北疆棉區滴水量對化學打頂棉花冠層結構及產量的影響

徐守振，楊延龍，陳民志，董恒義，張旺鋒

(1. 石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003；2. 新疆生產建設兵團第八師149團，新疆石河子 832052)

北疆棉區滴水量對化學打頂棉花冠層結構及產量的影響

徐守振1，楊延龍1，陳民志1，董恒義2，張旺鋒1

(1. 石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003；2. 新疆生產建設兵團第八師149團，新疆石河子 832052)

【目的】研究化學打頂劑與水分對棉花的交互效應，分析不同滴水量對化學打頂棉花冠層特征、物質積累與分配及產量的影響，為棉花化學打頂技術推廣提供理論依據。【方法】田間自然條件下，以人工打頂作為對照，選用氟節胺復配型和縮節胺復配型兩種打頂劑，于噴施打頂劑后的兩次灌水分別設高滴水量(常規灌量)、中滴水量(85%常規灌量)和低滴水量(70%常規灌量)3種不同滴水量。分別測定不同處理棉花葉面積指數、冠層各部位透光率、干物質積累量及產量構成因素；分析在不同滴水量條件下，化學打頂棉花的群體冠層特征、光分布、物質分配及產量變化。【結果】中滴水量處理下，化學打頂棉花群體葉面積指數高且持續期長，增加了光合面積。冠層開度適宜，光分布合理，冠層不遮蔽，有利于提高光能利用率。干物質積累量較大且提高了物質向上部生殖器官的分配比例；且相對于高滴水量處理灌量較少，減少了灌溉成本；相對于低滴水量處理顯著提高了棉花籽棉產量。【結論】噴施打頂劑后的兩次灌水控制在中滴水量(32 m3/667 m2)可以優化化學打頂棉花冠層結構、促進光合物質向生殖器官分配，充分發揮膜下滴灌節水、增效和增產潛力。

