全 文 ：第26卷 第4期 作　物　学　报 V ol. 26, N o. 4
2000 年7月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA July, 2000
研究
简报 北疆超高产棉花 (皮棉2000 kgö hm
2)生理特性研究X
李少昆XX　张旺锋　马富裕　王克如　慕自新
(石河子大学新疆作物高产研究中心, 新疆石河子, 832003)
A Study on Physiolog ica l Character istics of Super H igh-Y ield (L in t 2000
kg ö hm 2) Cotton in North Xin jiang
L I Shao2Kun3 3 　 ZHAN G W ang2Feng　M A Fu2Yu　WAN G Ke2R u　M U Zi2X in
(R esearch Center of X inj iang C rop H igh2Y ield , S h ihez i U niversity , S h ihez i 832003)
新疆地处欧亚大陆腹地, 光照充足, 雨量稀少, 灌溉植棉, 为全国最大的商品棉生产基
地。近年, 生产中出现了皮棉产量2250 kg ö hm 2 (北疆棉区) 和3000 kg ö hm 2 (南疆棉区) 的全国
高产纪录, 但高产的理论研究很少。本文报道北疆棉区2000 kg ö hm 2皮棉产量的一些生理特
征。
1　材料和方法
试验于1996～ 1997年在北疆宜棉区农六师新湖农场试验站等 (45°N , 86°E) 高产田进行。
测试棉田皮棉均达到2000 kg ö hm 2, 其中经农六师科委抽测验收的条田产量及其结构见表1。
表1　　高产棉田皮棉产量及产量构成验收结果
Table 1　　Cotton yield and its component of h igh yield in North Xinjiang
试验点3
Experim ental
spo t
品种
V arieties
面积
A rea
(hm 2)
皮棉产量
L int yield
(kg ö hm 2)
株数
P lant No. of
104 p lantsö hm 2
株铃数
BollNo. of
per p lant
铃重 (g)
Boll
w eigh t
衣分 (% )
L int
percentage
(1) 系550 Xi 550 2. 0 2085. 2 15. 08 6. 29 5. 5 40. 0
(2) 新陆早4号 Xinluzao4 1. 3 2122. 7 21. 21 4. 90 5. 3 36. 0
(3) 新陆早4号 Xinluzao4 2. 4 2131. 5 17. 80 6. 30 5. 4 35. 0
(4) 系550 Xi 550 6. 0 2257. 2 12. 12 9. 74 5. 7 38. 0
　　3 (1) 96年新湖农场实验站1连9号西; (2) 96年106团4连227号中;
(3) 96年新湖农场一分场6连3- 5号; (4) 97年新湖农场一分场6连8- 2号。
测定项目: 单叶净光合速率 (P n )、蒸腾速率 (T r )、暗呼吸速率 (R )、群体光合速率
(CA P )、光量子通量密度 (P FD )、叶温 (T L )、气温 (T a)、空气相对湿度 (R H ) 和CO 2浓度。用
BAU 光合系统在田间自然条件下测定, 叶位为主茎最上部展开叶, 时间为晴天光合最旺盛的
X
XX 第一作者现工作单位为中国农业科学院作物育种栽培研究所
收稿日期: 1998205225, 接受日期: 1999203230
本文得到国家自然科学基金项目 (39760040)资助。

12～ 13时 (北京时, 以下同) , 重复3～ 5次。
日光合量以∑P n = 1 ö 2∑
i- 1
i+ 1
(P i + P i+ 1) ı ti 计算, 其中∑P n 为日累积光合量值; P i 和
P i+ 1 分别为第 i 次和第 i + 1 次实测净光合速率值; ti 为第 P i 次和 P i+ 1 次观测间隔时间 (h) ; n
为测定次数。累积呼吸消耗量∑R 用同样方法计算。
午休严重程度用[Pm ax ı t - P n ( t) ] ö (Pm ax ı t) × 100% 计算, 式中 Pm ax 为最大光合速率;
t 为午休前后光合速率两峰值之间的时间; P n ( t) 为两峰值之间光合速率的积分值。
