不同封頂方式對南疆長絨棉生長及產量性狀的影響

王 亮,郭仁松,田立文,王 靜,林 濤,鄭子漂,徐海江,吾買爾江·庫爾班,金 亮,崔建平

(1.新疆農業科學院 經濟作物研究所,烏魯木齊 830091;2.新疆農業科學院 庫車陸地棉試驗站,新疆庫車 842099;3.新疆農業廣播電視學校,烏魯木齊 830052)

新疆是中國唯一的長絨棉產區,新疆的長絨棉主要分布在南疆阿克蘇、喀什地區,其中阿克蘇地區是長絨棉的主產區,有著"長絨棉之鄉"的美譽[1]。近年來,勞動力日益緊缺,用工難、用工貴問題突出,導致長絨棉植棉成本居高不下,種植效益比大幅降低[2]。新疆長絨棉種植面積自2018年以來連續3 a大幅下降,2018年新疆長絨棉種植面積8.33×104hm2,到2020年,長絨棉種植面積縮減到5.67×104hm2左右,3 a內長絨棉種植面積下降32%,長絨棉產量總體也呈下滑趨勢[3]。且目前長絨棉仍以人工打頂為主,費時費工、人工成本高、勞動強度大,生產效率難以提高,這已成為限制新疆長絨棉種植全程機械化的一項主要障礙[4]。探索長絨棉封頂方式,用化學調控策略替代人工管理,抑制長絨棉頂端生長,提高其群體一致性,協調棉株營養生長和生殖生長,已成為目前南疆長絨棉生產上亟待解決的關鍵科學問題。這對塑造長絨棉合理群體結構,形成與機采要求相適應的農藝性狀目標,實現機械化采收,進而降低長絨棉植棉成本、提高生產效率,穩定長絨棉種植面積,促進長絨棉高產高效向機械化、輕簡化方向健康發展具有重要意義。

目前關于棉花封頂的研究已有較多報道,并且新疆陸地棉區已陸續開展了化學封頂的相關研究。前人研究表明,化學封頂可以通過重塑棉花株型冠層以達到協調群體結構和提高產量的目的[5],對棉花株型的調控可達到類似于人工打頂的效果[6]。噴施化學封頂劑能有效抑制棉花頂尖生長,降低株高,縮短節間長度,獲得更為緊湊的株型[7-8],且株高和節間長度可作為評價化學封頂對棉花株型調控效果的最佳指標[9]。化學封頂可優化上部冠層結構,棉株葉片葉綠素含量及葉面積指數呈增加趨勢[10],群體冠層透光率顯著改善[11]。與人工打頂相比,化學封頂可促進棉花源器官的物質輸出,有利于干物質的積累與蕾鈴發育及合理分配[12],可增加干物質的有效運轉率,調節棉株內養分及水分向生殖器官的運輸,增加產量物質積累[13],對棉鈴時空分布的優化及單株結鈴數的提高具有積極作用[14-15],且這種效果與人工打頂差異不大。此外,近年來,化學封頂與外源調節物質相互交叉應用的研究也越來越多,化學封頂施用技術的不斷完善,對新疆機采棉全程機械化的實現起到較大的促進作用。

然而上述研究多集中在北疆植棉區,且絕大部分為不同打頂方式或化學打頂劑施用時間及濃度對陸地棉生長發育調控方面的比對分析,針對南疆極端干旱灌溉棉區條件下的化學封頂研究較少,特別是化學封頂對南疆長絨棉生長調控的系統性研究鮮見報道,限制了南疆長絨棉輕簡高效化學封頂技術的推廣應用。因此,本試驗通過研究不同封頂方式對南疆機采長絨棉株型性狀、生物量積累及產量性狀的調控效應,探討南疆機采長絨棉化學封頂的可行性,以期為化學封頂在南疆機采長絨棉上的應用和推廣提供理論依據和實踐經驗。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

化學封頂劑“向鈴轉”為250 g·L-1的甲哌鎓水劑,由新疆強農豐禾農業科技有限公司提供;常規化控采用98%縮節胺可濕性粉劑,由四川國光農化股份有限公司生產提供。供試棉花品種為機采長絨棉‘新78’,該品種生育期135 d左右,零式果枝,始果節高度16 cm以上,單株果枝數15～17臺。

