化學調(diào)控對干旱后棉花冠層時空分布及產(chǎn)量的影響

何慶雨，代建敏，竇巧巧，謝 玲，張巨松

(新疆農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院/教育部棉花工程研究中心，烏魯木齊 830052)

在多種非生物脅迫中，干旱嚴重限制了多個地區(qū)各類作物的生長和發(fā)育[1]。新疆屬于典型的內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)，是中國最大的商品棉生產(chǎn)基地。2019年新疆棉花種植面積達到254萬hm2，占全國總比例的76.1%[2]。過去20a間，新疆灌區(qū)農(nóng)田地下水位持續(xù)下降2.4～16.3m[3-4]，棉花灌溉周期提前至蕾期[5]，甚至更早[6]，棉田更易遭受早期干旱[7]。在此背景下，調(diào)整棉花化學調(diào)控策略，緩解干旱可能造成的不利影響，是解決上述問題的有效途徑之一[8]。

棉花化學調(diào)控常采用縮節(jié)胺(DPC)塑造群體冠層結(jié)構，改善群體受光條件[9]。葉綠素含量和比葉重是判斷棉花營養(yǎng)狀況的重要指標[10]。研究發(fā)現(xiàn)，噴施縮節(jié)胺后棉花葉綠素含量[11]、冠層葉傾角[12]和群體輻射透過系數(shù)[13]顯著提高，葉面積指數(shù)增長得到控制[14]。同時，縮節(jié)胺施用需依據(jù)棉花長勢、棉田氣候等因素確定[15]，低灌溉量棉田，縮節(jié)胺用量設計應偏低[16-17]。采用化學封頂劑延緩或抑制棉花頂芽生長的方式代替人工打頂，可減輕勞動強度，優(yōu)化冠層上部結(jié)構，避免冠層郁閉[18-19]。減少灌溉頻次[20-21]和灌水定額[22]，推遲灌水時間[23]，棉花化學封頂抑制效果更明顯。

前人對不同灌水定額、灌水頻次下的化控策略有一定的研究[17-23]。有關縮節(jié)胺噴施時間和化學封頂配合對干旱后棉花冠層時空分布和產(chǎn)量變化的研究尚缺乏。本試驗通過模擬棉田干旱，研究化學封頂和復水后不同時間噴施縮節(jié)胺對干旱后棉花冠層時空分布及產(chǎn)量構成的影響，探討干旱后棉花化學調(diào)控增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的可行性，為農(nóng)業(yè)植棉生產(chǎn)提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年4─10月開展，試驗地位于新疆沙灣縣四道河子鎮(zhèn)(44°29′N、85°57′E，海拔352 m)。該區(qū)屬溫帶大陸性干旱氣候，無霜期170～190 d，年均降水量140～200 mm，年蒸發(fā)量 1 500～2 000 mm，全年日照時數(shù)2 800～2 870 h，年均氣溫6.9 ℃。試驗田前茬為棉花，土質(zhì)為粘質(zhì)壤土?；瘜W封頂采用25%縮節(jié)胺水劑，由中化作物保護品有限公司生產(chǎn)提供；常規(guī)化控采用甲哌嗡(有效成分98%)可溶性粉劑，由四川國光農(nóng)化股份有限公司生產(chǎn)提供。供試棉花品種為‘新陸早60號’。

1.2 試驗設計

試驗于2020年4月10日播種棉花，4月28日出苗，基本苗數(shù)26.3萬株·hm-2。試驗背景設置：自5月25日棉花現(xiàn)蕾后，間隔3 d取0～40 cm土層土樣，采用烘干法測定土壤含水率(表1)；干旱設置：6月3日至6月12日內(nèi)持續(xù)10 d平均土壤含水率≤10%[24]，隨后進行復水。

表1 蕾期棉田土壤含水率Table 1 Moisture content in soil of cotton field at bud stage %

采用二因素裂區(qū)試驗設計，打頂方式為主區(qū)，分為人工打頂和化學封頂；縮節(jié)胺噴施時間為副區(qū)，分為復水后3 d(D3)、6 d(D6)、9 d(D9)噴施縮節(jié)胺及清水對照(CK)。人工打頂摘除一葉一心，化學封頂采用增效縮節(jié)胺(DPC+)750 mL·hm-2，兌水450 L·hm-2噴施。普通縮節(jié)胺噴施分兩次，初次用量7.5g·hm-2，間隔10 d二次用量15 g·hm-2，兌水750 L·hm-2，各處理用量相同。人工打頂與化學封頂均于7月10日進行。

