祝令曉，劉連濤，張永江，孫紅春，張科，白志英，董合忠，李存東

（1河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建華北作物改良與調(diào)控國家重點實驗室/河北省作物生長調(diào)控重點實驗室，河北保定 071000；2山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究中心，濟南 250100）

0 引言

【研究意義】棉花（Gossypium hirsutumL.）是我國重要的經(jīng)濟作物之一，是關(guān)系國計民生的重要物資[1]。棉花具有無限生長的習(xí)性，在傳統(tǒng)的栽培管理中，除了施肥和灌溉外，打頂是一項重要且必不可少的農(nóng)藝措施[2-3]。打頂方式以人工打頂為主，費時費力，是我國現(xiàn)階段棉花輕簡化栽培的主要障礙[4-5]?；瘜W(xué)封頂?shù)姆绞绞抢弥参锷L調(diào)節(jié)劑抑制棉花頂端的生長，控制株高，協(xié)調(diào)棉株營養(yǎng)生長和生殖生長[4]。株型是作物植株的形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理、生態(tài)等方面的綜合體現(xiàn)[6]?；瘜W(xué)封頂是調(diào)控株型的重要手段之一[7]。因此，研究化學(xué)封頂對棉花株型調(diào)控及產(chǎn)量的影響，是現(xiàn)階段輕簡化栽培的重要需求。【前人研究進展】前人研究表明，噴施化學(xué)封頂劑可以降低棉花的株高[8-10]，減少主莖節(jié)數(shù)，降低節(jié)間長度[11-13]。對個體來說，化學(xué)封頂后，棉株葉片葉綠素含量增加[14-16]，光能利用率提高[16],光合物質(zhì)積累量增加[17]。從群體來講，化學(xué)封頂后可降低棉株株寬及上部果枝長度[5,18]，葉片較直立[19]，因而株型更加緊湊，冠層透光率更高[15,18]，群體光合速率峰值高且持續(xù)時間長，光合物質(zhì)積累量增加[19]。此外，化學(xué)封頂可調(diào)節(jié)棉株內(nèi)養(yǎng)分和水分等物質(zhì)的運輸方向，使較多的養(yǎng)分供應(yīng)給生殖器官，減少了無效果枝對水肥的消耗，從而促進棉株早結(jié)鈴[15]，并通過增加棉鈴發(fā)育后期乙烯的釋放量，促進鈴的成熟開裂[20]。目前，生產(chǎn)上使用較多的化學(xué)封頂劑主要有縮節(jié)胺和氟節(jié)胺?？s節(jié)胺又名健壯素、助壯素，通用名為甲哌鎓，是一種抑制性外源植物生長調(diào)節(jié)劑；氟節(jié)胺又名抑芽敏，為 25%的乳油，是一種低毒的植物生長調(diào)節(jié)劑?！颈狙芯壳腥朦c】前人關(guān)于化學(xué)封頂對棉花的株高、果枝數(shù)、節(jié)間數(shù)、節(jié)間長等單個或多個株型相關(guān)性狀進行了較多研究[15,21-23]?？杀碚髅藁ㄖ晷偷男誀疃喽s，是否可以篩選出幾個最佳的指標(biāo)用于評價化學(xué)封頂對棉株株型的調(diào)控效果？此外，化學(xué)封頂對棉花產(chǎn)量影響的結(jié)論不一，有待進一步研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以人工打頂和不打頂處理為參照，研究了化學(xué)封頂對棉花產(chǎn)量及株型的影響，并對株型相關(guān)性狀進行了綜合評價和篩選，以期為化學(xué)封頂?shù)膽?yīng)用和推廣提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

大田試驗于 2015—2016年在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)清苑試驗農(nóng)場進行（河北省保定市，38°85′N, 115°30′E）。試驗田供試土壤為壤土，2015年0—20 cm土層有機質(zhì)含量為 19.79 g·kg-1，堿解氮為 70.84 mg·kg-1，速效磷為 35.42 mg·kg-1，速效鉀為 149.45 g·kg-1；2016 年 0—20 cm 土層有機質(zhì)含量為 18.41g·kg-1，堿解氮為52.14 mg·kg-1，速效磷為 28.66 mg·kg-1，速效鉀為170.67 g·kg-1。供試材料選擇黃河流域大面積種植的棉花品種冀棉863（JM863，河北省農(nóng)林科學(xué)院提供）和農(nóng)大棉601（ND601，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)提供）。

