應(yīng)用縮節(jié)安(DPC)調(diào)控棉花株型的定位定量效應(yīng)研究

趙文超 杜明偉 黎 芳 田曉莉,* 李召虎

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應(yīng)用縮節(jié)安(DPC)調(diào)控棉花株型的定位定量效應(yīng)研究

趙文超1,2,**杜明偉1,**黎 芳1田曉莉1,*李召虎1

1中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/ 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑教育部工程研究中心, 北京 100193;2德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院, 山東德州 253000

縮節(jié)安(1,1-dimethyl piperidinium chloride, DPC)是棉花生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的植物生長(zhǎng)延緩劑, 其調(diào)控棉花莖枝生長(zhǎng)的定位定量效應(yīng)尚缺乏系統(tǒng)的量化研究。本研究2013—2014年在田間條件下分別于棉花現(xiàn)蕾期、盛蕾期后、盛花期前、盛花期后和打頂后單次應(yīng)用不同劑量的DPC, 測(cè)量了DPC作用有效期內(nèi)的棉花株高和主莖生長(zhǎng)速率, 探究了所有主莖節(jié)間及所有果節(jié)對(duì)DPC的響應(yīng)。結(jié)果表明, DPC處理對(duì)棉花主莖節(jié)間的影響范圍為N節(jié)(應(yīng)用DPC時(shí)的主莖節(jié))以下1~4個(gè)和N節(jié)以上0~6個(gè)(打頂條件下), 對(duì)果枝的影響范圍為N節(jié)以下1~11個(gè)和N節(jié)以上0~5個(gè), 其中N節(jié)以下果枝受影響的果節(jié)多于N節(jié)以上果枝。將盛蕾期后和盛花期前2次應(yīng)用DPC的效應(yīng)疊加, 其影響范圍幾乎可以覆蓋全部主莖節(jié)間(果枝始節(jié)以上)和全部果節(jié)。DPC應(yīng)用劑量與其作用強(qiáng)度并不總存在較好的線性關(guān)系。DPC的定位定量效應(yīng)除了與應(yīng)用時(shí)間和劑量有關(guān), 還受到溫度、降水等環(huán)境條件和棉株生物量、源庫(kù)關(guān)系的影響。

棉花; 縮節(jié)安; 應(yīng)用時(shí)間; 應(yīng)用劑量; 主莖; 果枝

縮節(jié)安(DPC)是在國(guó)內(nèi)外棉花生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的植物生長(zhǎng)延緩劑[1-2]。大量研究已經(jīng)明確, DPC在棉花上的直接效應(yīng)為縮短主莖和果節(jié)間長(zhǎng)度、減少主莖節(jié)數(shù)、降低植株高度、縮短果枝和營(yíng)養(yǎng)枝長(zhǎng)度[3-9], 因而主要用于防止徒長(zhǎng)、塑造理想株型、提高田間管理效率[10-12]。此外, DPC與株行配置、肥水管理等栽培措施耦合還可以影響棉花熟期、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)[13-16]。

DPC從1978年開(kāi)始在主要植棉國(guó)家研究和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代前中期多采用初花期一次應(yīng)用, 80年代后期到90年代國(guó)內(nèi)外均形成了比較成熟的多次應(yīng)用技術(shù)。我國(guó)的DPC多次應(yīng)用技術(shù)從種子處理開(kāi)始直至打頂后一段時(shí)間, 至少應(yīng)用2次, 多則可以達(dá)到5~6次, 稱為DPC系統(tǒng)化控技術(shù)[6]。國(guó)外(以美國(guó)、澳大利亞為主)的DPC多次應(yīng)用策略包括少量多次策略(在蕾期和初花期應(yīng)用3~4次)和改良初花期策略(初花期前10~14 d、初花期和初花期后10~14 d應(yīng)用3次)[17-18]。

雖然DPC的研究和應(yīng)用歷史已有40年, 在國(guó)內(nèi)外棉花生產(chǎn)上也發(fā)揮了重要作用, 但其研究和應(yīng)用仍存在不足之處。盡管明確了DPC應(yīng)用時(shí)間決定作用部位、應(yīng)用劑量決定作用強(qiáng)度的基本規(guī)律[5,19], 但大多關(guān)注株高、主莖節(jié)間長(zhǎng)度及主莖節(jié)數(shù)的變化[5-9,20-21]。棉花果枝長(zhǎng)度不僅關(guān)乎冠層結(jié)構(gòu)和田間管理效率(包括機(jī)械采收), 也是影響棉花成鈴結(jié)構(gòu)的重要因素。最近還有報(bào)道指出, 不同部位的果枝長(zhǎng)度與產(chǎn)量也存在比較密切的關(guān)系[22-23]。但DPC影響棉花果節(jié)和果枝長(zhǎng)度的報(bào)道較少, 僅何鐘佩等[5]研究過(guò)始花前和盛花期單次應(yīng)用DPC對(duì)不同部位果枝果節(jié)長(zhǎng)度的影響, 其他少量涉及到果枝的文獻(xiàn)也僅籠統(tǒng)測(cè)量了整個(gè)果枝的長(zhǎng)度[24]。此外, 雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在溫度適宜、水分和氮素營(yíng)養(yǎng)充足的條件下要加強(qiáng)DPC的控制, 在各種逆境脅迫下要少用或不用DPC, 但環(huán)境因素對(duì)DPC定位定量效應(yīng)的影響尚缺乏系統(tǒng)量化的報(bào)道。研究的欠缺導(dǎo)致應(yīng)用技術(shù)時(shí)常不到位, 主要體現(xiàn)在DPC應(yīng)用時(shí)間過(guò)早或過(guò)晚、應(yīng)用劑量過(guò)大或過(guò)小等, 對(duì)熟期、產(chǎn)量等造成不良影響。

