颜为^,1, 李芳军¹, 徐东永², 杜明伟¹, 田晓莉^,1,*, 李召虎¹¹中国农业大学农学院作物化控研究中心 / 植物生长调节剂教育部工程研究中心, 北京 100193
²河北棉花种子工程技术研究中心, 河北河间 062450

Effects of row spacings and nitrogen or mepiquat chloride application on canopy architecture, temperature and relative humity in cotton

YAN Wei^,1, LI Fang-Jun¹, XU Dong-Yong², DU Ming-Wei¹, TIAN Xiao-Li^,1,*, LI Zhao-Hu¹¹Engineering Research Center of Plant Growth Regulators / Crop Chemical Control Research Center, Department of Agronomy, College of Agriculture and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China
²Hebei Cottonseed Engineering Technology Research Center, Hejian 062450, Hebei, China

通讯作者: * 田晓莉, E-mail:tianxl@cau.edu.cn

收稿日期:2020-07-23接受日期:2021-01-21网络出版日期:2021-03-16

基金资助:

国家重点研发计划项目“大田经济作物优质丰产的生理基础与调控”.2018YFD1000900

Corresponding authors: * E-mail:tianxl@cau.edu.cn
Received:2020-07-23Accepted:2021-01-21Online:2021-03-16

Fund supported:

National Key Research and Development Program of China “Physiological Basis and Agronomic Management for High-quality and High-yield of Field Cash Crops”.2018YFD1000900

作者简介 About authors
E-mail:weiysdl@163.cm



摘要
实现机械采收是黄河流域棉区棉花生产的必然发展趋势, 但当前人工采收棉田的行距与摘锭式采棉机的行距不匹配, 需要在采棉机的可调行距范围(76~102 cm)内明确棉花适宜种植行距及其配套措施。研究于2016—2018年在河北省河间市秸秆还田条件下开展, 包括行距与氮(N)肥、行距与甲哌鎓(mepiquat chloride, DPC)化控2个独立试验, 探讨了各因素对冠层结构和冠层微环境的影响。试验采用裂区设计, 行距(76、92、102 cm)为主区, 施N量(0、105、210 kg hm^-2)或DPC用量(0、140、281、394 g hm^-2)为裂区, 等密度(90,000株 hm^-2)种植。在天气条件相对正常的2016和2017年, 宽行距(92 cm和102 cm)与窄行距(76 cm)相比叶面积指数(leaf area index, LAI)有所增加、透光率(diffuse non-interceptance, DIFN)有所降低; 而在高温干旱的2018年, 宽行距的LAI明显降低、DIFN明显增加。施N对冠层结构的影响有限; DPC化控对冠层结构的影响较大, 主要表现为降低LAI、增加DIFN。与窄行距相比, 宽行距可在各年份不同程度增加冠层温度、降低相对湿度; 施氮对冠层微环境影响不大; DPC化控的冠层温度略高、相对湿度略低。行距与氮肥、行距与DPC对LAI等冠层结构、温度和相对湿度的互作效应均不显著。
关键词： 行距;氮肥;甲哌鎓;冠层结构;温度;相对湿度

Abstract
Mechanical harvesting is an inevitable trend of cotton production in the Yellow River Valley of China. However, the current row spacings for manual harvest do not match those of spindle-type pickers. Therefore, it is necessary to determine the appropriate row spacings within the adjustable range of cotton spindle pickers (76-102 cm) and to identify supporting agronomic measures. Field study was conducted under stalk incorporation in Hejian city, Hebei province, during 2016-2018, and consisted of two independent experiments of row spacing and nitrogen (N) rate, and row spacing and mepiquat chloride (1,1-dimethyl piperidinium chloride; DPC) rate. A split-plot design with four replicates was adopted; row spacings (76, 92, and 102 cm) were assigned as main plots at equal population of 90,000 plants hm ^-2, and N (0, 105, 210 kg hm^-2) or DPC rates (0, 140, 281, and 394 g hm^-2) as subplots. In normal years of 2016 and 2017, the wider row spacings (92 and 102 cm) showed a slight increase in leaf area index (LAI) and a slight decrease in diffuse non-interceptance (DIFN) relative to narrow row spacing (76 cm); however, in the hot and dry year of 2018, the LAI of wider rows was obviously lower and the DIFN was greater than that of 76 cm rows. The application of N fertilizer showed limited influences on the canopy structure, while the DPC application had strong effects characterized by a significant reduction in LAI and an increase in DIFN. Compared with 76 cm rows, the wider rows increased the average canopy temperature and decreased the relative humidity to different extents. The effect of N fertilizer on canopy microclimate was negligible, and DPC-treated canopy showed a mildly higher temperature and a mildly lower relative humidity. The row spacings did not interact with N or DPC rates to affect the cotton canopy architecture and microclimate.
Keywords：row spacing;nitrogen;mepiquat chloride;canopy architecture;temperature;relative humidity


