棉花應用脫葉催熟劑對后茬小麥生長及產量的影響

湯可心 霍旖旎 宋興虎 張 祥 李亞兵 杜明偉* 田曉莉 李召虎

(1.中國農業大學 農學院/作物化控研究中心/植物生長調節劑教育部工程研究中心，北京 100193；2.揚州大學 農學院，江蘇 揚州 225009；3.中國農業科學院 棉花研究所,河南 安陽 455000)

化學脫葉催熟是通過外源施用脫葉劑和催熟劑加快葉片脫落、加速作物成熟的一種技術[1]，是機采棉生產中必不可少的一項配套技術措施。20世紀50年代,在我國新疆棉區就已開展了棉花脫葉催熟劑的應用探索，自20世紀90年代開始進行了大量的機采棉脫葉催熟相關研究工作[2-5]，該技術對于我國機采棉生產節本增效、提高原棉產量和品質有著重要意義[1,6]。

麥-棉輪作制度能夠充分利用光熱和土地資源，對于“兩熟雙高產”栽培具有重要意義[7-8]。黃淮海平原及長江流域北部地區，光溫水資源豐富，無霜期長，適宜發展糧-棉輪作制度[9]。但該地區在棉花收獲季節氣候多變、棉鈴吐絮不集中，導致收獲期延長，影響棉花機械收獲和后茬作物播種。實施棉花化學脫葉催熟，可以加快棉鈴吐絮和棉葉脫落[10-12]，不僅有利于提高機械采收質量和效率，也有利于后茬作物適期早播。但有研究發現‘噻苯隆’和‘敵草隆’等常用的化學脫葉劑成分會在棉株[13-14]和土壤[15-16]中殘留，且‘噻苯隆’會引起一些植物如天竺葵生長遲緩及葉片皺縮[17]；水稻除草劑殘留也會對后茬作物如甜菜、煙草等造成藥害，導致新生葉片皺縮，葉色變深，根系變短[18-19]。棉花脫葉催熟與后茬作物播種(移栽)間隔期較短(一般相隔15～20 d)，關于‘噻苯隆’在土壤中的殘留消解動態研究表明，‘噻苯隆’在土壤中的消解符合一級動力學方程，在150～450 g/hm2用量下，長江流域棉區土壤中‘噻苯隆’消解半衰期為7.1～16.8 d[13,20]。

盡管棉花脫葉催熟技術在世界主要植棉區已大面積推廣應用，但由于美國、澳大利亞及我國等棉花機收水平較高的國家和地區基本無麥-棉輪作模式，目前，在麥-棉輪作區殘留的脫葉催熟劑對后茬小麥影響的研究鮮見報道。本研究分別在盆栽和田間條件下，設置不同脫葉催熟劑處理，分析冬小麥生長發育和產量等指標，旨在探究麥后直播棉應用脫葉催熟劑對后茬小麥出苗、苗期生長及產量的影響，以期為完善麥后直播棉應用化學脫葉催熟技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試藥劑：50%‘噻苯隆’可濕性粉劑(Thidiazuron，四川國光農化有限公司)、98%的‘噻苯隆’標準品(Thidiazuron，美國Sigma-Aldrich公司)、40%的‘乙烯利’水劑(Ethephon，江蘇安邦電化有限公司)。

1.2 試驗設計

1.2.1土壤添加‘噻苯隆’對冬小麥生長發育影響的試驗

土壤添加試驗在中國農業大學溫室進行，小麥品種為‘濟麥22’。多組試驗處理和藥劑濃度，見表1。

表1 不同處理 ‘噻苯隆’的用量Table 1 The dosage of ‘Thidiazuron’ in different treatments g/hm2

我國農藥利用率已達40.6%[21]，本試驗以農藥利用率為40%計算，即按照最高60%的藥劑殘留于土壤中，以此為基礎模擬田間‘噻苯隆’使用量(440～450 g/hm2)的60.0%、30.0%、3.0%和0.3%等設置處理，即土壤殘留‘噻苯隆’的有效成分分別為132.00～135.00 (60.0%)、66.00(30.0%)、6.60(3.0%)和0.66(0.3%)，并分3批次進行試驗。根據盆口徑面積以300 L/hm2水等比折算，在不同消解時間取樣檢測土壤中‘噻苯隆’殘留量，放置消解14～17 d，將盆內土壤翻勻，播種冬小麥。