棉花；化學打頂；滴水量；冠層結構；物質分配；產量

0 引 言

【研究意義】新疆是我國優質商品棉基地，截止2013年，植棉面積和總產量已占全國的比例高達38.9%和53.9%[1]。棉花打頂是我國各棉區普遍采用的一項整枝技術，是棉花栽培管理的一個關鍵環節；打頂措施可以控制棉花株高、增加鈴數及鈴重，提高產量[2-3]。【前人研究進展】目前常規的打頂方式有人工打頂、機械打頂和化學打頂三種，以人工打頂為主[4]；人工打頂效果雖較好，但耗時、費力、效率低下難以滿足當前生產需求[5]；機械打頂由于其操作的不可控性，打頂作業中難以避免出現漏打、損壞棉鈴的情況，對棉花造成了不必要的物理傷害[6]。化學打頂是通過植物生長調節劑強制延緩或抑制棉花頂尖的生長，進而達到調節營養生長與生殖生長的目的，相比人工打頂和機械打頂，化學打頂技術方便，降低了勞動強度，增加了機器作業的可操作性，最大限度地避免了人工作業漏打頂、機械打頂的物理傷害問題[7]，對新疆植棉業的輕簡化及機械化提供了技術基礎。研究表明，生長調節劑的使用可以降低棉花株高及果枝長，增加收獲指數，對產量及品質無顯著影響[8-10]。而在作物生產過程中，灌溉水量的變化也可以調節作物根冠關系、同化物產物分配方向和產量形成[11-12]。灌溉水量過高則會造成地上部分干物質積累過多，植株旺長，同化物輸出率低、向莖葉分配的比例高，導致鈴重顯著降低[13]；灌溉水量過低則會使棉花株高及果節量顯著降低、葉面積指數下降、群體冠層透光率大、干物質量及產量降低[14-16]。【本研究切入點】植棉生產中水肥調控與棉花株型之間的關系最為密切[17]，而如何在控制化學打頂用藥量的情況下，適當減少灌溉水量以達到化控及增產效果還需進一步研究。目前生產上采用的打頂劑種類雖多、施用方式也各有不同，但按主要成分可分為氟節胺復配型打頂劑和縮節胺復配型打頂劑兩大類，且都與灌溉水分關系密切。北疆棉區普遍采用的膜下滴灌技術操作簡便，能夠靈活調節棉花灌溉水量，改善土壤水分，研究灌溉水量與化學打頂之間的效應。【擬解決的關鍵問題】采用不同打頂處理，研究滴水量變化對化學打頂棉花冠層結構、光分布及物質分配的影響，分析不同滴水量條件下，化學打頂棉花冠層結構、光分布、群體物質分配的調控機理及產量變化，為化學打頂在植棉推廣過程中提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016年在新疆生產建設兵團第八師149團13連42#東四條田(新疆石河子44°56′N，86°12′E)進行，供試品種為新陸早45號優系，設人工打頂和化學打頂兩種打頂方式，化學打頂采用目前生產上推廣應用的氟節胺復配型打頂劑(主要成分氟節胺，Flumetralin，N-乙基-N-2,6'-二硝基-4-三氟甲基苯胺)和縮節胺復配型打頂劑(主要成分縮節胺，Mepiquat chloride，1,1-二甲基氮雜環己基氯化物)。采用裂區設計，主區處理為打頂處理，設TA(噴施氟節胺復配型打頂劑)、TM(人工打頂)和TB(噴施縮節胺復配型打頂劑)3種。人工打頂時間為6月29日，人工摘除一葉一心，化學打頂采用背負式噴霧器噴施；氟節胺復配型打頂劑于6月29日噴施1號液，藥劑作用為控制株型，用藥量100 mL/667 m2，于7月9日噴施2號液，藥劑作用控制頂尖生長，用藥量150 mL/667 m2；縮節胺復配型打頂劑于7月8日噴施，用藥量30 mL/667 m2，且噴藥前3 d及噴施后4 d內避免灌水施肥，并于7月19日縮節胺化控12 g/667 m2。裂區處理為滴水量，設3種：WH(高滴水量)、WM(中滴水量)和WL(低滴水量)。全生育期灌水總量為WH：5 760 m3/hm2、WM：5 580 m3/hm2、WL：5 430 m3/hm2。表1

小區面積為4.56 m×6.0 m，重復3次。采用一膜六行種植模式，株行距配置(66 cm+10 cm)×9 cm，于4月11日播種，留苗密度約為24.2×104株/hm2；隨水滴肥，尿素554 kg/hm2、磷酸二氫鉀346 kg/hm2；全生育期采用縮節胺化控5次，總量為428 g/hm2；9月1日噴施脫葉催熟劑，9月28日進行機采收獲；其他田間管理措施按當地高產田進行。

表1 棉花生育期灌溉日期及灌溉量

1.2 方 法

1.2.1 冠層結構指標

打頂后，每小區選取長勢均勻的4個樣點，每隔10 d采用LAI-2000(Li-cor，USA)測定葉面積指數(單位土地面積上綠色器官面積所占百分比 LAI)及冠層開度(DIFN)，測定參照Malone等方法，先將探頭水平放置于冠層上方，按下測定按鈕，兩聲蜂鳴后將探頭放入群體內地面上，仍保持水平，按下測定按鈕，兩聲蜂鳴后水平均勻移動探頭。

1.2.2 光分布

打頂后開始，每隔10 d測定一次冠層的光截獲率(LIR)，采用Malone等[18]介紹的方法，在上午11:00～14:00用LI-250A光量子照度計測定植株頂部以上30 cm處自然總光Io(探頭面水平向上)、植株反光In(探頭面水平向下)、入射到冠層底部的光強I，及1/3、2/3植株高度處的光強I1、I2，重復5次。反射率(LRR)=In/Io，漏射率(LLR)=I/Io，總光截獲率LIR=1-LRR-LLR，并計算每層冠層透光率。

1.2.3 干物質積累

打頂后開始，每隔10 d于每個處理選取代表性棉株4株，從子葉節處剪取地上部分，按棉株高度分解成上、中、下三層，并將每一層葉片、莖和蕾鈴等器官分別裝入紙袋，于105 ℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒量、稱重。