田間試驗小區(qū)棉花種植模式采用一膜六行(66 cm+10 cm)寬窄行，株距為9 cm，理論密度為29.2萬株·hm-2。各小區(qū)面積9 m× 6.84 m，處理重復3次，共24個小區(qū)。9月10日噴施脫葉催熟劑，10月10日機械采收。試驗地水肥運籌及其他田間管理均按當?shù)馗弋a(chǎn)田進行。

1.3 測定項目及方法

葉綠素SPAD值：于各處理小區(qū)選取中行和邊行長勢均勻棉株連續(xù)各5株，作為定株。自6月15日起，間隔10～12 d采用SPAD-502型(日本產(chǎn))便攜式葉綠素測定儀測定棉株倒四功能葉葉綠素相對含量(人工打頂后為倒三功能葉)，選定葉片不同部位(避開主葉脈)測量5次，取其平均值作為測量值。

比葉重：自6月15日起，間隔10～12 d于各處理小區(qū)選取棉花中行和邊行長勢均勻一致棉株各3株，每株葉片分別按下部(1～3果枝)、中部(4～6果枝)、上部(7果枝以上)分層，每層葉片采用打孔器(直徑1 cm)打孔，采集后的300枚葉圓片裝入牛皮紙袋中，于80 ℃烘箱烘干至恒量，電子天平稱量。

冠層結(jié)構指標：于各處理小區(qū)選取具代表性樣點3個，采用CI-110數(shù)字式植物冠層結(jié)構分析儀 (美國CID公司)測定葉面積指數(shù)(LAI)、平均葉簇傾角(MIFA)和散射輻射透過系數(shù)(TC)。參照姚青青等[25]方法，于19:00-21:00內(nèi)無強烈直射光時，將魚眼探測器放置于小區(qū)棉株主莖處采集圖像，測量水平方向分為膜間和行間，垂直方向按下部(20～40 cm)、中部(40～60 cm)和上部(60 cm以上)分為3層，取膜間和行間平均值作為一次測量值，各樣點重復5次，圖像采用 Plant Canopy Analysis System專用軟件分析。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構成：于棉花吐絮期，調(diào)查各個小區(qū)收獲株數(shù)和總鈴數(shù)，計算單株結(jié)鈴數(shù)；將已吐絮棉鈴按下部(1～3果枝)30個、中部(4～6果枝)40個、上部(7果枝以上)30個進行采摘，晾干稱量并扎花，計算棉花單鈴質(zhì)量和衣分，最終計算 各小區(qū)籽棉產(chǎn)量與皮棉產(chǎn)量，各處理小區(qū)重復 3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft office 2016和SPSS 19.0 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，采用Duncan’s進行多重比較，檢驗差異顯著性(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學調(diào)控對干旱后棉花不同部位葉面積指數(shù)的影響

由圖1可知，各處理葉面積指數(shù)均呈“單峰曲線”變化。除CK處理外，其余處理均在出苗后96 d達到最大值。最大LAI值以CK處理最高，D3處理值最低，平均值分別為4.9和4.0，總體表現(xiàn)為CK>D9>D6>D3，化學封頂最大LAI值比人工打頂平均高5.6%。除D9處理外，各縮節(jié)胺處理LAI整個生育期內(nèi)均低于CK處理。

分析各部位葉面積指數(shù)的差異發(fā)現(xiàn)，最大LAI值出現(xiàn)時間在冠層各部位上表現(xiàn)出時空不同步性，先后順序為下部、中部和上部。打頂前(出苗后50～74 d)，縮節(jié)胺處理各部位葉面積指數(shù)均低于CK處理。打頂后，除D9處理外，上部和下部葉面積指數(shù)仍低于CK處理。中部葉面積指數(shù)以D3處理平均值最高，D9處理平均值最低，表現(xiàn)為D3>D6>CK>D9。與人工打頂相比，化學封頂中部葉面積指數(shù)顯著降低，下部和上部葉面積指數(shù)顯著增加。