本研究分別在棉花現(xiàn)蕾期、盛蕾期后、盛花期前、盛花期后和打頂后單次應(yīng)用不同劑量的DPC, 不僅測(cè)量了DPC作用有效期內(nèi)棉花株高和主莖生長(zhǎng)速率的變化, 而且探究了所有主莖節(jié)間長(zhǎng)度及所有果節(jié)長(zhǎng)度對(duì)DPC的響應(yīng), 旨在細(xì)化和量化DPC的定位定量效應(yīng)及環(huán)境因素對(duì)定位定量效應(yīng)的影響, 為進(jìn)一步完善DPC應(yīng)用技術(shù)、促進(jìn)其規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

河北省河間市瀛州鎮(zhèn)國(guó)欣科技園西區(qū)(38°24′N, 116°04′E)試驗(yàn)地為沙質(zhì)黏壤土, 耕層土壤(20 cm)含有機(jī)質(zhì)6.26 g kg-1、全氮810 mg kg-1、速效鉀241.2 mg kg-1、有效磷14.46 mg kg-1, pH 8.0。

表1為河間市氣象局提供的棉花生育期(4月至10月)月平均氣象資料(氣溫、降雨量、日照時(shí)數(shù))。2013年氣象特點(diǎn)為7月份(花鈴期)降水量大, 較30年平均值(161.7 mm)多73%。2014年氣象特點(diǎn)為5月至6月(苗期-盛蕾期后)平均氣溫較高, 其中5月平均氣溫較30年平均值和2013年同期分別高1.5°C和2.0°C, 6月平均氣溫與30年平均值持平, 但較2013年同期高1.0°C; 其次為6月至8月(盛蕾期后-花鈴期)干旱, 6、7、8月降水量分別較30年平均值減少55%、74%和46%。

表1 河間市棉花生育期氣象資料

a指1983–2012年平均值。aAverage value across 1983–2012.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究由5個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)組成, 分別在現(xiàn)蕾期(試驗(yàn)1)、盛蕾期后(試驗(yàn)2)、盛花期前(試驗(yàn)3)、盛花期后(試驗(yàn)4)和打頂后(試驗(yàn)5)葉面噴施DPC。各試驗(yàn)采用再裂區(qū)設(shè)計(jì), 重復(fù)3次。主區(qū)為品種, 分別為魯棉研36和邯7860; 裂區(qū)為密度, 分別為64,000株 hm-2和114,000株 hm-2(實(shí)收密度); 再裂區(qū)為DPC應(yīng)用劑量(表2)。小區(qū)為4行區(qū), 行距100 cm, 行長(zhǎng)5 m, 面積20 m2。試驗(yàn)1的DPC藥液量為150 L hm-2, 其他4個(gè)試驗(yàn)為300 L hm-2, 采用背負(fù)式手動(dòng)噴霧器(3WBS-16A)整株均勻葉面噴施。

2013年4月24日播種, 7月25日打頂。2014年4月23日播種, 7月15日澆水450 m3hm-2, 7月27日打頂。其他栽培措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理。

表2 各試驗(yàn)應(yīng)用DPC的時(shí)間和劑量

M1~M4代表4個(gè)DPC劑量。M1?M4 indicate four MC rates.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 株高及主莖日增量 選擇每小區(qū)8株代表性植株掛牌標(biāo)記, 噴施DPC后每隔3 d測(cè)量1次株高, 據(jù)此計(jì)算主莖日增量。

1.3.2 主莖節(jié)間及果節(jié)長(zhǎng)度 收獲前在每小區(qū)中間2行選擇6~8株(2013年6株, 2014年8株)代表性植株, 測(cè)量每個(gè)主莖節(jié)間長(zhǎng)度和每個(gè)果節(jié)的長(zhǎng)度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯和計(jì)算, 用SPSS 21.0一般線性模型程序(GLM)進(jìn)行方差分析(ANOVA), 用Duncan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)平均數(shù)(<0.05)。由于大部分指標(biāo)的處理和年份互作顯著, 因此將2013年和2014年數(shù)據(jù)分別列出。品種和密度與DPC的互作對(duì)株高和節(jié)間長(zhǎng)度均無(wú)顯著影響, 因此本文僅呈現(xiàn)DPC處理的結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 主莖日增量(cm d-1)及株高變化動(dòng)態(tài)

清水對(duì)照(CK)的主莖日增量和株高變化動(dòng)態(tài)反映了本試驗(yàn)條件下棉株的自然生長(zhǎng)情況。由圖1可知, 2013年播后61 d (盛蕾期后)之前棉株生長(zhǎng)速度基本< 2.0 cm d-1, 61 d之后快速增長(zhǎng), 70~73 d (初花期)達(dá)到最高值4.0 cm d-1, 之后波動(dòng)下降; 播后73 d之前個(gè)別時(shí)段生長(zhǎng)速度出現(xiàn)下降與天氣和田間管理有關(guān)。2014年播后45 d (現(xiàn)蕾期)之后棉株生長(zhǎng)速度快速增加, 播后51 d (盛蕾期)超過(guò)2.0 cm d-1, 播后60~66 d (初花期)達(dá)到最高值3.1 cm d-1, 播后77 d (盛花期)后明顯下降, 播后83 d (盛花期后)后的再次上升與澆水有關(guān)。由圖2可知, CK的株高增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)符合Logistic曲線。2013年的株高自播后61 d (用箭頭在圖中標(biāo)出, 下同)進(jìn)入線性增長(zhǎng)階段, 73 d后增長(zhǎng)減慢, 最終株高為145 cm左右。2014年株高自播后51 d進(jìn)入線性增長(zhǎng)階段, 66 d后增長(zhǎng)速度減慢, 77 d后明顯放慢, 最終株高為115 cm左右。2年株高在播后70 d之前差異不大, 之后2013年的株高高于2014年。

