甘蔗喷施新型增产增糖剂效果研究

陈荣发，范业赓，丘立杭，周慧文，黄 杏，周忠凤，闫海锋， 翁梦苓，李杨瑞，吴建明*

(1广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所，广西南宁 530007；2农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西南宁 530007；3广西甘蔗遗传改良重点实验室，广西南宁 530007；4中国农业科学院甘蔗研究中心，广西南宁 530007)

0 引言

甘蔗是我国重要的经济作物，在国民经济中占据着重要的地位，蔗糖产业是广西重要的支柱产业，也是拉动广西经济发展的重要产业。化学调控剂已被广泛应用在甘蔗组培苗生产[1-2]、甘蔗试管苗瓶外生根[3-4]、甘蔗种茎浸种[5-6]、促分蘖[7-8]、促节间伸长[9-10]和甘蔗催熟促进糖分积累[11-13]等方面。增产增糖剂是一种通过提高植物光合作用，达到增加产量、糖分与改善其产量品质的一类化学调控物质。应用甘蔗增产增糖剂可增加甘蔗单位面积产糖量[14]，对甘蔗的糖分积累具有明显的增效作用[15-16]，现已在生产上大面积推广应用[17-18]。但国内外大量研究和应用的草甘膦和乙烯利等甘蔗促熟剂都是生长抑制剂，处理时间虽然为甘蔗生长后期，但甘蔗仍有一定程度的生长，施用甘蔗增产增糖剂后株高、单位面积产量仍有增长，但与对照相比，其增长率低于对照，出现轻微的缩尾现象，说明甘蔗增产增糖剂对甘蔗生长有抑制作用[19]。因此，选择合适的甘蔗增糖剂种类进行大面积推广应用，对改善与促进甘蔗产业的和谐发展有着十分重要的意义[20]。

赤霉素(GA)对甘蔗节间伸长具有明显效果，能显著增加甘蔗产量[10]，影响蔗糖合成酶SPS的活性，改善甘蔗的糖合成过程[21]，增加韧皮部蔗糖向贮存组织内的转移，影响糖合成信号，使糖库和糖源之间建立更有利的蔗糖梯度[22]。国内从20世纪60年代开始研究赤霉素在甘蔗上的应用，赤霉素具有促进甘蔗节间伸长、茎径增粗、叶面积加大[23]、甘蔗产量[24-25]增加和提高甘蔗蔗糖分等作用[26-29]。作者所在研究团队经过多年研究，研发了以赤霉素、磷酸二氢钾和硼砂等为主要成分的增产增糖复合型化学药剂(专利号：CN201910031133.8)，通过不同地点的田间试验，结合植保无人机喷施增产增糖剂，通过探讨增产增糖剂对甘蔗蔗糖分及各产量构成因素变化情况，明确其增产增糖的作用效果，以期为实现甘蔗高产高糖栽培技术的大面积推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试甘蔗品种为桂糖42号和柳城05-136。

喷施药剂为自主研发的增产增糖剂，主要成分包含赤霉素、磷酸二氢钾、硼砂等。

1.2 方法

1.2.1 试验地点

于2017～2019年在来宾市、南宁市、柳州市、崇左市等6个试验点开展无人机喷施新型增产增糖剂试验，详细信息见表1。

表1 各试验点信息

1.2.2 试验设计

在各试验区选取水肥条件一致的甘蔗地，对半分成2个处理，设置喷施增产增糖剂(T)和喷施清水(CK)2个处理。

1.2.3 试验方法

1.2.3.1 喷施方法、时间和收获时间

采用极飞P20型无人机(型号3WWDZ-10A)进行喷施，喷施具体参数为：飞行高度2～3 m，飞行速度4～5 m/s，宽幅3 m，喷洒流量15000～18000 mL/hm2，雾滴大小100～120 µm。2017年试验分别于2017年7月21日和8月9日进行2次喷施处理，2018年1月17～18日进行田间测产验收；2018年试验分别于2018年7月15日和8月6日进行3次喷施，3个蔗区分别在2018年12月16日、22日和23日进行田间测产验收；2019年度试验于9月10日和10月10日进行喷施，12月12日测产验收。

1.2.3.2 农艺性状调查及产量验收

甘蔗收获时每处理随机选取3个点，每个点面积约6 m×10 m(以实际测量面积为准)，每个小区随机取样20株调查株高、茎径、单茎重、节间数、田间锤度、小区的有效茎数和产量。

