全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(1): 140−147 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20070759002)和国家科技支撑计划项目(2006BAD21B02)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 张旺锋, E-mail: zwf_shzu@163.com, zhwf_agr@shzu.edu.cn, Tel: 0993-2057326
第一作者联系方式: E-mail: westnorth642@sina.com
Received(收稿日期): 2011-04-18; Accepted(接受日期): 2011-09-12; Published online(网络出版日期): 2011-11-07.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20111107.1048.011.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.00140
新疆棉花生育后期夜间增温对纤维产量和比强度的影响
田景山 虎晓兵 勾 玲 罗宏海 张亚黎 赵瑞海 张旺锋*
石河子大学农学院 / 新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室, 新疆石河子 832003
摘 要: 选用早熟品种新陆早 13和新陆早 33为试验材料, 设两个夜间增温(nighttime warming, NW I和 NW II)处理,
自然温度为对照(CK), 以组装在半移动式保温箱内的远红外石英管作为增温装置, 在大田中模拟夜间增温环境, 调
查棉花生育后期夜间增温对纤维产量和比强度的影响。结果表明, 与对照相比, 棉花生育后期夜间增温导致棉铃铃期
缩短, 单铃纤维干物质快速累积期提前, 单铃皮棉产量增加。夜间增温提前棉纤维中可溶性糖进入转化期的时间, 且
持续期明显延长; 提前纤维素累积期的起始时间, 在快速累积期终止之前, ≥15.0℃的夜间最低温度对快速累积期的
持续时间及最大累积速率无明显影响, 棉纤维发育期≥14.1℃的夜间最低温度对纤维比强度影响较小。因此, 夜间最
低温度是影响棉纤维中可溶性糖转化和纤维素累积特性的重要因子 , 进而影响单铃纤维干物质累积及单铃纤维
产量。
关键词: 棉花; 夜间增温; 比强度; 可溶性糖; 纤维素
Effects of Nighttime Temperature Increase at the Late Growth Stage on the
Cotton Fiber Yield and Fiber Strength in Xinjiang
TIAN Jing-Shan, HU Xiao-Bing, GOU Ling, LUO Hong-Hai, ZHANG Ya-Li, ZHAO Rui-Hai, and ZHANG
Wang-Feng*
Key Laboratory of Oasis Eco-Agriculture, Xinjiang Production and Construction Group / College of Agronomy, Shihezi University, Shihezi 832003,
China
Abstract: Cotton yield and quality depend on genotype and environment interaction. Temperature is one of key factors to influ-
ence fiber synthesis at the late growth stage of cotton. In the paper, Using early-maturing cotton varieties as experimental material,
increased night temperature was simulated in the field using far-infrared quartz tube set mounted in semi-mobile incubators, rela-
tive to normal night temperature treatment (control), to determine the effects of night temperature on the cotton yield and fiber
strength at the late growth stage. The results showed that compared to the control, increased night temperature shortened cotton
bolling period, the rapid accumulation at age of single boll fiber dry matter came earlier, and the single boll fiber yields signifi-
cantly increased in the late growth stage of cotton. Increased night temperature mainly moved up the transformation from soluble
sugar to fiber, and the duration was evidently extended, and also the initial time of rapid accumulation of cellulose synthesis came
in advance, but the minimum night temperature ≥15.0℃ statistically had no effect on the duration of the rapid accumulation and
the maximum accumulation rate before end of cellulose speedy accumulation period. Simultaneously, the fiber strength was af-
fected slightly by minimum night temperature ≥14.1℃ during in the cotton fiber development. So the minimum temperature in
the nighttime was a major factor associated with soluble sugar transformation and cellulose accumulation. Consequently, dry mat-
ter accumulation and fiber yield of single boll were closely associated with the minimum nighttime temperature.
Keywords: Cotton; Nighttime warming; Fiber strength; Soluble sugar; Cellulose
随着棉纺织工业的快速发展 , 对原棉内在品
质、尤其是纤维强力的要求越来越高; 开展棉纤维
强力形成机理及影响因素的研究, 探讨改善纤维品
质的途径、实现优质与高产同步成为棉花栽培生理
研究的重要内容。前人研究表明, 棉花品质除受品种
遗传特性制约外, 环境因素对其也有较大影响, 有关
第 1期 田景山等: 新疆棉花生育后期夜间增温对纤维产量和比强度的影响 141