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本文引用格式
颜为, 李芳军, 徐东永, 杜明伟, 田晓莉, 李召虎. 行距与氮肥或甲哌鎓化控对棉花冠层结构、温度和相对湿度的影响. 作物学报[J], 2021, 47(9): 1654-1665 DOI:10.3724/SP.J.1006.2021.04167
YAN Wei, LI Fang-Jun, XU Dong-Yong, DU Ming-Wei, TIAN Xiao-Li, LI Zhao-Hu. Effects of row spacings and nitrogen or mepiquat chloride application on canopy architecture, temperature and relative humity in cotton. Acta Agronomica Sinica[J], 2021, 47(9): 1654-1665 DOI:10.3724/SP.J.1006.2021.04167


由于劳动力短缺和人工成本增加, 黄河流域棉区的植棉比较效益持续降低, 实现机械采收成为必然趋势。目前黄河流域棉区进行机械采收试验和示范的主要机型是进口的摘锭式采棉机, 其行距可在76~102 cm之间进行调节, 每5 cm一档^[1]。而该棉区人工采收棉田的传统植棉行距一般为80 cm左右等行距或(80+50) cm左右的大小行^[2], 与采棉机的行距不匹配, 因此需要在76~102 cm范围内探讨黄河流域棉区的适宜种植行距。已有研究表明, 行距配置影响作物冠层结构和光能利用^[3], 而且可改变冠层内温度、湿度等田间小气候^[4], 最终影响干物质的积累、分配及产量形成^[5]。此外, 不同栽培措施间常通过互作方式影响作物的生长发育^[6,7]。本文研究了行距与棉花生产中最常用的促控措施——氮(N)肥和甲哌鎓(mepiquat chloride, DPC)化学调控在冠层结构及微环境方面的互作效应, 旨在为黄河流域棉区机采棉配套栽培措施的制定提供依据、促进农艺农机的融合。

大部分关于棉花行距的研究报道多采用不同的种植密度, 即窄行距高密度、宽行距低密度^[8,9,10,11], 这导致无法区分行距和密度的独立作用。因此, 本研究采用黄河流域棉区机采棉的适宜种植密度(90,000株 hm^-2)^[12,13], 在等密度下鉴别行距间的差异及行距与N肥和DPC化控的互作, 以便对行距的影响及其与其他栽培措施的互作做出更准确的评价。

1 材料与方法

试验于秸秆还田条件下进行, 2016—2017年的试验地点为河北省河间市瀛州镇大渔庄(试验地I, 38°41′N, 116°07′E), 2018年的试验地点为河北省河间市瀛州镇西九吉(试验地II, 38°23′N, 116°08′E)。试验地I的土壤类型为黏土, 耕层土(20 cm)的pH值为7.2, 含有机质13.7 g kg^-1、全氮860 mg kg^-1、有效磷10.7 mg kg^-1、速效钾294.0 mg kg^-1。试验地II的土壤为沙壤土, pH值为7.8, 含有机质11.8 g kg^-1、全氮660 mg kg^-1、有效磷9.7 mg kg^-1、速效钾90.2 mg kg^-1。

供试品种为陆地棉(Gossypium hirsutumL.)石抗126, 前期研究表明该品种的综合性状比较适合机械采收^[12]。

1.1 试验设计

本研究包括行距与N肥(试验A)、行距与DPC化控(试验B) 2个独立试验, 均采用裂区设计, 重复4次。行距为主区, 根据摘锭式采棉机行距的可调范围设76、92、102 cm 3个处理, 试验A的裂区为施N量(0、105、210 kg hm^-2), 试验B的裂区为DPC用量(0、140、281、394 g hm^-2)。小区为8行区, 行长10 m。

试验A的氮肥采用基施和追施相结合的方式, 基:追比为4:6, 追肥时间为盛花期。试验B的DPC用背负式手动喷雾器(3WBS-16A)叶面喷施, 应用时间分别为苗期、蕾期、初花期、盛花期和打顶后, 各处理不同时期的DPC用量如表1所示, 苗期药液量为150 L hm^-2, 其他时期为300 L hm^-2。

Table 1
表1
表1甲哌鎓(DPC)应用时间和剂量
Table 1Application time and rate of mepiquat chloride (DPC) during 2016-2018 cotton growing seasons (g hm^-2)

处理 Treatment	苗期 Seedling stage	蕾期 Squaring stage	初花期 Early blooming stage	盛花期 Full blooming stage	打顶后 After topping	总剂量 Total rate
M0	0	0	0	0	0	0
M1	1.9	11.3	22.5	30.0	75.0	140.4
M2	3.8	22.5	45.0	60.0	150.0	281.3
M3	7.5	48.8	67.5	90.0	225.0	393.8

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1.2 田间管理

每年3月中旬灌水造墒, 4月中旬整地覆膜, 覆膜时膜下喷施除草剂二甲戊灵。2016、2017、2018年的播种时间分别为4月21日、4月18日和4月25日, 采用膜上点播方式播种。种植密度为90,000株 hm^-2, 前期研究表明该密度为黄河流域机采棉的适宜种植密度^[12]。

