不同甲哌鎓滴施剂型筛选及其对棉花生长发育调控效果研究

娄善伟 高 飞 王 崇 田晓莉 杜明伟 段留生,4,*

研究简报

不同甲哌鎓滴施剂型筛选及其对棉花生长发育调控效果研究

娄善伟1,2高 飞3王 崇3田晓莉1杜明伟1段留生1,4,*

1中国农业大学农学院, 北京 100193;2国家棉花工程技术研究中心, 新疆乌鲁木齐 830091;3中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 100081;4北京农学院植物科技学院, 北京 102206

棉田滴施甲哌鎓一直备受关注, 为研究新型缓释甲哌鎓滴施剂型及其对棉花调控的作用效果, 探寻缓释甲哌鎓滴施可行性。设5种剂型(H1、H2、H3、H4、H5)处理, 普通缩节胺(S)和清水对照(CK), 开展盆栽试验, 大田设低(90.0 g hm-2)、高(180.0 g hm-2) 2个浓度水平, 进行剂型筛及棉花农艺性状与产量调控效果调查。结果表明, 盆栽条件下, 5种不同剂型甲哌鎓滴施出苗整齐度基本在66%以上, 壮苗率受品种影响差别较大, 在40%～70%之间; 除H3外, 各剂型甲哌鎓滴施均有控高效果, 与CK和S相比, 株高分别降低32%～41%和24%～35%, 25 d后株高直观差异明显。大田条件下, 处理S控高效果最好, CK增高最快, 缓释甲哌鎓高浓度时各处理均有较好控高效果且与CK差异显著, 低浓度时H5株高61.0 cm, 与S效果相近且无显著差异, 其他处理与CK无显著差异。棉花株宽、茎粗、主茎叶数、果枝台数等农艺性状各剂型处理分别在26.0～35.0 cm、9.5～11.5 mm、13～14片、7～8台之间, 与CK和S比均没有显著影响。新型缓释甲哌鎓可促进现蕾, 使蕾铃数增加, 到6月28日(盛花期) H1低、高浓度下蕾铃花总数分别为12.7个和11.5个比S多2.0个和0.8个。最终产量表现为低浓度各处理均高于高浓度, H5产量最高, 为7267.26 kg hm-2, 分别高出CK和S 40%和33%, 其次为H1。综合分析, H1、H5控高塑型及产量表现比较好, 可进一步展开相关试验研究。

