黄河流域棉花轻简化栽培技术评述

黄河流域棉区是中国三大主要产棉区之一,改进栽培技术,对促进该区棉花生产可持续发展具有重大的战略意义。首先,文中分析了当前黄河流域棉区棉花栽培管理技术存在的主要问题,包括棉田种植制度和种植模式多样化对棉花轻简化和机械化生产的阻碍;棉花生产规模小,组织化程度低,难以获得规模效益;棉花管理复杂繁琐,机械化程度低、用工多,但随着城市化进程加快,农村劳动力数量减少、质量降低,难以支撑劳动密集型的传统精耕细作栽培,棉花生产投入大、效益低的问题成为黄河流域棉花生产可持续发展的主要障碍。作者认为实行轻简化栽培是提高黄河流域棉花竞争力水平、促进棉花生产可持续发展的重要途径。其次,回顾了棉花轻简化栽培技术形成和发展历程,对现行的棉花轻简化栽培的关键技术进行了总结性评述,重点论述了实现棉花生产轻便简捷、节本增效的主要技术措施,包括精准播种、轻简育苗、简化整枝、集中成铃、轻简施肥和节水灌溉等。最后,提出了进一步完善和发展轻简化植棉技术,促进棉花轻简节本、提质增效的设想。为实现更高层次的轻简化栽培,应进一步突出播种和采收2个环节,减少并进一步简化管理环节;要优化种植制度和种植模式,为推行机械化生产创造条件;要提升精准播种技术水平,确保一播全苗;继续研制新型肥料及其施用技术,进一步简化施肥和提高肥料利用率;加快选育适宜轻简化栽培、机械化收获的棉花品种,因地制宜地发展棉花采收机械化。在继续创新轻简化栽培关键技术的同时,还要加强良种良法配套、农机农艺融合。可以预见,在不远的将来,黄河流域棉花轻简化丰产栽培技术体系将得到进一步提升和完善,为棉花生产振兴和可持续发展发挥重要作用。

棉花早衰的分子机理研究进展

早衰是棉花生长发育的一种异常现象,是大量衰老相关基因差异表达的结果。早衰棉花光合作用、碳水化合物和其他生物大分子合成相关基因大多下调表达,而蛋白、核苷酸、脂类降解和氨基酸、糖类、嘌呤、嘧啶和离子转运体等养分循环利用相关基因大多上调表达;脱落酸(ABA)、乙烯、生长素、茉莉酸(JA)和赤霉素(GA)相关基因大多上调表达,而细胞分裂素合成基因IPT下调表达;NAC和WRKY等转录因子基因也大多上调表达。结合作者在该领域的研究,总结评述了光合作用及大分子降解、养分循环利用、激素和转录因子相关基因在早衰棉花中的表达模式及作用机理。

棉花不同类型品种苗期耐盐性差异研究

为比较鉴定转基因抗虫棉品种与普通陆地棉品种的耐盐性差异,指导耐盐抗虫棉品种选育,以双价抗虫棉品种SGK321和普通陆地棉品种‘石远321’(SY321)为材料,利用不同盐分含量砂培和土培试验研究它们苗期的耐盐相对指标和某些耐盐理化指标变化。结果表明,在盐(NaCl)胁迫下,SGK321棉苗叶片的丙二醛和Na+含量均高于SY321,而游离脯氨酸、可溶性糖、类胡萝卜素、K+、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量、过氧化物酶活性、K+/Na+值、净光合速率及各项耐盐相对指标均低于SY321,耐盐综合指标低10.3%,差异显著。总体上,SGK321苗期的耐盐性明显低于SY321。表明选用耐盐性强的亲本并注重耐盐性选择是培育耐盐抗虫棉品种的有效途径。

适宜轻简栽培的棉花品种K836的选育及高产简化栽培技术

K836是山东棉花研究中心选育的转Bt Cry1A基因抗虫棉品种。该品种高产优质多抗,适合轻简化栽培,现已成为山东省主推棉花品种。本文介绍了K836的选育思路、技术路线和育种过程,并对其特征特性和高产简化栽培技术进行了总结。