2　结果与讨论
2. 1　高产棉单叶光合特性与冠层环境因素的昼夜变化
2. 1. 1　净光合速率 (P n) 的昼夜变化　　花铃期 (1996年8月28～ 29日) 在试点 (1) 高产田对系
550叶片光合特性及冠层顶部环境因素做24h 连续观测, 同时以相邻管理措施不能及时到位、
长势弱的普通棉田 (估产1155 kg ö hm 2)为对照, 结果列于图1。
图1　　北疆高产棉花棉叶光合、呼吸和蒸腾作用及环境因子的昼夜变化
F ig. 1　　D iurnal variation of photosynthesis( P n ) , resp iration ( R ) , ransp iration ( T r ) of co tton leaf and
m eteoro logical factors in North Xinjiang
9054期　　　　　　　李少昆等: 北疆超高产棉花 (皮棉2000 kg ö hm 2)生理特性研究　　　　　　　　　　

由此可见: 北疆高产棉田净光合从清晨7: 30左右开始, 至约21时结束, 历时约13. 5h, 早
晚比CK 延长20分钟左右。日间CK 棉叶光合日变化呈双峰曲线, 上午12: 40和下午17: 30左
右各有一个高峰, 且第1峰值为29. 80 m gCO 2dm - 2h - 1, 比第2峰高19. 5%。16: 50左右出现低
谷, 其值较第一峰值低29. 5% , 午休持续近4h, 严重程度为9. 3%。高产棉田第二峰不明显,
在上午12: 40 (P n 为42. 23 m gCO 2dm - 2h - 1)至13: 40 (42. 13 m gCO 2dm - 2h - 1) 达最高值, 此时冠
层顶部 P FD 为1427～ 1441 LEm - 2 s- 1, 达一天最高值, CO 2浓度289 LL ö L 达最低, 相对湿度
33. 2%～ 42. 4% , 叶面温度36. 8～ 38. 6℃。
夜间, 高产棉田呼吸速率最大值 (Rm ax ) 为 4. 33 m gCO 2dm - 2 h - 1, 平均为 3. 00
m gCO 2dm - 2h - 1, 分别比CK 低22. 0% 和17. 6%。Rm ax 出现在傍晚21: 20左右, 可能与此时温
度较高有关。
高产棉田日均 P n 为27. 78 m gCO 2dm - 2h - 1, 日光合量 (∑P n) 为375. 03 m gCO 2dm - 2d- 1,
分别高出CK49. 8% 和46. 1% ; 夜间呼吸消耗量 (∑R ) 为31. 45 m gCO 2dm - 2d- 1, 略低于 CK
(39. 70 m gCO 2dm - 2d- 1) ; ∑P n- ∑R 值为343. 58 m gCO 2dm - 2d- 1, 比 CK 高58. 4% ; 夜间
呼吸消耗占白天总光合的8. 4% , 低于 CK (15. 5% ) , 也低于内地棉区12%～ 20% 的报道结
果。高产棉的光合特性表现与其产量结果是一致的。
2. 1. 2　蒸腾作用的昼夜变化　　清晨, 蒸腾速率 (T r) 很低, 9: 00后开始缓慢增加, 10: 00左
右才急速上升, 如高产棉田9: 40左右 T r 为0. 55 gH 2O dm - 2 h - 1, 至10: 10就上升到1. 16
gH 2O dm - 2h - 1。CK 也相应从0. 29上升到0. 94gH 2O dm - 2h - 1。T r 快速上升的时间滞后于 P n 约
1. 5h。T r 最大值出现在16: 00～ 17: 00时, 与温度达一天最大值和湿度最小值的时间相应。比
P n 最大值出现的时间晚3～ 4h。18时后 T r 迅速下降, 20: 30～ 21: 00降至极弱, 与光合下降时
间基本一致。夜间叶片气孔基本关闭, 水气只能通过叶片表面角质层蒸腾, 这时冠层叶片的
T r 一般为0～ 150 m gH 2O dm - 2h - 1。回归分析, T r 与叶温 (T L ) 和相对湿度 (R H % ) 呈极显著相
关, 其中 T r 与 T L 相关系数 r= 0. 880, P< 0. 01; T r 与R H r= - 0. 746, P< 0. 01。
高产棉最大 T r 为3. 03 gH 2O dm - 2h - 1, 日蒸腾量 (∑T r) 为19. 59gH 2O dm - 2h - 1, 分别比