试验A的P₂O₅和K₂O施用量分别为138 kg hm^-2和90 kg hm^-2, 全部基施。试验B的N、P₂O₅、K₂O施用量分别为123、138、90 kg hm^-2, 其中N肥基施和追施相结合, 基:追比为4:6, 追施时间为盛花期, P₂O₅和K₂O全部基施。肥料种类为磷酸二铵、尿素、硫酸钾。

6月中旬(盛蕾期)去叶枝, 7月20日左右打顶, 试验A根据天气条件进行DPC系统化控。9月下旬应用50%噻苯•乙烯利悬浮剂进行脱叶催熟, 药液量为900 L hm^-2。11月上旬收获, 收获结束后秸秆粉碎还田。其他田间管理和植保措施按当地常规进行。

1.3 测定项目及方法

每年于蕾期、初花期、盛花期、盛铃期和吐絮期用LAI-2200植物冠层分析仪(LI-COR, Lincoln, Nebarska, USA)测定群体叶面积指数(leaf area index, LAI)、叶倾角(mean tilt angle, MTA)和透光率(diffuse non-interceptance, DIFN)。

用精创温湿度计(RC-4H)监测7月1日至吐絮收获期的冠层温度和相对湿度。将温湿度计置于小型百叶箱中, 放置在行间冠层高度的1/2处, 每15 min记录1次数据。导出数据后计算每日9:00—18:00之间的冠层平均温度和相对湿度。

1.4 数据统计与分析

用Microsoft Excel 2016 (Microsoft, 1975)对数据进行初步整理、计算并作图, 用SPSS 21.0 (IBM, 2012)一般线性模型(general linear model, GLM)进行方差分析(ANOVA), 用新复极差法(Duncan’s)检验平均数(P < 0.05)。

2 结果与分析

2.1 行距、N肥和DPC化控对棉花冠层结构的影响

棉田LAI随生育进程先增加后减小, 在盛铃期前后(7月底至8月初)达到最大, 其中2016年和2017年的最大LAI在5.1~5.7之间, 2018年的为2.9~3.7; 冠层平均MTA在37°~53°之间变动, 不同年份同一时期及同一年份不同时期的MTA均存在差异; DIFN与LAI呈负相关关系, 随生育进程先降低后升高, 在盛铃期最低, 其中2016年和2017年试验A的最低DIFN不足2%、试验B的不足4%, 2018年的则相应较高(表2~表7)。2018年冠层结构与2016和2017年的差异可能主要与7月份严重干旱、6月至8月份的平均气温较高有关(图1)。

Table 2
表2
表2行距和施氮量对2016-2018年棉花不同生育时期叶面积指数(LAI)的影响
Table 2Effect of row spacing and nitrogen rate on LAI during 2016-2018 growing seasons in cotton

处理Treatment	2016						2017						2018
	蕾期 Squaring stage (6/23)	初花期 Early blooming stage (7/1)	盛花期 Full blooming stage (7/15)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (8/1)	吐絮期 Boll-open- ing stage (9/18)		蕾期 Squaring stage (6/18)	初花期 Early blooming stage (7/3)	盛花期 Full blooming stage (7/14)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (8/1)	吐絮期 Boll- opening stage (9/20)		初花期 Early blooming stage (6/29)	盛花期 Full blooming stage (7/12)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (7/29)	吐絮期 Boll-open- ing stage (9/12)
行距 Row spacing (R) (cm)
76	1.3 a	2.1 a	3.7 a	5.5 a	3.6 a		0.9 b	2.2 a	4.6 a	5.6 a	2.1 a		1.4 a	2.1 a	3.3 a	2.7 a
92	1.2 a	2.1 a	3.9 a	5.9 a	3.9 a		1.2 a	2.2 a	4.7 a	6.1 a	2.2 a		1.5 a	1.9 ab	3.0 ab	2.9 a
102	1.3 a	2.0 a	3.6 a	5.3 a	3.5 a		1.2 a	2.3 a	4.6 a	5.5 a	2.1 a		1.4 a	1.6 b	2.4 b	3.3 a
氮肥 Nitrogen (N) (kg hm-2)
0	1.3 a	2.1 a	3.7 a	5.5 a	3.5 b		1.0 a	2.2 a	4.4 a	5.1 b	1.9 b		1.3 a	1.8 a	2.8 a	2.9 a
105	1.3 a	2.0 a	3.7 a	5.7 a	3.8 a		1.1 a	2.3 a	4.8 a	6.0 a	2.2 a		1.5 a	1.9 a	2.9 a	2.8 a
210	1.3 a	2.1 a	3.8 a	5.5 a	3.7 ab		1.1 a	2.3 a	4.7 a	6.2 a	2.2 a		1.5 a	2.0 a	3.0 a	3.3 a
变异来源 Source of variation
R	0.468	0.498	0.387	0.110	0.217		0.004	0.962	0.932	0.242	0.825		0.774	0.000	0.000	0.055
N	0.806	0.709	0.954	0.811	0.036		0.719	0.731	0.412	0.014	0.015		0.412	0.081	0.228	0.070
R×N	0.901	0.305	0.836	0.737	0.985		0.699	0.837	0.892	0.863	0.836		0.893	0.619	0.714	0.838

同一列同一因素不同字母代表P< 0.05水平差异显著。
Different letters in each column within given treatment indicate significantly different at the 0.05 probability level.

