基于光能利用的棉花株型的标准构建与调控机理

Limited support of standardized cultivation and management techniques and theory are the main problems for the mechanized cotton production in China. This study aims to establish a standard and ideal cotton canopy architecture target curve over the whole growth period and make some appropriate canopy architecture regulation mechanism for mechanized cotton production. The study will take the spatial-temporal distribution of photosynthetically active radiation interception in cotton canpoy as the breakthrough point which is the indicator of crop canopy architecture.The main contents are as follows: 1)the spatial and temporal distribution of different cotton populations and the relative relationship between the canpopy architecture and particular agronomic characteristics over the whole growth period 2)Establishment of ideal cotton canopy architecture variational target curve from sowing date to the first square emergence which suitable for early-onset growth. 3) Establishment of ideal cotton canopy architecture variational target curve from first squares to first flowers which suitable for stable vegetative and reproductive growth. 4) Establish of ideal cotton canopy architecture variational target curve from flowering date to physiological cutout date which is suitable for early maturity but late senescence. 5) Establishment of ideal cotton canopy architecture variational target curve based on cotton yield and rate of blossom before frost over the different stages 6) Establishment of final ideal cotton canopy architecture variational target curve through overlaping of confidential intervals of the above curves over all stages and some crop architecture regulation mechanism will be made.This study would give technical and theoretical supports for standard cotton cultivation Which would be helpful for promotion of cotton mechanized and larger scale production in China.

针对我国棉花机械化生产缺乏标准化的栽培管理技术和理论支持，本研究以群体光合有效辐射截获率的时空变化为突破口，试图建立全生育期的标准化的理想株型结构变化标准曲线，并提出相应的株型调控机理。主要研究内容如下：1）研究基于空间统计学的不同棉花群体光合有效辐射截获率的时空分布特征，以及与株型特征参数的关系。2）研究构建播种到现蕾阶段的利于早发的理想株型变化区间，从现蕾到开花阶段的利于稳长的理想株型变化区间；3）研究构建从开花到生理成熟阶段的利于早熟不早衰的理想株型变化区间；4）研究不同群体的光合有效辐射截获率的全生育期和阶段的累计效应对霜前花和产量的影响，研究最佳株型变化特征和变化区间。5）用区间重叠方法，逐步优化全生育期标准化理想株型变化区间，构建全生育期理想株型标准化变化曲线，并提出相应株型的调控机理。研究结果为标准化的栽培管理技术提供理论和技术支撑，促进棉花生产机械化和规模化。

我国棉花生产的根本出路在于实现生产的全程机械化和标准化，但我国尚缺乏标准化的栽培技术体系。本项目试图在利用空间统计学原理科学准确的量化光在棉花冠层内的时空分布规律的基础上，结合棉花生长发育规律，研究株型对棉花生长发育及产量形成的影响。通过科学量化作物群体的株型结构，以及株型结构全生育期变化特征，建立理想的株型标准变化曲线，并依此标准提出相应的调控机理，为建立棉花机械化生产条件下的标准化管理技术提供理论和现实依据。研究结果表明（1）不同密度、不同品种棉花冠层截获光（Ir）在成铃初期、成铃中期和吐絮期的半变异函数表明，具有高度的空间结构性和空间自相关性，随着生育进程的持续同一密度处理棉花冠层的自相关范围几乎都增大。（2）棉花冠层Ir与叶面积(Leaf area index, LAI)呈指数关系，在生育前期随着LAI的快速增加冠层Ir也快速增加，而当LAI增加到一定范围后冠层Ir缓慢增加最终维持在一定水平；现蕾至开花前，密度越小果枝发生速度越快，随着累计Ir增加速度的加快果枝的发生速度先增加后下降；开花后，整个生育期内光截获达到峰值前累计光截获所占的比例越大第一朵白花上果枝数nawf=5时所需天数越短而霜前花率越多；冠层Ir越多群体干物重越重，然籽棉产量却未必高，这可能与生殖器官的脱落和棉铃的空间分布有关。（3）垂直方向上的冠层中部、下部的累计Ir和水平方向上冠层外围的累计Ir均与成铃概率呈极显著的负相关；垂直方向上冠层中部和水平方向上冠层内围的累计Ir与脱落概率的关系最为密切，都呈开口向上的二次抛物曲线。可见作物冠层Ir与棉花的长势密切相关。构建了棉花简化管理的株型标准，明确了我国主产棉区不同区域的可数量化的全生育期农艺性状指标，确定了量化化控的熟性和株型标准，明确了水肥一体化化学调控的关键时间节点，避免传统技术靠人为指导失误而带来的棉花生长停滞与产量损失的风险。