1.2.4 產量及構成因子

于7月15日、8月15日選取長勢均勻富有代表性的10株棉花，重復3次，分別調查各處理伏前桃及伏桃數量；并于吐絮期在每個處理選取2.28 m×2.92 m長樣點，重復3～4次，調查樣點內全部株數和鈴數，折算出單株結鈴數和單位面積總鈴數并估算產量；每個樣點選擇長勢一致的棉花分層取上、中、下吐絮棉鈴15朵，重復3次，分開裝袋、稱重，測定單鈴重。

1.3 數據處理

數據經Excel 2010軟件整理，采用SPSS 19.0軟件進行兩因素方差分析，不同處理之間所得的均值采用Duncan新復極差法(SSR)進行多重比較，然后經過t檢驗(α=0.05)，采用SigmaPlot12.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同滴水量下化學打頂棉花冠層結構的變化

2.1.1 葉面積指數(LAI)的變化

研究表明，棉花LAI隨生育時期的推進呈現單峰曲線的趨勢，于盛花結鈴期達到峰值，隨后逐漸下降；人工打頂處理LAI變化趨勢較為平緩，而化學打頂處理則波動較大；低滴水量下，各打頂處理棉花LAI在整個生育期均顯著低于中、高灌量處理(P<0.05)，峰值為5.1～6.2，盛鈴后期下降至2.2～2.7；中滴水量處理下，化學打頂處理較人工打頂LAI達到峰值的時間有所提前，維持在6.3上下，持續期較長，下降較緩慢；相比于人工打頂，高滴水量處理下化學打頂棉花LAI峰值較高，維持在6.0～7.0，但生育后期下降較為迅速。圖1

注：TA：氟節胺復配型打頂劑，TM：人工打頂，TB：縮節胺復配型打頂劑；WH：高滴水量，WM：中滴水量，WL：低滴水量；EF：初花期；FF：盛花期；FB：盛鈴期；同一列不同字母表示在0.05水平上差異顯著，下同

Note：TA：Flumetralin，TM：Maunal topping，TB：Mepiquat chloride； WH：High drip Irrigation amount，WM：Middle drip Irrigation amount，WL：Low drip Irrigation amount；EF：Early flowering；FF：Flouring flowering；FB：Full bolling；Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within a column, the same as below

圖1 不同處理間棉花葉面積指數變化
Fig.1 The change of different treatments on LAI in cotton

2.1.2 冠層開度(DIFN)的變化

DIFN的大小與冠層光環境優劣及冠層對光能的利用效率密切相關。研究表明，不同打頂處理下低滴水量處理棉花DIFN在整個生育期均高于中、高滴水量處理，差異顯著；人工打頂處理下，中、高滴水量處理棉花DIFN無顯著變化。化學打頂處理下，高、中滴水量之間則呈顯著差異，其中，氟節胺復配型處理棉花DIFN在生育后期則表現為中滴水量處理>高滴水量處理；縮節胺復配型表現為，在生育前期高滴水量處理DIFN顯著高于中滴水量處理，而于生育后期顯著低于中滴水量處理。

與人工打頂相比，氟節胺復配型棉花在高滴水量處理下DIFN增加11%～62%，中滴水量增加27%～55%，低滴水量增加7%～9%；縮節胺復配型較人工打頂DIFN表現為，高滴水量處理下減少9%～26%，中滴水量處理增加39%～80%，低滴水量處理于前期減少39%～57%，后期增加5%～36%。圖2

圖2 不同處理下棉花冠層開度(DIFN)變化
Fig.2 The change of different treatments on DIFN in cotton

2.2 不同滴水量下化學打頂棉花冠層光分布的變化

研究表明，相對于化學打頂，人工打頂處理棉花中上部冠層透光率較低，僅為化學打頂處理的30%～44%，而下部透光率則較化學打頂增加了70%～73%，這可能是人工打頂處理棉花上部冠層的遮蔽致使下部葉片脫落過多造成的；化學打頂處理之間冠層透光率也有存在差異，其中氟節胺復配型處理較縮節胺復配型處理棉花上部透光率平均增加34%，而中部卻平均減少了9%。此外，滴水量的變化對棉花透光率具有顯著影響，表現為中、高滴水量處理較低灌量處理，上部透光率減少23%～27%，中部減少25%～39%，下部減少39%～56%。圖3

