新疆早熟陆地棉品种更替过程中的株型特征及主要经济性状的演变

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陈民志, 杨延龙, 王宇轩, 田景山, 徐守振, 刘宁宁, 党科, 张旺锋^,石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室,新疆石河子 832003

Plant Type Characteristics and Evolution of Main Economic Characters in Early Maturing Upland Cotton Cultivar Replacement in Xinjiang

CHEN MinZhi, YANG YanLong, WANG YuXuan, TIAN JingShan, XU ShouZhen, LIU NingNing, DANG Ke, ZHANG WangFeng^,College of Agriculture, Shihezi University/The Key Laboratory of Oasis Eco-agriculture, Xinjiang Production and Construction Corps, Shihezi 832003, Xinjiang

通讯作者: 张旺锋，E-mail：zhwf_agr@shzu.edu.cn

责任编辑: 李莉
收稿日期:2019-04-9接受日期:2019-06-28网络出版日期:2019-10-01

基金资助:

国家自然科学基金联合基金重点项目.U1803234

Received:2019-04-9Accepted:2019-06-28Online:2019-10-01
作者简介 About authors
陈民志,E-mail：hunanxjcmz@163.com。

摘要
【目的】 分析新疆早熟陆地棉品种更替产量提高过程中株型特征及主要经济性状的演变趋势,结合发展机采棉对品种特性的需求,阐述品种更替中适宜机采特性的变化,为新疆棉花新品种选育及栽培管理提供理论依据。【方法】 于2015—2016年和2018年选择新疆近40年来自育早熟陆地棉（Gossypium hirsutum L.）不同年代（1980s、1990s、2000s和2010s）大面积主栽品种（新陆早1号、新陆早7号、新陆早13号和新陆早45号）为材料,在膜下滴灌栽培条件下,对不同年代品种的第一果节长度、果枝节间长度、节枝比、株高、果枝始节、始节高度、果枝夹角、果枝数、叶枝数、倒四叶宽和茎粗共11个株型指标及主要经济性状的演变进行分析。【结果】 随品种更替,棉株第一果节长度、果枝节间长度和节枝比逐渐增加,株型由紧凑型向较松散型转变;株高、果枝始节和始节高度逐渐增加,上部果枝与主茎的夹角逐渐减小,果枝上举,具有高产株型特征;根据棉花机采对品种特性的要求,2010s品种果枝始节高度和果枝角度较符合机采棉对株型的要求;不同年代品种间果枝数、叶枝数、倒四叶宽和茎粗无明显差异。皮棉产量、总铃数和衣分均随品种更替逐渐增加,其中1980s、1990s、2000s和2010s品种皮棉产量较当年区域试验产量分别高23%—53%、16%—20%、13%—14%和-2%—6%,膜下滴灌现代高产栽培技术对产量的提高有重要作用,但2000s和2010s品种收获指数显著低于1990s品种。与1980s和1990s品种相比,2010s品种上部铃期短4—5 d,吐絮相对集中,对脱叶剂敏感,吐絮率均在95%以上,无显著差异,但生育期偏长;与审定时品种的生育期相比,1980s和1990s品种提前了3—7 d,2000s和2010s品种提前了0—3 d,这可能与膜下滴灌促早熟栽培技术应用有关。2000s和2010s品种棉纤维长度、比强度、伸长率和纺纱一致性明显改善,但马克隆值相对偏大,纤维强度的改善是以牺牲纤维细度为代价,纤维品质协调性不佳。【结论】 品种更替产量提高过程中,棉花经济性状改善,但品种株型由紧凑型向较松散型转变,生育期偏长,收获指数偏低,棉纤维马克隆值偏大;随着机采棉种植模式的应用,选育和选用纤维品质优、适宜机采的品种是保障新疆棉花产业稳步发展的关键。
关键词： 早熟陆地棉;品种更替;株型性状;纤维品质;机械采收

Abstract

【Objective】 This paper analyzed the evolution trend of plant type characteristics and main economic traits in the process of improving the yield of early-maturing upland cotton (Gossypium hirsutum L.) in Xinjiang, combined with the demand for the characteristics of cultivars in the development of machine-harvested cotton, and explained the changes of suitable machine-harvesting characteristics in cultivar replacement. It provides a theoretical basis for the breeding and cultivation management of new cotton varieties in Xinjiang. 【Method】 Large-scale main cultivars (Xinluzao 1, Xinluzao 7, Xinluzao 13, and Xinluzao 45) were used as experimental materials under mulched drip irrigation condition. A total of eleven plant type characters and the evolution of major economic traits were analyzed, including the eleven plant type characters of the length of the first fruit node, inter-node length of fruit branch, ratio of fruit node/fruit branch, plant height, node of first fruit branch, height of first fruit branch, the angle between fruit branch and main stem, the number of fruit branches, the number of vegetative branches, width of the fourth leaf from the top, and stem diameter. 【Result】 With the cotton cultivar replacing, the length of the first fruit node, inter-node length of fruit branch, and the ratio of fruit node/fruit branch increased gradually. The plant type changed from compact to loose. Plant height, node of first fruit branch, and height of first fruit branch increased gradually. The angle between fruit branch and main stem of upper-canopy was gradually reduced, and the fruit branch was lifted, which has high plant-type characteristics. According to the requirements of cotton machine harvesting characteristics. It shows that 2010s cultivars had plant type characters with high yield. The length of the first fruit node and the angle between fruit branch and main stem of 2010s cultivars was more in line with the requirements of machine-harvested cotton. There was no significant differences in number of fruit branches, number of vegetative branches, width of the fourth leaf from the top, and stem diameter among cultivars of different ages. The lint yield, total boll number, and lint percentage increased gradually with the cotton cultivar replacing. The lint yield of the 1980s, 1990s, 2000s, and 2010s was 23%-53%, 16%-20%, 13%-14%, and -2%-6% higher than the yield of regional experiment year. The modern high-yield cultivation techniques under mulched drip irrigation plays an important role on yield improvement. However, the harvest index of 2000s and 2010s cultivars were significantly lower than the 1990s cultivars. Compared with the 1980s and 1990s cultivars, the upper boll period of the 2010s cultivars was reduced 4-5 days, the boll opening were relatively concentrate, sensitive to defoliant. There was no significant difference in boll opening rate, and they were greater than 95%. But the growth period was longer. Compared with the growth period of the trial cultivars, the 1980s and 1990s cultivars were advanced by 3-7 days, and the 2000s and 2010s cultivars were advanced by 0-3 days. This may be related to the application of the technique of precocious cultivation under mulched drip irrigation. The fiber length, fiber strength, elongation, and fiber spinning consistency index of 2000s and 2010s cultivars improved obviously. But the Micronaire was relatively large. The improvement of fiber strength was at the expense of fiber fineness, and the fiber quality coordination was not good. 【Conclusion】 During the process of increasing yield of cotton cultivar replacement, economic characteristics of cotton improved, but the increasing yield of plant type changed from compact to loose, with long growth period, low harvest index, and large Micronaire. With the application of the machine-harvesting mode, the breeding and selection of cultivars with excellent fiber quality and suitable machine-harvesting are the key to ensuring the steady development of the cotton industry Xinjiang.