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Table 3
表3
表3行距和甲哌鎓对2016-2018年棉花不同生育时期叶面积指数(LAI)的影响
Table 3Effect of row spacing and mepiquat chloride on LAI during 2016-2018 growing seasons in cotton

处理 Treat- ment	2016						2017						2018
	蕾期 Squaring stage (6/23)	初花期 Early blooming stage (7/1)	盛花期 Full blooming stage (7/15)	盛铃期 Boll- filling stage (8/1)	吐絮期 Boll- opening stage (9/18)		蕾期 Squaring stage (6/18)	初花期 Early blooming stage (7/3)	盛花期 Full blooming stage (7/14)	盛铃期 Boll- filling stage (8/1)	吐絮期 Boll- opening stage (9/20)		初花期 Early blooming stage (6/29)	盛花期 Full blooming stage (7/12)	盛铃期 Boll- filling stage (7/29)	吐絮期 Boll- opening stage (9/12)
行距 Row spacing (R) (cm)
76	1.3 a	2.0 a	3.3 a	4.9 a	3.6 b		0.9 b	2.4 a	4.0 a	5.3 a	2.4 a		2.0 a	2.9 a	4.7 a	3.1 a
92	1.5 a	2.3 a	3.7 a	5.2 a	4.0 a		1.1 a	2.4 a	4.0 a	5.7 a	2.6 a		1.6 b	2.3 b	3.3 b	2.8 ab
102	1.2 a	2.0 a	3.4 a	5.2 a	4.2 a		1.1 a	2.5 a	4.0 a	5.5 a	2.7 a		1.5 b	2.1 b	3.1 b	2.5 b
甲派鎓 Mepiquat chloride (DPC) (g hm-2)
0	1.5 a	2.4 a	4.4 a	6.1 a	4.7 a		1.1 a	2.8 a	4.7 a	6.0 a	3.0 a		1.8 a	2.6 a	4.5 a	2.8 a
140	1.4 ab	2.0 b	3.2 b	4.9 b	3.8 b		1.0 a	2.4 a	4.0 b	5.5 a	2.5 b		1.7 a	2.4 a	3.8 ab	2.9 a
281	1.3 ab	2.0 b	3.1 b	4.8 b	3.6 b		0.9 a	2.2 a	3.6 b	5.2 a	2.4 b		1.6 a	2.3 a	3.3 b	2.7 a
394	1.2 b	2.0 b	3.1 b	4.6 b	3.6 b		0.9 a	2.3 a	3.6 b	5.2 a	2.4 b		1.6 a	2.3 a	3.3 b	2.9 a
变异来源 Source of variation
R	0.108	0.111	0.466	0.571	0.040		0.022	0.831	0.976	0.429	0.116		0.000	0.000	0.000	0.009
DPC	0.034	0.035	0.001	0.002	0.001		0.390	0.124	0.002	0.104	0.001		0.435	0.117	0.000	0.789
R×DPC	0.928	0.761	0.794	0.518	0.496		0.885	0.968	0.843	0.225	0.993		0.492	0.939	0.654	0.857

同一列同一因素不同字母代表P < 0.05水平差异显著。
Different letters in each column within given treatment indicate significantly different at the 0.05 probability level.

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Table 4
表4
表4行距和施氮量对2016-2018年棉花不同生育时期叶倾角(MTA)的影响
Table 4Effect of row spacing and nitrogen rate on MTA during 2016-2018 growing seasons in cotton

