优化冠层光合能力提升小麦后直播棉的库源比与产量

为解决小麦后直播棉种植系统中高密度条件下光合产物分配与产量形成的矛盾，研究人员通过设置5种密度梯度（7.5-16.5 plants m?2），系统研究了冠层光合特性与同化物分配规律。结果表明，12 plants m?2处理通过优化LAI（4.47-4.8）和CAP（冠层表观光合速率），显著提高生殖器官13C分配比例（达峰值34.2%），最终实现最高产量（4910.8 kg ha?1），为长江流域麦后直播棉高产栽培提供理论依据。

　　

长江流域作为中国三大棉区之一，长期面临传统移栽棉劳动强度大、生产成本高的困境。随着农村劳动力向城市转移，轻简化栽培的小麦后直播棉种植模式逐渐兴起。然而，这种模式下棉花生育期缩短，如何通过密度调控协调群体与个体的矛盾成为关键科学问题。尤其在高密度条件下，冠层光合效率下降、同化物分配失衡常导致产量降低，但具体机制尚不明确。

扬州大学的研究团队以中棉所425为材料，在2020-2021年设置了7.5、9.75、12、14.25和16.5 plants m^?2五个密度梯度，通过测定叶面积指数(LAI)、SPAD值（叶绿素相对含量）、冠层表观光合速率(CAP)等光合参数，结合¹³C同位素标记技术和Logistic生长模型，系统解析了密度对库源关系的影响机制。研究采用封闭式光合测定室进行群体光合测定，并运用贝塔方程拟合干物质积累动态，通过通径分析量化了各生理指标对产量的贡献。

3.1 产量与构成因素
密度升高使单株铃重降低4.54g→5.52g，但12 plants m^?2处理的群体总铃数达92.27×10⁴ ha^?1，补偿了单株减产效应。该处理两年平均籽棉产量达4290.4 kg ha^?1，较最低密度增产33.1%。

3.2 库源关系
在吐絮期，12 plants m^?2的铃叶比(BLLA)达20.89 g m^?2，显著高于其他处理。Logistic模型显示其生殖器官快速积累期速率(Vt)达195.05 kg ha^?1 d^?1，较7.5 plants m^?2提高26.3%。¹³C标记证实该处理生殖器官同位素分配比例提升9.1-34.2%。

3.3 冠层光合性能
虽然16.5 plants m^?2的LAI最高（6.15），但其CAP在吐絮期反降低18.8%。12 plants m^?2通过维持功能叶净光合速率(38.15 μmol CO₂ m^?2 s^?1)和适宜叶面积，使群体CAP峰值达8.30 μmol CO₂ s^?1 m^?2。

3.4 生理机制解析
通径分析揭示CAP对库源比的正向直接效应(0.693)，而LAI(-0.924)和SPAD(-0.235)呈负效应。这表明适度群体光合能力可打破"源大库小"的瓶颈。

该研究首次阐明小麦后直播棉高产群体的光合调控规律，提出"最适LAI阈值(4.47-4.8)+CAP最大化"的密度调控策略。相较于传统研究聚焦单叶光合，该工作从群体-个体互作层面揭示了冠层光能利用与同化物分配的协同机制，为长江流域麦后棉轻简栽培提供了可量化的农艺参数。特别是发现12 plants m^?2密度能使生殖器官获得更多¹³C标记的光合产物（较最低密度提高34.2%），这一发现为高密度种植下的产量形成理论提供了直接证据。研究成果发表于《Industrial Crops and Products》，对发展资源高效型棉作系统具有重要实践价值。