3種打(封)頂方式對南疆棉花株型及干物質積累的影響

吳雪琴,趙 強,田立文,李江余,馬春梅,田陽青

(1.新疆農業(yè)大學 農學院,烏魯木齊 830052;2.新疆農業(yè)科學院 經濟作物研究所,烏魯木齊 830091)

打頂是棉花生產過程中的一項重要栽培措施,通過適時打頂可以有效抑制棉花無限生長習性,協調營養(yǎng)生長與生殖生長,有利于提高棉花的產量和品質[1-3]。傳統(tǒng)的人工打頂采用“一葉一心”法摘除棉花頂芯,費時費力,勞動成本較高,勞動效率低[4]。近年來,趙強等[5]提出化學封頂的概念,通過使用含有縮節(jié)胺(DPC)、緩釋劑和助劑的化學封頂劑控制棉花頂尖生長,達到類似人工打頂的效果。化學封頂工作效率高,勞動成本和強度較低。并且與人工打頂相比較,果枝數增加,同時側枝長有所降低,塑造出緊湊的株型結構,改善了棉株的通風透光情況,減少了棉鈴的脫落和爛鈴情況,最終提高棉花產量[6]。目前關于化學封頂劑的研究多集中于縮節(jié)胺、氟節(jié)胺[7-8]。李雪等[9]研究發(fā)現辛酸甲酯、癸酸甲酯和6-芐基腺嘌呤(6-BA)能在一定程度上代替人工打頂。鄧忠等[10]研究表明,多效唑與促根劑混合滴施,有利于棉株干物質積累,單株結鈴數和單鈴質量顯著增加,產量較葉面噴施縮節(jié)胺處理有所提高。近年來,化學封頂多使用葉面噴施藥劑的方法,以隨水滴施的方式進行化學封頂鮮見報道。本試驗通過研究3種不同打(封)頂方式對棉花生長的調控效應,探討隨水滴施外源物質進行化學封頂的可行性,探索棉花化學封頂新途徑,為化學封頂技術的發(fā)展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試藥劑:縮節(jié)胺,由河北國欣諾農生物技術有限公司生產;調環(huán)酸鈣,由成都嘉葉生物科技有限公司生產;胺鮮酯,由鄭州中科化工產品有限公司生產。供試棉花品種為‘新陸早67號’,由新疆閆氏德?？萍加邢薰旧a。

1.2 試驗地概況

試驗于2020年在新疆庫爾勒市和什力克鄉(xiāng)進行,土壤肥力中等,前茬作物為棉花,已連續(xù)多年種植。試驗采用膜下滴灌,于4月14日播種,播種方式為1膜4行,行距為10 cm+40 cm,株距10 cm。本試驗采用棉花種植行延后覆土保苗壯苗技術(膜下滴灌精量播種栽培環(huán)境下未進行播前灌棉田保苗方法)提高棉花保苗株數,其他栽培管理同當地大田。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組試驗設計,共設3個處理:葉面噴施225 g·hm-2縮節(jié)胺(D)、人工打頂(M)和混合滴施450 g·hm-2縮節(jié)胺+450 g·hm-2調環(huán)酸鈣+150 g·hm-2胺鮮酯(W)。葉面噴施和人工打頂處理均于7月13日進行,滴施處 理分別 于7月10日、7月20日 進 行,2次 藥劑及其用量一致。每個處理3次重復,小區(qū)隨機排列,每小區(qū)面積60 m2。

1.4 調查指標與方法

1.4.1 農藝性狀 吐絮期各小區(qū)隨機選代表性植株5株,測量棉花株高、株寬、莖粗、主莖節(jié)間長、始果節(jié)高度、果枝數、果枝長度等農藝性狀。

1.4.2 棉鈴時空分布 每小區(qū)定點選取40株棉花,分別于7月15日、8月11日、9月4日調查伏前桃、伏桃、秋桃數量。于吐絮期隨機選取5株棉花調查棉鈴空間分布,將棉鈴橫向分為內圍鈴(第1果節(jié))與外圍鈴(第2果節(jié)以外),縱向分為下部(1～4果枝)、中部(5～8果枝)、上部(9果枝以上)三部分。