纤维强力形成与环境因素关系的研究备受关注[1-2]。温
度是影响棉纤维品质形成的首要生态因子[3-4]。在棉
纤维发育前期 , 低温不仅使可溶性糖积累量降低 ,
而且阻碍了后期可溶性糖向纤维素的转化, 导致纤
维素合成速度和纤维干物质积累速度明显减慢, 影
响棉纤维的产量和品质[5-8]。当夜温低于 15℃以下时,
棉叶淀粉的降解和输出受阻, 棉铃发育所需糖源减
少 [9], 纤维素沉积速率和沉积量显著降低 [10], 影响
纤维的正常发育; 夜温降低会延长纤维伸长期, 降
低伸长速率[10-11]。低温天气对棉纤维比强度的形成
有重要的影响 [12-13], 当日均温降到 15.0℃左右时 ,
棉纤维正常发育受到影响, 不利于纤维比强度的提
高[14]。夜温过低不仅影响棉纤维细胞伸长, 而且对
棉纤维细胞次生壁加厚的影响更大, 减少纤维素的
沉积量, 使纤维成熟度降低、比强度下降[15-16]。近
年来, 有关全球气候变暖对作物生长和产量影响的
研究报道较多, IPCC (联合国政府间气候变化专门委
员会)第 4 次评估报告指出, 夜间最低气温增加幅度
远高于白天最高气温的增幅[17], 即全球气候变暖主
要表现为夜间最低气温升高[18-21]。研究表明, 全球
气候变暖整体上对棉花生长发育有利[22-23], 使纤维
品质有所提高[24]。
新疆属典型大陆性干旱气候 , 光热资源丰富 ,
是我国重要的商品棉生产基地, 但棉花生长后期气
温下降快, 尤其是夜温过低可能是棉纤维发育的限
制因子[25], 夜温过低对棉纤维强度的影响大于对长
度的影响[26]。但有关夜间温度变化对纤维比强度形
成生理基础的研究较少, 且大多是采用分期播种或
开花期创造温度梯度 , 或者采用离体培养进行的 ,
很难全面反映纤维比强度对夜间温度变化的实际响
应特征。本文针对新疆棉花生育后期夜间温度的变
化, 在田间条件下采用增温试验, 分析夜间增温对
棉花生长后期棉铃纤维素累积及纤维产量的影响 ,
揭示温度对棉花产量和品质影响的机理, 以期为新
疆棉花生产实现稳产保优提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2009—2010 年在石河子大学农学试验
站(45°19′N, 86°03′E)进行。该地区近 10 年(2000—
2009 年)棉花生长期(4~9月)平均气温 20.8℃, 最低
气温 13.5℃, 总日照时数 1 915.3 h, 降雨量 143.7 mm。
试验地土壤类型为灰漠土, 土质中壤。
1.2 试验处理
设两个夜间增温 (nighttime warming, NW I和
NW II)处理, 以自然温度为对照(CK), 小区随机区
组排列, 重复 3次, 小区长×宽=6.0 m×1.5 m。选用
新疆自育早熟品种新陆早 13和新陆早 33, 留苗密度
18万株 hm–2, 田间管理按当地高产田管理模式。待
棉株开花后, 对上部果枝(第 8~9果枝)第 1果节的当
日所开白花挂牌标记 , 并进行夜间加温处理(表 1),
加温时间段根据当日下午和次日清晨的温度确定 ,
一般在 20:00~翌日 8:00。参照张保仁等[27]的增温设
施并有所改进, 采用 2套 900W远红外石英管置半移
动式保温箱(semi-mobile incubator)两端, 通过鼓风
机沿PVC管道输送热风, 实现棉花冠层增温; 通过
连接远红外石英管的智能温度控制仪(杭州晨星电
力科技有限公司, 浙江)控制温度; 半移动式保温箱
分为上、下两部分, 每部分由长×宽×高=1.5 m×1.5
m×0.6 m的 4个铝合金框架“一”字安放, 组装成长
×宽×高=6.0 m×1.5 m×1.2 m的保温箱, 在其四周及
上半部分顶部用聚乙烯薄膜封闭 , 同时在保温箱
上、下两部分长侧面中间的 2个框架(上半部分在左
上角, 下半部分在右上角)以及宽侧面中心总共保留
12个 20 cm×15 cm孔用以通风, 保温箱下半部分一
直放于田间 , 仅在晚上加盖上半部分。用HOBO
(Onset, 美国)空气温湿度记录仪自动采集棉花冠层
温度数据, 每 15 min记录一次。每天夜间最低温度
取 22:00~翌日 8:00的最低温度(图 1), 不同处理在棉
纤维发育期(2009 年为铃龄 0~43 d, 2010 年为铃龄
0~50 d)夜间最低温度的平均值见表 1。



