石 峰，李海江，孫孝貴，時曉娟，郝先哲，田 雨，韓煥勇

(1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所，新疆石河子 832003；3.第六師芳草湖農(nóng)場，新疆呼圖壁 831005；4.兵團(tuán)第六師農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，新疆五家渠 831008)

0 引 言

【研究意義】全程機(jī)械化是棉花輕簡化種植的主要途徑[1-2]。新疆是我國棉花產(chǎn)量最高、面積最大的種植區(qū)，長期以來棉花栽培管理以“矮、密、早”技術(shù)為核心[3]。人工打頂耗時耗力、機(jī)械打頂仍存在對棉株損壞大的問題、水肥調(diào)控成本依然較高，限制了全程機(jī)械化的發(fā)展[4-6]。化學(xué)調(diào)控技術(shù)是一種新型封頂整枝技術(shù)，是代替人工打頂實(shí)現(xiàn)植棉全程機(jī)械化的必然趨勢和要求[1,7]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】縮節(jié)胺(1,1-二甲基哌啶鎓氯化物；1,1-dimethyl piperidinium chloride，DPC)是國內(nèi)外棉花生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種植物生長調(diào)節(jié)劑[8]。利用縮節(jié)胺調(diào)控是棉花生產(chǎn)過程中重要的栽培措施，也是獲得高產(chǎn)的主要途徑[9]。研究表明，噴施縮節(jié)胺有助于塑造良好的棉花株型[10-12]，且能改善葉片生理活性，延緩葉片衰老[13]。輕量噴施縮節(jié)胺有助于雜交棉形成高光效冠層結(jié)構(gòu)[8]，顯著提高單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴重，有利于獲得高產(chǎn)[14]。但棉花品種對縮節(jié)胺化控的敏感性具有差異性[15]。馬曉梅[16]研究表明，澳棉sic75在未化控的情況下與縮節(jié)胺化控處理相比，外部株型特征符合機(jī)采棉形態(tài)要求，而作為對照的新陸早36號在未化控的條件下與縮節(jié)胺處理后的相比，株高、果枝臺數(shù)、主莖節(jié)間總數(shù)差異均呈顯著增加。也有研究表明[17]，在常規(guī)DPC化控的基礎(chǔ)上，打頂時噴施DPC緩釋型水乳劑可以代替人工打頂，但其應(yīng)用機(jī)理還需進(jìn)一步完善。打頂期氟節(jié)胺和縮節(jié)胺復(fù)配使用可以起到封頂效果[18]，但成本仍然偏高。株高是決定棉花是否適合機(jī)采的主要指標(biāo)之一[16]。葉片是光合作用的主要器官，其數(shù)量和空間分布對棉花光能吸收和干物質(zhì)積累有著重要影響，一般來說，葉片數(shù)量越多，葉面積越大，光合產(chǎn)物累積越大[19]。冠層開度(DIFN)表示未被葉片遮擋的天空部分，DIFN值在0(全葉片)～1(無葉片)之間，其大小可直接反映冠層結(jié)構(gòu)是否合理[20]。干物質(zhì)累積是棉花產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，其分配比例的優(yōu)劣影響著作物生長[21]。【本研究切入點(diǎn)】關(guān)于縮節(jié)胺的研究主要集中在縮節(jié)胺對棉花生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響，而有關(guān)利用全生育縮節(jié)胺調(diào)控替代人工打頂?shù)难芯可形匆妶蟮?。研究利用品種對縮節(jié)胺敏感的差異性，構(gòu)建基于縮節(jié)胺調(diào)控的棉花免打頂技術(shù)體系。【擬解決的關(guān)鍵問題】試驗(yàn)選用對縮節(jié)胺敏感的材料，以人工打頂作為對照，研究基于縮節(jié)胺調(diào)控的免打頂棉花農(nóng)藝性狀、冠層結(jié)構(gòu)及透光率的動態(tài)變化及產(chǎn)量，分析縮節(jié)胺調(diào)控代替人工打頂?shù)淖饔脵C(jī)理和技術(shù)途徑，為完善新疆棉花全程機(jī)械化技術(shù)和新品種培育提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2019年4～11月在新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花所試驗(yàn)地(44°19′N，86°03′E)進(jìn)行。對縮節(jié)胺敏感的參試品種為新陸早67號、Z901、Z903和澳棉sic75，對照品種為新陸早60號。試驗(yàn)地土質(zhì)為壤土，含有機(jī)碳7.51 mg/kg、全氮1.32 g/kg、速效鉀185 mg/kg、速效磷7.12 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以新陸早67號、Z901、Z903、澳棉sic75對縮節(jié)胺敏感的材料作為試驗(yàn)對象，分別用P1、P2、P3、P4表示；以新陸早60號人工打頂作為對照CK。小區(qū)寬2.3 m，行長9 m，面積為20.7 m2，3次重復(fù)。

