不同熟性棉花品种纤维品质特征分析与评价

采用灰色多维综合评估方法,对2005—2014年长江流域棉区、黄河流域棉区和西北内陆棉区国家级棉花品种区域试验早熟、中熟和早中熟类型棉花品种纤维品质性状进行分析,为建立棉花优势生产区,实现棉花品种布局、生态育种和品质改良提供指导。本研究结果表明:1)达到国家审定标准高产优质(Ⅰ型)、普通优质(Ⅱ型)品种数量,中熟品种分别占其参试品种总数的0.54%和12.63%,早中熟品种为0.57%和17.14%,早熟品种为7.09%和18.44%。2)棉花品种纤维长度和比强度与理想品种性状灰色关联系数较高,其次是纺纱均匀性指数,再次为马克隆值。3)灰色关联度分析表明,黄河流域棉区中熟棉纤维品质优于长江流域棉区;西北内陆棉区早熟棉品质综合性状表现最佳,其次是黄河流域和长江流域棉区中熟棉。4)我国棉花品种中熟类型主要分布在长江流域和黄河流域,近5年西北内陆棉区中熟品种有所增加。中熟品种纤维长度分布在28.7～30.3 mm,可适纺中高档纱。黄河流域棉区中熟品种长度和比强度有所下降,比强度为29.6～31.0cN·tex?1,属中等偏上水平。三大棉区马克隆值差异明显,长江流域棉区高于黄河流域棉区,而黄河流域棉区中熟品种又高于西北内陆棉区早中熟品种;黄河流域棉区马克隆值在2010—2014年提高幅度较大,出现马克隆值6.0现象。5)研究表明≥10℃有效积温是影响棉花中熟品种纤维品质最主要因素,气象因子影响纤维长度和马克隆值顺序为≥10℃有效积温、降雨量和日照时数;影响比强度和纺纱均匀性指数的顺序为≥10℃有效积温、日照时数和降雨量。棉花纤维品质的优劣与纺织品质量及植棉业的发展密切相关,精确分析我国棉花纤维品质的区域特征分布规律和开展纤维品质综合性评价,对我国棉花育种方向和产业发展具有重要意义。     

气候变暖背景下中国三大棉区水热时空变化

气候变化背景下,我国棉区气候资源也发生了相应的变化。研究棉花各生育期的水热时空变化特征,并提出相应技术与策略,对气候变化背景下稳定我国棉花生产具有重要意义。本文基于我国三大棉区——西北内陆(总产占全国80%以上,包括北疆亚区、南疆亚区、东疆亚区及河西走廊亚区)、黄河流域及长江流域棉区377个气象站点的逐日气象数据和50个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2017年棉花各生育阶段及全生育期的生长度日(GDD)、高温度日(HDD)、降水量及其气候倾向率的时空分布,并提出应对策略。结果显示,1)1961—2017年,三大棉区GDD总体呈增加趋势,全生育期有94.16%的站点棉花GDD呈增加的趋势,各生育阶段GDD倾向率高值(除播种—出苗、吐絮—收获期)主要分布在东疆亚区的淖毛湖、哈密、伊吾及红柳河一带,河西走廊亚区的酒泉、高台及张掖一带,其次是北疆亚区。2)各生育时期HDD空间分布差异明显,现蕾—开花期、开花—吐絮期HDD总体呈增加趋势,分别有85.94%和76.40%站点棉花HDD呈现增加趋势;花铃期前后,长江下游亚区东部、南疆与北疆亚区东部、东疆亚区、河西走廊亚区西部、黄河流域棉区的特早熟亚区西北部及长江流域棉区的长江上游亚区东部棉区,棉花HDD增加趋势明显,高温风险较大;总体上高温风险最小的是北疆亚区。3)棉花全生育期降水量在长江流域的长江中游亚区、长江下游亚区与西北内陆棉区大部呈增加趋势,其他地区均呈减少趋势;棉花全生育期降水量出现北移现象,西北内陆棉区降水量的高值主要分布在北疆亚区,且增加最多。播种—出苗期,除北疆亚区降水量明显增加外,全国大部分棉区干旱风险呈增加趋势。三大棉区GDD总体上均呈现增加的趋势,有利于棉区的扩大与高产优质的潜力挖掘,但需选用具有高产潜力的品种;西北内陆棉区现蕾—吐絮期,在南疆亚区与北疆亚区东部、东疆亚区、河西走廊亚区西部棉花种植存在极端高温风险,生产上需选用抗高温品种,合理水肥运筹等措施,来应对极端高温风险的增加;黄河流域棉区和长江流域棉区北部,干旱风险增加,生产上应采用适当的抗旱品种,采取配套抗旱栽培管理措施来降低气候变化带来的干旱风险。     