2.2 化學調(diào)控對干旱后棉花不同部位平均葉簇傾角的影響

平均葉簇傾角(MFIA)可有效反映出棉花冠層結(jié)構中的葉片直立狀況[13]。由圖2可知，打頂前(出苗后50～74 d)，噴施縮節(jié)胺處理各部位MFIA均高于對照處理，以D3處理平均值最高。打頂后，D3處理冠層各部位MFIA顯著低于CK處理。相對人工打頂，化學封頂各部位平均葉簇傾角均有所提升。采用化學封頂和縮節(jié)胺噴施均有利于葉片保持直立，保證冠層各部位受光面積。

2.3 化學調(diào)控對干旱后棉花不同部位散射輻射透過系數(shù)的影響

如圖3所示，CK處理各部位散射輻射透過系數(shù)(TC)在整個生育期內(nèi)均處于較低水平。打頂前(出苗后50～74 d)，縮節(jié)胺處理各部位TC值顯著高于CK，但處理間差異不顯著。打頂后，各部位TC值均以D3處理最高，總體表現(xiàn)為 D3>D6>D9>CK。與人工打頂相比，化學封頂顯著增加了中部TC值，而對下部和上部TC值無顯著影響。

2.4 化學調(diào)控對干旱后棉花葉綠素SPAD值的影響

由圖4可知，棉花葉片SPAD值總體呈下降后上升趨勢。整個生育期內(nèi)縮節(jié)胺處理的SPAD值均高于CK處理，D3處理SPAD值則保持較高水平，兩種打頂方式下規(guī)律表現(xiàn)一致。比較最終SPAD值可知，D3處理SPAD值比CK處理平均高6.8%，化學封頂SPAD值比人工打頂平均高1.6%。采用化學封頂和低量縮節(jié)胺噴施均有利于棉花葉片葉綠素合成。

2.5 化學調(diào)控對干旱后棉花不同部位比葉重的影響

如圖5所示，隨生育進程推移，各處理比葉重變化趨勢基本一致，打頂前(出苗后50～74 d)，比葉重呈下降后上升趨勢，CK處理下降幅度最大，D9處理降幅最小，平均降幅分別為32.8%和 22.8%。打頂后，隨著縮節(jié)胺噴施時間的延長，處理間比葉重呈上升后下降趨勢，以D6處理比葉重平均值最高，CK處理平均值最低，總體表現(xiàn)為D6>D3>D9>CK。

進一步分析不同部位比葉重的差異發(fā)現(xiàn)，打頂前(出苗后50～74 d)，各部位比葉重下降幅度整體表現(xiàn)為下部>中部>上部，而處理間比葉重降幅僅中部和上部差異顯著，表現(xiàn)為CK>D3>D6>D9。打頂后，與CK處理相比，縮節(jié)胺處理各部位葉片比葉重均有所增加，以下部和中部增幅最為顯著。化學封頂棉花上部比葉重顯著降低，中部和下部比葉重顯著增加，導致整體變化不顯著。

2.6 化學調(diào)控對干旱后棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構成的影響

由表2可知，在產(chǎn)量構成中，與CK處理相比，縮節(jié)胺處理顯著提高棉花單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量和籽棉產(chǎn)量。其中籽棉平均產(chǎn)量以CK處理最低，D6處理最高，最低值5 805.6 kg·hm-2，最高值6 958.7 kg·hm-2，D6處理比對照平均增加19.9%，籽棉產(chǎn)量整體表現(xiàn)為D6>D9>D3>CK；與人工打頂相比，化學封頂棉花單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量增幅不顯著，籽棉產(chǎn)量平均提高 4.0%。皮棉產(chǎn)量平均提高3.3%。衣分在各處理間異不顯著。

表2 不同處理干旱后棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素Table 2 Yield and yield components of cotton under different treatments after drought