采用2.05 m超寬膜、機(jī)采棉等行距(76 cm)密植模式，株距為6.0 cm，理論密度為21.8×104株/hm2。于4月17日播種，人工打頂時間為7月8日，7月9日與人工打頂同期進(jìn)行田間調(diào)查，9月7日噴施脫葉催熟劑，10月初收獲。

對縮節(jié)胺敏感的材料全程調(diào)控為：出苗、兩葉一心、頭水前、二水前、7月5日、7月12日前后分別為45+30+30+30+120+150 (g/hm2)，采用背負(fù)式電動噴霧器整株均勻葉面噴施。全生育期總滴灌水量(不含出苗水)為4 125 m3/hm2，肥料為尿素525 kg/hm2，磷酸鉀銨(64%)450 kg/hm2，隨水滴施。其它田管措施同高產(chǎn)棉田。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 農(nóng)藝性狀

于7月9日開始，每隔10 d在各小區(qū)隨機(jī)選擇具有代表性的植株2株，調(diào)查不同品種株高(子葉節(jié)至主莖頂端的距離)、果枝數(shù)、葉齡，共測定6次。

1.2.2.2 冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)

于7月9日開始，每隔10 d測定1次，共測定6次。采用LAI-2200冠層儀(Li-cor,USA)，參照Malone等測定方法[22]，重復(fù)4次。

1.2.2.3 透光率

于7月9日開始，每隔10 d測定1次，共測定6次。參照高亮之等[23]測定方法，根據(jù)植株的平均高度將冠層分為上、中、下3層，重復(fù)5～6次，并計(jì)算每層的透光率。

1.2.2.4 干物質(zhì)累積與分配

于7月9日開始，每隔10 d取樣1次，共取樣6次。每個小于隨機(jī)選擇具有代表性的植株，分為根、莖、葉和鈴(包括蕾和花)等部分，105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒重后稱重。

1.2.2.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

于收獲期在每個小區(qū)隨機(jī)選取代表性棉株6株，取棉株的全部鈴進(jìn)行考種，測定單鈴重和衣分。并在每個處理選擇長勢均勻一致具有代表性的樣點(diǎn)，樣點(diǎn)面積為6.67 m2，3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析用SPSS 18.0，用Ducan多重比較法檢驗(yàn)其差異顯著性，作圖用Origin 2017。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花農(nóng)藝性狀

2.1.1 株 高

研究表明，與CK相比，在7月9日后，免打頂棉花品種的株高均顯著增加以P2處理增加的幅度最大，達(dá)45.2%，P1處理增加的幅度最小，僅36.2%。各處理株高最終P2>P1>P4>P3>CK，分別為68.2、65.8、59.3、58.0和52.2 cm。圖1

圖1 不同處理棉花株高的動態(tài)變化

2.1.2 果枝數(shù)

研究表明，與CK相比，免打頂棉花品種的果枝數(shù)均呈增加的趨勢且顯著高于CK以P2處理最為明顯，增幅達(dá)到了100%且比CK高80%，P3處理果枝數(shù)相對較低，增幅為47.3%且比CK高35%。各處理果枝數(shù)最終P2>P1>P4>P3>CK。圖2

圖2 不同處理棉花果枝數(shù)的動態(tài)變化

2.1.3 葉 齡

研究表明，不同處理棉花隨時間的推移葉齡都呈遞增的曲線。與CK相比，P3處理增幅最大，達(dá)到了39.4%，P1處理增幅最小，僅為21.7%。葉齡最終表現(xiàn)為P2>P3>P4>P1>CK。圖3