1.2.3.3 甘蔗品质测定

田间测产验收时，每小区随机选取6条甘蔗分别送当地糖厂或广西壮族自治区农业科学院农产品质量安全与检测技术研究所检测蔗汁重力纯度、蔗汁锤度、蔗汁还原糖分、蔗糖分和纤维分等。

1.3 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 16.05软件进行数据处理和统计分析，差异显著性采用Duncan新复极差法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 喷施新型增产增糖剂对甘蔗节间增长速率的影响

从表2中可以看出，6个试验点第1次喷施后的20天、第2次喷施后20天和收获时调查发现，喷施处理株高明显高于对照，均达到显著差异。其中R5试验点第2次喷施后节间增长速率最快，达4.48 cm/d，而R1试验点第1次喷施后节间增长速率最慢，为2.51 cm/d。R6试验点种植时间为2019年5月份，种植时间较晚，第1次喷施时间为9月份，第1次喷施后和第2次喷施后的增长速率分别为2.63和2.66 cm/d，增长速率不高，但仍高于对照2.26和2.28 cm/d。

表2 喷施新型增产增糖剂对甘蔗节间增长速率的效应

2.2 喷施新型增产增糖剂对甘蔗产量性状和产量的效应

由表3可以看出，喷施新型增产增糖剂后甘蔗平均株高增加25.8 cm，增幅8.32%，6个试验点的增产增糖剂处理和对照处理株高之间均存在显著差 异其中，新植蔗R1、R2、R4、R6的增产增糖剂处理比对照平均增加23.77 cm，宿根蔗R3和R5试验点的增产增糖剂处理比对照分别增加了25.60、34.09 cm，平均增加了29.85 cm；喷施新型增产增糖剂对甘蔗茎径效果作用不一致，平均增粗0.39 mm，处理与对照之间差异不显著；茎径节间数平均增加1节，提高了3.25%，处理与对照之间差异不显著，新植蔗与宿根蔗增加效应差异不显著。

表3 喷施新型增产增糖剂对甘蔗株高、茎径、节间数的效应

表4可以看出，喷施新型增产增糖剂后甘蔗平均单茎重提高0.13 kg/条，增幅8.76%，处理和对照

表4 喷施增产增糖剂对甘蔗单茎重、有效茎数和产量的效应

之间差异不显著，同时新植和宿根之间差异不显著；R1～R5 5个地点的增糖剂处理甘蔗和对照处理的有效茎数略有增加，但R6地点的增糖剂处理与对照处理达到显著差异；R1～R6 6个试验点的增糖剂处理的甘蔗平均产量提高9.71 t/hm2，增幅11.99%，处理和对照之间的差异显著。这些结果表明，喷施新型增产增糖剂对甘蔗株高、单茎重和产量具有显著促进作用，对节间数有一定促进作用，但对茎径和有效茎数作用效果不明显。

2.3 喷施新型增产增糖剂对甘蔗品质的效应

2017～2019年的6个试验点喷施增产增糖剂结果表明(见表5)，喷施增产增糖剂处理的甘蔗平均蔗汁还原糖分比对照处理降低了18.18%，蔗汁锤度、蔗汁重力纯度、甘蔗蔗糖分和甘蔗纤维分分别比对照提高3.01%、3.01%、5.62%和9.76%，R1、R2和R4 3个试验点的增产增糖剂处理甘蔗还原糖分均显著高于对照处理。无人机喷施后平均蔗汁重力纯度增加了2.57个百分点，与对照相比提高了3.01%，其中桂糖42号比柳城05-136效果更明显。无人机喷施后的平均蔗糖分比对照增加了0.78个百分点，提升幅度为5.62%，柳城05-136和桂糖42号喷施处理分别比对照增加0.63和0.81个百分点，新植蔗和 宿根蔗喷施处理分别比对照增加0.89和0.55个百分点，其中R1、R2、R3和R5试验点的喷施处理均比对照处理的甘蔗蔗糖分达显著差异。以上结果表明，无人机喷施新型增产增糖剂能显著降低蔗汁还原糖分的含量，显著提高甘蔗蔗糖分和纤维分，提高了蔗汁锤度和蔗汁重力纯度，从而促进甘蔗品质的提高，桂糖42号效应优于柳城05-136，新植蔗增糖效应高于宿根蔗。

表5 喷施新型增产增糖剂对甘蔗品质的效应 单位：%

3 讨论与结论

蔗茎是栽培甘蔗的主要收获产物，其产量构成要素是平均单茎重，而节间长度是影响单茎重的重要因素之一，增加节间长度有助于提高甘蔗产量，而且蔗糖主要储藏在甘蔗节间中。研究发现甘蔗的茎径对产量及含糖量有着直接的明显的正效应[30]。