Keywords：early-maturing cotton;cultivar renew;plant type characters;fiber quality;machine-harvest

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本文引用格式
陈民志, 杨延龙, 王宇轩, 田景山, 徐守振, 刘宁宁, 党科, 张旺锋. 新疆早熟陆地棉品种更替过程中的株型特征及主要经济性状的演变[J]. 中国农业科学, 2019, 52(19): 3279-3290 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.001
CHEN MinZhi, YANG YanLong, WANG YuXuan, TIAN JingShan, XU ShouZhen, LIU NingNing, DANG Ke, ZHANG WangFeng. Plant Type Characteristics and Evolution of Main Economic Characters in Early Maturing Upland Cotton Cultivar Replacement in Xinjiang[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(19): 3279-3290 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.001

0 引言

【研究意义】新疆是中国最重要的优质商品棉生产基地,由于气候条件不同,新疆棉区划分为中熟棉区、早中熟棉区、早熟棉区和特早熟棉区,其中,早熟棉区在新疆优质棉生产中处于极为重要的地位,种植面积占全疆总面积的30%,产量占总产的32%以上^[1]。品种改良是作物优质、高产的内因,一般情况下,棉花优良品种对产量的贡献率达30%以上^[2,3,4]。1950s以来,新疆早熟陆地棉品种经历了引进、自育、引进为主的多次品种改良和更替的发展历程,极大地提高了棉花产量和品质,为中国棉花生产作出了突出贡献^[5,6,7]。品种演变反映了不同时期农业生产对品种的要求,特别是对品种主要经济性状的要求^[8,9];优良品种也是解决病虫害、逆境等问题最为环保、经济、有效的手段之一。【前人研究进展】随着中国劳动力成本的迅速增长,棉花单位面积生产成本增速已居全球首位^[10],实施棉花机采己成为植棉业可持续发展的必由之路。棉花机采能降低劳动强度,推动植棉业从传统农业向现代农业转变,解决新疆拾花劳动力不足及植棉比较效益下降等问题^[11,12]。机采棉对品种综合性状有一定的要求,尤其在株型、果枝始节高度、早熟性、铃期及纤维品质等方面均有较高的要求^[13,14],且机采棉需抗倒伏能力强、成熟期一致、含絮力适中、对脱叶催熟剂反应敏感等特点^[15,16]。【本研究切入点】目前,新疆机采棉使用的品种多由原来常规品种替代,存在吐絮不集中、品质指标较低等现象^[17],机采棉新品种的选育需在兼顾产量、品质、早熟性、抗性等基础上侧重形态育种^{[13, 18]},选育难度相对较大。【拟解决的关键问题】本研究对高产栽培条件下不同年代棉花品种生育进程、植株形态特征、早熟性的变化及对脱叶催熟剂的反应进行分析,结合适宜机采的品种类型及株型特征,分析新疆早熟棉区历史主栽品种主要株型特征和经济性状的演变趋势,为机采棉育种中选择亲本、确定育种目标和田间生产上品种筛选提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以新疆棉区不同年代大面积种植的自育早熟陆地棉品种为供试材料,包括新陆早1号、新陆早7号、新陆早13号和新陆早45号共4个代表性品种,其中,新陆早7号、新陆早13号和新陆早45号审定时的对照品种分别为新陆早1号、新陆早7号和新陆早13号,各品种大面积种植时期和推广面积等信息^{[19,20,21,22,23]}列于表1,根据各品种在生产中的主栽时期,将自育早熟陆地棉品种划归4个年代。

Table 1
表1
表1供试棉花品种的年代划分及主栽年代
Table 1Cotton breeding eras quantum formation and main cultivated eras

品种年代 Decade	品种名称 Cultivar	区域试验产量 Yield of regional experiment (kg·hm^-2)	生育期 Days to maturity (d)	审定时间 Year of release	品种大面积应用时间 Year of main use of cultivar	推广面积 Cultivated area (hm²)
1980s	新陆早1号 Xinluzao 1	1233	124	1978	1983—1994	>30×10⁴ in 1991
1990s	新陆早7号 Xinluzao 7	1563	125	1997	1995—2002	>21×10⁴ in 2000
2000s	新陆早13号 Xinluzao 13	1925	121	2002	2003—2007	>20×10⁴ in 2004
2010s	新陆早45号 Xinluzao 45	2295	128	2010	2011—2015	>53×10⁴ in 2012-2014

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1.2 试验概况

试验于2015—2016年在石河子大学农学试验站（45°19′N,86°03′E）、2018年在新疆乌兰乌苏农业气象站（44o17′N,85o49′E）进行。3年播种期分别为4月21日、4月19日和4月22日。采用宽膜覆盖栽培技术,先铺膜后点播,1膜4行,行距约为20 cm+60 cm+20 cm宽窄行,分别在4月22日、4月21日和4月24日滴出苗水,留苗密度约18万株/hm²。棉花生育期间缩节胺用量225 g·hm^-2。采用随机区组试验设计,3次重复。生育期共滴水7—9次,滴水量4 125—4 650 m³·hm^-2,随水滴施尿素520 kg·hm^-2,磷酸二氢钾158 kg·hm^-2。3年分别于7月6日、7月7日和7月5日进行人工打顶,其他田间管理措施按生产上高产田进行。2015—2016和2018年棉花生育期气象条件如图1。