棉花; 缓释甲哌鎓; 滴施; 调控; 农艺性状

甲哌鎓, 又称缩节胺(安), 英文缩写为DPC, 是一种季铵盐类植物生长延缓剂, 其主要生理活性是可以抑制棉株体内赤霉素的生物合成, 抑制棉花主茎、果枝节间伸长和顶芽的生长[1-2]。棉花上应用缩节胺化控技术较早[3], 自20世纪80年代中期以来, 我国每年80%的棉田都要使用缩节胺, 尤其是在新疆棉区, 因其效果稳定、使用安全, 被广泛采纳, 成为常用技术之一[4]。研究证明, 盛蕾期进行首次化控, 初花期第2次化控, 盛花期第3次化控, 打顶后最后一次, 全生育期棉花进行4次化控, 可实现较好效果。但随着研究的不断进展, 化控次数和时间也不断在变化, 目前棉花化控从苗期开始, 次数也增加到5次。缩节胺化控采用叶面喷施的方式, 总用量在450.0 g hm-2以上, 喷施作业次数多不仅增加成本, 还易导致棉株受损、倒伏, 间接传播病虫害, 进而影响产量[5]。马素钧[6]研究认为, 棉花喷施缩节胺后, 叶片吸收量喷后2 h为38%, 24 h为60%, 如果8 h之内遇到下雨, 就要重喷, 24 h内遇雨, 需用当时用量的一半补喷, 才能起到应有的调节作用。缩节胺能通过根部吸收, 因为缩节胺具有很强的水溶性, 还可通过浸种等方式处理发挥作用, 这为随水滴施提供了参考[7-8]。缩节胺还有抑制顶端优势代替人工打顶的作用, 缩节胺化学封顶已经成为研究热点[9]。罗宏海等[10]研究化学调节培育良好的冠层结构, 能在生产上实现棉花高产及超高产。另外, 随着全程机械化发展, 劳动力高消耗的生产模式已经成为制约棉花种植产业发展的瓶颈。减少缩节胺用量和次, 优化缩节胺施用方式符合现代农业机械化发展要求, 缩节胺随水滴施可减少化控次数以及田间机械损伤与能耗。陈晓娇等[11]研究过缩节胺浸种促进棉花侧根发育的激素机制, 王宁等[12]也研究缩节胺浸种对棉花根系活力的影响, 并明确了相关机制。但介于缩节胺滴施易被土壤吸附, 且运移规律不清, 目前滴灌应用仍存在困难。因此, 开展缩节胺新剂型研究和滴施应用十分必要, 能为水肥控一体化提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年和2020年在中国农业大学气候室和新疆沙湾市大泉乡五队农场进行。盆栽试验基质使用园艺通用型营养土, 混合均匀日光暴晒消毒, 每盆按体积均匀装满, 盆栽盆口径、高、底为9.7 cm、8.7 cm和6.7 cm。田间试验地块前茬为棉花, 土质为壤土, 棉花播前0～20 cm耕层土壤pH值为8.26、有机质含量为11.80 g kg-1、碱解氮含量为52.91 mg kg-1、速效磷含量为19.40 mg kg-1、速效钾含量分别为227.00 mg kg-1。盆栽棉花品种为新陆早78号(简称早78)、鲁棉研22号(简称鲁22), 大田为F015-5。

1.2 试验设计

利用苗期对缩节胺的敏感性, 通过盆栽筛选有效剂型。盆栽试验的5个剂型处理分别用H1、H2、H3、H4、H5表示, 由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所提供, 为缓释剂型, 市售缩节胺处理为(S), 清水为对照(CK)。于2019年12月25日播种, 播种前1 d浸种消毒, 培养至露白, 按大田苗期常规缩节胺每公顷3.75 g剂量换算,每株0.025 mg的量, 稀释到40 mL水中模拟生产上滴水补墒出苗的方法灌土, 每盆种1株, 每个处理6盆。每4 d (定期)浇固定量的水, 清水为对照(CK), 培养至3～4叶期(约1个月), 培养室24 h光照, 温度稳定在25～26℃。

为验证有效剂型在田间的一致性, 并探索应用浓度范围, 设置田间试验。参考大田常规缩节胺喷施的用量和次数, 设5个剂型(H1、H2、H3、H4、H5), 低、高(用D和G表示) 2种浓度差异, 以田间正常喷施市售缩节胺(S)为参照和灌根清水为对照(CK), 分别于6月4日(现蕾期)和6月28日(盛花期) 2个关键期灌根, 具体施用量和次数见表1。每个处理3次重复, 每个处理面积为40 m2, 共36个处理。试验采用一膜6行机采种植模式, 行距为66+10 cm, 株距10.0 cm, 中耕、打顶等其他栽培措施参照一般高产田要求进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 出苗情况调查 观察盆栽各处理的出苗情况及长势, 纪录苗整齐率和壮苗率。棉苗子叶展平后一片真前的长势均匀度, 以正常发育苗最低高度为基准, 把苗间高度差值大于1.0 cm作为存在差异, 不存在差异个数比总处理量的值就是苗整齐率, 要求比值≥50%。观察各处理苗的壮、弱情况, 子叶展平, 叶片大而肥厚、舒展的为壮苗, 壮苗占总处理的比例为壮苗率。

1.3.2 株高测定 盆栽试验每隔5 d调查一次株高(从底部至顶端)增长量, 并进行照相观察, 对比株高差异和变化。大田每隔8 d调查一次农艺性状, 测量棉花株高(子叶节至顶端)、真叶数、果枝台数、始节高度、第七主茎节间长度等。

表1 试验设计

LC: low concentration; HC: high concentration.