1.2.2田間應用脫葉劑‘噻苯隆’對后茬冬小麥生長發育影響的試驗

大田試驗于2011、2012—2013、2019年分別在安徽省東至縣棉花原種場(安徽東至)、江蘇省鹽城市大豐區稻麥原種場(江蘇大豐)、安徽省東至縣大渡口鎮(安徽東至)進行。多組試驗處理和藥劑濃度，見表2。

表2 不同劑量‘噻苯隆’和‘乙烯利’混合處理Table 2 Mixed treatment with different doses of ‘Thidiazuron’ and ‘Ethephon’

1.3 指標測定

土壤中‘噻苯隆’的提取參考Cui等[15]的方法。利用OVA-TDZ抗原包被酶標板進行測定。采用logit曲線來計算ELISA試驗結果。以‘噻苯隆’標樣質量濃度的自然對數為橫坐標，各濃度與零孔顯色值的比值為縱坐標來制作標準曲線。得到樣品中‘噻苯隆’的濃度后，樣品中‘噻苯隆’的含量計算公式為：

A=(N×V2×V3×B)/(V1×W)

式中：A，‘噻苯隆’的含量，ng/g；N，樣品中‘噻苯隆’的濃度，ng/mL；V2，提取樣品得到上清液的總體積，mL；V1，N2吹干后的上清液總體積(當提取的上清液全部吹干時V1與V2的體積相同),mL；V3，N2吹干后定容所用樣品稀釋液的體積,mL；W，樣品的鮮重，g；B，樣品的稀釋倍數(樣品稀釋液定容以后的稀釋倍數)。

從播種后3 d開始，記錄1周內小麥出苗情況，統計出苗率，%；株高，cm；干物質重，g；根冠比。將盆栽小麥根系用水沖洗干凈，保持根系完整用EPSON V700型掃描儀進行掃描，利用WinRHIZO根系分析軟件計算總長度(Len)，根總體積(Vol)，總表面積(SA)，平均根直徑(AvgD)。

1.4 數據統計及分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據整理，用IBM SPSS Statistics 21數據統計軟件進行ANOVA 方差分析，用最小顯著差數法(LSD)檢驗平均數(P=0.05)。

2 結果與分析

2.1 土壤添加‘噻苯隆’對盆栽冬小麥生長發育的影響

2.1.1土壤中‘噻苯隆’的消解動態

由圖1可知，土壤添加‘噻苯隆’劑量為135.00 g/hm2時，在添加0 d(3 h)后，土壤中‘噻苯隆’含量為1.08 mg/g，消解14 d后，土壤中‘噻苯隆’含量降至0.36 mg/g，降解率為67%，‘噻苯隆’半衰期為6.9 d。

圖1 土壤添加‘噻苯隆’的殘留及消解動態Fig.1 Residue and degradation dynamics of ‘Thidiazuron’ added in soil

2.1.2幼苗形態

由圖2可知，土壤添加高劑量(135.00 g/hm2) ‘噻苯隆’，播種后14 d‘噻苯隆’會抑制小麥生長，地上部長勢偏弱，根系形態建成受到影響，抑制須根形成，導致根量減少(圖3(a))；添加低劑量(0～66.00 g/hm2)‘噻苯隆’，播種后14 d地上部受影響程度較小，但隨著添加劑量增大，地上部生長和根系形態建成受抑制程度增加(圖3(b))。

圖2 添加高劑量(a)和低劑量(b)‘噻苯隆’的盆栽小麥播種后14 d的幼苗(比例尺：cm)Fig.2 Seedling of potted wheat after sowing 14 d in added high dose (a) and low dose (b) of ‘Thidiazuron’ soil (scale：cm)