图1

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图1试验地的日最高温、日最低温和降雨量（2015—2016,2018）

Fig. 1Daily maximum temperature (filled circles), daily minimum temperature (open circles), and precipitation (bars) at the study site in 2015-2016, and 2018

1.3 测定指标及方法

1.3.1 主要株型性状测定、铃期及生育时期调查从出苗期开始,对棉花株高及关键生育时期进行调查并记录。待棉株开花后,对上部果枝（第7果枝以上）第1果节所开白花进行挂牌标记,待吐絮时再进行标记,换算出铃期。于收获期在各处理选择长势均匀,且具有代表性的植株20株,调查株高、果枝始节、果枝始节高度、上部果枝与主茎的夹角等反映机采适宜性状指标,以及调查果枝数、果枝节间长度、第一果节长度、叶枝数、叶片宽度、节枝比、茎粗等相关株型性状,其中果枝节间长度和第一果节长度为整株均值。

1.3.2 脱叶率和吐絮率每个处理选择3个点,每个点选择长势均匀且有代表性的植株10株,内外行各5株。施药前调查棉株叶片总数,2015—2016年分别于9月15日、9月4日喷施脱叶剂（由噻苯隆、乙烯利、助剂和水按比例混合而成）,施药后分别在第7天、第14天和第21天调查棉株叶片数;于收获期调查单位面积总铃数和吐絮铃数,依据以下公式计算脱叶率和吐絮率：

脱叶率（%）=（施药前叶片数—施药后叶片数）/施药前叶片数×100;

吐絮率（%）= 吐絮铃数/总铃数×100。

1.3.3 产量性状及品质测定于收获期在各处理每小区选有代表性植株10株,调查不同处理单株结铃数,然后整株收获棉铃装袋带回实验室称重,计算单铃重,轧花后称皮棉重,并计算衣分含量,最后以小区实际收获籽棉产量计产。测定衣分后,送农业部棉花质量监督检验测试中心（乌鲁木齐）检测棉纤维品质性状。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007计算数据,用R 3.5.2（https://cran.r-project.org）软件对试验数据进行统计分析,用LSD法检验差异显著性,用SigmaPlot 12.5和R 3.5.2软件作图。

2 结果

2.1 生育期及生育时期

由表2可看出,不同年代品种生育期相差较大,3年不同年代品种间变幅为0—10 d;表现为2010s品种（新陆早45号）>2000s品种（新陆早13号）>1990s品种（新陆早7号）,其中,1990s品种生育期为116—122 d,早熟性较好,而2010s品种生育期为124—126 d,早熟性欠佳;与1990s品种相比,2010s品种生育期延长3—10 d,主要是苗期延长2—4 d,花铃期延长0—4 d,蕾期延长1—2 d;生育期总体上随品种更替呈延长的趋势。3年各品种生育期均值与当年该品种审定时的生育期相比,1980s品种提前3 d,1990s品种提前7 d,2000s品种提前0 d,2010s品种提前3 d（表1和表2）。

Table 2
表2
表2不同年代棉花品种生育期及生育时期的变化（2015—2016,2018）
Table 2Record form of cotton growth and development stage in 2015, 2016, and 2018

年份 Year	品种 Cultivar	出苗期 Seeding stage (M/D)	现蕾期 Squaring stage (M/D)	开花期 Flowering stage (M/D)	盛铃期 Full bolling stage (M/D)	吐絮期 Boll opening stage (M/D)	苗期Seedling period (d)	蕾期 Bud period (d)	花铃期 Flower boll period (d)	生育期 Days to maturity (d)
2015	新陆早1号 Xinluzao 1	4/25	6/1	6/27	7/10	8/23	37	26	57	120
	新陆早7号 Xinluzao 7	4/26	5/31	6/25	7/8	8/20	35	25	56	116
	新陆早13号 Xinluzao 13	4/26	6/2	6/27	7/10	8/21	37	25	55	117
	新陆早45号 Xinluzao 45	4/25	6/2	6/29	7/12	8/27	38	27	59	124
2016	新陆早1号 Xinluzao 1	4/27	6/6	6/28	7/13	8/27	40	22	60	122
	新陆早7号 Xinluzao 7	4/27	6/6	6/25	7/10	8/21	40	19	57	116
	新陆早13号 Xinluzao 13	4/27	6/9	6/30	7/17	8/26	43	21	57	121
	新陆早45号 Xinluzao 45	4/26	6/9	6/30	7/17	8/30	44	21	61	126
2018	新陆早1号 Xinluzao 1	4/29	6/10	6/29	-	8/30	41	19	62	122
	新陆早7号 Xinluzao 7	4/30	6/10	6/28	-	8/31	40	18	64	122
	新陆早13号 Xinluzao 13	4/30	6/10	6/28	-	9/2	40	18	66	124
	新陆早45号 Xinluzao 45	4/29	6/11	6/30	-	9/2	42	19	64	125

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2.2 主要株型特征

不同年代品种间株高差异极显著（表3,P<0.01）,表现为2010s和2000s品种显著高于1990s和1980s品种（图2）,且在出苗后40 d左右品种间株高日增量开始有差异,在45 d左右品种间株高差异明显,在出苗后70 d各品种株高趋于稳定,2010s品种株高为55—66 cm,2000s品种株高为55—60 cm。在2015—2016年,品种间的果枝始节位、始节高度、第一果节长度、果枝节间长度和节枝比的差异显著（表3,P<0.05）,总趋势为2010s品种>2000s品种>1990s品种>1980s品种（图3）;2010s品种果枝始节位为5—6节,始节高度18—26 cm、第一果节长度为6—8.6 cm、果枝节间长度为5.5—6 cm、节枝比为1.6—2.1。在2015和2018年,品种间果枝角度差异显著（表3,P<0.05）,2010s品种上部果枝与主茎的夹角为37° —38°,小于早期品种（图3-C）。品种间倒四叶宽和茎粗差异不显著（表3,P≥0.05）,品种间除果枝数在2015年差异显著和叶枝数在2016年差异显著外,在其他年份差异均不显著（表3,P≥0.05）。