1.4.3 葉綠素含量 分別在打頂后0、7、14、21和28 d,在每個處理中選取3株代表性棉花倒四葉片,稱量0.1 g棉花倒四葉片鮮樣放入試管中,加入10 m L 95%乙醇,遮光放置48 h,期間每隔4～6 h振蕩1次,使葉片完全失綠,在665 nm、649 nm和470 nm波長下比色測定(D665、D649和D470),并計算葉片中葉綠素a(Ca)、葉綠素b(Cb)和葉綠素(Cx.c)含量。具體按Ca=13.95D665-6.88D649,Cb=24.96D649-7.32D665和Cx.c=(1 000D470-2.05Ca-114.8Cb)/245計算。

1.4.4 干物質積累 分別在打頂后0、7、14、21和28 d,每個處理中選取3株代表性棉株,按不同器官(莖、葉、蕾鈴)分樣,分器官放入105℃烘箱殺青30 min,再在80℃下烘干至恒量后稱干質量。棉株單株干物質積累量的增長符合Logistic曲線,其基本模型為y=k/(1+e(a+bt)),式中,y為單株干物質積累量,k為相應的理論最大值,t為出苗后的時間,a、b為待定系數)。

1.5 數據分析

采用SPSS 21.0進行分析顯著性差異并在Microsoft Excel 2016作圖。(方差分析均為0.05水平,采用LSD法)。

2 結果與分析

2.1 不同打(封)頂方式對棉花農藝性狀的影響

由表1可知,3種打(封)頂方式對棉花株高、株寬和果枝數影響較大,對莖粗、主莖節(jié)間長、始節(jié)高度和果枝長無顯著影響。M處理的株高最低,較W處理降低11.20%,D處理株高較M處理稍高但不顯著;D處理和W處理均不同程度地抑制棉花的株寬,其中D處理的控制效果最佳,較M處理和W處理分別降低8.82%、3.62%,可能是由于M處理掐除頂尖后頂端優(yōu)勢被抑制從而產生了橫向生長優(yōu)勢;W處理的果枝數較D處理、M處理分別增加15.92%、18.08%。

表1 不同打(封)頂方式下棉花的農藝性狀(±s)Table1 Agronomic traits of cotton under different topping methods

表1 不同打(封)頂方式下棉花的農藝性狀(±s)Table1 Agronomic traits of cotton under different topping methods

注:同列不同字母表示處理間在P＜0.05水平差異顯著。下同。Note:Different letters within the same columns indicate significant difference among treatments at P＜0.05 level.The same below.

處理Treatment株高/cm Plant height株寬/cm Plant width莖粗/mm Stem diameter主莖節(jié)間長/cm Internode length of main stem始節(jié)高度/cm Beginning section height果枝數Fruiting branch number果枝長/cm Fruiting branch length D 74.27±0.81 ab 49.03±0.47 c 8.21±0.54 a 5.51±0.29 a 16.80±2.95 a 10.93±0.61 b 11.80±1.61 a M 71.57±2.31 b 53.77±0.55 a 8.24±0.34 a 5.60±0.35 a 16.60±1.39 a 10.73±0.95 b 12.4±1.15 a W 80.60±5.47 a 50.87±0.55 b 9.14±0.72 a 5.77±0.26 a 17.03±2.65 a 12.67±0.61 a 11.43±0.81 a

2.2 不同打(封)頂方式對棉鈴時空分布的影響

2.2.1 對棉鈴調節(jié)的時間效應 表2結果顯示,3種打(封)頂方式對棉花總鈴數影響顯著,總鈴數表現為:W＞D＞M,其中W處理較M增加13.89%。各處理三桃比例為1∶8∶1,W處理對鈴數的提增效應主要體現在伏桃上,對伏前桃和秋桃無顯著影響。W處理伏桃數較D處理和M處理增加16.59%、18.75%,伏桃比例達79.24%,說明隨水滴施處理能有效提高伏桃的比例。

表2 不同打(封)頂方式對棉鈴時間分布的調節(jié)效應(±s)Table2 Adjustment effects of different topping methods on boll time distribution

表2 不同打(封)頂方式對棉鈴時間分布的調節(jié)效應(±s)Table2 Adjustment effects of different topping methods on boll time distribution