CK 高32. 1% 和22. 0%。但由于高产棉单叶 P n 高, 因此其日平均水分利用效率 (P n ö T r) (CO 2 ö
H 2O ) 为19. 14 m g ö g, 比CK (15. 98 m g ö g) 高出19. 8%。说明高产棉田不仅需水量高, 而且水
分利用效率也高。这点在水分不足植棉主要限制因素的新疆棉区极为重要。
2. 1. 3　CO 2浓度昼夜变化　　白天冠层顶部 CO 2浓度明显低于夜间, 且波动幅度也小于夜
间。12: 40～ 14: 20光合最强时CO 2降低至日间最低程度 (289 LL ö L )。夜间23时左右, CO 2聚集
高达560 LL ö L , 这可能与21: 00～ 23: 00温度较高, 群体呼吸旺盛和近地面大气逆温层存在使
得CO 2不利于向上扩散有关。
2. 1. 4　叶温的昼夜变化　　一日内冠层顶部叶片叶温最高出现在16: 50左右, 高达41. 0℃,
最低在早晨7: 40左右, 为17. 0℃, 昼夜绝对温差高达24℃。一日内棉叶 P n 由最高的12: 40到
最低的16: 50, 下降29. 5% , 环境因素中 P FD 变化不大, 但叶温由36. 8℃升高到41. 0℃。如
此高的温度不仅超出了光合最适温, 也超出了呼吸最适温, 可能是北疆棉区光合午休及P n 下
午低于上午的主要原因。
2. 2　高产棉田群体光合的日变化
高产棉田 (试点4) CA P 呈单峰曲线, 未出现“午休现象”。峰值出现在14: 00 (盛蕾期)～
015　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　　 　　　　　　　　26卷

15: 00 ( 盛铃期 ) 时。盛蕾期峰值出现的早 , 但峰值低、平坦 ; 花铃期峰值高 , 可达 4. 05
　● 盛蕾期: Y = 0. 8213+ 0. 8235X - 0. 0537X 2,
r= 0. 9973 3
　○ 盛铃期: Y = 0. 9519+ 1. 1610X - 0. 0734X 2,
r= 0. 9973 3
图2　　高产棉田群体光合速率 (CA P )的日变化
F ig. 2　　The diurnal variation of canopy
apperent photosynthetic rate in
h igh2yield co tton
gCO 2m - 2h - 1 (图2)。
2. 3　高产棉田群体内光辐射量 (PFD ) 和 CO 2浓度分
布特点
花铃期4块高产棉田平均在冠层顶部、群体2 ö 3
高、1 ö 2高和基部 P FD 百分比分别为100%、35. 2%、
11. 0% 和7. 1% ; CO 2浓度为299. 9、303. 9、311. 9和
315. 2 LL ö L。基部 P FD 百分比7. 1% , 一般天气状况
下均处于光补偿点之上, 高于江苏棉区高产棉2% 临
界光强指标 (陈德华等, 1995)。在所测高产田中, 106
团 4 连 228 条田四个部位 P FD % 分别为 100. 0%、
68. 3%、19. 0% 和13. 2% , 群体内光强下降缓慢, 通
风透光条件好, 吐絮较早, 光分布可能更为理想。冠
层垂直方向上 CO 2最低值出现高度在2 ö 3株高和冠层
顶部, 与功能叶主要分布的位置是一致的。CO 2浓度
落差平均为15. 4 LL ö L , 不同条田变幅为7. 2～ 31. 0
LL ö L。
2. 4　高产棉田群体内不同节位叶光合特性的变化
盛蕾期 (6月26日)植株尚未打项, 主茎各叶位叶片 P n 以倒5叶最大, 呈单峰曲线。打顶
图3　　北疆高产棉花不同叶位的光合速率
F ig. 3　　The change photosynthetic rate on
different leaf postions in North Xinjiang
后, 花铃期 (8月10日和8月31日) 则以最
上展叶 P n 最高, 随叶位降低 P n 依次递
减。8月31日3块高产田 P n 平均在群体内
部自然遮荫状态下各叶位叶片 P n 平均为
直射阳光下的61. 3% , 从冠顶向下一般
第5片叶光合就很弱, 虽然这些叶片仍是
绿色存活叶片。因此, 在生产中, 对于后
期荫敝棉田, 为增加冠层通风透光, 可脱
去主茎倒4节位以下的老叶 (图3)。
　　花铃初期 (1997年7月25日, 试点4)
冠层上 (9～ 12节位)、中 (5～ 8节位) 和下
(基部1～ 4节位) 层 CA P 分别为1. 57、1.
