棉花優(yōu)化成鈴理論的形成與發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)人口較少的事實(shí)和原棉產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)需求，中國(guó)的高產(chǎn)、高質(zhì)量、高效經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。經(jīng)過(guò)60多年的研究和實(shí)踐，特別是近30年的努力，中國(guó)不僅建立了適合國(guó)情的棉花種植技術(shù)體系，而且形成了相對(duì)完整的棉花種植理論體系，為世界上第一個(gè)擁有棉花產(chǎn)量和重要地位做出了重要貢獻(xiàn)。中國(guó)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培理論體系的核心是優(yōu)化成鈴。圍繞優(yōu)化成鈴,中國(guó)棉花科技工作者自20世紀(jì)80年代以來(lái),研究明確了優(yōu)質(zhì)鈴的成鈴規(guī)律和結(jié)鈴模式,高產(chǎn)棉花株型特點(diǎn)、群體質(zhì)量指標(biāo)和調(diào)控途徑。在此基礎(chǔ)上,形成了棉花優(yōu)化成鈴的栽培理論。其主要內(nèi)容是,棉花產(chǎn)量和品質(zhì)是通過(guò)棉株結(jié)鈴建成的,單位面積棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和纖維品質(zhì)受結(jié)鈴時(shí)間、棉鈴所處空間部位以及棉株生理年齡的顯著影響,優(yōu)化成鈴就是根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和生產(chǎn)條件,通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)與發(fā)育的合理調(diào)控,在最佳結(jié)鈴期、最佳結(jié)鈴部位和棉株生理狀態(tài)穩(wěn)健時(shí)多結(jié)鈴、結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴;使棉葉系統(tǒng)的高光合效能期、成鈴高峰期和當(dāng)?shù)毓鉄豳Y源高能期相同步,棉花正常成熟,可以更有效地優(yōu)化成鈴。優(yōu)化成鈴栽培理論還包括株型栽培、群體質(zhì)量等內(nèi)容。1由優(yōu)化成鈴理論及技術(shù)路線(xiàn)上看中國(guó)棉花栽培技術(shù)在20世紀(jì)70年代以前,主要是通過(guò)總結(jié)與推廣農(nóng)民和勞動(dòng)模范的植棉經(jīng)驗(yàn)形成的,沒(méi)有明確的理論支撐。之后10多年的時(shí)間里,研究總結(jié)出豐產(chǎn)棉花的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、合理生育進(jìn)程、長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相的形態(tài)診斷指標(biāo)等,以及相應(yīng)的一套促進(jìn)與控制相結(jié)合的綜合栽培技術(shù),初步形成了中國(guó)棉花栽培的理論和技術(shù)體系。其技術(shù)路線(xiàn)是,“壯苗早發(fā)、穩(wěn)長(zhǎng)多結(jié)、三桃齊結(jié)”,要求“帶桃入伏、伏桃滿(mǎn)腰、秋桃蓋頂”。因?yàn)樵绨l(fā)棉花伏前桃通常偏多,不僅會(huì)引起結(jié)鈴盛期的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)跟不上,影響伏桃的數(shù)量,而且后期還易早衰,秋桃也難以蓋頂,加之伏前桃還容易霉?fàn)€,直接影響棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。這種現(xiàn)象在移栽棉和地膜棉上的表現(xiàn)更為突出。而晚發(fā)棉花常貪青晚熟,難有伏前桃,秋桃中的晚秋桃比例較大,后期遇到低溫往往會(huì)出現(xiàn)鈴輕子癟的現(xiàn)象,纖維成熟度差,也不能達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。1980年以后,隨著棉花產(chǎn)量不斷提高,生產(chǎn)目標(biāo)逐步調(diào)整到產(chǎn)量與品質(zhì)并重的路子上來(lái),多結(jié)鈴、結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴成為主攻目標(biāo)。在這一背景下,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所等8家單位組成的協(xié)作組,根據(jù)黃淮海平原和長(zhǎng)江流域棉區(qū)有40—45d最佳開(kāi)花結(jié)鈴期,以及棉花具有較強(qiáng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償能力的特點(diǎn),研究提出了在最佳結(jié)鈴期集中多結(jié)伏桃和早秋桃的結(jié)鈴模式。其基本思路是利用棉花自身較強(qiáng)的調(diào)節(jié)補(bǔ)償功能,通過(guò)對(duì)早發(fā)棉花摘早蕾、去晚蕾,或者通過(guò)調(diào)整播種期將棉株開(kāi)花結(jié)鈴盛期調(diào)整在所謂的“最佳”時(shí)期,集中多結(jié)伏桃和早秋桃。