甘蔗噴施新型增產(chǎn)增糖劑效果研究

陳榮發(fā)，范業(yè)賡，丘立杭，周慧文，黃 杏，周忠鳳，閆海鋒， 翁夢苓，李楊瑞，吳建明*

(1廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，廣西南寧 530007；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530007；3廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530007；4中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心，廣西南寧 530007)

0 引言

甘蔗是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著重要的地位，蔗糖產(chǎn)業(yè)是廣西重要的支柱產(chǎn)業(yè)，也是拉動廣西經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)?；瘜W(xué)調(diào)控劑已被廣泛應(yīng)用在甘蔗組培苗生產(chǎn)[1-2]、甘蔗試管苗瓶外生根[3-4]、甘蔗種莖浸種[5-6]、促分蘗[7-8]、促節(jié)間伸長[9-10]和甘蔗催熟促進(jìn)糖分積累[11-13]等方面。增產(chǎn)增糖劑是一種通過提高植物光合作用，達(dá)到增加產(chǎn)量、糖分與改善其產(chǎn)量品質(zhì)的一類化學(xué)調(diào)控物質(zhì)。應(yīng)用甘蔗增產(chǎn)增糖劑可增加甘蔗單位面積產(chǎn)糖量[14]，對甘蔗的糖分積累具有明顯的增效作用[15-16]，現(xiàn)已在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用[17-18]。但國內(nèi)外大量研究和應(yīng)用的草甘膦和乙烯利等甘蔗促熟劑都是生長抑制劑，處理時間雖然為甘蔗生長后期，但甘蔗仍有一定程度的生長，施用甘蔗增產(chǎn)增糖劑后株高、單位面積產(chǎn)量仍有增長，但與對照相比，其增長率低于對照，出現(xiàn)輕微的縮尾現(xiàn)象，說明甘蔗增產(chǎn)增糖劑對甘蔗生長有抑制作用[19]。因此，選擇合適的甘蔗增糖劑種類進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用，對改善與促進(jìn)甘蔗產(chǎn)業(yè)的和諧發(fā)展有著十分重要的意義[20]。

赤霉素(GA)對甘蔗節(jié)間伸長具有明顯效果，能顯著增加甘蔗產(chǎn)量[10]，影響蔗糖合成酶SPS的活性，改善甘蔗的糖合成過程[21]，增加韌皮部蔗糖向貯存組織內(nèi)的轉(zhuǎn)移，影響糖合成信號，使糖庫和糖源之間建立更有利的蔗糖梯度[22]。國內(nèi)從20世紀(jì)60年代開始研究赤霉素在甘蔗上的應(yīng)用，赤霉素具有促進(jìn)甘蔗節(jié)間伸長、莖徑增粗、葉面積加大[23]、甘蔗產(chǎn)量[24-25]增加和提高甘蔗蔗糖分等作用[26-29]。作者所在研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年研究，研發(fā)了以赤霉素、磷酸二氫鉀和硼砂等為主要成分的增產(chǎn)增糖復(fù)合型化學(xué)藥劑(專利號：CN201910031133.8)，通過不同地點(diǎn)的田間試驗(yàn)，結(jié)合植保無人機(jī)噴施增產(chǎn)增糖劑，通過探討增產(chǎn)增糖劑對甘蔗蔗糖分及各產(chǎn)量構(gòu)成因素變化情況，明確其增產(chǎn)增糖的作用效果，以期為實(shí)現(xiàn)甘蔗高產(chǎn)高糖栽培技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試甘蔗品種為桂糖42號和柳城05-136。

噴施藥劑為自主研發(fā)的增產(chǎn)增糖劑，主要成分包含赤霉素、磷酸二氫鉀、硼砂等。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

于2017～2019年在來賓市、南寧市、柳州市、崇左市等6個試驗(yàn)點(diǎn)開展無人機(jī)噴施新型增產(chǎn)增糖劑試驗(yàn)，詳細(xì)信息見表1。

表1 各試驗(yàn)點(diǎn)信息

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在各試驗(yàn)區(qū)選取水肥條件一致的甘蔗地，對半分成2個處理，設(shè)置噴施增產(chǎn)增糖劑(T)和噴施清水(CK)2個處理。

