粤西蔗区无人机喷施甘蔗增糖剂应用研究

陈迪文，周文灵*，敖俊华，喻建刚，罗青文，江 永，李奇伟

0 引言

广东粤西蔗区是我国第3大甘蔗产区，但近年来粤西蔗区甘蔗糖分相比广西和云南蔗区均偏低，近2年广东蔗区产糖率不及10%，而广西和云南产糖率均达12%以上。甘蔗产业的从业科技人员在多个方面努力尝试不同办法来提高糖分，取得的效果均有限[1-3]。针对低糖问题，国内科研人员尝试通过化学制剂来调控甘蔗糖分，如美国、巴西和古巴等国家从20世纪50年代开始研究甘蔗增糖剂(或催熟剂)的应用并且取得了良好效果。在各种不同类型增糖剂或催熟剂中应用研究最多的化学制剂是乙烯利[4-5]，它作为一种水果常用催熟剂而广泛应用于农业生产中[6-7]，在甘蔗上也可以通过促进甘蔗提早成熟来提高早期糖分[4,8]。另外还有研究应用较多的是草甘膦(增甘磷)[9-10]，它是一种除草剂的主要成分或者类似的化合物，在甘蔗成熟期喷施一定的浓度可以使甘蔗停止生长而转为糖分累积[10-11]。其他制剂如植物生长激素类、养分元素类及氨基酸等[12-14]。在喷施工具及方式方面，人工难以喷施生长后期的甘蔗植株，以前有利用轻型飞机进行大面积喷洒的应用报道[15]，但是由于飞行管控和操作专业程度高，以及对于地势地貌要求高等各方面原因难以推广应用[16-17]。如今随着农用无人机的推广应用，让甘蔗增糖剂应用变得简单[18]。本研究选择了3种自主研制的甘蔗增糖剂通过无人机喷施在广东粤西蔗区开展了其对甘蔗糖分的影响研究，为无人机喷施甘蔗增糖剂研究和应用提供参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 供试甘蔗品种与增糖剂

供试品种：粤糖 61号(粤糖 03-373)和粤甘 50号(粤糖08-776)，前者为早熟品种，糖分相对较高，后者为晚熟品种，糖分中等相对偏低。

供试增糖剂：自主研制的增糖剂1、增糖剂2、增糖剂3(主要成分包含海藻提取物、氨基酸、十六烷基三甲基溴化铵等)、40%乙烯利、30%草甘膦异丙胺盐，均为水剂。

1.2 试验设置

试验设计采用随机区组设计，3次重复。试验共设6个处理：清水对照，增糖剂1(每公顷用量1.5 L加水配置成22.5 L)，增糖剂2(每公顷用量1.5 L加水配置成22.5 L)，增糖剂3(每公顷用量1.5 L加水配置成22.5 L)，乙烯利(每公顷用量0.75 L加水配置成22.5 L)和草甘膦(每公顷用量0.6 L加水配置成 22.5 L)。

田间种植试验地设在广东湛江市遂溪县洋青镇。试验田行长20 m，行距1.2 m，5行区，每小区面积120 m2。小区之间间隔6行为保护行，减少喷雾漂移的影响。其中粤甘50号为第3年宿根，粤糖61号为第2年宿根。2018年11月1日开始进行增糖剂喷施处理。所用无人机型号为大疆 MG1S，设定每公顷用量22.5 L，距离叶片顶部高度1 m，喷头流量0.8 L/min，采用手动模式飞行。

1.3 检测项目与分析方法

在喷施后20、40及60天后分别对甘蔗进行取样进行糖分检测，每个小区随机砍收8条甘蔗作为一个样本混合榨汁分析糖分相关参数，糖分检测送广东省生物工程研究所(广州甘蔗糖业研究所)湛江甘蔗研究中心糖分检测实验室进行，采用一次旋光法检测。收获前对甘蔗进行株高、茎径测量，每个小区随机测量 30株，并对产量进行估算，估产(t/hm2)=0.785×(株高-30)×茎径2×3500(统一有效茎数)×15/106；根据糖分和估产计算单位面积甘蔗含糖量，单位面积甘蔗含糖量(t/hm2)=甘蔗糖分(%)×单位面积甘蔗估产(t/hm2)。

数据采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0进行统计分析，差异显著性采用LSD法方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同增糖剂对甘蔗农艺性状及产量的影响