初步形成了棉花優(yōu)化成鈴栽培理論。棉花生物產(chǎn)量的90%—95%來(lái)自光合作用,其中70%—90%的生物學(xué)產(chǎn)量在開(kāi)花后形成,特別是集中成鈴期積累最多。棉花集中成鈴期是一生中轉(zhuǎn)化和貯存太陽(yáng)能效率最高的時(shí)期,為高光合效能期或高能轉(zhuǎn)化期。一般情況下,高能轉(zhuǎn)化期持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),產(chǎn)量越高。調(diào)節(jié)群體棉葉系統(tǒng)的高光合效能期、成鈴高峰期和當(dāng)?shù)毓鉄豳Y源高能期相同步,即“三高”同步,可以更有效地優(yōu)化成鈴,大幅度提高產(chǎn)量品質(zhì),這便是同步栽培的理論和技術(shù)路線(xiàn)。同步栽培的目的就是優(yōu)化成鈴,技術(shù)核心則是調(diào)整結(jié)鈴期,按照最佳結(jié)鈴模式結(jié)鈴,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化成鈴。這之后,國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者研究了棉鈴和棉纖維發(fā)育與外界條件的協(xié)同關(guān)系,以及營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)的協(xié)同關(guān)系,明確了高產(chǎn)棉花株型特點(diǎn)、群體質(zhì)量指標(biāo)和調(diào)控途徑;研究了棉花庫(kù)源關(guān)系、根冠關(guān)系和碳氮代謝特點(diǎn),明確了實(shí)現(xiàn)正常熟相的調(diào)控途徑;研究了優(yōu)化成鈴的內(nèi)涵,明確優(yōu)化成鈴就是在最佳結(jié)鈴期、最佳結(jié)鈴部位和棉株生理狀態(tài)穩(wěn)健時(shí)多結(jié)鈴(單位面積鈴數(shù)多)、結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴(鈴大、衣分高、纖維品質(zhì)好)。一致認(rèn)為,要按照高產(chǎn)棉花干物質(zhì)積累與分配特點(diǎn),協(xié)調(diào)品種、環(huán)境和栽培措施三者的關(guān)系,在增加生物學(xué)產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,穩(wěn)定或提高經(jīng)濟(jì)系數(shù);在增加單位面積總鈴數(shù)的基礎(chǔ)上,穩(wěn)步提高鈴重。光合產(chǎn)物(干物質(zhì))作為棉花產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ),不同生育階段的群體干物質(zhì)積累直接影響成鈴。為優(yōu)化成鈴,要求盛花期以前群體干物質(zhì)積累量保持在適宜的范圍內(nèi),具有適宜的群體葉面積、株高、果枝數(shù)和總果節(jié)量,而盛花以后的整個(gè)結(jié)鈴?fù)滦跗谝３州^高的干物質(zhì)積累量和收獲指數(shù)。為優(yōu)化成鈴,要主動(dòng)而有預(yù)見(jiàn)性地控制棉花個(gè)體發(fā)育,培植理想株型,促進(jìn)棉花正常成熟;要根據(jù)生態(tài)條件,按照一定的數(shù)量指標(biāo),采取合理密植和化學(xué)調(diào)控等措施,優(yōu)化群體結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)好棉花生長(zhǎng)發(fā)育與環(huán)境條件的關(guān)系,棉花個(gè)體與群體的關(guān)系,棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)的關(guān)系,棉株地上部與地下部的關(guān)系,棉花與間套作物的關(guān)系。盛花期后群體干物質(zhì)生產(chǎn)量是高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵指標(biāo),果節(jié)量與葉面積發(fā)展動(dòng)態(tài)是高產(chǎn)群體質(zhì)量的診斷指標(biāo),單位面積鈴數(shù)和三桃比例是高產(chǎn)群體質(zhì)量的核心指標(biāo),合理株型是優(yōu)質(zhì)群體的空間結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。由此可見(jiàn),高產(chǎn)棉花干物質(zhì)積累與分布的規(guī)律、高產(chǎn)棉花株型特點(diǎn)及調(diào)控、棉花群體質(zhì)量等理論,都是優(yōu)化成鈴理論的重要內(nèi)容,是優(yōu)化成鈴理論的發(fā)展。2優(yōu)化鈴生產(chǎn)理論的核心內(nèi)容2.1優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期和優(yōu)化成鈴談春松根據(jù)河南省各棉區(qū)多年的氣候資料,把10月下旬(霜前)作為正常發(fā)育棉鈴的吐絮期,按照滿(mǎn)足棉鈴正常發(fā)育所需要的≥15℃活動(dòng)積溫1350℃為標(biāo)準(zhǔn),推算河南省各棉區(qū)正常發(fā)育吐絮棉鈴的開(kāi)花臨界日期大致在8月13日—18日。