CottonXL模型模拟研究延迟型低温冷害对棉花纤维品质的影响

为了明确不同程度、不同时段低温对棉花纤维品质的影响,该研究利用棉花延迟型低温冷害指标和灾情资料,筛选出1961－2018年间不同程度延迟型低温冷害的典型年份,在实现棉花功能结构模型CottonXL模型本地化应用的基础上,利用CottonXL模型模拟不同程度冷害对纤维品质的影响。结果表明：CottonXL模型能够较准确地模拟延迟型冷害对棉花纤维品质的影响,不同热量条件下纤维长度、纤维比强度、马克隆值模拟结果与实测值间的RMSE分别为0.7 mm、0.9 cN/tex、0.1。冷害对棉花纤维马克隆值影响最大、纤维比强度次之,对纤维长度影响最小。随冷害程度的加重纤维长度较长、纤维比强度较大且马克隆值适中的棉铃数量显著减少（P＜0.01）,纤维品质整体下降。发生轻度、中度和重度冷害时,纤维长度分别下降0.8、1.4和1.5 mm,纤维比强度分别降低3.9、4.5和5.1 cN/tex,马克隆值分别降低1.0、1.2和1.4。同等程度延迟型低温冷害情况下,夏秋季低温冷害对纤维品质的影响大于春季低温冷害。轻度夏秋季型低温冷害对纤维品质的影响较中度春季型低温冷害更大。     

改进作物水分亏缺指数用于东北地区春玉米干旱灾变监测

为了明确不同程度、不同时段低温对棉花纤维品质的影响,该研究利用棉花延迟型低温冷害指标和灾情资料,筛选出1961－2017年间不同程度延迟型低温冷害的典型年份,在实现棉花功能结构模型CottonXL模型本地化应用的基础上,利用CottonXL模型模拟不同程度冷害对纤维品质的影响。结果表明：CottonXL模型能够较准确地模拟延迟型冷害对棉花纤维品质的影响,不同热量条件下纤维长度、纤维比强度、马克隆值模拟结果与实测值间的RMSE分别为0.7 mm、0.9 cN/tex、0.1。冷害对棉花纤维马克隆值影响最大、纤维比强度次之,对纤维长度影响最小。随冷害程度的加重纤维长度较长、纤维比强度较大且马克隆值适中的棉铃数量显著减少（P＜0.01）,纤维品质整体下降。发生轻度、中度和重度冷害时,纤维长度分别下降0.8、1.4和1.5 mm,纤维比强度分别降低3.9、4.5和5.1 cN/tex,马克隆值分别降低1.0、1.2和1.4。同等程度延迟型低温冷害情况下,夏秋季低温冷害对纤维品质的影响大于春季低温冷害。轻度夏秋季型低温冷害对纤维品质的影响较中度春季型低温冷害更大。     