1.2.3 試驗(yàn)方法

1.2.3.1 噴施方法、時間和收獲時間

采用極飛P20型無人機(jī)(型號3WWDZ-10A)進(jìn)行噴施，噴施具體參數(shù)為：飛行高度2～3 m，飛行速度4～5 m/s，寬幅3 m，噴灑流量15000～18000 mL/hm2，霧滴大小100～120 μm。2017年試驗(yàn)分別于2017年7月21日和8月9日進(jìn)行2次噴施處理，2018年1月17～18日進(jìn)行田間測產(chǎn)驗(yàn)收；2018年試驗(yàn)分別于2018年7月15日和8月6日進(jìn)行3次噴施，3個蔗區(qū)分別在2018年12月16日、22日和23日進(jìn)行田間測產(chǎn)驗(yàn)收；2019年度試驗(yàn)于9月10日和10月10日進(jìn)行噴施，12月12日測產(chǎn)驗(yàn)收。

1.2.3.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查及產(chǎn)量驗(yàn)收

甘蔗收獲時每處理隨機(jī)選取3個點(diǎn)，每個點(diǎn)面積約6 m×10 m(以實(shí)際測量面積為準(zhǔn))，每個小區(qū)隨機(jī)取樣20株調(diào)查株高、莖徑、單莖重、節(jié)間數(shù)、田間錘度、小區(qū)的有效莖數(shù)和產(chǎn)量。

1.2.3.3 甘蔗品質(zhì)測定

田間測產(chǎn)驗(yàn)收時，每小區(qū)隨機(jī)選取6條甘蔗分別送當(dāng)?shù)靥菑S或廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與檢測技術(shù)研究所檢測蔗汁重力純度、蔗汁錘度、蔗汁還原糖分、蔗糖分和纖維分等。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 16.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施新型增產(chǎn)增糖劑對甘蔗節(jié)間增長速率的影響

從表2中可以看出，6個試驗(yàn)點(diǎn)第1次噴施后的20天、第2次噴施后20天和收獲時調(diào)查發(fā)現(xiàn)，噴施處理株高明顯高于對照，均達(dá)到顯著差異。其中R5試驗(yàn)點(diǎn)第2次噴施后節(jié)間增長速率最快，達(dá)4.48 cm/d，而R1試驗(yàn)點(diǎn)第1次噴施后節(jié)間增長速率最慢，為2.51 cm/d。R6試驗(yàn)點(diǎn)種植時間為2019年5月份，種植時間較晚，第1次噴施時間為9月份，第1次噴施后和第2次噴施后的增長速率分別為2.63和2.66 cm/d，增長速率不高，但仍高于對照2.26和2.28 cm/d。

表2 噴施新型增產(chǎn)增糖劑對甘蔗節(jié)間增長速率的效應(yīng)

2.2 噴施新型增產(chǎn)增糖劑對甘蔗產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量的效應(yīng)

由表3可以看出，噴施新型增產(chǎn)增糖劑后甘蔗平均株高增加25.8 cm，增幅8.32%，6個試驗(yàn)點(diǎn)的增產(chǎn)增糖劑處理和對照處理株高之間均存在顯著差 異其中，新植蔗R1、R2、R4、R6的增產(chǎn)增糖劑處理比對照平均增加23.77 cm，宿根蔗R3和R5試驗(yàn)點(diǎn)的增產(chǎn)增糖劑處理比對照分別增加了25.60、34.09 cm，平均增加了29.85 cm；噴施新型增產(chǎn)增糖劑對甘蔗莖徑效果作用不一致，平均增粗0.39 mm，處理與對照之間差異不顯著；莖徑節(jié)間數(shù)平均增加1節(jié)，提高了3.25%，處理與對照之間差異不顯著，新植蔗與宿根蔗增加效應(yīng)差異不顯著。

表3 噴施新型增產(chǎn)增糖劑對甘蔗株高、莖徑、節(jié)間數(shù)的效應(yīng)

表4可以看出，噴施新型增產(chǎn)增糖劑后甘蔗平均單莖重提高0.13 kg/條，增幅8.76%，處理和對照

表4 噴施增產(chǎn)增糖劑對甘蔗單莖重、有效莖數(shù)和產(chǎn)量的效應(yīng)