同時(shí)為避免減少早期開(kāi)花鈴的霉?fàn)€,確定7月10日至8月15日為黃河流域棉區(qū)優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期,約35d。長(zhǎng)江中、下游優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期為7月15日至8月20日—25日,約35—40d。西北內(nèi)陸棉區(qū)和北部特早熟棉區(qū)要短些,例如,北疆優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期大致在7月底以前的20—30d內(nèi),如采用地膜覆蓋,將開(kāi)花期提早到6月25日前后,其優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期也可達(dá)到30d左右。山西晉中地區(qū)優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期只有7月25日前的15—20d。長(zhǎng)江流域和黃河流域棉區(qū)的優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期較長(zhǎng),其他棉區(qū)的優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期較短,但優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期長(zhǎng)短不是棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的主要限制因素,它可以通過(guò)育苗移栽、地膜覆蓋或合理密植等措施予以調(diào)節(jié)。按成鈴時(shí)間將棉鈴劃分為四桃,即伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃。伏前桃為7月15日以前(長(zhǎng)江下游為7月20日前)的成鈴;伏桃為7月16日或7月21日至8月15日間的成鈴;早秋桃為8月16日至8月30日間成鈴,晚秋桃為8月31日以后的成鈴。劉藝多的研究證實(shí),伏前桃雖然單鈴子棉重較大,但僵爛鈴率高;晚秋桃的單鈴子棉重和衣分都低,并且還有僵爛鈴,唯有伏桃和早秋桃最好,其單鈴子棉重和衣分都高。過(guò)去受單純追求產(chǎn)量思路的影響,認(rèn)為棉花具有無(wú)限生長(zhǎng)習(xí)性,延長(zhǎng)棉花開(kāi)花結(jié)鈴時(shí)間就能獲得高產(chǎn)的觀點(diǎn)是片面的。從優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的要求出發(fā),開(kāi)花結(jié)鈴期并不是愈長(zhǎng)愈好,而應(yīng)樹(shù)立最佳結(jié)鈴期和優(yōu)化成鈴的概念。所以,對(duì)于黃河流域和長(zhǎng)江流域棉區(qū),應(yīng)在優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期內(nèi)集中多結(jié)伏桃和早秋桃,亦即盡量增加霜前好花,盡量減少僵爛花和霜后花;西北內(nèi)陸棉區(qū)和北部特早熟棉區(qū),由于最佳開(kāi)花結(jié)鈴期短,特別是新疆棉區(qū)沒(méi)有爛鈴發(fā)生,應(yīng)在優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期內(nèi)集中多結(jié)伏前桃和伏桃。2.2棉區(qū)種植密度和節(jié)枝比一般而言,棉株中部果枝以及內(nèi)圍1、2果節(jié)結(jié)的鈴較好,鈴重、纖維品質(zhì)較高,且變動(dòng)小,是棉株優(yōu)質(zhì)鈴的空間部位,也稱(chēng)之為優(yōu)勢(shì)成鈴部位。不過(guò),優(yōu)勢(shì)成鈴部位是相對(duì)的,并不僅指中部果枝和內(nèi)圍鈴。中國(guó)南方棉區(qū)和北方棉區(qū)的生態(tài)條件差異較大,種植密度也有很大不同。南方棉區(qū)種植密度較低,一味強(qiáng)調(diào)促進(jìn)中部果枝和內(nèi)圍果節(jié)多結(jié)鈴,常會(huì)造成總鈴數(shù)不足而降低產(chǎn)量。陳德華等提出用節(jié)枝比(總果節(jié)數(shù)/果枝數(shù))作為指標(biāo)調(diào)控果枝伸展程度和結(jié)鈴率,便于棉株多結(jié)鈴、結(jié)優(yōu)勢(shì)鈴。在密度相同或果枝數(shù)相同時(shí),節(jié)枝比低說(shuō)明各果枝上果節(jié)少,棉株細(xì)瘦,不利于形成高產(chǎn)株型;當(dāng)節(jié)枝比過(guò)高時(shí),由于果枝上的果節(jié)太多,橫向生長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng),會(huì)造成棉花嚴(yán)重隱蔽,產(chǎn)量也難以提高;在節(jié)枝比適宜時(shí),棉株縱橫伸展比較協(xié)調(diào),有利于結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴。2.3冠層中部棉鈴發(fā)育的特點(diǎn)棉花具有無(wú)限開(kāi)花結(jié)鈴習(xí)性,相同氣候條件下,由于播種出苗期等的差異,同期開(kāi)花結(jié)的棉鈴會(huì)處于棉株的不同生育階段,也就是不同的生理年齡。