2.3 不同滴水量下化學打頂棉花干物質積累與分配的變化

2.3.1 干物質向不同部位中的分配變化

研究表明，隨著生育時期的推進，不同打頂處理、不同滴水量處理及兩者交互作用下，棉花上部干物質量變化呈極顯著差異(P<0.01)；中部干物質占總干重的比重變化為，不同打頂處理之間呈極顯著差異(P<0.01)，而不同滴水量處理之間呈顯著差異(P<0.05)。化學打頂劑與滴水量交互作用下，冠層中部干物質占總干重的比重變化表現為，隨著生育進程的推進顯著性逐漸降低。下部干物質占總干重的比例表現為，差異性變化大，但與生育時期推進無顯著關系，這可能與中、上部干物質的分配有關。

不同處理棉花上、中、下部占總干物質量的比例差異較大，表現在人工打頂為31%、36%、33%，氟節胺復配型為34%、35%、31%，縮節胺復配型為33%、36%、31%；高滴水量處理33%、35%、32%，中滴水量處理33%、36%、31%，低滴水量處理32%、36%、32%。圖4

相對于人工打頂，化學打頂在增加了物質向上部運輸的同時，仍然保持中部具有較高的分配量；滴水量的改變對干物質向各部位的運輸比例影響較小，而總干物質量則表現為高滴水量處理>中滴水量處理>低滴水量處理。

圖3 不同處理下棉花冠層透光率變化
Fig.3 Effect of different treatments on light transmittance in cotton

圖4 不同處理下干物質向不同部位中分配變化
Fig.4 Distribution of Dry Matter in different positions under different treatments

2.3.2 干物質向上部生殖器官中的分配變化

研究表明， I為干物質向全株蕾鈴的分配比例，II為干物質向上部蕾鈴的分配比率。總蕾鈴干物質量占總干物質量的比例均隨生育時期的推進呈現逐漸增大的趨勢，且隨滴水量變化表現為低滴水量處理>中滴水量處理>高滴水量處理；相較人工打頂處理，化學打頂處理棉花干物質向上部蕾鈴的分配比例于生育前期增長緩慢且峰值降低13%～14%；生育中后期隨滴水量變化表現為：中滴水量處理下，物質向化學打頂上部蕾鈴的分配比例逐漸增高，相較于高滴水量增加24%～62%，相較低滴水量增加40%～110%；而物質向人工打頂處理蕾鈴分配比例逐漸降低。縮節胺復配型處理較氟節胺復配型處理物質向上部蕾鈴的運輸速率較慢，增長速度較緩且峰值較低。圖5

圖5 不同處理下干物質向生殖器官中分配變化
Fig.5 Distribution of dry matter in reproductive organs under different treatments

2.3.3 棉花產量及產量構成因子變化

結果表明，不同打頂處理之間上部鈴重呈極顯著差異(P<0.01)，表現為氟節胺復配型處理棉花上部鈴重較人工打頂減少11%，縮節胺復配型與人工打頂無顯著差異，而產量及其它產量構成因子差異均不顯著(P>0.05)；不同滴水量處理下，棉田單株鈴數、單鈴重及籽棉產量均呈極顯著差異(P<0.01)，相比于人工打頂，化學打頂中滴水量處理較低滴水量處理顯著提高了單株鈴數，使籽棉產量增加7%～8%，而較高灌量處理籽棉產量增加3%～5%；不同打頂處理與不同滴水量交互作用下對棉花產量及產量構成因子的影響呈不顯著差異(P>0.05)。表2

表2 不同處理下棉花產量及產量構成因子變化
Table 2 Effect of different treatments on yield and yield components in cotton