1.3.3 株宽测定 大田试验在第1次用药时测定一次株宽(棉株横向距离最远叶尖间距), 后每隔8 d调查一次株宽, 共调查5次。

1.3.4 蕾铃花调查 大田试验在第1次用药后每隔8 d调查一次蕾铃花变化情况。

1.3.5 产量及构成因素 于棉花吐絮期各处理选取6.67 m2的范围, 调查该范围内全部株数和铃数, 计算出棉花密度和单株结铃数, 并选择长势一致的棉株10株, 取上、中、下吐絮棉铃15个, 进行称重及轧花, 测定铃重及衣分, 并以此估算小区产量。

1.4 数据分析

利用Microsoft Office 2016软件整理数据, 采用SPSS 19.0软件进行双因素方差分析, 不同处理之间所得的均值采用新复极差检验法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同剂型甲哌鎓对盆栽棉花苗期长势的影响

由表2可知, 各处理棉花均能正常出苗, 但相同处理棉苗生长速率存在差异, 苗整齐度不一。H5整齐率最高, 在2个品种中均是100%, 其他处理2个品种平均, H1、H2均为83.0%, H3为66.0%, H4最低为58.0%, 其中H5、H1、H2处理整齐率均大于S处理, 略高于或等于CK, 而在壮苗率中, H1、H2、H3、H4、H5处理2个品种壮苗率平均为58.3%, 41.7%、66.7%、41.7%、66.7%, 与S和CK比H5、H3、H1壮苗数较多, 品种中鲁22号表现好, 壮苗率整体高于早78。综合分析, 苗期子叶展平阶段生长状态较好的处理为H5、H1, 而品种早78对缩节胺更敏感。

2.2 不同剂型甲哌鎓对盆栽棉花株高与形态的影响

盆栽棉花播种后8 d子叶展平, 由图1看出, 早78各处理子叶展平时的株高表现为: CK>H3>H4>S>H1>H5> H2, 鲁22各处理的株高表现为: CK>S>H5>H3>H2>H4> H1。在子叶展平后20 d株高发生了变化, 早78各处理株高变为: CK>H3=S>H1>H5>H4>H2, 鲁22各处理株高变为: CK>H3>S>H2>H5>H1>H4。其中早78和鲁22两个品种CK的株高一直保持较高, 20 d分别增长4.1 cm和5.3 cm, H3的株高仅次于CK, 但增长随进程加快, 分别增长4.0 cm和5.5 cm, 而2个品种株高最低的分别为H2和H4, 增长了1.7 cm和2.6 cm, 而因品种长势差异, 鲁22各处理的株高均高于早78。

表2 不同剂型甲哌鎓对盆栽棉花苗期整齐度和长势的影响

处理同表1。Treatments are the same as those given in Table 1.

图1 不同品种棉花株高变化

处理同表1。Treatments are the same as those given in Table 1.

根据盆栽25 d (图2)的照片显示, 除H3处理外, 其他几个处理矮化缩节效果与S基本相同, 同时还可以看出, 不同剂型甲哌鎓均能降低子叶节的高度, 使各处理株型形态稳健, 图中H1、H2、H3、H4、H5、S、CK处理测定的子叶节高度分别为5.8、5.0、7.1、5.6、6.0、5.1、7.1 cm, 与株高趋势基本一致, 数据调查与照片直观矮化视觉结果一致, 保证筛选更准确。