图 1 棉纤维发育期夜间增温下最低温度变化动态
Fig. 1 Dynamic changes of minimum nighttime temperature in
cotton fiber development with different treatments

1.3 样品采集及测定项目
从铃龄 15 d开始, 每 7 d取大小相同的挂牌标
记棉铃 6 个左右(每天上午 8:00~9:00 取样), 用装有
冰袋的保鲜桶带回室内, 将棉铃分离出纤维, 混匀,
在 50℃下烘干至恒重, 测定单铃纤维重并保留样品
供测定糖含量用。棉铃铃期是从棉花开花挂牌之日
142 作 物 学 报 第 38卷

表 1 夜间增温下棉花纤维发育期的气象条件
Table 1 Weather factors in cotton fiber development under different nighttime temperatures
年份
Year
处理
Treatment
开花时期
FD
增温开始日期
SWD
增温结束日期
EWD
最低气温
LT (℃)
最高气温
HT (℃)
日均温
DMT (℃)
日温差
DTV (℃)
NW II Aug. 5 Sep. 18 18.2 27.6 22.5 9.4
NW I Aug. 22 Sep. 18 14.8 27.7 20.9 12.8
2009
CK
Aug. 7
— — 12.9 27.6 20.3 14.7
NW II Aug. 4 Sep. 22 18.6 28.1 23.1 9.5
NW I Aug. 14 Sep. 22 15.1 28.1 21.2 13.0
2010
CK
Aug. 4
— — 14.1 28.1 20.9 14.0
FD: flowering date; SWD: start warming date; EWD: end warming date; LT: the lowest temperature; HT: the highest temperature; DMT:
daily mean temperature; DTV: diurnal temperature variation.

至棉铃开裂吐絮之日的天数。待挂牌标记棉铃裂铃
时, 收取大小一致的棉铃 15个左右, 统一风干轧花,
供测纤维品质用。采用蒽酮比色法测定可溶性糖和
纤维素含量[28], 由农业部棉花品质监督检验测试中
心(河南安阳)测定棉纤维品质。
2 结果与分析
2.1 夜间增温对棉铃生长发育的影响
2.1.1 棉铃铃期 从图 2 可看出, 夜间增温促使
棉铃发育加快, 导致棉铃提前吐絮, 铃期缩短。夜间
温度为 18.6℃时铃期较 14.1℃提前 7 d左右, 而夜间
温度 15.1℃与 14.1℃间则无明显差异。



图 2 不同夜温下棉铃铃期变化(2010年)
Fig. 2 Changes of boll period under different nighttime tem-
peratures in 2010
不同的大、小写字母分别表示在 0.01和 0.05水平差异。
Values followed by a different capital and small letter within the
same column significantly different at the 0.01 and 0.05 probability
levels, respectively.

