d-柠檬烯助剂对棉花脱叶催熟剂的增效作用

张煜，杜睿，肖庆刚，周婷婷，张航，杨林，韩小强*

(1 新疆维吾尔自治区植物保护站,新疆 乌鲁木齐 830002;2 石河子大学农学院/新疆绿洲农业病虫害治理与植保资源利用重点实验室,新疆 石河子 832003)

棉花生产关系到外贸主导产业的可持续发展，关系到我国农业结构的战略性调整和粮食安全，是国家和新疆发展的战略需求[1]。新疆是我国最大的商品棉基地、国内唯一的长绒棉生产基地和世界重要的棉产地。据统计[2]，2018年新疆棉花机采率达到35%，北疆地区和新疆生产建设兵团主要棉区机采率超过80%，机采棉总面积达87万hm2。机采棉的推广对农业增效、团场增盈、职工增收及提升新疆棉花的国际市场竞争力做出了重要贡献，促进了棉花发展战略的进一步实施[3]。然而，新疆机采籽棉中碎叶含量高(占总杂质的53%～93%)，严重影响棉花品质[4]。因此，提高脱叶催熟剂的效果、降低籽棉碎叶杂质含量，是实现机采棉优质、高效的关键[5]。化学脱叶剂及催熟剂是指喷施棉花后，加快其生长发育进程、促进棉花叶片脱落和棉铃集中吐絮的化学合成药剂[6]。化学脱叶催熟技术是机采棉综合农艺配套技术的关键环节和重要前提[7]。然而，实际生产中，棉花脱叶催熟剂的使用受到棉花品种、棉花长势、田间气候和施药技术等因素的影响。特别是当前使用的脱叶剂产品具有内吸传导性能差、对温度敏感，严重影响脱叶吐絮质量[8-9]。为了提高棉花的脱叶吐絮效果，生产上常通过添加喷雾助剂等手段提高脱叶催熟剂在棉花冠层的雾滴沉积[10]。

喷雾助剂可改善药液的理化性质、改变雾滴粒径分布，同时使药液在叶片的滞留量增加[11]，有效减缓农药雾滴的蒸发和飘移，进而提高农药施用效果[12-13]。d-柠檬烯(d-limonene)是柑橘皮(柑、甜橙、柠檬、橘、葡萄柚、金柑等)精油的主要成分，为无色油状液体，具有类似柠檬的香味[14]，有多种生物活性，包括杀虫[15-16]、杀螨[17]、杀菌[18]、除草[19]和消炎止痛[20]等。由于来源于植物，d-柠檬烯对天敌昆虫、人、畜安全无害，在环境中易降解，近年来在农药领域应用广泛、发展迅速。

新疆棉花种植密度大、棉花叶片交叉重叠严重，造成喷施时棉花脱叶催熟剂雾滴穿透性差，影响脱叶催熟剂在棉花冠层下部的雾滴覆盖率，导致脱叶吐絮效果不佳。科学合理的棉花脱叶催熟剂喷施技术能够提高棉花的脱叶吐絮质量，进而降低籽棉中的碎叶杂质，对解决棉花品质问题具有重要意义。但在实际生产中，脱叶催熟剂的喷施往往受到施药器械和施药技术等多种因素的影响[21]。从最早的人工喷施到喷杆喷雾机喷施，再到近年来发展迅速的植保无人机喷施，棉花脱叶催熟剂的施药效率在不断提高，对棉花的高产、稳产起到了重要作用。

植保无人机喷施棉花脱叶催熟剂技术发展迅速，对脱叶催熟剂的剂型及喷施技术提出了新的要求[22]。然而，与植保无人机喷施作业配套的飞防专用制剂研究较少，成为制约植保无人机高质量喷施作业的瓶颈问题。目前国内有关植保无人机喷施棉花脱叶催熟剂应用方面的研究主要集中在喷施作业可行性、作业参数等方面的研究[9-10,23-27]。阿力木江·克莱木等[28]研究了不同剂量植物油助剂对棉花脱叶吐絮效果和产量的影响，发现植物油助剂在相对低温条件下能够改善棉花的脱叶和吐絮效果。但d-柠檬烯作为助剂在棉花脱叶催熟剂领域的研究尚不多见，添加d-柠檬烯作为喷雾助剂对棉花脱叶吐絮影响的研究未见报道。

