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棉花化學脫葉催熟技術應用研究進展

2023年10月14日

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王愛玉,高明偉,王志偉,張曉潔
(山東棉花研究中心,濟南250100)
摘要:介紹了棉花化學脫葉與催熟技術的原理,脫葉催熟劑的復配混用現狀以及助劑的應用,分析了化學脫葉催熟技術對棉花產量、纖維品質和種子質量的影響,重點探討了脫葉催熟劑的使用技術,並對中國目前脫葉催熟技術存在的問題以及未來的發展提出了建議。
關鍵詞 :棉花;脫葉;催熟
中圖分類號:S562 文獻標誌碼:A 論文編號:2014-0680
基金項目:濟南市科技計劃項目「常規抗蟲棉種子生產與加工技術體系研究」(20110235);山東省良種工程「種子商品化關鍵技術集成研究與示範」。
第一作者簡介:王愛玉,女,1981 年出生,山東昌邑人,助理研究員,碩士,主要從事棉花區試工作。通信地址:252600 山東臨清市臨館街166 號山東棉花研究中心試驗站,Tel:0635-2359626,E-mail:[email protected]
通訊作者:張曉潔,女,1967 年出生,山東武城人,研究員,主要從事棉花區試及種子技術研究。通信地址:250100 濟南市工業北路202 號山東棉花研究中心,Tel:0531-83179548,E-mail:[email protected]
收稿日期:2014-07-14,修回日期:2014-08-05。
0 引言
棉花是由多年生植物經過長期種植馴化而演變成的一年生植物,它保留了多年生植物的無限生長習性[1]。由於生長後期天氣漸涼,光照和積溫減少,外圍鈴及上位鈴多數不能正常吐絮,產量減少,纖維品質下降。對於貪青晚熟的棉花品種,其影響更加明顯,鈴期將進一步延長,甚至影響到其他作物的換茬複種。化學脫葉催熟技術能夠促進棉花提前吐絮、提高產量,對棉花生產具有重要意義。
化學脫葉催熟技術是人工使用化學脫葉催熟劑,干預作物的生理生化過程,加快作物的生育進程,使其提前脫葉、加快成熟的一種技術。中國自50 年代末王愛國[2]就對棉花脫葉催熟劑—氯酸鎂進行試製,至今棉花催熟劑的研究已是多類型、多元化的復合應用研究。田曉莉等[3]、韓碧文等[4]從生理生化方面研究了棉花脫葉與催熟的關係,姜偉麗等[5]、馬艷等[6]研究了不同脫葉催熟劑在棉花上的應用效果,李新裕等[7]、韓迎春等[8]研究了脫葉劑對棉花產量和品質的影響。
目前棉花脫葉催熟技術在新疆棉區的應用已非常成熟,而內地特別是黃淮海鹽鹼地棉區,由於受氣候條件、種植制度的影響,植棉機械化程度不高,棉花脫葉催熟劑應用較少。隨著農業機械化的逐步深入,黃淮海流域棉區植棉機械化程度逐步提高,為了加快內地棉花機械採收的進步,提高原棉品質和效率,化學脫葉催熟技術在黃淮海流域棉區的研究利用也勢在必行。為此,筆者從棉花脫葉催熟劑的復配混用現狀以及助劑的應用入手,綜合分析化學脫葉催熟技術對棉花產量、纖維品質和種子質量的影響,重點探討了脫葉催熟劑的使用技術。旨在對中國目前脫葉催熟技術的應用現狀進行總結,對當前存在的問題進行分析,為未來的發展提出建議,以期對棉花生產全程機械化的發展提供參考。
1 脫葉催熟劑的作用原理
化學脫葉催熟劑是一種植物生長調節劑,通過對植物體內內源激素的合成、運輸、代謝、與受體的結合以及此後的信號傳導過程進行干預,使原有的生長激素平衡遭到破壞,從而加快植物的生長發育進程,達到預定的脫葉催熟目的。棉花成熟後期噴施化學脫葉催熟劑,不僅促進棉鈴吐絮開裂,而且還能使葉片提前脫落,方便機械採摘,減少籽棉污染。在國際上,由於無法從化學結構和功能上將脫葉劑和催熟劑截然分開,常將這些植物生長調節劑統稱為輔助收穫劑(harvestaids)[3]。
