3种打(封)顶方式对南疆棉花株型及干物质积累的影响

吴雪琴,赵 强,田立文,李江余,马春梅,田阳青

(1.新疆农业大学 农学院,乌鲁木齐 830052;2.新疆农业科学院 经济作物研究所,乌鲁木齐 830091)

打顶是棉花生产过程中的一项重要栽培措施,通过适时打顶可以有效抑制棉花无限生长习性,协调营养生长与生殖生长,有利于提高棉花的产量和品质[1-3]。传统的人工打顶采用“一叶一心”法摘除棉花顶芯,费时费力,劳动成本较高,劳动效率低[4]。近年来,赵强等[5]提出化学封顶的概念,通过使用含有缩节胺(DPC)、缓释剂和助剂的化学封顶剂控制棉花顶尖生长,达到类似人工打顶的效果。化学封顶工作效率高,劳动成本和强度较低。并且与人工打顶相比较,果枝数增加,同时侧枝长有所降低,塑造出紧凑的株型结构,改善了棉株的通风透光情况,减少了棉铃的脱落和烂铃情况,最终提高棉花产量[6]。目前关于化学封顶剂的研究多集中于缩节胺、氟节胺[7-8]。李雪等[9]研究发现辛酸甲酯、癸酸甲酯和6-苄基腺嘌呤(6-BA)能在一定程度上代替人工打顶。邓忠等[10]研究表明,多效唑与促根剂混合滴施,有利于棉株干物质积累,单株结铃数和单铃质量显著增加,产量较叶面喷施缩节胺处理有所提高。近年来,化学封顶多使用叶面喷施药剂的方法,以随水滴施的方式进行化学封顶鲜见报道。本试验通过研究3种不同打(封)顶方式对棉花生长的调控效应,探讨随水滴施外源物质进行化学封顶的可行性,探索棉花化学封顶新途径,为化学封顶技术的发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试药剂:缩节胺,由河北国欣诺农生物技术有限公司生产;调环酸钙,由成都嘉叶生物科技有限公司生产;胺鲜酯,由郑州中科化工产品有限公司生产。供试棉花品种为‘新陆早67号’,由新疆闫氏德海科技有限公司生产。

1.2 试验地概况

试验于2020年在新疆库尔勒市和什力克乡进行,土壤肥力中等,前茬作物为棉花,已连续多年种植。试验采用膜下滴灌,于4月14日播种,播种方式为1膜4行,行距为10 cm+40 cm,株距10 cm。本试验采用棉花种植行延后覆土保苗壮苗技术(膜下滴灌精量播种栽培环境下未进行播前灌棉田保苗方法)提高棉花保苗株数,其他栽培管理同当地大田。

1.3 试验设计

试验采用随机区组试验设计,共设3个处理:叶面喷施225 g·hm-2缩节胺(D)、人工打顶(M)和混合滴施450 g·hm-2缩节胺+450 g·hm-2调环酸钙+150 g·hm-2胺鲜酯(W)。叶面喷施和人工打顶处理均于7月13日进行,滴施处 理分别 于7月10日、7月20日 进 行,2次 药剂及其用量一致。每个处理3次重复,小区随机排列,每小区面积60 m2。

1.4 调查指标与方法

1.4.1 农艺性状 吐絮期各小区随机选代表性植株5株,测量棉花株高、株宽、茎粗、主茎节间长、始果节高度、果枝数、果枝长度等农艺性状。

1.4.2 棉铃时空分布 每小区定点选取40株棉花,分别于7月15日、8月11日、9月4日调查伏前桃、伏桃、秋桃数量。于吐絮期随机选取5株棉花调查棉铃空间分布,将棉铃横向分为内围铃(第1果节)与外围铃(第2果节以外),纵向分为下部(1～4果枝)、中部(5～8果枝)、上部(9果枝以上)三部分。