处理Treatment	2016						2017						2018
	蕾期 Squaring stage (6/23)	初花期 Early blooming stage (7/1)	盛花期 Full blooming stage (7/15)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (8/1)	吐絮期 Boll-open- ing stage (9/18)		蕾期 Squaring stage (6/18)	初花期 Early blooming stage (7/3)	盛花期 Full blooming stage (7/14)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (8/1)	吐絮期 Boll- opening stage (9/20)		初花期 Early blooming stage (6/29)	盛花期 Full blooming stage (7/12)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (7/29)	吐絮期 Boll-open- ing stage (9/12)
行距 Row spacing (R) (cm)
76	39.6 b	41.4 a	44.4 a	44.5 a	45.0 a		44.9 a	50.5 b	45.7 a	42.9 b	49.8 a		44.2 a	49.1 a	52.9 a		50.0 a
92	44.8 a	41.4 a	46.3 a	44.4 a	44.3 a		37.6 a	53.4 ab	45.9 a	44.2 a	48.3 a		44.4 a	49.6 a	52.2 a		50.4 a
102	40.7 ab	40.6 a	46.5 a	44.4 a	44.2 a		37.2 a	55.3 a	48.0 a	45.1 a	47.5 a		45.5 a	52.1 a	50.3 a		47.7 a
氮肥 Nitrogen (N) (kg hm-2)
0	41.5 a	41.3 a	46.4 a	44.1 a	44.7 a		40.1 a	52.4 a	48.0 a	44.9 a	51.1 a		44.2 a	50.3 a	54.7 a		48.7 a
105	40.5 a	41.2 a	47.3 a	44.7 a	44.1 a		39.9 a	52.9 a	45.8 a	43.9 a	48.0 b		45.4 a	50.8 a	50.5 a		50.3 a
210	43.1 a	40.8 a	44.7 a	44.5 a	44.6 a		39.7 a	53.8 a	45.8 a	43.5 a	46.6 b		44.4 a	49.7 a	50.1 a		49.0 a
变异来源 Source of variation
R	0.027	0.672	0.168	0.962	0.747		0.153	0.049	0.275	0.013	0.320		0.903	0.268	0.642		0.443
N	0.370	0.874	0.185	0.670	0.876		0.996	0.738	0.321	0.169	0.019		0.912	0.865	0.230		0.756
R×N	0.259	0.344	0.692	0.772	0.027		0.638	0.374	0.172	0.406	0.563		0.203	0.311	0.959		0.349

同一列同一因素不同字母代表P < 0.05水平差异显著。
Different letters in each column within given treatment indicate significantly different at the 0.05 probability level.

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Table 5
表5
表5行距和甲哌鎓对2016-2018年棉花不同生育时期叶倾角(MTA)的影响
Table 5Effect of row spacing and mepiquat chloride on MTA during 2016-2018 growing seasons in cotton

处理 Treat- ment	2016						2017						2018
	蕾期 Squar- ing stage (6/23)	初花期 Early blooming stage (7/1)	盛花期 Full blooming stage (7/15)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (8/1)	吐絮期 Boll-open- ing stage (9/18)		蕾期 Squaring stage (6/18)	初花期 Early blooming stage (7/3)	盛花期 Full blooming stage (7/14)	盛铃期 Boll-fill-ing stage (8/1)	吐絮期 Boll- opening stage (9/20)		初花期 Early blooming stage (6/29)	盛花期 Full blooming stage (7/12)	盛铃期 Boll-fill-ing stage (7/29)	吐絮期 Boll- opening stage (9/12)
行距 Row spacing (R) (cm)
76	41.1 a	41.4 a	45.2 b	45.9 a	43.3 a		46.2 a	51.4 a	47.2 a	41.8 b	44.4 a		49.3 a	51.5 b	47.5 b	48.4 a
92	41.8 a	41.2 a	47.6 ab	45.4 a	42.6 a		34.9 b	51.4 a	47.4 a	45.1 a	43.7 a		49.2 a	58.2 a	51.8 a	46.2 a
102	41.5 a	40.0 a	48.4 a	45.2 a	42.9 a		36.6 b	52.3 a	48.5 a	45.7 a	45.4 a		48.5 a	54.3 a	53.8 a	47.6 a
甲哌鎓 Mepiquat chloride (DPC) (g hm-2)
0	41.7 a	41.6 a	44.3 b	43.3 b	40.5 b		39.3 a	51.4 a	46.8 a	43.6 a	43.6 a		52.1 a	54.6 a	47.9 b	44.0 a
140	41.9 a	39.7 a	47.0 a	46.3 a	44.5 a		39.5 a	50.8 a	47.8 a	44.1 a	46.2 a		47.8 a	55.1 a	51.7 a	46.6 a
281	41.7 a	41.8 a	47.7 a	45.6 a	42.9 a		40.5 a	50.9 a	48.8 a	45.1 a	46.8 a		48.7 a	54.0 a	51.4 a	51.1 a
394	40.5 a	40.3 a	49.3 a	46.7 a	43.8 a		37.7 a	53.8 a	47.4 a	44.0 a	46.8 a		47.4 a	55.0 a	53.2 a	47.9 a
变异来源 Source of variation
R	0.866	0.609	0.009	0.798	0.808		0.000	0.881	0.653	0.000	0.107		0.914	0.000	0.001	0.712
DPC	0.716	0.562	0.002	0.023	0.013		0.816	0.585	0.691	0.499	0.161		0.169	0.897	0.036	0.147
R×DPC	0.094	0.708	0.717	0.193	0.268		0.120	0.829	0.916	0.126	0.902		0.937	0.445	0.761	0.870

同一列同一因素不同字母代表P < 0.05水平差异显著。
Different letters in each column within given treatment indicate significantly different at the 0.05 probability level.