處理Treatment總鈴數Total伏前桃Befer summer boll 伏桃Summer boll 秋桃Autumn boll株鈴數Number比例/%Ratio株鈴數Number比例/%Ratio株鈴數Number比例/%Ratio D 5.84±0.08 ab 0.81±0.11 a 13.82 4.40±0.05 b 75.33 0.63±0.08 a 10.85 M 5.69±0.38 b 0.68±0.14 a 11.96 4.32±0.36 b 75.81 0.69±0.08 a 12.23 W 6.48±0.50 a 0.68±0.09 a 10.55 5.13±0.50 a 79.24 0.66±0.13 a 10.21

2.2.2 對棉鈴調節(jié)的空間效應 對棉鈴橫向分布進行分析可知(表3),各處理內圍鈴占比高于外圍鈴,其中D處理和W處理均能有效提高內圍鈴比例,較M處理增加9.97%、18.87%。對棉鈴縱向分布進行分析,各處理對中部鈴未產生顯著提增效應,對上、下部鈴有顯著影響。W處理的下部鈴比例較D處理顯著降低34.05%,可能是由于群體遮陰使得冠層中下部光合作用減弱,光合產物下降。同時W處理有效提高了上部成鈴率,其上部鈴比例較D處理顯著增加73.28%,可能是由于其果枝數較多,其上部載鈴量隨之增加。

表3 不同打(封)頂方式對棉鈴空間分布的調節(jié)效應(±s)Table3 Adjustment effects of different topping methods on boll spatial distribution

表3 不同打(封)頂方式對棉鈴空間分布的調節(jié)效應(±s)Table3 Adjustment effects of different topping methods on boll spatial distribution

處理Treatment占比/%Proportion內圍Inside外圍Outside下部Bottom中部Middle上部Top D 85.92±2.59 ab 14.08±2.59 ab 42.50±2.57 a 38.30±2.26 a 19.20±4.82 b 78.13±7.28 b 21.87±7.28 a 30.04±2.62 b 45.78±4.25 a 24.18±4.46 ab W 92.87±4.38 a 7.13±4.38 b 28.03±2.28 b 38.70±6.77 a 33.27±7.69 a M

2.3 不同打(封)頂方式對棉花葉綠素含量的影響

由圖1可知,3種打(封)頂方式在處理前其葉綠素含量沒有顯著差異,隨時間的推移均呈現“M”型趨勢。藥后14 d到達第一個峰值,D處理較高,但與其他處理沒有顯著差異;藥后21 d,W處理較D處理和M處理降低19.43%、19.89%;藥后28d,W處理與其他處理相比較低但無顯著差異;藥后35 d,D處理較M處理和W處理顯著增加9.89%、21.95%。以上分析結果表明,W處理能顯著降低棉花功能葉葉綠素含量。

2.4 不同打(封)頂方式對棉花干物質積累的影響

由表4可知,各處理的棉花干物質最大積累量(Ym)在99.7～106.7 g,D處理、W處理較M處理均有所降低;不同打(封)頂方式最大積累速率(Vm)基本一致;D處理后最大積累速率出現時間(t0)較M處理提前5.5 d,與W處理基本一致;D處理快速積累期起始時期(t1)提前,快速積累期終止時期(t2)推后,快速積累持續(xù)期(Δt)延長,W處理快速積累持續(xù)期(Δt)最短。

表4 棉株地上部分干物質積累的Logistic模型及其特征值Table4 Logistic equation and its features of dry matter accumulation above ground cotton

研究結果表明(圖2),棉株地上部干物質總積累量、蕾鈴占比均隨生育時期的推進而增加。施藥前各處理地上部棉花干物質總積累量達到24.94～28.55 g,蕾鈴占比達18.12%～18.38%,各處理間無顯著差異。藥后7 d,D處理的干物質總積累量最高,較M處理、W處理增加22.51%、43.91%;D處理、W處理的莖稈干物質積累量分別均較M處理增加29.04%、28.26%;D處理的葉片干物質積累量最高,較M處理增加20.53%;各處理蕾鈴干物質積累量無顯著差異;M處理蕾鈴占比最高達30.18%。藥后14～21 d,各處理干物質積累量及蕾鈴占比均無顯著差異。藥后28 d,W處理棉花干物質總積累量最高達65.88 g,較D處理和M處理增加16.01%、17.33%;W處理棉花莖稈干物質積累量最大,較D處理增加18.58%;W處理葉片干物質積累量較D處理和M處理 增加25.04%、23.84%;W處理蕾鈴干物質積累量最高達32.99 g,蕾鈴占比較D處理降低4.19%,較M處理增加3.73%。

