脱叶催熟剂喷施时间对不同部位棉铃发育和纤维品质的影响

朱继杰，赵红霞，王士杰，贾晓昀，李妙*，王国印

（1.河北省农林科学院粮油作物研究所/ 河北省作物遗传育种实验室/ 河北省作物栽培生理和绿色生产重点实验室，石家庄 050035；2.河北省农林科学院，石家庄 050051）

棉花是河北省重要的经济作物之一，是主产棉区经济发展的重要支柱。近年来，由于经济的发展，农村劳动力大量转移，棉花生产用工需求与农村劳动力紧缺的矛盾日益突出，传统的棉花生产方式已不适应现有生产力的发展，实现全程机械化已成为棉花生产的必然趋势，机械采摘是其中的关键环节，而合理地使用脱叶催熟剂是实现机械采摘的重要栽培措施[1-3]。

棉花叶片的自然脱落和棉铃的自然成熟是棉株体内发生的一系列生理生化变化的结果，其中植物激素起着重要作用。人工脱叶催熟是指利用化学脱叶催熟剂干预棉花的生长过程，促使叶片提前脱落、加速棉铃成熟。噻苯隆和乙烯利复配的脱叶催熟剂是目前用于棉花脱叶催熟的主要药剂，在生产上广泛应用，但其脱叶催熟效果受多种因素影响。已有研究表明，棉花品种、环境温度以及种植模式等均会显著影响脱叶效果[4-10]。科学合理地使用脱叶催熟剂，不仅能有效促进棉花脱叶、保证采收质量，还能提高棉花产量、改善纤维品质；但是脱叶催熟剂使用不当则会直接影响脱叶效果，甚至降低棉花产量和纤维品质[11-14]。

棉铃是棉花产量及纤维品质形成的载体，在棉株的空间分布包括从下部到上部的垂直分布和从内围到外围的水平分布，开花、成铃及吐絮的持续时间较长。各部位的棉铃均是产量形成的重要部分，其发育是否完全直接影响棉花产量和纤维品质。研究发现，喷施脱叶催熟剂对棉铃的发育具有一定影响，过早喷施导致铃重降低、棉花产量显著下降，还会引起纤维收缩、影响纤维长度[15-16]；而喷施过晚则无法保证脱叶效果[11]。因此，在适当的时间喷施脱叶催熟剂，是实现良好脱叶效果、促进棉铃成熟吐絮、提高棉花产量的重要前提[17-20]。相比新疆植棉区，其他植棉区棉花的机械采摘起步较晚，但也都在积极研究完善相应的脱叶催熟技术[12-13,21-22]。河北省棉花机械采摘的配套技术研究处于起步阶段，脱叶催熟技术还不完善，脱叶催熟剂的最佳喷施时间尚不明确，脱叶催熟剂对不同部位棉铃发育及纤维品质的影响有待研究。

本研究以2020 年通过河北省审定的机采棉新品种冀丰1458[23]为材料，根据脱叶催熟剂对温度的需求 （喷施后5 d 内日平均温度在18 ℃以上），以及河北省气候特点和棉花生育进程，分别于2020 年和2021 年9 月下旬至10 月上旬设置4 个不同的脱叶催熟剂喷施时间，分析喷施脱叶催熟剂对棉花的脱叶率、吐絮率、棉株上中下部棉铃的干物质质量、产量及纤维品质等性状的影响，明确河北省植棉区喷施脱叶催熟剂的最佳时间，为完善当地的棉花脱叶催熟技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试棉花品种为机采棉品种冀丰1458[23]，由河北省农林科学院粮油作物研究所提供。

脱叶催熟剂为50%（质量分数，下同）的噻苯·乙烯利悬浮剂，有效成分噻苯隆含量10%、乙烯利含量40%；登记证号：PD20182119，由河北国欣诺农生物技术有限公司生产。

