旱区棉花集群栽培高产机制及种内关系研究

In the desert oasis region of China, the traditional planting of cotton is uniform distribution of one plant in a hole, the improved planting of two plants in a hole has some application in recent years, but these planting patterns are far from the aim of higher light use and water use.the cluster planting of cotton in arid region make yield and water use efficiency improve significantly which is based on aggregated distribution characteristics of desert plants which adapt to the severe condition and positive correlation among plants. this research combines plot experiment with field experiment, the relationship between canopy structure and photosynthetic characteristics are analyzed by measuring canopy structure, leaf and canopy photosynthesis of cotton under cluster planting and comparing with traditional planting, study of canopy structure and photosynthetic characteristics of cotton under cluster planting; root distribution is investigated and hydraulic conductiity and root activity is measured, research on root distribution and water physiological characteristics of cotton under cluster planting; the relationship between aboveground biomass, underground biomass and economical yield are analyzed, study of yield components and intraspecific interactions of cotton under cluster planting. The aim is to indicate difference of eco-physiological characteristics between cluster planting and traditional planting, to discuss relationship between canopy structure, root distribution and yield, to suggest the influence factors of intraspecific positive interactions and its weight value. The results will provide method guidance and theorectical base for increases yield, increases efficiency of cotton and sustainable production.

在我国荒漠绿洲区，棉花传统种植为1穴1株的均匀分布，近年来，1穴2株的改进种植也有所应用，但这些栽培方式远未达到高光效高水效的栽培目的。旱区棉花集群栽培方法是根据荒漠植物适应干旱严酷环境的集群分布特点和植物个体间的正相互作用关系，使产量和水分利用效率显著提高。本研究将小区和大田试验相结合，通过棉花集群栽培的冠层结构、叶片和群体光合作用的测量，并与传统种植比较，分析冠层结构与光合生理特性的关系，研究棉花集群栽培的冠层结构与光合生理特征；进行根系分布的调查和水力导度与根系活性的测定，研究棉花集群栽培的根系分布与水分生理特征；分析棉花地上、地下生物量与经济产量的关系，研究棉花集群栽培的产量构成及种内相互作用关系。揭示棉花集群栽培与传统栽培的生理生态差异，探讨棉花集群栽培冠层结构和根系分布与产量的关系，提出种内正相互作用的影响因素及其权重。为我国旱区棉花增产增效和可持续生产提供方法指导和理论依据。

在我国荒漠绿洲区，棉花传统种植为1穴1株的均匀分布，近年来，1穴2株的改进种植也有所应用，但这些栽培方式远未达到高光效高水效的栽培目的。旱区棉花集群栽培可以使产量和水分利用效率显著提高，但关于其增产机制还不是很清楚。本研究通过棉花集群栽培的冠层结构、叶片和群体光合作用的测量，并与传统种植比较，研究棉花集群栽培的冠层结构与光合生理特征；进行根系分布的调查和水力导度与根系活性的测定，研究棉花集群栽培的根系分布与水分生理特征；分析棉花地上、地下生物量与经济产量的关系，研究棉花集群栽培的产量构成及种内相互作用关系。研究发现，与传统种植相比，集群栽培可有效地提高棉花的叶面积指数、中后期的光截获率和冠层湿度，降低棉花冠层的温度；同时集群栽培显著提高了棉花生育后期的叶片和群体光合速率，且与光合速率相关的叶绿素含量和光合关键酶1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)含量也较高。集群栽培下，不同土层棉花的根长密度和根干物质质量密度均高于传统种植，同时集群栽培使得棉花的根系活力和水力导度也高于传统种植。集群栽培下整个生育时期棉花的干物质积累量显著高于传统种植下的干物质积累量，且果实干物质的分配比率显著提高。这说明集群栽培方式下棉花种内的相互作用促使更多的光合物质转移到生殖器官中去，从而使得果实干物质显著提高。同时发现，与传统种植相比，集群栽培改变了棉花的种内关系，且在穴距为28 cm时，对棉花籽棉产量的助长作用最大。在F1和F2施肥条件下，随着水分的减少，棉花种内的关系由助长作用转变为竞争作用，在W2F1条件下助长作用最大；而在F3施肥处理下棉花种内关系竞争作用逐渐增强。这些研究结果可以为旱区棉花增产增效和可持续生产提供理论依据，为集群栽培方式的大面积推广提供方法指导；同时，为干旱、半干旱地区水土资源的高效利用提供借鉴。