根据表1所示的结果可以看出，与清水对照相比，各处理对2个甘蔗品种的株高和茎径均没有显著影响，因此各处理的估产结果均没有显著差异。结果表明喷施各种增糖剂处理对甘蔗农艺性状和产量无显著影响。

2.2 不同增糖剂处理后粤糖61号甘蔗糖分参数的变化情况分析

从甘蔗糖分检测结果(表2)可以看出，在喷施不同增糖剂处理后对粤糖 61号的蔗糖分产生了不同程度的影响，在喷施不同时间后也存在不同的效果。

在喷施20天后，增糖剂2、增糖剂3及草甘膦处理的蔗糖分显著高于清水对照，增糖剂2和增糖剂3处理的蔗汁锤度显著高于清水对照，同时，所有增糖剂处理的还原糖分均显著低于清水对照处理。视纯度和重力纯度在各个处理间均无显著差异。

在喷施40天后，增糖剂3处理的蔗糖分显著高于清水对照，增糖剂2和增糖剂3处理的蔗汁锤度显著高于清水对照，同时，所有增糖剂处理的还原糖分均显著低于清水对照处理。视纯度和重力纯度在各个处理间均无显著差异。

表1 不同增糖剂处理下的甘蔗农艺性状及产量表现

表2 不同增糖剂处理后粤糖61号糖分参数的变化情况

而在喷施60天后，所有增糖剂处理的各个糖分参数均和清水对照无显著差异。

以上结果表明，增糖剂2和增糖剂3对粤糖61号的蔗糖分提升作用比较明显，同时有利于降低还原糖分，其中增糖剂3效果最好，且持续时间最长。

2.3 不同增糖剂处理后粤甘50号甘蔗糖分参数的变化情况分析

从甘蔗糖分检测结果(表 3)可以看出，与粤糖61号类似，在喷施不同增糖剂处理后对甘蔗品种粤甘50号的蔗糖分均产生了一定的提升作用，且在喷施不同时间后也存在不同的效果。

在喷施20天后，所有5个增糖剂处理的蔗糖分均显著高于清水对照，其中增糖剂3最高；同样地，所有增糖剂处理的蔗汁锤度均显著高于清水对照，其中增糖剂3最高；同时，所有增糖剂处理的还原糖分均显著低于清水对照处理；另外，增糖剂3处理的视纯度和重力纯度均显著高于清水对照处理。

在喷施40天后，增糖剂1、增糖剂2、增糖剂3和乙烯利处理的蔗糖分均显著高于清水对照，其中增糖剂3最高；同时这4个处理的蔗汁锤度也均显著高于清水对照，其中增糖剂3最高；所有增糖剂处理的还原糖分均显著低于清水对照处理。视纯度和重力纯度在各个处理间均无显著差异。

在喷施60天后，增糖剂3处理的蔗糖分显著高于清水对照，其他参数在各处理之间均无显著差异。

以上结果表明，所有增糖剂处理对粤甘50号的蔗糖分均具有提升作用，同时有利于降低还原糖分，

其中增糖剂3的蔗糖分提升幅度最大，且持续时间最长，草甘膦的持续时间最短。

2.4 不同增糖剂处理后甘蔗糖分变化幅度分析

表3 不同增糖剂处理后粤甘50号糖分参数的变化情况

根据不同增糖剂处理与清水对照处理的蔗糖分百分比绝对值差值比较结果(表4)可以看出，各增糖剂处理在喷施处理后不同时间段的蔗糖分比对照提升幅度不同，其中除草甘膦外各个处理在喷施后40天时的糖分增幅最大，到60天时糖分的提升幅度有所减小，但各个处理之间存在差异，其中增糖剂 2和增糖剂3处理的2个品种甘蔗在60天时还能保持较高的增幅，其他处理的增幅则下降较多，粤糖61号的草甘膦处理甚至出现负值，说明糖分比对照还低。综合2个品种平均值来看，增糖剂3处理的糖分比对照增幅在20～60天均是最高且超过0.5个百分点，其次是增糖剂2处理效果较好。