山东抗虫棉栽培技术体系

总结介绍了近10多年山东棉花研究中心在抗虫棉生育特点和栽培技术研究方面所取得的进展,主要包括常规抗虫棉的特点和栽培技术、杂交抗虫棉的特点和栽培技术、滨海盐碱地抗虫棉栽培技术等。

精量播种减免间定苗对棉花产量和产量构成因素的影响

间苗、定苗是黄河流域棉区十分普及却费工费时的棉田管理措施。通过精量播种减免间苗、定苗环节,将为黄河流域棉区棉花轻简化栽培提供新的技术途径。2011—2013年连续3年在山东省临清市、夏津县、惠民县和东营市4个地点,以常规播种保苗方式为对照,研究了精量播种保苗（播量11.25 kg hm^–2,出苗放苗后不间苗、定苗）方式对棉花收获密度、籽棉产量和产量构成因素的影响。年份、地点和播种保苗方式对棉花收获密度、籽棉产量和铃数皆有显著的互作效应。12个点次（3年4个地点）中有10个点次精量播种保苗方式的收获密度达到4.5-8.5株 m^–2,铃数和籽棉产量与常规播种保苗方式相当；2011年东营点和2012年惠民点精量播种保苗方式的密度分别只有3.53株 m^–2和3.63株 m^–2,铃数比常规播种分别减少13.8%和9.7%,单铃重与各自的对照无显著差异,籽棉产量分别减少14.2%和5.5%。精量播种处理中2个点次减产的主要原因在于收获密度过低,导致铃数降低。通过提高播种质量确保较高的收获密度,精量播种减免间定苗能够实现省工节本不减产,可作为一项重要的简化栽培措施在黄河流域棉区推行。

商品有机肥替代部分化肥对连作棉田土壤养分、棉花生长发育及产量的影响

研究商品有机肥替代部分化肥对连作棉田土壤养分变化、棉花生长发育及产量的影响,探索有机肥替代部分化肥实现化肥减量增效的可行性,为黄河流域棉区棉花科学施肥提供理论依据和技术支撑。2016—2018年在山东省临清市安排3年定位施肥试验,以陆地棉(Gossypium hirsutium L.)品种K836为试验材料,随机区组设计,设置不施肥(NF)、化肥常规用量(NPK)、商品有机肥用量(COF)、化肥常规用量与商品有机肥用量配施(NPK+COF)、化肥常规用量的70%与商品有机肥用量配施(0.70NPK+COF)共5个处理。结果表明,0.70NPK+COF处理较NF显著提高棉田土壤肥力、棉花干物质积累量、SPAD值和叶面积指数,协调改善了棉花产量构成,籽棉产量逐年增加9.63%、26.18%和59.96%。0.70NPK+COF处理较NPK提高棉田土壤有机质含量,而土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量、棉花干物质积累量、SPAD值、叶面积指数、籽棉产量和产量构成因素均无显著差异,3年内0.70NPK+COF与NPK处理的籽棉产量均保持在一个相对稳定的产量水平(3976~4105 kg hm-2)。NPK+COF处理较NPK和0.70NPK+COF均增加土壤养分含量,提高棉花叶绿素SPAD值和净光合速率,但没有显著提高棉花产量。据此,商品有机肥替代部分化肥(0.70NPK+COF)能够培肥连作棉田地力、促进棉花生长发育和持续高产稳产,是一种节肥增效环保的施肥技术模式。

