喷施化学打顶剂对关中棉区棉花植株生长的影响

孙正冉， 张翠萍， 张晋丽， 吴昊， 刘秀艳， 王振凯， 杨玉珍， 贺道华

（西北农林科技大学农学院，陕西 杨凌 712100）

棉花是世界上重要的纺织纤维原料和油料作物[1-2]，且其是一种无限生长作物，即在适宜的环境条件下，棉花可进行不断的纵向和横向生长，易发生棉株徒长、贪青晚熟的现象。打顶是棉花栽培管理过程中的一项重要整枝技术[3]，是影响棉花产量和品质的重要因素。通过打顶可控制棉株主茎生长[4]，促进光合产物向果枝的运输，增加结铃数，减少蕾铃脱落，从而提高棉花产量[5-6]。一直以来，我国棉区均以人工打顶为主。人工打顶效率低、成本高[7]，严重制约了棉花全程机械化、轻简化和可持续生产的发展[8-9]。近年来，棉花生产上开始采用化学打顶技术，通过喷施生长调节剂抑制顶端优势，从而达到打顶的目的。李新裕等[10]用缩节胺进行棉花化学打顶，结果表明掌握好缩节胺的应用时间和剂量具有很好的打顶效果；赵强等[11]发现，应用含有缩节胺、缓释剂和助剂的化学打顶剂，使株型更紧凑，且棉花产量具有增产潜力；董红强等[12]从棉花生理指标的方面阐明，化学封顶可以增强棉花的抗高温胁迫能力和抗早衰能力。增效缩节胺对棉花的控顶效果强于普通的缩节胺，其化学封顶效果在棉花生产中已得到肯定[13-15]。缩节胺是棉花打顶过程中常用的化学打顶剂，但单用缩节胺持效期短，在多雨年份或高密度条件下对棉株的控顶强度较弱，不能很好地满足生产要求。氟节胺是一种新型高效抑芽剂，且也是一种低毒高效的植物生长调节剂，但需施药2次，施药成本高且用药量较大。尽管喷施化学打顶剂对棉花株型和产量影响的研究已取得一些进展，但喷施不同化学打顶剂在关中棉区对棉花不同品种的生理活性等影响仍尚需关注。因此，本研究选择本课题组前期筛选出来的效果较好的以缩节胺和乙烯利为有效成分的缩节胺复配型化学打顶剂[16]及氟节胺与二甲戊灵混配的氟节胺复配型化学打顶剂进行棉花化学打顶试验，研究2种化学打顶剂对不同棉花品种株高、株宽、果枝台数、冠层上部果枝长度、棉铃空间分布、产量构成因素、棉花纤维品质及棉花生理活性等的影响，探讨喷施化学打顶剂对关中地区棉花植株形态、产量及生理活性的影响，为关中地区棉花生产上化学打顶技术的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019—2020年在西北农林科技大学斗口试验示范站（34°37′N，108°56′E）进行。试验地土壤类型为壤土，前茬休闲。生育期内进行化控，分别于2019年7月7日和2020年7月10日喷施60 g·hm-2的99%甲哌鎓，浓度为0.13 g·L-1。

1.2 试验设计

试验以常规人工打顶处理为对照（CK），设置喷施缩节胺复合型（T1）和氟节胺复合型（T2）2种化学打顶剂进行化学打顶。其中，T1处理主要成分为缩节胺和乙烯利，每公顷用药量1 500 g，浓度为5 g·L-1；T2处理主要成分为氟节胺和二甲戊灵，每公顷用药量1 200 g，浓度为12 g·L-1。试验采用随机区组设计，每处理3次重复。每小区面积22 m2，2膜区，1膜2行，行长10 m。T1和T2处理的药剂喷施时间均为2019年7月17日和2020年7月20日，同日对照处理进行人工打顶。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状的调查和生理指标的测定 每个小区随机选取10株棉株挂牌标记。于喷药当日开始，每10 d测定株高、株宽、果枝台数，共测定5次。吐絮期调查倒4至倒1果枝长度。另外，于喷药当日开始，每10 d取各小区内棉株完全展开的倒4叶叶片，保存在液氮中，带回实验室进行生理指标的分析。用愈创木酚法测定过氧化物酶（peroxidase，POD）活性，用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，用硫代巴比妥酸比色法测丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量[17]。

