d-檸檬烯助劑對棉花脫葉催熟劑的增效作用

張煜，杜睿，肖慶剛，周婷婷，張航，楊林，韓小強(qiáng)*

(1 新疆維吾爾自治區(qū)植物保護(hù)站,新疆 烏魯木齊 830002;2 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)

棉花生產(chǎn)關(guān)系到外貿(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[1]。新疆是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。據(jù)統(tǒng)計(jì)[2]，2018年新疆棉花機(jī)采率達(dá)到35%，北疆地區(qū)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)主要棉區(qū)機(jī)采率超過80%，機(jī)采棉總面積達(dá)87萬hm2。機(jī)采棉的推廣對農(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[3]。然而，新疆機(jī)采籽棉中碎葉含量高(占總雜質(zhì)的53%～93%)，嚴(yán)重影響棉花品質(zhì)[4]。因此，提高脫葉催熟劑的效果、降低籽棉碎葉雜質(zhì)含量，是實(shí)現(xiàn)機(jī)采棉優(yōu)質(zhì)、高效的關(guān)鍵[5]?；瘜W(xué)脫葉劑及催熟劑是指噴施棉花后，加快其生長發(fā)育進(jìn)程、促進(jìn)棉花葉片脫落和棉鈴集中吐絮的化學(xué)合成藥劑[6]?；瘜W(xué)脫葉催熟技術(shù)是機(jī)采棉綜合農(nóng)藝配套技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要前提[7]。然而，實(shí)際生產(chǎn)中，棉花脫葉催熟劑的使用受到棉花品種、棉花長勢、田間氣候和施藥技術(shù)等因素的影響。特別是當(dāng)前使用的脫葉劑產(chǎn)品具有內(nèi)吸傳導(dǎo)性能差、對溫度敏感，嚴(yán)重影響脫葉吐絮質(zhì)量[8-9]。為了提高棉花的脫葉吐絮效果，生產(chǎn)上常通過添加噴霧助劑等手段提高脫葉催熟劑在棉花冠層的霧滴沉積[10]。

噴霧助劑可改善藥液的理化性質(zhì)、改變霧滴粒徑分布，同時(shí)使藥液在葉片的滯留量增加[11]，有效減緩農(nóng)藥霧滴的蒸發(fā)和飄移，進(jìn)而提高農(nóng)藥施用效果[12-13]。d-檸檬烯(d-limonene)是柑橘皮(柑、甜橙、檸檬、橘、葡萄柚、金柑等)精油的主要成分，為無色油狀液體，具有類似檸檬的香味[14]，有多種生物活性，包括殺蟲[15-16]、殺螨[17]、殺菌[18]、除草[19]和消炎止痛[20]等。由于來源于植物，d-檸檬烯對天敵昆蟲、人、畜安全無害，在環(huán)境中易降解，近年來在農(nóng)藥領(lǐng)域應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速。

新疆棉花種植密度大、棉花葉片交叉重疊嚴(yán)重，造成噴施時(shí)棉花脫葉催熟劑霧滴穿透性差，影響脫葉催熟劑在棉花冠層下部的霧滴覆蓋率，導(dǎo)致脫葉吐絮效果不佳?？茖W(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。但在實(shí)際生產(chǎn)中，脫葉催熟劑的噴施往往受到施藥器械和施藥技術(shù)等多種因素的影響[21]。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提高，對棉花的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起到了重要作用。

植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑技術(shù)發(fā)展迅速，對脫葉催熟劑的劑型及噴施技術(shù)提出了新的要求[22]。然而，與植保無人機(jī)噴施作業(yè)配套的飛防專用制劑研究較少，成為制約植保無人機(jī)高質(zhì)量噴施作業(yè)的瓶頸問題。目前國內(nèi)有關(guān)植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑應(yīng)用方面的研究主要集中在噴施作業(yè)可行性、作業(yè)參數(shù)等方面的研究[9-10,23-27]。阿力木江·克萊木等[28]研究了不同劑量植物油助劑對棉花脫葉吐絮效果和產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)植物油助劑在相對低溫條件下能夠改善棉花的脫葉和吐絮效果。但d-檸檬烯作為助劑在棉花脫葉催熟劑領(lǐng)域的研究尚不多見，添加d-檸檬烯作為噴霧助劑對棉花脫葉吐絮影響的研究未見報(bào)道。