1.1 脫葉
在棉花葉片衰老期,一系列的生理變化引起葉柄與棉株之間形成離層,導致棉葉自然脫落。李新裕等[7]認為葉片的脫落與否,取決於葉柄離層遠軸端生長素濃度的高低。當葉柄離層遠軸端生長素濃度高於近軸端,葉片不脫落;而當遠軸端生長素濃度低於或等於近軸端生長素濃度時,葉片就會脫落。
一般情況下,衰老的葉片內生長素含量降低,乙烯和脫落酸的含量上升。徐向紅等[9]提出葉片脫落是生長素、赤黴素、脫落酸、乙烯和細胞激動素等多種激素之間相互作用的結果,並測定了噴施脫葉劑前後棉葉中脫落酸的含量,以及噴施後乙烯氣體的釋放量,結果發現,噴施脫葉劑在不同程度上均促進了棉花體內脫落酸和乙烯的生成。
採用外源乙烯或乙烯釋放劑處理可促使棉株葉片脫落[3],但是乙烯脫葉效果較差,經常使葉片形成「枯而不落」。脫落酸是一種可傳導的生長素的競爭抑制劑。它既可以直接促進脫落的過程,又能影響休眠、生長和發育。它的脫落作用能在植物內傳導,傳導距離可達30 mm[10]。
1.2 催熟
棉纖維增厚到後期,棉鈴開始出現裂縫。受棉鈴體內激素平衡狀況和乙烯含量的影響,棉鈴自然開裂,纖維細胞脫水乾涸、變扁,細胞腔內殘留物的蛋白質也變干沉積,纖維暴露鈴外[11],棉鈴完成正常吐絮。劉文燕等[12]測定了棉鈴從線裂、微裂到大裂不同階段的乙烯釋放量,發現鈴殼線裂時乙烯釋放量開始增加,出現微裂時,乙烯釋放量達到高峰,之後迅速下降,大裂時降到最低水平。
降低離體棉鈴周圍的氣壓以除去棉鈴產生的乙烯,或提高其周圍的CO2濃度以拮抗乙烯的作用,均會導致棉鈴延遲開裂[3]。韓碧文等[4]提出棉鈴開裂與鈴殼內過氧化物酶活性正相關,認為乙烯提高過氧化物酶活性,加快生長素降解,乙烯與生長素之間的平衡發生改變,導致棉鈴成熟開裂。
總之,乙烯能促進棉鈴開裂和纖維成熟,因此外源乙烯或乙烯釋放劑等均具有促進棉鈴吐絮、實現化學催熟的作用。
2 藥劑的復配混用現狀以及助劑的使用
2.1 化學脫葉催熟劑的復配混用
化學脫葉催熟劑從作用機制上可分為兩類,第一類為觸殺型化合物,第二類為促進內源乙烯生成的化合物。觸殺型化合物直接殺傷或殺死植物的綠色組織,同時刺激傷害乙烯的產生,如脫葉磷、噻節因、唑草酯、草甘膦、百草枯、敵草隆、氯酸鎂等。促進內源乙烯生成的化合物,主要作用是誘導棉鈴開裂和形成葉柄離層,如乙烯利、噻唑隆等。
生產中常常採用復配型或混用型的催熟劑和脫葉劑,利用不同化合物之間的互補或增效作用來降低用量,節省成本。比如乙烯利的催熟效果較好,可以迅速使葉片失水乾枯、棉鈴開裂,但脫葉效果差,使得葉片「枯而不落」,特別是機械採收時對籽棉污染嚴重;同時使用乙烯利催熟時,棉花植株迅速失水,棉花頂部的幼鈴隨之枯死,產量損失嚴重。雖然噻苯隆催熟效果不如乙烯利,但是脫葉效果極佳,葉片在青綠狀態下就會脫落,徹底解決「枯而不落」的問題,還可使葉片處於青綠狀態時,迅速將營養成分轉移到植株上部幼嫩棉鈴,並且棉株不會因枯死而減產。姜偉麗等[5]研究發現,噻苯隆與乙烯利復配能明顯提高噻苯隆的催熟效果;李新裕等[13]研究證明,用脫落寶和乙烯利混合劑,能達到減少藥劑用量、降低脫葉成本的效果,而縮節安和乙烯利混用,脫葉效果明顯,成本大幅度下降。因此,脫葉劑和催熟劑混用不僅效果明顯,而且能夠降低成本、提高效率。
2.2 助劑在化學脫葉催熟中的作用