Table 3
表3
表3不同年代棉花品种株型特征的方差分析（2015—2016,2018）
Table 3Summary of the P-values for plant type characters of cotton cultivar from different eras in 2015, 2016, and 2018

指标Variable	2015	2016	2018
株高Plant height	**	**	**
始节高度Height of first fruit branch	**	**	**
果枝始节位Node of first fruit branch	**	**	ns
第一果节长度Length of the first fruit node	*	**	ns
果枝节间长度Inter-node length of fruit branch	**	**	**
果枝角度Angle between fruit branch with main stem	*	-	*
节枝比Ratio of fruit node/fruit branch	*	*	*
倒四叶宽Width of the fourth leaf from the top	ns	ns	-
果枝数Number of fruit branches	**	ns	ns
叶枝数Number of vegetative branches	ns	*	ns
茎粗Stem diameter	-	-	ns

ns: There was no significantly difference at 0.05 level. *: There was significantly difference at 0.05 level. **: There was significantly difference at 0.01 level. The same as below
ns：在P≥0.05水平差异不显著;*：在P<0.05水平差异显著;**：在P<0.01水平差异极显著。下同

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图2

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图2不同年代棉花品种株高的生育期变化（2015—2016,2018,n=3,平均数±标准差）

不同字母表示同一年在0.05水平上差异显著。下同
Fig. 2The changes of pant height at each growth stage by cotton cultivars in 2015, 2016 and 2018 (n=3, mean ± SD)

Values followed by different letters are significantly different at 0.05 level in the same year. The same as below

图3

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图3不同年代棉花品种主要株型指标的差异（2015—2016,2018,n=3,平均数±标准差）

Fig. 3The changes of plant type characters of cotton cultivars from different eras in 2015, 2016, and 2018（n=3, mean ± SD）

2.3 脱叶率、吐絮率和棉铃铃期

不同年代棉花品种对脱叶剂的敏感程度不同,在喷施脱叶剂后第7天,不同棉花品种的脱叶效果差异显著（图4-A和图4-B;P<0.05）,在2015年,1990s品种脱叶率显著高于2000s和2010s品种;在2016年,1980s品种脱叶率显著低于其他年代品种;喷施脱叶剂后第14天和第21天,2016年各品种脱叶率差异极显著（P<0.01）,且2010s品种脱叶率显著高于其他品种。不同年代品种的吐絮率无显著差异（图4-C;P≥0.05）,且均在95%以上,吐絮良好;上部果枝棉铃的铃期差异显著（图4-D;P<0.05）,2010s和2000s品种的铃期较1990s和1980s品种短4—5 d。

图4

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图4不同年代棉花品种的脱叶率、吐絮率和棉铃铃期（2015—2016,n=3,平均数±标准差）

Fig. 4Defoliation rate, boll opening rate, and period of boll of cotton cultivars from different eras in 2015 and 2016 (n=3, mean ± SD)

2.4 收获指数、产量、产量构成及纤维品质

由表4可看出,品种间的收获指数差异显著（P<0.05）,2015—2016年1990s品种显著高于其他年代品种,表现为随品种更替呈先增加后降低的趋势。品种间的产量及产量构成均差异显著（P<0.05）,其中,皮棉产量、总铃数和衣分均表现为2010s和2000s品种高于1990s和1980s品种,随品种更替呈明显增加的趋势;单铃重变化趋势不明显;1980s、1990s、2000s和2010s品种皮棉产量较当年区域试验产量分别高23%—53%、16%—20%、13%—14%和-2%—6%（表1和表4）。

Table 4
表4
表4不同年代棉花品种的产量、产量构成及收获指数（2015—2016,2018）
Table 4Yield, yield components, and harvest index of cotton cultivars from different breeding eras in 2015, 2016 and 2018

年份 Year	品种 Cultivar	总铃数 Boll number (×10⁴/hm²)	单铃重 Boll weight (g)	衣分 Lint percentage (%)	皮棉产量 Lint yield (kg·hm^-2)	收获指数 Harvest index
2015	新陆早1号Xinluzao 1	88.6±1.4c	5.42±0.03ab	39.4±0.6b	1892±59c	0.42±0.02c
	新陆早7号Xinluzao 7	81.0±1.4d	5.62±0.22a	41.5±0.5a	1882±56c	0.55±0.01a
	新陆早13号Xinluzao 13	102.6±1.4b	5.12±0.10b	42.0±0.8a	2204±74b	0.46±0.01b
	新陆早45号Xinluzao 45	106.4±3.1a	5.34±0.24ab	42.5±0.7a	2436±86a	0.44±0.02bc
	P	**	*	**	**	**
2016	新陆早1号Xinluzao 1	80.9±1.3b	5.32±0.09b	36.6±1.1c	1518±34c	0.32±0.00b
	新陆早7号Xinluzao 7	97.6±2.5a	4.83±0.11c	39.1±0.0b	1807±41b	0.41±0.00a
	新陆早13号Xinluzao 13	104.1±4.8a	5.56±0.11a	41.6±0.2a	2174±48a	0.29±0.02c
	新陆早45号Xinluzao 45	98.9±4.2a	5.70±0.11a	42.0±1.0a	2255±83a	0.30±0.01bc
	P	**	**	**	**	**
2018	新陆早1号Xinluzao 1	94.1±4.6b	4.66±0.22c	36.0±0.8c	1580±78d	0.27±0.01b
	新陆早7号Xinluzao 7	96.9±5.3b	5.35±0.29b	37.4±0.4b	1938±106c	0.33±0.04a
	新陆早13号Xinluzao 13	113.7±13.1a	5.27±0.22b	40.0±0.7a	2398±275ab	0.27±0.02b
	新陆早45号Xinluzao 45	113.5±11.5a	5.54±0.21a	39.7±0.5a	2498±253a	0.31±0.02a
	P	**	**	**	**	*

Values followed by different letters are significantly different at 0.05 level within a column in the same year. The same as below
同一列不同字母表示同一年在0.05水平上差异显著。下同