1.2 试验设计

试验于2020―2021 年在河北省农林科学院粮油作物研究所藁城堤上试验站进行。试验地为壤土，前茬作物为棉花，地势平整，土壤肥力中上等。2020 年和2021 年，0～20 cm 土层土壤有机质含量分别为19.6 g·kg－1和18.9 g·kg－1，速效磷含量分别为35.1 mg·kg－1和32.6 mg·kg－1，速效钾含量分别为251.6 mg·kg－1和267.2 mg·kg－1，全氮含量分别为1.5 g·kg－1和1.4 g·kg－1。试验地具有浇水和排涝条件。

分别于2020 年4 月28 日、2021 年4 月27日露地直播。4 行区，76 cm 等行距种植，每666.7 m2理论种植6 000 株。每666.7 m2施用50 kg 棉花专用复合肥（N、P2O5和K2O 的质量分数分别为18%、15%和18%）作为底肥。出苗后及时间苗、补苗。采用缩节胺（有效成分含量98%）进行化学调控，遵循“少量多次、前轻后重”的原则，将棉花株高控制在1.0 m 左右。其中2020 年化学调控6次，缩节胺的施用时间和每666.7 m2用量分别为：6 月5 日0.2 g，7 月3 日0.5 g，7 月21 日2.6 g，8 月3 日2.6 g，8 月20 日2.0 g，8 月28 日2.0 g。2021 年化学调控8 次，缩节胺的施用时间和每666.7 m2用量分别为：6 月1 日0.2 g，6 月16 日0.5 g，7 月7 日0.5 g，7 月16 日2.0 g，7 月23 日3.0 g，8 月2 日4.0 g，8 月9 日3.0 g，8 月27 日5.0 g。7 月20 日人工打顶。结合降水和灌溉，初花期每666.7 m2追施尿素5 kg，盛花期每666.7 m2追施尿素10 kg，均为人工顺垄撒施。2020 年6月1 日灌水1 次，2021 年7 月6 日灌 水1 次。及时防治蚜虫、棉蓟马、盲蝽、红蜘蛛、白粉虱等害虫。

采用随机区组设计，3 次重复，每个小区面积为22.80 m2（7.50 m×3.04 m）。试验共设置4 个脱叶催熟剂喷施时间（表1），以9 月20 日喷施等量清水为对照（CK）。每个处理小区施用噻苯·乙烯利5.1 g 兑水1.37 L，使用电动喷雾器人工均匀喷雾。喷施时小区周边用塑料布遮挡，2020 年及2021 年喷药前后的气温情况见表2。

表1 各处理喷施脱叶催熟剂的时间Table 1 The time of spraying defoliation and ripening agent for each treatment

表2 喷施脱叶催熟剂前后的气温Table 2 Temperature before and after spraying defoliation and ripening agent

1.3 调查项目及方法

1.3.1脱叶率和吐絮率调查。在每小区中间2 行的中部选择20 株长势正常的棉株挂牌标记，在喷施脱叶催熟剂当天调查总棉铃数、吐絮棉铃数、叶片数，并计算当天的吐絮率。每个处理喷施脱叶催熟剂后20 d 调查吐絮棉铃数和剩余叶片数，根据总铃数计算吐絮率；以喷施脱叶催熟剂当天的叶片数作为总叶片数，计算脱叶率。

1.3.2干物质质量测定。各处理在喷施脱叶催熟剂后20 d（其中CK 与T4 处理同时取样），在每个小区选定中间1 行选取5 株长势正常的棉株，按不同果枝部位（下部：第1～4 果枝，中部：第5～8 果枝，上部：第9 果枝及以上）分别剪取棉铃，于105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至质量恒定后称量，计算单株各部位棉铃（包括铃壳和籽棉）的干物质质量。

