新疆棉花机采模式下高光效冠层结构特征及调控研究

发布时间：2020-07-25 07:30

【摘要】：合理密植是提高作物产量最重要的栽培措施。调整棉花株行距配置是实现合理密度与机械化管理新技术相结合的重要手段。适宜的种植密度可显著改善作物冠层结构和群体光合能力,有助于作物高光效冠层的形成,提高作物的产量和品质。本文以棉花叶片的光合能力光响应调控为核心,以群体的光合适应性调节为主线,系统研究了不同种植密度下棉花叶片和群体的光合作用特征,不同冠层结构群体干物质累积和铃叶空间分布特征及对产量和品质的影响。通过本研究,明确了棉花通过调节比叶重影响叶片氮素和光合氮素冠层空间分布,进而优化叶片和群体光合能力形成高光效冠层的光合作用适应机制,研究结果对构建机采模式下棉花栽培技术体系,以及高产、优质、适宜机采的棉花品种选育提供重要参考依据。论文的主要研究内容和研究结果如下:1.研究了种植密度对机采棉冠层结构和群体光合特性的影响。种植密度增大后,棉花整体叶面积指数和光截获率在生育前期的增长速度和生育后期的下降速度均加快;盛铃期棉花冠层上部光截获比例逐渐增大,中部和下部显著降低;棉花冠层开度在生育前期的下降速度和生育后期的增长速度均加快。不同种植密度条件下棉花群体光合速率的生育期变化趋势与叶面积指数的生育期变化趋势是一致的。在盛铃期内维持较高的叶面积指数有助于扩大棉花冠层光合作用面积,延长群体光合作用时间,具有最优的冠层光截获率和冠层光分布是棉花高光效冠层的主要冠层结构特征。2.研究了冠层结构差异对机采棉叶片光合机构氮素分配调控作用及其对叶片光合特性和光合氮素利用效率的影响。种植密度对机采棉冠层内光分布具有显著的调节作用。为适应种植密度变化引起的冠层光分布差异,棉花叶片通过调节比叶重,影响叶片氮素含量和叶绿素含量在冠层内的空间分布,进而优化冠层内不同部位棉花叶片光合机构氮素含量以及光合氮素在不同光合机构中的分配比例,以适应冠层内不同部位的光环境差异,最终影响叶片的光合能力和光合氮素利用效率。叶片光合机构氮素含量对棉花叶片光合能力的调控作用并未因种植密度不同而存在差异,叶片光合机构中的氮素含量是影响棉花叶片光合能力的关键因素。3.研究了冠层结构差异对机采棉叶片形态特征的调节作用及其对群体光合光能利用效率和光合氮素利用效率的影响。研究结果表明,为适应不同的种植密度,棉花群体通过调节比叶面积来影响冠层内叶片氮素的空间分配,调节冠层不同部位群体光合性能,进而优化冠层整体水平的群体光合能力、群体光合氮素和光能利用效率。高密度条件下,棉花通过增加叶片比叶面积提高了冠层中部和上部单位质量叶片光截获量;低密度条件下,棉花通过降低叶片比叶面积提高了冠层中部和下部叶片的最大光合能力,使棉花冠层各部位均具有最优的单位面积群体光合能力;适宜种植密度条件下,棉花通过调节比叶面积优化了叶片氮素含量和叶片光合能力在冠层内的空间分布,促使冠层整体具有较高的群体光合能力、群体光合的光能和氮素利用效率。4.研究了机采棉高光效冠层群体光合光能利用效率和光合氮素利用效率的光响应特性。研究结果表明,棉花群体光合速率的光响应模式与单叶水平的光响应模式类似,均表现为“快速增长—趋于平稳”的变化趋势;自然光照难以达到群体光合的饱和光强。低光条件下,棉花群体光合光能利用效率和群体光合氮素利用效率均随种植密度增大而呈现增大的趋势;高光条件下,棉花群体光合的光能和氮素利用效率则随种植密度增大而降低。较高的种植密度虽然提高了冠层利用弱光的能力,但冠层光截获和群体光合能力比较低;较低的种植密度虽然提高了高光下群体的光能利用效率和氮素利用效率,但群体光合能力和光合利用率低。适宜的种植密度在具有较高光截获的同时,棉花群体在低光和高光条件下均具有相对较高的群体光合光能利用效率和群体光合氮素利用效率。5.研究了种植密度对机采棉干物质累积、棉铃空间分布及产量的影响。研究结果表明,在生育前期具有较高干物质积累量是棉花常规品种高产形成的典型特征,但并不是杂交棉实现高产的限制因素;生育后期具有较高的群体光合能力是常规品种和杂交棉形成高光效冠层的共同特征。对常规品种而言,种植密度对单铃重影响较小;总铃数不高是常规品种产量提升的限制因素;通过合理的栽培措施,在增大冠层中部和上部棉铃比例的基础上获得较高的成铃率,是常规品种进一步提升产量的关键。对杂交棉而言,在具有较高总铃数的同时具有较大的单铃重是促使其高产形成的主要因素;冠层上部较低的成铃率和快速成铃期后移是杂交棉产量获得提升的限制因素;通过优化栽培措施提高成铃率和培育早熟杂交组合进一步扩充棉铃库容是提高杂交棉产量的途径。6.研究了种植密度对机采棉脱叶、棉铃吐絮及纤维品质的影响。研究结果表明,种植密度对棉花冠层内叶片脱叶率有重要的影响,但对原棉纤维品质无显著影响。叶片脱叶率是影响机械采收棉花含杂率的关键,也直接影响了机采原棉的加工工序和加工后棉纤维品质。对于常规品种而言,适度降低种植密度并选育叶面光滑、叶片功能期长的棉花品种是提高脱叶率、减少挂枝叶片的重要途径。对于杂交棉而言,选用适宜的稀植模式并培育成铃早、吐絮快、纤维较长的杂交组合是提高杂交棉原棉品质的主要途径。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S562
【图文】：

示意图,行距配置,示意图,新疆生产建设兵团

其他栽培管理措施同一般大田生产实际。图2-1 行距配置示意图（2012~2013）Fig. 2-1 Schematic diagram of row spacing in 2012 and 2013本试验第二阶段于 2014~2015 年在新疆生产建设兵团第八师 149 团 19 连（45°09′N，86°05′E）2 号条田进行。试验地土质为沙壤土（silty-loamy，mixed，mesic）。供试棉花品种为新陆早 45 号（Gossypium hirsutum L. ；cv.Xinluzao 45）和鲁棉研 24 号（Gossypium

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-2（图 2-2）。图2-2 行距配置示意图（2014~2015）Fig. 2-2 Schematic diagram of row spacing in 2014 and 2015

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88图 8-1 研究内容归纳与研究展望示意图Fig. 8-1 Diagram for the research summary and future prospects红色虚线框代表需要进一步研究的内容。Note: Red dashed box represents further research

【参考文献】