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《南京农业大学》 2010年
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播期与氮素对棉(Gossypium hirsutum L.)铃生物量、氮积累分配和棉铃品质的影响

赵新华  
【摘要】:棉花是重要的经济作物,皮棉是纺织工业的重要原料。棉铃是构成棉花产量品质的基本单位,棉铃生物量的累积以及在棉铃各部分的分配是棉铃产量与品质形成的基础。氮素营养参与棉铃发育生理代谢的各个环节,氮的累积与分配在很大程度上决定了棉铃各部分的平衡生长发育。因此,研究棉铃(铃壳、棉籽、纤维)生物量和氮的累积分配差异,及其与铃重和纤维、棉籽品质之间的关系,可为棉花优质高产栽培调控提供理论依据。本研究以高品质棉(科棉1号)和常规棉(美棉33B)品种为材料,于2005年在江苏徐州(黄河流域黄淮棉区,117°11′E,34°15′N)和南京(118°50′E,32°02′N,长江流域下游棉区)、2007年在河南安阳(黄河流域黄淮棉区,114°13′E,36°04′N)进行播期[正常播期(4月25日)和晚播(5月25日)]和施氮量(低氮:0 kgN·hm-2,适氮:240 kgN·hm-2,高氮:480 kgN·hm-2)试验。研究播期、施氮量、棉株生理年龄对棉铃生物量和氮累积分配的影响及其与棉铃(纤维、棉籽)品质的关系,并分析不同施氮量条件下棉铃对位叶碳氮变化特征与棉铃生物量的关系及棉株生理年龄与施氮量对棉铃生物量和氮累积分配的协同效应。主要研究结果如下: 1、播期对棉铃生物量和氮累积分配的影响及其与棉铃(纤维、棉籽)品质的关系 通过设置不同播种期试验,研究播期对棉铃生物量和氮累积与分配的影响及其与棉铃品质的关系。结果表明:晚播显著影响棉铃(铃壳、棉籽、纤维)生物量和氮的累积与分配,进而影响铃重、棉纤维和棉籽品质形成。与正常播期比较,晚播条件下:(1)棉株中部果枝棉铃铃期日均温下降,2005、2007年分别由24.8℃降至20.8℃、24.1℃降至19.4℃。(2)铃壳生物量升高、氮累积量下降;棉籽、棉纤维生物量和氮的快速累积起始时间推迟,累积速率峰值降低且出现时间晚,导致棉籽和棉纤维生物量和氮的累积量降低;棉纤维氮累积速率峰值出现时间早于生物量,棉籽则相反。(3)铃壳生物量和氮的累积量所占整个棉铃中的比率上升,棉籽生物量和氮的分配系数降低;棉纤维生物量的分配系数降低,但棉纤维氮的分配系数变化较小。(4)铃重、棉纤维比强度和棉籽蛋白质、油份含量显著降低。综上所述,就棉花中部果枝棉铃而言,晚播条件下,铃期日均温降低导致光合产物和氮素向纤维和棉籽中的分配及铃壳的再转运过程受阻,棉籽和纤维的生物量和氮累积量降低,最终铃重降低、棉纤维和棉籽品质变劣。 2、施氮量对棉铃生物量和氮累积分配的影响及其与棉铃(纤维、棉籽)品质的关系 通过设置施氮量试验,研究施氮量对棉铃生物量、氮累积分配和棉铃(纤维、棉籽)品质的影响。结果表明:施氮量改变棉铃各部分生物量和氮素的累积特征,进而影响棉花铃重和棉铃(纤维、棉籽)品质。在本试验240 kgN·hm-2的施氮水平下,单铃棉籽、纤维的生物量最高,棉铃各部分氮含量适中、氮累积量最高,最终铃重最高,棉纤维、棉籽品质最优;在0 kgN·hm-2的施氮水平下,棉铃生物量、氮累积快速累积期开始较早、累积速率较低,最终生物量、氮累积量均较低,铃重最低,棉纤维、棉籽品质最差。在480 kgN·hm-2的施氮水平下,棉铃各部分的氮含量、累积量提高,且在成熟棉铃中棉纤维生物量的分配系数下降,棉籽中的氮分配系数提高,最终棉籽中蛋白质含量上升,铃重、棉纤维比强度、棉籽油分含量均降低。