1.2 試驗設計

試驗于2021年在阿瓦提縣新疆農業科學院棉花綜合科研示范基地(40°27′N,80°21′E,海拔 1 025 m)進行。試驗地土質類型為粉砂質壤土,土壤肥力中等,含有機質10.2 mg·kg-1,堿解氮61.5 mg·kg-1、速效磷14.0 mg·kg-1、速效鉀70.2 mg·kg-1,前茬作物為棉花。試驗采用一膜三管六行機采種植模式,膜寬2.05 m,播幅 2.3 m,株行配置為窄行10 cm,寬行66 cm,株距10 cm,種植密度為2.63×105株·hm-2,2021年4月13日播種,9月底收獲,其他栽培管理同當地 大田。

試驗采用單因素隨機區組設計,設置4個處理:人工打頂(MT)、化學封頂(CT)、縮節胺(DT)和化學封頂(CT)+縮節胺(DT)處理,其中人工打頂、化學封頂和縮節胺處理均于7月20日進行,人工打頂以一葉一心為標準摘除棉花主莖頂尖,化學封頂劑和縮節胺處理采用背負式電動噴霧器進行葉面噴施1次,以葉面潤濕而不下滴為宜,化學封頂劑和縮節胺劑量分別為750 mL·hm-2和150 g·hm-2,化學封頂劑+縮節胺處理次序為先化學封頂后縮節胺處理(7月13日噴施化學封頂劑750 mL·hm-2,7月20日噴施縮節胺150 g·hm-2)。噴施藥劑時選擇晴朗無云天氣,當天10:00-12:00,藥品均為現配現用。噴施劑量參照使用說明書中的最佳噴施劑量。以常規人工打頂為對照,每個處理重復3次,共12個小區,小區寬(4膜)9.2 m,長8 m,小區面積73.6 m2,小區之間留1播幅設為保護行。全生育期共滴水8次,肥料用量為尿素(N質量分數≥46%)675 kg·hm-2,農用硫酸鉀(K2O質量分數≥50%)150 kg·hm-2,三料磷肥(P2O5質量分數≥46%)375 kg·hm-2,其中尿素的30%、鉀肥的50%和全部磷肥作為底肥基施,其余則隨水追施,病蟲草害防控等其他田間管理措施同大田常規管理一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農藝性狀 于每小區中行選取長勢均勻的棉株10株,在封頂前及封頂后每隔10 d定點調查棉花株高、果枝數、單株節間數、平均節間長度(株高/節間數)、莖粗、蕾鈴脫落數等農藝性狀。

1.3.2 葉綠素SPAD值 封頂前,于各處理小區中行選取長勢均勻的連續5株棉株定點,在封頂前及封頂后每間隔10 d采用SPAD-502型便攜式葉綠素測定儀測定棉株倒四功能葉葉綠素SPAD值(人工打頂處理為倒三功能葉),選取葉片5個不同部位測量,取其平均值作為測量值,測量時避開葉脈,并盡量避免測量過程對葉片造成損傷。

1.3.3 棉花生物量測定 棉花封頂前及封頂后每間隔10 d,每小區選取代表性株植5株,采集地上部分,單株按莖、葉、蕾花鈴等器官進行分樣,稱其鮮質量后,分別置105 ℃烘箱中殺青30 min,80 ℃烘干至恒量,冷卻后分別稱干質量。

1.3.4 棉鈴空間分布的調查 棉花吐絮期,在各小區隨機選取具有代表性的棉花10株,調查其下部果枝(1～5果枝)、中部果枝(6～10果枝)、上部果枝(10果枝及以上)棉鈴空間分布特征,其上、中、下部劃分依據按供試品種生育特性劃分。

1.3.5 產量及產量構成 棉花吐絮期,每小區選定2.9 m×2.3 m 樣方調查有效株數和單株結鈴數;并在每小區連續幾株單獨采收下部(1～5果枝)吐絮棉鈴30朵、中部(6～10果枝)吐絮棉鈴40朵、上部(10果枝及以上)吐絮棉鈴30朵,將采收回吐絮棉鈴晾干,進行室內拷種,分別計算棉花上、中、下部單鈴質量和衣分,并計算籽棉產量。