基于GGE分析的西北内陆棉区纤维品质生态区划分

本文选用2005—2014年我国棉花区域试验西北内陆早熟棉区7个和早中熟棉区10个试验点作为试验环境进行纤维品质区域分布分析。运用GGE模型划出双标图,研究西北内陆棉区的试验环境与参试品种纤维品质性状互作模式,对参试品种性状选择适宜的生态区进行探讨与划分,并基于GGE双标图对纤维物理性能指标相关性进行研究,为西北内陆棉区棉花品种区域化种植和理想试验环境选择提供依据。结果表明:(1)棉花各纤维品质性状相互之间存在着一定的相关关系,纺纱均匀性指数与长度、比强度和整齐度指数表现极显著或显著正相关。(2)西北内陆棉区早熟组纤维品质性状可划分为3个生态区:优质棉纤维生态区(精河)、普通优质纤维生态区(兵团第六师昌吉、乌苏)、普通纤维生态区(兵团第七师125团、兵团第八师121团、石河子以及敦煌)。(3)西北内陆棉区早中熟组品质性状由优质到普通亦可划分为3个生态区:优质纤维生态区(莎车、轮台、巴州、库车、疏附、兵团第一师阿拉尔13团以及新疆塔河10团)、普通优质纤维生态区(麦盖提和兵团第三师喀什)、普通纤维生态区(阿克苏)。因此西北内陆早熟棉区应在注重品种早熟性选育的基础上,注重优质纤维综合品质性状的培育,提高纤维的长度和比强度。南疆的早中熟棉区,注重推选适合机采棉的长度和比强度的棉花品种外,应精准掌握合理的棉花采摘期,提高纤维成熟度,但要注重降低马克隆值,划分优化种植区域为棉纺企业合理用棉提供多层次的原棉材料。     

基于同异性分析的不同类型棉花品种纤维品质特征与分类评价

为精确分析中国棉花纤维品质的区域特征、分布规律及综合性评价,以2005-2014年国家棉花品种区域试验531个参试品种纤维品质数据为材料,运用作物育种同异性分析理论对杂交棉和常规棉品种的纤维品质进行综合评价。结果表明：1）常规棉品种纤维品质符合审定标准Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的品种数分别占参试常规棉品种数的1.58%、28.42%和14.74%,杂交棉纤维品质符合审定标准Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的品种分别占参试杂交棉品种数的0.59%、19.94%和10.56%。黄河流域常规棉品种、杂交棉品种纤维品质综合同一度分别为0.869 3和0.888 8,长江流域杂交棉纤维品质综合同一度为0.864 3,西北内陆棉区常规棉纤维品质综合同一度为0.890 5。2）不同棉区常规棉与杂交棉纤维品质性状比较表明,西北内陆棉区常规棉品种纤维品质性状优于黄河流域杂交棉;而黄河流域杂交棉又优于黄河流域常规棉和长江流域杂交棉,黄河流域常规棉与长江流域杂交棉纤维品质性状差异不显著。可见,黄河流域棉区适宜种植推广中长绒、高比强和高马克隆值的常规棉品种;长江流域棉区适宜种植中长绒、高比强度和高马克隆值的杂交棉品种;西北内陆棉区适合种植长强细的优质常规棉品种,可作为棉纺工业纺中高支纱的优质棉生产基地。本研究对优化我国优质棉区域布局和种植结构调整有重要参考价值。     

基于GGE双标图和马克隆值选择的棉花区域试验环境评价

棉纤维马克隆值是与纤维成纱品质密切相关的重要品质指标,也是长江流域棉花品质改良的主要制约因子。选择利用对目标环境代表性强的试验点进行区域试验布局有助于提高马克隆值育种效率和节省试验成本。GGE双标图是进行试验点代表性评价和选择最有效的统计和图形展示工具,已经在多种作物区域试验中用于品种稳定性和试验环境相似性分析,但在基于马克隆值选择的棉花区域试验环境评价中应用报道较少。本文采用GGE双标图方法对2000—2010年期间27组长江流域国家棉花区域试验中的15个试验环境基于马克隆值选择的鉴别力、代表性和理想指数进行综合评价与分析。结果表明:各试验环境依理想度指数优劣排序为荆州市>黄冈市>南通市>九江市>岳阳市>射洪县>常德市>安庆市>武汉市>南阳市>南京市>慈溪市>襄阳市>简阳市>盐城市;从中筛选出最理想试验环境为湖北省荆州市,较理想试验环境为湖北省黄冈市、江苏省南通市和江西省九江市,这些试验环境对以长江流域为目标环境的广适性新品种选育和作为区域试验点鉴别理想品种的效率最高;而位于江浙沿海棉区的江苏省盐城市和浙江省慈溪市不适宜作为针对长江流域的马克隆值选择与推荐环境。本研究充分展示了GGE双标图在区域试验环境评价方面的应用效果,也为以长江流域棉区为目标环境的广泛适应性和特殊适应性品种的马克隆值选择和应用提供理论依据。     