播种期对2个不同类型棉花品种产量和产量构成的影响

适期播种是棉花丰产的重要措施,品种类型常影响播种期。为确定不同类型棉花品种的适宜播期,采用裂区设计,以品种类型(早发型鲁棉研21号和后发型鲁棉研28号)为主区,播种期(4月上旬早播、4月下旬中播和5月上旬晚播)为副区,于2009—2010年在山东临清研究了品种类型和播种期对棉花产量和产量构成的影响。两年的试验结果表明:品种和播期对棉花产量有显著的互作效应,而且主要是由于铃数和衣分的变化所致;早发型品种4月下旬播种产量最高,比4月中旬播种增产6.3%,5月上旬播种与4月中旬播种产量相当;后发型品种4月中旬播种产量最高,比4月下旬和5月上旬播种分别增产4.8%和12%。在鲁西北棉区地膜覆盖栽培条件下,早发型品种以4月下旬播种为宜,可以适当晚播,直到5月上旬;后发型品种应适当早播,以4月中旬为宜,晚播会显著减产。

黄河流域棉区高密度垄作对棉花的增产效应

【目的】垄作栽培与合理密植作为单项技术措施用于棉花生产已有较多研究报道,但两者配合运用的研究较少。本文旨在明确种植方式与密度的互作效应,使合理密植与种植方式有机结合,实现棉花增产增效。【方法】2010—2011年以K638为试验材料,采用裂区设计,在山东临清市研究了种植方式(平作和垄作)和密度(3、6和9株/m2)对棉花干物质积累与分配、叶面积变化动态、蕾铃脱落、产量及产量构成的影响。【结果】种植方式和密度对棉花产量有显著的互作效应,平作情况下以中密度(6株/m2)的产量最高;垄作条件下以高密度(9株/m2)的产量最高,中、低密度(3—6株/m2)的产量较低,高密度垄作较传统的中等密度平作平均增产皮棉13.6%。与平作比较,垄作可增加铃数,提高早熟性,铃重随密度升高有降低趋势;垄作栽培提高了群体干物质积累量、叶面积指数,盛铃期和始絮期高密度垄作较中密度平作的叶面积指数分别高24.2%和22.1%,烂铃率和脱落率显著降低。【结论】种植方式和密度可以单独或协同影响生物产量、经济系数和产量结构,从而影响经济产量。高密度垄作是黄河流域棉区棉花增产的重要栽培模式。

出苗期遇雨对不同播种方式棉花出苗及产量的影响

【目的】黄河流域棉花一般采用播后覆盖地膜、齐苗后人工放苗的传统播种方式,但人工放苗费工费时;膜上播种可以减免放苗环节,在少雨的西北内陆棉区已经广泛应用,但能否应用于黄河流域棉区取决于出苗时遇雨是否会影响棉花出苗。研究明确降雨对不同播种方式棉花出苗及产量的影响,为黄河流域棉区选择简便适用的播种方式,促进棉花轻简化生产提供参考。【方法】2014—2015年以陆地棉(Gossypium hirsutium L.)品种K836为试验材料,采用裂区设计,以人工模拟降雨(0和10 mm)为主区,以露地直播(SWM)、播后覆膜(SBM)、膜上播种(SAM)和双膜覆盖(SDM)4种播种方式为裂区,在山东省临清市研究了降雨和播种方式对棉花出苗率、产量及产量构成的影响。【结果】降雨和播种方式对棉花出苗、群体干物质、叶面积指数、单位面积铃数和产量均有显著的互作效应。未遭雨时,膜上播种和双膜覆盖的出苗率、群体干物质、叶面积指数、单位面积铃数和产量与传统播后覆膜相当,露地直播则分别降低了13.6%、19.0%、13.3%、24.7%和27.7%;遭遇降雨时,膜上播种的出苗率、群体干物质、叶面积指数、单位面积铃数和产量分别降低了32.2%、43.1%、26.3%、25.8%和29.2%,露地直播分别降低了42.8%、55.8%、47.2%、35.0%和40.1%,而双膜覆盖的相关指标与传统播后覆膜相当或略好。【结论】出苗期遭遇降雨显著影响膜上播种棉花的出苗和生长,导致减产;双膜覆盖无论是否遭遇降雨都能达到播后覆膜的效果。根据当地生态条件,特别是播种期降雨概率选择适宜的播种方式是保证一播全苗、夺取高产的重要措施。