2.2 DPC對(duì)棉株生長(zhǎng)速度和株高的影響

DPC應(yīng)用后3~5 d主莖生長(zhǎng)速度降低。2013年現(xiàn)蕾期(試驗(yàn)1)和盛蕾期后(試驗(yàn)2)應(yīng)用DPC對(duì)主莖生長(zhǎng)速度的影響均持續(xù)22 d, 2014年DPC同期處理的效應(yīng)期分別為25 d和31 d (圖1)。由于7月下旬打頂后棉株生長(zhǎng)人為終止, 因此不能判斷盛花期前(試驗(yàn)3, 7月上旬應(yīng)用DPC)和盛花期后(試驗(yàn)4, 7月中旬應(yīng)用DPC)應(yīng)用DPC的效應(yīng)期?，F(xiàn)蕾期和盛蕾期后應(yīng)用DPC約10 d后株高顯著低于CK (圖2)。2013年盛花期前和盛花期后應(yīng)用DPC時(shí)植株生長(zhǎng)較快(CK的生長(zhǎng)速度分別超過(guò)3.0 cm d-1和2.0 cm d-1), DPC處理后5~7 d株高顯著下降; 2014年同期CK的生長(zhǎng)速度較低, 分別低于2.5 cm d-1和1.5 cm d-1, 株高變化對(duì)DPC的響應(yīng)比較緩慢。

從圖1和圖2還可看出, 雖然各試驗(yàn)2013年和2014年應(yīng)用DPC的劑量相同, 但2014年現(xiàn)蕾期和盛蕾期后DPC處理對(duì)主莖生長(zhǎng)速度和株高的影響總體上大于2013年。如2014年現(xiàn)蕾期應(yīng)用DPC后4~10 d主莖生長(zhǎng)速度(4個(gè)劑量的平均值)較CK降低22.0%, DPC效應(yīng)期結(jié)束時(shí)株高較CK降低10.2%, 而2013年同期應(yīng)用DPC后對(duì)應(yīng)時(shí)段的生長(zhǎng)速度(藥后4~9 d)和株高的降幅分別為8.0%和5.6%。2014年盛蕾期后應(yīng)用DPC 8~14 d后的生長(zhǎng)速度和效應(yīng)期結(jié)束時(shí)的株高較CK分別降低41.0%和17.3%, 而2013年同期應(yīng)用DPC后對(duì)應(yīng)時(shí)段的生長(zhǎng)速度(藥后10~16 d)和株高的降幅分別為26.0%~32.0%和11.6%。此外, DPC對(duì)棉花主莖生長(zhǎng)速度和株高的影響并不隨劑量的增加而呈線性加強(qiáng)。

2.3 主莖節(jié)數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)度及果枝長(zhǎng)度

打頂條件下, 2013年的主莖節(jié)數(shù)為22.7個(gè)、2014年為20.0個(gè)。2年結(jié)果均表明主莖第1節(jié)間長(zhǎng)于第2~4節(jié)間。2013年第18或19節(jié)間最長(zhǎng), 接近或超過(guò)9 cm, 之后縮短; 2014年第11節(jié)間最長(zhǎng), 超過(guò)8 cm, 第12~15節(jié)間也超過(guò)或接近8 cm, 但第16~18節(jié)間明顯縮短。此外, 2013年第9~14節(jié)間較2014年短(試驗(yàn)4除外), 第16~18節(jié)間較2014年長(zhǎng)(圖3)。2013年的果枝始節(jié)為6.3, 平均果枝數(shù)為16.9個(gè); 2014年的果枝始節(jié)和果枝數(shù)分別為7.3個(gè)和13.2個(gè)。2014年的果枝長(zhǎng)度較2013年大幅縮短, 且隨果枝節(jié)位上移減幅加大(表3), 第4、第8、第12果枝長(zhǎng)度(前3個(gè)果節(jié)之和; 試驗(yàn)2~試驗(yàn)4 CK的平均值)分別較2013年縮短20.1%、29.1%和41.8%。

2.4 DPC影響主莖節(jié)間長(zhǎng)度和果節(jié)長(zhǎng)度的“定位效應(yīng)”

現(xiàn)蕾期(試驗(yàn)1)、盛蕾期后(試驗(yàn)2)和盛花期后(試驗(yàn)4)應(yīng)用DPC不影響主莖節(jié)數(shù), 盛花期前(試驗(yàn)3)應(yīng)用DPC顯著減少主莖節(jié)數(shù), 但減幅不大, 為0.6~1.2個(gè)。2年結(jié)果相同。由圖4和圖5可以看出, DPC對(duì)主莖和果枝的影響范圍隨應(yīng)用時(shí)間的推后而上移, 但不同年份同一時(shí)期應(yīng)用DPC的作用部位存在較大差異。如2014年現(xiàn)蕾期、盛蕾期后應(yīng)用DPC的影響范圍大于2013年, 但2013年盛花期前和盛花期后應(yīng)用DPC的作用范圍大于2014年。2014年現(xiàn)蕾期、盛蕾期后應(yīng)用DPC對(duì)N節(jié)以下主莖節(jié)間的控制范圍均為-Σ4(指N節(jié)以下共4個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度受到影響), 2013年均為-Σ3; 2014年這2個(gè)時(shí)期應(yīng)用DPC對(duì)新生節(jié)間的控制范圍分別為+Σ5 (指N節(jié)以上共5個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度受到影響)和+Σ6, 2013年僅為+Σ3和+Σ1。2014年盛蕾期后應(yīng)用DPC可影響中、下部果枝幾乎所有果節(jié)和部分上部果枝內(nèi)圍果節(jié)的伸長(zhǎng), 而2013同期應(yīng)用DPC僅能控制下部果枝的生長(zhǎng)。2013年盛花期前、后應(yīng)用DPC對(duì)主莖節(jié)間的控制范圍分別為-Σ4至+Σ3和-Σ3至+Σ1, 2014年同期應(yīng)用DPC的影響范圍分別為-Σ2至+Σ1和-Σ1至+Σ0。2013年這2個(gè)時(shí)期應(yīng)用DPC分別可影響中、上部果枝和上部果枝, 2014年同期應(yīng)用DPC僅主要影響上部果枝和部分上部果枝。由于本研究在7月下旬打頂, 盛花期前、后應(yīng)用DPC的作用部位均可達(dá)到主莖最上部節(jié)間和最上部果枝, 因此不能判斷DPC對(duì)N節(jié)以上部位的確切影響范圍。打頂后應(yīng)用DPC對(duì)株型的影響很小。