1.4 數據處理及統計分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2010進行處理及作圖,采用IBM SPSS statistics 19.0統計分析軟件進行處理間顯著性方差分析(Duncan’s新復極差法),顯著水平取P<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同封頂方式對長絨棉農藝性狀的影響

由表1可知,4種不同封頂方式對棉花株高、果枝數、主莖節間數和蕾鈴脫落數具有顯著影響,對平均節間長度和莖粗影響差異不顯著。MT處理、CT處理和CT+DT處理的株高均顯著低于DT處理,分別較DT處理降低3.76%、4.57%和7.40%,MT處理、CT處理株高顯著高于CT+DT處理,但MT處理與CT處理間差異不顯著,其中CT+DT處理對株高的抑制效果最強。DT處理和CT處理果枝數顯著高于MT處理,DT處理的主莖節間數顯著較MT處理、CT處理和CT+DT處理高出6.81%、7.10%和12.50%;且DT處理蕾鈴脫落數較其他處理顯著增加,分別較MT處理、CT處理和CT+DT處理增加 62.60%、31.13%和28.44%,雖DT處理株高和果枝數增加,但其蕾鈴脫落數也顯著增加,不利于成鈴形成。

表1 不同封頂方式下長絨棉農藝性狀的變化Table 1 Agronomic traits of long-staple cotton under different topping methods

2.2 不同封頂方式對長絨棉葉綠素SPAD值的影響

由圖1可知,不同封頂方式下長絨棉倒四功能葉葉綠素SPAD值隨著封頂后時間的延長,呈現單峰變化趨勢。封頂前各處理葉綠素SPAD值沒有顯著性差異。封頂10 d后DT處理和CT+DT處理呈降低變化趨勢,DT處理葉綠素SPAD值顯著較MT處理、CT處理和CT+DT處理分別降低9.09%、7.70%和5.41%,其他處理間無顯著性差異。封頂后20 d各處理葉綠素SPAD值達到峰值,DT處理和CT+DT處理較MT處理和CT處理顯著降低,MT處理和CT處理間無顯著性差異。封頂30 d后DT處理葉綠素SPAD值最低,分別較MT處理、CT處理顯著降低3.38%、2.14%。封頂后40 d處理間葉綠素SPAD值表現為MT>CT>CT+DT>DT處理的變化規律,DT處理較MT和CT處理顯著降低4.51%和2.17%。綜上分析表明,DT處理顯著降低了封頂后長絨棉功能葉葉綠素SPAD值,不利于棉花葉片葉綠素合成,而CT處理封頂后SPAD值可保持較高的水平,在封頂后10～30 d內與MT處理無顯著性差異。

圖1 不同封頂方式長絨棉功能葉葉綠素SPAD值Fig.1 Chlorophyll SPAD of functional leaves of long staple cotton under different topping methods

2.3 不同封頂方式對長絨棉生物量積累與分配的影響

2.3.1 封頂方式對生物量積累的影響 生物量積累合成是形成作物產量的關鍵。圖2顯示不同封頂處理前后長絨棉生物量積累的變化,封頂前各處理生物量沒有顯著性差異。封頂后10 d雖處理間差異不顯著,但DT處理生物量略高。封頂20 d后CT+DT處理生物量較MT處理和DT處理顯著降低17.90%和15.94%,CT處理較MT處理顯著降低10.94%。封頂后30 d各處理間生物量差異達到顯著水平,MT處理較CT處理、DT處理和CT+DT處理顯著增加 5.70%、13.00%和 17.80%,CT處理較DT處理和CT+DT處理顯著增加6.90%和11.44%,而DT處理和CT+DT處理間未達到顯著性水平。封頂40 d后MT處理和CT處理生物量顯著高于DT處理和CT+DT處理,MT處理較DT處理和CT+DT處理顯著增加13.90%和 17.46%,CT處理則分別增加9.23%和 12.64%,而MT處理和CT處理間差異不顯著。表明隨處理后時間的延長,DT處理和CT+DT處理對生物量積累的抑制作用逐漸增強,而CT處理生物量積累量與MT處理間的差異逐漸縮小。