處理Treatment單株伏前桃(個/株)BollsbeforeJuly15單株伏桃(個/株)BollsbetweenJuly16toAugust15單株鈴數(個/株)BollNo.perplant上部鈴重Upperpartbollweight(g)單鈴重Bollweight(g)籽棉產量Seedcottonyield(kg/hm2)TAWH1.42a1.90a5.02cde5.25cd5.02d6252.5abTAWM1.37a1.84a5.17bcd5.55cd5.25bcd6437.5aTAWL1.38a1.84a4.87de5.50d5.22cd6022.5bTMWH1.29a1.72a5.37abc6.13a5.53a6540.0aTMWM1.49a2.00a5.50ab6.10a5.47ab6285.0abTMWL1.31a1.76a5.03cde6.03a5.35abc6247.5abTBWH1.39a1.86a5.08bcde5.94ab5.52a6172.5abTBWM1.38a1.85a5.63a6.06a5.44abc6490.0aTBWL1.40a1.88a4.68e5.98abc5.42abc5955.0bTnsnsns**nsnsWnsns**ns****T×Wnsnsnsnsnsns

注：T：打頂處理，W：滴水量處理； * 和 ** 分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著

T：Topping treatment， W：drip Irrigation treatments； * and ** mean significance at the 0.05 level and 0.01 level, respectively

3 討 論

3.1 滴水量大小影響化學打頂后棉花冠層結構狀況及打頂效應

冠層結構的優劣是評價棉花群體生長狀態的重要指標。前人以化學打頂為基礎對棉花冠層結構和光分布開展了一系列研究與評價[19-21]，但迄今為止，依據灌溉水量與化學打頂的交互作用相應開展的研究鮮見報道。Reddy等[22]指出灌溉水量與生長調節劑對棉花的交互作用不顯著，但劉生榮等[23]研究表明，生長調節劑的化控效果與水肥呈正相關關系，即灌溉水量的變化必須要以合理的化控配合方能利于棉花生長。

葉面積指數(LAI)是研究植物群體特征的重要參數之一，它與棉花群體物質分配、冠層光分布都具有一定相關性[24-25]，可以反映棉花群體冠層結構和數量特征的變化[26]。灌溉水量調節與生長調節劑的使用有利于冠層結構的合理配置[14,27]。研究表明，化學打頂棉花LAI較高且持續期長，生育后期下降較為平緩；DIFN較高，冠層不遮蔽；上部透光率大，提高了中下部的葉片的光能利用率，這與前人的研究結果一致。與高滴水量處理相比，中滴水量處理下化學打頂棉花LAI峰值有所提前，且冠層中下部透光率增加34%～42%，有效減少了因葉面積過大而引起的冠層遮蔽，而相較于低滴水量處理中下部透光率減少了24%～39%，降低了因滴水量過小而引起的漏光損失。說明在化學打頂劑藥效期內，滴水量變化與藥劑效果之間存在一定制約與促進的關系，而過高或過低的灌水量均會使冠層結構向不利方向發展。

3.2 滴水量變化對化學打頂棉花物質分配及產量的影響

研究表明，干物質積累是產量形成的基礎，棉花光合產物在不同器官中的動態分配對于經濟產量的形成至關重要，而光合產物的動態分配很大程度上受到灌溉水量變化的影響，且灌溉水量過大或過小均不利于產量的形成[12-13,28]。試驗研究表明，隨滴水量的減少棉花干物質總量逐漸下降，而不同打頂方式之間干物質總積累量差異不大，但相對于人工打頂，化學打頂在增加了物質向上部運輸的同時，仍然保持中部具有較高的分配量，這在一定程度上保證了中部及上部光合產物的積累；而中部是伏桃形成和發育的主要部位，也是棉花產量形成的主體部位，中部干物質的積累是伏桃形成的基礎[29-30]；此外，化學打頂提高了光合產物向上運輸的比例，而試驗研究表明，化學打頂棉花物質向上部生殖器官的分配比例遠小于人工打頂，且上部鈴重較人工打頂減少了11%，說明化學打頂棉花上部果枝往往不成優質鈴，對產量貢獻不高；滴水量過低會顯著降低棉花株鈴數、單鈴重及產量，而打頂方式與滴水量交互作用下各處理產量無顯著差異，這可能是化學打頂劑的使用減少了水分虧缺對棉花造成的傷害，這與段留生等[31]的研究結果一致；試驗表明，中滴水量可以提高化學打頂棉花上部鈴的物質分配比例，有利于上部果枝優質鈴的形成。