1.3.2 棉铃空间分布 每个小区随机选取10株棉株，于吐絮期调查棉株冠层上部（7果枝以上）、中部（4～6果枝）、下部（1～3果枝）果枝铃数。

1.3.3 产量及产量构成因素 于收获期，每个小区在棉花冠层上中下部随机均匀选取50个棉铃，用于测定单铃重。调查每个小区全部株数和总铃数，计算棉花单株结铃数、单位面积总铃数、单位面积籽棉产量。

1.3.4 棉花纤维品质 将收获的不同处理籽棉分开轧花，取棉花纤维样品20 g，送农业农村部棉花品质监督检测测试中心（安阳）进行纤维品质测定。

1.4 数据分析

利用 SPSS 21.0 统计软件进行方差及差异显著性分析，采用Origin 2019作图。

2 结果与分析

2.1 不同打顶处理对棉花株高、株宽及果枝台数的影响

随着棉株的生长，不同品种不同打顶处理棉花的株高、株宽、果枝台数均有所增加。对于株高，‘中棉619’和‘西农606’均表现为化学打顶处理显著高于人工打顶；2个品种表现为‘中棉619’＞‘西农606’；不同打顶处理间表现为T2＞T1＞CK（图1）。对于株宽，‘中棉619’和‘西农606’均表现为化学打顶处理显著低于人工打顶，表明喷施化学打顶剂显著抑制了棉花的横向生长；2个品种间表现为‘中棉619’＜‘西农606’；不同处理间表现为CK＞T2＞T1，说明T1处理比T2处理对棉花株宽的抑制效果更强（图2）。对于果枝台数，‘中棉619’和‘西农606’均表现为化学打顶处理显著多于人工打顶，表明在喷施化学打顶剂处理后果枝台数的生长量仍较大；2个品种间表现为‘中棉619’＞‘西农606’；不同处理间表现为T1＞T2＞CK（图3）。综上所述，对于重塑棉花株型，增加棉田通透性方面，T1处理效果更强。

图1 不同打顶处理的棉花株高Fig. 1 Plant height of cotton responding to different detopping treatments

图2 不同打顶处理的棉花株宽Fig. 2 Plant width of cotton responding to different detopping treatments

图3 不同打顶处理的棉花果枝数Fig. 3 Number of sympodial branches of cotton responding to different detopping treatments

2.2 不同打顶处理对棉花冠层上部果枝长度的影响

‘中棉619’和‘西农606’在化学打顶处理后的倒4、倒3、倒2和倒1果枝长度均较人工打顶显著降低（表1）。与人工打顶相比，化学打顶处理棉花的倒4果枝长度减少4.78～8.80 cm，倒3果枝长度短8.72～11.21 cm，倒2果枝长度短8.86～12.82 cm，倒1果枝长度短6.20～10.66 cm。‘中棉619’‘西农606’冠层上部果枝长度的抑制率分别为47.35%、43.44%（2019）和44.81%、43.37%（2020），即喷施化学打顶剂对‘中棉619’的果枝长度抑制率更大。在不同化学打顶处理间，T1处理果枝长度被抑制的程度更大。由此表明，喷施化学打顶剂抑制了棉花冠层上部果枝的生长，限制了植株的横向生长，有利于塑造良好株型。

表1 不同打顶处理下棉花上部果枝的长度Table 1 Length of upper furiting branch in cotton responding to different detopping treatments（cm)