盐碱地深播覆膜的生态效应及对棉花成苗和产量的影响

于2008-2009年在山东省东营市滨海盐碱地以露地直播(无地膜覆盖)或传统的浅播覆膜(开浅沟播种后平盖地膜)为对照,研究了深播覆膜(深播浅盖并形成膜下温室)对棉苗的效应。结果表明,与露地直播相比,浅播覆膜和深播覆膜都能显著提高幼苗期的地温,降低表层土壤的含盐量,深播覆膜比浅播覆膜的抑盐效果更好;深播覆膜后膜下温室内的日平均气温比外部气温提高了1.9℃。覆膜显著提高了棉花的成苗率、苗期单株干重和皮棉产量,降低了棉苗叶片Na+含量,并且深播好于浅播。与浅播覆膜相比,2008年深播覆膜的成苗率、播种后31 d的棉苗干重和最终皮棉产量分别提高了26.3%,9.9%和5%,棉苗叶片Na+含量降低了22%;2009年5个试验点的成苗率平均提高了24.9%,皮棉产量平均提高了6%。深播覆膜使棉田生态系统因增加膜下温室而成为4层次结构,改善了棉花成苗和幼苗生长的环境,促进了成苗和增产。

滨海盐碱地棉花熟相调控技术及其机理

熟相是指棉株吐絮成熟期的衰老表现,有正常成熟、早衰和贪青晚熟等熟相之分,实现正常熟相需要协调的库源关系和根冠关系。整枝、嫁接和环割等措施通过改变棉花库源关系和根冠关系,导致细胞分裂素和脱落酸含量发生变化,引起早衰或贪青晚熟等异常熟相。品种自身的遗传背景、栽培措施和外界环境等都可以改变库源关系、根冠关系及相关的植物激素平衡,从而影响棉花熟相。受渗透胁迫、离子毒害和营养障碍等因素的影响,滨海盐碱地棉花容易出现库源关系和根冠关系失调,引起早衰或贪青晚熟等异常熟相,并导致棉花产量和纤维质量下降。本文提出,选用对路品种,不断改良培肥盐碱地减轻盐离子毒害和营养障碍,合理密植、科学整枝和适时适度化控,是滨海盐碱地棉花获得正常熟相、优质高产的有效途径。

不同化学试剂处理对棉花种子萌发和抗盐性的影响

以新棉33B光子为材料,经赤霉素、缩节胺、维生素B6、萘乙酸、水杨酸、高分子吸水树脂、海藻酸钾和清水浸种、晾干处理,在0、0.2%、0.4%、0.6%NaC l胁迫下进行发芽试验,测其发芽势、发芽率。至发芽12 d后,测定棉苗主根长、株高及根、茎和子叶的干重。结果表明:150 mg/L缩节胺、50 mg/L赤霉素、20 mg/L维生素B6和25 mg/L萘乙酸处理对棉花种子发芽和幼苗生长均具有明显的促进作用,其中以25 mg/L萘乙酸处理效果最好。50 mg/L赤霉素处理明显提高了株高,150 mg/L缩节胺和20 mg/L维生素B6处理的棉花种子活力、抗盐性明显提高。

滨海盐碱地棉花施肥的原理与技术

依据对黄河三角洲滨海盐碱地棉花养分吸收需求规律和施肥技术的研究,并结合前人相关研究报道,分析了滨海盐碱地棉田的营养障碍及其控制途径,揭示了盐胁迫下棉花根系和叶面吸收利用养分特性与施肥效应;总结提出了依据土壤盐分含量、地力水平和产量目标分类施肥,速效肥与缓/控释肥相结合、根际肥与叶面肥相结合的滨海盐碱地棉花施肥技术。