之間差異不顯著，同時新植和宿根之間差異不顯著；R1～R5 5個地點(diǎn)的增糖劑處理甘蔗和對照處理的有效莖數(shù)略有增加，但R6地點(diǎn)的增糖劑處理與對照處理達(dá)到顯著差異；R1～R6 6個試驗(yàn)點(diǎn)的增糖劑處理的甘蔗平均產(chǎn)量提高9.71 t/hm2，增幅11.99%，處理和對照之間的差異顯著。這些結(jié)果表明，噴施新型增產(chǎn)增糖劑對甘蔗株高、單莖重和產(chǎn)量具有顯著促進(jìn)作用，對節(jié)間數(shù)有一定促進(jìn)作用，但對莖徑和有效莖數(shù)作用效果不明顯。

2.3 噴施新型增產(chǎn)增糖劑對甘蔗品質(zhì)的效應(yīng)

2017～2019年的6個試驗(yàn)點(diǎn)噴施增產(chǎn)增糖劑結(jié)果表明(見表5)，噴施增產(chǎn)增糖劑處理的甘蔗平均蔗汁還原糖分比對照處理降低了18.18%，蔗汁錘度、蔗汁重力純度、甘蔗蔗糖分和甘蔗纖維分分別比對照提高3.01%、3.01%、5.62%和9.76%，R1、R2和R4 3個試驗(yàn)點(diǎn)的增產(chǎn)增糖劑處理甘蔗還原糖分均顯著高于對照處理。無人機(jī)噴施后平均蔗汁重力純度增加了2.57個百分點(diǎn)，與對照相比提高了3.01%，其中桂糖42號比柳城05-136效果更明顯。無人機(jī)噴施后的平均蔗糖分比對照增加了0.78個百分點(diǎn)，提升幅度為5.62%，柳城05-136和桂糖42號噴施處理分別比對照增加0.63和0.81個百分點(diǎn)，新植蔗和 宿根蔗噴施處理分別比對照增加0.89和0.55個百分點(diǎn)，其中R1、R2、R3和R5試驗(yàn)點(diǎn)的噴施處理均比對照處理的甘蔗蔗糖分達(dá)顯著差異。以上結(jié)果表明，無人機(jī)噴施新型增產(chǎn)增糖劑能顯著降低蔗汁還原糖分的含量，顯著提高甘蔗蔗糖分和纖維分，提高了蔗汁錘度和蔗汁重力純度，從而促進(jìn)甘蔗品質(zhì)的提高，桂糖42號效應(yīng)優(yōu)于柳城05-136，新植蔗增糖效應(yīng)高于宿根蔗。

表5 噴施新型增產(chǎn)增糖劑對甘蔗品質(zhì)的效應(yīng) 單位：%

3 討論與結(jié)論

蔗莖是栽培甘蔗的主要收獲產(chǎn)物，其產(chǎn)量構(gòu)成要素是平均單莖重，而節(jié)間長度是影響單莖重的重要因素之一，增加節(jié)間長度有助于提高甘蔗產(chǎn)量，而且蔗糖主要儲藏在甘蔗節(jié)間中。研究發(fā)現(xiàn)甘蔗的莖徑對產(chǎn)量及含糖量有著直接的明顯的正效應(yīng)[30]。

前人研究發(fā)現(xiàn)在禾本科植物中，赤霉素與莖稈伸長生長關(guān)系最密切[31-32]。眾多研究表明赤霉素對甘蔗蔗莖伸長有較好的促進(jìn)效果[2-3,6]，對甘蔗莖尖生長錐的生長分化、第3～5幼葉初生增粗分生組織及細(xì)胞分裂均具有較好的促進(jìn)作用[33]，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的伸長，達(dá)到莖間伸長的效果[34]。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。營養(yǎng)元素硼對植株的碳氮代謝、細(xì)胞伸長和分裂、花粉管的萌發(fā)和生長等都有促進(jìn)作用[35]，能有效提高甘蔗的產(chǎn)量、糖分、重力純度和簡純度，還可以降低甘蔗的還原糖和纖維分含量[36]，而本研究中噴施增產(chǎn)增糖劑后甘蔗纖維分提高，可能與增產(chǎn)增糖劑中含有的赤霉素能提高甘蔗纖維分的作用有關(guān)[10]。營養(yǎng)元素磷參與植物生命過程的光合作用，對糖、淀粉的利用有傳遞作用，對糖分的合成積累起很大作用[37]。前人研究表明，磷對甘蔗根系的發(fā)育、幼苗的生長、分蘗和節(jié)間的伸長乃至提早成熟均有重要促進(jìn)作用[38]。在蔗糖形成和積累過程中，磷是中間產(chǎn)物如二磷酸果糖和磷酸蔗糖等所必需的組成元素，影響甘蔗對糖的合成、運(yùn)輸和貯藏，有利于促進(jìn)成熟，提高早期蔗糖分含量[39-41]。