圖3 不同處理棉花葉齡的動態(tài)變化

2.2 棉花冠層結(jié)構(gòu)

2.2.1 葉面積指數(shù)

研究表明，不同處理棉花隨生育時期的推移，葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為單峰曲線，在7月9～19日增長速度均達(dá)到最快。與CK相比，免打頂棉花品種降幅均低于CK，其中 P2降幅最小僅19.6%。葉面積指數(shù)降幅最終CK>P4>P1>P3>P2，分別為35.3%、28.6%、22.6%、21.0%和19.6%。P1、P2、P3和P4處理保持較高葉面積指數(shù)的同時在生育期間內(nèi)較穩(wěn)定，而CK在后期降幅較大會影響棉花后期對光能的利用。圖4

圖4 不同處理棉花葉面積指數(shù)的動態(tài)變化

2.2.2 冠層開度

研究表明，隨生育時期的推移，不同處理棉花冠層開度在7月19日之前都呈現(xiàn)出快速降低的趨勢，主要原因是這期間葉片增加較多，遮陰面積大，隨生育進(jìn)程的推移，不同處理均表現(xiàn)上升的趨勢，分別上升了0.030、0.037、0.044、0.055和0.073。冠層開度增幅最終CK>P4>P1>P2>P3。圖5

圖5 不同處理棉花冠層開度的動態(tài)變化

2.2.3 葉傾角

研究表明，不同處理棉花葉傾角都呈現(xiàn)為單峰曲線。與CK相比，免打頂棉花品種葉傾角峰值均高于CK，其中P2處理峰值最大，比CK高3.4%，P3處理峰值最小，僅比CK高0.91%，免打頂棉花品種葉片在接收光能上有更大的潛力。圖6

圖6 不同處理品種棉花葉傾角的動態(tài)變化

2.3 冠層不同部位透光率

研究表明，不同處理棉花冠層上部透光率隨生育時期的推移先上升后降低再上升，中部除P1和P2處理表現(xiàn)為先上升后降低再上升的趨勢，其余處理均表現(xiàn)為先降低后上升的趨勢；下部透光率則都表現(xiàn)為先降低后上升的趨勢。在棉花各生育期間，透光率均表現(xiàn)為上層>中層>下層，其中，P1、P2、P3和P4處理在7月9～19日上部透光率均低于CK處理，而中部除P1和P2在7月19日顯著高于CK，其余處理相比CK差異不顯著，P3和P4處理在7月9日下部透光率顯著低于CK處理。隨生育進(jìn)程的推移，不同處理冠層各部位透光率都表現(xiàn)為上升的趨勢，在7月29日～8月28日，P1、P2和P4處理上部透光率分別增加了17.6%、24.0%、27.1%，P3處理在8月8～28日增加了10.7%，而CK處理增加了16.7%；P1、P2、P3和P4處理在7月29日～8月28日中部透光率分別增加了15.1%、28.3%、17.4%、14.6%，CK處理則增加了18.9%；P1、P2、P3和P4處理在7月29日～8月28日下部透光率分別增加了22.5%、6.9%、23.9%、4.0%，CK處理增加了16.7%。圖7

注：U：冠層上部；M：冠層中部；L：冠層下部

2.4 干物質(zhì)累積與分配

研究表明，隨著生育時期的推移，不同處理棉花干物質(zhì)累積質(zhì)量的變化有明顯差異，但都符合作物生長的“S”型曲線。P1和P3處理營養(yǎng)器官干物質(zhì)量均緩慢增長，其中P1處理總干物質(zhì)質(zhì)量累積增加81.9 g/株，最終生殖器官和營養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量比例為2.1∶1；P3處理總干物質(zhì)質(zhì)量累積增加62.0 g/株，最終生殖器官和營養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量比例為2.2∶1。P2、P4和CK處理在7月19日～8月18營養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量均緩慢增長，在8月18日后均呈下降的趨勢，其中P2處理生殖器官、營養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量分別下降9.0%、42.8%，總干物質(zhì)質(zhì)量累積增加43.7 g/株，最終生殖器官和營養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量比例為1.6∶1；P4處理和CK生殖器官干物質(zhì)質(zhì)量分別增加7.6%和83.7%，營養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量分別下降32.0%和18.9%，總干物質(zhì)質(zhì)量累積分別增加37.5和63.0 g/株，最終生殖器官和營養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量比例分別為1.5∶1和2.3∶1。P2和P4處理全株干物質(zhì)質(zhì)量在8月18日后呈現(xiàn)下降趨勢主要是由于營養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量下降導(dǎo)致的。與CK相比，P1和P3處理營養(yǎng)器官和生殖器官的分配比例差異不大，在保證營養(yǎng)器官能維持較長活力的同時，可以促進(jìn)生殖器官的生長發(fā)育。圖8