2.1.2 单铃纤维重 由图 3 可看出, 随夜温升高,
单铃纤维重呈增加趋势, 不同品种间有差异。新陆
早 33 在铃龄 15 d 前各处理间无明显差异, 新陆早
13则持续到铃龄 22 d; 之后至铃龄 36 d不同夜温间
差异显著, 夜温 18.6℃明显高于 15.1℃和 14.1℃, 新
陆早 33增重幅度较为平缓, 铃龄 29 d时增幅 34.5%,
而新陆早 13高达 144.9%; 铃龄 36 d至吐絮前期, 夜
温 14.1℃的单铃纤维重基本恒定, 且低于 18.6℃和
15.1℃; 吐絮时, 夜间增温对新陆早 13 单铃纤维重
影响较小, 新陆早 33 的夜温 18.6℃显著高于夜温
14.1℃, 两年表现一致。用 Logistic模型对单铃纤维
重的变化拟合可知(表 2), 夜间温度升高, 纤维进入
快速累积期的起始时间提前, 终止时间也相应提前
结束, 然而, 快速累积持续时间、最大累积速率则无
明显变化。夜间温度为 18.6℃时, 新陆早 13在铃龄
21 d就进入快速累积期, 较 14.1℃提前 3 d, 终止时
间提前至铃龄 32 d, 单铃最大理论纤维重增加 0.24 g,
差异显著。品种间差异主要表现于快速累积的起始
时间及持续时间, 新陆早33起始时间较新陆早 13提
前 3.3 d、持续时间延长 3.4 d, 最大单铃纤维重增加
0.1~0.4 g。
2.2 夜间增温对棉纤维中可溶性糖转化和纤维
素累积的影响
2.2.1 可溶性糖含量 由图 4 可看出, 棉纤维中
可溶性糖含量随夜温升高而降低。铃龄 29 d前, 与
对照相比夜间增温明显利于可溶性糖的转化, 其含
量明显降低; 之后夜温 18.4℃、15.1℃和 14.1℃各处
理间差异均不显著, 然而, 当夜温降至 12.9℃时, 铃
龄 29 d的可溶性糖含量则明显高于夜温 18.2℃的。
用 Logistic模型拟合可溶性糖含量的变化, 由表 3可
看出, 夜间增温使可溶性糖进入快速转化期的起始
时间提前, 快速转化持续时间明显延长, 最大转化
速率呈减缓趋势, 但其快速转化期的终止时间则无
明显差异, 最大理论含量虽有增加趋势但均未达显
著水平。如夜温为 18.6℃时, 新陆早 13在铃龄 11 d
第 1期 田景山等: 新疆棉花生育后期夜间增温对纤维产量和比强度的影响 143




图 3 不同夜温下单铃纤维重动态变化
Fig. 3 Dynamic changes of cotton fiber dry weight of single boll under different nighttime temperatures
BO: 棉铃吐絮日期。柱状图为 2009年试验结果, 折线图为 2010年试验结果。不同的大、小写字母分别表示在 0.01和 0.05水平差异显著。
BO: boll opening date. The value of 2009 and 2010 expressed in histogsram and line chart, respectively. Values followed by a different capital
and small letter within the same column significantly different at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