圖1 2013年和2014年現(xiàn)蕾期(A)、盛蕾期后(B)、盛花期前(C)和盛花期后(D)應(yīng)用DPC對(duì)主莖日增量的影響

CK為對(duì)照; M1~M4代表4個(gè)DPC劑量; 處理同表2。**表示處理間0.01水平上差異顯著, *表示處理間0.05水平上差異顯著。#代表月/日, 指DPC的應(yīng)用時(shí)間。

CK denotes control; M1?M4 indicate four MC rates; treatments are the same as those given in Table 2. Significance levels among treatments (**< 0.01 and *< 0.05) are given.#indicates month/date, MC application time.

圖2 2013年和2014年現(xiàn)蕾期(A)、盛蕾期后(B)、盛花期前(C)和盛花期后(D)應(yīng)用DPC對(duì)株高變化動(dòng)態(tài)的影響

CK為對(duì)照; M1~M4代表4個(gè)DPC劑量; 處理同表2。**表示處理間0.01水平上差異顯著, *表示處理間0.05水平上差異顯著。#代表月/日, 指DPC的應(yīng)用時(shí)間; 箭頭代表生長(zhǎng)速度拐點(diǎn)。

CK denotes control; M1?M4 indicate four MC rates; Treaments are the same as those given in Table 2. Significance levels among treatments (**< 0.01 and *< 0.05) are given.#indicates month/date, MC application time; Arrows represent the inflection point of growth rate.

圖3 2013年和2014年現(xiàn)蕾期(A)、盛蕾期后(B)、盛花期前(C)和盛花期后(D)應(yīng)用DPC對(duì)主莖節(jié)間長(zhǎng)度的影響

CK為對(duì)照, M1~M4代表4個(gè)DPC劑量, 處理同表2; **表示處理間0.01水平上差異顯著, *表示處理間0.05水平上差異顯著。

CK denotes control, and M1-M4 indicate four MC rates; Treaments are the same as those given in Table 2. Significance levels among treatments (**< 0.01 and *< 0.05) are given.

DPC對(duì)主莖節(jié)間(圖3)和果枝果節(jié)的影響范圍隨應(yīng)用劑量增加而擴(kuò)大。以2013年盛花期前為例, M1劑量(22.5 g hm-2)對(duì)主莖的影響范圍為-Σ2至+Σ3節(jié)間, 對(duì)果枝的影響范圍主要為中、上部果枝,而M4劑量(90.0 g hm-2)對(duì)主莖的影響范圍擴(kuò)大到-Σ4至+Σ3節(jié)間, 對(duì)果枝的影響除中、上部果枝外還包括部分下部果枝的外圍果節(jié)。

2.5 DPC影響主莖節(jié)間長(zhǎng)度和果節(jié)長(zhǎng)度的定量效應(yīng)

主莖節(jié)間的縮短幅度與主莖生長(zhǎng)速度和株高對(duì)DPC的響應(yīng)相似, 與DPC劑量之間并不總存在較好的線性關(guān)系(圖3)。2013年盛蕾期后、盛花期前、后及2014年現(xiàn)蕾期和盛蕾期后應(yīng)用DPC的劑量效應(yīng)相對(duì)明顯。如2013年盛花期前處理, 4個(gè)劑量(22.5、45.0、67.5、90.0 g hm-2)受影響的主莖節(jié)間長(zhǎng)度平均縮短11.8%、20.5%、20.9%和27.4%; 2014年盛蕾期后4個(gè)劑量(7.5、15.0、22.5、30.0 g hm-2)的平均縮短幅度為13.3%、19.5%、27.2%和30.8%。

圖4 2013年現(xiàn)蕾期(A)、盛蕾期后(B)、盛花期前(C)、盛花期后(D)和打頂期(E)應(yīng)用DPC的株型模式圖

1-CK~5-CK分別為不同生育時(shí)期的對(duì)照, 1-MC~5-MC分別為不同生育時(shí)期4個(gè)DPC應(yīng)用劑量的平均值, 處理同表2; 綠色部分代表DPC作用部位; N為應(yīng)用DPC時(shí)的主莖節(jié)位; Bar=10 cm。

1-CK–5-CK denote control at different stages, and 1-MC–5-MC indicate the mean of four mepiquat chloride rates at different stages; Treaments are the same as those given in Table 2; Green parts indicate the internodes affected by MC; N indicates the node of main stem when mepiquat chloride was applied; Bar= 10 cm.