許玉璋等通過(guò)分期播種,研究了棉株生理年齡對(duì)種子和纖維發(fā)育的效應(yīng),發(fā)現(xiàn)棉株生理年齡對(duì)秋桃,特別是晚秋桃的棉子和棉纖維品質(zhì)性狀有顯著影響,在生育中后期,棉株生理年齡越大,棉子、棉纖維品質(zhì)越差;最好的棉子、棉纖維產(chǎn)生于“壯年”期的棉株。因?yàn)槊掴徯纬蓵r(shí)的棉株活力旺盛,光合作用最強(qiáng),營(yíng)養(yǎng)器官累積養(yǎng)分多,貯存養(yǎng)分的運(yùn)轉(zhuǎn)快而多,所以冠層中部棉鈴的棉子、棉纖維品質(zhì)好。早期結(jié)的棉鈴位于棉株下部,其棉子和棉纖維受到下部冠層不良環(huán)境條件的影響而不如前者,晚期結(jié)的棉鈴位于棉株上部,在其成長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所處環(huán)境的溫度較低,光照不足,植株活力較弱,光合效率低,致使棉子和棉纖維品質(zhì)低劣。蔣光華等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),伏桃棉纖維加厚發(fā)育期溫度為22℃,中部第4—6果枝棉鈴發(fā)育時(shí)的棉株處于“壯年”,是其代謝旺盛期,“源”主要用于棉鈴發(fā)育,纖維比強(qiáng)度明顯高于其他部位;下部第1—3果枝棉鈴發(fā)育時(shí)的植株生理年齡處于“幼年”,“源”一方面用于棉鈴發(fā)育,另一方面營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛,纖維比強(qiáng)度較低;上部第13—15果枝棉鈴發(fā)育時(shí)的植株生理年齡處于老年,進(jìn)入代謝衰退期,“源”的供應(yīng)受限制,因此棉纖維比強(qiáng)度均在20cN/tex以下。棉株生理年齡較小時(shí)(下部果枝),棉鈴發(fā)育前期生物量和氮素快速累積起始時(shí)間較早、速率較高、持續(xù)時(shí)間較短,而在棉株生理年齡較大時(shí)(中部果枝)棉鈴生物量和氮素快速累積起始時(shí)間較晚、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),整個(gè)累積過(guò)程較為平緩;棉株中部果枝鈴纖維比強(qiáng)度顯著高于下部果枝鈴。說(shuō)明棉株生理年齡對(duì)棉纖維品質(zhì),特別是對(duì)比強(qiáng)度的作用明顯,纖維比強(qiáng)度是對(duì)棉株生理狀態(tài)最為敏感的指標(biāo)。由此可見(jiàn),棉株也有幼年、青壯年和老年之分,棉花優(yōu)化成鈴不僅要在環(huán)境條件最適宜的時(shí)間、最佳的結(jié)鈴部位多結(jié)鈴,還應(yīng)在棉株的壯年期多結(jié)鈴。棉株生理年齡的概念對(duì)于優(yōu)化成鈴、提高棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)具有重要意義。2.4成鈴率及成鈴模式最佳成鈴模式,就是要在優(yōu)質(zhì)鈴的空間部位多結(jié)鈴、在優(yōu)質(zhì)鈴的開(kāi)花期多結(jié)鈴、在優(yōu)質(zhì)成鈴的棉株生理年齡多結(jié)鈴?？偨Y(jié)20世紀(jì)90年代各地高產(chǎn)田的調(diào)查結(jié)果,棉花最佳成鈴模式的具體指標(biāo)為,各層果枝的第一節(jié)位的平均成鈴率應(yīng)達(dá)到55%—60%,第二節(jié)位的平均成鈴率應(yīng)在30%左右,保證霜前花率在85%以上。談春松在20世紀(jì)90年代初測(cè)得黃河流域棉區(qū)棉花最佳成鈴模式為,每公頃鈴數(shù)105萬(wàn)個(gè)左右、單鈴子棉重4.0—4.5g。王克如等在20世紀(jì)90年代末測(cè)得西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花最佳成鈴模式為每公頃有效鈴數(shù)大于120萬(wàn)個(gè)、平均鈴重6g,或每公頃有效鈴數(shù)大于130萬(wàn)個(gè)以上、平均鈴重5.6g。然而這只能代表20世紀(jì)90年代的最佳成鈴模式。因?yàn)閱慰棵拗陜?nèi)圍1、2果節(jié)結(jié)鈴總是有限的。從發(fā)展的眼光看,要通過(guò)獲得適宜的節(jié)枝比進(jìn)一步優(yōu)化成鈴模式。3優(yōu)化送鈴理論的新發(fā)展3.1提高經(jīng)濟(jì)系數(shù),增加干物質(zhì)積累量棉花產(chǎn)量和品質(zhì)形成的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是干物質(zhì)生產(chǎn)、積累與分配的過(guò)程。高產(chǎn)棉花各生育時(shí)期皆有適宜的干物質(zhì)積累量,并有與該干物質(zhì)積累量相匹配的葉面積和莖、葉、枝干重。盛花以前棉花群體干物質(zhì)保持在適宜的范圍內(nèi),才能有利于協(xié)調(diào)各器官的生長(zhǎng)和源-庫(kù)之間的矛盾,形成適宜的群體LAI、株高、果枝數(shù)和總果節(jié)量。保持盛花后整個(gè)結(jié)鈴?fù)滦跗谟休^高的干物質(zhì)積累量最為重要。在不斷增加干物質(zhì)積累量(生物學(xué)產(chǎn)量)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)系數(shù),即提高生物產(chǎn)量轉(zhuǎn)化率是高產(chǎn)棉花產(chǎn)量形成的重要特征,也是棉花高產(chǎn)的重要途徑。