2.1.3根系形態參數

由表3可知，播種后14 d，0.66和6.60 g/hm2‘噻苯隆’處理對盆栽小麥總根長、根表面積和根體積與對照相比均無顯著差異；66.00 g/hm2劑量‘噻苯隆’處理顯著降低了小麥總根長、根表面積和根體積；隨著脫葉劑濃度的提高，小麥幼苗平均根直徑呈上升趨勢。由表4可知，播種后28 d，‘噻苯隆’處理盆栽冬小麥的總根長、根表面積、平均根直徑、根體積都有不同程度的下降，且隨‘噻苯隆’濃度的增加各指標的下降幅度增大；低劑量(66.00 g/hm2)‘噻苯隆’處理對小麥根系生長無顯著影響，但高劑量(132.00 g/hm2)‘噻苯隆’顯著降低根表面積和體積，表明<66.00 g/hm2‘噻苯隆’處理的小麥根系生長指標與對照相比差異不顯著。高劑量(132.00 g/hm2)‘噻苯隆’處理使小麥須根減少，從而影響總根長和根體積，根量顯著減少，會導致養分和水分吸收減少，進而影響地上部的生長發育。

表3 不同劑量‘噻苯隆’處理后播種14 d盆栽小麥根系形態指標Table 3 Root morphological indexes of potted wheat 14 d after sowing under different doses of ‘Thidiazuron’

表4 不同劑量‘噻苯隆’處理后播種28 d盆栽小麥根系形態指標Table 4 Root morphological indexes of potted wheat 28 d after sowing under different doses of ‘Thidiazuron’

2.1.4物質積累及分配

由圖3可知，播種后14 d，與清水對照相比，土壤添加0.66、6.60、66.00 g/hm2‘噻苯隆’會導致地上部和根干重下降，66.00 g/hm2處理與0.66、6.60 g/hm2處理相比根冠比顯著下降。由圖4可見，隨土壤添加‘噻苯隆’劑量增加，地上部和根的干重逐漸下降。播種后28 d，劑量增加至132.00 g/hm2時，地上部和根干重及根冠比均顯著低于清水對照。‘噻苯隆’脫葉劑處理在影響根系建成的同時會減少根對水分及養分的吸收，從而影響小麥根和地上部的物質積累和分配。

圖3 不同劑量‘噻苯隆’處理后播種14 d的小麥干重(a)和根冠比(b)Fig.3 Dry weight (a) and root-shoot ratio (b) of potted wheat 14 dafter sowing under different doses of ‘Thidiazuron’

圖4 不同劑量‘噻苯隆’處理后播種28 d的小麥干重(a)和根冠比(b)Fig.4 Dry weight (a) and root-shoot ratio (b) of potted wheat 28 dafter sowing under different doses of ‘Thidiazuron’

2.2 兩種棉花脫葉劑混用殘留對后茬小麥田間生長及產量的影響

2.2.1出苗率

由圖5可知，2011年安徽省東至縣棉花原種場(安徽東至)試驗結果表明，脫葉催熟處理棉田后茬小麥出苗率有所下降但與對照相比無顯著差異，處理和對照的出苗率分別為82.6%和81.2%，2012年江蘇省鹽城市大豐區稻麥原種場(江蘇大豐)試驗結果與2011年一致，表明施用‘噻苯隆’450 g/hm2+‘乙烯利’2 250 mL/hm2后茬小麥出苗率與對照相比無顯著差異。此外，與對照相比，2013年棉花脫葉催熟劑3個用量水平處理的小麥出苗率均有所下降，但在相對低劑量(‘噻苯隆’600 g/hm2+‘乙烯利’2 250 mL/hm2)下對小麥出苗率沒有顯著影響，且600 g/hm2‘噻苯隆’+2 250 mL/hm2‘乙烯利’與900 g/hm2‘噻苯隆’+4 500 mL/hm2‘乙烯利’兩種混用處理之間出苗率無顯著差異，說明在這個用量范圍內，脫葉催熟劑對后茬小麥出苗無顯著影響，可以作為脫葉催熟劑安全劑量。用量增加至1 200 g/hm2‘噻苯隆’+9 000 mL/hm2‘乙烯利’時，小麥出苗率比對照降低18.7%。

2.2.2幼苗形態及株高和根長

由圖6和圖7可知，2019年安徽東至試驗點的結果表明，‘噻苯隆’+‘乙烯利’混合用量450 g+1 725 mL/hm2、600 g+3 000 mL/hm2和600 g+4 500 mL/hm23種處理的后茬小麥2葉期株高與對照相比無顯著差異，但根長分別比對照降低41%、35%和43%。