本研究通过植保无人机和风幕式喷杆喷雾机喷施棉花脱叶催熟剂时，添加不同剂量的5%d-柠檬烯可溶液剂，研究其对棉花脱叶催熟剂雾滴沉积、脱叶吐絮效果和棉花产量和品质的影响，旨在为棉花脱叶催熟剂喷施的高效利用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试植保器械

供试植保无人机为极飞P30电动多旋翼植保无人机(广州极飞科技有限公司)，配备农药喷洒平台，主要参数见表1。采用GNSS RTK精准定位系统，飞行高度和速度的精度均控制在0.01 m和0.01 m/s；载药量为15.0 L，喷洒系统由微型直流泵、管道、喷头和电子控制阀组成。

表1 极飞P30植保无人机的主要技术参数

供试喷杆喷雾器为3WP1900型风幕式喷杆喷雾机(江苏南通黄海药械有限公司)，主要参数见表2。

表2 3WP1900型风幕式喷杆喷雾机的主要技术参数

1.1.2 试验地概况

试验在新疆石河子市北泉镇三分场二连(44°23′21″N，85°58′48″E)进行。试验田采用中等水平施肥，前茬作物为棉花，已连续多年种植。供试棉花品种为新陆早64号；采用机采棉种植模式，一膜六行，行距66+10 cm，宽窄行常规播种模式；2019年4月15日播种，4月22日第1次进水，并于7月8日打顶；种植密度约为19.5万株/hm2，全生育期采用膜下滴灌。

1.1.3 供试药剂

供试药剂为5%d-柠檬烯可溶液剂(奥罗阿格瑞国际有限公司)；脱叶剂为360 g/L噻苯隆180 g/L敌草隆悬浮剂(河南瀚斯作物保护有限公司)；催熟剂为40%乙烯利水剂(江苏安邦电化有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验条件与处理

参考《农药田间药效试验准则》[29]，要求设试验小区，施药时期视棉铃成熟度确定，一般吐絮率40%左右进行茎叶喷雾，每个小区施药2次。喷雾作业时，记录作业时间的气象信息以用于分析环境影响因素。第1次喷雾作业于2019年9月7日进行，第2次喷雾作业于2019年9月15日进行，棉花处于吐絮期，平均株高0.87 m，每株棉株平均叶片数29.8，平均吐絮率为45.7%。施药期间无降水影响。无人机喷施处理小区面积为0.33 hm2，飞行高度为2 m(距棉花冠层顶部)，飞行速度为5 m·s-1，喷幅为3.5 m，喷液量为15 L·hm-2。风幕式喷杆喷雾机喷雾处理面积为0.33 hm2，作业速度为15 km·h-1，喷幅为喷液量为450 L·hm-2。试验处理见表3。

表3 试验处理

1.2.2 雾滴沉积[30]

喷雾前分别在试验区与无人机航线垂直的有效喷幅范围内取7点，样点布置重复3次，相邻2个重复间相隔20 m(图1)；使用曲别针将水敏纸(26 mm×76 mm)分别安装到作业区域棉株上、中、下部，每层按照十字交叉模拟棉株不同位置(图1)。每次喷雾结束后，待水敏纸表面的雾滴稍微干燥，试验人员立即戴乳胶手套收集各布样点的水敏纸，用记号笔按照“处理组-重复号-编号”标记后，装于信封内密封，带回实验室分析。

图1 雾滴测试卡水敏纸的布置及试验样点设计

1.2.3 脱叶吐絮率调查

参考《农药田间药效试验准则》[29],在施药前，每处理选取3个点，要求点和点之间棉花长势、水肥、管理情况等一致，有代表性。每点取10株棉株进行随机标记计数，调查同一标记棉株上喷施前、喷施后5、8、12、15 d后棉株上、中、下部叶片数和吐絮棉铃数，用公式(1)、(2)分别计算叶片脱落率和吐絮率。

(1)

(2)

1.2.4 棉花品质评价

待田间吐絮达到90%左右时，对各处理区进行棉花样品采收，每个处理采收3个样点。每个点在其周围棉株的上、中、下部共采收25个吐絮棉铃，从中随机称取100 g皮棉样品送至农业农村部棉花品质监督检验测试中心(安阳)进行纤维品质检测。