1.3.3产量相关性状测定。吐絮期（10 月下旬），分别在每个小区的上部、中部和下部果枝人工摘取30 个正常吐絮棉铃，称量计算铃重；轧花后称取皮棉重量计算衣分；数出100 粒健康种子称量即为籽指；每小区除取样行外其余实收计产获得籽棉产量，并根据籽棉产量和衣分计算皮棉产量。

1.3.4纤维品质测定。每个小区棉株的上部、中部和下部分别取20 g 皮棉样品送至农业农村部棉花品质监督检验测试中心进行纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值的测定。

1.4 数据处理与分析

数据处理采用Microsoft Excel 2007 和SPSS Statistics 17.0 软件，采用单因素方差分析，利用邓肯氏新复极差法进行差异显著性分析（本文中的所有百分数均通过了正态性检验）。

2 结果与分析

2.1 脱叶催熟剂喷施时间对棉花吐絮率和脱叶率的影响

由表3 可知，2020 年和2021 年随着喷施时间推迟，喷施脱叶催熟剂当天的吐絮率呈上升趋势，各处理（T1～T4）的吐絮率为40%～65%，处理间存在显著差异；其中T1 处理的吐絮率在40%左右，T2 处理的吐絮率在45%～54%，T3 处理的吐絮率在56%左右，T4 处理的吐絮率在58%～65%。喷施脱叶催熟剂后20 d，T1～T4 处理的吐絮率均大于90%，且均显著高于CK，其中2020 年T2、T3 和T4 处理的吐絮率大于95%，2021 年T3 和T4 处理的吐絮率大于95%，达到机采标准。喷施脱叶催熟剂后20 d，T1～T4 处理的脱叶率均大于90%，其中2020 年T3、T4 处理和2021 年T1、T3 和T4 处理的脱叶率均高于95%，达到机采标准。综上，2020 年和2021 年，T3和T4 处理在喷施脱叶催熟剂后20 d 的吐絮率和脱叶率均超过95%。

表3 喷施脱叶催熟剂对吐絮率和脱叶率的影响Table 3 Effects of spraying defoliation and ripening agent on boll-opening rate and defoliation rate

2.2 脱叶催熟剂喷施时间对棉铃干物质质量的影响

由表4 可知，2020 年和2021 年，T1、T2、T3处理上部棉铃的干物质质量显著低于CK，且脱叶催熟剂喷施时间越早，其上部棉铃干物质质量越低，T4 处理上部棉铃的干物质质量与CK 差异不显著。2020 年T1、T2、T3 处理中部棉铃的干物质质量显著低于CK，T4 处理与CK 差异不显著；2021 年T1、T2 处理中部棉铃的干物质质量显著低于CK，T3、T4 处理与CK 差异不显著。2020 年T3 处理下部棉铃的干物质质量显著高于CK，其他处理与CK 差异不显著；2021 年T1处理下部棉铃的干物质质量显著低于CK，其他处理与CK 差异不显著。以上结果表明，9 月20日－10 月1 日喷施脱叶催熟剂（T1～T3）对上部棉铃干物质质量影响显著；9 月20 日或9 月25 日左右喷施（T1～T2）还对中部棉铃干物质质量影响显著；而脱叶催熟剂对下部棉铃干物质质量的影响无明显趋势。

表4 喷施脱叶催熟剂对不同部位棉铃干物质质量的影响Table 4 Effect of spraying defoliation and ripening agent on dry matter mass of cotton bolls at different fruiting branches

2020 年和2021 年，T1、T2 处理的单株棉铃总干物质质量均显著低于CK、T3 和T4，T3、T4处理的单株棉铃总干物质质量与CK 差异不显著。说明较早喷施脱叶催熟剂不利于棉铃干物质积累，9 月30 日－10 月5 日左右喷施则对单株棉铃干物质积累无显著影响。