2.3 大田不同剂型甲哌鎓对棉花株高的调控研究

对大田条件下不同浓度甲哌鎓剂型调控株高过程进行分析(图3)发现, 各处理株高日平均增长量在0.8～1.4 cm之间, 后期增长快于前期。CK株高在用药15 d内上升明显, 增长速率高, 后速率与其他处理基本一致, 最终株高为70.5 cm。低浓度的H3处理株高一直最高, S处理最低, 最终株高H3为80.0 cm, S为57.0 cm, 株高排序为H3>H4>H2>CK>H1>H5>S。高浓度的各处理株高日平均增长量较低浓度的小, CK株高最高, S处理仍最低, 各处理最后株高排序为CK>H4>H5>H3>H1>H2>S。进一步分析(图4), 低浓度下除H5处理外, 其余均与S处理差异显著, 各剂型处理间株高差为14.8 cm。高浓度下, 除CK与各处理差异显著外, 各处理之间及与S处理差异不显著, H2株高为58.5 cm, 跟S株高差距仅1.5 cm, 各剂型处理间株高最大差距仅为2.8 cm。总体上低浓度处理株高均高于高浓度。

图2 不同批次盆栽各处理棉花形态照片

处理同表1。Treatments are the same as those given in Table 1.

图3 不同浓度田间处理株高变化情况

处理同表1。Treatments are the same as those given in Table 1.

2.4 大田不同剂型甲哌鎓对棉花其他农艺性状的调控

由表3可知, 不同剂型甲哌鎓无论低、高浓度下棉花的株宽、茎粗、主茎叶片数、果枝台数、果枝始节高度与S处理和对照CK比均没有显著差异。各处理棉花株宽、茎粗、主茎叶片数、果枝台数的范围分别为26.0～35.0 cm、9.5～11.5 mm、13～14片、7～8台。与对照CK相比, 各处理茎粗、主茎叶片数、果枝台数有增加趋势, 随着甲哌鎓浓度增加, 株宽、果枝始节高度、主茎叶片和果枝数变小/少, DPC剂量之间仅株宽上H2、H5处理和果枝始节高度上H3、H5处里因浓度变化差异显著, 处理间无明显规律。

2.5 大田不同剂型甲哌鎓对蕾花铃形成的调控

由图5可知, 6月12日(现蕾后8 d左右)各处理的现蕾数开始大于CK, 只有H3处理一直较低, 不同处理间没有规律, 且无显著性差异。6月20日前基本以蕾为主, 低浓度的H5蕾数最多为10.5个, 6月20日后进入初花期, 但蕾仍增加。6月28日开花增多, 日维持1～2朵花, 并开始出现幼铃, 处理间仍无规律, 低浓度的H1处理蕾、花、铃总数最高, 为13.8个, 各处理与CK无显著差异, 处理间差异变大。7月6日后幼铃增多, 低浓度的H5和CK处理幼铃数较高, 超过2.3个, 而H1和H4处理蕾数仍较高, 在8.0个以上, 跟CK差异显著, 花维持在1朵左右, 各处理蕾、花、铃总数均高于CK。高浓度下H1处理铃最多为3.2个, H3最少, 二者相差1.3个铃, 差异显著, 其他各处理差异不显著, S处理为2.3个, 各处理蕾花铃总和同样均高于CK。新型甲哌鎓可促进生殖生长, 且高浓度处理幼铃较多。

2.6 大田滴施不同剂型甲哌鎓对棉花产量的影响

由表4可知, 不同处理棉花收获株数、单株结铃数、单铃重之间存在一定差异, 但均未达到显著水平, 且各处理之间没有规律。低浓度下, CK单株结铃数最低, 比结铃最多的H1和H5处理少1.3个, 单铃重也有所下降; 受收获株数影响, H4处理籽棉产量最低, 为5196.22 kg hm-2, CK次之, H5处理产量最高, 为7267.26 kg hm-2, 高出二者39.86%和33.32%, 且差异显著。高浓度下, H2、H3处理产量表现不佳, 低于CK, 而S处理产量最高, 高出CK 10.86%。高浓度各处理的产量均较低浓度有所下降, 但受浓度影响未达到显著水平。总体上收获株数对产量的影响较大, 其次为单株结铃数。

图4 不同浓度田间处理株高情况

不同小写字母表示在0.05水平差异显著。处理同表1。

Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 1.