3 討論

株高、節(jié)間長、果枝數等是判斷棉花生長發(fā)育狀態(tài)重要的農藝指標,對其進行合理控制有利于協調棉花營養(yǎng)生長與生殖生長,是均衡棉花生長和獲得高產的基礎[11]。本研究中化學封頂較人工打頂,其縱向生長勢較強,封頂后仍保持緩慢縱向生長,其株高、果枝數有所增加。但是其橫向生長勢顯著降低,化學封頂株寬較人工打頂顯著降低,葉面噴施處理和隨水滴施處理較人工打頂分別降低8.82%、5.39%,這與趙強等[5]、婁善偉等[12]的研究結果一致。該研究中葉面噴施處理塑造了較緊湊的株型,隨水滴施處理株型則相對較為寬松,人工打頂處理株型最為寬松。試驗結果表明,隨水滴施處理表現出較好的去頂效果,對棉花株型塑造有較好優(yōu)化。

棉鈴的時空合理分布有利于提高棉花的產量及其品質,研究表明,內圍鈴、中部鈴增多有利于高產優(yōu)質棉花的生產[13]。本研究中葉面噴施縮節(jié)胺處理的棉花上部果枝長縮短,導致其上部載鈴量下降,結果顯示其上部鈴數有所降低,但中、下部成鈴數提高,單株結鈴數增加,這與Mao等[14]的研究結果一致。同時,隨水滴施處理顯著提高了棉花內圍鈴比例,對三桃比進行分析發(fā)現,該處理有效促進棉花后期的生長,伏桃數較人工打頂和葉面噴施處理顯著增加16.59%、18.75%,與張允昔等[15]研究結果一致。綜上所述,葉面噴施處理有利于中下部成鈴,隨水滴施處理提高了優(yōu)質鈴數,促進棉花后期的生長,并提高單株結鈴數。

葉綠體是光合作用的最小單位,通過對功能葉葉綠體含量的測量可以一定程度上衡量植株光合作用能力的高低[16]。王潭剛等[17]研究表明在相同密度下,與人工打頂相比,化學封頂處理能夠促進干物質向生殖器官轉運與分配。本研究中葉面噴施處理會增加葉綠素含量,對干物質積累與分配進行分析也顯示其干物質蕾鈴占比最高;隨水滴施處理顯著降低了葉綠素含量,這與聶樂興等[18]研究結果不一致,這可能是由于較高的株高以及較松散的株型導致群體內遮陰情況較為嚴重,從而使其葉綠素含量下降[19]。但其通過促進棉花后期發(fā)育,建立了較大的生物群體,結果顯示其干物質總量最高較人工打頂增加19.22%。綜上,化學封頂較人工打頂更利于光合產物的生產,隨水滴施處理通過促進棉株后期發(fā)育,形成較大的群體并提高干物質的積累量,但葉面噴施縮節(jié)胺處理有利于棉株的塑形并促進營養(yǎng)物質流向生殖器官,提高蕾鈴占比,有利于光合產物由源器官向庫器官的運移。

4 結論

為了推動新疆機采棉的發(fā)展,深入研究化學封頂技術并大力推廣是必要前提。筆者使用的外源物質均在土壤中極易降解,多年隨水滴施試驗均未出現影響第二年棉花生長的狀況。本試驗結果表明化學封頂能很好地協調棉花營養(yǎng)生長與生殖生長,塑造緊湊的株型,有利于干物質的積累與蕾鈴的發(fā)育及合理分配,能一定程度上取代人工打頂,符合新疆棉花全程機械化生產的發(fā)展要求。其中葉面噴施化學封頂可以塑造較好的株型結構,提高葉綠素含量,促進棉花源器官的物質輸出;隨水滴施可以合理分配蕾鈴的時空分布,提高棉花單株結鈴數,有利于蕾鈴干重的積累,有增產潛力。綜上所述,筆者認為通過隨水滴施進行化學封頂切實可行。