缩节胺复配打顶剂对机采棉冠层结构、光合特性及产量的影响

申莹莹,张巨松,彭增莹,段松江,李宗润,吴一帆

(新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心,乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】机采棉是棉花产业的发展趋势[1]。2020年新疆棉花播种面积约251×104hm2。目前,新疆棉田机械化水平达到较高水平,大部分棉区棉花已开始大规模的机械种植、管理及机械采收。2019年,新疆棉花机械化采收面积77×104hm2[2]。发达国家植棉均采用机械采摘[3]。棉花具有无限生长习性,在适宜的环境条件下,可进行不断的纵向生长和横向生长,延续现蕾、开花、结铃。在生产实践中,通过化学调控技术调控棉花生长,对棉花高产优质有实际意义。【前人研究进展】化控技术是指通过喷施外源植物生长调节剂,调节棉株体内源激素的合成、运输及代谢,使作物生长发育得到定向控制[4],建立合理的群体结构, 改善群体的光照条件, 减少脱落,增加铃重, 提早成熟, 达到优质高产的目的。机采棉种植要求棉花株型紧凑,株高适中,第一果枝节位高,并保证果枝短而上举,节间长度短[5-6]。化控可影响棉花30%的产量[7-8]。在棉花的整个生育期间采用缩节胺喷施同时配合打顶剂喷施,喷施缩节胺能显著降低株高及果枝长度,减小果枝夹角和叶面积,对塑造适宜机采棉株型有重要作用[9],用化学封顶取代人工打顶可以减轻劳动强度,提高作业效率[10]。【本研究切入点】近年来,对棉花化控方面的研究主要集中在缩节胺、化学封顶、脱叶催熟,但缩节胺复配打顶剂对机采棉冠层结构、光合特性及产量的影响鲜有报道。【拟解决的关键问题】研究缩节胺复配打顶剂对机采棉冠层结构、光合特性及产量的影响,为构建南疆棉区机采棉全程化控技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年在疆阿克苏地区阿瓦提县新疆农业科学院试验基地进行,地处N 39°31′～40°50′、E 79°45′～81°05′,属暖温带大陆性干旱气候。试验地为粘质壤土,前茬种植棉花。供试品种为新陆中88号。表1

表1 土壤基础肥力

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用双因素裂区试验设计,二因素为缩节胺和打顶处理,缩节胺包括2个处理,喷施缩节胺(H1)和不喷施缩节胺(H0);打顶包括3个处理,打顶剂喷施D1、人工打顶D2和不打顶D3。缩节胺分别在蕾期、初花期、打顶后5 d和打顶后12 d喷施15、30、45、180 g/hm2,兑水30 kg/hm2。打顶剂用“向铃转”,主要成分为甲哌鎓,具体为250 g/L甲哌鎓水剂,喷施用量为750 g/hm2,兑水30 kg/hm2。人工打顶与打顶剂喷施均于7月11日进行。

采用1膜6行机采棉种植模式,膜下滴灌毛管铺设为3管,行株距配置为(66+10)cm×11cm,理论株数23.9×104株/hm2,小区长7.5 m,宽6.9 m,小区(三膜)面积51.75 m2,重复3次,共计18个小区。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 叶绿素SPAD值

于各处理小区选取中行和边行长势均匀棉株连续5株,作为定株。在棉花现蕾、初花、盛花、盛铃前、盛铃后用 SPAD-502型(日本产)便携式叶绿素测定仪测定棉株倒四功能叶叶绿素SPAD值相对含量(人工打顶后为倒三功能叶),选定叶片不同部位(避开主叶脉)测量5次,取其平均值进行记载。

1.2.2.2 冠层指标

在棉花现蕾、初花、盛花、盛铃、吐絮,选择各处理小区棉花长势均匀的样点,应用CI-110植物冠层分析测定叶面积指数、叶倾角、散辐射透过系数。测定时将CI-110探头水平放置在距地面接近0 cm处水平位置的测定,将所测结果取平均值。

1.2.2.3 光合参数

利用英国Hansatech公司生产的TPS-2在棉花现蕾、初花、盛花、盛铃测定功能叶净光合速率,在11:00-13:00时间内的晴朗天气测定。

1.2.2.4 产量及产量构成因素

于棉花吐絮期,调查各个小区收获株数和总铃数,计算单株结铃数;将已吐絮棉铃按下部(1～4果枝)30个、中部(5～8果枝) 40个、上部(9果枝以上)30个进行采摘,晾干称重并扎花,计算棉花单铃质量和衣分,计算各小区籽棉产量与皮棉产量,各处理小区重复3次。