圖2 不同封頂方式下長絨棉生物量積累變化Fig.2 Changes of biomass accumulation of long staple cotton under different topping methods

用Logistic生長函數對不同封頂方式下長絨棉生物量積累進行擬合(表2),從長絨棉生物量積累動態變化來看,DT處理生物量積累進入快速積累期起始時間、結束時間及最大積累速率出現時間均最早,DT處理最大積累速率出現時間分別較MT處理、CT處理和CT+DT處理提前11 d、8 d和7 d,快速積累出現時間分別提前9 d、7 d和6 d,但其快速積累終止時間也均較其他處理分別提前12 d、9 d和7 d,其中MT處理生物量快速積累持續天數最久,DT處理快速積累持續期最短。生物量最大積累速率呈現MT>CT>CT+DT>DT處理的變化,DT處理最大積累速率分別較MT處理、CT處理和CT+DT處理降低4.13%、3.63%和2.54%。綜上表明,與其他處理相比,DT處理縮短長絨棉生物量快速積累的持續時間,降低生物量最大積累速率,不利于生物量在快速增長期的積累,進而影響了棉花由營養生長向生殖生長的轉變,最終影響產量形成。

表2 棉株地上部分生物量積累的Logistic模型及其特征值Table 2 Logistic equation and its features of above ground cotton biomass accumulation

2.3.2 封頂方式對長絨棉生物量分配的影響 從圖3可以看出,長絨棉生物量在莖、葉和蕾花鈴中的分配量隨封頂后時間的延長不斷增加。在封頂后 0～10 d內,不同封頂處理間生物量在各器官中的分配量均無顯著性差異。封頂20 d后,不同封頂處理生物量在各器官中的分配量差異顯著,其中DT處理生物量在莖葉中的分配量均顯著高于其他處理,而在蕾花鈴中的分配量則以MT處理最高,分別較CT處理、DT處理和CT+DT處理顯著高出16.16%、31.46%和18.60%。封頂30 d后,各處理生物量在蕾花鈴中的分配量增量進一步增大,且不同處理間差異顯著,DT處理顯著較MT處理、CT處理和CT+DT處理降低28.46%、24.39%和12.20%,生物量在莖和葉中的分配量仍以DT處理最大。封頂后40 d,不同處理下生物量在各器官中的分配情況與封頂30 d后變化趨勢一致,生物量在莖和葉中分配量的增加幅度逐漸減小,而在蕾花鈴中的分配量持續增大,DT處理和CT+DT處理在蕾花鈴中的分配量顯著低于MT處理和CT處理,DT處理最低,而MT處理和CT處理間則無顯著性差異。

圖中不同字母分別對應不同處理間在 P<0.05水平差異顯著,第一排字母為生物量總積累量的顯著性差異,第二排字母為蕾花鈴生物積累量的顯著性差異,第三排為葉片生物積累量的顯著性差異,第四排為莖生物積累量的顯著性差異Different letters indicate significant differences between corresponding treatments at P<0.05 level.The first row of letters is the significant difference of the total biomass accumulation, the second one is the significant difference of the biomass accumulation of buds,flower and bolls, the third one is the significant difference of the biomass accumulation of leaves, and the fourth one is the significant difference of the biomass accumulation of stems圖3 不同封頂方式下長絨棉各器官生物量分配變化Fig.3 Changes of biomass distribution in different organs of long staple cotton under different topping methods

從表3不同封頂方式下生物量在各器官中的分配比例來看,隨封頂后時間的推進,生物量在莖、葉中的分配比例呈逐漸降低的趨勢,蕾花鈴生物量的分配比例則由封頂前的 22.89 %～ 23.93%增加到封頂40 d后的41.64%～ 52.79%,增加幅度較大,封頂前至封頂20 d內棉株營養生長占主導地位,封頂30 d后生殖生長速率加快,棉株生殖器官(蕾花鈴)生物量分配比例超過營養器官。封頂20～40 d內不同封頂處理下,DT處理生物量在莖和葉中的分配比例最高,而在蕾花鈴中的分配比例均最低。封頂30 d后MT處理和CT處理生物量在蕾花鈴中的分配比例一致,DT處理蕾花鈴占比最低,至封頂40 d后CT處理生物量在蕾花鈴中的分配比例反超MT處理,不同處理間表現為CT >MT> CT+DT> DT處理的變化,MT處理和CT處理生物量在蕾花鈴中的分配比例較DT處理分別高出 24.81%和 26.78%。從不同處理生物量積累與分配規律可以看出,DT處理莖葉生物積累量及分配比例較大,營養生長偏旺,但不利于向生殖生長的轉化,而CT處理在打頂30～40 d后可獲得與MT處理相差較小的生物積累量與分配比例。

