我國棉花脫葉催熟技術(shù)研究進(jìn)展

周婷婷，肖慶剛，杜睿，韓小強(qiáng)*，張國強(qiáng)，王國賓

（1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/ 新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子832003;2.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博255022）

棉花是世界上重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，在中國及世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位。 目前我國已形成了長江流域、黃河流域和以新疆為主的西北內(nèi)陸三大棉區(qū)[1]。 新疆因其獨(dú)特的自然生態(tài)條件和資源稟賦， 已成為了我國最大的商品棉基地、國內(nèi)唯一的長絨棉生產(chǎn)基地和世界重要的棉產(chǎn)地。棉花生產(chǎn)關(guān)系到國家安全和外貿(mào)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，關(guān)系到我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整和糧食安全，是國家和新疆發(fā)展的戰(zhàn)略需求[2]，也是新疆社會長治久安的重要產(chǎn)業(yè)依托。 棉花生產(chǎn)規(guī)模化、機(jī)械化、信息化、智能化和社會服務(wù)化是解決棉花生產(chǎn)過程中勞動力短缺、降低棉花生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、鞏固棉花產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢地位的必然選擇。 原農(nóng)業(yè)部《全國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃（2016―2020 年）》明確指出我國棉花區(qū)域布局調(diào)整的重點(diǎn)是：推進(jìn)棉花規(guī)?；N植、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、機(jī)械化作業(yè)，提高生產(chǎn)水平和生產(chǎn)效率。 發(fā)揮新疆光熱和土地資源優(yōu)勢， 推廣膜下滴灌、水肥一體化等節(jié)本增效技術(shù)，積極推進(jìn)棉花機(jī)械采收， 穩(wěn)定棉花種植面積， 保證國內(nèi)用棉需要[3]?！笆濉逼陂g，國家積極推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)、棉花“西進(jìn)”、棉紡產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、國家棉花目標(biāo)價格改革“三年一定”等政策，對于棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展帶來積極意義[4]。

伴隨勞動力成本的急劇增加和對勞動力需求的矛盾，新疆棉花價格優(yōu)勢不斷縮減[5]。 因此，發(fā)展機(jī)采棉成為降低新疆棉花生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的主要舉措[6]。近年來，隨著棉花機(jī)械化收獲技術(shù)在新疆棉區(qū)的快速發(fā)展和推廣，機(jī)采棉的規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化生產(chǎn)優(yōu)勢突顯，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 至2018 年新疆棉花機(jī)采率達(dá)到35%，北疆地區(qū)（自治區(qū)）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)機(jī)采棉總面積達(dá)68.667 萬hm2，棉花機(jī)采率80.4%[7]。 機(jī)采棉技術(shù)的推廣，有效解決了新疆棉區(qū)勞動力供需矛盾日益突出的問題，降低了棉花采收成本，對農(nóng)業(yè)增效、團(tuán)場增盈、職工增收及提升新疆棉花的國際市場競爭力做出了重要貢獻(xiàn)，促進(jìn)了棉花發(fā)展戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施[8]。

棉花脫葉催熟技術(shù)是使用化學(xué)脫葉劑及催熟劑干預(yù)棉花的生理生化過程，加快棉花的生育進(jìn)程，使其葉片提前脫落，加快成熟的一種技術(shù)[9-10]。棉花脫葉催熟技術(shù)是實(shí)現(xiàn)棉花機(jī)械采收的重要前提，脫葉催熟劑合理施用，不僅能夠解決棉花后期貪青晚熟或成熟度不一致的問題，并加快了收獲前棉花葉片的脫落，提高了機(jī)采棉的采摘率和作業(yè)效率，降低了機(jī)采籽棉含雜率[11]。 然而，由于多方面因素的影響，新疆機(jī)采籽棉含雜率過高，皮棉品質(zhì)下降嚴(yán)重[12]，成為限制新疆棉花可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸問題。 因此，提高脫葉催熟劑的效果，降低籽棉碎葉等雜質(zhì)含量，是實(shí)現(xiàn)機(jī)采棉品質(zhì)提升的關(guān)鍵。 本文對棉花脫葉劑的作用機(jī)制、脫葉催熟劑種類及使用技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)分析，旨在為機(jī)采棉脫葉催熟劑的科學(xué)使用和棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一些借鑒和參考。