試驗設(shè)置人工打頂（MT），化學(xué)封頂（CT）、不打頂（NT）3個處理，隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。小區(qū)長12 m，寬11.5 m，采用寬窄行種植模式，行株距配置為（100 cm+50 cm）×30 cm，種植密度為 45 000 株/hm2。

化學(xué)封頂劑甲哌鎓（新疆金科棉科技有限責(zé)任公司）為含有縮節(jié)胺、緩釋劑和助劑的水乳劑。試驗處理均于7月20日（盛蕾期）進行，甲哌鎓劑量為 1.125 L·hm-2，濃度為 6 mL·L-1，人工噴施于棉花頂尖；人工打頂以一葉一心為標(biāo)準(zhǔn)摘除頂尖。肥料用量為N（尿素）240 kg·hm-2，P2O5（過磷酸鈣）135 kg·hm-2，K2O（硫酸鉀）75 kg·hm-2，其中尿素50%基施，50%盛花期追施，過磷酸鈣和硫酸鉀全部基施。其他田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 降水量及溫度測定 氣象資料由試驗站內(nèi)的Dynamet科研級氣象站（美國LICOR公司）測定。主要指標(biāo)如圖1所示。

1.2.2 棉花株型相關(guān)性狀的測定 每小區(qū)選取最具代表性的棉株10株，自打頂當(dāng)天開始，每隔10 d定點調(diào)查株高（子葉節(jié)至頂端生長點的高度）、莖粗、節(jié)間數(shù)（單株總節(jié)間數(shù)）、節(jié)間長度（單株平均節(jié)間長度）、果枝數(shù)目（單株總果枝數(shù)目）以及上部果枝長度（第10及以上果枝）、果節(jié)數(shù)（單株總果節(jié)數(shù)目）及上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比。其中莖粗是子葉節(jié)上1 cm處主莖的直徑，上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比中近端直徑為距離主莖1 cm處果枝直徑，遠(yuǎn)端直徑為距離果枝頂部1 cm處果枝直徑。

1.2.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定 每個小區(qū)選取長勢一致的50株棉花調(diào)查單株鈴數(shù)及單鈴重。按小區(qū)進行實收計產(chǎn)，分2次進行收獲，晾干后稱量籽棉產(chǎn)量，軋花后稱量皮棉產(chǎn)量，計算衣分。

圖1 2015—2016年試驗站棉花生長季內(nèi)日最高/低溫度及降雨量Fig. 1 The maximum temperature, minimum temperature and precipitation during the cotton growing season in 2015 and 2016 at the experimental station

1.3 數(shù)據(jù)分析

參照施偉等[24]的方法進行灰色關(guān)聯(lián)度分析，將株高、莖粗、果枝數(shù)目、上部果枝長度、節(jié)間數(shù)、節(jié)間長度、果節(jié)數(shù)及上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比視為一個灰色系統(tǒng)，以相對應(yīng)的產(chǎn)量作為參考數(shù)列X0，8個性狀參數(shù)設(shè)為比較數(shù)列Xi，參數(shù)Xi和X0的關(guān)聯(lián)系數(shù)和各因素的關(guān)聯(lián)度分別為：

式中，ξi(k)為Xi對X0在k（第幾個指標(biāo)）點的關(guān)聯(lián)系數(shù)，ρ為分辨系數(shù)，0＜ρ＜1，ρ越小，關(guān)聯(lián)系數(shù)間差異越大，區(qū)分能力越強，通常ρ取 0.5。minimink|X0(k)-Xi(k)|為二級最小差的絕對值；maximaxk|X0(k)-Xi(k)|為二級最大差的絕對值。r的大小確定比較數(shù)列與參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)程度。

試驗數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2016 進行處理，用IBM SPSS statistics 21.0 進行顯著性方差分析、相關(guān)性分析及主成分分析，用GraphPad Prism 8作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同打頂處理對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知，不同打頂處理對產(chǎn)量構(gòu)成中除單鈴重外的其他指標(biāo)均有顯著影響。與人工打頂相比，化學(xué)封頂處理下，JM863和 ND601的籽棉產(chǎn)量略有下降，分別降低了2.61%和4.14%，但均未達(dá)顯著水平。2個品種的單株鈴數(shù)和單鈴重在人工打頂和化學(xué)封頂處理間差異不顯著。與不打頂處理相比，化學(xué)封頂顯著提高了棉花的產(chǎn)量，JM863和ND601 2年的籽棉產(chǎn)量分別提高了 7.19%和 6.78%?；瘜W(xué)封頂處理顯著增加了單株鈴數(shù)，JM863和ND601 2年的單株鈴數(shù)比不打頂處理分別提高了13.76%和8.02%。與產(chǎn)量不同的是，2個品種的衣分都表現(xiàn)為CT＞NT＞MT。除衣分外，年份、品種及打頂處理對產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素等指標(biāo)均無互作效應(yīng)。