1.4.3 叶绿素含量 分别在打顶后0、7、14、21和28 d,在每个处理中选取3株代表性棉花倒四叶片,称量0.1 g棉花倒四叶片鲜样放入试管中,加入10 m L 95%乙醇,遮光放置48 h,期间每隔4～6 h振荡1次,使叶片完全失绿,在665 nm、649 nm和470 nm波长下比色测定(D665、D649和D470),并计算叶片中叶绿素a(Ca)、叶绿素b(Cb)和叶绿素(Cx.c)含量。具体按Ca=13.95D665-6.88D649,Cb=24.96D649-7.32D665和Cx.c=(1 000D470-2.05Ca-114.8Cb)/245计算。

1.4.4 干物质积累 分别在打顶后0、7、14、21和28 d,每个处理中选取3株代表性棉株,按不同器官(茎、叶、蕾铃)分样,分器官放入105℃烘箱杀青30 min,再在80℃下烘干至恒量后称干质量。棉株单株干物质积累量的增长符合Logistic曲线,其基本模型为y=k/(1+e(a+bt)),式中,y为单株干物质积累量,k为相应的理论最大值,t为出苗后的时间,a、b为待定系数)。

1.5 数据分析

采用SPSS 21.0进行分析显著性差异并在Microsoft Excel 2016作图。(方差分析均为0.05水平,采用LSD法)。

2 结果与分析

2.1 不同打(封)顶方式对棉花农艺性状的影响

由表1可知,3种打(封)顶方式对棉花株高、株宽和果枝数影响较大,对茎粗、主茎节间长、始节高度和果枝长无显著影响。M处理的株高最低,较W处理降低11.20%,D处理株高较M处理稍高但不显著;D处理和W处理均不同程度地抑制棉花的株宽,其中D处理的控制效果最佳,较M处理和W处理分别降低8.82%、3.62%,可能是由于M处理掐除顶尖后顶端优势被抑制从而产生了横向生长优势;W处理的果枝数较D处理、M处理分别增加15.92%、18.08%。

表1 不同打(封)顶方式下棉花的农艺性状(±s)Table1 Agronomic traits of cotton under different topping methods

表1 不同打(封)顶方式下棉花的农艺性状(±s)Table1 Agronomic traits of cotton under different topping methods

注:同列不同字母表示处理间在P＜0.05水平差异显著。下同。Note:Different letters within the same columns indicate significant difference among treatments at P＜0.05 level.The same below.

处理Treatment株高/cm Plant height株宽/cm Plant width茎粗/mm Stem diameter主茎节间长/cm Internode length of main stem始节高度/cm Beginning section height果枝数Fruiting branch number果枝长/cm Fruiting branch length D 74.27±0.81 ab 49.03±0.47 c 8.21±0.54 a 5.51±0.29 a 16.80±2.95 a 10.93±0.61 b 11.80±1.61 a M 71.57±2.31 b 53.77±0.55 a 8.24±0.34 a 5.60±0.35 a 16.60±1.39 a 10.73±0.95 b 12.4±1.15 a W 80.60±5.47 a 50.87±0.55 b 9.14±0.72 a 5.77±0.26 a 17.03±2.65 a 12.67±0.61 a 11.43±0.81 a

2.2 不同打(封)顶方式对棉铃时空分布的影响

2.2.1 对棉铃调节的时间效应 表2结果显示,3种打(封)顶方式对棉花总铃数影响显著,总铃数表现为:W＞D＞M,其中W处理较M增加13.89%。各处理三桃比例为1∶8∶1,W处理对铃数的提增效应主要体现在伏桃上,对伏前桃和秋桃无显著影响。W处理伏桃数较D处理和M处理增加16.59%、18.75%,伏桃比例达79.24%,说明随水滴施处理能有效提高伏桃的比例。

表2 不同打(封)顶方式对棉铃时间分布的调节效应(±s)Table2 Adjustment effects of different topping methods on boll time distribution

表2 不同打(封)顶方式对棉铃时间分布的调节效应(±s)Table2 Adjustment effects of different topping methods on boll time distribution