1 我國棉花種植現(xiàn)狀

棉花是世界上主要的農(nóng)作物之一，可以作為多種織物的原材料，既是重要的纖維作物，又是重要的油料作物[13]。 我國是世界上最大的棉花生產(chǎn)國和消費(fèi)國，全國有18 個?。ㄊ?、自治區(qū)）種植棉花。 近10 年來全國棉花種植面積逐年減少，而新疆棉花種植面積穩(wěn)中波動。 根據(jù)原農(nóng)業(yè)部《全國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃（2016―2020 年）》，我國棉花種植品種結(jié)構(gòu)與區(qū)域布局的調(diào)整重點(diǎn)是穩(wěn)定面積和雙提增效， 即棉花生產(chǎn)向優(yōu)勢區(qū)域集中、向鹽堿灘涂地和沙性旱地集中、向高效種植模式區(qū)集中，在已有的西北內(nèi)陸棉區(qū)、黃河流域棉區(qū)、長江流域棉區(qū)的格局下，提升新疆棉區(qū)，鞏固沿海沿江沿黃環(huán)湖鹽堿灘涂棉區(qū)。 到2020 年，棉花面積穩(wěn)定在333 萬hm2左右，其中新疆棉花面積穩(wěn)定在167 萬hm2左右。 著力提高單產(chǎn)、提升品質(zhì)、增加效益。 加快選育耐鹽堿、抗性強(qiáng)、宜機(jī)收的高產(chǎn)棉花品種，集成配套棉花生產(chǎn)機(jī)械移栽收獲等技術(shù)[3]。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年全國棉花種植面積為 333.92 萬 hm2， 比 2018 年減少了 1.52萬hm2，下降0.5%；全國棉花單位面積產(chǎn)量為1 763.7 kg·hm－2， 比 2018 年減少 55.6 kg·hm－2，下降 3.1%；全國棉花總產(chǎn)量 588.9 萬 t，比 2018 年減少 21.3 萬 t， 下降 3.5%（表1）[14]。 縱觀近 5 年（2015―2019 年）數(shù)據(jù)，我國棉花種植面積逐年下降，并于 2018 年和 2019 年穩(wěn)定在 330 萬 hm2（圖1 A）[14-18]，基本達(dá)到了《全國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃（2016―2020 年）》中對全國棉花種植面積的部署要求。 此外， 棉花單位面積產(chǎn)量呈遞增趨勢，至2018 年單產(chǎn)達(dá)到最高， 為 1 819.3 kg·hm－2，僅2019 年棉花單位面積產(chǎn)量較2018 年有所下降（圖1 B）。雖然我國棉花種植總面積在壓縮，基于高效栽培管理水平的提升，棉花單位面積產(chǎn)量增加顯著， 近5 年來我國棉花總產(chǎn)量一直穩(wěn)中有升，至 2018 年達(dá)到 609.6 萬 t（圖 1 C）[14-18]。

新疆作為我國的棉花種植主產(chǎn)地，也是我國種植業(yè)產(chǎn)業(yè)調(diào)整的重點(diǎn)地區(qū)。 近5 年新疆棉花種植面積增加顯著， 至2019 年達(dá)到254.05 萬hm2（圖2 A）， 占到全國棉花種植總面積的76.08%（圖3 A），與《全國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃（2016―2020 年）》 中對新疆棉花種植面積的部署要求（2020 年新疆棉花種植面積穩(wěn)定在167 萬hm2左右）有較大的差異，下行調(diào)整壓力較大。 此外，由于資源優(yōu)勢和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較高，新疆棉花單位面積產(chǎn)量長期高于國內(nèi)其他棉區(qū)，自2016 年開始，單位面積產(chǎn)量一直維持在1 900 kg·hm－2以上（圖2 B）。 在種植面積和單位面積產(chǎn)量優(yōu)勢的基礎(chǔ)上， 新疆棉花的總產(chǎn)量在全國棉花產(chǎn)量的比重逐年增加，2019 年占全國棉花總產(chǎn)量的84.94%（圖3 C）， 為國內(nèi)用棉提供了充分的保障。

圖1 我國棉花種植情況（2015―2019 年）[14-18]Fig.1 Cotton cultivation in China (2015-2019[14-18]

圖2 新疆棉花種植情況（2015―2019 年）[14-18]Fig.2 Cotton cultivation in Xinjiang (2015-2019)[14-18]

圖3 新疆棉花種植與全國棉花種植對比情況（2015―2019 年）[14-18]Fig.3 Comparison of cotton planting in Xinjiang with that in China(2015-2019)[14-18]

2 機(jī)采棉應(yīng)用進(jìn)展

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展， 規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必由之路。 近年來，隨著棉花種植成本的增加， 季節(jié)性拾花工的減少，勞動力短缺成為制約新疆棉花生產(chǎn)的瓶頸問題。因此，大力推廣機(jī)械采棉技術(shù)，既可以減輕采收者的勞動強(qiáng)度， 又可以促進(jìn)實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?jīng)營，降低植棉成本，促進(jìn)棉花生產(chǎn)方式的變革和棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

新疆對棉花機(jī)械化采收的研究可追溯到20世紀(jì)90 年代。1989 年，新疆維吾爾自治區(qū)科學(xué)技術(shù)委員會開展了棉花機(jī)械化收獲技術(shù)引進(jìn)的實(shí)驗(yàn)研究；1996 年， 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán) （文中簡稱“兵團(tuán)”）投資3 000 萬元開始實(shí)施“兵團(tuán)機(jī)采棉引進(jìn)試驗(yàn)示范項(xiàng)目”；2003 年，兵團(tuán)在國內(nèi)率先研制出了4ZJ-8 型摘棉桃機(jī)， 通過了新產(chǎn)品鑒定并投入批量生產(chǎn)；2005 年，貴航平水牌4MZ-5 型自走式采棉機(jī)投入批量生產(chǎn)[19]，新疆機(jī)采棉進(jìn)入了起步和快速發(fā)展階段。

