化学打顶后使用外源物质对棉花脱叶催熟及产量品质的影响

吴雪琴, 崔延楠, 赵强

(新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)

棉花生产过程需要大量的劳动力和物质投入。如今，由于劳动力成本急剧增加和劳动效率低下等原因，新疆棉花的健康发展受到严重影响[1]。为了降低棉花生产成本，提高劳动效率，促进棉花产业的可持续发展，大力推广机采棉在新疆的种植以及深入对棉花化控技术的研究显得尤为重要[2]。化控技术是通过使用外源调节剂影响植物内源激素最终调控植物生长发育。目前，棉花化控技术主要涉及棉花株型塑造、化学打顶和脱叶催熟，这些是机采棉农艺配套技术的关键环节和重要措施[3-4]。其中，在化学打顶基础上运用外源物质促进棉花脱叶催熟、提高产量、改良品质，对新疆机采棉的发展有着重大的意义。

化学打顶技术是利用外源调节剂对植株生长的调控作用来延缓或者抑制棉花顶尖的生长，协调植株的营养生长与生殖生长[5]。棉花脱叶催熟技术是指利用脱叶催熟剂(噻苯·敌草隆、乙烯利等)抑制生长素功能的发挥并促进乙烯的产生，从而促进叶片离层的形成使叶片脱落，同时乙烯可以加快棉铃的发育，促进棉铃集中吐絮[4]。有研究显示，脱叶催熟剂的作用受温度影响较大，较高的温度有利于棉花快速脱叶[6-7]。缩节胺处理可以塑造良好的棉株株型，增强群体通风透光能力，提高群体间温度，有利于棉花的脱叶催熟[5,8-9]；同时，通过喷施缩节胺可以提高单株结铃数、单铃重和籽棉产量[10-12]。喷施赤霉素能显著提高功能叶的生理特性、预防棉铃脱落，有利于提高皮棉产量[13-15]；吐絮期外源赤霉素可以通过与乙烯协调作用来调控棉花叶片的衰老和棉铃吐絮[16-17]。杨安中等[18]研究表明，烯效唑处理可以有效提高单株结铃数和单铃重，从而提高产量。卞康亚等[19]研究表明，芸苔素处理可以有效提高棉花产量和品质。目前关于棉花脱叶的研究多集中于人工打顶基础上，不同脱叶催熟剂的脱叶吐絮效果比较、不同助剂对棉花脱叶催熟的促进作用以及脱叶催熟剂应用时间的确定等。但在化学打顶基础上，针对不同外源物质对棉花脱叶催熟及产量品质方面的研究尚未见报道。因此，为了构建既适宜机械化采收，又有利于增产提质的棉花群体，本研究在化学打顶棉花的基础上喷施不同外源物质，通过调查各处理喷施脱叶剂后的脱叶率、吐絮率、单株结铃数和纤维品质等性状，探究其对棉花生育后期脱叶催熟、棉花产量及品质的影响，为提高机采棉脱叶技术以及化控催熟的发展提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在新疆自治区呼图壁县大丰镇(E 80°36′,N 40°11′)进行。大丰镇位于天山中段北麓，准葛尔盆地南缘，地形以平原为主，平均海拔460 m，属中温带大陆性气候，处于中纬度西风带控制，平均气温 6.7 ℃，年降水量167 mm，无霜期平均180 d，全年日照总时数3 090 h，稳定在10 ℃以上的年有效积温为3 553 ℃。试验地土壤质地为壤土，耕层土壤pH为8.0、有机质10.9 g·kg-1、碱解氮0.56 g·kg-1、速效磷0.22 g·kg-1和速效钾3.31 g·kg-1。试验期间试验点温度变化见图1。

图1 试验期间的大田气温变化

1.2 试验设计

供试棉花品种为新陆早67 号，于2019年4 月12 日播种。化学打顶剂为自封顶(河北国欣诺农生物技术有限公司)，脱叶剂为脱吐隆(德国拜尔作物科学公司)。试验田采用宽膜覆盖，1 膜6 行，各处理行距均为(66±10)cm，种植密度为22.5万株·hm-2。试验采用裂区区组试验设计，主区为低(low,L)、中(medium,M)、高(high,H)3种剂量，副区为缩节胺(dimethyl piperidinium chloride, DPC)、烯效唑(uniconazole S-3307)、芸苔素(brassin, BR)和赤霉素(gibberellic acid, GA)4种外源物质，以清水为对照处理(CK)。各处理剂量根据前人关于外源物质研究的基础上设置浓度梯度[10-19]。各处理随机排列，不同外源物质具体用量见表1。试验共设13个处理，每个处理4 次重复，共52个小区，每小区面积20 m2，总面积为1 040 m2，小区间设有保护行。试验各处理于2019年7月20日进行化学打顶，于8 月15 日进行外源物质的喷施，于9 月4 日进行脱叶剂的喷施。外源物质和脱叶剂的喷施均采用叶面喷施。缩节胺购自河北国欣诺农生物技术有限公司，烯效唑购自江苏广丰农药有限公司，芸苔素购自广州市林国化肥有限公司，赤霉素购自河北永盛农化股份有限公司。

