物联网与作物模型在智慧棉花系统中的应用与展望

在已有科技与研究成果基础上，结合数据库技术，构建基于物联网与棉花功能结构模型Cotton XL的智慧棉花生产数字化系统平台。系统利用智能传感器等物联网设备实时采集田间气象、土壤和作物长势等数据以及现场视频图像信息，通过网络传输监测范围内棉株的信息至数据库，结合模型模拟分析，实现远程操控辅助管理、预测判别、智能处理和可视化模拟等功能，从而优化作物栽培管理措施，提升资源配置效率，提高棉花产量与品质，为棉农适应现代农业信息化、智能化、高效化提供有效途径。     

黄河流域棉区北部机采棉田恶性杂草的化学防除研究

影响黄河流域棉区北部棉花机械采收的恶性杂草主要有藜、反枝苋、铁苋菜、龙葵、苘麻、田旋花、打碗花和裂叶牵牛等。于2013、2014、2016年研究了这些杂草的化学防除方法。苗蕾期用嘧硫草醚和三氟啶磺隆对藜、反枝苋、龙葵、苘麻、田旋花、打碗花的防效较好，药后30～40 d的株防效超过95%；对铁苋菜和鹅绒藤的防效较差，同期株防效不足85%；对裂叶牵牛的防效居中，同期株防效为84%～94%。花铃期用嘧硫草醚和三氟啶磺隆对上述恶性杂草的防效下降；而乙氧氟草醚的杀草活性较强，药后25～40 d株防效可达100%（裂叶牵牛除外）。草甘膦在苗蕾期、花铃期和吐絮期对各种恶性杂草的株防效均在95%～100%（花铃期的裂叶牵牛除外）。上述处理对棉花均未产生明显药害，对产量也无显著影响。针对黄河流域棉区机采棉田，苗蕾期应用嘧硫草醚或/和三氟啶磺隆，花铃期应用乙氧氟草醚或草甘膦，吐絮期应用草甘膦，可较好地防除恶性杂草。     

种植密度和化控对小麦后直播棉纤维品质的影响

为明确种植密度和化控对小麦后直播棉纤维品质的调控效应,以特早熟品种‘国欣早11-1’为研究材料,研究种植密度配合棉太金化控对小麦后直播种植方式下棉纤维品质的影响。结果表明:随着种植密度的增加棉纤维长度、比强度逐渐降低,马克隆值、纤维长度和比强度受棉太金调控效应较为明显。低种植密度下上部棉纤维比强度高,棉太金施用量为1 170 m L/hm~2有利于中下部棉纤维比强度的提高。中高种植密度下棉太金施用量为1 170 m L/hm~2时,有利于棉株各部位纤维马克隆值保持在适宜范围内。综上,在密度为90 000株/hm~2、棉太金化控用量1 170 m L/hm~2时有利增强棉花整株的纤维品质,且有利于棉株上部和下部纤维马克隆值的优化,及纤维长度、纤维比强度和成熟度的提高。     

应用缩节安(DPC)调控棉花株型的定位定量效应研究

缩节安(1,1-dimethyl piperidinium chloride, DPC)是棉花生产中广泛应用的植物生长延缓剂,其调控棉花茎枝生长的定位定量效应尚缺乏系统的量化研究。本研究2013—2014年在田间条件下分别于棉花现蕾期、盛蕾期后、盛花期前、盛花期后和打顶后单次应用不同剂量的DPC,测量了DPC作用有效期内的棉花株高和主茎生长速率,探究了所有主茎节间及所有果节对DPC的响应。结果表明, DPC处理对棉花主茎节间的影响范围为N节(应用DPC时的主茎节)以下1～4个和N节以上0～6个(打顶条件下),对果枝的影响范围为N节以下1～11个和N节以上0～5个,其中N节以下果枝受影响的果节多于N节以上果枝。将盛蕾期后和盛花期前2次应用DPC的效应叠加,其影响范围几乎可以覆盖全部主茎节间(果枝始节以上)和全部果节。DPC应用剂量与其作用强度并不总存在较好的线性关系。DPC的定位定量效应除了与应用时间和剂量有关,还受到温度、降水等环境条件和棉株生物量、源库关系的影响。     