表3 不同处理棉花主要农艺性状情况

处理同表1。同一列内不同小写字母表示在0.05水平差异显著。*和**分别表示在0.05和0.01水平下差异最著, ns表示在0.05水平不显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at the 0.05 probability level. * and ** indicate significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively, and ns indicates not significant.

图5 不同处理的蕾铃花变化情况

处理同表1。不同小写字母表示在0.05水平差异显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level.

表4 不同处理对棉花构成因子的影响

处理同表1。同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at the 0.05 probability level.

3 讨论

3.1 缓释甲哌鎓对棉花出苗和棉苗质量的影响

甲哌鎓(缩节胺)主要用于调控棉花株高和塑型, 调控的关键期在蕾期和花期, 相关研究也主要集中在这个阶段, 而关于苗期的研究相对较少[13]。其实, 缩节胺苗期应用具有增长棉苗根系, 促根壮苗, 增强苗期抵御干旱、寒冷, 延长第一真叶出叶时间的作用[14]。拌种还可以提高种子活力, 抑制下胚伸长, 促进壮苗稳长, 防止高脚苗[15]。雷斌等[16]将缩节胺用缓释材料包衣种子和制备成缓释缩节胺胶囊施入土壤中, 得出根用缓释缩节胺有调控棉花生长、增加棉花产量等功效, 但药剂量过高和缓释材料多会造成出苗延迟, 苗率低。杨建荣等[17]研究发现, 92.76 g hm-2浓度内缩节胺随水滴施对棉苗幼茎伸长没有明显的影响, 对棉花幼苗侧根的发生、根系活力均没有明显的促进或抑制作用, 对棉花种子发芽势、出苗率影响没有规律性。赵强等[18]、周春江等[19]在新疆南疆和北京分别开展过包衣缓释缩节胺研究, 发现对棉种出苗有一定程度影响, 出苗率会有所下降, 后期缩节胺处理的株高明显降低。而在安全性上, 田晓莉等[20]试验证明缩节胺易降解, 对环境影响较小、安全性较高。前人大量研究证明, 缩节胺苗期包衣或随水滴施都会影响出苗状况, 且与浓度相关。本研究对盆栽棉花苗情调查发现, 滴施甲哌鎓后各处理的苗整齐度发生了不同程度的变化, 但无规律, 相同浓度下,鲁棉22号长势好于新陆早78号, 品种的缩节胺敏感度对苗期苗情会有较大影响, 而不同剂型之间也存在差异, 其中H5处棉苗理整齐率最高, 试验中壮、弱苗数上, H5、H3、H1处理与S和CK比壮苗数较多, 因此, 甲哌鎓苗期滴施要注意选择品种及匹配相应的浓度。

3.2 缓释甲哌鎓滴施棉田群体调控塑型

在棉花生产过程中, 缩节胺显著调控了棉花主茎和果枝的伸长生长, 对棉花的根、茎、叶、蕾、花和棉铃等器官的发育和功能都有良好的调节作用, 可以协调营养生长和生殖生长、协调根系和茎枝生长, 塑造株型和改善棉田生态条件, 形成“筒型”和“塔型”株型[21]。张特等[5]总结得出, 施用缩节胺会显著降低棉花的株高与主茎节间长。刘翠等[22]在新疆南疆试验, 也证明了甲哌鎓促使棉花株型紧凑, 叶片直立, 茎秆粗壮,有效地控制株高与果节长度。在化学封顶上, 赵强等[23]发现含有DPC的化学打顶剂, 可使棉株株型更紧凑, 且对综合纤维品质无显著影响。韩焕勇等[24]研究证明增效缩节胺具有降低株高和果枝台数的趋势。目前, 缩节胺的缩节塑型效果已被公认, 且技术成熟, 缩节胺系统化控不影响果枝始节, 还可促进现蕾提前, 通过缩节胺化控塑型, 棉花单株结铃增加0.41～1.74个, 增产10%以上[25-26]。但生产上应用以喷施为主, 很少涉及滴施[27]。本研究盆栽滴施缓释甲哌鎓25 d, 可直观看出株高差异, 大田时, 低浓度CK株高70.5 cm, 除H3处理外, 其余处理株高均在65 cm以下, 而高浓度时各处理的株高与CK比差异显著, 高度相差达10 cm, 控高效果更加明显。虽然缓释甲哌鎓对棉花的株宽、茎粗、主茎叶片数、果枝台数、果枝始节高度等农艺性状影响不显著, 但增加浓度, 对株宽和果枝始节高度的影响变显著,利于塑造紧凑株型, 同时, 促进生殖生长, 现蕾提前, 蕾铃数增加, 到盛花期H1处理低、高浓度下蕾铃花总数分别为12.7个和11.5个, 比S处理多2.0个和0.8个, 最终产量低浓度的H5处理最高, 为7267.26 kg hm-2, 高出CK 33.32%。