表1 不同外源物质处理及其用量

1.3 测定指标与方法

1.3.1脱叶催熟 分别在喷施脱叶剂后0、5、10、15和20 d，每小区选5株棉花定点调查叶片数、棉铃总数和吐絮铃数，于用药后20 d调查叶片挂枝数，计算脱叶率、脱叶速率、吐絮率、吐絮速率、挂枝率。计算公式如下[20]。

脱叶率=(施药前叶片数-调查时剩余叶片数)/施药前叶片数×100%

(1)

脱叶速率=(前一次调查时的叶片数-相邻后一次调查时的叶片数)/(施药前叶片数×两次调查间隔天数)×100%

(2)

吐絮率=吐絮铃数/棉铃总数×100%

(3)

吐絮速率=(后一次调查时的吐絮铃数-相邻前一次调查时的吐絮铃数)/(棉铃总数×两次调查间隔天数)×100%

(4)

挂枝率=挂枝叶片数/总叶片数×100%

(5)

1.3.2棉花产量 吐絮后，调查每个小区的株数和有效铃数，计算单株结铃数。选取有代表性的棉株，分上、中和下部各取样20朵，结合收获密度，测定平均单铃重、衣分、籽棉和皮棉产量。

效应因子EI=(处理-对照)×100/对照

(6)

当 EI>0时为正效应，当 EI<0时为负效应，且EI绝对值越大，其影响程度越大[21]。

1.3.3纤维品质 将棉花纤维样品送至农业部农产品质量监督检验测试中心(乌鲁木齐)进行纤维品质检测，测定纤维长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率、棉纤维成熟度比和马克隆值。

1.4 数据分析

采用Excel 2016和SPSS 21.0进行数据统计及分析。

2 结果与分析

2.1 不同外源物质对棉花脱叶效果的影响

2.1.1不同外源物质处理后棉花的脱叶率和脱叶速率 喷施脱叶剂后棉花的脱叶速率总体呈先升后降的趋势(表2)。即5～15 d时棉花叶片的脱落速率快速提升，由1.71%～5.30%增加到7.12%～13.28%。各外源物质在不同剂量下对棉花脱叶速率的影响存在差异。其中，中、低剂量处理的脱叶速率在喷施脱叶剂后第15天到达峰值，高剂量处理的脱叶速率在第20天最大。

分析同一剂量水平时，不同添加物对棉花脱叶率的影响(表2)，结果表明，低剂量下，烯效唑处理的脱叶率较高，较CK增加了11.87%；中剂量下，芸苔素处理的脱叶率较高，较CK增加了17.59%；高剂量下，烯效唑处理的脱叶率较高，较CK增加了13.28%。

同一添加物不同剂量浓度对棉花脱叶的影响显示(表2)，缩节胺和烯效唑处理的脱叶率随剂量增加呈先降后升的趋势，即高剂量处理的效果较好，脱叶率较CK分别增加12.42%和13.28%；芸苔素处理的脱叶率随浓度增加呈先升后降的趋势，即中剂量处理的效果较好，脱叶率较CK增加17.59%；赤霉素处理的脱叶率随剂量增加呈逐渐升高的趋势，即高剂量处理效果较好，脱叶率较CK增加11.09%。

表2 不同外源物质处理后棉花的脱叶效果

2.1.2不同外源物质处理后棉花的挂枝率 棉花喷施脱叶剂后存在叶片干枯而不脱落的现象，不仅会导致棉花采收效率低、质量差，而且使得籽棉含杂率过高进而影响棉花品质。分析不同外源物质对棉花叶片挂枝率的影响表明(图2)，不同处理间棉花叶片的挂枝率较CK无显著差异(P>0.05)，说明化学打顶后喷施高、中和低浓度的缩节胺、烯效唑、芸苔素和赤霉素对棉花挂枝率无显著影响。

图2 不同外源物质处理后棉花的挂枝率

2.2 不同外源物质对棉花催熟效果的影响

化学打顶后喷施4 种外源物质对棉花吐絮情况的影响存在差异(表3)，喷施脱叶剂当天各处理的吐絮率为2.00%～22.57%，与CK比较，有的增加，有的降低。喷施脱叶剂后棉花吐絮速率呈现先增加后降低的趋势。其中，5～15 d的吐絮速率处于较高水平，是棉花吐絮的关键期。

分析同一剂量水平时，不同添加物对棉花吐絮率的影响。低剂量下，芸苔素处理的吐絮率最高，较CK增加32.87%；中剂量下，赤霉素处理的吐絮率较高，但与CK无显著差异；高剂量下，缩节胺处理的吐絮率较高，较CK增加26.15%。