1.3 数据处理

试验数据使用SPSS软件进行方差分析, 采用LSD法进行处理间多重比较(P<0.05), 利用Excel、GraphPad整理数据并绘图。

2 结果与分析

2.1 缩节胺复配打顶剂对机采棉叶面积指数的影响

研究表明,棉花的叶面积指数随着生育进程的推进表现为不断增加随后下降的趋势。各处理叶面积指数均在盛花时达到最大值,H1处理叶面积指数表现为1.4～5.0,H0处理为1.3～5.3。最大值以H0D3处理最高,为5.3;总体表现为H0>H1;D3>D1>D2,均存在显著差异。H0处理叶面积指数较H1处理高出8.2%;D1处理较D2处理平均高出16.9%。棉花高产适宜的LAI为4～5,在化控处理中喷施缩节胺,在打顶方式中喷施打顶剂较人工打顶和不打顶均可以降低整体叶面积指数构建适棉花高产的冠层结构。图1

图1 缩节胺复配打顶剂下棉花叶面积指数变化

2.2 缩节胺复配打顶剂对机采棉平均叶簇倾角的影响

研究表明,棉花平均叶簇倾角随生育期呈先增加后降低的趋势,棉花的平均叶簇倾角在整个生育期内H1处理均高于H0处理,平均高出16.0%,存在显著差异;D1处理均高于D2、D3处理,分别平均高出8.7%、19.5%,存在显著差异。从棉花盛花到盛铃喷施缩节胺处理平均叶簇倾角的下降幅度较小,反之不喷施缩节胺处理的下降幅度较大。由于喷施缩节缩胺和打顶剂后可以抑制果枝的横向生长,使棉花的株型保持紧凑,可有效提高棉花的平均叶簇倾角,使棉花的叶片保持直立,提高群体光合面积。图2

图2 缩节胺复配打顶剂下机采棉平均叶簇倾角变化

2.3 缩节胺复配打顶剂对机采棉散射辐射透过系数的影响

研究表明,各个处理棉花的群体散射辐射透过系数在整个生育期内呈先下降后上升的趋势,H1处理在整个生育期内均处于较高水平。各处理,在盛花时棉花的整体散射辐射透过系数达到最低值,与人工打顶相比喷施打顶剂后,控制了棉花上部果枝的伸长,使田间通风透光性增加,可以有效的使棉花的整体散射辐射透过系数增加,所以D1处理大于D2处理,增幅为17.0%。图3

图3 缩节胺复配打顶剂下机采棉散射辐射透过系数变化

2.4 缩节胺复配打顶剂对机采棉叶绿素SPAD值的影响

研究表明,棉花叶片SPAD值总体随着生育进程的推进呈“升高-降低”的趋势。各个处理整体表现为随着缩节胺的喷施叶绿素SPAD值增加,在整个生育期内,H1处理叶绿素SPAD值均高于H0处理,显著增加8.9%。在打顶方式中,喷施打顶剂(D1处理)SPAD值均处于较高水平,且高于D2、D3处理,增幅分别为3.2%、6.2%。不同化控处理间表现为喷施缩节胺棉花叶片叶绿素含量高;不同打顶方式中表现为喷施打顶剂叶片叶绿素含量高。喷施缩节胺和打顶剂均有利于棉花叶片叶绿素的合成。图4

图4 缩节胺复配打顶剂下机采棉SAPD值变化

2.5 缩节胺复配打顶剂对棉花净光合速率影响

研究表明,各处理间棉花净光合速率前后变化呈先上升后下降的趋势,在盛花时均达到最大值,随后降低。在整个生育期内H1处理较H0处理平均增加了18.1%,D1处理较D2、D3处理分别增加了7.7%、14.3%。喷施缩节胺和打顶剂均会影响叶片的净光合速率,使叶片的光合作用高于其他化控处理和打顶方式处理。图5

图5 缩节胺复配打顶剂下机采棉净光合速率变化

2.6 缩节胺复配打顶剂对棉花产量及产量构成的影响

研究表明,在各处理中H1处理单株结铃数、单铃重均高于H0处理,H1处理较H0处理单株结铃数、单铃重分别增加了43%、9.8%,存在显著差异;D1处理单株结铃数较D2、D3处理,分别平均增加了9.2%、31.9%,存在显著差异;D1处理单铃重较D2、D3处理,分别平均增加了4.0%、11.7%,D1处理与D3处理相比达到显著差异水平。棉花的籽棉产量以H0D3处理最低,为3 350.7 kg/hm2,H1D1处理最高,为7 023.6 kg/hm2,H1D1处理较H0D3处理的籽棉产量增加了109.6%,各处理籽棉产量整体表现为D1>D2>D3。H1处理较H0处理的籽棉产量、皮棉产量分别平均增加了42.6%、42.3%。各处理间衣分差异不显著。表2

