粵西蔗區(qū)無人機噴施甘蔗增糖劑應(yīng)用研究

陳迪文，周文靈*，敖俊華，喻建剛，羅青文，江 永，李奇?zhèn)?/p>

0 引言

廣東粵西蔗區(qū)是我國第3大甘蔗產(chǎn)區(qū)，但近年來粵西蔗區(qū)甘蔗糖分相比廣西和云南蔗區(qū)均偏低，近2年廣東蔗區(qū)產(chǎn)糖率不及10%，而廣西和云南產(chǎn)糖率均達12%以上。甘蔗產(chǎn)業(yè)的從業(yè)科技人員在多個方面努力嘗試不同辦法來提高糖分，取得的效果均有限[1-3]。針對低糖問題，國內(nèi)科研人員嘗試通過化學(xué)制劑來調(diào)控甘蔗糖分，如美國、巴西和古巴等國家從20世紀(jì)50年代開始研究甘蔗增糖劑(或催熟劑)的應(yīng)用并且取得了良好效果。在各種不同類型增糖劑或催熟劑中應(yīng)用研究最多的化學(xué)制劑是乙烯利[4-5]，它作為一種水果常用催熟劑而廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[6-7]，在甘蔗上也可以通過促進甘蔗提早成熟來提高早期糖分[4,8]。另外還有研究應(yīng)用較多的是草甘膦(增甘磷)[9-10]，它是一種除草劑的主要成分或者類似的化合物，在甘蔗成熟期噴施一定的濃度可以使甘蔗停止生長而轉(zhuǎn)為糖分累積[10-11]。其他制劑如植物生長激素類、養(yǎng)分元素類及氨基酸等[12-14]。在噴施工具及方式方面，人工難以噴施生長后期的甘蔗植株，以前有利用輕型飛機進行大面積噴灑的應(yīng)用報道[15]，但是由于飛行管控和操作專業(yè)程度高，以及對于地勢地貌要求高等各方面原因難以推廣應(yīng)用[16-17]。如今隨著農(nóng)用無人機的推廣應(yīng)用，讓甘蔗增糖劑應(yīng)用變得簡單[18]。本研究選擇了3種自主研制的甘蔗增糖劑通過無人機噴施在廣東粵西蔗區(qū)開展了其對甘蔗糖分的影響研究，為無人機噴施甘蔗增糖劑研究和應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 供試甘蔗品種與增糖劑

供試品種：粵糖 61號(粵糖 03-373)和粵甘 50號(粵糖08-776)，前者為早熟品種，糖分相對較高，后者為晚熟品種，糖分中等相對偏低。

供試增糖劑：自主研制的增糖劑1、增糖劑2、增糖劑3(主要成分包含海藻提取物、氨基酸、十六烷基三甲基溴化銨等)、40%乙烯利、30%草甘膦異丙胺鹽，均為水劑。

1.2 試驗設(shè)置

試驗設(shè)計采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。試驗共設(shè)6個處理：清水對照，增糖劑1(每公頃用量1.5 L加水配置成22.5 L)，增糖劑2(每公頃用量1.5 L加水配置成22.5 L)，增糖劑3(每公頃用量1.5 L加水配置成22.5 L)，乙烯利(每公頃用量0.75 L加水配置成22.5 L)和草甘膦(每公頃用量0.6 L加水配置成 22.5 L)。

田間種植試驗地設(shè)在廣東湛江市遂溪縣洋青鎮(zhèn)。試驗田行長20 m，行距1.2 m，5行區(qū)，每小區(qū)面積120 m2。小區(qū)之間間隔6行為保護行，減少噴霧漂移的影響。其中粵甘50號為第3年宿根，粵糖61號為第2年宿根。2018年11月1日開始進行增糖劑噴施處理。所用無人機型號為大疆 MG1S，設(shè)定每公頃用量22.5 L，距離葉片頂部高度1 m，噴頭流量0.8 L/min，采用手動模式飛行。

1.3 檢測項目與分析方法

在噴施后20、40及60天后分別對甘蔗進行取樣進行糖分檢測，每個小區(qū)隨機砍收8條甘蔗作為一個樣本混合榨汁分析糖分相關(guān)參數(shù)，糖分檢測送廣東省生物工程研究所(廣州甘蔗糖業(yè)研究所)湛江甘蔗研究中心糖分檢測實驗室進行，采用一次旋光法檢測。收獲前對甘蔗進行株高、莖徑測量，每個小區(qū)隨機測量 30株，并對產(chǎn)量進行估算，估產(chǎn)(t/hm2)=0.785×(株高-30)×莖徑2×3500(統(tǒng)一有效莖數(shù))×15/106；根據(jù)糖分和估產(chǎn)計算單位面積甘蔗含糖量，單位面積甘蔗含糖量(t/hm2)=甘蔗糖分(%)×單位面積甘蔗估產(chǎn)(t/hm2)。