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Table 6
表6
表6行距和施氮量对2016-2018年棉花不同生育时期透光率(DIFN)的影响
Table 6Effect of row spacing and nitrogen rate on DIFN during 2016-2018 growing seasons in cotton

处理Treatment	2016						2017						2018
	蕾期 Squaring stage (6/23)	初花期 Early blooming stage (7/1)	盛花期 Full blooming stage (7/15)	盛铃期 Boll-fill ing stage (8/1)	吐絮期 Boll-open- ing stage (9/18)		蕾期 Squaring stage (6/18)	初花期 Early blooming stage (7/3)	盛花期 Full blooming stage (7/14)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (8/1)	吐絮期 Boll- opening stage (9/20)		初花期 Early blooming stage (6/29)	盛花期 Full blooming stage (7/12)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (7/29)	吐絮期 Boll-open- ing stage (9/12)
行距 Row spacing (R) (cm)
76	35.8 a	19.8 a	6.5 a	1.7 a	6.3 a		50.0 a	18.4 a	3.4 a	1.6 a	19.7 a		31.9 a	19.7 b	9.4 b	14.1 b
92	37.9 a	19.6 a	5.5 a	1.0 a	5.9 a		40.2 b	18.6 a	3.4 a	1.2 a	19.3 a		32.6 a	22.1 a	11.8 a	15.0 a
102	34.9 a	20.3 a	7.2 a	1.8 a	6.6 a		40.0 b	19.3 a	3.9 a	1.8 a	20.4 a		34.4 a	29.3 a	16.4 a	15.7 a
氮肥 Nitrogen (N) (kg hm-2)
0	35.3 a	19.1 a	6.2 a	1.6 a	7.1 a		44.4 a	20.1 a	4.5 a	2.5 a	23.3 a		33.8 a	25.2 a	14.0 a	12.0 a
105	37.1 a	20.5 a	6.8 a	1.5 a	5.3 a		43.4 a	18.4 a	3.1 a	1.1 b	18.2 b		32.6 a	23.6 a	12.0 a	13.6 a
210	36.2 a	20.1 a	6.0 a	1.4 a	5.5 a		42.4 a	17.8 a	3.1 a	1.0 b	17.8 b		32.5 a	22.3 a	11.5 a	9.2 a
变异来源 Source of variation
R	0.417	0.417	0.299	0.059	0.075		0.004	0.894	0.842	0.424	0.826		0.669	0.000	0.000	0.048
N	0.736	0.442	0.735	0.685	0.053		0.764	0.517	0.254	0.003	0.008		0.885	0.164	0.192	0.117
R×N	0.844	0.162	0.726	0.948	0.980		0.682	0.461	0.588	0.666	0.786		0.478	0.656	0.693	0.591

同一列同一因素不同字母代表P < 0.05水平差异显著。
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Table 7
表7
表7行距和甲哌鎓对2016-2018年棉花不同生育时期透光率(DIFN)的影响
Table 7Effect of row spacing and mepiquat chloride on DIFN during 2016-2018 growing seasons in cotton (%)

处理 Treatment	2016						2017						2018
	蕾期 Squar- ing stage (6/23)	初花期 Early blooming stage (7/1)	盛花期 Full blooming stage (7/15)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (8/1)	吐絮期 Boll-open-ing stage (9/18)		蕾期 Squaring stage (6/18)	初花期 Early blooming stage (7/3)	盛花期 Full blooming stage (7/14)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (8/1)	吐絮期 Boll- opening stage (9/20)		初花期 Early blooming stage (6/29)	盛花期 Full blooming stage (7/12)	盛铃期 Boll-fill- ing stage (7/29)	吐絮期 Boll-open-ing stage (9/12)
行距 Row spacing (R) (cm)
76	36.7 a	24.5 a	10.5 a	4.1 a	7.5 a		51.8 a	16.8 a	5.8 a	2.3 a	16.4 a		21.4 b	11.6 b	3.2 b	11.0 a
92	35.3 a	22.6 a	8.4 a	3.0 a	5.6 a		42.8 b	15.4 a	6.0 a	2.1 a	13.0 b		32.2 a	18.6 a	10.5 a	12.0 a
102	38.4 a	21.1 a	9.8 a	2.3 a	4.2 a		43.8 b	16.6 a	6.0 a	1.8 a	13.5 b		29.2 a	22.8 a	9.7 a	13.6 a
甲哌鎓 Mepiquat chloride (DPC) (g hm-2)
0	31.7 b	16.3 b	4.0 b	0.9 b	2.8 b		43.4 a	12.7 a	3.2 b	1.4 a	9.9 b		26.2 a	15.3 a	4.2 b	10.6 a
140	34.8 a	20.8 a	10.7 a	3.3 a	6.1 a		44.8 a	15.9 a	5.7 a	1.9 a	14.9 a		26.7 a	17.2 a	7.6 a	12.0 a
281	36.0 a	22.6 a	11.3 a	3.5 a	6.5 a		48.1 a	17.6 a	7.9 a	2.6 a	16.1 a		29.2 a	19.2 a	9.8 a	13.7 a
394	39.3 a	24.6 a	12.3 a	4.7 a	7.7 a		48.3 a	18.7 a	6.9 a	2.4 a	16.3 a		28.4 a	19.0 a	9.7 a	12.4 a
变异来源 Source of variation
R	0.105	0.216	0.661	0.293	0.058		0.010	0.856	0.967	0.815	0.046		0.000	0.000	0.000	0.260
DPC	0.034	0.023	0.014	0.042	0.025		0.396	0.238	0.006	0.400	0.001		0.339	0.086	0.002	0.411
R×DPC	0.915	0.813	0.802	0.639	0.563		0.850	0.829	0.916	0.126	0.902		0.301	0.868	0.820	0.993