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由表5可看出,2016年和2018年品种间的纤维长度差异显著（P<0.05）,表现为随品种更替呈逐渐增加的趋势;2015—2016年品种间纤维比强度差异极显著（P<0.01）,2010s和2000s品种显著高于1990s和1980s品种;2015年和2018年品种间马克隆值差异极显著（P<0.01）,表现为随品种更替呈逐渐增加的趋势;美国及欧洲国家都将马克隆值作为贸易结算的依据,并将3.5—4.9马克隆值视为正常范围,其中3.7—4.2为最佳马克隆值范围,从这一标准来看,3年马克隆值做均值分析发现,1980s和1990s品种马克隆值最佳,2000s和2010s品种马克隆值明显偏大。品种间的纤维整齐度无显著差异（P≥0.05）,集中在83%—86%;品种间的纤维伸长率差异极显著（P<0.01）,表现为2010s和2000s品种>1990s和1980s品种,随品种更替呈增加的趋势;2016年品种间的纤维纺纱一致性差异显著（P<0.01）,表现为2010s和2000s品种>1990s和1980s品种。

Table 5
表5
表5不同年代棉花品种的纤维品质（2015—2016,2018）
Table 5Fiber quality of cotton cultivars from different breeding eras in 2015, 2016 and 2018

年份 Year	品种 Cultivar	纤维长度 Fiber length (mm)	比强度 Fiber strength (cN·tex^-1)	马克隆值 Micronaire	纤维整齐度 Fiber uniformity (%)	伸长率 Elongation	纺纱一致性指数 Fiber spinning consistency index
2015	新陆早1号 Xinluzao 1	28.4±0.6b	28.5±0.3b	3.93±0.27c	85.4±0.8a	7.30±0.26a	135.7±6.0ab
	新陆早7号 Xinluzao 7	28.7±0.5ab	24.4±0.4c	4.31±0.26b	83.8±0.8a	6.07±0.46b	121.0±2.6b
	新陆早13号 Xinluzao 13	29.6±0.4a	31.7±2.0a	4.65±0.06ab	85.4±0.7a	7.73±0.32a	145.0±7.8a
	新陆早45号 Xinluzao 45	29.2±0.5ab	30.9±0.1a	4.76±0.11a	83.2±2.3a	7.90±0.62a	136.7±17.7ab
	P	ns	**	**	ns	**	ns
2016	新陆早1号 Xinluzao 1	30.1±0.5ab	27.2±1.7b	3.77±0.31a	85.7±0.7ab	8.00±0.10b	149.3±3.1bc
	新陆早7号 Xinluzao 7	29.2±0.2b	27.9±0.7b	3.90±0.53a	84.0±1.9b	7.67±0.76b	139.0±7.9c
	新陆早13号 Xinluzao 13	28.9±1.1b	30.8±0.5a	4.03±0.23a	85.4±1.1ab	9.23±0.67a	153.3±3.2ab
	新陆早45号 Xinluzao 45	31.1±0.4a	31.4±0.8a	4.20±0.20a	86.7±1.5a	9.63±0.15a	164.0±7.8a
	P	*	**	ns	ns	**	**
2018	新陆早1号 Xinluzao 1	28.8±0.1c	31.7±1.5ab	4.07±0.18b	83.4±1.0a	6.76±0.02d	-
	新陆早7号 Xinluzao 7	29.6±0.6b	29.7±1.1b	4.16±0.30b	84.4±0.0a	6.80±0.00c	-
	新陆早13号 Xinluzao 13	29.7±0.5ab	32.1±0.4a	4.69±0.08a	84.4±0.2a	6.84±0.02b	-
	新陆早45号 Xinluzao 45	30.5±0.1a	32.7±1.2a	4.09±0.07b	84.1±0.5a	6.88±0.02a	-
	P	**	ns	**	ns	**	-

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3 讨论

3.1 不同年代棉花品种主要株型特征及适宜机采特性的变化

新疆早熟棉区无霜期短,生长季节有限,棉花能否完成个体发育周期是实现高产优质的前提条件,因此对生育期的要求较为严格。本研究表明,不同年代品种生育期相差较大,变幅为0—10 d（表2）,1990s品种生育期较短为116—122 d,2010s品种生育期较长为124—126 d,随品种更替生育期呈延长的趋势;且与审定时品种的生育期相比,早期品种（1980s和1990s品种）提前了3—7 d,现代品种（2000s和2010s品种）提前了0—3 d（表1和表2）。这可能与膜下滴灌技术促早熟栽培应用有关,从1980s—2010s新疆棉花栽培模式经历了露地栽培、窄膜覆盖、宽膜和超宽膜覆盖到膜下滴灌栽培的发展过程,形成了“密、早、矮、膜”综合栽培技术体系,而地膜覆盖技术具有增温保墒、促进早发早熟的综合效应^[24]。新疆不同年代棉花随品种更替生育期呈延长的趋势,反映出不同年代栽培模式对品种促早发早熟有重要意义,体现了不同品种生育期变化的遗传多样性。在机采条件下,棉花需要脱叶催熟,对早熟性的要求较手采棉更为严格,前人研究表明,北疆机采棉的生育期不宜超过125 d^[18],选育早熟性符合机采要求的棉花品种显得尤为重要。

20世纪80年代中期以来,新疆棉区采用“密、早、矮、膜”栽培,棉花群体结构向“密植小株型”发展^[24]。由于目前机采条件下高密度栽培籽棉含杂率高影响原棉品质,建立“降密健株型”的新型棉花群体结构有利于脱叶^[15]。本研究表明,随品种更替,不同年代棉花品种的第一果节长度、果枝节间长度和节枝比均逐渐增加（图3-D—图3-F）,品种株型由紧凑型向较松散型转变,与前人对南疆棉区品种更替产量提高过程中株宽逐渐增加的规律一致^[7],这可能与膜下滴灌栽培条件下追求高产有关,品种株型较松散,便于充分利用光能以提高丰产潜力。随品种更替,不同年代棉花品种的株高、果枝始节和始节高度呈逐渐增加趋势（图2、图3-A和图3-B）;果枝始节高度对棉花机采影响较大,需有一定的结铃高度才便于机采,前人研究指出机采棉果枝始节高度应大于18 cm^[13],若结铃高度过低不宜机采易导致采净率降低影响采收产量,采收时若距地面过低则易增加机采棉含杂率影响原棉品质。上部果枝与主茎的夹角随品种更替呈逐渐降低趋势（图3-C）,2010s品种果枝上举则利于冠层透光^{[18, 25]},便于吐絮期冠层各部位叶片的脱落,这表明与早期品种相比,2010s品种在选育时已按机采对品种的要求选育,因此,符合机采棉对株型的要求。