由表5 可知，2020 年和2021 年，上部、中部、下部棉铃的干物质质量占单株棉铃总干物质质量的比例均在30%以上，比例基本相同。上部棉铃干物质质量占比随脱叶催熟剂喷施时间延迟而增加。CK 的上部棉铃干物质质量占比高于T1、T2 和T3 处理。随脱叶催熟剂喷施时间的推迟，中部、下部棉铃的干物质质量占比无明显变化趋势。CK 的中部、下部棉铃干物质质量占比较低，2020 年CK 中部和下部的棉铃干物质质量占比低于T1、T2 和T4 处理，2021 年CK 中部和下部棉铃的干物质质量占比均低于T1、T2 和T3处理。

表5 不同部位棉铃干物质质量占单株棉铃总干物质质量的百分比Table 5 Percentage of dry matter mass of cotton bolls at different plant parts to total dry matter mass per plant%

2.3 脱叶催熟剂喷施时间对产量相关性状的影响

由表6 可知，根据2 年试验结果，T1 和T2处理的上部棉铃铃重均显著小于CK，T3、T4 处理与CK 差异均不显著；T1～T4 处理中部和下部棉铃的铃重均与CK 无显著差异。说明较早（9月20 日或9 月25 日左右）喷施脱叶催熟剂会降低棉株上部棉铃的铃重。

表6 脱叶催熟剂喷施时间对铃重、籽指和衣分的影响Table 6 Effects of spraying time of defoliation and ripening agent on boll weight, seed index and lint percentage

2020 年和2021 年，T1～T4 处理的上部棉铃的籽指均显著小于CK。2020 年T1 和T2 处理中部棉铃的籽指差异不显著，但均显著小于CK、T3和T4，T3、T4 处理中部棉铃的籽指与CK 差异不显著；2021 年T1、T3、T4 处理中部棉铃的籽指均显著小于CK 和T2，T2 处理与CK 差异不显著。2020 年T1 处理下部棉铃的籽指显著小于CK 和其余处理，其余处理与CK 均无显著差异；2021年各处理和CK 下部棉铃的籽指均无显著差异。以上结果表明喷施脱叶催熟剂会影响上部棉铃棉籽发育，而且喷施时间越早籽指越小，早期喷施也可能影响中部棉铃棉籽发育。

2020 年和2021 年，T1 处理上部棉铃的衣分均显著低于CK 和其余处理，T2～T4 处理与CK差异不显著。T1～T4 处理中部和下部棉铃的衣分与CK 均无显著差异。说明较早（9 月20 日）喷施脱叶催熟剂会显著影响上部棉铃的衣分，而对中部和下部棉铃的衣分无显著影响。

由表7 可知，2020 年和2021 年T1～T4 处理的籽棉产量和皮棉产量均显著高于CK。2020年T1～T4 处理的籽棉产量较CK 增加4.8%～11.3%，皮棉产量较CK 增加5.5%～12.5%；2021年T1～T4 处理的籽棉产量较CK 增加7.8%～18.9%，皮棉产量较CK 增加7.1%～19.1%。这可能是由于喷施脱叶催熟剂有利于促进上部棉铃开裂吐絮。其中T3 处理的产量最高，籽棉、皮棉产量均较CK 增加10%以上。因此，初步认为河北省植棉区脱叶催熟剂的最佳喷施时间为9 月30 日左右，喷施当天的吐絮率在56%左右。

表7 脱叶催熟剂喷施时间对籽棉和皮棉产量的影响Table 7 Effect of spraying defoliation and ripening agent time on seed cotton and lint yield

表8 脱叶催熟剂喷施时间对不同部位棉铃纤维品质的影响Table 8 Effects of spraying time of defoliation and ripening agent on fiber quality of cotton bolls at different fruiting branches