表3 不同封頂方式下長絨棉生物量積累與分配Table 3 Biomass accumulation and distribution under different topping methods

2.4 不同封頂方式對長絨棉棉鈴空間分布的 影響

由表4可知,不同封頂方式對長絨棉單株結鈴數的影響差異顯著,DT處理顯著較MT處理、CT處理和CT+DT處理減少15.53%、11.10%和7.72%。對棉鈴縱向分布進行分析,不同處理長絨棉單株結鈴數均表現為下部鈴>中部鈴>上部鈴,且主要集中于長絨棉下部,各處理間下部鈴數無顯著差異。DT處理對中部鈴有一定影響,其顯著較CT處理降低16.15%,CT處理可有效提高中部鈴比例,顯著較MT處理提高14.15%。不同封頂方式對上部鈴及上部鈴比例具有顯著影響,DT處理上部鈴數顯著較MT處理、CT處理和CT+DT處理減少51.95%、32.73%和 26.00%,CT處理和CT+DT處理間無顯著差異。DT處理顯著降低了上部成鈴率,不利于上部鈴的形成。

表4 不同封頂方式對棉鈴空間分布的調節效應Table 4 Adjustment effects of different topping methods on boll spatial distribution

2.5 不同封頂方式對長絨棉產量及構成的影響

由表5可知,不同封頂方式對下部單鈴質量,上、中、下部及平均衣分無顯著性影響,各處理平均衣分為33.80%～34.17%。不同處理間中部及平均單鈴質量均呈現為MT>CT> CT+DT>DT處理的變化趨勢,MT處理中部單鈴質量顯著較DT處理高5.62%,DT處理上部單鈴質量和平均單鈴質量顯著較MT處理、CT處理降低6.52%、7.67%和4.13%、3.21%。各處理間籽棉產量存在顯著性差異,DT處理顯著較MT處理、CT處理和CT+DT處理降低16.83%、11.72%和7.93%,而MT處理和CT處理間無顯著性差異。綜上可知,與MT處理相比,DT處理不利于長絨棉中、上部及平均單鈴質量的增加,且DT處理和CT+DT處理均不利于籽棉產量的形成,CT處理單鈴質量和籽棉產量雖較MT處理略有降低,但均無顯著性差異。

表5 不同封頂方式下棉花產量及產量構成因素Table 5 Yield and yield components of cotton under different topping methods

3 討 論

化學封頂對塑造及調節棉花株高、果枝數、節間長度等關鍵農藝指標方面具有積極作用[16]。前人研究表明,化學封頂能有效降低棉花株高、果枝始節高度和果枝臺數,減少主莖節間數和節間長度,縮小莖粗,特別是對主莖及上部果枝伸長抑制效果顯著[17-18],且越靠近頂尖抑制效應越強[19],可獲得更為緊湊的株型。本試驗研究結果表明,噴施縮節胺處理株高和主莖節間數較其他處理顯著增加,化學封頂+縮節胺處理對株高及主莖節間數的抑制作用最強,而化學封頂處理對株高和主莖節間數的調控效果與人工打頂無差異。與人工打頂相比,其他封頂方式對主莖節間長度和莖粗影響較小,但均有略微減小趨勢,而果枝數則呈不同幅度的增加,這與黎芳等[20]的研究結果基本一致。但也有研究認為,噴施化學封頂劑對株高及莖粗有正增長效應,而果枝臺數則呈降低變化[21]。造成化學封頂對棉花株型形態調控差異的主要原因可能是由于長絨棉和陸地棉在株型性狀上存在較明顯的差別,以及與化學封頂劑的配方、合理的劑量和噴施時間對長絨棉的敏感程度等有關,故封頂方式對長絨棉農藝指標的影響也不盡相同。

