新疆超高产棉花冠层结构形成机制及调控研究

新疆具有发展棉花的光热资源优势，棉花生产在中国棉业发展中具有举足轻重的地位。结合新疆膜下滴灌高密度棉花栽培技术，如何充分挖掘光温自然潜力，实现新疆棉花单产水平的再突破，成为棉花栽培和育种工作者迫切需要研究的课题。本项目从新疆超高产田冠层结构特征入手，在定向培育超高产棉田（皮棉4000 kg hm-2）的基础上，研究超高产棉花冠层结构的动态变化及形成机制，分析产量提高过程中冠层结构指标的变化规律，阐明超高产条件下棉花冠层结构形成及与群体光合生产能力的关系，提出棉花超高产的"目标冠层"结构特征及不同生育时期的量化指标，为进一步利用新疆丰富的光热自然潜力增加产量奠定理论基础，同时为探寻实现棉花超高产的技术途径提供重要参考依据。

本项目针对我国棉花“高产、优质、高效、生态、安全”的发展需求，紧密结合新疆膜下滴灌棉花高密度栽培技术，重点从4个方面开展了超高产棉花冠层结构形成机制及调控研究。. （1）在棉花高产区，采用定向培育棉花超高产田（皮棉产量4000kg/hm2以上），以一般高产棉田为对照，分析了棉花超高产形成过程中群体冠层结构的变化及冠层不同层次叶片、棉铃的分布特征，提出了超高产棉花高光效群体结构呈“分布均匀，结构契合”的特征，即棉花冠层内部棉铃的空间分布与叶分布、光分布和冠层光合分布的比例越相近，契合程度越高，棉花群体光能利用率越高，光合产物向棉铃的转运比例越高。. （2）棉花品种类型与冠层结构的形成密切相关。本项目结合新疆棉花生产中品种演替、不同杂交棉及其亲本等材料，分析了棉花冠层结构各指标变化与品种株型、叶型的关系及与产量的关系；棉花品种演替产量提高过程中，植株叶倾角不断增大、叶面积指数增加，冠层光分布趋于均匀，群体光合速率明显提高，冠层优化指数增大。杂交棉F1冠层优化和光合物质生产力的提高是以亲本为基础，F2代冠层特性主要受杂交棉F1代相关指标和衰退率的影响；选择组配具有较大叶倾角的父本、较大叶面积指数的母本，有利于杂交棉F1代提高光能利用率。. （3）重视棉花非叶绿色器官光合功能的挖掘，对提高冠层整体光能利用效率，增加产量具有重要意义。在棉花生育后期，叶片衰老，非叶绿色器官的光合面积增加至整体植株的38.2%，茎杆和果实（铃壳和苞叶）对植株整体的相对贡献率分别达12.7%和23.7%；棉铃和茎杆对铃重的相对贡献率分别为24.1%和9%。水分亏缺降低了棉花各绿色器官的光合面积，但非叶绿色器官的下降幅度相对较小；随棉铃的发育，水分亏缺下棉花非叶绿色器官（苞叶和铃壳）的光合放氧速率、RuBPC和抗氧化酶活性的下降幅度均较叶片小，棉花非叶绿色器官的光合作用对产量的相对贡献率增加。. （4）针对新疆棉花生产主要栽培技术措施，研究了棉花种植密度、化学调控、水肥投入等主要措施对棉花冠层结构形成的调节效应；在系统研究的基础上，建立了以调控棉花高光效冠层形成为目标，通过综合集成棉花新品种及其配套栽培技术措施，建成了棉花超高产冠层调控技术，以充分利用新疆绿洲农田丰富的光热资源潜力，提高棉花群体光合物质生产，实现高产高效。