2.4 脱叶催熟剂喷施时间对不同部位棉铃纤维品质的影响

2020 年T1、T4 处理上部棉铃的纤维上半部平均长度显著低于CK、T2 和T3，T2、T3 处理与CK 差异不显著；2021 年T1、T2 处理上部棉铃的纤维上半部平均长度显著低于CK、T3 和T4，T3、T4 处理与CK 差异不显著，说明早期 （9 月20 日）喷施脱叶催熟剂对上部棉铃的纤维长度影响显著。2020 年和2021 年T1～T4 处理中部棉铃的纤维上半部平均长度均与CK 无显著差异。2020 年T2、T4 处理下部棉铃的纤维上半部平均长度显著低于T1、T3 处理和CK；2021 年T1 处理下部棉铃的纤维上半部平均长度显著低于其他处理。2020 年和2021 年，T3 处理不同部位棉铃的纤维上半部平均长度均最大。

2020 年T1、T2 处理上部棉铃纤维的断裂比强度显著低于T3、T4 处理和CK；2021 年T1 处理上部棉铃纤维的断裂比强度显著低于其他处理和CK。说明早期（9 月20 日）喷施脱叶催熟剂对上部棉铃的纤维断裂比强度影响显著。2020 年T1～T4 处理中部棉铃纤维的断裂比强度均显著低于CK；2021 年T1～T4 处理中部棉铃纤维的断裂比强度均与CK 无显著差异。2020 年T2 处理下部棉铃纤维的断裂比强度显著低于其他处理；2021 年各处理和CK 下部棉铃纤维的断裂比强度均无显著差异。

2020 年T1 处理上部棉铃纤维的马克隆值均显著低于其他处理和CK，2021 年T1 处理上部棉铃纤维的马克隆值显著低于T4 处理和CK，T2、T3 和T4 处理与CK 差异不显著，说明早期（9 月20 日）喷施脱叶催熟剂可显著降低上部棉铃纤维的马克隆值。2 年试验中，T1～T4 处理中部和下部棉铃纤维的马克隆值与CK 差异均不显著。

3 讨论

本研究使用的脱叶催熟剂的主要成分为噻苯隆和乙烯利。噻苯隆属于植物生长调节剂型脱叶剂，其作用机理主要是促进叶片产生乙烯，同时抑制叶柄中生长素的极性运输，从而使离区细胞对乙烯更为敏感，继而诱导叶片脱落[21,24-25]。乙烯利是能释放出乙烯的1 种植物生长调节剂，主要作用是促进棉铃成熟。Li 等[25]的研究表明，噻苯隆处理会诱导乙烯合成和信号转导相关基因的表达、增加乙烯的积累，喷施噻苯隆后，叶片中乙烯含量显著增加。前人研究结果表明，乙烯在噻苯隆诱导棉花叶片脱落过程中发挥了关键作用，通过与生长素、细胞分裂素、脱落酸等激素的相互作用发挥核心功能[25-26]。

王谊等[27]研究认为脱叶剂虽然能够显著提高棉花的脱叶率，但会在一定程度上降低棉花产量。Karademir 等[16]认为，当吐絮棉铃分布均匀且吐絮率达到60%时，喷施脱叶催熟剂对棉花产量的影响最小。而Faircloth 等[15]认为在棉花吐絮率为40%～60%时喷施脱叶催熟剂，田间脱叶效果好，且可增加皮棉产量。高丽丽等[28-29]、田景山等[30]认为在棉花吐絮率为50%时喷施脱叶催熟剂，更有利于加速棉花叶片衰老，提高脱叶率，而且对棉花铃重、衣分及皮棉产量的影响最小。本研究结果表明，喷施脱叶催熟剂处理的籽棉产量和皮棉产量均较对照显著增加，这可能是由于本研究选择的脱叶催熟剂喷施时间为9 月20 日至10月5 日左右，此阶段大部分棉铃已基本发育成熟，而脱叶催熟剂促进了棉株顶部个别发育不成熟的棉铃吐絮，进而增加棉花产量。其中9 月30日左右喷施脱叶催熟剂的籽棉产量和皮棉产量最高，均较对照增产10%以上，可能因为此时棉铃整体发育较好，且气温较高，脱叶催熟剂可充分发挥催熟作用，促进棉铃开裂吐絮。9 月30 日以后喷施由于受气温影响，脱叶催熟剂不能最大程度地发挥催熟作用。因此，本研究表明河北省植棉区棉花吐絮率为40%～65%时，喷施脱叶催熟剂均有增产效果；河北省植棉区棉花脱叶催熟剂的最佳喷施时间为9 月30 日左右（此时棉花自然吐絮率为56%左右）。但本研究为单一棉花品种的2 年试验结果，其结论还有待进一步验证。