2.2 不同打頂處理對棉花主莖形態(tài)的影響

不同打頂處理對棉花的株高有顯著影響，人工打頂處理的株高顯著低于另外2個處理（圖2）。JM863在化學(xué)封頂處理下的株高比人工打頂高了4.85%，比不打頂處理低了8.11%。2015年，ND601在化學(xué)封頂和不打頂處理下的株高相近，均顯著高于人工打頂處理；2016年，化學(xué)打頂處理的株高顯著高于人工打頂處理。不同打頂處理對棉花莖粗影響不顯著（圖3）。

不同打頂處理對棉花節(jié)間數(shù)和節(jié)間長度均有顯著影響（表2）。2個品種的節(jié)間數(shù)都表現(xiàn)為NT＞CT＞MT。與人工打頂處理相比，JM863和ND601的 2年節(jié)間數(shù)在化學(xué)封頂處理下分別增加了31.36%和18.34%，比不打頂處理分別減少了8.91%和11.56%。與節(jié)間數(shù)相反，2個品種的節(jié)間長度均表現(xiàn)為MT＞CT＞NT。JM863和ND601的節(jié)間長度在化學(xué)封頂處理下分別比人工打頂處理減少了18.95%和 11.21%，比不打頂處理增加了 1.68%和5.36%。

表1 2015—2016不同打頂處理對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effect of different topping treatments on cotton yield and yield components in 2015 and 2016

圖2 2015—2016年不同打頂處理對棉花株高的影響Fig. 2 Effect of different topping treatments on plant height in 2015-2016

表2 2015—2016不同打頂處理對棉花主莖節(jié)數(shù)及節(jié)間長度的影響Table 2 Effect of different topping treatments on internode number and internode length of cotton in 2015-2016

2.3 不同打頂處理對棉花果枝形態(tài)的影響

不同打頂處理對棉花果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)、果枝長度均有顯著影響，不同年份和品種間趨勢基本一致（表3，圖4）。果枝數(shù)和果節(jié)數(shù)均表現(xiàn)為NT＞CT＞MT，上部果枝長度表現(xiàn)為MT＞NT＞CT，上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比表現(xiàn)為 MT＞CT＞NT。在化學(xué)封頂處理下，JM863的2年果枝數(shù)和果節(jié)數(shù)比人工打頂處理分別增加了8.54%和8.01%，比不打頂處理分別減少了8.54%和9.42%。和人工打頂處理相比，ND601的果枝數(shù)和果節(jié)數(shù)在化學(xué)封頂處理下分別增加了 19.63%和3.94%，比不打頂處理分別降低了14.14%和 5.26%。JM863的上部果枝長度分別比人工打頂處理和不打頂處理降低了32.53%和21.47%，ND601的上部果枝長度分別比人工打頂處理和不打頂處理降低了 44.73%和22.66%。JM863和ND601在化學(xué)封頂處理下的上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比比人工打頂處理分別增加了5.58%和 9.41%，比不打頂處理分別降低了 8.78%和9.10%。

2.4 棉花株型及產(chǎn)量性狀的相關(guān)分析

圖3 2015—2016年不同打頂處理對棉花莖粗的影響Fig. 3 Effect of different topping treatments on stem diameter in 2015-2016

表3 2015—2016年不同打頂處理對棉花果枝性狀的影響Table 3 Effect of different topping treatments on fruiting branches character in 2015-2016

圖4 2015—2016年不同打頂處理對上部果枝長度的影響Fig. 4 Effect of different topping treatments on the length of the upper fruiting branches in 2015-2016

表4 棉株株型相關(guān)性狀及產(chǎn)量的皮爾遜相關(guān)矩陣Table 4 Pearson correlation matrix of cotton shoot architecture parameters and yield