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析，差異顯著性采用LSD法方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同增糖劑對甘蔗農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

根據(jù)表1所示的結(jié)果可以看出，與清水對照相比，各處理對2個甘蔗品種的株高和莖徑均沒有顯著影響，因此各處理的估產(chǎn)結(jié)果均沒有顯著差異。結(jié)果表明噴施各種增糖劑處理對甘蔗農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量無顯著影響。

2.2 不同增糖劑處理后粵糖61號甘蔗糖分參數(shù)的變化情況分析

從甘蔗糖分檢測結(jié)果(表2)可以看出，在噴施不同增糖劑處理后對粵糖 61號的蔗糖分產(chǎn)生了不同程度的影響，在噴施不同時間后也存在不同的效果。

在噴施20天后，增糖劑2、增糖劑3及草甘膦處理的蔗糖分顯著高于清水對照，增糖劑2和增糖劑3處理的蔗汁錘度顯著高于清水對照，同時，所有增糖劑處理的還原糖分均顯著低于清水對照處理。視純度和重力純度在各個處理間均無顯著差異。

在噴施40天后，增糖劑3處理的蔗糖分顯著高于清水對照，增糖劑2和增糖劑3處理的蔗汁錘度顯著高于清水對照，同時，所有增糖劑處理的還原糖分均顯著低于清水對照處理。視純度和重力純度在各個處理間均無顯著差異。

表1 不同增糖劑處理下的甘蔗農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量表現(xiàn)

表2 不同增糖劑處理后粵糖61號糖分參數(shù)的變化情況

而在噴施60天后，所有增糖劑處理的各個糖分參數(shù)均和清水對照無顯著差異。

以上結(jié)果表明，增糖劑2和增糖劑3對粵糖61號的蔗糖分提升作用比較明顯，同時有利于降低還原糖分，其中增糖劑3效果最好，且持續(xù)時間最長。

2.3 不同增糖劑處理后粵甘50號甘蔗糖分參數(shù)的變化情況分析

從甘蔗糖分檢測結(jié)果(表 3)可以看出，與粵糖61號類似，在噴施不同增糖劑處理后對甘蔗品種粵甘50號的蔗糖分均產(chǎn)生了一定的提升作用，且在噴施不同時間后也存在不同的效果。

在噴施20天后，所有5個增糖劑處理的蔗糖分均顯著高于清水對照，其中增糖劑3最高；同樣地，所有增糖劑處理的蔗汁錘度均顯著高于清水對照，其中增糖劑3最高；同時，所有增糖劑處理的還原糖分均顯著低于清水對照處理；另外，增糖劑3處理的視純度和重力純度均顯著高于清水對照處理。

在噴施40天后，增糖劑1、增糖劑2、增糖劑3和乙烯利處理的蔗糖分均顯著高于清水對照，其中增糖劑3最高；同時這4個處理的蔗汁錘度也均顯著高于清水對照，其中增糖劑3最高；所有增糖劑處理的還原糖分均顯著低于清水對照處理。視純度和重力純度在各個處理間均無顯著差異。

在噴施60天后，增糖劑3處理的蔗糖分顯著高于清水對照，其他參數(shù)在各處理之間均無顯著差異。

以上結(jié)果表明，所有增糖劑處理對粵甘50號的蔗糖分均具有提升作用，同時有利于降低還原糖分，

其中增糖劑3的蔗糖分提升幅度最大，且持續(xù)時間最長，草甘膦的持續(xù)時間最短。

2.4 不同增糖劑處理后甘蔗糖分變化幅度分析

表3 不同增糖劑處理后粵甘50號糖分參數(shù)的變化情況

根據(jù)不同增糖劑處理與清水對照處理的蔗糖分百分比絕對值差值比較結(jié)果(表4)可以看出，各增糖劑處理在噴施處理后不同時間段的蔗糖分比對照提升幅度不同，其中除草甘膦外各個處理在噴施后40天時的糖分增幅最大，到60天時糖分的提升幅度有所減小，但各個處理之間存在差異，其中增糖劑 2和增糖劑3處理的2個品種甘蔗在60天時還能保持較高的增幅，其他處理的增幅則下降較多，粵糖61號的草甘膦處理甚至出現(xiàn)負值，說明糖分比對照還低。綜合2個品種平均值來看，增糖劑3處理的糖分比對照增幅在20～60天均是最高且超過0.5個百分點，其次是增糖劑2處理效果較好。

