉花生物量的快速累积,以形成较高的产量与品质;而施氮量过多或不足均不利于棉株不同果枝部位生物量的累积.可以通过不同的施氮量来调节棉株不同果枝部位快速生长期的生长特征值,以提高棉花的产量和品质.     

Modelling the structural response of cotton plants to mepiquat chloride and population density

Background and Aims

Cotton (Gossypium hirsutum) has indeterminate growth. The growth regulator mepiquat chloride (MC) is used worldwide to restrict vegetative growth and promote boll formation and yield. The effects of MC are modulated by complex interactions with growing conditions (nutrients, weather) and plant population density, and as a result the effects on plant form are not fully understood and are difficult to predict. The use of MC is thus hard to optimize.

Methods

To explore crop responses to plant density and MC, a functional–structural plant model (FSPM) for cotton (named CottonXL) was designed. The model was calibrated using 1 year''s field data, and validated by using two additional years of detailed experimental data on the effects of MC and plant density in stands of pure cotton and in intercrops of cotton with wheat. CottonXL simulates development of leaf and fruits (square, flower and boll), plant height and branching. Crop development is driven by thermal time, population density, MC application, and topping of the main stem and branches.

Key Results

Validation of the model showed good correspondence between simulated and observed values for leaf area index with an overall root-mean-square error of 0·50 m² m⁻², and with an overall prediction error of less than 10 % for number of bolls, plant height, number of fruit branches and number of phytomers. Canopy structure became more compact with the decrease of leaf area index and internode length due to the application of MC. Moreover, MC did not have a substantial effect on boll density but increased lint yield at higher densities.

Conclusions

The model satisfactorily represents the effects of agronomic measures on cotton plant structure. It can be used to identify optimal agronomic management of cotton to achieve optimal plant structure for maximum yield under varying environmental conditions.