有研究表明,生物學(xué)產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)系數(shù)之間的負(fù)相關(guān)是可以打破的。新疆的棉花經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)系數(shù)明顯高于內(nèi)地棉區(qū),但生物學(xué)產(chǎn)量之間差別不明顯,說(shuō)明新疆棉區(qū)的經(jīng)濟(jì)系數(shù)高。進(jìn)一步說(shuō)明,通過(guò)生物學(xué)產(chǎn)量與高經(jīng)濟(jì)系數(shù)的同步增長(zhǎng),可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)更高產(chǎn)。根據(jù)以上分析,要按照高產(chǎn)棉花干物質(zhì)積累與分配特點(diǎn),協(xié)調(diào)品種、環(huán)境和栽培措施三者的關(guān)系,在增加生物學(xué)產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,穩(wěn)定甚至提高經(jīng)濟(jì)系數(shù);在增加單位面積總鈴數(shù)的基礎(chǔ)上,提高鈴重。光合產(chǎn)物(干物質(zhì))作為棉花產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ),不同生育階段的群體干物質(zhì)積累直接影響成鈴。為優(yōu)化產(chǎn)量品質(zhì),要求盛花期以前棉花群體干物質(zhì)保持在適宜的范圍內(nèi),具有適宜的群體葉面積、適宜株高、果枝數(shù)和總果節(jié)量;而盛花以后的整個(gè)結(jié)鈴?fù)滦跗谝３州^高的干物質(zhì)積累量。為優(yōu)化產(chǎn)量品質(zhì),不僅要求棉花群體具有較高的干物質(zhì)生產(chǎn)能力,還必須具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的能力。3.2合理高效節(jié)枝比指標(biāo)談春松在研究棉花結(jié)鈴模式和優(yōu)化成鈴的基礎(chǔ)上,提出了棉花株型栽培的概念。所謂株型栽培,即是主動(dòng)而有預(yù)見(jiàn)性地控制棉花個(gè)體發(fā)育,培植理想株型,協(xié)調(diào)棉花生育與氣候、個(gè)體與群體、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)的關(guān)系,促使棉株內(nèi)圍1、2果節(jié)多結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴,從而達(dá)到早熟與優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。南殿杰等研究提出了棉花株型栽培的形態(tài)特點(diǎn)是株矮、枝短、葉小、葉厚、鈴大。不同品種的株型,因果枝的分布、葉片的大小和功能期的長(zhǎng)短等而不同,對(duì)群體結(jié)構(gòu)各部位的受光情況均有影響;栽培條件不同,也會(huì)直接影響到株型的不同,由此形成的群體結(jié)構(gòu)也會(huì)有差異。棉花合理株型的核心是在單位空間內(nèi)能分布較多的有效果節(jié)量,并有較高的成鈴率,其共同特點(diǎn)是:3.2.1合理的株高及節(jié)間長(zhǎng)度不同棉區(qū)的群體結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同,相應(yīng)對(duì)株高及節(jié)間長(zhǎng)度的要求也不同。黃河流域棉區(qū)多采用中密壯株型群體結(jié)構(gòu),株高80—100cm,單株果枝10—15個(gè),平均12個(gè),主莖節(jié)間長(zhǎng)度5—6cm,分布較均勻。株高日增長(zhǎng)量作為衡量生長(zhǎng)發(fā)育是否適宜另一重要指標(biāo),新疆北疆棉花盛蕾期、開(kāi)花期和盛花期為0.83、1.26和1.11cm·d-1比較適宜。長(zhǎng)江中下游高產(chǎn)群體株高日增量在整個(gè)生育進(jìn)程中表現(xiàn)為適中穩(wěn)健,特別在盛蕾初花期株高日增量最大的時(shí)期,日增長(zhǎng)量2—2.5cm比較適宜,最終株高106cm,皮棉產(chǎn)量2184kg·hm-2;旺長(zhǎng)型,盛蕾初花期株高日增量高達(dá)3.18cm,不利于花蕾的正常生長(zhǎng),最終株高140.7cm,皮棉產(chǎn)量只有1358kg·hm-2;生長(zhǎng)不足型,盛蕾初花期的株高日增量只有1.26cm,最終株高僅74.9cm,果枝葉片分布密集,不利于光能利用,產(chǎn)量更低,皮棉產(chǎn)量?jī)H為1201kg·hm-2。3.2.2合理的果枝及其節(jié)間長(zhǎng)度分布高光效群體結(jié)構(gòu)要求棉株由下而上各果枝的果節(jié)數(shù)逐漸減少,又使果枝長(zhǎng)度逐漸變短,使棉株上下形成塔式株型。棉花果枝的空間分布,須符合果枝的下長(zhǎng)上短和果節(jié)的內(nèi)長(zhǎng)外短的規(guī)律;其次是各果節(jié)節(jié)間長(zhǎng)度要有一個(gè)合理的范圍。但這一要求并非一成不變,還要因生態(tài)區(qū)和群體密度而調(diào)整。3.2.3適宜的節(jié)枝比節(jié)枝比是棉株的果節(jié)數(shù)與果枝數(shù)之比,用總果節(jié)數(shù)與總果枝數(shù)之比表示,節(jié)枝比的大小反映棉株的縱橫向生長(zhǎng)狀況。