本研究通過植保無人機(jī)和風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑時(shí)，添加不同劑量的5%d-檸檬烯可溶液劑，研究其對棉花脫葉催熟劑霧滴沉積、脫葉吐絮效果和棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在為棉花脫葉催熟劑噴施的高效利用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試植保器械

供試植保無人機(jī)為極飛P30電動(dòng)多旋翼植保無人機(jī)(廣州極飛科技有限公司)，配備農(nóng)藥噴灑平臺(tái)，主要參數(shù)見表1。采用GNSS RTK精準(zhǔn)定位系統(tǒng)，飛行高度和速度的精度均控制在0.01 m和0.01 m/s；載藥量為15.0 L，噴灑系統(tǒng)由微型直流泵、管道、噴頭和電子控制閥組成。

表1 極飛P30植保無人機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

供試噴桿噴霧器為3WP1900型風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)(江蘇南通黃海藥械有限公司)，主要參數(shù)見表2。

表2 3WP1900型風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

1.1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在新疆石河子市北泉鎮(zhèn)三分場二連(44°23′21″N，85°58′48″E)進(jìn)行。試驗(yàn)田采用中等水平施肥，前茬作物為棉花，已連續(xù)多年種植。供試棉花品種為新陸早64號；采用機(jī)采棉種植模式，一膜六行，行距66+10 cm，寬窄行常規(guī)播種模式；2019年4月15日播種，4月22日第1次進(jìn)水，并于7月8日打頂；種植密度約為19.5萬株/hm2，全生育期采用膜下滴灌。

1.1.3 供試藥劑

供試藥劑為5%d-檸檬烯可溶液劑(奧羅阿格瑞國際有限公司)；脫葉劑為360 g/L噻苯隆180 g/L敵草隆懸浮劑(河南瀚斯作物保護(hù)有限公司)；催熟劑為40%乙烯利水劑(江蘇安邦電化有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)條件與處理

參考《農(nóng)藥田間藥效試驗(yàn)準(zhǔn)則》[29]，要求設(shè)試驗(yàn)小區(qū)，施藥時(shí)期視棉鈴成熟度確定，一般吐絮率40%左右進(jìn)行莖葉噴霧，每個(gè)小區(qū)施藥2次。噴霧作業(yè)時(shí)，記錄作業(yè)時(shí)間的氣象信息以用于分析環(huán)境影響因素。第1次噴霧作業(yè)于2019年9月7日進(jìn)行，第2次噴霧作業(yè)于2019年9月15日進(jìn)行，棉花處于吐絮期，平均株高0.87 m，每株棉株平均葉片數(shù)29.8，平均吐絮率為45.7%。施藥期間無降水影響。無人機(jī)噴施處理小區(qū)面積為0.33 hm2，飛行高度為2 m(距棉花冠層頂部)，飛行速度為5 m·s-1，噴幅為3.5 m，噴液量為15 L·hm-2。風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)噴霧處理面積為0.33 hm2，作業(yè)速度為15 km·h-1，噴幅為噴液量為450 L·hm-2。試驗(yàn)處理見表3。

表3 試驗(yàn)處理

1.2.2 霧滴沉積[30]

噴霧前分別在試驗(yàn)區(qū)與無人機(jī)航線垂直的有效噴幅范圍內(nèi)取7點(diǎn)，樣點(diǎn)布置重復(fù)3次，相鄰2個(gè)重復(fù)間相隔20 m(圖1)；使用曲別針將水敏紙(26 mm×76 mm)分別安裝到作業(yè)區(qū)域棉株上、中、下部，每層按照十字交叉模擬棉株不同位置(圖1)。每次噴霧結(jié)束后，待水敏紙表面的霧滴稍微干燥，試驗(yàn)人員立即戴乳膠手套收集各布樣點(diǎn)的水敏紙，用記號筆按照“處理組-重復(fù)號-編號”標(biāo)記后，裝于信封內(nèi)密封，帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