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图1

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图12016-2018年河间市棉花生长季气象资料

Fig. 1Monthly weather data during cotton growing season in Hejian city, Hebei province (2016-2018)



行距对2016年和2017年的LAI影响总体较小, 宽行距(92 cm和102 cm)的LAI仅在2016年试验B的吐絮期和2017年2个试验的蕾期显著高于窄行距(76 cm), 提高幅度为19%~32% (表2和表3)。2018年, 行距对LAI的影响较大, 且行距间的差异与2016年和2017年相反, 表现为宽行距的LAI在试验A的盛花期和盛铃期及试验B的初花期至吐絮期均小于或显著小于窄行距(表2和表3), 减小幅度为17%~32%。部分生育时期的MTA受到行距的显著影响, 一般表现为宽行距的MTA大于窄行距(2017年试验B的蕾期除外), 增加幅度在1.1°~6.7°之间(表4和表5)。2016年各时期的DIFN不受行距影响; 2017年2个试验蕾期和试验B吐絮期宽行距的DIFN显著低于窄行距, 但2018年宽行距的DIFN在试验A盛花期至吐絮期和试验B初花期至盛铃期显著高于窄行距(表6和表7)。

施氮(105 kg hm^-2和210 kg hm^-2)仅对2017年盛铃期和吐絮期的冠层结构产生显著影响, 表现为LAI高于对照(表2), MTA (盛铃期不显著)和DIFN低于对照(表4和表6)。

DPC化控对冠层结构的影响较大, 显著降低了2016年蕾期至吐絮期、2017年盛花期和吐絮期及2018年盛铃期的LAI, 降低幅度在13%~22%之间(表3); 相应地, 同期DPC化控的DIFN较对照显著增加16.0~39.0个百分点(表7)。另外, DPC还使2016年盛花期至吐絮期和2018年盛铃期的MTA显著增加2.3°~5.1° (表5)。不同剂量DPC之间的冠层结构一般无显著差异。

各年份不同时期的LAI、MTA和DIFN均不受行距与施氮量或行距与DPC用量互作的影响(表2~表7)。

2.2 行距、N肥和DPC化控对冠层温度和相对湿度的影响

2016年和2017年7月至8月中旬(花铃期)日间(9:00—18:00)的冠层温度相对比较稳定, 在31℃左右变动; 2018年6月至8月高温少雨, 7月至8月中旬日间冠层温度不仅较高且波动较大, 7月2日的冠层温度高达38.5℃, 直至8月15日一直在31℃以上起伏(图2和图4)。2016年和2017年花铃期日间冠层相对湿度较高, 在80%~90%之间变动; 2018年同期则明显较低, 一直未超过80% (图3和图5)。

图2

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图2行距和施氮量对2016-2018年棉花冠层温度的影响

Fig. 2Effect of row spacing and nitrogen rate on canopy temperature during 2016-2018 growing seasons in cotton

图3

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图3行距和施氮量对2016-2018年棉花冠层相对湿度的影响

Fig. 3Effect of row spacing and nitrogen rate on canopy relative humidity during 2016-2018 growing seasons in cotton

图4

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图4行距和甲哌鎓对2016-2018年棉花冠层温度的影响

Fig. 4Effect of row spacing and mepiquat chloride on canopy temperature during 2016-2018 growing seasons in cotton

图5

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图5行距和甲哌鎓对2016-2018年棉花冠层相对湿度的影响

Fig. 5Effect of row spacing and mepiquat chloride on canopy relative humidity during 2016-2018 growing seasons in cotton



2016年和2017年7月至8月, 试验A最大行距(102 cm)的冠层温度较92 cm和76 cm高0.6~1.2℃ (图2-A, B)、相对湿度较后者低2.0~5.7个百分点(图3-A, B); 试验B行距间冠层温度和相对湿度的差异很小(图4-A, B和图5-A, B)。2018年行距对冠层微环境的影响较大, 7月17日至8月31日之间, 试验A宽行距(92 cm和102 cm)的冠层温度较窄行距76 cm平均高1.0~3.5℃ (图2-C), 相对湿度较后者低1.7~11.0个百分点(图3-C); 试验B最大行距102 cm的冠层温度较窄行距76 cm高1.3~3.4℃、相对湿度低3.4~12.5个百分点, 92 cm行距的冠层微环境与76 cm相差较小(图4-C和图5-C)。