圖6 脫葉劑殘留大田播種后21 d的小麥幼苗(比例尺：cm)Fig.6 Wheat seedlings 21 d after sowing in the field with defoliant residues (Scale：cm)

1 725和3 000 mL分別代表40%乙烯利的劑量。下同。1 725 and 3 000 mL indicate dose of 40% ‘Ethephon’ respectively. The same below.圖7 脫葉劑殘留大田播種21 d后小麥的株高和根長Fig.7 Plant height and root length of wheat 21 d after sowing in the field with defoliant residues

2.2.3產量及千粒重

由圖8可知，450 g/hm2‘噻苯隆’+1 725 mL/hm2‘乙烯利’混用時，后茬小麥產量與對照相比無顯著差異。600 g/hm2‘噻苯隆’+3 000 mL/hm2‘乙烯利’時，小麥產量與對照相比未顯著降低，但600 g/hm2‘噻苯隆’+4 500 mL/hm2‘乙烯利’混用時，后茬小麥產量低于清水對照22%。可見，施用棉花脫葉劑‘噻苯隆’對后茬小麥產量無顯著影響，但催熟劑‘乙烯利’用量較高會導致小麥產量顯著降低。

圖8 安徽東至試驗點脫葉劑殘留大田的后茬小麥產量Fig.8 Yield of wheat in the field with defoliant residues at Dongzhi County, Anhui Province

由圖9可知，‘噻苯隆’與‘乙烯利’混用進行棉花脫葉催熟對后茬小麥千粒重的影響較小。‘噻苯隆’+‘乙烯利’用量分別為450 g+1 725 mL/hm2和600 g+3 000 mL/hm2時小麥千粒重與對照無顯著差異，但‘噻苯隆’+‘乙烯利’的用量為600 g+4 500 mL/hm2時，小麥千粒重低于清水對照11%。

圖9 脫葉劑殘留大田后茬小麥的千粒重Fig.9 1 000-grain weight of wheat in the field with defoliant residues

3 討 論

3.1 土壤中殘留‘噻苯隆’的降解動態及其對后茬小麥生長發育的影響

已有研究表明，‘噻苯隆’和‘敵草隆’等植物生長調節劑會造成棉株[13-14]和土壤[15-16]中的殘留，土壤中的化學農藥會對作物和輪作后茬造成不利影響[17,22-25]。化學農藥的殘留和消解受多種因素影響，不同施用量以及不同土壤類型、土壤溫度和土壤養分條件下的殘留消解情況不同，土壤養分含量高更有利于土壤中殘留的藥劑消解[26-27]；適宜的土壤溫度和濕度有利于土壤中藥物分解及微生物降解[27-28]；不同質地的土壤團粒結構對農藥的吸附作用不同，粘土顆粒的吸附作用大于壤土，砂土吸附作用最小，因此農藥在黏土中半衰期最長，壤土次之、砂土最短[29]。本研究利用ELISA方法檢測土壤添加‘噻苯隆’后其殘留消解動態，結果表明在室內人工氣候室18～22 ℃時，土壤添加135.00 g/hm2‘噻苯隆’后3 h土壤中‘噻苯隆’的原始累積量為1.08 mg/g，經過14 d的降解后土壤中‘噻苯隆’殘留量降低至0.36 mg/g，降解率約為67%，半衰期為6.9 d。已有研究表明不同條件下‘噻苯隆’在大田中的消解半衰期為7.07～16.80 d[13,20]，由于與田間消解條件不同，本試驗結果與馮義志等[13]、蔡德玲等[20]的研究存在一定差異。有研究表明，土壤中的‘噻苯隆’會對植株生長發育產生影響，例如導致盆栽天竺葵根量減少和生長遲緩[17]，本研究中冬小麥苗期生長發育受殘留‘噻苯隆’影響的結果與之一致，高劑量‘噻苯隆’(135.00 g/hm2)處理土壤后，播種時‘噻苯隆’殘留量為0.36 mg/g，小麥出苗和生長發育受到顯著抑制，尤其對后茬小麥須根形成有顯著的抑制作用。土壤添加劑量降低至66.00 g/hm2時，施用14 d后‘噻苯隆’含量為0.09 mg/g，該劑量對小麥出苗及地上部生長發育有一定促進作用，這可能與‘噻苯隆’具有細胞分裂素活性有關[30]。但根系形態建成仍受到顯著抑制，隨殘留量增加呈逐漸降低趨勢，但與對照無顯著差異。由于根系受到‘噻苯隆’殘留的直接影響，因此受抑制作用更顯著，小麥根系對水分和養分吸收量減少，從而影響植株長勢及地上部和根的干物質積累。