表 2 单铃纤维重累积的拟合方程及特征值
Table 2 Simulation equations and characteristic values of cotton fibers dry weight of single boll under different nighttime temperatures
特征值 Characteristic values 品种
Variety
处理
Treat.
模型
Model
R2
t1 (d) t2 (d) T (d) Vmax (g d–1) Wm (g)
18.6℃ Y=2.17/(1+494.79e–0.24t) 0.9828** 20.73 bB 31.73 bB 11.03 aA 0.13 aA 2.17 aA
15.1℃ Y=2.19/(1+1777.54e–0.24t) 0.9764** 25.63 aA 36.47 aA 10.80 aA 0.14 aA 2.20 aA
新陆早 13
Xinluzao 13
14.1℃ Y=1.94/(1+966.61e–0.23t) 0.9610** 23.90 aAB 35.30 aA 11.43 aA 0.11 aA 1.93 bB
18.6℃ Y=2.55/(1+94.02e–0.17t) 0.9813** 18.93 bB 34.47 aA 15.53 aA 0.11 aA 2.57 aA
15.1℃ Y=2.25/(1+393.40e–0.21t) 0.9854** 22.17 aA 34.73 aA 12.60 aA 0.12 aA 2.27 bB
新陆早 33
Xinluzao 33
14.1℃ Y=2.08/(1+96.79e–0.17t) 0.9975** 19.30 bB 34.60 aA 15.27 aA 0.09 bA 2.07 cB
Y: 单铃纤维重; t: 铃龄; t1、t2: 快速累积期起始时间、终止时间; T: 快速累积持续时间; Vmax: 最大累积速率; Wm: 最大理论量。
**表示在P=0.01水平显著; 不同的大、小写字母分别表示在 0.01和 0.05水平差异。
Y: cotton fiber dry weight of single boll; t: days post anthesis; t1, t2: starting and terminating date of fleet accumulation period; T: dura-
tion of fleet accumulating; Vmax: maximal speed of accumulating; Wm: maximal theoretical value. ** Significant at the 0.01 probability level.
Values followed by a different capital and small letter within the same column significantly different at the 0.01 and 0.05 probability levels,
respectively.

就已进入快速转化期, 较夜温 14.1℃提前 11 d, 快
速转化持续时间延长至 24 d, 最大转化速率仅为
1.84% d−1。与新陆早 13相比, 新陆早 33起始时间提
前 3.1 d、最大转化速率降低 0.5 % d−1, 可溶性糖最大
理论含量增加 9.6%左右。
2.2.2 纤维素含量 由图 5 可看出, 棉纤维中纤
维素含量随夜温升高而增加。铃龄 36 d之前夜间增
温的纤维素含量较对照明显升高, 铃龄 36 d后不同
夜温处理间无明显差异; 之后纤维素沉积趋于停止,
夜温 18.6℃的纤维含量显著高于夜温 14.1℃的。用
Logistic 模型对纤维素含量的变化进行拟合, 由表 4
可看出, 夜间温度增加, 纤维素进入快速累积期的
起始时间及终止时间提前, 纤维素最大理论含量显
著升高, 但对快速累积持续时间和最大累积速率的
影响较小。在夜温为 18.6℃时新陆早 13在铃龄 7 d
就已进入快速累积期, 较夜温 14.1℃提前 4 d; 最大
累积速率随夜温升高表现出增加趋势, 但处理间均
未达到显著水平。品种间, 新陆早 33的纤维素最大
理论含量较新陆早 13 增加 16.4%, 其差异主要来自
每天的最大累积速率升高了 0.5%。
2.3 夜间增温对棉花纤维比强度的影响
由表 5 可看出, 夜间温度升高, 棉纤维比强度
有所提高。与夜温 14.1℃相比, 夜温 18.6℃和 15.1℃
的纤维比强度均无明显差异; 而当夜温由 18.2℃和
14.8℃降至 12.9℃时, 纤维比强度分别降低了 1.97
cN tex–1、2.17 cN tex–1, 差异显著。
144 作 物 学 报 第 38卷