新疆棉花品种气候区划的订正及风险棉区发展对策研究

对新疆棉区农业气候资源进行了系统分析,提出棉花区划不应只考虑热量条件,还应考虑品种属性,应把北疆乌苏、精河、莫索湾和博乐塔拉河下游一带由原来的次宜棉区划为优质早熟棉宜棉区,与南疆大片棉区同级,这样北疆棉区就能提升一个等级;同时系统地划出了南北疆风险棉区范围,风险棉区或是热量条件不够,或是７、８月热量强度不足,不宜扩大种植。     

利用GGE双标图和综合选择指数划分棉花品种生态区

为提高农作物品种多性状选育和应用的可靠性,本研究基于品种选择指数,应用GGE双标图进行了棉花品种生态区划分。首先依据国家棉花品种审定标准构建通用性强的品种选择指数(SI),即SI=0.40×皮棉产量+0.13×纤维比强度+0.09×(纤维长度+马克隆值)+0.11×枯萎病+0.09×黄萎病+0.10×霜前花率。然后,采用GGE双标图方法对2000—2013年期间39组(含585个单点试验)长江流域国家棉花区域试验中品种选择指数的基因型与环境互作效应及环境间关系进行综合评价与分析。研究结果将长江流域棉区划分为四川盆地生态区、南襄盆地生态区、浙江省沿海生态区和长江中下游生态区。其中,长江中下游生态区为长江流域的主要品种生态区,对长江流域的总体环境代表性最强,涵盖了湖南省环洞庭湖棉区、湖北省江汉平原和鄂东南岗地棉区、江西省环鄱阳湖棉区、安徽省沿江棉区、江苏省宁镇丘陵及沿江和沿海棉区;四川盆地生态区、南襄盆地生态区和浙江省沿海生态区均为特殊生态环境条件下的品种生态区,对总体环境代表性较差。因此,将以长江流域棉区为广谱适应性育种目标环境的棉花品种综合性状选择试验优先安排在长江中下游生态区中,有利于提高育种的总体选择效果,而其余品种生态区不适宜作为以长江流域为目标环境的品种综合性状选择环境,可侧重于特殊适应性品种选育。本研究充分展示了GGE双标图在品种生态区划分方面的应用效果,合理划分了长江流域基于选择指数的棉花品种生态区,可为长江流域棉区的品种多性状选择和推荐策略提供决策依据,也为其他棉区和作物品种生态区划分提供参考。     

滨海棉田土壤盐分时空分布特征及对棉花产量品质的影响

选择2个棉花早熟品种中棉所102(CCRI-102,苗期盐敏感)、中棉所103(CCRI-103,苗期较耐盐)和3个滨海盐土自然盐分水平(土壤浸提液电导率为6.29,9.51,12.83dS/m)进行盐土直播棉试验,研究滨海棉田土壤盐分时空分布特征及对棉花产量品质的影响。结果表明:(1)滨海棉田花铃期土壤含盐量随棉花生育进程的推进基本呈下降趋势;随着土层的加深,土壤含盐量逐渐下降并趋于稳定;0—20cm土壤含盐量最高,变幅也最大。(2)水溶性盐离子以Na+和Cl-为主,分别约占阳离子和阴离子总量的60%~70%和70%~80%,其它阳离子主要为K+、Ca2+、Mg2+,阴离子主要为SO42-。(3)随着土壤盐分的增加,棉株干物质累积、单株铃数、铃重、皮棉产量均呈下降趋势,两品种间趋势一致,且CCRI-102高于CCRI-103。土壤盐分对马克隆值影响最大,对纤维强度和纤维伸长率无明显影响,CCRI-102的主要纤维品质指标如纤维长度、纤维强度和马克隆值皆略高于CCRI-103。(4)CCRI-102花铃期的耐盐性高于CCRI-103。棉花品种苗期的耐盐性是立苗的基础,花铃期的耐盐性则是提高产量品质的关键。     