10 多年來，新疆在機(jī)采棉種植、栽培管理、脫葉、機(jī)械采收、加工和質(zhì)量保證等諸多關(guān)鍵環(huán)節(jié)都已取得重大突破，推廣應(yīng)用機(jī)采棉技術(shù)的條件日趨成熟。 2005―2017 年，新疆機(jī)采棉進(jìn)入快速發(fā)展時期， 機(jī)采棉面積由5 萬hm2增長到94.33萬hm2[20]。需要指出的是，新疆自治區(qū)機(jī)采棉技術(shù)研究和推廣起步較晚，但近些年發(fā)展迅速；而兵團(tuán)的機(jī)采棉發(fā)展早于自治區(qū)也快于自治區(qū)，北疆地區(qū)機(jī)采棉的發(fā)展快于南疆。

機(jī)采棉技術(shù)的大力推廣解決了勞動力供需矛盾日益突出的問題， 為實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?、機(jī)械化、信息化、智能化發(fā)展和棉花發(fā)展戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施具有重要意義。

3 棉花脫葉催熟劑作用機(jī)理及其種類

3.1 棉花脫葉催熟劑作用機(jī)理

棉花葉片的自然脫落是棉花植株體內(nèi)發(fā)生的一系列生理生化變化的結(jié)果，常與葉片衰老相關(guān)，植物激素平衡的變化對葉片脫落過程中起著重要的作用[21]。處于衰老的葉片中，促進(jìn)脫落的乙烯和脫落酸的含量增加，而抑制脫落的生長素含量下降， 在離層兩端生長素濃度梯度逐漸消失，從而離區(qū)對乙烯變得敏感，最終導(dǎo)致葉片脫落[22-23]。

化學(xué)脫葉技術(shù)是機(jī)采棉農(nóng)藝配套技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要前提，其原理是特定化合物能夠抑制生長素功能的發(fā)揮，同時促進(jìn)或者誘導(dǎo)乙烯產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)葉片離層的形成，最終達(dá)到脫葉目的[24]。 外源噴施脫葉劑后可以促進(jìn)棉花體內(nèi)脫落酸的生成，有利于棉花葉片脫落，且脫落酸含量與脫葉劑效果呈正相關(guān)[25-26]。 外源施用乙烯或乙烯利也可以促進(jìn)棉花葉片脫落，未完全展開的幼葉和較老的葉片對乙烯比較敏感，而生理功能葉片和完全展開的葉片對乙烯的敏感性較低[27-28]。功能葉片沒有衰老信號誘導(dǎo)下，未發(fā)生生理生化變化，在使用低劑量脫葉劑時不足以引起葉片脫落，增加脫葉劑使用劑量時則會造成葉片枯而不落[21]。 最近Xu 等的研究表明細(xì)胞分裂素和乙烯信號相互作用共同調(diào)控棉花脫葉[29]。

棉鈴開裂的生理基礎(chǔ)是棉鈴鈴柄基部維管束形成一個軟木層阻止水分進(jìn)入棉鈴，維管束組織中的內(nèi)層與心皮（鈴殼）之間發(fā)生分離[30]。 棉鈴開裂之前，乙烯釋放量顯著提高，至棉鈴出現(xiàn)明顯裂縫時，乙烯釋放量達(dá)到高峰，之后迅速下降[31]。 韓碧文等研究結(jié)果表明，棉鈴開放與鈴殼內(nèi)過氧化物酶活性升高呈正相關(guān)，據(jù)此推測乙烯能夠提高過氧化物酶活性， 從而生長素降解加速， 導(dǎo)致棉鈴中乙烯和生長素平衡受到破壞，促使棉鈴開裂[32]。

3.2 棉花脫葉催熟劑的種類

選擇合適的脫葉催熟劑是保障棉花產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 通?？蓪⒚藁撊~催熟劑分為三類：干燥劑、脫葉劑和催熟劑[33]。

3.2.1干燥劑。干燥劑可以引起植物細(xì)胞破裂，促進(jìn)植株干枯、落葉[33]。百草枯是一種快速滅生性除草劑，對葉綠體膜破壞力極強(qiáng)，以致光合作用和葉綠素合成很快終止，對棉花具有一定的脫葉和催熟作用，通常將低劑量（154～461 g·hm－2）百草枯與其他脫葉劑混合使用增強(qiáng)對棉花的催枯作用；若百草枯劑量過高會導(dǎo)致棉花葉片枯而不落，并對未成熟棉鈴造成傷害[34-35]。 由于百草枯對高等動物的毒性問題和沒有有效的解毒劑，自2016 年7 月1 日起，禁止百草枯水劑在國內(nèi)銷售和使用[36]。

氯酸鹽是一種具有強(qiáng)烈氧化作用的物質(zhì)，可以降低植物葉片的光合作用、呼吸強(qiáng)度和蒸騰強(qiáng)度，低劑量時可以作為棉花脫葉劑使用，高劑量時與百草枯一樣具有催枯作用[35]。 在美國部分地區(qū)，棉花生育后期遇到低溫時，常選用氯酸鹽進(jìn)行脫葉、催枯[37]。

3.2.2脫葉劑。脫葉劑能夠使棉花葉柄基部形成離層，促進(jìn)葉片脫落。 按照作用方式，可分為激素型和除草劑型，或是兩類物質(zhì)的混配使用[35]。激素型脫葉劑的特點(diǎn)是刺激產(chǎn)生乙烯或者抑制生長素的運(yùn)輸，以噻苯隆及其相關(guān)復(fù)配產(chǎn)品為代表[33]。