表2 缩节胺复配打顶剂下机采棉产量及产量构成变化

3 讨 论

冠层结构通过对光合有效辐射的截获和吸收而影响作物光合特性,进而影响作物产量,合理的冠层结构有利于建立高产群体[11]。施用缩节胺能有效降低株高和果枝长度,抑制节间伸长,减少叶面积,提高叶绿素含量,维持较高的光合速率,增加生殖器官生物量积累,有利于产量的提高[12]。塑造合理的冠层结构来延长花铃期光合能力的高值持续期是棉花高产的关键所在,随着缩节胺用量的增加,棉花的叶面积指数(LAI)、叶倾角(MFA)、和群体光合速率(CAP)显著降低,群体散射辐射透过系数(TR)能保持较高水平[13]。缩节胺化控处理可改善麦后棉冠层光合性能,群体结构合理,营养与生殖生长协调[14]。最大叶面积指数不宜超过4.5,同时化学打顶剂也可以有效控制株高及节间伸长、塑造紧凑株型、增加冠层透光性[15]。试验中在化控处理中喷施缩节胺较不喷施,在打顶方式中喷施打顶剂较人工打顶和不打顶均可以增加棉花的叶倾角、散辐射透过系数及净光合速率,显著就降低叶面积指数,保持在1.3～4.4。缩节胺复配打顶剂可以塑造棉花适宜高产的冠层结构和光合特性。

缩节胺能协调营养生长与生殖生长的关系,提高生殖器官生物量的分配比例,促进棉铃生物量的积累,增加单铃质量,对棉花产量的形成有重要作用[16]近年来,缩节胺对棉花产量影响的研究较多,但结果不尽一致,可能与当地生态环境或栽培措施有关。有效改善了成铃结构,使棉铃均匀分布,具有提高产量的效果[17]。喷施缩节胺可以提高单铃质量,进而提高棉花产量[18]。采用甲哌鎓进行化学调控, 次数以3～4 次为宜, 可使皮棉产量达到3 760 kg/hm2较对照增产32.7%～41.4%[19]。喷施缩节胺虽然能提高单铃质量,但单位面积铃数会减少,对皮棉产量影响不显著[20]。缩节胺处理显著提高棉花单株结铃数、单铃质量和籽棉产量,与人工打顶相比,化学封顶棉花单株结铃数和单铃重增幅不显著,籽棉产量平均提高4.0%。皮棉产量平均提高3.3%[21]。试验研究结果表明,棉花的籽棉产量以不喷施缩节胺不打顶处理最低,为3 350.7 kg/hm2,喷施缩节胺和打顶剂处理最高,为7 023.6 kg/hm2,H1D1处理较H0D3处理的籽棉产量增加了109.6%。喷施缩节胺和打顶剂均可以显著增加棉花单株结铃数、单铃重进而导致籽棉产量和皮棉产量的增加,各处理间衣分差异不显著。

4 结 论

喷施缩节胺喷施可以降低棉花的叶面积指数,防止棉花旺长;H1处理较H0处理可以显著提高棉花平均叶簇倾角、散射辐射透过系数、叶绿素SPAD值和净光合速率,增幅分别为:16.0%、25.5%、8.9%、18.1%;在打顶方式中处D1理较D2处理可以显著提高棉花平均叶簇倾角、散射辐射透过系数、叶绿素SPAD值和净光合速率,增幅分别为:16.9%、11.0%、16.1%、3.2%、10.9%,叶面积指数表现为D3>D1>D2;喷施缩节胺和打顶剂均可以提高棉花的单株成铃数和单铃重,从而使棉花的产量提高。H0D3处理的棉花皮棉产量以最低,为1 537.5 kg/hm2,H1D1处理最高,为3 102.6 kg/hm2,H1D1处理较H0D3处理的皮棉产量增加了101.8%,各处理皮棉产量整体表现为D1>D2>D3。H1处理较H0处理的皮棉产量分别平均增加了43.3%。缩节胺复配打顶剂能够塑造机采棉的合理冠层结构和光合特性并提高棉花的产量。