施氮量对不同开花期棉（Gossypium hirsutum L.）铃纤维细度和成熟度形成的影响

为兼顾试验的重复性和生态区域性,选用高品质棉（科棉1号）和常规棉（美棉33B）品种为材料,于2005年分别在江苏南京（118o50E, 32o02N,长江流域下游棉区）和江苏徐州（11711E, 3415N,黄河流域黄淮棉区）设置施氮量（低氮:N 0 kg/hm2;适氮:N 240 kg/hm2;高氮:N 480 kg/hm2）试验,研究施氮量对不同开花期棉铃纤维细度、成熟度和马克隆值形成的影响。结果表明:（1）施氮量显著影响棉纤维细度、成熟度和马克隆值的形成过程,但三者在不同开花期对氮素水平的响应不同,施氮量与开花期对棉纤维细度、成熟度和马克隆值的形成存在互作效应。8月10日前开花的棉铃,铃期［花后0～50 d （DPA）］日均温在23.3 oC以上,纤维细度、马克隆值以N 0 kg/hm2施氮量下最大,棉纤维马克隆值与纤维细度的相关性较大;8月25日开花的棉铃（铃期日均温在20.8～23.3 oC之间）,纤维成熟度、马克隆值以N 240 kg/hm2施氮量下最大;9月10日开花棉铃（铃期日均温低于20.8 oC）,纤维细度、成熟度和马克隆值均以N 480 kg/hm2最大,棉纤维马克隆值与纤维成熟度的相关性增强。（2）影响不同开花期间纤维细度、成熟度和马克隆值的主要因素是铃期日均温,最终纤维细度、成熟度和马克隆值在不同施氮量之间的变异与不同开花期（铃期日均温不同）间的变异比较,前者显著小于后者。综上,因开花期不同而形成的铃期日均温是决定细度、成熟度和马克隆值的最重要因素,施氮量可通过对位叶叶氮浓度NA影响棉纤维细度、成熟度和马克隆值的形成过程,增加施氮量可减小上述指标在不同开花期间的差异。     

Variation in surface chemical constituents of cotton (Gossypium hirsutum) fiber as a function of maturity

Modern cotton yarn production technology has made it imperative that new predictors of yarn spinning efficiency be determined. Surface frictional forces play a large role in spinning efficiency, yet little is known about the chemical constituents comprising the cotton fiber surface or their respective roles in inter-fiber frictional behavior. Major cotton fiber surface chemical components including pectin, wax, soluble salts, and sugars were quantified, and their respective relationships to cotton fiber maturity, as measured by micronaire, determined for 87 cotton samples exhibiting large variations in age, micronaire, genetics, and growing region. In the case of pectin and wax, inverse relationships with micronaire were found, whereas salts and sugars exhibit linear relationships with micronaire. Using these mathematical relationships, it will be possible to develop predictive models of whether spinning performance of different cottons is affected by deviations of the chemical constituents from the determined relationships.     