噻苯隆屬于雜環(huán)芳香脲類化合物，是一種具有特殊植物生長調(diào)節(jié)作用的化合物。 噻苯隆不直接傷害棉花葉片，通過棉花葉片吸收，影響植物乙烯、生長素和脫落酸的平衡，促進(jìn)棉花莖葉和葉柄之間形成自然離層， 葉片在棉花枯萎前脫落，避免采收時枯葉碎屑污染棉花[38-41]。 噻苯隆屬于接觸性脫葉劑，無內(nèi)吸傳導(dǎo)作用，藥液必須噴灑全面，盡可能接觸到所有的棉花葉片，才能保證達(dá)到良好的脫葉效果。 但施藥時的氣候狀況對噻苯隆脫葉效果有顯著的影響，日最低溫度低于12 ℃基本無效果[37]。

敵草隆屬于內(nèi)吸傳導(dǎo)性的苯基酰胺類和苯基脲類除草劑，具有一定的觸殺活性，通過阻止植物制氧以及光電子轉(zhuǎn)移來抑制植物的光合作用。 敵草隆作為除草劑與噻苯隆復(fù)配，能夠有效加快棉花葉片的焦枯速度，提高低溫條件下的脫葉效果[37]。需警惕的是，敵草隆在土壤中的半衰期大于300 d， 能夠通過土壤淋溶作用導(dǎo)致水域生態(tài)環(huán)境的污染。 作為一種氯代有機(jī)物，敵草隆還具有較強(qiáng)生物富集作用，對鳥類、哺乳類動物甚至是水中的無脊椎動物均具有顯著的毒害作用。與此同時，由于氯代基團(tuán)的存在，敵草隆具有很強(qiáng)的毒性和抗生化降解能力， 還具有環(huán)境持久性、生物累積性、長距離遷移能力，并且對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成極其嚴(yán)重的危害，因此被歐盟確定為優(yōu)先有害污染物[41-43]。 此外，通過不同的機(jī)制殺傷或者殺死植物的綠色組織；同時刺激乙烯的產(chǎn)生，從而起到催熟和脫葉的作用的物質(zhì)均可用于棉花脫葉催熟[44]。 如噻節(jié)因是兼具激素和除草劑活性的脫葉劑，能夠抑制負(fù)責(zé)氣孔開關(guān)蛋白的合成， 氣孔失去控制后導(dǎo)致棉花葉片迅速失水[35]。 脫葉磷則對葉片的柵欄組織具有較強(qiáng)的傷害作用。唑草酯通過產(chǎn)生自由基而傷害細(xì)胞膜[45]。除此之外，吡草醚、嗪草酸甲酯、氟胺草酯、環(huán)丙酰草胺及植物毒素冠菌素也可用于棉花脫葉[46]。表1 列出了國內(nèi)外用于棉花脫葉的藥劑及藥劑組合。

3.2.3催熟劑。乙烯利作為催熟劑在棉花生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用， 它直接促進(jìn)棉株的乙烯生成，加快棉鈴的發(fā)育并促進(jìn)成熟，從而引起葉片脫落和棉鈴開裂吐絮。 乙烯利的催熟效果優(yōu)于其對棉花的脫葉效果。 乙烯利與脫葉劑混配使用，可以協(xié)同加快棉花葉片的脫落[36-37]。

表1 棉花脫葉催熟劑主要種類Table 1 Cotton defoliants

我國是世界重要優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，也是世界上最大的農(nóng)藥生產(chǎn)國， 棉花脫葉劑市場巨大，脫葉劑原藥和制劑成為登記熱點(diǎn)。 以噻苯隆原藥為例， 自拜耳股份公司2005 年取得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所農(nóng)藥登記的噻苯隆原藥生產(chǎn)登記后，共計(jì)11 家企業(yè)先后獲批噻苯隆原藥登記證。

從制劑角度分析，2009 年有6 個棉花脫葉劑制劑產(chǎn)品取得登記后，此后脫葉劑制劑產(chǎn)品登記呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢，2017 年有22 個脫葉劑制劑產(chǎn)品獲得登記。 由于制劑產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝及相關(guān)條件較容易實(shí)現(xiàn)，相信后期仍會有大量的脫葉劑產(chǎn)品獲得登記。

雖然獲批登記的脫葉劑產(chǎn)品數(shù)量眾多，但從劑型角度看，獲批脫葉劑劑型主要集中在懸浮劑和可濕性粉劑，另有少量水分散粒劑、可分散油懸浮劑和微乳劑。 制劑種類存在同質(zhì)化嚴(yán)重的問題，不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

脫葉劑制劑產(chǎn)品數(shù)量龐大，但有效成分種類卻極為單一。 取得登記的90 個脫葉劑制劑產(chǎn)品中，其中88 個產(chǎn)品以噻苯隆為主要有效成分，噻苯隆單劑產(chǎn)品達(dá)到46 個， 噻苯隆和敵草隆復(fù)配產(chǎn)品為40 個；另有1 個噻苯隆、敵草隆和乙烯利三元復(fù)配；1 個噻苯隆和乙烯利復(fù)配的產(chǎn)品；另外2 個是以吡草醚為有效成分的產(chǎn)品。

總體來說，目前國內(nèi)市場脫葉劑種類繁多，但有效成分種類、 有效成分含量和劑型同質(zhì)化十分嚴(yán)重，造成惡性競爭，不利于脫葉劑乃至棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其次，近年來植保無人機(jī)噴施棉花脫葉劑發(fā)展迅速， 對脫葉劑的劑型及噴施技術(shù)提出了新的要求，但缺乏與之配套的飛防專用制劑。