喷施脱叶催熟剂在某种程度上影响了棉花叶片的光合作用及光合产物向棉铃的转运[31-32]，最终反映在产量相关性状上，对铃重的影响较大[17-18]。脱叶催熟剂显著影响衣分和铃重，且喷施时间越早降低幅度越大[33]，这与本研究结果一致。在本研究中，与CK 相比，9 月20 日或9 月25 日左右喷施脱叶催熟剂会显著降低上部棉铃的铃重；9 月20 日喷施脱叶催熟剂会显著降低上部棉铃的衣分；不同时期（9 月20 日，9 月25 日左右，9 月30 日左右，10 月5 日左右）喷施脱叶催熟剂均会显著降低上部棉铃的籽指；9 月20 日喷施脱叶催熟剂对中部棉铃的籽指影响显著；而喷施脱叶催熟剂对中部及下部棉铃的铃重和衣分影响均不显著。这可能是由于喷施脱叶催熟剂时，上部棉铃尚未发育成熟，特别是在脱叶催熟剂诱导叶片衰老脱落后，缺少光合产物的供应，种子发育终止，最终表现为喷施脱叶催熟剂处理的上部棉铃的籽指均显著降低。

前人研究认为喷施脱叶催熟剂对棉花纤维上半部平均长度的影响较小，而对纤维断裂比强度的影响较为明显[22,34-35]。本研究结果表明，9 月20 日喷施脱叶催熟剂显著降低上部棉铃的纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值，对纤维品质指标有显著影响。喷施脱叶催熟剂对中部、下部棉铃纤维品质指标的影响无明显趋势。在9 月30 日左右喷施脱叶催熟剂处理的纤维长度最优，说明在棉铃发育到一定程度时，喷施脱叶催熟剂有利于棉铃发育，促进棉纤维伸长。

张煦怡等[36]研究认为喷施脱叶催熟剂影响单铃纤维干物质质量和棉籽干物质质量，且喷施时间越早其降低幅度越大。本研究也发现，越早喷施脱叶催熟剂对棉铃干物质积累的影响越大，9月20 日或25 日喷施脱叶催熟剂显著影响上部、中部棉铃干物质积累，9 月30 日左右喷施主要影响上部棉铃干物质积累，而在9 月30 日及以后喷施对单株棉铃总干物质质量无显著影响。通过分析各部位棉铃干物质质量占比发现，CK 的中部、下部棉铃干物质质量占比小于或等于其他喷施处理，这可能是脱叶催熟剂在诱导棉花叶片衰老脱落、棉铃开裂的过程中，影响棉株体内的物质分配和转移，使原本向上部棉铃运输的光合产物改为向中部、下部棉铃运输，进而增加了中部、下部棉铃的干物质质量。

4 结论

早期（9 月20 日）喷施脱叶催熟剂对上部棉铃的铃重、衣分和籽指影响显著，其中籽指最易受到脱叶催熟剂的影响，中晚期喷施后上部棉铃籽指也显著降低。早期喷施脱叶催熟剂对上部棉铃的纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值均有显著影响，而对中部、下部棉铃的影响无明显趋势。喷施脱叶催熟剂对上部棉铃的干物质质量影响最大，且喷施时间越早，上部棉铃干物质质量越低。本试验条件下，河北省植棉区喷施脱叶催熟剂的最佳时间为9 月30 日左右，喷施当天的吐絮率在56%左右。