圖5 2014年現(xiàn)蕾期(A)、盛蕾期后(B)、盛花期前(C)、盛花期后(D)和打頂期(E)應(yīng)用DPC的株型模式圖

1-CK~5-CK分別為不同生育時(shí)期的對(duì)照, 1-MC~5-MC分別為不同生育時(shí)期4個(gè)DPC應(yīng)用劑量的平均值, 處理同表2; 綠色部分代表DPC作用部位; N為應(yīng)用DPC時(shí)的主莖節(jié)位; Bar = 10 cm。

1-CK–5-CK denote control at different stages, and 1-MC–5-MC indicate the mean of four mepiquat chloride rates at different stages; Treaments are the same as those given in Table 2; Green parts indicate the internodes affected by MC; N indicates the node of main stem when mepiquat chloride was applied; Bar = 10 cm.

2013年盛花期前、后和2014年盛蕾期后應(yīng)用DPC控制果枝長(zhǎng)度的劑量效應(yīng)也比較明顯(表3), 這3個(gè)時(shí)期4個(gè)DPC劑量使受影響的果枝長(zhǎng)度平均縮短13.7%、18.4%、21.1%、22.6%, 16.6%、19.3%、26.5%、30.1%和15.1%、17.3%、26.5%、27.2%。

3 討論

環(huán)境條件是影響棉花生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素。現(xiàn)蕾期前的主莖節(jié)間長(zhǎng)度更多反映了春季溫度而不是栽培措施的影響, 溫度較低(<21°C)和較高(>24°C)均導(dǎo)致果枝始節(jié)上升[25-26]。本研究2014年5、6月份的平均氣溫較2013年同期分別高2.0°C和1.0°C, 這可能是2014年果枝始節(jié)較高(7.3節(jié))、播后51~61 d主莖生長(zhǎng)速度較快、第9~14節(jié)間較長(zhǎng)的重要原因。但與2013年相比, 2014年播后61 d后主莖生長(zhǎng)速度低、第16~18節(jié)間短、主莖節(jié)數(shù)和果枝數(shù)少、植株矮小, 這主要與2014年7月份嚴(yán)重干旱有關(guān)。

3.1 棉花應(yīng)用DPC的定位定量效應(yīng)

本研究為DPC應(yīng)用時(shí)間決定作用部位提供了量化證據(jù)。綜合分析2年不同時(shí)期(打頂期后除外)應(yīng)用DPC的結(jié)果, 可見(jiàn)DPC處理對(duì)棉花主莖節(jié)間的影響范圍為N節(jié)(應(yīng)用DPC時(shí)的主莖節(jié))以下0~4個(gè)和N節(jié)以上0~6個(gè)(打頂條件下), 對(duì)果枝的影響范圍為N節(jié)以下0~11個(gè)和N節(jié)以上0~5個(gè), 其中對(duì)N節(jié)以下果枝的影響范圍大于N節(jié)以上果枝。何鐘佩等[5]曾報(bào)道, 蕾期至盛花期之間應(yīng)用1次DPC (15~30 g hm-2)對(duì)已出現(xiàn)主莖節(jié)間的控制范圍一般為1至3個(gè), 對(duì)新生節(jié)間的控制范圍則受應(yīng)用劑量、水肥條件、氣象因素及打頂與否的影響; 始花期前后應(yīng)用DPC主要影響N節(jié)以下果枝的外圍節(jié)間和N節(jié)以上果枝的絕大部分節(jié)間。本研究關(guān)于主莖部分的結(jié)果與之基本相符, 但關(guān)于果枝部分的結(jié)果有所不同, 本研究發(fā)現(xiàn)DPC對(duì)N節(jié)以下果枝的影響范圍大于N節(jié)以上果枝, 而且對(duì)N節(jié)以下多個(gè)果枝的第1果節(jié)長(zhǎng)度也有影響。如果將盛蕾期后和盛花期前2次應(yīng)用DPC的控制范圍疊加, 則無(wú)論在6月溫度較低、7月降水多的2013年還是在6月溫度較高、7月干旱的2014年, 均可以覆蓋幾乎全部主莖節(jié)間(果枝始節(jié)以上)和全部果節(jié)。因此, 從塑造株型的角度考慮, 這2個(gè)時(shí)期是黃河流域棉區(qū)應(yīng)用DPC的重要時(shí)期, 可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐睦硐胫晷?有利于產(chǎn)量形成和田間管理)選擇合適的劑量進(jìn)行調(diào)控。

已有研究表明, DPC應(yīng)用劑量決定作用強(qiáng)度的論點(diǎn)在一定范圍內(nèi)成立。Reddy等[27]發(fā)現(xiàn), 當(dāng)DPC在棉株體內(nèi)的濃度從0逐漸增加到30 mg kg-1時(shí), 葉面積生長(zhǎng)速率、主莖節(jié)數(shù)和株高線性降低。在晝夜溫度為32°C/22°C的條件下, 棉花株高降低幅度與DPC在植株體內(nèi)的濃度呈負(fù)相關(guān), 但在25°C/15°C和39°C/29°C的條件下, 株高降低程度與DPC濃度不成比例[28]。Yeates等[29]也報(bào)道, DPC劑量低于45 g hm-2時(shí), 其用量與株高和節(jié)數(shù)的降低幅度存在比例關(guān)系。本研究結(jié)果表明, 受DPC影響的節(jié)間縮短幅度與DPC劑量之間并不總存在較好的線性關(guān)系, 表明DPC應(yīng)用劑量決定作用強(qiáng)度的結(jié)論在某些條件下確實(shí)不成立, 在生產(chǎn)中隨意加大DPC應(yīng)用劑量并不能提高控制強(qiáng)度。