4 棉花脫葉催熟劑噴施時間

棉花脫葉催熟劑的施用時間對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)具有直接的影響。 因此，確定棉花脫葉催熟劑的施用時機(jī)非常關(guān)鍵，需要均衡考慮產(chǎn)量和品質(zhì)之間的關(guān)系。 目前，棉花生產(chǎn)中確定脫葉催熟劑施用時間的方法主要有以下5 種。生產(chǎn)上常用一種以上的方法去驗(yàn)證或確認(rèn)另一種，將這些方法結(jié)合起來可以提供最佳的脫葉催熟劑施用時間[52]。

4.1 棉鈴?fù)滦趼?/h3>

棉鈴的吐絮率（Boll opening percentage,OB）是確定棉花收獲時間最常用的方法。 研究表明，吐絮棉鈴分布均勻且達(dá)到60%時，進(jìn)行脫葉催熟劑噴施對棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的影響最小[53-54]。如果棉花株型比較緊湊，成鈴早而集中，吐絮率達(dá)到40%時噴施脫葉催熟劑對棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的影響較小[55]。 由于吐絮率的測定需要耗費(fèi)較多的人工成本，效率較低。 近年來，利用光譜的遙感技術(shù)發(fā)展迅速， 并與棉花脫葉催熟相結(jié)合，通過地面光譜、低空光譜和高空光譜相結(jié)合的方式判斷棉花的吐絮情況， 進(jìn)而建立施藥決策模型，確定噴施棉花脫葉催熟劑的時間[56]。

4.2 棉鈴刀切法

棉鈴刀切法（Cut boll technique,CBT）是利用鋒利的刀片切開最上部可收獲棉鈴，觀察其成熟度進(jìn)而確定脫葉催熟劑施用時間的方法。 研究表明，采用刀切法判斷脫葉催熟劑時間時，90%以上棉鈴成熟后即可進(jìn)行脫葉[35]。 刀切法可以直觀地評估棉鈴的成熟度，但評估者的主觀性對判斷結(jié)果影響較大， 刀片的鋒利程度也會影響判斷結(jié)果。 此外，成熟棉鈴一般難以用刀片進(jìn)行橫切，而且橫切時可能會帶出纖維；成熟棉鈴種子的種皮是棕褐色的， 而未成熟種子的種皮是白色的，在成熟的種子內(nèi)部，可以清晰辨別出小葉片，而未成熟種子內(nèi)部包含的是凝膠狀物質(zhì)[35]。

4.3 裂鈴以上主莖節(jié)數(shù)

裂鈴以上主莖節(jié)數(shù) （Nodes above cracked boll,NACB）與吐絮率法相比，主要關(guān)注于棉株上部未裂開的棉鈴。 倒數(shù)第5 果枝上的棉鈴開裂時噴施脫葉催熟劑，產(chǎn)量降低不超過1%，纖維品質(zhì)也不受影響。 一般認(rèn)為NACB 等于4 時，噴施脫葉催熟劑較為適宜，但對于密度較低或成熟偏晚的棉田，NACB 等于 3 時較為適宜[57]。 NACB 法關(guān)注未開裂的棉鈴， 可以估計(jì)棉鈴的成熟度，可以確定損失的產(chǎn)量，測定NACB 也較吐絮率耗時較短。 但要精確應(yīng)用這種方法，必須明確有效棉鈴的最終開花日期，而且該法適用于第1 果節(jié)著生棉鈴的棉株和倒數(shù)第1 果枝的棉鈴是可收獲的植株。 而對于密度較低、上部鈴較多，或營養(yǎng)枝比例較高， 以及結(jié)鈴中斷的地塊不適宜采用該法。

由于噴施棉花脫葉催熟劑時，棉鈴?fù)ǔ２荒苓_(dá)到完全成熟，為了明確最優(yōu)的脫葉催熟劑噴施時間，Wright 等研究了不同時期使用脫葉催熟劑對棉花脫葉效果、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的影響。 研究發(fā)現(xiàn)，NACB＝6～7 時使用脫葉催熟劑， 相比于NACB＝4～5 時使用脫葉催熟劑，能夠提前收獲7～10 d，且對棉花產(chǎn)量無顯著影響，對棉花品質(zhì)也無顯著影響。 這些數(shù)據(jù)表明，當(dāng)晚熟作物或收獲季節(jié)氣候惡化時，早期的落葉可能有利于開始早收[58]。

4.4 生理生長終止后積累的熱量單位

生理生長終止點(diǎn)，一般是指的是倒數(shù)第6 果枝 第 1 果 節(jié) 開 花 （Nodes above white flower,NAWF）的時間點(diǎn)，也即是NAWF＝5，這個節(jié)位上的花也被稱為最后1 個有效花。 研究表明，在最后1 個有效鈴群體的開花期給于充足生長條件對產(chǎn)量有顯著性的貢獻(xiàn)[59-60]。 阿肯色大學(xué)農(nóng)業(yè)系（University of Arkansas Division of Agriculture）開發(fā)的棉花信息管理系統(tǒng) （Cotton management expert system software,COTMAN）已采用生理生長終止后積累的熱量單位 （Accumulated heat units after cutout,degree-days,DDs） 來決定田間棉花的脫葉期，生產(chǎn)者在棉花生長季的中期即可計(jì)劃安排脫葉催熟劑的施用和棉花的收獲[61-62]。

