化學調控對干旱后棉花冠層時空分布及產量的影響

何慶雨，代建敏，竇巧巧，謝 玲，張巨松

(新疆農業大學 農學院/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各類作物的生長和發育[1]。新疆屬于典型的內陸干旱半干旱區，是中國最大的商品棉生產基地。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，新疆灌區農田地下水位持續下降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，調整棉花化學調控策略，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]。

棉花化學調控常采用縮節胺(DPC)塑造群體冠層結構，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狀況的重要指標[10]。研究發現，噴施縮節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[13]顯著提高，葉面積指數增長得到控制[14]。同時，縮節胺施用需依據棉花長勢、棉田氣候等因素確定[15]，低灌溉量棉田，縮節胺用量設計應偏低[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，優化冠層上部結構，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胺對干旱后棉花冠層時空分布及產量構成的影響，探討干旱后棉花化學調控增產穩產的可行性，為農業植棉生產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(44°29′N、85°57′E，海拔352 m)。該區屬溫帶大陸性干旱氣候，無霜期170～190 d，年均降水量140～200 mm，年蒸發量 1 500～2 000 mm，全年日照時數2 800～2 870 h，年均氣溫6.9 ℃。試驗田前茬為棉花，土質為粘質壤土。化學封頂采用25%縮節胺水劑，由中化作物保護品有限公司生產提供；常規化控采用甲哌嗡(有效成分98%)可溶性粉劑，由四川國光農化股份有限公司生產提供。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26.3萬株·hm-2。試驗背景設置：自5月25日棉花現蕾后，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日內持續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 %

采用二因素裂區試驗設計，打頂方式為主區，分為人工打頂和化學封頂；縮節胺噴施時間為副區，分為復水后3 d(D3)、6 d(D6)、9 d(D9)噴施縮節胺及清水對照(CK)。人工打頂摘除一葉一心，化學封頂采用增效縮節胺(DPC+)750 mL·hm-2，兌水450 L·hm-2噴施。普通縮節胺噴施分兩次，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。各小區面積9 m× 6.84 m，處理重復3次，共24個小區。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地高產田進行。

1.3 測定項目及方法

葉綠素SPAD值：于各處理小區選取中行和邊行長勢均勻棉株連續各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)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。

冠層結構指標：于各處理小區選取具代表性樣點3個，采用CI-110數字式植物冠層結構分析儀 (美國CID公司)測定葉面積指數(LAI)、平均葉簇傾角(MIFA)和散射輻射透過系數(TC)。參照姚青青等[25]方法，于19:00-21:00內無強烈直射光時，將魚眼探測器放置于小區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。

產量及產量構成：于棉花吐絮期，調查各個小區收獲株數和總鈴數，計算單株結鈴數；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，計算棉花單鈴質量和衣分，最終計算 各小區籽棉產量與皮棉產量，各處理小區重復 3次。

1.4 數據處理

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

2 結果與分析

2.1 化學調控對干旱后棉花不同部位葉面積指數的影響

由圖1可知，各處理葉面積指數均呈“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，各縮節胺處理LAI整個生育期內均低于CK處理。

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

2.2 化學調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 化學調控對干旱后棉花不同部位散射輻射透過系數的影響

如圖3所示，CK處理各部位散射輻射透過系數(TC)在整個生育期內均處于較低水平。打頂前(出苗后50～74 d)，縮節胺處理各部位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。整個生育期內縮節胺處理的SPAD值均高于CK處理，D3處理SPAD值則保持較高水平，兩種打頂方式下規律表現一致。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胺噴施均有利于棉花葉片葉綠素合成。

2.5 化學調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，總體表現為D6>D3>D9>CK。

進一步分析不同部位比葉重的差異發現，打頂前(出苗后50～74 d)，各部位比葉重下降幅度整體表現為下部>中部>上部，而處理間比葉重降幅僅中部和上部差異顯著，表現為CK>D3>D6>D9。打頂后，與CK處理相比，縮節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 化學調控對干旱后棉花產量及產量構成的影響

由表2可知，在產量構成中，與CK處理相比，縮節胺處理顯著提高棉花單株結鈴數、單鈴質量和籽棉產量。其中籽棉平均產量以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%，籽棉產量整體表現為D6>D9>D3>CK；與人工打頂相比，化學封頂棉花單株結鈴數和單鈴質量增幅不顯著，籽棉產量平均提高 4.0%。皮棉產量平均提高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量及產量構成因素Table 2 Yield and yield components of cotton under different treatments after drought

3 討 論

作物冠層結構能較為靈敏地反映外部環境變化，而葉面積指數則是反映其特性的重要指標之一[12]。棉花葉面積指數存在一定的閾值，最大葉面積指數以不超過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生長受阻，葉面積指數將出現不同程度的下降。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達到3.7～4.9，這可能是復水后棉花營養生長產生了補償作用。因此，復水后為控制旺長，棉花仍需施以輕度化學調控。

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

葉綠素含量和比葉重是判斷葉片營養狀況的重要指標[10]。干旱會造成棉花葉綠素緩慢上升。干旱緩解后，短期內葉綠素將呈下降趨勢[31]，本試驗研究與結果相一致。許多研究表明，化學封頂和縮節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。噴施縮節胺顯著增加了前期冠層中上部比葉重，后期影響轉移至中下部，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揮，棉花的營養生長中心向中上部 轉移。

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

4 結 論

棉花蕾期遭受干旱，復水后需進行輕度化調以控制其旺長。通過延遲噴施低劑量縮節胺，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干旱后棉花的補償效應，表現出一定的增產效果。其中，化學封頂下復水后6 d噴施低量縮節胺，棉花葉面積指數均勻分布，葉片保持直立，冠層通風良好，能夠最大限度的發揮棉花增產穩產潛力，棉花產量最高。