2.3 不同打顶处理对棉铃空间分布的影响

‘中棉619’和‘西农606’在化学打顶处理后冠层的上部铃数显著高于人工打顶处理，而冠层的中部铃数和下部铃数与人工打顶处理无显著差异（表2）。与人工打顶处理相比，2019年‘中棉619’和‘西农606’冠层的上部铃数分别显著增加86.00%和68.33%，2020年分别显著增加77.59%和36.49%。在不同化学打顶处理间，T1处理冠层上部铃数的增幅更高。不同品种间冠层上部铃数增幅表现为‘中棉619’＞‘西农606’。综上所述，化学打顶处理显著增加了植株冠层的上部铃数，从而使棉花单株铃数增加。

2.4 不同打顶处理对棉花生理活性的影响

抗氧化酶可以将体内形成的过氧化物转化为毒害较低或无害物质，POD和SOD是抗氧化系统中的关键酶。随着棉株的生长，‘中棉619’和‘西农606’在喷施化学打顶剂后，POD、SOD活性先增大后减小（图4和5）。与人工打顶相比，化学打顶处理的POD、SOD活性显著升高，说明化学打顶有利于增强棉花的抗氧化能力，有效抑制自由基氧化损伤，促进生长，提高产量。‘中棉619’和‘西农606’在喷施化学打顶剂后10 d时POD和SOD活性均达到峰值，其中2019年较对照分别显著增加24.18%、20.76%和7.09%、4.24%；2020年分别显著增加12.41%、9.77%和4.37%、3.03%。不同品种间POD和SOD活性表现均为‘中棉619’＞‘西农606’。在不同化学打顶处理间，T1处理下POD和SOD活性更高。随着棉株的生长，‘中棉619’和‘西农606’在喷施化学打顶剂处理后MDA含量逐渐增大，但化学打顶处理显著低于人工打顶处理，说明化学打顶使棉花的抗早衰能力增强（图6）。不同品种间MDA含量表现为‘中棉619’＞‘西农606’。在不同化学打顶处理间，T1处理下MDA含量更低。

图4 不同打顶处理的棉花过氧化物酶活性Fig. 4 POD activity of cotton responding to different detopping treatments

图5 不同打顶处理的棉花超氧化歧化酶活性Fig. 5 SOD activity of cotton responding to different detopping treatments

2.5 不同打顶处理对棉花产量及产量构成因子的影响

由表3可知，化学打顶处理棉花的单株铃数、籽棉产量显著高于人工打顶处理，而单铃重、衣分与人工打顶处理差异不显著。与人工打顶相比，T1处理的单株铃数显著增加13.86%～26.14%，籽棉产量增加11.76%～22.97%；T2处理的单株铃数显著增加5.94%～23.86%，籽棉产量显著增加4.02%～15.99%。在不同品种间，单株铃数和籽棉产量的增量均表现为‘中棉619’＞‘西农606’。由此表明，化学打顶处理的籽棉产量增加主要来源于单株铃数的增加。

表3 不同打顶处理下棉花产量及产量构成因子Table 3 Yield and yield components in cotton responding to different detopping treatments

2.6 不同打顶处理对棉花纤维品质的影响

由表4可知，不同的打顶处理间棉花的纤维品质差异不显著，即喷施化学打顶剂对棉花纤维品质影响较小。喷施化学打顶剂棉花纤维的马克隆值较高，较人工打顶处理增加0.03～0.52，其中‘中棉619’在2019年的马克隆值较小，但差异未达到显著水平。除2019年T1处理的‘西农606’外，喷施化学打顶剂的棉花上半部平均长度小于人工打顶。由此表明，喷施化学打顶剂不会降低棉花纤维品质。

表4 不同打顶处理下棉花纤维品质Table 4 Fiber quality in cotton responding to different detopping treatments