甘蔗糖分積累是一個復(fù)雜的生理過程，眾多因素如栽培條件、氣候因素、外界環(huán)境條件等均能通過甘蔗體內(nèi)的酶或激素的變化進(jìn)而影響甘蔗糖分積累[42]?；瘜W(xué)調(diào)控能激化蔗糖合成相關(guān)酶的活性，從而促進(jìn)蔗糖的合成，同時加速光合產(chǎn)物以蔗糖的形式轉(zhuǎn)運(yùn)到蔗莖中積累起來，從而使甘蔗糖分和蔗汁重力純度迅速提高，還原糖分下降，提升品質(zhì)[13]。楊麗濤[43]等研究結(jié)果表明，噴施抗旱型甘蔗增產(chǎn)增糖劑提高了蔗汁錘度和重力純度、甘蔗纖維分和蔗糖分，降低了蔗汁還原糖分。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致。

目前在廣西種植的甘蔗品種較多，品種之間存在著生長和糖分積累差異，新型增產(chǎn)增糖劑對不同品種可能產(chǎn)生不同的效果。本研究是選用廣西蔗區(qū)種植面積比較大的2個品種進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，新型增產(chǎn)增糖劑對于2個品種都有較好的效果但仍具有一定差異，其中，桂糖42號增糖效應(yīng)優(yōu)于柳城05-136，另外，對于新植蔗的增糖效應(yīng)高于宿根蔗。至于對其他甘蔗品種效果如何，則還需要更多的試驗(yàn)進(jìn)行測試才能得出結(jié)論。

李松等[19]研究結(jié)果表明，生長后期施用甘蔗增增產(chǎn)糖劑對甘蔗蔗徑及單位面積有效莖數(shù)等沒有明顯的促進(jìn)作用，可明顯提高甘蔗糖分。本試驗(yàn)結(jié)果中，7月份噴施增產(chǎn)增糖劑比9月份噴施增產(chǎn)增糖劑的甘蔗株高和單莖重增加效果顯著，糖分增加效果相當(dāng)，與前人研究結(jié)果一致?？赡苁怯捎?月份氣溫偏高，甘蔗生長旺盛，增產(chǎn)增糖劑吸收轉(zhuǎn)化速度快，能快速促進(jìn)甘蔗莖節(jié)伸長，而9月份氣溫偏低，甘蔗生長放緩，開始進(jìn)入營養(yǎng)生長，增產(chǎn)增糖劑主要促進(jìn)糖分積累，因此7月份噴施株高和單莖重促進(jìn)效果優(yōu)于9月份噴施，但糖分增加效果相當(dāng)。

近年來廣西甘蔗種植面達(dá)80萬hm2左右，雙高糖料蔗基地建設(shè)完成15.33萬hm2，應(yīng)用無人機(jī)作業(yè)面積僅6.67萬hm2左右，因此，增產(chǎn)增糖劑和病蟲害飛防作業(yè)應(yīng)用前景廣闊；同時應(yīng)用無人機(jī)噴施解決了當(dāng)前蔗區(qū)勞動力不足、伸長期人工噴施困難、人工噴施不均勻或浪費(fèi)等情況，可以提高工作效率，進(jìn)而增加效益。

本試驗(yàn)在甘蔗伸長中期噴施新型增產(chǎn)增糖劑，可以促進(jìn)甘蔗節(jié)間伸長、增加甘蔗株高和單莖重，提高甘蔗產(chǎn)量；促進(jìn)下部節(jié)段生長和糖分提前積累達(dá)到飽和，進(jìn)而促進(jìn)后期中上部甘蔗生長和蔗糖積累，提高甘蔗蔗糖分，降低蔗汁中的還原糖分，全面提高甘蔗品質(zhì)。因此，采用新型增產(chǎn)增糖劑在甘蔗伸長中期噴施，可以實(shí)現(xiàn)甘蔗增產(chǎn)增糖的效果。