1.2.5 数据处理

对不同收集器位点收取的水敏纸进行扫描，使用ImageJ 1.38X软件(美国国立卫生研究院)分析每张水敏纸上药液的雾滴密度(雾滴个数/cm)和雾滴覆盖率(%)。所有数据采用Origin 9.1和Excel 2016统计软件将各试验结果按照不同航空喷雾助剂进行分组，通过比较均值的One-Way ANOVA(单因素方差分析)方式，选择LSD(Least-Significant Difference,最小显著性差异法)，将置信区间设置为95%，当P<0.05时，表示两组间存在显著性差异。

2 结果与分析

2.1 柠檬烯助剂对脱叶催熟剂剂雾滴沉积的影响

药液雾滴密度和雾滴覆盖率一定程度上反映了喷雾助剂抗蒸发、促沉降、促附着的功效，从而对棉花脱叶吐絮效果产生了影响。

2.1.1 柠檬烯助剂对脱叶催熟剂雾滴覆盖率的影响

5%d-柠檬烯可溶液剂对棉花脱叶催熟剂雾滴覆盖率的影响如图2所示。添加5%d-柠檬烯可溶液剂后，能够显著提高棉花冠层上部和中部脱叶催熟剂的雾滴覆盖率，表明柠檬烯助剂具有促进雾滴沉降和提高雾滴展着的性能。由于棉花植株上部叶片密集交错，5%d-柠檬烯可溶液剂对冠层下部雾滴覆盖率的效果一般。5%d-柠檬烯可溶液剂的添加剂量对雾滴覆盖率影响不显著。对于风幕式喷杆喷雾机，5%d-柠檬烯可溶液剂对雾滴覆盖率影响不显著，可能是由于风幕式喷杆喷雾机喷施作业时，施药液量较大，柠檬烯助剂对其雾滴行为的影响不显著。

A—植保无人机；B—风幕式喷杆喷雾机；柱状图上方字母不同者差异显著(P<0.05)。

2.1.2 柠檬烯助剂对脱叶催熟剂雾滴密度的影响

5%d-柠檬烯可溶液剂对脱叶催熟剂喷施后雾滴密度的影响如图3所示。植保无人机喷施棉花脱叶催熟剂时，柠檬烯助剂的添加剂量和雾滴密度呈正相关关系，且与对照处理具有显著差异，表明该类助剂能够提高雾滴的沉降。对于风幕式喷杆喷雾机喷施棉花脱叶催熟剂，添加5%d-柠檬烯可溶液剂与对照处理相比，在棉株冠层上层和中层具有显著性差异，棉株冠层的下层差异不显著。这表明柠檬烯助剂能够显著提高棉株冠层上层的雾滴密度，较好地提高上层的脱叶效果。

A—植保无人机；B—风幕式喷杆喷雾机；柱状图上方字母不同者差异显著(P<0.05)。

2.1.3 柠檬烯助剂对脱叶催熟剂雾滴粒径的影响

雾滴粒径是评价施药的效果的重要指标之一，按照雾滴体积的由大致小的顺序进行累积，其累积值为取样雾滴体积总和的50%所对应的雾滴直径(Dv50)。5%d-柠檬烯可溶液剂对脱叶催熟剂雾滴粒径的影响如图4所示。植保无人机喷施棉花脱叶催熟剂时，添加5%d-柠檬烯可溶液剂的各处理间雾滴粒径无显著差异，但雾滴粒径均小于不添加的处理，并具有显著差异。这表明，5%d-柠檬烯可溶液剂具有促进雾滴沉降的功效。

A—植保无人机；B—风幕式喷杆喷雾机；柱状图上方字母不同者差异显著(P<0.05)。

2.2 柠檬烯助剂对脱叶催熟剂脱叶吐絮影响

2.2.1 柠檬烯助剂对棉花脱叶的影响

添加5%d-柠檬烯可溶液剂的脱叶效果的影响表4所示。施药后5 d，添加5%d-柠檬烯可溶液剂的处理组，脱叶率均超过55%，而对照处理组脱叶率仅为37.6%，显著低于添加的处理。施药后12 d，添加5%d-柠檬烯可溶液剂的处理组，脱叶率均超过95%，并且达到了机械采收对脱叶的要求；而对照处理组脱叶率仅为84%。施药后15 d，所有处理组的脱叶率均超过90%，均已达到机械采收要求。