由表4可知，莖粗與籽棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.618。節(jié)間數(shù)及株高和產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了-0.483和-0.413。除上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比外，株高與其他6個株型性狀均達(dá)到顯著相關(guān)，其中，與節(jié)間數(shù)和節(jié)間長度呈顯著正相關(guān)，與莖粗、果節(jié)數(shù)、上部果枝數(shù)和果枝長度呈顯著負(fù)相關(guān)。節(jié)間數(shù)和節(jié)間長度、果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)、上部果枝長度呈顯著負(fù)相關(guān)。果枝數(shù)和果節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)，和上部果枝長度呈顯著負(fù)相關(guān)。果節(jié)數(shù)和上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比呈顯著正相關(guān)，和上部果枝長度呈顯著負(fù)相關(guān)。

2.5 棉花株型相關(guān)性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析

棉花株型相關(guān)性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析表明，籽棉產(chǎn)量和株型各性狀之間的灰色關(guān)聯(lián)度在 0.717—0.912（表 5）。其中，節(jié)間數(shù)和莖粗與產(chǎn)量的關(guān)系最為密切，上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比和株高與產(chǎn)量的關(guān)系次之。這4個性狀中有3個性狀為主莖的性狀，因此，不同打頂處理可能主要是通過改變主莖的生長發(fā)育來影響最終產(chǎn)量。

2.6 棉花株型相關(guān)性狀的主成分分析

對棉花株型相關(guān)的8個性狀進行主成分分析（表6），發(fā)現(xiàn)有2個主成分的特征值大于1，第一主成分的貢獻(xiàn)率為 65.662%，第二主成分的貢獻(xiàn)率為16.595%，第一、第二主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了82.257%，即2個主成分涵蓋了這8個指標(biāo)82%以上的數(shù)據(jù)信息，因此提取2個主成分。

由表7可知，第一主成分的株高、節(jié)間數(shù)和上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比有較大的得分系數(shù)；第二主成分的莖粗和果節(jié)數(shù)有較大的得分系數(shù)。因此，可以將株高、節(jié)間數(shù)和上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比作為棉花株型評價的主要指標(biāo)，將莖粗和果節(jié)數(shù)作為棉花株型評價的二級指標(biāo)。

3 討論

3.1 化學(xué)封頂對棉花產(chǎn)量的影響

棉花有較強的自我調(diào)節(jié)能力，在不同的環(huán)境下，可通過調(diào)整干物質(zhì)量及其分配等維持其相對穩(wěn)定的產(chǎn)量[25]。前人有關(guān)化學(xué)封頂對棉花籽棉產(chǎn)量的影響尚未得出一致的結(jié)論。有研究表明化學(xué)封頂會提高棉花的產(chǎn)量[10,26]，也有研究得出了相反的結(jié)果[27-28]，或?qū)Ξa(chǎn)量無影響[29-30]。在本研究中，不同打頂方式對棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素（單鈴重除外）均有顯著影響，與人工打頂相比，化學(xué)封頂處理的籽棉產(chǎn)量無顯著降低，并顯著高于不打頂處理。KITTOCK等[31]發(fā)現(xiàn)，不同打頂處理對衣分無顯著影響，劉燕等[32]的研究表明化學(xué)封頂處理降低了棉花的衣分。本研究結(jié)果則發(fā)現(xiàn)，化學(xué)封頂處理的衣分顯著高于另外2個處理，雖然化學(xué)封頂處理的籽棉產(chǎn)量低于人工打頂處理，但其皮棉產(chǎn)量高于人工打頂處理。上述試驗結(jié)果不同有可能是不同行距配置[33-35]和化學(xué)封頂劑的濃度[26]等因素造成的。

表5 棉花株型相關(guān)性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析Table 5 Gray correlation analysis of cotton shoot architecture parameters

表6 各成分的特征值、方差及累計貢獻(xiàn)率Table 6 The characteristic value, variance and accumulative contribution of each component