施N对各年份冠层温度和相对湿度的影响均不大, 与对照相比仅表现出微弱的降低冠层温度、增加相对湿度的趋势(图2-D~F和图3-D~F)。DPC化控对冠层温度和相对湿度的影响也比较有限, 一般情况下DPC处理的冠层温度略高、相对湿度略低(图4-D~F和图5-D~F)。

3 讨论

作物冠层结构受自身遗传特性、环境条件和栽培措施的共同影响。本研究发现, 行距对不同年份LAI和DIFN的影响存在相反现象, 说明环境条件与栽培措施对冠层结构的影响存在互作。在天气条件相对正常的2016年和2017年, 宽行距(92 cm、102 cm)与窄行距(76 cm)相比表现出一定的增加LAI和降低DIFN的作用, 而在高温干旱的2018年, 宽行距的LAI明显降低、DIFN明显增加。究其原因, 可能主要与温度有关。有研究表明, 日间温度大于34℃会显著影响棉株的营养生长^[14]。

温度梯度试验发现, 棉花叶片扩展的最适温度为30℃/22℃, 其单株叶面积较高温条件(35℃/27℃、40℃/32℃)下高26%和88% ^[15]。本研究2018年棉花生长季气温高, 7月至8月日间冠层温度也居高不下、一直维持在30°C以上, 宽行距可能因行间初始透光率高、辐射强, 其冠层温度较窄行距还要高1~3℃, 因此导致对叶片生长更强的限制、使LAI减小; 之后减小的LAI与增加的DIFN可能相互促进、形成不利于冠层温度降低的恶性循环。此外, 2018年宽行距还可能因行间地面蒸发量大加剧了干旱胁迫, 对叶片生长造成更强的抑制。

一般认为, 冠层结构通过改变冠层内光分布和通透性影响冠层温度和相对湿度^[3,16]。但在本研究中, 行距和DPC化控对棉花LAI等冠层结构的影响与对冠层微环境的影响不太一致, 如行距在不同年份对冠层结构的影响存在相反现象, 但对冠层微环境的影响并未在年份间出现质的差异(2016—2018年宽行距不同程度地提高了冠层温度、降低了相对湿度); 又如DPC化控对LAI和DIFN的影响较大, 但对冠层温度和相对湿度的影响较小。这可能是因为冠层温度和相对湿度不仅受LAI大小和行间DIFN的影响, 还受LAI在冠层横向和纵向的分布及行内和株内通透性的影响^[17]。2016—2017年, 宽行距某些生育时期的LAI虽然较大, 但因植株较高(另文发表)叶片在冠层纵向的分布可能比较疏散, 因此行内的通透性较好, 有利于冠层温度的提高和湿度的下降。DPC虽然可以降低LAI, 但因植株较矮(另文发表)叶片在冠层纵向上的分布比较密集, 因此可能导致行内和株内的通透性下降, 在一定程度上抵消了行间通透性提高对冠层温度和相对湿度的影响。

在本研究条件下, 行距与施N量、行距与DPC用量在对冠层结构、温度和相对湿度的影响上均未表现出显著的互作效应。这可能与几个试验因素设置的范围不够大或者基础地力高有关, 也说明施N量在0~210 kg hm^-2、DPC用量在0~394 g hm^-2范围内不影响冠层结构和微环境对行距的响应。

与窄行距76 cm相比, 宽行距(92 cm和102 cm)的冠层相对湿度在不同年份7月至8月均有所降低, 这对减少烂铃有一定帮助。但因102 cm较92 cm行距的植株更容易倾斜和倒伏(另文发表), 建议黄河流域棉区(使用行距可调的摘锭式采棉机采收)采用92 cm等行距种植。施N量虽然对冠层结构、温度和相对湿度的影响不大, 但从既提高N肥效率又保持土壤肥力的角度而言, 需与秸秆还田相结合在105~210 kg hm^-2之间进一步优化。DPC化学调控是控制棉花冠层大小、改善冠层结构的有效和必要措施, 可根据天气条件和其他管理措施在苗期至打顶后多次使用, 用量以140~280 g hm ^-2为宜(高剂量在干旱年份2018年导致减产)。

4 结论

在天气条件相对正常的年份, 宽行距(92 cm、102 cm)与窄行距(76 cm)相比叶面积指数(LAI)有所增加、透光率(DIFN)有所降低; 而在高温干旱的年份, 宽行距的LAI明显降低、DIFN明显增加。施N量对冠层结构的影响有限; DPC化控对冠层结构的影响较大, 主要表现为降低LAI、增加DIFN。与窄行距(76 cm)相比, 宽行距(92 cm、102 cm)在各年份可不同程度增加冠层温度、降低相对湿度; 施N量对冠层温度和相对湿度影响不大; 与对照相比, DPC化控的冠层温度略高、相对湿度略低。

致谢

感谢河北省石家庄市农业科学研究院朱青竹研究员提供石抗126棉花种子, 感谢河间市国欣农村技术服务总会提供试验基地及试验条件, 感谢中国农业大学植物生长调节剂教育部工程研究中心黎芳博士、黄健硕士、孟璐博士生等在试验实施过程中提供的帮助。

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