引入助劑是提高脫葉催熟劑效能的有效手段,同時還可以提高藥效、減少用量、降低成本、減少環境污染。助劑是農藥劑型加工和施用過程中各種輔助物料的總稱,其本身一般沒有生物活性,卻在劑型配方或用藥時不可或缺。每種農藥助劑都有其特定的功能:稀釋原藥,幫助原藥均勻地分散在製劑中,防止粒滴凝聚變大,增加粒子的濕潤性、粘附性或滲透性,防止有效成分的分解,增加施藥的安全性,等等。因此,農藥助劑的作用就在於通過改善農藥的物理或化學性能,使藥效得到最大限度地發揮,並有助於安全用藥。
在棉花上常用於脫葉催熟劑中的有機矽類助劑,具有良好的粘著性和滲透性,使藥液更容易附著在植物表面,提高了藥劑的滲透能力和吸收能力,只需要很小的噴霧劑量就可以獲得理想效果,有研究表明有機矽類助劑可節省30%的藥劑和50%的用水[14]。
3 對棉花產量、纖維品質和種子的影響
3.1 對產量、纖維品質的影響
有研究[5,7,15]發現不同脫葉劑在推薦使用濃度範圍內對棉花纖維品質和產量無明顯影響,另有研究發現[8,16]所用脫葉劑對鈴重和纖維品質有負作用,但是影響較小。然而韓迎春等[17-18]研究發現脫葉催熟劑對棉花產量和纖維品質的影響跟用藥時間早晚有關,過早噴施脫葉催熟劑,單鈴重、衣分和成鈴均極顯著降低,籽棉、皮棉產量也相應降低,纖維品質下降;而適宜時期(比如麥後移栽棉田噴施催熟劑的適宜時期在10 月上旬)噴施催熟劑可以提高衣分、增加成鈴,增加霜前籽棉產量和皮棉產量,對纖維品質無不良影響。田曉莉等[19]也指出乙烯利等對棉花產量和纖維品質的影響主要與應用時間有關,另有研究表明脫葉劑在吐絮率20%或40%時應用,比吐絮率60%或80%時應用,皮棉產量降低7%~15%[20]。噴施時間越早,脫葉劑對鈴重的影響越大[21]。
3.2 對種子的影響
姜偉麗等[5]研究發現不同脫葉催熟劑對種子質量的影響不一,噻苯隆、脫葉磷及敵草隆等脫葉劑對棉子的發芽率影響較小,而乙烯利及其復配製劑則有抑制種子發芽的作用;馬艷等[6]也有類似的發現:乙烯利對棉花種子發芽率的影響較大,而噻苯隆和脫吐隆的影響較小;李新裕等[16]指出適期(新疆阿克蘇地區施用脫葉劑的適期範圍為9 月25 日左右)施用脫葉劑對棉花子指影響小,對棉花發芽勢和發芽率也沒有不利影響,其棉子可用於留種;樊慶魯[22]也認為只要掌握好施用時間,脫葉劑對棉子的發芽勢和發芽率均無不良影響,可以用於棉花種子繁殖。
4 脫葉催熟劑的使用技術
4.1 使用對象
適合使用脫葉催熟技術的幾種情況:熟相正常但需要提前收穫以騰茬休地、或換茬複種的棉田;貪青晚熟的棉田;機采棉田。
4.2 使用時間
過早噴施脫葉催熟劑,光合器官過早老化,影響成鈴和纖維發育,產量和纖維品質降低;過晚噴施,失去了催熟的意義。在植株營養生長基本終止、產量器官基本成熟時,施用化學脫葉催熟劑,對產量和纖維品質的影響將會降到最低。
代建龍等[23]提出了黃河流域棉花的脫葉催熟最佳時期,認為9 月底10 月初且氣溫穩定在18~20℃田間吐絮率達到40%~60%時,脫葉催熟效果好,並且對產量影響甚微;而張波等[24]根據新疆三團地區近幾年的實際應用經驗,總結出三團地區在9 月5 日至17 日噴施效果明顯,認為最好施藥前後3~5 天的日最低氣溫大於12.5℃,日平均氣溫高於18℃,避開7 天內降溫天氣。
4.3 使用方法
脫葉催熟劑有很好的滲透作用,但大多沒有傳導作用,因此施藥時要求藥液充分接觸葉片,噴霧霧滴小,噴水量大(每公頃不少於450 kg)[22],噴洒均勻。機引袖筒式噴霧器噴霧效果較好,飛機噴施速度快、水量小、霧滴附著相對不均勻,田邊地頭容易漏噴,需要進行人工補噴。群體大的高產田,宜採用分批分次施藥,分期催熟收穫。噴施作業時間應以早晨為佳。
4.4 用量以及噴施次數的確定