表7 主成分因子得分系數(shù)Table 7 Score coefficient of principal component factors

3.2 化學(xué)封頂對棉株株型相關(guān)性狀的影響

株型是農(nóng)作物重要的農(nóng)藝性狀，其對作物栽培的適應(yīng)性、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益有著巨大的影響[36]。棉花是多年生植物，在熱帶和亞熱帶的很多地區(qū)均有種植，但在世界上的主要植棉區(qū)通常以一年生作物進行栽培和管理[37]，因而需通過打頂來控制其無限生長習(xí)性。株高是衡量棉花發(fā)育的關(guān)鍵指標(biāo)之一，合理的株高是棉株適宜冠層結(jié)構(gòu)的前提[38]。棉花化學(xué)封頂技術(shù)在塑造株型及調(diào)節(jié)棉花冠層結(jié)構(gòu)方面具有重要作用[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)封頂主要是通過減少主莖節(jié)間數(shù)和節(jié)間長度來降低株高?；瘜W(xué)封頂處理對株高的調(diào)控效果雖比不上人工打頂，但其節(jié)間長度相對更短，所以株型更加緊湊。與人工打頂相比，化學(xué)封頂劑不能立即抑制住主莖的生長，通常在噴施3 d后起效，至噴藥15—20 d后才能完全抑制住主莖的生長[39]，該結(jié)果也驗證了本試驗的結(jié)果，2個品種的株高均在噴施縮節(jié)胺后的10—15 d不再增加。同時，化學(xué)封頂處理對果枝相關(guān)性狀的調(diào)控也相對達(dá)到了人工打頂處理的效果，且化學(xué)封頂處理的上部果枝長度要小于人工打頂處理，對棉田的通風(fēng)透光更加有利，改善了冠層中下部光環(huán)境，是較高群體光合能力的有力保證，也是獲得較高產(chǎn)量的保證，因此在化學(xué)封頂處理下的產(chǎn)量要顯著高于不打頂處理。安靜等[40]的研究結(jié)果表明，噴施縮節(jié)胺能夠通過降低主莖生長點的發(fā)育和花芽分化相關(guān)基因的表達(dá)，從而降低了株高，實現(xiàn)了化學(xué)封頂。此外，噴施縮節(jié)胺可增大果枝粗度，減小果枝長度[41]，這與本研究結(jié)果一致。綜合以上結(jié)果，化學(xué)封頂處理起到了類似于人工打頂處理的效果，且節(jié)間長度和上部果枝長度2個指標(biāo)要優(yōu)于人工打頂處理。

3.3 化學(xué)封頂對株型相關(guān)性狀的綜合評價

棉株的生長主要依靠頂端分生組織的垂直生長和側(cè)生分生組織的橫向生長，兩者之間存在著一定的競爭關(guān)系，理想株型是垂直生長和橫向生長之間協(xié)調(diào)生長的最佳株型[42]。統(tǒng)計學(xué)被越來越多應(yīng)用到現(xiàn)代科學(xué)研究中，通過統(tǒng)計學(xué)分析，幫助我們從繁雜的數(shù)據(jù)中提煉出有用的信息[43]。本研究結(jié)果表明，通過皮爾遜相關(guān)性分析得出，與產(chǎn)量顯著相關(guān)的性狀是莖粗，株高和節(jié)間數(shù)與產(chǎn)量之間也有較高的相關(guān)系數(shù)。株高及主莖節(jié)間長度和果枝的相關(guān)指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)，說明打頂處理后抑制了棉株的垂直生長，促進了棉株的橫向生長。與人工打頂相比，化學(xué)封頂處理的主莖頂端生長仍然存在，節(jié)間數(shù)和果枝數(shù)增加，但降低了上部果枝長度，改善了冠層中下部光環(huán)境。相關(guān)性分析是對2個或多個具備相關(guān)性的變量元素進行分析，從而衡量2個變量因素的相關(guān)密切程度。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，關(guān)聯(lián)度反映了構(gòu)成該系統(tǒng)的各性狀組成的比較數(shù)列和參考數(shù)列間的密切程度，關(guān)聯(lián)度越大，說明關(guān)系越密切[44]。本文分析結(jié)果顯示2種分析方法的結(jié)果相似，與產(chǎn)量相關(guān)的主要性狀是節(jié)間數(shù)、莖粗、上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比和株高，說明合適的節(jié)間數(shù)、莖粗、上部近遠(yuǎn)端直徑比和株高是獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。而節(jié)間數(shù)和莖粗均與株高呈極顯著相關(guān)關(guān)系，所以可用株高來代替節(jié)間數(shù)和莖粗。同時，主成分分析結(jié)果表明，可將株高、節(jié)間數(shù)、上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比作為對打頂效果的主要評價指標(biāo)。評價化學(xué)封頂效果的株型相關(guān)性狀主要是株高和上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比，株高表征了主要的主莖性狀，上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比表征了主要的果枝性狀。

4 結(jié)論

化學(xué)封頂對黃河流域棉區(qū)棉花株型的調(diào)控達(dá)到了類似于人工打頂?shù)男Ч?，降低了株高，減少了主莖節(jié)間數(shù)、果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)等指標(biāo)，獲得了更為緊湊的株型，較人工打頂產(chǎn)量并未顯著降低。株高和上部果枝近遠(yuǎn)端直徑比是評價化學(xué)封頂對株型調(diào)控效果的最佳指標(biāo)。