圖1 霧滴測試卡水敏紙的布置及試驗(yàn)樣點(diǎn)設(shè)計(jì)

1.2.3 脫葉吐絮率調(diào)查

參考《農(nóng)藥田間藥效試驗(yàn)準(zhǔn)則》[29],在施藥前，每處理選取3個(gè)點(diǎn)，要求點(diǎn)和點(diǎn)之間棉花長勢、水肥、管理情況等一致，有代表性。每點(diǎn)取10株棉株進(jìn)行隨機(jī)標(biāo)記計(jì)數(shù)，調(diào)查同一標(biāo)記棉株上噴施前、噴施后5、8、12、15 d后棉株上、中、下部葉片數(shù)和吐絮棉鈴數(shù)，用公式(1)、(2)分別計(jì)算葉片脫落率和吐絮率。

(1)

(2)

1.2.4 棉花品質(zhì)評價(jià)

待田間吐絮達(dá)到90%左右時(shí)，對各處理區(qū)進(jìn)行棉花樣品采收，每個(gè)處理采收3個(gè)樣點(diǎn)。每個(gè)點(diǎn)在其周圍棉株的上、中、下部共采收25個(gè)吐絮棉鈴，從中隨機(jī)稱取100 g皮棉樣品送至農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心(安陽)進(jìn)行纖維品質(zhì)檢測。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

對不同收集器位點(diǎn)收取的水敏紙進(jìn)行掃描，使用ImageJ 1.38X軟件(美國國立衛(wèi)生研究院)分析每張水敏紙上藥液的霧滴密度(霧滴個(gè)數(shù)/cm)和霧滴覆蓋率(%)。所有數(shù)據(jù)采用Origin 9.1和Excel 2016統(tǒng)計(jì)軟件將各試驗(yàn)結(jié)果按照不同航空噴霧助劑進(jìn)行分組，通過比較均值的One-Way ANOVA(單因素方差分析)方式，選擇LSD(Least-Significant Difference,最小顯著性差異法)，將置信區(qū)間設(shè)置為95%，當(dāng)P<0.05時(shí)，表示兩組間存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸檬烯助劑對脫葉催熟劑劑霧滴沉積的影響

藥液霧滴密度和霧滴覆蓋率一定程度上反映了噴霧助劑抗蒸發(fā)、促沉降、促附著的功效，從而對棉花脫葉吐絮效果產(chǎn)生了影響。

2.1.1 檸檬烯助劑對脫葉催熟劑霧滴覆蓋率的影響

5%d-檸檬烯可溶液劑對棉花脫葉催熟劑霧滴覆蓋率的影響如圖2所示。添加5%d-檸檬烯可溶液劑后，能夠顯著提高棉花冠層上部和中部脫葉催熟劑的霧滴覆蓋率，表明檸檬烯助劑具有促進(jìn)霧滴沉降和提高霧滴展著的性能。由于棉花植株上部葉片密集交錯(cuò)，5%d-檸檬烯可溶液劑對冠層下部霧滴覆蓋率的效果一般。5%d-檸檬烯可溶液劑的添加劑量對霧滴覆蓋率影響不顯著。對于風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)，5%d-檸檬烯可溶液劑對霧滴覆蓋率影響不顯著，可能是由于風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)噴施作業(yè)時(shí)，施藥液量較大，檸檬烯助劑對其霧滴行為的影響不顯著。

A—植保無人機(jī)；B—風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)；柱狀圖上方字母不同者差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 檸檬烯助劑對脫葉催熟劑霧滴密度的影響