圖8 不同處理棉花干物質(zhì)累積與分配的的動態(tài)變化

2.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

研究表明，與CK相比，在產(chǎn)量構(gòu)成因子中除P4處理單鈴重顯著低于人工打頂，P1、P2、P3和P4處理收獲株數(shù)、單株有效鈴數(shù)、總鈴數(shù)和單鈴重相比差異均不顯著(P>0.05)。其中，P3最終收獲株數(shù)略高于CK，其余處理均低于CK；P1和P4處理單株有效鈴數(shù)高于CK，其余處理均低于CK；P1處理總鈴數(shù)高于CK，其余處理均低于CK；P1、P2、P3和P4處理單鈴重均低于CK。P2和P4籽棉產(chǎn)量與CK相比差異顯著(P<0.05)，而P1和P3籽棉產(chǎn)量與CK相比差異不顯著(P>0.05)，CK>P1>P3>P2>P4。從衣分來看，P1和CK衣分顯著高于處理(P<0.05)，不同處理表現(xiàn)為CK和P1>P4>P2和P3。表1

表1 不同處理棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

2.6 應(yīng)用全程縮節(jié)胺調(diào)控效益分析

據(jù)調(diào)查，2019年新疆人工打頂?shù)馁M(fèi)用約合750元/hm2(據(jù)新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)試場數(shù)據(jù))，而全程縮節(jié)胺調(diào)控的成本僅為人工打頂成本的54%，隨著施用面積的擴(kuò)大，該成本還有進(jìn)一步下降的空間。

3 討 論

在棉花生產(chǎn)中，通常使用打頂?shù)姆椒?，破除頂端?yōu)勢，使?fàn)I養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)移，同時也出現(xiàn)了2次生長和營養(yǎng)生長幾乎停止導(dǎo)致的早衰等現(xiàn)象[24-25]。研究表明，基于縮節(jié)胺調(diào)控的免打頂棉花隨生育期的推移緩慢生長，避免了因打頂而出現(xiàn)的早衰現(xiàn)象，這與周小云等[26]研究一致。機(jī)采棉要求采收成熟棉花株高在65～75 cm[27]。研究表明，基于縮節(jié)胺調(diào)控的免打頂棉花株高均顯著高于人工打頂，其中新陸早67號和Z901株高適宜，而Z903和澳棉sic75略低，與馬曉梅[16]研究結(jié)果略有差異，導(dǎo)致差異的原因可能是行距配置造成[19]。

合理的冠層結(jié)構(gòu)有利于作物提升光合能力，而作物的干物質(zhì)累積量反映了光合生產(chǎn)情況，干物質(zhì)分配比例的優(yōu)劣影響著作物生長[21,28]，有研究表明，葉面積指數(shù)過大會造成冠層中下部受光條件差，會造成中下部葉片受光不足引起早衰的可能[29]。研究發(fā)現(xiàn)，基于縮節(jié)胺調(diào)控的棉花前期葉面積指數(shù)增加時，冠層開度減小，葉傾角增大，棉株冠層上部透光率均表現(xiàn)出增長趨勢，而冠層中下部透光率均表現(xiàn)為下降趨勢，說明各處理棉花在生育前期冠層上中部吸收更多的光能，下部漏光損失小，葉片吸收更多光能，利于營養(yǎng)器官干物質(zhì)累積。當(dāng)葉面積指數(shù)達(dá)到峰值后，冠層開度增大，葉傾角略有下降，棉株冠層不同部位透光率都呈現(xiàn)出上升的趨勢，其中新陸早67號、Z901和澳棉sic75相比對照上部透光率增加較大；冠層中部除Z901外，其余處理透光率均低于人工打頂，說明中部漏光損失??；下部除新陸早67號和Z903透光率增幅略高于人工打頂，其余處理均低于人工打頂，漏光損失較小。綜合來看，隨生育進(jìn)程的推移，對縮節(jié)胺敏感的材料表現(xiàn)為株型緊湊，有利于光能均勻的分布在各個冠層部位上，避免了因中下部葉片受光不足而引起的早衰問題。