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Screening of different dropping formulations about mepiquat chloride and their effects on cotton growth and development

LOU Shan-Wei1,2, GAO Fei3, WANG Chong3, TIAN Xiao-Li1, DU Ming-Wei1, and DUAN Liu-Sheng1,4,*

1College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China;2China National Cotton R&D Center, Urumqi 830091, Xinjiang, China;3Institute of Agricultural Environment and Sustainable Development, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;4College of Plant Science and Technology Beijing University of Agriculture, Beijing 102206, China

The drop method of mepiquat chloride is an important research field in cotton. In order to explore the new sustained-release dropping formulation and its effect on cotton regulation, the following experiments were carried out. The dropping formulations were screened by pot cultivation with five kinds (H1, H2, H3, H4, and H5) of dripping application form, and common mepiquat chloride (S) and water as the control (CK). To investigate the screening of different dosage forms and the effect of regulating cotton agronomic characters and yield, two concentration levels of low and high (90.0 g hm-2and 180.0 g hm-2) were set in the field. The results showed that under pot conditions, the uniformity of five different formulations of mepiquat chloride was basically above 66%, and the seedling growth rate greatly affected by the variety mostly between 40% and 70%. Plant height was reduced by 32%–41% and 24%–35%, respectively, and there was significantly different in plant height after 25 days. Under field conditions, treatment S had the best height control effect, CK increased the fastest, and all treatments had better height control effects at high concentrations of sustained-release mepiquat chloride and were significantly different from CK. At low concentrations, plant height of H5 was 61.0 cm. The effect was similar to S and had no significant difference, and other treatments had no significant difference with CK. Cotton plant width, stem diameter, the number of leaves in main stem, and the number of fruit branches were 26.0–35.0 cm, 9.5–11.5 mm, 13–14 pieces, and 7–8 sets, respectively, which had no significant difference with CK and S. The new type of sustained-release mepiquat chloride could promote bud initiation and increase boll numbers. By June 28 (peak flowering stage), the total number of flowers and bolls in two concentration levels of H1 were 12.7 and 11.5 per plant, respectively, which were 2.0 and 0.8 higher than that of S. The final yield of all treatments at low concentration was higher than that of high concentration. And the yield of H5 was the highest (7267.26 kg hm-2), which was 40% and 33% higher than CK and S, respectively, followed by H1. In conclusion, dropping formulations of H1 and H5 control plant height, shape plant type and yield performance was better, and further related experimental research can be carried out.

cotton; sustained release mepiquat; drip application; regulation; agronomic characters

10.3724/SP.J.1006.2023.24034

本研究由新疆农业科学院自主培育项目(nkyzztd-002)和新疆中央引导地方科技发展项目新疆棉花农业生产品质提升关键技术平台建设项目资助。

This study was supported by the Independent Cultivation Project of Xinjiang Academy of Agricultural Sciences (nkyzztd-002) and the Xinjiang Central Guiding the Local Science and Technology Development.

段留生, E-mail: duanlsh@cau.edu.cn

E-mail: wei.lou@163.com

2022-02-02;

2022-06-07;

2022-07-08.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220706.0955.002.html

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