3.2 土壤殘留‘噻苯隆’對后茬小麥生長發育的劑量效應

不同劑量棉花脫葉催熟劑對后茬小麥出苗、生長發育及產量的影響程度存在差異。低劑量‘噻苯隆’殘留不會影響后茬小麥出苗率，對小麥的生長發育和產量也未產生顯著影響，但‘噻苯隆’1 200 g/hm2+‘乙烯利’9 000 mL/hm2會導致小麥出苗率降低18.7%；‘噻苯隆’+‘乙烯利’用量為450 g+1 725 mL、600 g+3 000 mL和600 g+4 500 mL處理的殘留分別導致小麥根長比對照降低41%、35%和43%，3種處理均導致小麥根長顯著低于清水對照，地上部生長與清水對照并無顯著差異；加大用量至600 g‘噻苯隆’+4 500 mL‘乙烯利’，小麥產量降低近22%，千粒重降低近11%。

本研究使用的脫葉劑為50%‘噻苯隆’可濕性粉劑、催熟劑為40%‘乙烯利’水劑。中國農藥信息網企業登記的50%‘噻苯隆’用量為450～600 g/hm2，40%‘乙烯利’水劑用量為330～500倍液，田間進行脫葉催熟時，需兌水450 L/hm2，因此40%‘乙烯利’用量達到900～1 364 mL/hm2。本試驗棉花應用‘噻苯隆’450 g/hm2+‘乙烯利’1 725～2 250 mL/hm2進行脫葉催熟，對后茬小麥苗期的根系發育造成不利的影響，但對后茬小麥的出苗率及產量無顯著影響，更適于麥棉兩熟模式的棉花脫葉催熟。與中國農藥信息網‘噻苯隆’推薦劑量相比450 g/hm2的用量是安全的，與‘乙烯利’推薦用量330～500倍液(900.0～1 363.5 mL/hm2)相比，本研究得出田間用量為1 725～2 250 mL/hm2(200～260倍液)可以實現較好的催熟效果且不會對后茬小麥造成不利影響。

3.3 應用脫葉催熟劑對后茬作物的影響

脫葉催熟效果易受棉田長勢和氣象因素等影響，導致不同地區、不同時期的應用效果存在差異[31]。長江中下游流域棉區氣候濕度較高，將‘噻苯隆’與‘乙烯利’復配施用可以達到比單用‘噻苯隆’或‘乙烯利’更理想的脫葉催熟效果，同時可以減少‘噻苯隆’在田間的殘留[32-33]。麥后直播棉的化學脫葉催熟不僅要保證棉花脫葉催熟效果，還要考慮脫葉催熟劑在土壤中的殘留消解動態及其對后茬作物生長的安全性影響。‘噻苯隆’及其衍生物具有高度細胞分裂素活性，能夠促進愈傷組織生長和激素的相互作用[30]，殘留在土壤中的微量‘噻苯隆’及其發揮的細胞分裂素活性對后茬作物激素水平變化及苗期生理的影響仍有待研究。此外，在大田生產中如果能夠適當改善間隔期內的殘留消解條件(如提高土壤濕度、增加有機質含量等)，促進殘留降解，使殘留量降低，利用低濃度‘噻苯隆’促進后茬小麥出苗和生長發育，對后茬作物苗期抗逆和促早發也具有積極的作用。

4 結 論

本研究結果表明，土壤中高劑量‘噻苯隆’(132.00～135.00 g/hm2)對小麥苗期生長發育存在不利影響，顯著降低了小麥株高、根表面積、根體積和根干重。棉花應用‘噻苯隆’450 g/hm2+‘乙烯利’1 725 mL/hm2進行脫葉催熟，對后茬小麥的出苗率及產量無顯著影響，更適于黃淮海平原南部及長江流域北部麥棉兩熟生產模式的棉花脫葉催熟。