黄土高原不同气候区降水时空变化特征

充分认识黄土高原不同气候区降水时空分布特征,对于揭示该区域水土保持及自然环境变化的驱动因素至关重要.以黄土高原73个气象站点、1961-2014年的降水日值数据为基础,通过变差系数、集中度与集中期、Mann-Kendall检验和Kriging空间插值等研究方法,探讨黄土高原全区和4个气候分区的降水时空变化特征.结果显示:近50年间,黄土高原及各个气候区的年际降水量均呈波动下降趋势,年内降水均集中于夏秋季节,且存在集中度逐渐升高和集中期逐渐推后的现象.空间上降水由东南半湿润区向西北干旱区呈阶梯状递减,变差系数恰与之相反;集中度表现为由南向北递增,集中期则受地形影响显著,体现为平原和谷地地区早于高原和山地地区.因地理位置和季风强度的差异,各气候区年降水量及其波动幅度和集中性差异较大.该研究旨在揭示黄土高原降水的时空分布规律,为合理利用配置水资源、规划部署水土保持工作等,提供一定的参考.     

施钾量和施钾时期对棉花产量及不同部位棉铃纤维品质性状的影响

在大田试验条件下,以鲁棉研28号为材料,设置两个施钾量（K2O 100和150 kg/hm2）,采用一次性基施,1/2基施、1/2花铃期追施,研究施钾量和施钾时期对棉花（Gossyium hirsutum L.）产量及不同部位棉铃纤维品质性状的影响。结果表明:与不施钾相比,施钾显著提高了籽棉产量和皮棉产量;在施钾量为K2O 150 kg/hm2的条件下,与一次性基施相比,分期施钾极显著提高了籽棉产量和皮棉产量;采用分期施钾时（1/2基施、1/2花铃期追施）,随施钾量增加,籽棉产量和皮棉产量均显著增加,单株成铃数的增加是产量提高的主要原因。结果还表明,与不施钾相比,施钾显著提高了中部及上部果枝内围果节的马克隆值,分期施用K2O 150 kg/hm2显著提高了中部果枝外围果节的纤维长度、比强度以及中部果枝内围果节的纤维成熟度;在施钾时期相同的条件下,增加施钾量对纤维长度、比强度无显著影响,在施钾量相同的条件下,与一次性基施相比,分期施钾对纤维比强度无显著影响。     

不同土质下灌水盐度对滴灌棉花生理及产量品质的影响

在干旱、半干旱地区利用微咸水进行灌溉可以缓解淡水资源供需矛盾，但其灌溉效果与土壤质地是否相关有待研究。该研究旨在探讨灌水矿化度对不同土壤质地滴灌棉花生长发育和籽棉产量、纤维品质的影响。2022 年进行桶栽试验， 设置 2 种玛纳斯河流域常见的棉田土壤质地（砂壤土 T1、砂土 T2）和 4 个灌水矿化度（0.85（S0）、2.00（S1）、 5.00（S2）、8.00g/L（S3）），共 8 个试验处理，研究不同处理下棉花光合指标、株高、茎粗、产量及品质。结果表明： 随灌水矿化度增大，在砂土中棉花苗期后株高、茎粗、净光合速率、蒸腾速率、单铃质量、单株铃数、产量、灌溉水利 用效率和断裂比强度均呈现减小趋势，S3 处理的蒸腾速率在蕾期较 S0 降低 10.61%；而在砂壤土条件下，各指标呈先增 后减趋势，S1 处理净光合速率较 S0 增加 8.40%。随灌水矿化度升高，2 种土壤质地下棉花的最大荧光呈现减小趋势， 非光化学淬灭呈现增加趋势。通过回归分析可知，砂土棉田棉花产量与灌水矿化度呈负相关关系，而在砂壤土棉田中， 用小于 3.69 g/L 的灌溉水不会降低棉花产量。利用通径分析可知，在砂壤土条件下，棉花茎粗、蒸腾速率是影响产量的主要因素，株高是影响马克隆值的主要因素。在砂土条件下，非光化学淬灭系数、蒸腾速率是影响产量的 主要因素，株高、蒸腾速率是影响马克隆值的主要因素。该研究可为玛纳斯河流域不同土质棉田合理利用微咸水资源提供理论依据与技术支撑。