图 4 不同夜温下棉纤维中可溶性糖含量的动态变化
Fig. 4 Dynamic changes of soluble sugar content under different nighttime temperatures
柱状图为 2009年试验结果, 折线图为 2010年试验结果。不同的大、小写字母分别表示在 0.01和 0.05水平差异显著。
The value of 2009 and 2010 expressed in histogram and line chart, respectively. Values followed by a different capital and small letter
within the same column significantly different at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

表 3 棉纤维中可溶性糖转化的拟合方程及特征值
Table 3 Simulation equations and characteristic values of soluble sugar content under different nighttime temperatures
特征值 Characteristic values 品种
Variety
处理
Treat.
模型
Model
R2
t1 (d) t2 (d) T (d) Vmax (% d–1) Wm (g)
18.6℃ Y=68.12/(1+0.08e0.11t) 0.9853** 10.93 bB 35.44 aA 24.42 aA 1.84 cB 68.20 aA
15.1℃ Y=69.63/(1+0.01e0.18t) 0.9446** 21.39 aA 35.80 aA 14.41 bB 3.19 bAB 69.90 aA
新陆早 13
Xinluzao 13
14.1℃ Y=64.41/(1+0.001e0.25t) 0.9865** 22.42 aA 33.48 bA 11.11 cB 3.87 aA 65.24 aA
18.6℃ Y=75.67/(1+0.08e0.11t) 0.9855** 10.45 bB 34.81 aA 24.37 aA 2.11 cB 78.89 aA
15.1℃ Y=72.68/(1+0.01e0.15t) 0.9840** 18.98 aA 36.32 aA 17.34 bA 2.77 aA 73.16 aA
新陆早 33
Xinluzao 33
14.1℃ Y=79.40/(1+0.03e0.13t) 0.9576** 16.05 aA 37.06 aA 21.01 abA 2.51 bA 80.19 aA
Y: 可溶性糖含量; t: 铃龄; t1、t2: 快速累积期起始时间、终止时间; T: 快速累积持续时间; Vmax: 最大累积速率; Wm: 最大理论量。
**表示在P=0.01水平显著; 不同的大、小写字母分别表示在 0.01和 0.05水平差异显著。
Y: soluble sugar content; t: days post anthesis; t1, t2: starting and terminating date of fleet accumulation period; T: duration of fleet ac-
cumulating; Vmax: maximal speed of accumulating; Wm: maximal theoretical value. ** Significant at the 0.01 probability level. Values followed
by a different capital and small letter within the same column significantly different at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.



图 5 不同夜温下棉纤维中纤维素含量的动态变化
Fig. 5 Dynamic changes of cellulose content under different nighttime temperatures
柱状图为 2009年试验结果, 折线图为 2010年试验结果。
The value of 2009 and 2010 expressed in histogram and line chart, respectively.
第 1期 田景山等: 新疆棉花生育后期夜间增温对纤维产量和比强度的影响 145


表 4 棉纤维素累积的拟合方程及特征值
Table 4 Simulation equations and characteristic values of cellulose content under different nighttime temperatures
特征值 Characteristic values 品种
Variety
处理
Treat.
模型
Model
R2
t1 (d) t2 (d) T (d) Vmax (% d–1) Wm (g)
18.6℃ Y=76.84/(1+12.25e–0.15t) 0.9782** 7.50 bB 26.73 bA 19.28 aA 2.88 aA 78.40 aA
15.1℃ Y=67.48/(1+32.77e–0.19t) 0.9898** 11.63 aA 25.93 bA 14.35 bA 3.15 aA 67.63 bB
新陆早 13
Xinluzao 13
14.1℃ Y=70.96/(1+20.86e–0.15t) 0.9865** 11.63 aA 29.33 aA 17.75 abA 2.70 aA 71.38 bB
18.6℃ Y=92.64/(1+30.41e–0.15t) 0.9964** 13.88 bB 31.20 cC 17.30 aA 3.50 aA 92.63 aA
15.1℃ Y=88.95/(1+64.15e–0.16t) 0.9766** 17.80 aA 34.33 bB 16.50 bB 3.58 aA 89.00 bAB
新陆早 33
Xinluzao 33
14.1℃ Y=84.89/(1+52.16e–0.15t) 0.9665** 17.70 aA 35.48 aA 17.73 aA 3.15 bB 84.88 cB
Y: 纤维素含量; t: 铃龄; t1、t2: 快速累积期起始时间、终止时间; T: 快速累积持续时间; Vmax: 最大累积速率; Wm: 最大理论量。
**表示在P=0.01水平显著; 不同的大、小写字母分别表示在 0.01和 0.05水平差异显著。
Y: cellulose content; t: days post anthesis; t1, t2: starting and terminating date of fleet accumulation period; T: duration of fleet accumu-
lating; Vmax: maximal speed of accumulating; Wm: maximal theoretical value. ** Significant at the 0.01 probability level. Values followed by a
different capital and small letter within the same column significantly different at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