综上所述,施氮量过低影响棉株光合产物和氮素向棉铃的运转,而施氮量过高则主要影响棉铃生物量和氮素在铃壳、棉籽、纤维间的分配,二者均导致最终铃重降低、棉纤维和棉籽品质变劣。 3、棉铃对位叶碳氮变化特征与棉铃(纤维、棉籽)生物量关系的研究 通过设置施氮量试验,研究不同施氮量水平下棉铃对位叶碳氮变化特征及其与棉铃(棉籽、纤维)生物量累积特征值之间的关系。研究表明:棉铃对位叶全碳、全氮含量变化可用函数Y=at2+bt+c(?)Y(%):全碳(或全氮)含量,t(d):铃龄(0-50 DPA),a、b、c:参数]拟合,C/N动态变化与棉铃(纤维、棉籽)生物量动态变化趋势一致,符合Logistic生长曲线。分析其特征值发现:棉铃对位叶碳氮变化特征与棉铃生物量的关系密切,全碳含量变化特征的改变影响棉铃、棉籽和纤维生物量快速累积持续时间和快速增长期平均增长速率,全氮含量变化特征和C/N变化特征的改变影响棉铃、棉籽和纤维生物量快速累积持续时间,从而影响其最终生物量累积量。氮素通过改变棉铃对位叶碳氮变化特征来影响棉铃、棉籽和纤维生物量累积,适宜的施氮量(240kgN·hm-2)可协调棉铃对位叶碳氮变化特征,增加棉铃、棉籽、纤维生物量累积量,从而实现棉花高产优质。 4、棉株生理年龄对棉铃生物量和氮累积分配的影响及其与棉铃(纤维、棉籽)品质的关系 为探明棉株生理年龄对棉铃生物量和氮累积的影响及其与棉铃品质的关系,以不同播期同一天所开白花为研究对象,使棉株不同果枝部位棉铃发育处于相同的温度和不同的棉株生理年龄条件下,研究其生物量和氮累积的特征及其与棉籽、棉纤维品质的关系。结果表明,不同棉株生理年龄条件下,铃壳、棉籽、纤维及单铃最终总生物量和氮累积量差异较小,但棉铃各部分生物量和氮累积动态存在显著差异。棉株生理年龄较小时(下部果枝棉铃),棉铃发育前期生物量和氮快速累积起始时间较早、速率较高、持续时间较短,而在棉株生理年龄较大时(中部果枝棉铃)棉铃生物量和氮快速累积起始时间较晚、持续时间较长,整个累积过程较为平缓;棉株中部果枝铃纤维比强度显著高于下部果枝铃,而其他主要棉纤维及棉籽品质(蛋白质、油分)指标均差异不显著。可见,棉株生理年龄的变化不改变棉铃最终生物量和氮累积量,但显著改变棉铃各部分生物量和氮累积特征。纤维比强度是对棉株生理年龄或棉铃生物量累积特征最为敏感的指标,棉株中部果枝铃纤维生物量和氮的平缓累积可能是其纤维比强度较下部果枝铃高的主要原因。 5、棉株生理年龄与施氮量的协同效应对棉铃生物量和氮累积分配的影响及其与棉铃(纤维、棉籽)品质的关系 将播期和施氮量试验结合,使不同果枝部位棉铃发育处于相同的温度和不同的施氮水平下,研究生理年龄与施氮水平对棉铃生物量累积分配、氮累积分配的影响及其与棉铃(纤维、棉籽)品质的关系。结果表明:棉籽、纤维和单铃的生物量及其氮含量、铃壳氮总累积量、纤维比强度及棉籽品质(蛋白质、油分)的形成过程,均显著受棉株生理年龄与施氮量的互作影响。在棉株生理年龄较小时(下部果枝棉铃),低氮(0 kgN·hm-2)对棉铃品质的影响较小,高氮(480 kgN·hm-2)导致棉铃品质下降;在棉株生理年龄较高时(中部果枝棉铃)则相反;棉株生理年龄与氮素协同作用下最大快速累积速率越高,纤维比强度越大。综上所述,棉株生理年龄与施氮量两因素是通过协同作用影响棉铃各部分生物量及氮素的累积过程进而影响其最终累积量与分配系数并最终决定了纤维与棉籽的品质。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S562

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