3 讨论

目前，棉花化学打顶技术的应用逐渐普遍。化学打顶是全程棉花机械化作业的发展需要。缩节胺和氟节胺是棉花打顶过程中常用的化学打顶剂，但单用缩节胺持效期短，并不能很好地满足生产需要。本研究中以缩节胺、乙烯利为主要活性成分，将其与环烷酸盐及水杨酸钠进行复配，在棉花初花至盛花期叶面喷施1次即可诱导棉花自封顶，解决了以往化学打顶技术只注重控制植株生长不注重促进棉铃发育的弊端。氟节胺为二硝基苯胺类化合物，是一种低毒的植物生长调节剂，通过抑制赤霉素的合成来抑制顶芽生长点的细胞分裂，氟节胺作为棉花化学打顶剂主要分2次使用，对使用技术和棉花的管理水平要求较高，且存在效果不稳定、用药成本偏高等问题。本研究施用氟节胺复配二甲戊灵，为新型棉花化学打顶剂，该药能显著抑制棉花顶心生长，相比氟节胺单剂，整个生长周期只需用药1次。

合理使用化学打顶剂能够调节棉花的营养生长与生殖生长，重塑棉花株型[17]。赵强等[11]发现，与人工打顶相比，化学打顶显著降低了棉花的横向生长，重塑棉花株型，使群体更加通透。另外，化学打顶处理的棉花株型呈尖塔状，优化了冠层配置，使光分布更加均匀[18]。本研究发现，喷施化学打顶剂棉花的株宽显著小于人工打顶，且喷施化学打顶剂降低了棉花冠层上部果枝长度，抑制了棉株的横向生长和伸长，其中使用缩节胺复合型化学打顶剂效果更加显著。在不同品种间，‘中棉619’采用化学打顶处理后对株型影响较大。同时，与人工打顶相比，喷施化学打顶剂的棉花纵向生长增大，这可能是由于植株在吸收、转运化学打顶剂的过程中主茎仍在生长。综上所述，化学打顶处理使株型更加紧凑，增强了棉株中下部的透光率[19]。

抗氧化酶系统能够清除生物体内过剩的活性氧，使活性氧保持平衡[20-22]。SOD、POD是抗氧化酶系统的关键酶，SOD可清除细胞中多余的超氧阴离子，POD是清除H2O2的重要酶[23]。MDA是细胞膜脂过氧化的主要产物[24]，其含量的多少能够反映膜脂过氧化的程度， MDA含量越高，植物受损伤程度越严重[25-27]。本研究发现，化学打顶处理的POD、SOD活性显著高于人工打顶，说明化学打顶处理下棉花的抗氧化能力增强，能够有效清除自由基，促进棉花生长，增加棉花产量，在不同化学打顶处理间，T1处理的POD、SOD活性更高，说明T1处理下棉花的抗氧化能力更强；且化学打顶处理的MDA含量显著低于人工打顶，说明化学打顶剂能够抑制棉花早衰，提高后期坐桃率，最终增加单株铃数。

喷施化学打顶剂能够降低棉铃脱落率。董春玲等[28]发现，化学打顶处理棉花的铃数较人工打顶增多，其中冠层上部的铃数显著增多，且对纤维品质无显著影响。合理的化学封顶可优化冠层配置，使光合产物不断向生殖器官运输，提高产量[29]。本研究发现，化学打顶处理棉花的冠层上部铃数显著增加，从而使棉花单株铃数增加，最终实现高产。在不同化学打顶处理间，T1处理棉花的单株铃数和籽棉产量增幅较大。T1处理以缩节胺和乙烯利为主要活性成分，通过乳化手段与环烷酸盐及水杨酸钠进行复配，达到增效、协同效果，用药后叶枝不再生长，果枝夹角也没有赘芽发生，有利于优化棉花群体结构，促进结铃，最终提高产量，且不影响棉花纤维品质，与前人研究结果一致[30]。综上所述，喷施化学打顶剂有利于塑造棉花良好株型，进一步优化群体结构，增加群体通透性，增加单株铃数，提高产量。在棉花的栽培管理过程中，应把握化学打顶剂的合理喷施时间和剂量，并且结合水肥调控，控制棉花株高，降低无效铃的生长，提高植棉的经济效益。