表 5 不同夜温下棉花纤维比强度的变化
Table 5 Changes of fiber strength under different nighttime
temperatures
年份
Year
处理
Treat.
新陆早 13
Xinluzao 13
新陆早 33
Xinluzao 33
18.2℃ 31.43±1.21 aAB 33.70±0.57 aA
14.8℃ 31.63±0.15 aA 33.10±0.00 bA
2009
12.9℃ 29.40±0.00 bB 31.40±0.30 cB
18.6℃ 28.55±0.07 aA 32.10±0.42 aA
15.1℃ 27.95±0.21 aA 31.80±0.00 aA
2010
14.1℃ 28.55±0.21 aA 32.45±0.07 aA
不同的大、小写字母分别表示在 0.01和 0.05水平差异显著。
Values followed by a different capital and small letter within
the same column significantly different at the 0.01 and 0.05 prob-
ability levels, respectively.
3 讨论
3.1 夜间增温对棉花纤维比强度的影响
棉纤维中可溶性糖含量的高低是影响品质的重
要因素 [29], 日最低气温越高, 越有利于纤维中可溶
性糖的转化[30]。本试验研究表明, 夜间增温对纤维
中可溶性糖的最大理论含量无明显影响, 即棉纤维
发育初期, 由铃壳-棉籽运输到纤维中[31]的可溶性糖
含量维持在同一水平。然而, 随着夜间温度升高, 棉
纤维中的可溶性糖提前进入快速转化期, 以此延长
快速转化期的持续时间, 使可溶性糖平缓、彻底转
化, 利于高强纤维的形成。2010年试验结果表明, 不
同处理间棉纤维中可溶性糖含量在铃龄 29 d后无明
显差异(图 4), 并在铃龄 35 d左右结束快速转化期(表
3), 最终纤维比强度也无显著差异, 这可能是因为
可溶性糖快速转化期的夜间最低温度大于纤维发育
的基础温度 15.0℃ (图 1), 其中 78.9%的可溶性糖在
此期间被转化 , 为纤维素沉积提供了充足的物质
基础 , 虽然快速转化期之后的夜间最低温度低于
15.0 , ℃ 但最终纤维中的糖含量对纤维比强度形成
的影响较小。2009 年试验结果表明, 当夜间最低温
度降至 12.9℃时, 可溶性糖转化速率减慢, 致使铃
龄 29 d的糖含量较夜间最低温度为 14.8℃时显著增
加, 较低的夜温可能阻碍了纤维素合成, 影响了纤
维比强度的形成。前人研究表明, 棉花生长发育后
期的日最低温度是影响纤维比强度的首要因子[12-13],
因此, 从本试验结果推测, 棉纤维中可溶性糖快速
转化期的夜间最低温度是决定最终纤维中可溶性糖
含量的重要因素, 当可溶性糖快速转化期的夜间最
低温度≥15.0℃时 , 可溶性糖转化彻底 , 最终含量
对纤维比强度影响较小; 夜间最低温度≤15.0℃时,
可溶性糖快速转化期的起始时间推迟, 可溶性糖转
化受阻, 影响纤维素合成, 不利于纤维比强度的提高。
高强纤维的形成以纤维素平缓累积为基础, 低
温使纤维素沉积特性发生改变, 并最终影响纤维比
强度[14]。2010 年试验结果表明, 夜间温度升高使纤
维素快速累积期的起始及终止时间均明显提前, 显
著增加了纤维素含量, 但并未延长快速累积持续时
间, 最大累积速率也无明显差异; 最终纤维比强度
虽表现一定的增长趋势 , 但均未达到显著水平。
2009 年试验结果表明, 当夜间最低温度降至 12.9℃
时纤维比强度较 14.8℃时明显降低。纤维比强度的
差异主要由纤维素最大累积速率和快速累积持续期
决定, 快速累积持续期长则有利于高强纤维形成[32]。
本研究条件下, 在棉纤维中纤维素快速转化期(铃龄
0~36 d), 大于 15.0℃的夜间最低温度对最终纤维比
强度无显著影响, 这可能是纤维素最大累积速率和
快速累积持续期未发生显著变化所致, 而当夜间最
146 作 物 学 报 第 38卷