喷水杀雄和标记去杂在棉花杂种优势利用中的应用

为寻求简便可靠的棉花去雄新方法，研究了喷水杀雄结合标记去杂用于棉花杂种优势利用的可行性。以转基因抗虫棉或抗草甘膦棉花为父本，与非抗虫棉或非抗草甘膦棉花配置组合，在盆栽和大田条件下对母本棉花喷水杀雄，以人工剥花去雄为对照，分别人工授粉杂交，杂交种子收获后鉴定纯度，并在来年田间种植，苗期通过转基因标记去杂，收获后统计皮棉产量。结果表明，盆栽和大田条件下喷水杀雄的杂种纯度分别为94．8％和92．2％，较人工去雄分别低4．4和6．6个百分点，喷水没有达到完全彻底的杀雄效果，但大田条件下喷水杀雄比人工剥花去雄快了约1倍。人工剥花去雄的最佳时间为开花头天下午，而喷水杀雄以开花当日8～10时的效果最好。喷水杀雄生产的种子种植田间，利用转基因标记于苗期去杂，F1的最终皮棉产量与人工去雄处理的无显著差异。喷水杀雄结合标记去杂可应用于棉花杂种优势的利用。

棉花对初蕾期物理伤害的调节补偿效应

黄河流域棉区棉花在蕾期常遭遇冰雹所致的物理伤害,但棉花具有一定的调节补偿能力。明确棉花对不同程度物理伤害的补偿效应,对灾后棉田管理具有指导意义。以山东主栽棉花品种K836为材料,于2014 2015年棉花现蕾后第5天在山东省临清市设置去顶去叶(RTL)、去顶留1叶(RT+1LM)、去顶留叶(RT+ALM)、留顶去叶(TM+RL)、留顶留1叶(TM+1LM)以及未损伤的正常植株(CK)6个处理,研究不同程度损伤对棉花生长发育、叶面积动态、净光合速率、生物量、棉柴比、产量及产量构成的影响。结果表明,对于棉花单株干物质量,TM+1LM处理在15 DAT和30 DAT(物理伤害后天数)分别比CK降低59.0%和12.1%,但在45 DAT和60 DAT与CK无差异;其余伤害处理在15~60 DAT均不同程度降低。叶面积指数变化动态与干物质积累趋势一致。处理45 DAT内,RTL、RT+1LM、RT+ALM和TM+RL的净光合速率均低于对照,且高峰值出现时间推迟,TM+1LM的净光合速率变化趋势及高峰值出现时间与对照一致。TM+RL生物产量较CK降低18.2%,而RTL、RT+1LM、RT+ALM和TM+1LM的生物产量与CK相当;RTL、RT+1LM、RT+ALM和TM+RL的棉柴比分别比CK降低52.6%、47.3%、36.8%和23.7%,而TM+1LM的棉柴比与CK无明显差异。RTL、RT+1LM、RT+ALM和TM+RL单位面积铃数分别减少19.0%、7.2%、9.9%和15.6%,单铃重分别降低23.2%、8.9%、8.9%和19.6%,籽棉产量分别降低36.3%、17.5%、15.5%和31.9%,而TM+1LM的铃数和单铃重没有显著降低,籽棉产量与CK相当。据此,把蕾期物理损伤分为轻度损伤(TM+1LM)、中度损伤(RT+1LM、RT+ALM)和重度损伤(RTL、TM+RL),其减产幅度分别在5%以内、15%左右和30%以上。对于轻度和中度损伤棉田,宜加强水肥管理促进棉花补偿性生长,减少产量损失;对于重度损伤棉田,可以考虑改种其他短季作物。