本试验表明,与早期品种相比,2010s品种的脱叶效果较好（图4-B）,虽苗期和花铃期较长,但上部铃期较短,且收获时吐絮率大于97%（表2、图4-C和图4-D）,表明2010s品种吐絮相对集中,符合机采对棉花品种脱叶及吐絮效果的要求^{[15, 18]},2010s品种在生育后期光合速率高于早期品种^[26],后期叶片生理功能较旺盛可能是2010s品种对脱叶剂更加敏感的原因。2010s品种虽花铃期较长,但上部铃期较短,吐絮相对集中,这可能是2010s品种果枝上举,生育中后期棉花冠层受光环境较好、群体光合能力较高的原因^[26],表明2010s品种生育中后期高光效冠层结构不仅利于脱叶,亦利于集中吐絮。

3.2 不同年代棉花品种产量及品质指标的演变分析

早熟棉区是新疆优质棉主产区^[1],品种更替对新疆棉花产量提高有重要作用^[6,7],在1950s—1990s品种更替产量提高过程中,品种的棉铃干物质积累和收获指数同步提高^[27]。本研究表明,在1980s—2010s随品种更替产量提高过程中,总铃数和衣分逐渐增加,单铃重变化趋势不明显,但收获指数明显降低（表4）;2010s品种产量的提高主要是生育中后期生物量的增加,并非经济产量器官干物质分配率的提高^[26],从而导致收获指数明显降低;表明现代品种生长优势较强,抗性增加^{[20-21, 26, 28]},延缓了后期衰老,光合功能持续期延长,生物量较早期品种明显增加^{[26, 29]},但易造成营养生长偏旺。本试验1980s、1990s、2000s和2010s品种皮棉产量较当年区域试验产量分别高23%—53%、16%—20%、13%—14%和-2%—6%（表1和表4）,表明栽培管理措施对棉花产量影响显著;且无论当年栽培模式下的区域试验,还是现代高产栽培模式下的品种特性比较,现代品种产量均明显高于早期品种,表明现代品种丰产潜力明显改善;这主要是膜下滴灌高产栽培技术应用之后,增加了棉花对光热资源的利用,生产上需要丰产潜力更大的品种以增产。品种更替产量提高过程中,单铃重变化趋势不明显,总铃数明显提高,品种株型由紧凑型向较松散型转变后丰产潜力提高可能是铃数增加的主要原因;但株型较松散的品种生长优势较强易导致生育期延长,营养生长偏旺,收获指数降低。因此,今后品种选育和选择过程中应在保障生物量的前提下提高收获指数,保证棉株抗性的前提下减少不必要的营养生长。

长期以来,中国棉花品种存在纤维品质类型单一、纤维强度偏低、马克隆值偏高等问题^{[9, 30-31]}。实施机采后新疆原棉品质的各指标差级纤维比例增加、强级比例降低,且马克隆值呈明显升高的趋势^[32]。本研究表明,随品种更替纤维长度、比强度、伸长率和纺纱一致性指数均明显改善,马克隆值呈增加趋势（表5）,1980s和1990s品种马克隆值最佳,但纤维长度和比强度偏低;2000s和2010s品种纤维长度和比强度明显改善,马克隆值偏大;表明纤维强度的改善是以牺牲纤维细度为代价,品质指标的协调性不佳。

纤维品质除受品种遗传基因影响外,还受栽培环境、采收方式、清理加工、叶片黏着性的影响^[33,34]。与手采相比,机采棉纤维比强度、整齐度及纺纱一致性指数均显著降低^[35],且含杂率较手采棉高10%—30%^[36,37],需要经过多次清理去除杂物以改善纤维质量^[38];但多次清理对纤维损伤量较大,尤其是对纤维长度和短纤维指数影响显著^[39]。机采棉采收和清理等方面对棉纤维损伤量较大,因此对品种纤维品质的要求较手采棉更高,选育品质综合性状较优的品种,优化生态布局,实行棉花品种区划种植,发展不同档次的原棉以适应纺织工业的不同需求,是提高新疆原棉适纺性能和国际市场竞争力的重要途径。

4 结论

新疆早熟棉区品种更替产量提高过程中,株型由紧凑型向较松散型转变,株高、果枝始节和始节高度均呈逐渐增加,上部果枝与主茎的夹角逐渐降低,果枝上举;与早期品种相比,2010s品种上部铃期较短,吐絮相对集中,对脱叶剂敏感,吐絮率>97%,且2000s和2010s品种总铃数和衣分明显增加,纤维长度、比强度、伸长率和纺纱一致性明显改善;但2010s品种生育期偏长,收获指数偏低,纤维马克隆值相对偏大。因此,加大机采棉品种的综合选育,进一步提高棉花品种的协调性,是促进新疆棉花产业快速发展的关键。

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本文是我国长江流域棉区棉花品种遗传改良研究的系列报道之一, 目的在于探讨建国以来我国长江棉区棉花品种在产量和产量组分性状(株铃数、铃重和衣分)上遗传改良的成效. 对不同历史时期11个代表性品种两年7点的试验资料和30多年区域试验历史资料的研究表明, 建国以来, 我国长江棉区棉花品种的产量性状改良成效显著, 品种的产

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本文是我国黄淮棉区棉花品种遗传改良和系列研究之一，目的在于探讨建国以来我国黄淮棉区棉花品种在产量和产量组分性状(株铃数、铃重、衣分)上的遗传改良成效。对不同历史时期10个代表性品种2年5点的试验资料和30多年的区域试验资料的研究表明，建国以来，我国黄淮棉区棉花品种产量性状的遗传改良成效显著，品种的产