按照COTMAN 的指導(dǎo)，當(dāng)棉田的NAWF＝5 后獲得超過850 DDs 時， 可以進(jìn)行脫葉催熟劑的施用[61]，在美國阿肯色州中部和東北部進(jìn)行的重復(fù)研究證實(shí)了獲得850 DDs 后可以獲得較好的效果[63]。 但該法實(shí)際操作的局限性較大，由于不同地區(qū)環(huán)境變化和栽培措施的不同， 要求的DDS 可能大于也可能小于472，因此在整個美國棉花帶的適用性并未得到證實(shí)[64]。

4.5 開花后天數(shù)

Copur 等以棉株開花后天數(shù)為脫葉催熟劑噴施指標(biāo)，發(fā)現(xiàn) 75 DAF（Days after flowering）和 90 DAF 后進(jìn)行脫葉劑處理的籽棉產(chǎn)量較60 DAF后脫葉劑處理的高[65]。 過早噴脫葉催熟劑對籽棉產(chǎn)量有顯著的負(fù)面影響。 一種可能的解釋是，推遲落葉允許更多的碳同化和光同化物的分配，以促進(jìn)棉鈴生長。 90 DAF 進(jìn)行脫葉劑處理時，氣溫下降嚴(yán)重，對脫葉劑藥效的發(fā)揮影響較大，棉葉因低溫而不能落葉，造成脫葉不徹底。 因此，最佳的落葉時間為75 DAF[65]。

棉花生長發(fā)育后期， 既要脫葉又要催熟，除了上述5 種判斷脫葉催熟劑噴施時間的因素之外， 還需要協(xié)調(diào)棉鈴發(fā)育和氣溫變化之間的關(guān)系；適宜的脫葉催熟劑噴施時間既能夠促進(jìn)棉株頂部棉鈴基本發(fā)育成熟，又能滿足脫葉所需的氣溫條件。 Tian 等研究表明噴施脫葉催熟劑后，不同時間段的葉片脫落率存在顯著差異，以噴施后（7.0±1.0）d 內(nèi)的脫落率最高， 而且影響葉片脫落率的溫度因子因時間段不同亦有較大差異。 在噴施脫葉催熟劑后（7.0±1.0）d 內(nèi)是實(shí)現(xiàn)良好脫葉效果的關(guān)鍵時間段，要求該時間段的最高溫度大于 27.2 °C、每日≥12 °C 有效積溫大于 7.0 °C·日[12,66]。

5 棉花脫葉催熟劑噴施技術(shù)

科學(xué)合理的棉花脫葉催熟劑噴施技術(shù)能夠提高棉花的脫葉吐絮質(zhì)量，進(jìn)而降低籽棉中的碎葉雜質(zhì)，對解決棉花品質(zhì)問題具有重要意義[67]。但在實(shí)際生產(chǎn)中，脫葉催熟劑的噴施往往受到多種因素的影響，其中施藥器械和施藥技術(shù)具有很重要的作用[68]。從最早的人工噴施，到噴桿噴霧機(jī)噴施， 再到近年來發(fā)展迅速的植保無人機(jī)噴施，棉花脫葉催熟劑的施藥效率在不斷的提高，對棉花的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起到了重要的作用。

然而， 由于新疆棉花種植密度大 （行距為66 cm＋10 cm），導(dǎo)致棉花葉片交叉重疊嚴(yán)重，棉花脫葉催熟劑噴施過程中， 會造成霧滴穿透性差， 影響棉花冠層下部的脫葉催熟劑霧滴覆蓋率，導(dǎo)致脫葉吐絮效果不佳。 其次，脫葉催熟劑噴施及藥效的發(fā)揮還受到多種因素的影響，如棉花品種及生長狀態(tài)，施藥期間的氣溫和光照、空氣濕度和降雨等因素都對脫葉吐絮效果有著較大的影響。 因此對脫葉催熟劑和科學(xué)施用提出來更高的要求，如何在多變復(fù)雜的環(huán)境條件下，通過施藥技術(shù)來改善和提高脫葉吐絮效果是一個極大的挑戰(zhàn)。

5.1 噴桿噴霧機(jī)噴施技術(shù)

噴桿式噴霧機(jī)是一種將噴頭裝載于橫向噴桿或豎向噴桿上的一種植保機(jī)械，廣泛應(yīng)用于大田作物，具有作業(yè)效率高，噴灑效果優(yōu)良等特點(diǎn)。應(yīng)用于棉花脫葉催熟劑噴施的噴桿式噴霧機(jī)主要分為普通噴桿式噴霧機(jī)、吊桿式噴桿噴霧機(jī)和風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)[69-70]。

普通噴桿式噴霧機(jī)具有噴射壓力大、霧化性能好、穿透力強(qiáng)、農(nóng)藥利用率高、操作簡單、使用安全等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于新疆棉田植保作業(yè)和脫葉催熟劑噴施作業(yè)中， 具有良好的作業(yè)質(zhì)量。然而，噴桿噴霧機(jī)主要采用純液力霧化的方式從棉花冠層上方向下噴施； 而新疆棉花種植密度大、棉花冠層稠密，藥液霧滴無法穿透冠層到達(dá)棉花的中下部，導(dǎo)致藥液霧滴分布不均勻，中下部葉片著藥量少，影響棉花的脫葉和吐絮質(zhì)量[71]。