代建龍等[23]在黃河流域棉區採用50%噻苯隆可濕性粉劑每公頃300~450 g 和40%乙烯利水劑每公頃2.25~3.0 L混合施用效果較好,為了提高藥液附著性,將表面活性劑有機矽助劑按照0.05%~0.15%的濃度添加到脫葉催熟劑中混合噴施,作用顯著。大風、降雨前或烈日天氣禁止噴施,如施藥後12 h 內遇中雨,應當重噴。樊慶魯[22]應用40%乙烯利水劑催熟棉花,認為適宜用藥量為1500~2250 mL/hm2,適當加大用藥量,可以提高催熟效果,但用量過大,則會出現吐絮不暢、摘花不易的現象,另外助劑具有增強農藥在棉花葉片表皮的滲透能力、降低農藥用量的作用。賈俊成等[25]提出施藥次數應根據棉花群體的大小確定,群體小的棉田,施藥一次即可;群體大的高產田,可採取分期施藥。第一次用藥應比正常用藥時間早7 天左右,並且應用較小劑量。
在化學脫葉催熟劑的用量掌握上,還應注意,過旺棉田,晚熟品種,噴期晚或密度大的棉田可適量增加。
4.5 影響因素
影響脫葉和催熟效果的因素很多,主要與溫度、品種、熟相長勢有關。
4.5.1 溫度賈俊成等[25]發現化學脫葉效果與施藥後6~10 天的日平均氣溫以及藥後氣溫變化趨勢密切相關:低溫天施藥,10 天內氣溫持續上升,脫葉率高;高溫天施藥,10 天內氣溫持續下降,脫葉率低。樊慶魯[22]認為施藥當天氣溫低,藥液蒸發慢,有利於葉片對藥劑的充分吸收,而藥後3~10天氣溫高有利於藥效的發揮。
4.5.2 品種不同的棉花品種對脫葉劑敏感性不同。樊慶魯[22]在研究中發現,噴洒同等藥量的情況下,『新陸早13 號』對脫葉劑的敏感性明顯大於彩色棉品系。4.5.3 熟相長勢棉株生長發育穩健、正常成熟且能自然衰老,有利於脫葉催熟劑作用的發揮,脫葉效果好;早衰棉花生理活性低、新陳代謝功能差,脫葉效果不好;貪青晚熟、旺長的棉株營養體大、生長勢強,脫葉難度增加。鑒於此,可以通過栽培管理措施來控制熟相長勢,一是肥水管理:收穫前最後一次灌溉不宜太晚,黃河流域棉區應在9 月5 日之前,且灌水量適宜,解除乾旱即可,過少易造成土壤乾旱而減產,過多則造成棉花貪青晚熟,同時不宜根際施肥。二是病蟲害防治:棉花收穫前嚴格防治病蟲害,如果病蟲害嚴重,會導致棉鈴脫落,產量降低,同時作物通過增加營養生長來補償,導致棉株貪青晚熟,增加脫葉難度。
5 小結與展望
脫葉催熟技術是實現農機農藝配套、成功推廣機采棉的關鍵技術。目前脫葉催熟劑在黃淮海流域棉區的使用還存在著一些問題。一是使用時間把握不准。脫葉催熟劑施藥效果受溫度制約,9 月天氣變化無常,噴施早抑制棉花生長,影響棉花產量;噴施晚,受溫度影響,脫葉效果差,直接影響棉花采凈率[26];同時由於選用的脫葉催熟劑質量與性能不同,所以其噴施時間也有較大差異。二是藥劑用量不規範。脫葉催熟劑用量不足,則達不到理想效果,過量使用又會造成棉籽成熟度低,吐絮不暢,增加摘花難度,並且會污染環境。三是最後一次水肥管理不科學。收穫前最後一次灌水時間、灌水量控制不准,往往導致棉株貪青晚熟,影響脫葉效果。四是噴施器具急需改良。棉花生長密度大,現有的噴霧設備對棉花中下部枝葉通常難以噴施均勻,造成脫葉效果差,噴霧器具有待於進一步改進[26]。總之在黃淮海流域棉區使用化學脫葉催熟劑尚有待於進一步試驗研究,以獲得較為規範的使用規程。
棉花全程機械化已成為棉花生產的必然趨勢,在新疆棉區脫葉催熟劑的使用已非常成熟,在內地隨著棉花管理機械化水平的提高,也會越來越多的得到應用。脫葉催熟劑作為一種農藥或多或少會在棉株、籽棉上存在殘留,進而對環境、生產工人和消費者的健康等產生潛在的危害。目前國內研究中,雖然對紡織品農殘檢測、限量的標準及規定較多,但對棉纖維農殘檢測及脫葉劑的報道相對較少,在此領域值得進一步研究。
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