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棉花是中国重要的经济作物,棉花生产稳定发展关乎中国两千万棉农的利益。产量是棉花种植收益的基础,因此,在其他性状综合发展的前提下,高产是棉花品种培育的最重要目标。20世纪50年代以来,中国棉花单位面积产量增加了9倍之多,其中品种的引进和改良为棉花产量的提高作出了重要贡献。但是近年来,随着棉花种质资源遗传多样性日渐狭窄,中国棉花单位面积产量增加缓慢,严重阻碍了棉花种植产业的健康发展。本文分析了棉花单位面积产量包含的4个主要组成成分单位面积株数、单株铃数、单铃重和衣分在棉花产量形成中起到的作用；单株铃数和衣分的增加在中国棉花高产育种过程中起到了重要作用,但是产量的提高是一个相互协调的过程,在加强重点性状改良的同时,也要注重其他性状及因素的相互配合,才能取得最好的效果。分析在中国高产育种中起重要作用的途径方法及其研究进展：国外引种在建国初期对于中国棉花产量的提高起重要作用,替代了中国原有的产量低、品质差的亚洲棉品种,促进了中国自主育种的发展;通过传统育种先后培育出早熟的中棉所16、丰产的鲁棉1号和抗病丰产的中棉所12等品种,推动了中国棉花生产的发展；通过杂种优势利用,中国培育了一大批起重大推动作用的杂交品种,例如中棉所29曾经占中国长江流域杂交棉种植面积的50%左右；加强对雄性不育系的研究对于杂种优势利用的持续发展起到关键作用；分子标记技术的发展为棉花分子育种提供了技术支持,多个稳定产量性状位点的定位为分子标记辅助育种奠定了基础；转基因技术的发展为棉花分子设计育种提供了契机,转基因抗虫棉中棉所41、石远321和鲁棉研28等的育成使中国棉花产量稳中有升,但是目前针对产量性状改良的基因较少,还需加强对于产量相关基因的挖掘,加快发展转基因高产育种。目前中国棉花单位面积产量水平处于国际前列,但中国地少人多,在不与粮争地的前提下,为确保农产品的有效供给,还需继续挖掘棉花产量潜力,提高棉花单位面积产量,保证棉花产业持续健康发展。因此,建议收集种植资源,注重种质资源的创新；加强胞质雄性不育研究,简化制种技术和成本,推动简化制种的优异杂交种的培育；利用高通量测序技术,发掘全基因范围内的高产相关基因,用于分子标记辅助育种和全基因组选择育种；通过聚合育种,培育高产、优质、早熟以及适合机械化种植的棉花新品种。

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以北疆 5 0年来棉花品种演变过程中的 12个主栽品种为研究对象 ,通过RAPD指纹图谱 ,结合辈序分析研究和评价了各品种间的亲缘关系及遗传基础。结果表明 ,RAPD可将北疆 5 0年来 12个主栽棉花品种划分为五类 ,其结果与实际系谱基本吻合。随着品种演变 ,品种间亲缘关系从简单趋向复杂 ,品种遗传基础得到丰富 ,品种的生态适应性和丰产性得到加强。每更换一次品种 ,平均皮棉产量提高 81.4 9kg·ha-1。同时表明RAPD技术可以用来分析棉花品种的亲缘关系。

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对新疆兵团推广机采棉进行了全面的调研，机采棉可解决手工采摘效率低，拾花劳力缺乏，拾花费剧增等现实问题，可提高棉花抵御自然灾害能力，并且具有抵御外棉低价竞争、降低纺织企业对外棉依存度、减小纺织企业风险、激发采棉技术创新等作用，但也存在配套措施不完善、品级下降与纺织产业升级的矛盾及来自国际市场残酷的竞争等不利因素，就此提出发展建议。

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采用加性-显性-加加上位性及其与环境互作的遗传模型（ADAA模型），对8个陆地棉亲本（其中有6个机采棉品种）及其F1和F2的28个组合5个机采性状和单株皮棉产量的新疆阿拉尔和石河子2试点资料，进行了贡献分析。结果表明，5个机采性状对皮棉产量表型值的贡献变化范围为－20%～－14%；在显性贡献中，第一果枝高度对皮棉产量的贡献率最大（CRD=10%），其次是节间长度的贡献（CRD=8%），而霜前花率对皮棉产量有较大的抑制作用（CRD=－25%）;霜前花率对皮棉产量的加加上位贡献率最大（CRAA=86%），其次是第一果枝节位（CRAA=24%）。霜前花率在特殊的环境中对皮棉产量表现为很大的显性正向贡献（CRDE=78%）和加加上位效应抑制作用。不同亲本5个机采性状对其皮棉产量的显性和加加上位效应贡献不同。5个机采性状对不同组合皮棉产量显性效应的贡献较小，霜前花率对皮棉产量的显性效应的贡献在2个地点的表现往往和单株皮棉产量在不同地点表现显性效应的性质（正或负）相一致，并且在5个机采性状中对皮棉产量的显性贡献是最大的。加加上位效应在皮棉产量的遗传中起着很重要的作用，而在8个亲本及其后代各组合的5个机采性状中，霜前花率可作为选择皮棉产量加加上位效应的主选性状。在不同的环境中，皮棉产量加加上位效应的主选机采性状随组合有所不同。

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分析了当前该棉区机采棉育种中存在的主要问题，并对今后加快该棉区机采棉发展提出一些建议。

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董合忠, 张艳军, 张冬梅, 代建龙, 张旺锋 . 基于集中收获的新型棉花群体结构
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DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.24.003 Magsci [本文引用: 3]

构建合理群体结构是实现棉花高产优质高效的重要栽培学基础。我国传统棉花群体结构主要有“高密小株类型”、“中密中株类型”和“稀植大株类型”3种,分别在西北内陆棉区、黄河流域棉区和长江流域棉区广泛应用,为实现棉花高产稳产发挥了重要作用。但进入新时期,传统群体结构不利于集中收获和提质增效的弊端凸显,探索新型棉花群体结构成为新时期棉花栽培学的重要研究内容。本文简要评述了传统棉花群体结构的主要特征和弊端;基于新时期轻简节本、提质增效的需要,提出了建立“降密健株型”、“增密壮株型”和“直密矮株型”3种适于集中收获的新型棉花群体结构替代传统群体结构的观点。在此基础上,重点论述了3种新型群体结构的主要指标和调控技术,对新型棉花群体结构的研究与发展趋势进行了展望。