為了提高棉花中下部葉片的著藥量，將噴頭安裝在吊桿上的吊桿式噴桿噴霧機(jī)逐漸取代了普通噴桿式噴霧機(jī)。 吊桿式噴桿噴霧機(jī)將噴頭設(shè)置于吊桿上，其作業(yè)時吊桿沉入冠層內(nèi)部并能夠強(qiáng)制回位， 克服了噴頭只位于植株上部的缺點(diǎn)，可以大幅提高棉花冠層中下部藥液量的沉積，大幅提高了中下部葉片的脫落率和棉鈴?fù)滦趼蔥72-73]。但由于棉花冠層內(nèi)部枝葉稠密，不利于藥液霧滴擴(kuò)散， 冠層內(nèi)部的藥液沉積分布均勻性較差，易造成脫葉不完全，影響棉花品質(zhì)[71]。

棉花冠層內(nèi)部著藥量與中下部的脫葉效果直接相關(guān)，為了提高脫葉催熟劑在棉花冠層內(nèi)部的穿透和附著，風(fēng)送氣流擾動方式輔助噴施的風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)發(fā)展迅速。 風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)出風(fēng)口噴出的輔助氣流可以增加霧滴動能、提高霧滴穿透力、減少霧滴飄移、改善霧滴霧化效果，能夠顯著提升棉花中上部冠層內(nèi)的藥液霧滴沉積分布的均勻性[74]。但在棉花冠層稠密時，其風(fēng)送氣流擾動效果不佳，藥液霧滴仍難以穿透冠層到達(dá)棉花下部區(qū)域， 棉花中下部葉片著藥量不足，無法實(shí)現(xiàn)葉片有效的脫落和棉鈴的吐絮。

在噴桿噴霧機(jī)相關(guān)參數(shù)的研究中，秦維彩等采用響應(yīng)面法構(gòu)建了以橫噴桿高度、吊噴桿高度和吊噴夾角等參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以棉花冠層平均霧滴覆蓋率最大為優(yōu)化目標(biāo)的施藥機(jī)具噴灑參數(shù)優(yōu)化近擬模型，發(fā)現(xiàn)對棉花冠層霧滴覆蓋率的影響大小依次為橫噴桿離地高度、 吊噴離地高度、吊噴夾角；最優(yōu)噴灑參數(shù)組合為橫噴桿離地高度134 cm， 吊噴離地高度27.5 cm， 吊噴夾角21°[75]。這為噴桿式噴霧機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑提供了重要的理論參考。

然而，與噴桿式噴霧機(jī)配套的壓力噴頭還存在“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，霧化效果不理想、藥液利用率低、藥效差、農(nóng)藥利用率低，植株和土壤中有藥液殘留等問題[73]。此外，無論是何種噴桿式噴霧機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑，都需要大型拖拉機(jī)進(jìn)行牽引，作業(yè)過程中會導(dǎo)致碾壓棉株、撞擊棉鈴、拽拉棉枝、撞落已吐絮棉花等問題，提高了機(jī)械采收的損失率[71]。

5.2 植保無人機(jī)的噴施技術(shù)

植保無人機(jī)以輕小型無人機(jī)為載體，由飛行平臺、 導(dǎo)航飛控和農(nóng)藥噴霧設(shè)備三部分組成，并引入全球定位系統(tǒng) （Global positioning system，GPS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic information system，GIS）和載波相位差技術(shù)（Real-time kinematic,RTK），以“云服務(wù)、大數(shù)據(jù)”為技術(shù)背景，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化植保作業(yè)。 植保無人機(jī)施藥技術(shù)在小麥、水稻、玉米、棉花、果樹等作物上發(fā)展迅速[76-79]，極大地提高了航空植保作業(yè)的質(zhì)量，可有效提高農(nóng)藥的利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的減施增效，既促進(jìn)資源高效利用，又有利于農(nóng)產(chǎn)品安全和環(huán)境保護(hù)[80]。航空植保技術(shù)在棉花上的應(yīng)用主要是防治病蟲害和噴施棉花脫葉催熟劑等， 大面積的棉花種植，推動了植保無人機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用，同時也日益凸顯出植保無人機(jī)的作業(yè)效率高、效果好、不傷苗、節(jié)約成本的特點(diǎn)，逐漸受到人們的廣泛關(guān)注和青睞[81-82]。

采用植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑發(fā)展迅速，目前國內(nèi)針對植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑的研究主要集中在可行性、藥劑篩選和相關(guān)作業(yè)參數(shù)上。 2016 年，為探明植保無人機(jī)噴施脫葉催熟劑對棉花的脫葉效果及棉花品質(zhì)的影響，以及研究與篩選適合無人植保機(jī)噴灑棉花脫葉催熟劑的噴灑參數(shù)和施藥技術(shù)，國家航空植保科技創(chuàng)新聯(lián)盟組織了多家聯(lián)盟單位在新疆石河子開展了4 種無人植保機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑的聯(lián)合飛防試驗(yàn)。 這是國內(nèi)首次大規(guī)模進(jìn)行無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑聯(lián)合測試活動，對于植保無人機(jī)的推廣具有積極的促進(jìn)意義[83]。自此以后，植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑迅速發(fā)展，與之配套的相關(guān)研究越來越多，越來越深入。