不打頂并不影響棉花(陸地棉和長絨棉)產(chǎn)量，掌握好縮節(jié)胺的施用時期和劑量，棉花(長絨棉)產(chǎn)量與人工打頂相差不大[30-31]?；诳s節(jié)胺全程調(diào)控的棉花品種新陸早67號產(chǎn)量與人工打頂相比差異最小，其中葉面積指數(shù)在3.2～4.8，與CK相比差異較?。?月8日前冠層開度在0.02～0.08，8月8日后增加幅度在0.02左右，與CK相比差異最??；冠層不同部位透光率增幅與CK相比差異均較小，生殖器官和營養(yǎng)器官干物質(zhì)量比例為2.1∶1，與CK相比差異較小；最終表現(xiàn)為較高的單株結(jié)鈴和單鈴重，產(chǎn)量差異最小。而Z901和澳棉sci75的產(chǎn)量和人工打頂相比差異顯著，主要是由于生殖器官和營養(yǎng)器官干物質(zhì)量比例僅為1.6∶1和1.5∶1，表現(xiàn)為較低的單株結(jié)鈴和單鈴重，產(chǎn)量與CK相比較低。但所有對縮節(jié)胺敏感的材料產(chǎn)量都低于人工打頂，基于縮節(jié)胺全程調(diào)控的棉花表現(xiàn)為緊湊的株型結(jié)構(gòu)，且能實(shí)現(xiàn)自然封頂，葉片較多有利于吸收光能，但營養(yǎng)器官向生殖器官傳遞的營養(yǎng)物質(zhì)較少，表現(xiàn)為生殖器官與營養(yǎng)器官干物質(zhì)量比例均低于人工打頂，最終單株結(jié)鈴和單鈴重低于人工打頂?；诳s節(jié)胺調(diào)控的免打頂棉花要達(dá)到人工打頂?shù)漠a(chǎn)量，需適度調(diào)節(jié)棉株的葉面積指數(shù)，控制在3.1～4.7，葉面積指數(shù)達(dá)到峰值前的冠層開度在0.03～0.08，達(dá)到峰值后的冠層開度增幅在0.03左右，同時冠層不同部位透光率增幅分別在16.7%、18.9%、16.7%左右，最終生殖器官和營養(yǎng)器官干物質(zhì)量比例達(dá)到2.3∶1，還可通過對行距配置的調(diào)節(jié)[32]，及播期和種植密度[33]的進(jìn)一步優(yōu)化來提高光能利用率，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)向生殖器官轉(zhuǎn)移，增加單株結(jié)鈴和單鈴重。依據(jù)對縮節(jié)胺敏感棉花主莖自然封頂?shù)奶匦裕Y(jié)合株型結(jié)構(gòu)、冠層結(jié)構(gòu)等性狀在生長發(fā)育過程中的動態(tài)變化，可進(jìn)一步揭示棉花頂端優(yōu)勢減弱的機(jī)理，挖掘控制棉花頂端的基因，為免打頂種質(zhì)資源創(chuàng)新和新品種培育提供理論支持，實(shí)現(xiàn)棉花全程機(jī)械化管理。

4 結(jié) 論

基于縮節(jié)胺全程調(diào)控的棉花株高生長自然減緩，生育期間不早衰，葉片功能期延長，且表現(xiàn)為株型結(jié)構(gòu)緊湊，利于棉株冠層不同部位對光能的吸收，其中葉面積指數(shù)控制在3.2～4.8，冠層不同部位透光率分別在17.6%、15.1%、22.5%，營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)量比例達(dá)到2.1∶1，產(chǎn)量與CK相比差異不顯著，具有代替人工打頂?shù)目赡苄浴?/p>