广东
近日，山东省农业科学院经济作物研究所董合忠研究组与中国农业大学李召虎团队合作，围绕棉花“一穴双株”种植模式连续在农艺学顶刊Field Crops Research发表两篇研究论文，从地上部冠层调控和地下部根际重组两个层面，系统阐明了双株种植在相同密度下维持棉花产量稳定性的生理生态机制。山东省农业科学院与中国农业大学联合培养博士研究生周静远为两篇论文第一作者。相关研究由山东省农业科学院经济作物研究所、中国农业大学等单位合作完成，董合忠、李召虎、田晓莉等为通讯作者。
一穴双株种植是棉花生产中常见的穴内双苗配置。长期以来，这一模式常被视为机械播种或间苗过程中的“非标准配置”，但其是否影响产量、为何能够稳产缺乏系统解释。研究团队以常规一穴一株为对照，在相同收获密度下开展多年田间试验，发现双株种植并未显著提高或降低籽棉产量，而是够保持与单株种植相当的产量水平。更重要的是，该模式改变了产量形成路径：双株种植显著抑制低效营养枝结铃，使产量更多来源于主茎果枝和果枝铃，从而提高了产量结构的稳定性。第一篇论文（Field Crop Res 2025, 333, 110103）显示，双株种植使营养枝来源铃数降低56.3%，同时使果枝来源产量提高12.9%，总籽棉产量保持稳定；果枝铃纤维长度和强度也优于营养枝铃，有利于改善纤维质量的一致性。从地上部机制方面，揭示了“冠层光环境—激素重构—同化物分配”协同调控营养枝发育的新机制。双株种植改变穴距和株间空间配置，在营养枝发生部位形成更强的遮阴微环境，使光合有效辐射和红光/远红光比值明显下降，进而通过phyB–PIFs–BRC1等光信号通路调节分枝发育。同时，营养枝顶端生长促进型激素IAA和细胞分裂素下降，而ABA和JA升高，导致营养枝生长受到抑制。13C示踪结果进一步表明，双株种植将更多光合同化物分配到果枝及果枝铃，减少了营养枝对同化物的竞争，实现了从“低效营养生长”向“有效生殖生长”的资源再分配。
第二篇论文（Field Crop Res 2026, 345, 110563）进一步回答了双株种植为何能够支撑后期结铃和稳产的问题。研究发现，双株种植并不是通过增加总根量或总生物量来获得产量优势，而是通过地下部空间重组和后期源功能维持来增强产量形成的时间协调性。与一穴一株相比，双株种植促进根系由表层向较深土层分布，20–40 cm土层根长密度、根表面积密度和根体积密度提高约30%–50%；同时伴随根际细菌和真菌群落重组，以及与养分循环和促生作用相关类群的富集。这些地下部变化与棉株后期叶片功能保持密切相关。双株种植在铃期和吐絮期保持较高净光合速率和叶绿素含量，并降低MDA和H2O2等氧化损伤指标；第二次收获棉铃的铃重和籽棉产量贡献显著增加，表现出明显的后期补偿效应。由此认为，双株种植稳产并非源于更高的产量潜力，而是源于地上部“抑制低效库、优化同化物流向”和地下部“根际重组、维持后期源活性”的协同作用。
该系列研究从作物生理生态学角度重新认识了一穴双株种植的农艺学价值：它不是简单的播种误差或异常配置，而是一种在相同密度下调控根冠关系、库源关系和产量形成的种植配置。该研究不仅为棉花高产稳产、轻简化和省工栽培提供了新的技术模式选择，也为解析作物根冠协同、分枝可塑性、源库分配和后期产量补偿建立了新的实验体系。
双株种植的稳产的“地上-地下协同调控”框架
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.fcr.2025.110103
https://doi.org/10.1016/j.fcr.2026.110563
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