杂交棉标杂A1和石杂2号超高产冠层特性及其与群体光合生产的关系

在田间自然条件下, 以标杂A₁、石杂2号为材料, 研究了超高产(3 500 kg hm^-2以上)杂交棉冠层的叶面积配置、叶倾角和光分布等冠层特性的变化及与群体光合生产的关系。结果表明, 超高产条件下杂交棉叶面积指数高且持续期长, 群体叶面积配置与光分布较均匀, 花铃期冠层中部有较好的透光性, 吐絮期底部漏光损失较小, 整个冠层仍保持较高的光吸收率。超高产杂交棉不仅群体光合速率峰值高, 而且高值持续时间长, 生育后期非叶器官仍维持较高的光合能力, 特别是茎的光合贡献率为常规高产棉花的1.6~4.9倍, 这是杂交棉在生育后期能保证群体光合优势的一个重要原因。超高产杂交棉的棉铃干物质空间分布与叶分布、光分布和冠层光合分布的比例吻合程度较高, 保证了光能的有效利用, 促进同化物及时向棉铃转运, 有利于挖掘杂交棉品种的增产潜力。     

北疆棉区增效缩节胺应用剂量对棉花农艺和经济性状的影响

【目的】研究增效缩节胺(DPC~+)应用剂量对北疆早熟棉花农艺及经济性状的影响,为大田应用DPC~+进行化学封顶提供依据。【方法】以"新陆早53号"为材料,设置450、750、1050 mL/hm~(2 ) 3个处理,研究了不同剂量DPC~+对棉花株高、果枝台数、产量性状和纤维品质的影响。【结果】与对照相比,随DPC~+剂量增加,株高和果枝台数均呈现降低趋势,但单株结铃有增加趋势,单铃重有降低趋势,各处理间纤维品质的差异不大。综合来看,中剂量750 mL/hm~(2 )处理籽棉产量和皮棉产量最高。【结论】生产中可根据棉花长势,在中剂量的基础上,适当调整DPC~+用量,保证效益收益,持续提升棉花简化栽培的潜力。     

新疆超高产棉花叶、铃空间分布及与群体光合生产的关系

【目的】研究超高产棉花冠层叶面积分布、叶倾角、主茎节间长度等指标的变化,探讨叶片空间配置对冠层结构的影响及与群体光合生产的关系,揭示超高产形成的机理。【方法】定向培育棉花超高产田,系统测定高产棉花不同生育时期叶面积指数、叶倾角、主茎节间长度等指标的空间分布,分析冠层结构变化对群体光合速率的影响及与棉铃空间分布的关系。【结果】单产皮棉4 000 kg•hm-2超高产棉花吐絮前株高72.3-87.7 cm,主茎平均节间长度为7.15-7.20 cm,中上部节间较长;盛花期至盛铃后期叶面积指数在冠层上、中、下3层的分布比例为1﹕1﹕1,上部叶片的叶倾角为48.8-53.8、中部41.0-49.3、下部30.1-40.1,叶片群体光合速率上、中、下层的分布比例为1.5﹕1.5﹕1;至吐絮期,冠层上部的叶面积指数维持在0.95-1.76,叶片群体光合速率为8.1-13.2 μmol•m-2•s-1,占叶片总群体光合速率的45.9%-59.8%;植株上、中、下部结铃数的比例为1.8﹕1.2﹕1,冠层上层铃数较多,铃库所占比例大。【结论】超高产棉花形成的生理基础在于,盛花期至盛铃后期主茎中上部节间长,叶层间隙及叶倾角大,中下部叶面积指数分布比例高,叶片群体光合速率高且在冠层垂直方向呈均匀分布;吐絮期上层叶面积指数和叶片群体光合速率下降缓慢,棉铃空间分布与叶片群体光合速率的空间分布相吻合,叶铃关系协调。     