3 討 論

作物冠層結(jié)構能較為靈敏地反映外部環(huán)境變化，而葉面積指數(shù)則是反映其特性的重要指標之一[12]。棉花葉面積指數(shù)存在一定的閾值，最大葉面積指數(shù)以不超過4.5為宜，過大則可能導致群體郁閉[26]。石洪亮等[27]和郭子鋒等[28]研究表明，干旱或灌溉量不足會導致作物營養(yǎng)生長受阻，葉面積指數(shù)將出現(xiàn)不同程度的下降。本試驗中，棉花蕾期遭受干旱，復水后對照處理棉花葉面積指數(shù)達到3.7～4.9，這可能是復水后棉花營養(yǎng)生長產(chǎn)生了補償作用。因此，復水后為控制旺長，棉花仍需施以輕度化學調(diào)控。

馮國藝等[29]研究認為，高產(chǎn)棉花的群體冠層應保證生育前期中下部葉面積指數(shù)比例高，各層間隙及葉傾角大，而生育后期上部葉面積指數(shù)緩慢降低。試驗結(jié)果顯示，打頂前(出苗后50～74 d)，隨著縮節(jié)胺噴施時間提前，冠層各部位葉面積指數(shù)顯著降低，并以上部冠層下降最為明顯，平均葉簇傾角和散射輻射透過系數(shù)明顯升高，這與馮國藝等[29]的研究結(jié)果一致。打頂后，葉面積指數(shù)上部和下部顯著降低，中部顯著增加，葉片同化的光合產(chǎn)物更多轉(zhuǎn)移至中部，不利于上部結(jié)鈴[30]，限制了棉花后期增產(chǎn)潛力?；瘜W封頂棉花冠層下部、上部葉面積指數(shù)顯著增加，各冠層指標整體呈增加趨勢。說明化學封頂通過優(yōu)化上部冠層[18]，棉花冠層結(jié)構進一步優(yōu)化，有利于棉花產(chǎn)量形成。此外，復水后3 d會導致葉面積指數(shù)過低，棉花生育后期散射輻射透過系數(shù)過高，平均葉簇傾角反而下降，棉花漏光損失嚴重，不利于棉花產(chǎn)量的 形成。

葉綠素含量和比葉重是判斷葉片營養(yǎng)狀況的重要指標[10]。干旱會造成棉花葉綠素緩慢上升。干旱緩解后，短期內(nèi)葉綠素將呈下降趨勢[31]，本試驗研究與結(jié)果相一致。許多研究表明，化學封頂和縮節(jié)胺噴施均有利于棉花葉綠素合成[10,32-33]。本試驗進一步證明，隨著縮節(jié)胺噴施時間提前，比葉重伴隨葉綠素SPAD值顯著增加。噴施縮節(jié)胺顯著增加了前期冠層中上部比葉重，后期影響轉(zhuǎn)移至中下部，而化學封頂比葉重上部顯著降低，中下部顯著增加。這可能是干旱導致冠層下部葉片前期生長受阻，葉片光合面積和功能難以發(fā)揮，棉花的營養(yǎng)生長中心向中上部 轉(zhuǎn)移。

羅宏海等[13]研究表明，棉花生育后期葉面積指數(shù)和葉傾角與單株結(jié)鈴數(shù)、皮棉產(chǎn)量間呈顯著正相關，通過延緩生育后期葉面積指數(shù)衰退，進而起到增產(chǎn)效果。本試驗結(jié)果表明，干旱后棉花延遲施用輕量縮節(jié)胺能有效控制前期葉面積指數(shù)增長，提高棉花葉傾角，而對后期葉面積指數(shù)無顯著影響，單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量增加，籽棉和皮棉產(chǎn)量均顯著提高。

4 結(jié) 論

棉花蕾期遭受干旱，復水后需進行輕度化調(diào)以控制其旺長。通過延遲噴施低劑量縮節(jié)胺，棉花葉片比葉重和葉綠素相對含量顯著提升，各部位冠層配置更為合理，通過化學封頂進一步激發(fā)干旱后棉花的補償效應，表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果。其中，化學封頂下復水后6 d噴施低量縮節(jié)胺，棉花葉面積指數(shù)均勻分布，葉片保持直立，冠層通風良好，能夠最大限度的發(fā)揮棉花增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)潛力，棉花產(chǎn)量最高。