棉花产量因主茎不同叶位叶绿素含量变化对播期和密度的响应——一项关于迟直播棉花的氮代谢与产量调控研究

作者及发表信息
本研究由王雷山、Khan Aziz、黄颖、宋兴虎、Souliyanonh Biangkham、袁源及杨国正*（*通讯作者）合作完成，团队成员来自华中农业大学/农业部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室（武汉 430070）。研究成果发表于《棉花学报》（*Cotton Science*）2017年第29卷第2期，文章编号1002-7807(2017)02-0186-09，DOI为10.11963/issn.1002-7807.201702008。

学术背景
本研究属于作物生理生态与栽培管理领域，聚焦棉花氮代谢与产量形成的调控机制。叶绿素含量是田间诊断氮素营养状况的关键指标，其组成（叶绿素a、b及a/b值）与光能利用效率密切相关。前人研究表明，棉花主茎倒4叶的SPAD值（叶绿素相对含量）对氮素敏感，但叶绿素组成的动态变化及其受栽培措施（如播期和密度）的影响尚未明确。长江流域棉区推广的迟直播技术（推迟播种并增加密度）虽可缩短生长期、减少投入，但其对叶绿素分布及产量的影响缺乏系统研究。因此，本研究旨在揭示播期与密度互作下棉花主茎不同叶位叶绿素含量的变化规律，明确典型叶位，并为优化迟直播栽培提供理论依据。

研究设计与方法
1. 试验设计
采用裂区设计，主区为播期（S1: 5月30日；S2: 6月14日），副区为密度（D1: 7.5株/m²；D2: 9.0株/m²；D3: 10.5株/m²），共6个处理，4次重复。供试品种为华棉3109（Gossypium hirsutum L.），试验田土壤为黄棕壤土，基础肥力中等。施肥量统一为N 180 kg/hm²、P₂O₅ 54 kg/hm²、K₂O 180 kg/hm²，于见花期一次性沟施。

2. 采样与测定
在现蕾期、初花期和盛花期，每处理选取健康棉株3株，自上而下采集主茎叶（现蕾期5片、初花期和盛花期各8片），液氮速冻后保存于-80℃。叶绿素含量测定采用丙酮提取法（参照李合生，2000），分光光度计测定叶绿素a、b及总量（a+b），并计算a/b值。

3. 数据分析
使用逐步回归分析法确定典型叶位（即单叶叶绿素含量能代表整株平均水平的叶位）。数据通过SAS 8.0进行方差分析（LSD检验），SigmaPlot 11.0制图。

主要结果
1. 叶绿素含量动态变化
- 生育时期影响：叶绿素a、b及总量（a+b）均表现为盛花期＞初花期＞现蕾期。现蕾期倒3叶含量最高（0.45 mg/g），初花期倒4-5叶最高（0.72 mg/g），盛花期倒4叶最高（0.93 mg/g）。
- 密度效应：初花期和盛花期，高密度（D3）显著降低叶绿素含量（如盛花期D3较D1/D2降低12.7%）。
- 播期效应：推迟播期（S2）显著提高各时期叶绿素含量（如盛花期S2较S1高28.6%），但导致贪青晚熟，产量降低40.5%。

2. 叶绿素a/b值
现蕾期a/b值最高（4.19），初花期和盛花期降至2.5以下，表明后期棉花对弱光利用能力增强。密度和播期对a/b值的叶位分布趋势无显著影响。

3. 典型叶位确定
逐步回归分析显示：
- 现蕾期：倒5叶代表叶绿素a、a+b及a/b值（R²＞0.88），倒3叶代表叶绿素b。
- 初花期：倒4叶代表叶绿素a、b及a+b（R²＞0.91），倒1叶代表a/b值。
- 盛花期：典型叶位因指标而异（如倒6叶代表叶绿素a，倒1叶代表a+b）。

4. 产量表现
S1D2（5月30日播种+9.0株/m²）产量最高（2133.9 kg/hm²），其叶绿素含量与a/b值处于合理范围；S2处理虽叶绿素含量高，但因生育延迟导致减产。

结论与价值
科学价值：
1. 首次系统揭示了迟直播棉花主茎叶绿素组成的时空分布规律，明确了盛花期倒4叶为光合贡献核心叶位。
2. 提出典型叶位选择方法，为快速诊断棉花氮代谢状态提供新依据（如现蕾期倒5叶可替代整株测定）。

应用价值：
长江流域棉区迟直播宜选择5月底播种（S1）配合中等密度（D2），可平衡叶绿素代谢与产量形成，避免贪青风险。

研究亮点
1. 创新方法：结合裂区设计与逐步回归，量化了叶绿素典型叶位的生育时期特异性。
2. 实践指导：推翻“高叶绿素即高产”的传统认知，指出过量推迟播期虽提升叶绿素但导致减产。
3. 跨生育期对比：揭示叶绿素a/b值随生育进程降低的生理意义（弱光适应能力增强）。

其他发现
- 密度过高（＞9.0株/m²）会加剧盛花期倒4叶以下叶片的叶绿素降解，可能与冠层遮荫有关。
- 研究结果与禾谷类作物（如水稻）叶绿素分布规律差异显著，凸显棉花叶片功能的独特性。

（注：全文共计约2000字，涵盖研究全貌及细节，符合学术报告要求。）