為了明確植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑的減施增效和提高棉花品質(zhì)，國內(nèi)外科學(xué)家開展了較多的卓有成效的研究。 王喆等和胡紅巖等[84-85]對適合植保無人機(jī)噴施作業(yè)的棉花脫葉劑種類進(jìn)行了篩選。 張坤朋等和Xin 等[86-87]研究表明植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑能夠?qū)崿F(xiàn)藥劑的高效利用， 從而降低脫葉催熟劑的使用量。胡紅巖等和文純杰等[88-89]分別對比研究了植保無人機(jī)和背負(fù)式手動噴霧器噴施、植保無人機(jī)和地面機(jī)車噴施棉花脫葉催熟劑的作用效果，都表明植保無人機(jī)具有比人工和地面機(jī)車更高的作業(yè)效率，且能保證棉花的脫葉吐絮效果。

脫葉催熟劑噴施的藥液量與其霧滴在棉花葉片沉積和附著有著直接的關(guān)系。 Xin 等和蒙艷華等[87,90]研究表明，植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑的施藥液量應(yīng)當(dāng)不低于15 L·hm－2。近年來，航空噴霧助劑發(fā)展迅速，添加航空噴霧助劑后能夠顯著提高霧滴的沉積，進(jìn)而提高藥效。 Xiao 等和Meng 等[91-92]對航空噴霧助劑對棉花脫葉催熟劑藥效的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)植物油類助劑對提高脫葉劑霧滴沉積和增加藥效具有顯著的效果。

脫葉催熟劑的噴施效果主要以脫葉率和吐絮率進(jìn)行判定，這直接關(guān)系到籽棉采收的含雜率和品質(zhì)。 無論是何種噴施裝備，為了實(shí)現(xiàn)脫葉催熟劑功效的最大化，都要具備作業(yè)效率高、施藥效果好、操控簡單易于推廣等基本要素。

6 展望

棉花生產(chǎn)規(guī)模化、機(jī)械化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化是棉花可持續(xù)發(fā)展的必由之路，機(jī)采棉栽培模式與技術(shù)的全面推廣對實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)增效具有重要意義。 如何實(shí)現(xiàn)棉花的高效脫葉和吐絮，仍將是我們急需解決的關(guān)鍵性技術(shù)。 棉花脫葉催熟劑的脫葉效果與棉花品種、栽培模式、水肥管理、脫葉催熟劑種類、脫葉催熟劑噴施時機(jī)與劑量、 環(huán)境溫濕度和噴施裝備等都有著密切的聯(lián)系。 對脫葉催熟劑敏感的品種篩選、 一膜三行（76 cm 等行距）的栽培模式及精準(zhǔn)的水肥管理等技術(shù)相對比較成熟。 但是，脫葉劑種類單一、劑型同質(zhì)化嚴(yán)重，缺乏在低溫條件下具有穩(wěn)定脫葉效果的產(chǎn)品；同時，脫葉劑劑型與施藥裝備的適配性研究不足，特別是針對植保無人機(jī)噴施棉花脫葉劑沒有針對性的制劑。 此外，脫葉催熟劑噴施裝備發(fā)展較慢，現(xiàn)有的噴施裝備存在霧滴沉積效果弱、穿透性差的弊端，適合新疆高密度栽培模式下易于推廣的大型智能化精準(zhǔn)噴施裝備缺乏；植保無人機(jī)雖然發(fā)展迅速， 但機(jī)型種類多種多樣，噴施質(zhì)量參差不齊，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)難度較大。 為了充分發(fā)揮機(jī)采棉的優(yōu)勢，提高脫葉催熟劑脫葉吐絮效果，針對我國棉花脫葉催熟劑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，今后應(yīng)加強(qiáng)以下幾個方面的研究：

一是開展農(nóng)藝農(nóng)機(jī)相結(jié)合的棉花脫葉催熟劑機(jī)械化噴施關(guān)鍵技術(shù)研究。 以優(yōu)化棉田脫葉效果為目標(biāo)，以棉花葉片對脫葉催熟劑的敏感性與棉花品種、種植模式、水肥管理、化調(diào)化控的機(jī)理性關(guān)系為基礎(chǔ)，研究棉花產(chǎn)質(zhì)量統(tǒng)一理論框架下棉田實(shí)際生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)農(nóng)藝技術(shù)措施與農(nóng)機(jī)設(shè)備的優(yōu)化調(diào)整方案，為提高棉田脫節(jié)催熟劑噴施效果提供基礎(chǔ)。

二是開展棉花脫葉催熟劑的減施增效技術(shù)研究。 對脫葉劑的有效成分、劑量和劑型進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，特別是研發(fā)飛防專用制劑，并結(jié)合綠色助劑的合理配伍，降低脫葉催熟劑的用量、提高脫葉效果，探索出適合機(jī)采棉的脫葉催熟劑減施增效技術(shù)。

三是棉花脫葉催熟劑與智能機(jī)械化噴施裝備的適配技術(shù)研究。 對棉花脫葉催熟劑噴施技術(shù)與噴施裝備適配技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，形成與智能化機(jī)械施藥裝備適配的脫葉催熟劑噴施技術(shù)。