处理Treatment总铃数Total伏前桃Befer summer boll 伏桃Summer boll 秋桃Autumn boll株铃数Number比例/%Ratio株铃数Number比例/%Ratio株铃数Number比例/%Ratio D 5.84±0.08 ab 0.81±0.11 a 13.82 4.40±0.05 b 75.33 0.63±0.08 a 10.85 M 5.69±0.38 b 0.68±0.14 a 11.96 4.32±0.36 b 75.81 0.69±0.08 a 12.23 W 6.48±0.50 a 0.68±0.09 a 10.55 5.13±0.50 a 79.24 0.66±0.13 a 10.21

2.2.2 对棉铃调节的空间效应 对棉铃横向分布进行分析可知(表3),各处理内围铃占比高于外围铃,其中D处理和W处理均能有效提高内围铃比例,较M处理增加9.97%、18.87%。对棉铃纵向分布进行分析,各处理对中部铃未产生显著提增效应,对上、下部铃有显著影响。W处理的下部铃比例较D处理显著降低34.05%,可能是由于群体遮阴使得冠层中下部光合作用减弱,光合产物下降。同时W处理有效提高了上部成铃率,其上部铃比例较D处理显著增加73.28%,可能是由于其果枝数较多,其上部载铃量随之增加。

表3 不同打(封)顶方式对棉铃空间分布的调节效应(±s)Table3 Adjustment effects of different topping methods on boll spatial distribution

表3 不同打(封)顶方式对棉铃空间分布的调节效应(±s)Table3 Adjustment effects of different topping methods on boll spatial distribution

处理Treatment占比/%Proportion内围Inside外围Outside下部Bottom中部Middle上部Top D 85.92±2.59 ab 14.08±2.59 ab 42.50±2.57 a 38.30±2.26 a 19.20±4.82 b 78.13±7.28 b 21.87±7.28 a 30.04±2.62 b 45.78±4.25 a 24.18±4.46 ab W 92.87±4.38 a 7.13±4.38 b 28.03±2.28 b 38.70±6.77 a 33.27±7.69 a M

2.3 不同打(封)顶方式对棉花叶绿素含量的影响

由图1可知,3种打(封)顶方式在处理前其叶绿素含量没有显著差异,随时间的推移均呈现“M”型趋势。药后14 d到达第一个峰值,D处理较高,但与其他处理没有显著差异;药后21 d,W处理较D处理和M处理降低19.43%、19.89%;药后28d,W处理与其他处理相比较低但无显著差异;药后35 d,D处理较M处理和W处理显著增加9.89%、21.95%。以上分析结果表明,W处理能显著降低棉花功能叶叶绿素含量。

2.4 不同打(封)顶方式对棉花干物质积累的影响

由表4可知,各处理的棉花干物质最大积累量(Ym)在99.7～106.7 g,D处理、W处理较M处理均有所降低;不同打(封)顶方式最大积累速率(Vm)基本一致;D处理后最大积累速率出现时间(t0)较M处理提前5.5 d,与W处理基本一致;D处理快速积累期起始时期(t1)提前,快速积累期终止时期(t2)推后,快速积累持续期(Δt)延长,W处理快速积累持续期(Δt)最短。

表4 棉株地上部分干物质积累的Logistic模型及其特征值Table4 Logistic equation and its features of dry matter accumulation above ground cotton

研究结果表明(图2),棉株地上部干物质总积累量、蕾铃占比均随生育时期的推进而增加。施药前各处理地上部棉花干物质总积累量达到24.94～28.55 g,蕾铃占比达18.12%～18.38%,各处理间无显著差异。药后7 d,D处理的干物质总积累量最高,较M处理、W处理增加22.51%、43.91%;D处理、W处理的茎秆干物质积累量分别均较M处理增加29.04%、28.26%;D处理的叶片干物质积累量最高,较M处理增加20.53%;各处理蕾铃干物质积累量无显著差异;M处理蕾铃占比最高达30.18%。药后14～21 d,各处理干物质积累量及蕾铃占比均无显著差异。药后28 d,W处理棉花干物质总积累量最高达65.88 g,较D处理和M处理增加16.01%、17.33%;W处理棉花茎秆干物质积累量最大,较D处理增加18.58%;W处理叶片干物质积累量较D处理和M处理 增加25.04%、23.84%;W处理蕾铃干物质积累量最高达32.99 g,蕾铃占比较D处理降低4.19%,较M处理增加3.73%。