在密度相同或果枝數(shù)相同的情況下,節(jié)枝比較低,說(shuō)明各果枝上果節(jié)太少,棉株細(xì)瘦;節(jié)枝比過(guò)高時(shí),則果枝上果節(jié)太多,橫向生長(zhǎng)過(guò)頭。只有在節(jié)枝比適宜時(shí),棉株縱橫向伸展比較協(xié)調(diào),有利于群體干物質(zhì)生產(chǎn)與積累。適宜節(jié)枝比指標(biāo),因各生態(tài)棉區(qū)適宜種植密度和留果枝數(shù)的不同而不同。種植密度低單株留果枝數(shù)多的,節(jié)枝比指標(biāo)值高,種植密度高單株留果枝數(shù)少的,節(jié)枝比指標(biāo)值低。例如,高密小株類(lèi)型群體結(jié)構(gòu),適宜節(jié)枝比為2.5左右;中密壯株類(lèi)型群體結(jié)構(gòu),適宜節(jié)枝比為3.5左右;稀植大株類(lèi)型群體結(jié)構(gòu),適宜節(jié)枝比為5—5.5。陳德華等對(duì)皮棉1875kg·hm-2產(chǎn)量水平以上棉花源庫(kù)關(guān)系與產(chǎn)量形成關(guān)系的研究表明,適當(dāng)降低群體果節(jié)量,提高果節(jié)成鈴率、增加成鈴數(shù)是獲得超高產(chǎn)的重要途徑;其次就是在適宜總果節(jié)量的條件下提高成鈴率,這是進(jìn)一步提高產(chǎn)量的途徑?？傊?株型栽培增產(chǎn)的機(jī)理主要在于群體早發(fā)早熟效應(yīng)、鈴位內(nèi)移效應(yīng)、抗逆效應(yīng)和合理產(chǎn)量結(jié)構(gòu)效應(yīng),特別是能夠在單位空間內(nèi)分布較多的總果節(jié)量,且有較高的結(jié)鈴率。株型栽培途徑側(cè)重從空間的角度優(yōu)化成鈴,是結(jié)鈴模式栽培技術(shù)的發(fā)展,是優(yōu)化成鈴栽培技術(shù)的重要組成部分。在新疆形成棉花“矮密早”栽培,更是對(duì)棉花優(yōu)化成鈴理論與技術(shù)的具體運(yùn)用和發(fā)展。3.3葉面積系數(shù)及對(duì)群體結(jié)構(gòu)的影響棉花的一個(gè)單株成為個(gè)體,單位面積上的株數(shù)、果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)、葉片數(shù)、葉面積及其在空間的分布則為群體特征。棉花的群體結(jié)構(gòu)由單位面積有效株數(shù)、株行距的配置、葉面積系數(shù)、株型和葉型、單株成鈴率、封行時(shí)間和封行程度等因素構(gòu)成。棉花群體質(zhì)量栽培實(shí)質(zhì)上就是按照一定的數(shù)量指標(biāo),優(yōu)化群體結(jié)構(gòu),達(dá)到在最佳結(jié)鈴期、最佳結(jié)鈴部位多結(jié)鈴、結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴。盛花后群體干物質(zhì)生產(chǎn)量是高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵指標(biāo),果節(jié)量與葉面積發(fā)展動(dòng)態(tài)是形成高產(chǎn)群體質(zhì)量的診斷指標(biāo),單位面積鈴數(shù)和三桃比例是高產(chǎn)群體質(zhì)量的核心指標(biāo),合理株型是優(yōu)質(zhì)群體的空間結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。3.3.1合理的葉系和葉面積系數(shù)要建立高光效群體結(jié)構(gòu),必須有適宜的群體葉片數(shù)、適宜的葉面積。在群體葉系中,有有效和無(wú)效葉面積、高效和低效葉面積之分。在棉花伏桃形成期末,是棉花新分化果節(jié)向有效和無(wú)效兩極分化的時(shí)期,自此以后形成的花芽不能正常開(kāi)花結(jié)鈴,是無(wú)效花芽,著生在這些無(wú)效果節(jié)位上的葉面積,即為無(wú)效葉面積。其中,座住鈴的同位果枝葉為高效葉,沒(méi)有座住鈴的同位果枝葉為低效葉。成鈴率與有效葉面積率呈極顯著的正相關(guān),提高有效葉面積有利于成鈴率的提高。高產(chǎn)棉花要有一個(gè)適宜葉面積系數(shù)范圍。綜合各生態(tài)區(qū)的研究結(jié)果,不同群體結(jié)構(gòu)類(lèi)型因其利用空間的不同適宜葉面積系數(shù)范圍也略有差別,密植小株類(lèi)型為3.0—3.5,中密壯株類(lèi)型為3.5—3.8,稀植大株類(lèi)型為3.7—4.3。高產(chǎn)棉花還必須有適宜群體葉面積動(dòng)態(tài)保證。在棉花的一生中,為使葉面積系數(shù)有一個(gè)合理發(fā)展動(dòng)態(tài),在生長(zhǎng)緩慢或快速下降時(shí)期需要采取促進(jìn)措施,使其增長(zhǎng)加快,或使葉面積系數(shù)下降得慢些;在其生長(zhǎng)快的時(shí)期需要采取控制措施,以達(dá)到葉面積系數(shù)平衡增長(zhǎng)。3.3.2適宜的鈴葉比棉花的源庫(kù)比例可以用鈴葉比(棉花群體成鈴總數(shù)與總?cè)~片數(shù)之比)來(lái)反映。首先,提高鈴葉比能促進(jìn)開(kāi)花后的葉片光合強(qiáng)度。