表4 不同增糖劑處理不同時間后的甘蔗糖分比對照提升幅度

2.5 不同增糖劑處理后單位面積含糖量分析

根據(jù)不同時間段的糖分含量估算的單位面積甘蔗含糖量結(jié)果(表 5)可以看出，隨著噴施后天數(shù)增加，甘蔗含糖量逐漸增加，不同處理之間增加幅度不同。對于2個品種各個增糖劑中均以增糖劑3處理的含糖量在不同時間為最高。其中，粵糖61號在噴施增糖劑3后20、40和60天的含糖量分別比對照增加1.19、1.37和1.23 t/hm2，粵甘50號在噴施增糖劑3后20、40和60天的含糖量分別比對照增加0.97、1.14和0.86 t/hm2，但差異性均不顯著。

表5 不同增糖劑處理不同時間后單位面積甘蔗含糖量

3 討論與結(jié)論

國內(nèi)在20世紀(jì)80年代開始大量關(guān)于增糖劑在甘蔗上的應(yīng)用研究[11,19-20]。乙烯利和草甘膦在國內(nèi)外的研究和應(yīng)用都比較多，因此，在本研究中用于和自行研制的增糖劑進行比較。本研究結(jié)果表明，對于2個甘蔗品種，噴施乙烯利40天和噴施草甘膦后20天的蔗糖分比對照均能提高0.5個百分點絕對值(表4)，說明二者均有一定的提升糖分效果，而自行研制的增糖劑2和增糖劑3對糖分提高的幅度更大，效果更好。在增糖劑對于糖分提升的時效性方面，草甘膦起效快但持久性差，其噴施后20天比對照提高幅度相對于40天和60天最高，粵糖61號噴施草甘膦后60天的糖分甚至低于對照處理，其他增糖劑處理到噴施后60天也表現(xiàn)出提升幅度下降，但增糖劑2和增糖劑3的提升幅度仍高于乙烯利處理。因此說明，一方面，增糖劑2和增糖劑3具有良好的增糖效果同時也具有良好的時效性；另一方面，無論何種增糖劑在噴施后具有一定的時效性，不同增糖劑的時效性有差異，一般在20～60天內(nèi)，時間太長的增糖效果會降低甚至完全消除，建議根據(jù)甘蔗的收獲時間提前一個月或45天進行噴施。

不同增糖劑對于甘蔗糖分提升的作用機理是不同的，比如草甘膦銨鹽一類的增糖劑作用機制為通過抑制甘蔗生長從而促進成熟[21]，在成熟早期施用會對產(chǎn)量具有一定的負面影響，施用濃度過高會導(dǎo)致葉片枯死，有些甚至?xí)绊懰薷诿绹收嵘a(chǎn)上，為了避免風(fēng)險其要求僅用于宿根最后一年的甘蔗。乙烯利是一種植物生長調(diào)節(jié)劑，在一定條件下不僅自身可以釋放乙烯，而且可以誘導(dǎo)植物自身產(chǎn)生乙烯來促進作物成熟。本研究中自行研制的增糖劑均是通過一些植物營養(yǎng)元素和生長調(diào)節(jié)物質(zhì)等組合，試驗中對農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量估算的結(jié)果也表明，所有處理對甘蔗株高、莖徑和產(chǎn)量均沒有產(chǎn)生顯著影響，自行研制的3個增糖劑在這一方面是可以放心使用的。至于其對甘蔗糖分提升的作用機制，則還需進一步的研究進行深入探討。

生產(chǎn)上的甘蔗品種非常多，品種本身有不同的熟期和糖分高低，增糖劑對于不同的品種可能產(chǎn)生不同的效果，或者說增糖劑對于有些品種沒有效果，對于有些品種則效果很好。本研究根據(jù)當(dāng)?shù)匾延械牟牧蠌氖炱诜矫孢x擇一個早熟的和一個晚熟的，從糖分高低方面選擇了一個高糖和一個相對低一點的。實驗結(jié)果表明，增糖劑對于2個品種都有一定的效果。至于對其他甘蔗品種效果如何則還需要更多的試驗進行測試才能得出結(jié)論。另外，不同年份、土壤以及栽培措施對于甘蔗糖分都會有影響，本試驗當(dāng)年氣候和雨水條件較好，甘蔗普遍高產(chǎn)高糖，往年糖分較低的粵甘50號的整體糖分也高于往年，跟高糖品種粵糖61號比相差不多，這也可能對試驗結(jié)果產(chǎn)生一定影響，因此還需要進一步結(jié)合不同條件開展更多的研究試驗才能確定增糖劑的施用效果及其穩(wěn)定性。

本研究結(jié)果表明，在甘蔗工藝成熟早期通過無人機噴施各種增糖劑對粵西蔗區(qū)2個品種甘蔗的蔗糖分具有提升作用，其中自主開發(fā)的增糖劑3對提高甘蔗糖分的作用最好，且在噴施后40天左右進行收獲效果最佳。

4 致謝

感謝沈大春、文明富、潘方胤、梁啟如、彭立沖等人在增糖劑無人機噴施及甘蔗糖分檢測等方面的大力協(xié)助。