4 結 論

相對于人工打頂，化學打頂具有優化棉花冠層結構、提高透光率和調節物質分配的作用，但易受到水分變化的影響，其中氟節胺復配型打頂劑對水分的敏感程度低于縮節胺復配型打頂劑。而滴水量變化可以進一步改善化學打頂棉花的群體冠層特征、光分布及物質積累與分配；相對于高、低滴水量處理，中滴水量處理下，化學打頂棉花群體葉面積指數高且持續期長，增加了光合面積；冠層開度適宜，光分布合理，有利于提高光能利用率；較常規灌溉相比，單次灌水減少用水量6 m3/667 m2，降低了用水成本；干物質積累量較大且提高了物質向上部生殖器官的分配比例；提高了籽棉產量。

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Effect of Drip Irrigation Amount on Canopy Structure and Yield of Chemical Topping Cotton in Northern Xinjiang

XU Shou-zhen1, YANG Yan-long1, CHEN Min-zhi1, DONG Heng-yi2, ZHANG Wang-feng1

(1.CollegeofAgronomyShiheziUniversity/KeyLaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps,ShiheziXinjiang832003,China; 2.RegimentalFarm149,AgriculturalDivision8ofXinjiangProductionandConstructionCorps,ShiheziXinjiang832052,China)

【Objective】 The project aims to explore the interaction effect of chemical topping and water on cotton, the effects of different drip irrigation amount on canopy structure, dry matter distribution and yield of the chemical topping cotton in order to provide theoretical basis for chemical topping technology.【Method】Under the natural conditions in the field, the artificial topping was used as the control, and two topping agents, the combination of fluorine amine compound and DPC, were selected. After applying the topping agent, two drip irrigation (routine irrigation), middle drop water quantity (85% normal irrigation volume) and low drop water quantity (70% regular irrigation amount) were set up and after that, 3 different water drop amount were applied. The leaf area index of different cottons were determined in different parts of the canopy light transmittance, dry matter accumulation and yield components in different conditions; The canopy characteristics, light distribution, material allocation and yield change of chemical topping cotton were analyzed under different drip irrigation conditions.【Result】Chemical topping cottons had the high leaf area index (LAI) and the longest duration. under middle drip irrigation which led to the increase of the photosynthetic area, and the appropriate DIFN, light distribution and canopy structure were beneficial to increase the light efficiency. The higher dry matter improved proportion percentage of photosynthetic material to reproductive organs. The lower drip irrigation amount also decreased the cost compared with the high drip irrigation. And the middle drip irrigation amount treatment significantly increased seed cotton yield compared to the low drip irrigation amount treatment.【Conclusion】Therefore, the two irrigation should be controlled in middle drip volume (32 m3/667 m2) after spraying topping agent, which can not only optimize chemical topping cotton canopy structure, but also promote photosynthetic material to the reproductive organ allocation and give full play to water-saving irrigation under mulch, and increase the efficiency and productivity.

cotton; chemical topping; drip irrigation amount; canopy structure; dry matter distribution; yield

ZHANG Wang-feng (1965- ), male, native place: Jingning, Gansu. Professor, research field: major in physiology and ecology of crop yield and quality formation. (E-mail) zhwf_agr@shzu.edu.cn

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.06.002

2017-04-12

國家科技支撐計劃課題(2014BAD09B03)

徐守振(1990-)，男，新疆博樂人，碩士研究生，研究方向為作物高產優質高效技術，(E-mail)xu.shouzhen@foxmail.com

張旺鋒(1965-)，男，甘肅靜寧人，教授，博士研究生導師，研究方向為作物產量與品質形成生理生態，(E-mail)zhwf_agr@shzu.edu.cn

S562

A

1001-4330(2017)06-0988-10

Supported by: The National Key Technology R&D Program of China (2014BAD09B03)