前人研究发现在禾本科植物中，赤霉素与茎秆伸长生长关系最密切[31-32]。众多研究表明赤霉素对甘蔗蔗茎伸长有较好的促进效果[2-3,6]，对甘蔗茎尖生长锥的生长分化、第3～5幼叶初生增粗分生组织及细胞分裂均具有较好的促进作用[33]，进而调节细胞的伸长，达到茎间伸长的效果[34]。本研究结果与前人研究结果一致。营养元素硼对植株的碳氮代谢、细胞伸长和分裂、花粉管的萌发和生长等都有促进作用[35]，能有效提高甘蔗的产量、糖分、重力纯度和简纯度，还可以降低甘蔗的还原糖和纤维分含量[36]，而本研究中喷施增产增糖剂后甘蔗纤维分提高，可能与增产增糖剂中含有的赤霉素能提高甘蔗纤维分的作用有关[10]。营养元素磷参与植物生命过程的光合作用，对糖、淀粉的利用有传递作用，对糖分的合成积累起很大作用[37]。前人研究表明，磷对甘蔗根系的发育、幼苗的生长、分蘖和节间的伸长乃至提早成熟均有重要促进作用[38]。在蔗糖形成和积累过程中，磷是中间产物如二磷酸果糖和磷酸蔗糖等所必需的组成元素，影响甘蔗对糖的合成、运输和贮藏，有利于促进成熟，提高早期蔗糖分含量[39-41]。

甘蔗糖分积累是一个复杂的生理过程，众多因素如栽培条件、气候因素、外界环境条件等均能通过甘蔗体内的酶或激素的变化进而影响甘蔗糖分积累[42]。化学调控能激化蔗糖合成相关酶的活性，从而促进蔗糖的合成，同时加速光合产物以蔗糖的形式转运到蔗茎中积累起来，从而使甘蔗糖分和蔗汁重力纯度迅速提高，还原糖分下降，提升品质[13]。杨丽涛[43]等研究结果表明，喷施抗旱型甘蔗增产增糖剂提高了蔗汁锤度和重力纯度、甘蔗纤维分和蔗糖分，降低了蔗汁还原糖分。本研究结果与前人研究结果相一致。

目前在广西种植的甘蔗品种较多，品种之间存在着生长和糖分积累差异，新型增产增糖剂对不同品种可能产生不同的效果。本研究是选用广西蔗区种植面积比较大的2个品种进行试验研究。试验结果表明，新型增产增糖剂对于2个品种都有较好的效果但仍具有一定差异，其中，桂糖42号增糖效应优于柳城05-136，另外，对于新植蔗的增糖效应高于宿根蔗。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。

李松等[19]研究结果表明，生长后期施用甘蔗增增产糖剂对甘蔗蔗径及单位面积有效茎数等没有明显的促进作用，可明显提高甘蔗糖分。本试验结果中，7月份喷施增产增糖剂比9月份喷施增产增糖剂的甘蔗株高和单茎重增加效果显著，糖分增加效果相当，与前人研究结果一致。可能是由于7月份气温偏高，甘蔗生长旺盛，增产增糖剂吸收转化速度快，能快速促进甘蔗茎节伸长，而9月份气温偏低，甘蔗生长放缓，开始进入营养生长，增产增糖剂主要促进糖分积累，因此7月份喷施株高和单茎重促进效果优于9月份喷施，但糖分增加效果相当。

近年来广西甘蔗种植面达80万hm2左右，双高糖料蔗基地建设完成15.33万hm2，应用无人机作业面积仅6.67万hm2左右，因此，增产增糖剂和病虫害飞防作业应用前景广阔；同时应用无人机喷施解决了当前蔗区劳动力不足、伸长期人工喷施困难、人工喷施不均匀或浪费等情况，可以提高工作效率，进而增加效益。

本试验在甘蔗伸长中期喷施新型增产增糖剂，可以促进甘蔗节间伸长、增加甘蔗株高和单茎重，提高甘蔗产量；促进下部节段生长和糖分提前积累达到饱和，进而促进后期中上部甘蔗生长和蔗糖积累，提高甘蔗蔗糖分，降低蔗汁中的还原糖分，全面提高甘蔗品质。因此，采用新型增产增糖剂在甘蔗伸长中期喷施，可以实现甘蔗增产增糖的效果。