棉花“省工、减肥”高效生产的群体建成及生理机制研究

Cotton is the most important fiber crop in China or even in the world. Cotton production has attributed greatly to the national economy development. However, its sustainable production is facing real challenges such as cost enhancement and profit decreasing. We conclude that cotton production with reduction in labor and fertilizer by shortening the production period and ensuring the equal yield will be an important way to meet the challenge and realize cotton sustainable development. Nevertheless, what are the features in population formation and in canopy structure for cotton plants fast accumulation in biomass and efficient distribution to reproductive organs? What are the characteristics in physiological process in nutrients utilization, photosynthesis, and carbon/nitrogen metabolism? The project will, by adopting commercial cotton variety, field and pottery trial, isotope tracing, and chromatography – mass spectrometry, deal with the relationships between the canopy formation for cotton efficient production population and 1.dynamic sowing dates and its physiological process, 2.fertilizer rates and its physiological process, 3.coordinating utilization of 3 major nutrients and its physiological process. The project will elucidate the theory for cotton efficient production in canopy formation and in metabolism physiology. Therefore, this project will not only help us to understand the mechanism of cotton plant for efficient resource (matter and energy) utilization, but also lay a solid foundation for cotton sustainable and efficient production.

棉花是我国乃至世界最重要的纤维作物。棉花生产为我国国民经济发展作出了重要贡献，但因生产成本上升、种植效益下降，其持续生产面临现实挑战。我们认为，以缩短棉花生产周期、保证棉花产出水平不变为前提的棉花“省工、减肥”高效生产，是解决上述问题、确保棉花生产持续发展的重要途径。但是，棉花高强度物质积累、产量形成的群体建成、冠层结构有何特点？其养分利用、光合作用、及碳氮代谢等生理过程有何特点？本项目拟选用大田推广品种，采用大田和盆栽试验、同位素示踪、色谱-质谱联用等技术，研究棉花高效生产群体建成，1.与播种时间的动态关系及其生理过程，2.与肥料用量的关系及其生理过程，3.与养分三要素协同利用的关系及其生理过程，从而从群体建成和代谢生理的角度明确棉花“省工、减肥”的高效生产机理。本项目的实施，不仅可从理论上阐明棉花高强度资源（物质、能量）利用的机理，而且可为棉花高效持续生产提供理论依据。

在上一个基金结果（迟播、增密、减肥可以获得相当产量）的基础上，本项目旨在探讨，缩短生产周期后，棉花高效生产群体建成与播种时间、种植密度、肥料用量和比例、及其相互之间的动态关系。结果表明，棉花短季高产可以通过播种时间、种植密度、氮肥用量、以及肥料搭配比例之间的合理配合与调整来实现，并明确了其农学、生理学、冠层微环境机制。该结果为棉花高效栽培奠定了理论基础。.1.与播种时间的动态关系.1.1棉花产量。播期、密度及其互作都影响了棉花产量及其构成因素。晚播高密与早播低密无差异，但早播高密和晚播低密棉花产量下降。.1.2棉花生物质。快速累积期持续时间早播随密度增大而减小，而晚播随密度增大而增大。累积速度早播随密度增大而增大，晚播随密度增大而减小。.1.3冠层光截获。播期与密度均影响冠层光拦截。.2.与肥料用量的关系.2.1棉花产量。增密提高了棉花产量，中氮和高氮之间没有差异，但高于低氮。.2.2棉花生物质。生物质累积速度随棉花生育进程，无论是整株还是不同类型的器官（源、库、流）都呈单峰曲线，但不同类型器官峰值时间不同。.2.3冠层光截获。高密中氮群体光拦截较合理，其较低密高氮和高密高氮仅降低2.6%和1.2%。.2.4光合速率。相对于低氮，无论低密还是高密，中氮和高氮分别提高了光合速率初花期9-16%和10-14%，盛花期8-16%和7-9%，结铃期12-15%和7-8%。.2.5光合产物输出。中氮和高氮较低氮增加蔗糖输出，在初花、盛花、结铃期低密时分别为30-63%、22-58%和21-57%，高密时为62-65%、41-48%和22-26%。.3.与KN养分的协同关系.3.1棉花产量。棉花产量随KN比升高而增加，但KN比0.9和KN比1.3相当。.3.2棉花生物质。棉花生物质量随KN比增加而增加。KN比1.3棉株生物质比KN比0.5，在低氮和高氮时分别增加6-9%和16-27%。.3.3冠层光照分布。冠层光截获率，随棉花生育时期、冠层不同位置、氮肥用量、以及KN比不同而异。.3.4棉花叶铃生长特性。施氮量、KN比及两者的交互作用影响LAI、SLW和载铃量。