黄河流域北部棉区棉花缩节胺化学封顶技术

【目的】探讨黄河流域北部棉区应用缩节胺(1,1-dimethyl-piperidinium chloride, DPC)对棉花进行化学封顶的可行性。【方法】于2012-2014年在河北省河间市瀛州镇国欣科技园和北京市中国农业大学上庄实验站进行,共包括6个独立试验。供试棉花品种为国欣棉3号(GX3)、欣抗4号(XK4)、石抗126(S126)和欣试17(XS17)。DPC化学封顶技术分为单独应用常规DPC化控技术(简称DPC)、将常规DPC化控技术与增效型DPC(简称DPC⁺)相结合(简称DPC+DPC⁺)两种方式,以在常规DPC化控基础上进行人工打顶(简称DPC+MT)为对照。【结果】2012和2013年花铃期(7-8月份)多雨,应用DPC化学封顶技术的棉株较高、新生果枝数较多,其中株高较DPC+MT增加10.6-12.3 cm,果枝数增加5.8-7.9台。2014年花铃期干旱少雨,DPC化学封顶的株高与DPC+MT相比无显著差异,新生果枝数不超过3台。DPC化学封顶对棉花产量的影响不显著,但可发现2012年DPC+DPC⁺的产量表现出降低趋势,且上部果枝成铃少、新生果枝成铃多,群体熟期有推迟现象。2013和2014年DPC+DPC⁺的产量和熟期则与对照相当或略有增减。DPC⁺的应用时间(7月中旬至7月底)和剂量(750-1 500 mL·hm^-2)对棉花株型及产量的影响无显著差异,但应避免在结铃盛期(7月底)应用大剂量DPC⁺(1 500 mL·hm^-2),以防延长后期棉铃的成熟。与DPC+DPC⁺相比,单独应用常规DPC化控技术进行化学封顶在多雨年份或高密度下对棉株的控长强度较弱,而且存在减产风险。【结论】应用DPC进行化学封顶在黄河流域北部棉区基本可行,实际应用时需要根据气象因子和种植密度决定单独应用常规DPC化控技术还是将常规DPC化控技术与增效型DPC的应用相结合。     

高产杂交棉标杂A1根系生长及空间分布特性

在田间自然条件下采用根钻取样,结合根系图像扫描分析方法,研究高产条件下杂交棉标杂A1和常规品种新陆早13号根系生长和空间分布特征.结果表明:在盛花期标杂A1根系较强大,85;的根系分布在0～40 cm土层;根系生物量、根系直径、根长密度、根表面积等指标均显著高于新陆早13号.吐絮期,常规品种新陆早13号根系生物量、根长密度和根表面积显著增加,尤以30～70 cm土层内增加明显;而标杂A1后期根系生长量明显减少,表征根系性状的各指标均较新陆早13号显著降低.新疆棉区种植标杂A1,在栽培管理中,生育前期要促进壮苗稳长,生育后期要通过加强水肥管理防止根系早衰是实现高产超高产的关键所在.     

新疆滴灌棉花花铃期干旱复水对叶片光合特性及产量的影响

在新疆气候生态条件下, 采用膜下滴灌植棉技术, 控制花铃期0~60 cm土壤滴水下限分别为田间持水量的45%(中度干旱)、60%(轻度干旱)和75%(正常供水, 对照), 滴水上限均为田间持水量, 研究不同程度干旱复水对棉花叶片光合特性及产量形成的影响。结果表明, 干旱降低了叶片净光合速率(P_n)和气孔导度(G_s), 中度干旱下叶片光化学猝灭系数(qP)、PSⅡ电子传递量子产量(Ф_PSⅡ)降低, 非光化学猝灭系数(NPQ)升高。复水后3 d内P_n和G_s恢复, 以轻度干旱恢复最快; Ф_PSⅡ和qP与Pn的变化相似; NPQ复水后1~2 d显著降低。从初花期至盛铃前期, 轻度干旱复水后光合物质累积量与对照无明显差异, 盛铃后期至吐絮期低于对照, 籽棉产量较低; 中度干旱复水后光合物质累积量及籽棉产量均最低。