3.2 溫度和降水是影響DPC定位定量效應(yīng)的重要環(huán)境因素

已知DPC對(duì)主莖伸長(zhǎng)的抑制作用依賴于溫度。在晝/夜溫度為(30~35)/(20~25)°C條件下, 棉株生長(zhǎng)速度最快, DPC的控長(zhǎng)作用也最強(qiáng); 若溫度低于或高于最適生長(zhǎng)溫度, DPC的效應(yīng)減弱[10,28,30]。本研究2014年6月(蕾期)平均氣溫為25.6°C, 處于棉花生長(zhǎng)最適溫度范圍內(nèi), 較2013年同期高1.0°C。這可能是2014年現(xiàn)蕾期和盛蕾期后應(yīng)用DPC效應(yīng)期長(zhǎng)、效應(yīng)強(qiáng)、作用部位廣(與2013年相比)的重要原因。最適生長(zhǎng)溫度下DPC的劑量效應(yīng)最明顯[28]。本研究2013年現(xiàn)蕾期應(yīng)用DPC的劑量效應(yīng)相對(duì)較弱, 可能與6月份的平均溫度(24.6°C)低于最適溫度有一定關(guān)系。棉花節(jié)間從開(kāi)始伸長(zhǎng)到定長(zhǎng)的時(shí)間與環(huán)境條件關(guān)系密切。棉花果枝第1果節(jié)從開(kāi)始伸長(zhǎng)到停止經(jīng)歷18~24 d[25]。本研究2014年盛花期前、后應(yīng)用DPC對(duì)N節(jié)以下主莖和果枝的影響范圍明顯小于2013年同期, 這可能是因?yàn)?014年7月嚴(yán)重干旱導(dǎo)致一些主莖節(jié)間和果節(jié)的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)提前結(jié)束、處于DPC作用有效期內(nèi)的節(jié)間數(shù)較少的緣故。

3.3 生物量和源庫(kù)關(guān)系是影響DPC定位定量效應(yīng)的作物內(nèi)部因素

棉株體內(nèi)的DPC濃度及其對(duì)細(xì)胞擴(kuò)展的影響是決定DPC應(yīng)用效果的核心[31]。一般認(rèn)為棉株體內(nèi)DPC濃度達(dá)到10~12 mg kg-1時(shí)發(fā)揮作用, 超過(guò)20 mg kg-1時(shí)對(duì)節(jié)間的控制作用不再加強(qiáng), 降低到5 mg kg-1時(shí)效應(yīng)期結(jié)束[32]。還有報(bào)道指出, 無(wú)論棉株體內(nèi)DPC濃度超出12~15 mg kg-1多少, 節(jié)間長(zhǎng)度的降幅不會(huì)低于50%[33]。本研究發(fā)現(xiàn), 2013年現(xiàn)蕾期和2014年盛花期前、后應(yīng)用DPC的劑量效應(yīng)很弱, 推測(cè)可能是因?yàn)檫@幾個(gè)時(shí)期溫度低或降水量少導(dǎo)致棉株生物量較小, 大劑量處理的體內(nèi)DPC濃度已經(jīng)超過(guò)了20 mg kg-1, 因而作用不再加強(qiáng)。2014年盛蕾期后(6月中旬)應(yīng)用DPC對(duì)主莖和果枝的控制范圍大于2013年同期, 除了溫度原因, 可能也與生物量有關(guān)。因?yàn)?014年7月份嚴(yán)重干旱, 棉株生物量增加緩慢, 所以盛蕾期后應(yīng)用DPC能使體內(nèi)DPC濃度較長(zhǎng)時(shí)間維持在10~12 mg kg-1以上, 從而延長(zhǎng)了DPC的效應(yīng)期、擴(kuò)大了其影響部位。但生物量和棉株體內(nèi)DPC濃度不能解釋本研究的所有結(jié)果。如2014年花鈴期棉株生物量較2013年低很多, 在DPC應(yīng)用劑量相同的情況下, 體內(nèi)的DPC濃度應(yīng)該高于2013年, 但2014年盛花期前、后應(yīng)用DPC無(wú)論對(duì)生長(zhǎng)速度還是對(duì)株高的控制強(qiáng)度均未明顯高于2013年。本研究推測(cè)DPC的效應(yīng)除了與體內(nèi)濃度有關(guān), 還可能與棉株的源庫(kù)關(guān)系有關(guān)。2014年盛花期前、后的源庫(kù)關(guān)系屬于典型的“源弱庫(kù)強(qiáng)”類型[34], 莖枝等營(yíng)養(yǎng)器官的長(zhǎng)勢(shì)很弱, 可能對(duì)DPC的響應(yīng)也比較弱。

綜上, 棉株在溫度、水分(包括氮肥)等條件適宜的情況下, 不僅營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng), 而且對(duì)DPC比較敏感, 表現(xiàn)為生長(zhǎng)速度和株高的降幅大、受影響的節(jié)間比較多、劑量效應(yīng)比較明顯。反之, 當(dāng)環(huán)境條件不適宜或因源庫(kù)關(guān)系不協(xié)調(diào)(源弱庫(kù)強(qiáng))導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)勢(shì)較弱時(shí), 棉株對(duì)DPC的敏感性較低, DPC的效應(yīng)較弱。這些結(jié)果表明, 棉株對(duì)生長(zhǎng)控制的需求與DPC的調(diào)控效應(yīng)匹配度較好, 雖然其機(jī)制不明, 但總體上對(duì)棉花DPC化控技術(shù)是有利的。此外, 要制定合理的DPC應(yīng)用時(shí)間和劑量等技術(shù)參數(shù), 必須充分了解或估測(cè)環(huán)境條件、棉株體內(nèi)DPC濃度及植株對(duì)DPC的敏感性。本研究雖然在黃河流域棉區(qū)進(jìn)行, 但這些關(guān)于DPC定位定量效應(yīng)的研究結(jié)果對(duì)其他棉區(qū)也具有指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