同一添加物不同剂量浓度对棉花吐絮的影响显示(表3)，缩节胺处理后，棉花的吐絮率随剂量增加呈先降后升的趋势，即高剂量的效果较好，吐絮率较CK增加26.15%；烯效唑处理后，棉花的吐絮率随剂量增加呈现先升后降的趋势，即中剂量的效果较好，但吐絮率较CK无显著差异；芸苔素和赤霉素处理的吐絮率随浓度增加逐渐降低，即低剂量的效果较好，分别较CK增加32.87%和28.21%。

表3 不同外源物质处理后棉花的吐絮效果

2.3 不同外源物质对棉花产量及其构成因素的影响

喷施不同外源物质对棉花单株结铃数、衣分、单铃重、子指和籽棉产量均有不同影响，且不同剂量处理对其影响也各不相同(表4)。其中，中剂量芸苔素处理的效果最佳，其籽棉产量达到了6 008.29 kg·hm-2。综合比较同一剂量下各处理的棉花产量及其构成因素表明，低剂量下，芸苔素处理的单株结铃数、衣分、单铃重、子指和籽棉产量均较高，其衣分、单铃重和籽棉产量较CK分别提高3.50%、4.55%和13.05%。中剂量下，芸苔素处理的单株结铃数、衣分、子指和籽棉产量均较高，其衣分、子指和籽棉产量较CK分别提高3.87%、10.22%和19.27%；赤霉素处理的单铃重较高，较CK提高13.45%。高剂量下，赤霉素处理的单株结铃数较高，但与CK无显著差异；芸苔素处理的衣分和子指较高，较CK分别提高3.81%和8.76%；缩节胺处理的单铃重和籽棉产量较高，较CK分别提高11.64%和12.93%。

表4 不同外源物质处理后棉花的产量及其构成因素

2.4 不同外源物质对棉花纤维品质的影响

由表5可知，低、高剂量下，各处理的纤维长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率、棉纤维成熟度比和马克隆值与CK相比均无显著差异。中剂量下，赤霉素处理的纤维长度、整齐度指数和断裂比强度较高，较CK分别提高6.31%、3.05%和10.51%；但伸长率、棉纤维成熟度比和马克隆值与CK无显著差异。

表5 不同外源物质处理后棉花的纤维品质

3 讨论

随着新疆机采棉的逐渐发展和相应配套栽培措施的完善，目前，打顶和脱叶是全程机械化作业的两种主要限制因素。化学打顶可以极大地减少劳动力的投入，提高劳动效率；脱叶催熟是棉花进行机械化采收必不可少的一项环节。通过喷施脱叶催熟剂可以促进棉花集中吐絮，叶片脱落，有利于棉花一次性采收，降低生产成本。同时，化学打顶可以塑造良好的株型结构，有利于棉花群体的通风透光，为后期棉花更好的脱叶催熟奠定基础[5-9]。麦尔哈巴等[22]研究显示，复硝酚钠与脱叶催熟剂组合后进行叶面喷施可以有效提高脱叶率；环烷酸钠与脱叶催熟剂组合可以有效提高吐絮率。阿力木江等[23]研究发现，添加植物油助剂可以有效促进棉花脱叶催熟。本研究中不同外源物质处理后，棉花的脱叶率和吐絮率均较CK有所提高，表明在喷施脱叶催熟剂时配合施用其他的外源物质能够提高脱叶率和吐絮率，降低挂枝率，促进棉花集中脱叶吐絮。其中，中剂量的芸苔素处理脱叶效果较好，脱叶率达到95.33%，较CK提高17.59%；低剂量芸苔素处理的催熟效果较好，吐絮率达到98.11%，较CK提高32.87%。即四种外源物质相比较，芸苔素对棉花脱叶吐絮的综合提升效果最好，但仍然需要进一步找到更合适的剂量使其脱叶率、挂枝率和吐絮率均达到最佳水平。

棉花的产量和纤维品质是决定最终经济收益的重要组分，受水分和肥料等多方面影响，同时外源物质也是影响棉花生长的关键[24-26]。阿力木江等[27]在化学封顶棉花上进行研究发现，在盛花期叶面喷施适宜浓度的外源物质会对棉花的农艺性状和生物量积累产生影响，有效提高产量。本试验中，芸苔素和赤霉素处理后棉花的单株结铃数和单铃重等显著增加，最终籽棉产量显著提高。这与前人研究结果一致[28-29]。同时，本研究发现中剂量赤霉素能显著提高棉纤维长度、整齐度和断裂比强度；高剂量的缩节胺能够显著降低棉纤维的马克隆值，对棉纤维有较好的优化效果。但是，喷施何种浓度的外源物质既能提高棉花产量，又能改良纤维品质仍需进一步研究。本研究室会继续尝试将中剂量芸苔素和赤霉素组合使用，进一步探索其实现脱叶催熟及产量品质同步提升的可能性。