低温度降至 15.0℃以下时 , 棉纤维不能正常发育 ,
不利于纤维比强度的提高[14]。前人研究表明, 棉纤
维发育过程中纤维素沉积与超分子动态变化模式的
配合性较好, 能充分利用全铃期沉积的纤维素并形
成高强纤维结构 [32], 当纤维素沉积基本结束时, 取
向参数对纤维强力的影响较大, 这也是棉纤维发育后
期随温度降低纤维强力降低的重要原因之一[33-34]。本
试验条件下, 纤维素快速累积期结束后(铃龄 36 d左
右)的夜间最低温度(图 1)低于次生壁加厚 15℃的下
限温度, 对照与两个夜间增温处理之间的纤维比强
度无显著差异。这是否是夜间增温对纤维发育后期
的超分子结构产生影响, 进而影响纤维比强度, 还
有待进一步研究。
3.2 夜间增温对棉花皮棉产量的影响
全球气候变暖整体上对棉花生产非常有利, 主
要表现在棉花提前进入营养生长阶段、生殖生长阶
段和全生育期延长, 开花期和吐絮期明显提前, 从
而有利于提高气候生态资源利用效率和干物质积
累 [22-24]。本研究表明, 夜间最低温度升高缩短了棉
铃铃期, 这与Gipson等[35]研究结果一致。结合单铃
纤维重的累积过程分析认为, 棉铃发育期夜间最低
温度≥14.1℃时, 夜间增温使棉铃发育速度加快、铃
期缩短, 单铃纤维重提前进入快速累积期, 尤其是
快速累积的终止时间提前, 但是夜间温度的增加并
没有延长快速累积持续时间, 最大累积速率表现出
一定的增加趋势但其差异较小。另外, 当单铃纤维
重快速累积期结束后的夜间温度低于 15℃时, 纤维
干物质累积趋于停止。由此可推测, 夜温升高使单
铃皮棉产量增加的主要原因是纤维干物质进入快速
累积起始时间提早, 使棉铃生长期热量资源得到较
大补偿, 气候生态适应性更佳[22]。
4 结论
棉花生育后期夜间增温可使单铃皮棉产量增加,
其原因是夜间增温促使棉铃发育速度加快, 单铃纤
维重提前进入快速累积期、纤维干物质累积量多。
棉纤维中可溶性糖快速转化期的夜间最低温度是影
响最终纤维中可溶性糖含量的重要因子。夜间增温
对棉纤维比强度的影响通过影响纤维素累积特性来
实现, 受控于快速累积期终止之前的夜间最低温度,
其次是棉纤维发育期的夜间最低温度。
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