棉花應(yīng)用DPC的定位定量效應(yīng)除與應(yīng)用時(shí)間和劑量有關(guān)外, 還受到溫度、降水等環(huán)境條件和棉株生物量、源庫(kù)關(guān)系的影響。將盛蕾期后和盛花期前2次應(yīng)用DPC的效應(yīng)疊加, 其影響范圍幾乎可以覆蓋全部主莖節(jié)間(果枝始節(jié)以上)和全部果節(jié)。DPC應(yīng)用劑量與其作用強(qiáng)度并不總存在較好的線性關(guān)系。

致謝: 感謝河間市國(guó)欣農(nóng)村技術(shù)服務(wù)總會(huì)提供試驗(yàn)基地及試驗(yàn)條件。感謝中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑教育部工程研究中心王香茹博士、蔣建勛碩士、夏冰碩士、賀昆侖碩士、王希碩士和河間市國(guó)欣農(nóng)村技術(shù)服務(wù)總會(huì)盧懷玉、徐東永和尹曉芳等老師在試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中提供的幫助。

[1] 李丕明, 奚惠達(dá), 何鐘佩, 韓碧文. 農(nóng)作物化控栽培工程技術(shù)的發(fā)展與中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化前景. 北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1991, 17(增刊): 1–5. Li P M, Xi H D, He Z P, Han B W. The engineering development of chemically-manipulated crop culture in relation to the prospect of agricultural modernization in china.,1991, 17(suppl.): 1–5 (in Chinese with English abstract).

[2] Rademacher W. Growth retardants: effects on gibberellin biosynthesis and other metabolic pathways., 2000, 51: 501–531.

[3] York A C. Cotton cultivar response to mepiquat chloride.,1983, 75: 663–667.

[4] York A C. Response of cotton to mepiquat chloride with varying N rates and plant populations., 1983, 75: 667–672.

[5] 何鐘佩, 奚惠達(dá), 楊秉芳, 李丕明, 韓碧文. DPC效應(yīng)的定向、定量誘導(dǎo)及其在棉花豐產(chǎn)栽培中的應(yīng)用. 北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1984, 10(1): 19–28. He Z P, Xi H D, Yang B F, Li P M, Han B W. The key to get good yield of cotton by inducing the response to DPC towards a planned direction and in planned strength., 1984, 10(1): 19–28 (in Chinese with English abstract).

[6] 何鐘佩, 李丕明, 奚惠達(dá), 李召虎, 白玉良. DPC化控技術(shù)在棉花上的應(yīng)用和發(fā)展~從防止徒長(zhǎng)到系統(tǒng)的定向誘導(dǎo). 北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1991, 17(增刊): 58–63. He Z P, Li P M, Xi H D, Li Z H, Bai Y L. The using and deve-lopment of DPC chemical controlling technique in cotton culture., 1991, 17(suppl.): 58–63 (in Chinese with English abstract).

[7] Zhao D, Oosterhuis D M. Pix plus and mepiquat chloride effects on physiology, growth, and yield of field-grown cotton., 2000, 19: 415–422.

[8] Pettigrew W T, Johnson J T. Effects of different seeding rates and plant growth regulators on early planted cotton., 2005, 9: 189–198.

[9] Kerby T A. Cotton response to mepiquat chloride., 1985, 77: 515–518.

[10] Reddy V R, Baker D N, Hodges H F. Temperature and mepiquat chloride effects on cotton canopy architecture., 1990, 82: 190–195.

[11] Gwathmey C O, Craig Jr C C. Managing earliness in cotton with mepiquat type growth regulators., 2003, 12: 1–8.

[12] Siebert J D, Stewart A M. Influence of plant density on cotton response to mepiquat chloride application., 2006, 98: 1634–1639.

[13] 何鐘佩, 陳洪戰(zhàn), 李丕明, 李召虎. DPC調(diào)控棉花氮素追肥時(shí)期的復(fù)合效應(yīng)研究. 北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1991, 17(增刊): 31–37. He Z P, Chen H Z, Li P M, Li Z H. Studies on the complex response of applying nitrogen at different stage under DPC control., 1991, 17(suppl.): 31–37 (in Chinese with English abstract).

[14] 李丕明, 何鐘佩, 李召虎. 棉花應(yīng)用縮節(jié)安(DPC)化控技術(shù)研究概況與進(jìn)展. 作物雜志, 1991, (2): 1–3. Li P M, He Z P, Li Z H. Outline and progression about the study of DPC chemical control on cotton.,1991, (2): 1–3 (in Chinese).

[15] Ren X M, Zhang L Z, Du M W, Evers J B, van der Werf W, Tian X L, Li Z H. Managing mepiquat chloride and plant density for optimal yield and quality of cotton., 2013, 149: 1–10.

[16] Yang F Q, Du M W, Tian X L, Eneji A E, Duan L S, Li Z H. Plant growth regulation enhanced potassium uptake and use efficiency in cotton., 2014, 163: 109–118.

[17] Wilson Jr D G, York A C, Edmisten K L. Narrow-row cotton response to mepiquat chloride., 2007, 11: 177–185.

[18] Biles S P, Cothren J T. Flowering and yield response of cotton to application of mepiquat chloride and PGR-IV., 2001, 41: 1834–1837.

[19] McConnell J S, Baker W H, Frizzell B S, Varvil J J. Response of cotton to nitrogen fertilization and early multiple applications of mepiquat chloride., 1992, 15: 457–468.

[20] Reddy V R, Trent A, Acock B. Mepiquat chloride and irrigation versus cotton growth and development., 1992, 84: 930–933.

[21] Nichols S P, Snipes C E, Jones M A. Evaluation of row spacing and mepiquat chloride in cotton., 2003, 7: 148–155.

[22] Alkuddsi Y, Patil S S, Manjula S M, Patil B C, Nadaf H L, Nandihali B S. Association analysis of seed cotton yield components and physiological parameters in derived F1inter specific crosses of cotton., 2013, 4(5): 23–33.