當(dāng)單位面積負(fù)荷量增加時(shí),棉花開(kāi)花后的光合生產(chǎn)潛力得到充分發(fā)揮,一方面光合強(qiáng)度增大,光合產(chǎn)物增多;另一方面生產(chǎn)的光合產(chǎn)物能較多地分配到生殖器官中去,也就是當(dāng)鈴葉比增加時(shí),庫(kù)容增大所需的養(yǎng)分能夠因?qū)θ~源的反饋得以滿(mǎn)足。其次,提高鈴葉比能促進(jìn)葉片光合產(chǎn)物向棉鈴的輸送,也就是擴(kuò)庫(kù)具有暢流的功能。第三,提高鈴葉比能促進(jìn)干物質(zhì)積累和合理分配。鈴葉比與開(kāi)花后干物質(zhì)積累有密切的關(guān)系,適當(dāng)提高鈴葉比,意味著能提高棉花群體冠層葉片光合作用潛能,促進(jìn)光合強(qiáng)度增強(qiáng),光合產(chǎn)物總量增多,提高干物質(zhì)積累量,并能促進(jìn)光合產(chǎn)物向外輸送速度,調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物的合理分配,最終能有效地提高棉花產(chǎn)量。因此,提高棉花單位葉面積對(duì)棉鈴的負(fù)載能力,是棉花增產(chǎn)的重要途徑,是高光效群體結(jié)構(gòu)的十分重要的指標(biāo)。3.3.3群體結(jié)構(gòu)類(lèi)型在長(zhǎng)期實(shí)踐中,中國(guó)各棉區(qū)皆形成了符合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件和生產(chǎn)條件的群體結(jié)構(gòu)類(lèi)型,主要有密植小株、中密壯株、稀植大株3種。一是密植小株類(lèi)型。種植密度為每公頃15萬(wàn)株以上,有時(shí)甚至達(dá)到30萬(wàn)株,適用于西北內(nèi)陸棉區(qū)、遼河流域棉區(qū)及晉中特早熟棉區(qū)。通過(guò)增加密度,使成鈴主要集中在低位果枝的內(nèi)圍果節(jié),從而能利用有限的棉花生長(zhǎng)季節(jié),充分利用熱量條件較佳的優(yōu)質(zhì)鈴開(kāi)花期,奪取高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)。其特點(diǎn)是,在有限的棉花生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi),通過(guò)協(xié)調(diào)群體與個(gè)體的關(guān)系,既保證有足夠群體,又培育健壯個(gè)體,確保產(chǎn)量形成期有較高的群體光合性能。其核心要求是促早發(fā)、高光效。二是中密壯株類(lèi)型。種植密度為5×104—9×104株/hm2,棉株培育成塔形,單株留果枝數(shù)一般12—15個(gè)。果枝由下而上逐漸變短,當(dāng)達(dá)到群體最大葉面積時(shí),形成為下封上不封的群體結(jié)構(gòu)。這種類(lèi)型的群體結(jié)構(gòu),利用下部果枝伸得較長(zhǎng),覆蓋地面,達(dá)到充分利用橫向空間的目的;同時(shí)利用單株多留果枝,達(dá)到多利用縱向空間的目的。與密植小株型比較,利用的空間要大些,群體最大葉面積有所增加,從而提高了光能利用率。適用于黃河流域棉區(qū)的多數(shù)棉田,其顯著特點(diǎn)是從增加群體最大葉面積和延長(zhǎng)光合時(shí)間入手,提高光合產(chǎn)量,以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。中密壯株類(lèi)型群體結(jié)構(gòu),一方面爭(zhēng)取多利用空間增加群體最大葉面積,另一方面利用黃河流域棉區(qū)較長(zhǎng)的生長(zhǎng)季節(jié),延長(zhǎng)光合時(shí)間以達(dá)到增產(chǎn)的目的。三是稀植大株類(lèi)型。種植密度為1.95×104—3.75×104株/hm2,可因品種類(lèi)型而異:常規(guī)棉品種的種植密度一般為3.75×104株/hm2,去營(yíng)養(yǎng)枝,將棉株培育呈筒形,下、中、上部果枝長(zhǎng)度基本相同,兩行棉花的果枝頂葉相接而不交叉,單株果枝20個(gè)左右?？瓜x(chóng)雜交棉的種植密度為1.95×104—2.70×104株/hm2,保留營(yíng)養(yǎng)枝,營(yíng)養(yǎng)枝向兩側(cè)生長(zhǎng),達(dá)到利用橫向空間,讓主莖盡量向上生長(zhǎng),達(dá)到盡可能地多利用縱向空間。棉株高度120—140cm,主莖留果枝19個(gè)以上,營(yíng)養(yǎng)枝的二級(jí)果枝可達(dá)12—20個(gè),棉花生長(zhǎng)季節(jié)基本不封行,陽(yáng)光可直射到棉株底部。適用于長(zhǎng)江流域棉區(qū)的大部分棉田,黃河流域棉區(qū)水熱資源特別豐富的一部分棉田也可采用。其特點(diǎn)是利用較長(zhǎng)的棉花生長(zhǎng)季節(jié)和較優(yōu)越的肥水條件,加之棉花的雜種優(yōu)勢(shì),可以充分挖掘個(gè)體增產(chǎn)潛力來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),其核心的要求是個(gè)體得到充分的發(fā)展。3.4棉株體自身生長(zhǎng)情況影響棉熟相的機(jī)制與有限生長(zhǎng)的禾本科作物一樣,棉花也有正常成熟、早衰和貪青晚熟等不同的熟相之分,避免早衰和貪青晚熟,促進(jìn)棉花正常成熟,也是優(yōu)化成鈴,實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要保證。