3 讨论

株高、节间长、果枝数等是判断棉花生长发育状态重要的农艺指标,对其进行合理控制有利于协调棉花营养生长与生殖生长,是均衡棉花生长和获得高产的基础[11]。本研究中化学封顶较人工打顶,其纵向生长势较强,封顶后仍保持缓慢纵向生长,其株高、果枝数有所增加。但是其横向生长势显著降低,化学封顶株宽较人工打顶显著降低,叶面喷施处理和随水滴施处理较人工打顶分别降低8.82%、5.39%,这与赵强等[5]、娄善伟等[12]的研究结果一致。该研究中叶面喷施处理塑造了较紧凑的株型,随水滴施处理株型则相对较为宽松,人工打顶处理株型最为宽松。试验结果表明,随水滴施处理表现出较好的去顶效果,对棉花株型塑造有较好优化。

棉铃的时空合理分布有利于提高棉花的产量及其品质,研究表明,内围铃、中部铃增多有利于高产优质棉花的生产[13]。本研究中叶面喷施缩节胺处理的棉花上部果枝长缩短,导致其上部载铃量下降,结果显示其上部铃数有所降低,但中、下部成铃数提高,单株结铃数增加,这与Mao等[14]的研究结果一致。同时,随水滴施处理显著提高了棉花内围铃比例,对三桃比进行分析发现,该处理有效促进棉花后期的生长,伏桃数较人工打顶和叶面喷施处理显著增加16.59%、18.75%,与张允昔等[15]研究结果一致。综上所述,叶面喷施处理有利于中下部成铃,随水滴施处理提高了优质铃数,促进棉花后期的生长,并提高单株结铃数。

叶绿体是光合作用的最小单位,通过对功能叶叶绿体含量的测量可以一定程度上衡量植株光合作用能力的高低[16]。王潭刚等[17]研究表明在相同密度下,与人工打顶相比,化学封顶处理能够促进干物质向生殖器官转运与分配。本研究中叶面喷施处理会增加叶绿素含量,对干物质积累与分配进行分析也显示其干物质蕾铃占比最高;随水滴施处理显著降低了叶绿素含量,这与聂乐兴等[18]研究结果不一致,这可能是由于较高的株高以及较松散的株型导致群体内遮阴情况较为严重,从而使其叶绿素含量下降[19]。但其通过促进棉花后期发育,建立了较大的生物群体,结果显示其干物质总量最高较人工打顶增加19.22%。综上,化学封顶较人工打顶更利于光合产物的生产,随水滴施处理通过促进棉株后期发育,形成较大的群体并提高干物质的积累量,但叶面喷施缩节胺处理有利于棉株的塑形并促进营养物质流向生殖器官,提高蕾铃占比,有利于光合产物由源器官向库器官的运移。

4 结论

为了推动新疆机采棉的发展,深入研究化学封顶技术并大力推广是必要前提。笔者使用的外源物质均在土壤中极易降解,多年随水滴施试验均未出现影响第二年棉花生长的状况。本试验结果表明化学封顶能很好地协调棉花营养生长与生殖生长,塑造紧凑的株型,有利于干物质的积累与蕾铃的发育及合理分配,能一定程度上取代人工打顶,符合新疆棉花全程机械化生产的发展要求。其中叶面喷施化学封顶可以塑造较好的株型结构,提高叶绿素含量,促进棉花源器官的物质输出;随水滴施可以合理分配蕾铃的时空分布,提高棉花单株结铃数,有利于蕾铃干重的积累,有增产潜力。综上所述,笔者认为通过随水滴施进行化学封顶切实可行。