表4 不同增糖剂处理不同时间后的甘蔗糖分比对照提升幅度

2.5 不同增糖剂处理后单位面积含糖量分析

根据不同时间段的糖分含量估算的单位面积甘蔗含糖量结果(表 5)可以看出，随着喷施后天数增加，甘蔗含糖量逐渐增加，不同处理之间增加幅度不同。对于2个品种各个增糖剂中均以增糖剂3处理的含糖量在不同时间为最高。其中，粤糖61号在喷施增糖剂3后20、40和60天的含糖量分别比对照增加1.19、1.37和1.23 t/hm2，粤甘50号在喷施增糖剂3后20、40和60天的含糖量分别比对照增加0.97、1.14和0.86 t/hm2，但差异性均不显著。

表5 不同增糖剂处理不同时间后单位面积甘蔗含糖量

3 讨论与结论

国内在20世纪80年代开始大量关于增糖剂在甘蔗上的应用研究[11,19-20]。乙烯利和草甘膦在国内外的研究和应用都比较多，因此，在本研究中用于和自行研制的增糖剂进行比较。本研究结果表明，对于2个甘蔗品种，喷施乙烯利40天和喷施草甘膦后20天的蔗糖分比对照均能提高0.5个百分点绝对值(表4)，说明二者均有一定的提升糖分效果，而自行研制的增糖剂2和增糖剂3对糖分提高的幅度更大，效果更好。在增糖剂对于糖分提升的时效性方面，草甘膦起效快但持久性差，其喷施后20天比对照提高幅度相对于40天和60天最高，粤糖61号喷施草甘膦后60天的糖分甚至低于对照处理，其他增糖剂处理到喷施后60天也表现出提升幅度下降，但增糖剂2和增糖剂3的提升幅度仍高于乙烯利处理。因此说明，一方面，增糖剂2和增糖剂3具有良好的增糖效果同时也具有良好的时效性；另一方面，无论何种增糖剂在喷施后具有一定的时效性，不同增糖剂的时效性有差异，一般在20～60天内，时间太长的增糖效果会降低甚至完全消除，建议根据甘蔗的收获时间提前一个月或45天进行喷施。

不同增糖剂对于甘蔗糖分提升的作用机理是不同的，比如草甘膦铵盐一类的增糖剂作用机制为通过抑制甘蔗生长从而促进成熟[21]，在成熟早期施用会对产量具有一定的负面影响，施用浓度过高会导致叶片枯死，有些甚至会影响宿根，在美国甘蔗生产上，为了避免风险其要求仅用于宿根最后一年的甘蔗。乙烯利是一种植物生长调节剂，在一定条件下不仅自身可以释放乙烯，而且可以诱导植物自身产生乙烯来促进作物成熟。本研究中自行研制的增糖剂均是通过一些植物营养元素和生长调节物质等组合，试验中对农艺性状和产量估算的结果也表明，所有处理对甘蔗株高、茎径和产量均没有产生显著影响，自行研制的3个增糖剂在这一方面是可以放心使用的。至于其对甘蔗糖分提升的作用机制，则还需进一步的研究进行深入探讨。

生产上的甘蔗品种非常多，品种本身有不同的熟期和糖分高低，增糖剂对于不同的品种可能产生不同的效果，或者说增糖剂对于有些品种没有效果，对于有些品种则效果很好。本研究根据当地已有的材料从熟期方面选择一个早熟的和一个晚熟的，从糖分高低方面选择了一个高糖和一个相对低一点的。实验结果表明，增糖剂对于2个品种都有一定的效果。至于对其他甘蔗品种效果如何则还需要更多的试验进行测试才能得出结论。另外，不同年份、土壤以及栽培措施对于甘蔗糖分都会有影响，本试验当年气候和雨水条件较好，甘蔗普遍高产高糖，往年糖分较低的粤甘50号的整体糖分也高于往年，跟高糖品种粤糖61号比相差不多，这也可能对试验结果产生一定影响，因此还需要进一步结合不同条件开展更多的研究试验才能确定增糖剂的施用效果及其稳定性。

本研究结果表明，在甘蔗工艺成熟早期通过无人机喷施各种增糖剂对粤西蔗区2个品种甘蔗的蔗糖分具有提升作用，其中自主开发的增糖剂3对提高甘蔗糖分的作用最好，且在喷施后40天左右进行收获效果最佳。

4 致谢

感谢沈大春、文明富、潘方胤、梁启如、彭立冲等人在增糖剂无人机喷施及甘蔗糖分检测等方面的大力协助。