3.4.1熟相的概念和類(lèi)型棉花熟相是指棉株在吐絮成熟期的衰老表現(xiàn),它實(shí)際上是棉花生長(zhǎng)發(fā)育是否正常,棉花庫(kù)源關(guān)系、根冠關(guān)系和碳氮代謝是否協(xié)調(diào)的綜合表現(xiàn),是棉花內(nèi)因(品種本身遺傳因素)和外因(氣候環(huán)境、栽培措施等)共同作用的結(jié)果,可分為正常成熟、早衰和貪青、晚熟等類(lèi)型。正常成熟是指在有限的生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)棉株大量結(jié)鈴,正常成熟吐絮,葉片伴隨棉鈴?fù)滦醪粩噢D(zhuǎn)黃脫落的現(xiàn)象;早衰是在有限的生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi),棉株體局部或整體過(guò)早終止生命活動(dòng)而影響棉花產(chǎn)量和品質(zhì)形成的現(xiàn)象;貪青是指棉株大部分棉鈴已經(jīng)吐絮成熟、多數(shù)葉片尚能正常光合的現(xiàn)象,也就是通常所說(shuō)的青枝綠葉吐白絮現(xiàn)象;晚熟則指棉株體吐絮成熟晚,在霜降前仍有大量未吐絮成熟的棉鈴,霜前花率不足70%。棉花熟相與庫(kù)源協(xié)調(diào)性密切相關(guān),而庫(kù)源協(xié)調(diào)性又受棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)關(guān)系、地下部根系與地上部冠層關(guān)系、碳氮代謝平衡的顯著影響。源是庫(kù)的限制因素,庫(kù)對(duì)源則具有反饋調(diào)節(jié)作用,只有兩者相互協(xié)調(diào),棉花生長(zhǎng)發(fā)育才處于正常狀態(tài),否則就會(huì)出現(xiàn)不正?；虿缓侠淼纳L(zhǎng)發(fā)育,最終可能表現(xiàn)為貪青、晚熟或早衰等異常熟相。棉花生長(zhǎng)發(fā)育中后期的黃葉率(黃葉面積與總?cè)~面積的比值,或黃葉葉片數(shù)與總?cè)~片數(shù)的比值)可作為棉花衰老或早衰的定量指標(biāo),而棉柴比(收獲后子棉與風(fēng)干棉柴的比值)作為棉花熟相的判斷指標(biāo)則更為簡(jiǎn)便和準(zhǔn)確。對(duì)于目前多數(shù)抗蟲(chóng)棉品種而言,一般棉柴比在0.8—0.9為正常熟相,>1為早衰,<0.7則為貪青晚熟。3.4.2棉花熟相的形成機(jī)制通過(guò)整枝、嫁接和環(huán)割等試驗(yàn)研究,并結(jié)合基因表達(dá)譜分析表明,當(dāng)棉株體受到自身(品種因素)或外界(環(huán)境)因素脅迫后,以細(xì)胞分裂素和脫落酸等為主的脅迫信號(hào)會(huì)迅速在“庫(kù)-源”系統(tǒng)和“根-冠”系統(tǒng)內(nèi)傳遞,引起棉株體內(nèi)糖、蛋白質(zhì)(酶)和激素等的變化。若庫(kù)源關(guān)系、根冠關(guān)系和碳氮代謝失調(diào),常常引起根系合成并向上運(yùn)輸?shù)募?xì)胞分裂素含量下降、脫落酸含量上升,并可能導(dǎo)致衰老相關(guān)基因提前表達(dá),出現(xiàn)早衰;或引起根系合成并向上運(yùn)輸?shù)募?xì)胞分裂素含量上升、脫落數(shù)含量下降,并可能導(dǎo)致衰老相關(guān)基因推遲表達(dá),出現(xiàn)貪青晚熟。若庫(kù)源關(guān)系、根冠關(guān)系和碳氮代謝仍比較協(xié)調(diào),則熟相相關(guān)基因能夠正常表達(dá),表現(xiàn)正常成熟的熟相。受鹽脅迫和營(yíng)養(yǎng)障礙等的影響,輕、中度鹽堿地棉花庫(kù)小源大,后期易貪青晚熟;重度鹽堿地棉花庫(kù)大源小,后期易早衰。通過(guò)適期播種、合理密植、科學(xué)化控、深耕并結(jié)合控釋肥深施等措施,能夠有效協(xié)調(diào)庫(kù)源關(guān)系和根冠關(guān)系,促進(jìn)棉花正常成熟。4對(duì)中國(guó)棉花生產(chǎn)發(fā)展的展望綜上所述,優(yōu)化成鈴就是根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和生產(chǎn)條件,培育理想株型、優(yōu)化群體結(jié)構(gòu),使棉葉的高光合效能期、成鈴高峰期和光熱資源高能期相同步,在最佳結(jié)鈴期、最佳結(jié)鈴部位和棉株生理狀態(tài)穩(wěn)健時(shí)多結(jié)鈴、結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴。以?xún)?yōu)化成鈴為核心內(nèi)容的中國(guó)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培理論體系的建立,不僅促進(jìn)了中國(guó)棉花栽培學(xué)的發(fā)展,也為中國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供了強(qiáng)有力的理論支撐。當(dāng)前,隨著城市化進(jìn)程加快,中國(guó)農(nóng)村勞動(dòng)力數(shù)量劇減并呈現(xiàn)出老齡化、婦女化和兼職化的特征,農(nóng)村雇工費(fèi)用也大幅度增長(zhǎng),一家一戶(hù)分散經(jīng)營(yíng)的模式和勞動(dòng)密集型的精耕細(xì)作栽培管理技術(shù)已難適應(yīng)當(dāng)前和今后棉花生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)際要求;地膜、