DONG H

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. New grouped harvesting-based population structures of cotton
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DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.01.003 Magsci [本文引用: 1]

棉花是中国种植业生产中产业链最长的大田经济作物,其商品率高达95%以上,但棉花产业尚存在许多不足之处,需要涉棉企业、棉农、科技人员、****进一步关注,如自主种业、品牌培育、清洁生产、统防统治、贸易依存度、产业安全、规模经济、产业组织等因素影响中国棉花的产业竞争力和可持续发展。中国棉花种植以新疆、黄河流域、长江流域为主,其中新疆棉花产量占全国产量的67%,已形成规模化和机械化种植,而长江、黄河流域仍以小规模种植为主,没有充分发挥新型经营主体的带动作用,无法形成规模化种植和机械化生产,且缺乏集棉花生产、加工、销售为一体的综合数据平台,在棉花的专业化服务、全程服务和托管式服务方面仅有数家。中国棉花产业未来发展方向和目标应是提升棉田生产规模化、机械化、智能化、信息化、服务社会化水平,研发轻简化生产技术使棉农有尊严快乐植棉,降低生产成本,解决谁来种地的问题,掌控棉花产业链条的主动权。文中从棉花产业链的供求角度出发,阐述了中国棉花种植面积和总产量大幅减少、产业布局上新疆一枝独秀、国内消费有所降低但供求形势有所好转、进口量长期大于出口量和纺织业优势递减的发展现状,分析了中国棉花产业在生产环节、产业布局、组织管理、平台建设等方面存在的问题,借鉴美国和澳大利亚在棉花品种、生产技术、机械化和国家政策的种植经验和发展优势,结合中国供给侧结构改革的政策背景,从培育棉花新品种、研发轻简化和机械化新技术、投入农机设备、优化品种品质和区域布局、科学防治病虫害提高棉花质量、制定棉花目标价格制度、提高棉花生产保险额度、加大对棉农、棉商、农机制造商、纺织企业、出口商等的补贴力度和政策保障力度、发挥产学研优势和棉花协会功能、构建产供销一体化平台、完善棉花供需调控体系、建设现代植棉业服务体系、借助“一带一路”契机带动棉花和纺织业走出国门等多个层面提出相应的对策建议,从而刺激国内有效供给,尽快实现中国棉花产业供需平衡。最后,对中国棉花产业进行展望,将“三去一降一补”应用于棉花产业,并顺应全球棉花去库存的格局,未来两年棉价将有所上涨。

LU X

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. The present situation and prospects of cotton industry development in China
Scientia Agricultura Sinica, 2018,51(1):26-36. (in Chinese)

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.01.003 Magsci [本文引用: 1]

白岩, 毛树春, 田立文, 李莉, 董合忠 . 新疆棉花高产简化栽培技术评述与展望
中国农业科学, 2017,50(1):38-50.

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.01.004 Magsci [本文引用: 4]

近20年来,新疆产棉区采取“促早栽培,向‘温’要棉；密植矮化,向‘光’要棉；水肥一体化,向‘水肥’要棉；农机农艺融合,向‘轻简化’要效益”的技术途径,通过机械代替人工大幅度减少人工投入,膜上精量播种免除放苗、定苗,合理密植配合化学调控实现简化整枝与集中收花,节水灌溉与水肥一体化实现节本增产增效,关键农艺技术与物质装备有机结合和综合运用,既保证了高产甚至超高产,又实现了轻简化,较好地解决了高产与简化的矛盾,使得以新疆为主的西北内陆棉区成为全国平均单产最高的优势棉花产区。展望未来,为保障棉花持续高产高效,今后新疆棉花栽培的技术途径须与时俱进,一方面由“向温、向水要产量、要效益”,转变为“向光、向水肥一体化、向农艺技术与物质装备高度融合要产量、要品质、要效益”；另一方面棉花栽培管理要改过去“三分种、七分管”为“七分种、三分管”。要通过棉田综合调控建立棉花高光效群体,提高群体光能利用率,协同提高棉花产量和品质；重视种子品质、提高播种质量,在“种”的环节多下功夫,减少管理环节,进一步节本增效；加强新疆棉花高效轻简化栽培的基础理论创新,为新疆棉花可持续发展提供理论支撑。

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利用地理信息系统(GIS)对全国主产棉区82个县(市)2005—2011年棉花纤维品质及1981—2010年的逐日平均气象数据进行空间插值处理,建立了基于GIS的全国主产棉区主要棉花纤维品质指标的空间信息系统,并分析了全国棉花纤维品质的区域分布及其与各生态区气候因子空间分布的相关性.结果表明: 日照充足、降水量小、平均相对湿度较低的西北内陆棉区(如新疆)是我国优质棉生产区域,其棉纤维长度、马克隆值、品级等品质指标均居国内各棉区首位;长江和黄河流域两大棉区的棉花纤维比强度值较高,其中,长江流域棉区的棉花纤维长度值和比强度值均大于黄河棉区;黄河棉区的马克隆值和感官品级高于长江棉区.棉花品种指标与各生态区气候因子(温度、光照、降水、湿度)有较好的相关性.

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为了解新疆棉区纤维品质变化的根本原因，通过分析新疆棉区机采棉和手采棉纤维品质的差异，探讨通过品种选育及全疆品种布局实现改善原棉品质的途径。研究结果表明，纤维长度和马克隆值在机采棉和手采棉间无显著性变化；机采棉纤维比强度、整齐度及纺纱一致性指数较手采棉显著降低，其中比强度和纺纱一致性指数在试验点变化较大，最大降幅可达１１.３％和２５.８％，且有６２.５％的品种显著降低。短纤维率的变化最为明显，机采棉较手采棉增加了５１％，试验点和品种间最大增幅分别达９０％和１３０％。因此，选择适宜机采的品种及合理的品种布局是改善新疆棉花品质结构的主要途径。

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