表4 不同剂量5%d-柠檬烯可溶液剂处理对棉花脱叶的影响 单位：%

无论是风幕式喷杆喷雾机还是植保无人机喷施，不添加柠檬烯助剂处理的脱叶率显著低于添加的处理，表明喷施棉花脱叶催熟剂时，添加5%d-柠檬烯可溶液剂能够显著提升棉花脱叶催熟剂的脱叶效果。但是，风幕式喷杆喷雾机和植保无人机喷施棉花脱叶催熟剂时，添加不同剂量5%d-柠檬烯可溶液剂处理间各时期脱叶率差异不显著，这说明该药剂的使用量对棉花脱叶效果影响不显著。

2.2.2 柠檬烯助剂对棉花吐絮的影响

添加5%d-柠檬烯可溶液剂的吐絮效果的影响如表5所示。由于2019年新疆棉花苗期受低温冻害影响，棉花生育期普遍延迟7 d左右。所以，脱叶催熟剂喷施前棉花的吐絮率很低，施药后5 d的吐絮效果并不高，各处理脱叶率在25%～30%之间，风幕式喷杆喷雾机喷雾处理的吐絮率略优于植保无人机喷施处理。随着时间的延迟和第2次施药的双重效果，施药后12 d，各处理的吐絮率均超过79%。至施药后15 d，各处理组的吐絮率持续提升，吐絮率均接近90%。对比两种施药器械，各处理时期地面风幕式喷杆喷雾机处理组的吐絮效果均略优于植保无人机处理组吐絮率。

表5 不同剂量5%d-柠檬烯可溶液剂处理对棉花吐絮的影响 单位：%

2.3 柠檬烯助剂对棉花品质的影响

棉花皮棉品质经农业农村部棉花品质监督检验检测中心(安阳)检测，结果表明，两种施药器械添加5%d-柠檬烯助剂后，与对照处理组棉花的上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值和伸长率等指标均无显著性差异，且各剂量处理间也不存在明显的差异(表6)。说明柠檬烯助剂作为喷雾助剂，不会对棉花品质产生造成损伤。

表6 不同剂量5%d-柠檬烯可溶液剂处理对棉花纤维品质指标

3 结论与讨论

研究喷雾助剂对植保器械喷施棉花脱叶催熟剂的雾滴沉积和脱叶吐絮效果的影响，对于棉花脱叶催熟剂的高效利用具有重要的指导意义。本文通过在植保无人机和风幕式喷杆喷雾机喷施棉花脱叶剂时添加不同剂量的5%d-柠檬烯可溶液剂，研究其对雾滴沉积和脱叶吐絮的影响。结果表明，添加5%d-柠檬烯可溶液剂后，能够显著提高棉花冠层上部和中部脱叶剂的雾滴覆盖率，但对冠层下部雾滴覆盖率的效果一般，添加剂量对雾滴覆盖率影响不显著。其次，5%d-柠檬烯可溶液剂的添加剂量和雾滴密度呈正相关关系，表明该助剂能够显著提升脱叶剂雾滴密度，提高脱叶剂在棉花叶片的均匀展着和对棉花冠层的穿透性，进而提高脱叶效果。此外，5%d-柠檬烯可溶液剂的使用对棉花的品质无显著影响。

植保无人机和风幕式喷杆喷雾机喷施棉花脱叶催熟剂时，添加柠檬烯助剂能够显著提升脱叶催熟剂的雾滴沉积效果，进而达到较好的脱叶吐絮效果。同时，柠檬烯助剂对棉花的品质无影响。这一研究结果与Xiao等[10]、阿力木江·克莱木等[28]的研究结果一致。

新疆是我国棉花的主要产区，现行种植多采用密集化方式，棉花叶片交叉、重叠严重，在生产和试验调查中发现，植株下部叶片不能及时脱落是导致整体脱叶率低、含杂率高的原因[31]。当前兵团乃至新疆棉花脱叶催熟剂的喷施主要依赖拖拉机等地面大型施药机械，地面喷雾机械和植保无人机喷施棉花脱叶催熟剂作业存在中下部叶片着药量差、雾滴蒸发和飘移严重等现象[22]。研究[22]表明，通过施药技术改善雾滴的沉降、穿透和等性能，能够最大程度改善棉花的脱叶吐絮效果。本研究中，添加d-柠檬烯助剂后，无论是风幕式喷雾器还是植保无人机，喷施棉花脱叶催熟剂后的雾滴沉积和脱叶吐絮质量均有提高。这表明该类助剂可以作为喷雾助剂，有助于提高棉花脱叶催熟剂的施用效率，进而实现脱叶催熟剂的减施增效。