杂交棉种植密度与留叶枝对产量及其构成因素的互作效应研究

以杂交棉鲁棉研25号为试验材料,采用裂区设计,于2008年在山东临清、嘉祥和金乡三地大田条件下研究了种植密度与留叶枝对产量及其构成因素等的互作效应。结果表明：密度和整枝对杂交棉产量、产量构成以及熟相有显著的互作效应。去叶枝情况下,低密度（3.00株/m2）和高密度（7.50株/m2）处理的产量低,中高密度（4.50-6.00株/m2）的产量较高;留叶枝条件下,低密度（3.00株/m2）产量最高,中高密度（4.50-6.00株/m2）的产量居中,而高密度（7.50株/m2）处理的产量还是最低;整枝条件下4.50株/m2密度处理的籽棉和皮棉产量比3.00株/m2分别增产4.93%和5.51%,而留叶枝条件下3.00株/m2的籽棉产量比4.50株/m2高4.03%。低密度（3.00株/m2）下留叶枝的铃数多于去叶枝的铃数,但随密度增加（4.50株/m2及以上）,留叶枝的铃数显著少于去叶枝的铃数;留叶枝和增加密度都会降低铃重。密度与整枝对棉柴比没有显著的互作效应,但都可显著影响生物产量。密度与整枝对棉花早熟性也有互作效应,去叶枝的早熟性好于留叶枝的处理,随密度增加,早熟性降低。

抗虫棉不同类型品种苗期耐盐理化特性差异研究

为揭示不同基因型抗虫棉耐盐性差异的生理机制,指导抗虫棉耐盐品种鉴选和盐碱地棉花生产,以耐盐性差异显著的两类转Bt基因抗虫棉品种——耐盐性强的鲁K536、鲁棉研18优选系,耐盐性弱的新棉33B优选系、鲁K1258——为试验材料,利用不同盐分含量砂培与土培试验相结合,比较研究它们苗期的主要理化指标变化。结果表明,在NaCl胁迫下,耐盐性强的品种苗期叶片内的K+含量显著高于耐盐性弱的品种,Na+含量显著低于耐盐性弱的品种,丙二醛含量也显著低于耐盐性弱的品种,而游离脯氨酸、可溶性糖、类胡萝卜素含量均显著高于耐盐性弱的品种。耐盐性强的品种棉苗的过氧化物酶活性、叶绿素a、b和a+b含量以及净光合速率明显高于耐盐性弱的品种。表明棉花的耐盐性强弱因基因型而异,基因型间的耐盐性差异与丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、类胡萝卜素含量和保护酶活性以及盐离子在叶片中累积量的差异有关。

抗虫棉品种K638的特征特性和高产栽培技术

K638（鲁棉研41号）是山东棉花研究中心育成的中早熟常规抗虫棉品种，2010年通过山东省农作物品种审定委员会审定（审定编号：鲁农审2010010号）。该品种的主要特点是后期叶功能好、抗早衰，铃大、吐絮畅、易采摘，已成为近年来山东省棉花良种推广补贴主导品种和山东省主推品种之一。现根据该品种在试验和生产中的表现，对其特征特性和高产栽培技术作一总结介绍。

滨海盐渍土抗虫棉养分吸收和干物质积累特点

以转Bt基因抗虫棉(Gossypium hirsutumL.)中早熟品种鲁棉研18和早熟品种鲁棉研19为材料,对黄河三角洲滨海盐渍土高、中、低产田抗虫棉的主要养分吸收、光合速率和干物质积累特点进行了研究。结果表明,中、低产田抗虫棉的主要养分吸收量显著低于高产田,而养分生理利用效率显著高于高产田。高、中、低产田抗虫棉的氮素生理利用效率分别为4.81、6.33和8.05kg皮棉kg-1N,磷素生理利用效率分别为28.57、40.06和50.48kg皮棉kg-1P,钾素生理利用效率分别为9.16、11.58和12.76kg皮棉kg-1K。养分吸收比例总体上N高于K,更明显高于P。中、低产田抗虫棉的净光合速率和生物产量明显低于高产田,皮棉产量也显著低于高产田,分别低12.44%和36.93%,但棉柴比显著高于高产田。表明滨海盐渍土中、低产田的盐分高而养分有效性和供应能力差,影响抗虫棉的养分吸收和光合作用,进而阻碍棉花生长发育和干物质积累。滨海盐渍土棉田经济施肥的原则是保证中、低产田的肥料供应,高产田重施P、K肥,低产田重施N、P肥。