合理的化學封頂調控,能優化作物冠層結構,提高群體光合勢能,有利于協調棉花營養生長與生殖生長的關系,促進干物質積累量的形成[22]。何慶雨等[10]研究表明化學封頂和縮節胺噴施均有利于延緩棉株衰老進程,促進棉花葉綠素合成。崔延楠等[5]和王潭剛等[23]研究表明,相同種植密度下,化學封頂處理能夠促進干物質向生殖器官轉運與分配,有利于提高棉株干物質積累量。而本試驗研究結果表明,縮節胺及化學封頂+縮節胺處理均顯著降低了長絨棉功能葉葉綠素SPAD值,而化學封頂處理在封頂后20～30 d內降低變化不顯著。與人工打頂相比,其他處理生物積累量均呈不同程度的降低變化,縮節胺處理縮短了長絨棉生物量快速積累的持續時間,降低了最大積累速率,不利于生物量在快速增長期的積累,且該處理封頂后生物積累量在莖葉中的分配量及分配比例仍較大,不利于生物量向生殖生長的轉變。而化學封頂處理生物量快速積累持續時間與最大積累速率與人工打頂處理相差較小,且生物量的積累及向生殖器官的轉移和分配隨施藥后時間的延長與人工打頂基本趨于一致。這主要是由于縮節胺及化學封頂+縮節胺噴施后蕾鈴脫落數顯著增加所致,同時受不同耕作區域土壤、氣候等環境因子和品種類型的影響而存在差異。

化學封頂對棉花群體與個體生長發育和產量形成有一定的調控效應[24]。有研究表明,化學封頂可增加棉花單株結鈴數和單鈴質量[25],特別是對上部鈴數的增加具有促進作用[26],進而達到提高產量的效果[27]。但也有研究認為,化學封頂后單株結鈴數隨化學封頂劑量的增加有增加趨勢[28-29],而單鈴質量有所下降,且易造成上部果枝結鈴率降低[30]。本研究結果表明,封頂方式對長絨棉下部結鈴數及衣分無顯著影響,化學封頂、縮節胺和化學封頂+縮節胺處理單株結鈴數均較人工打頂顯著降低,且對單株結鈴數的顯著影響主要取決于中、上部鈴數的差異變化,其中縮節胺處理中、上部結鈴數及單株結鈴數最低?？s節胺處理顯著降低了長絨棉平均單鈴質量,且主要對中、上部單鈴質量影響較明顯,相比于人工打頂,縮節胺和化學封頂+縮節胺處理籽棉產量顯著降低,而化學封頂處理產量變化差異不顯著。這主要是由于縮節胺及化學封頂+縮節胺處理雖增加了棉株的果枝數,但蕾鈴脫落嚴重,上部果枝無效鈴較多,在一定程度上影響了封頂后長絨棉產量的穩定性。

關于棉花株型結構及生長發育對化學封頂調控技術響應存在的差異,與眾多因素關系密切。應因地制宜,形成適宜當地生態環境條件及棉花品種的化學調控措施,推動化學封頂技術的普及應用。然而,本研究僅探討了不同封頂方式對長絨棉生長的影響,對化學封頂劑劑型選用、劑量與噴施時間的協同效應及調控生理機制需要進一步研究。

4 結 論

本試驗條件下,噴施縮節胺處理顯著增加了長絨棉株高、果枝數及主莖節間數,化學封頂+縮節胺處理對株高及主莖節間數的抑制作用最強,但縮節胺及化學封頂+縮節胺處理均不利于生物量在快速增長期的積累,抑制了生物量向生殖生長的轉變,蕾鈴脫落數顯著增加,減少了中、上部結鈴數和單鈴質量,不利于產量形成。而化學封頂處理可有效調控長絨棉的生長,有利于蕾花鈴的發育及生物量的合理分配,較好地協調了長絨棉營養生長與生殖生長,對長絨棉株型、單鈴質量及產量的調控效果與人工打頂無顯著差異,在一定程度上具有人工打頂的效果,是較符合南疆長絨棉輕簡化、機械化生產發展需求的封頂方式。