[23] Baloch M J, Khan N U, Rajput M A, Jatoi W A, Gul S, Rind I H, Veesar N F. Yield related morphological measures of short duration cotton genotypes., 2014, 24: 1198–1211.

[24] 任曉明. 黃淮海棉區(qū)適宜機(jī)械采收棉田的種植密度和化學(xué)調(diào)控技術(shù)研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 北京, 2013. Ren X M. Managing Plant Density and Chemical Chontrol for Mechanical Harvesting in the Yellow River Valley. PhD Dissertation of China Agricultural University, Beijing, China, 2013 (in Chinese with English abstract) .

[25] 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所. 中國(guó)棉花栽培學(xué). 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2013. pp 125–185. Cotton Research Institute Chinese Academy of Agricultural Sciences. Cultivation of Cotton in China. Shanghai: Shanghai Scientific and Technical Publishers, 2013. pp 125–185 (in Chinese).

[26] Kerby T A, Bourland F M, Hake K D. Physiological rationales in plant monitoring and mapping. In: Stewart J M, Oosterhuis D M, Heitholt J J, Mauney J R, eds. Physiology of Cotton. New York: Springer, 2010. pp 304–317.

[27] Reddy A R, Reddy K R, Hodges H F. Mepiquat chloride (PIX)- induced changes in photosynthesis and growth of cotton., 1996, 20: 179–183.

[28] Rosolem C A, Oosterhuis D M, Souza F S D. Cotton response to mepiquat chloride and temperature., 2013, 70: 82–87.

[29] Yeates S J, Constable G A, McCumstie T. Developing management options for mepiquat chloride in tropical winter season cotton., 2002, 74: 217–230.

[30] Hodges H F, Reddy V R, Reddy K R. Mepiquat chloride and temperature effects on photosynthesis and respiration of fruiting cotton., 1991, 31: 1301–1308.

[31] Guthrie D, Landivar J, Munier D, Stichler C, Weir B. Pix application strategies. Memphis, TN: National Cotton Council of America, 1995 [2018-12-26]. http://www.leadership.cotton.org/tech/physiology/cpt/ Growth/upload/CPT-MayJune95-REPOP.pdf

[32] Landivar J A, Zypman S, Lawlor D J, Vasek J, Crenshaw C. The use of an estimated plant Pix concentration for the determination of timing and rate of application. In: Herber D J, Richter D A, eds. 1992 Beltwide Cotton Conference. Memphis, TN: National Cotton Council of America, 1992. pp 1047–1049.

[33] Livingston S D, Stichler C R, Landivar J A. Using mepiquat chloride on the Texas Coast to reduce cotton plant height. Texas: The Texas A&M University Sytem, 1996 [2018-12-26]. http:// www.soilcropandmore.info/crops/CottonInformation/Production/b6042.pdf

[34] 趙文超. 黃河流域棉區(qū)棉花縮節(jié)安(DPC)定位定量及與其他因素的互作效應(yīng)的研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 北京, 2017. Zhao W C. Study on Location Detection and Quantitative Effect of Mepiquat Chloride and Its Interaction with Other Factors on Cotton in the Yellow River Valley of China. PhD Dissertation of China Agricultural University, Beijing, China, 2017 (in Chinese with English abstract).

Location- and quantity-based effects of mepiquat chloride application on cotton plant-type

ZHAO Wen-Chao1,2,**, DU Ming-Wei1,**, LI Fang1, TIAN Xiao-Li1,*, and LI Zhao-Hu1

1College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University / Engineering Research Center of Plant Growth Regulator, Ministry of Education, Beijing 100193, China;2Dezhou Academy of Agricultural Sciences, Dezhou 253000, Shandong, China

The plant growth regulator mepiquat chloride (MC; 1,1-dimethyl piperidinium chloride) has been successfully and worldwide used in cotton production. It has been known that MC application time decides its effect location and MC application rate decides its effect strength. However, there were less detailed information on the location- and quantity-based effects of MC on cotton stem and branches. In the present field study, MC was respectively applied at early squaring stage, after peak squaring stage, before peak blooming stage, after peak blooming stage and post-topping stage with a range of rates. We monitored plant height at three days interval during MC valid period, and measured all internodes of stem and fruiting branches prior to harvest. Under the condition of topping in late July, the overall effectiveness scope of MC (across different application times) on main stem ranged from the fourth internode below the uppermost node (named as N) to the sixth internode above N node. In terms of the effectiveness scope of MC on fruiting branches, it covered the 11 fruiting branches below N node and five branches above N node. In addition, the influenced internodes in most fruiting branches below N node were more than those above N node. When we overlaid the effectiveness scopes of MC application after peak squaring and before peak blooming, the effect was covered almost all internodes of both main stem (above the node of the first fruiting branch) and fruiting branches. Moreover, we found that there was not always a good linear relationship between MC rate and its effective strength. Besides application time and rate, the location- and quantity-based effects of MC may depend on temperature, rainfall, plant biomass and source-sink relationship.

cotton; 1,1-dimethyl piperidinium chloride; application time; application rate; main stem; fruiting branches

2018-11-29;

2019-01-19;

2019-03-11.

10.3724/SP.J.1006.2019.84162

田曉莉, E-mail: tianxl@cau.edu.cn, Tel: 010-62734550

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

趙文超, E-mail: wenchao_jiayou@163.com

本研究由引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃(948計(jì)劃)項(xiàng)目(2016-X25)和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-15-16)資助。

This study was supported by the Program of Introducing International Super Agricultural Science and Technology (948 Program) (2016-X25) and the China Agricultural Research System (CARS-15-16).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190307.1844.006.html