37和0. 24 gCO 2m - 2h - 1, 相应占群体总光
合量的49. 4%、43. 2% 和7. 4%。此外,
土壤呼吸释放 CO 2对 CA P 的贡献为27.
5%。
2. 5　高产棉田的叶面积载荷量和光合产
物在各器官的分配
106团4连227西 (品系822)、227中 (新陆早4号) 和228 (系550) 三块高产棉田叶面积载荷量
分别为95. 5、93. 3、70. 2个铃ı m - 2叶和0. 6012、0. 5343和0. 4796 kg 生殖器官ı m - 2叶, 明显
1154期　　　　　　　李少昆等: 北疆超高产棉花 (皮棉2000 kg ö hm 2)生理特性研究　　　　　　　　　　

高于江苏高产棉32个铃ı m - 2叶的指标 (陈德华等, 1996)。此外, 北疆2000 kg 皮棉 ö hm 2高产
棉成熟时干物质分配比例大致为叶片9%～ 14% , 茎16%～ 19% , 根6%～ 8% , 生殖器官62%
～ 66% , 非绿叶系统干重 ö 绿叶系统干重 (C ö F) 6. 5～ 9. 1。与四川棉区高产棉生殖器官占总生
物产量为55. 9%～ 59. 0% 和C ö F5. 2～ 6. 5的结果 (李大跃等1991) 相比也明显高出, 这均表明
北疆高产棉不仅积累于生殖器官的比例高, 而且绿叶面积的光合能力强。
2. 6　高产棉成铃的空间分布
北疆高产棉成铃主要分布在第1～ 11台果枝的第1和2果节, 其中第1至11台果枝成铃占总
成铃的比例分别为11. 7%、13. 9%、13. 9%、10. 8%、6. 8%、8. 8%、8. 8%、11. 7%、7. 8%、
3. 9% 和2. 0% , 第1果节占87. 3% , 第2果节为12. 7%。而河南高产棉的主要成铃在1～ 18果枝
的1～ 4果节, 其中各台果枝成铃占总成铃的比例依次为7. 5%、7. 2%、7. 9%、8. 2%、7. 3%、
7. 0%、5. 3%、5. 5%、5. 3%、5. 0%、4. 5%、5. 2%、5. 5%、4. 2%、4. 4%、4. 3%、2. 7% 和
2. 9% , 第1～ 4果节分别为47. 9%、30. 6%、15. 7% 和5. 8% (谈春松, 1993)。由此可见, 北疆
高产棉成铃主要集中在低台位果枝的内围果节, 从而能利用有限的棉花生长季节, 充分利用
热量条件较佳的优质铃开花期, 通过增加密度, 夺取高产和优质。
由上可见, 北疆高产棉花不仅叶片日光合时间长、效率高, 夜间呼吸消耗量低, 而且生
育中后期多次测定均未出现单叶光饱和现象, 加之日照时数长, 这些均有利于干物质的积
累。近年又推广了新陆早4号、系550和822等铃重在5. 3g 以上且结铃性强的大库品种 (系) 和
采取了增大密度、争取内围成铃率高的栽培技术, 从而达到了强源、大库、流畅的特点, 成为
北疆棉区获取高产的重要生理基础。
215　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　　 　　　　　　　　26卷