5%d-檸檬烯可溶液劑對脫葉催熟劑噴施后霧滴密度的影響如圖3所示。植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑時(shí)，檸檬烯助劑的添加劑量和霧滴密度呈正相關(guān)關(guān)系，且與對照處理具有顯著差異，表明該類助劑能夠提高霧滴的沉降。對于風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑，添加5%d-檸檬烯可溶液劑與對照處理相比，在棉株冠層上層和中層具有顯著性差異，棉株冠層的下層差異不顯著。這表明檸檬烯助劑能夠顯著提高棉株冠層上層的霧滴密度，較好地提高上層的脫葉效果。

A—植保無人機(jī)；B—風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)；柱狀圖上方字母不同者差異顯著(P<0.05)。

2.1.3 檸檬烯助劑對脫葉催熟劑霧滴粒徑的影響

霧滴粒徑是評價(jià)施藥的效果的重要指標(biāo)之一，按照霧滴體積的由大致小的順序進(jìn)行累積，其累積值為取樣霧滴體積總和的50%所對應(yīng)的霧滴直徑(Dv50)。5%d-檸檬烯可溶液劑對脫葉催熟劑霧滴粒徑的影響如圖4所示。植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑時(shí)，添加5%d-檸檬烯可溶液劑的各處理間霧滴粒徑無顯著差異，但霧滴粒徑均小于不添加的處理，并具有顯著差異。這表明，5%d-檸檬烯可溶液劑具有促進(jìn)霧滴沉降的功效。

A—植保無人機(jī)；B—風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)；柱狀圖上方字母不同者差異顯著(P<0.05)。

2.2 檸檬烯助劑對脫葉催熟劑脫葉吐絮影響

2.2.1 檸檬烯助劑對棉花脫葉的影響

添加5%d-檸檬烯可溶液劑的脫葉效果的影響表4所示。施藥后5 d，添加5%d-檸檬烯可溶液劑的處理組，脫葉率均超過55%，而對照處理組脫葉率僅為37.6%，顯著低于添加的處理。施藥后12 d，添加5%d-檸檬烯可溶液劑的處理組，脫葉率均超過95%，并且達(dá)到了機(jī)械采收對脫葉的要求；而對照處理組脫葉率僅為84%。施藥后15 d，所有處理組的脫葉率均超過90%，均已達(dá)到機(jī)械采收要求。

表4 不同劑量5%d-檸檬烯可溶液劑處理對棉花脫葉的影響 單位：%

無論是風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)還是植保無人機(jī)噴施，不添加檸檬烯助劑處理的脫葉率顯著低于添加的處理，表明噴施棉花脫葉催熟劑時(shí)，添加5%d-檸檬烯可溶液劑能夠顯著提升棉花脫葉催熟劑的脫葉效果。但是，風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)和植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑時(shí)，添加不同劑量5%d-檸檬烯可溶液劑處理間各時(shí)期脫葉率差異不顯著，這說明該藥劑的使用量對棉花脫葉效果影響不顯著。

2.2.2 檸檬烯助劑對棉花吐絮的影響

添加5%d-檸檬烯可溶液劑的吐絮效果的影響如表5所示。由于2019年新疆棉花苗期受低溫凍害影響，棉花生育期普遍延遲7 d左右。所以，脫葉催熟劑噴施前棉花的吐絮率很低，施藥后5 d的吐絮效果并不高，各處理脫葉率在25%～30%之間，風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)噴霧處理的吐絮率略優(yōu)于植保無人機(jī)噴施處理。隨著時(shí)間的延遲和第2次施藥的雙重效果，施藥后12 d，各處理的吐絮率均超過79%。至施藥后15 d，各處理組的吐絮率持續(xù)提升，吐絮率均接近90%。對比兩種施藥器械，各處理時(shí)期地面風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)處理組的吐絮效果均略優(yōu)于植保無人機(jī)處理組吐絮率。

表5 不同劑量5%d-檸檬烯可溶液劑處理對棉花吐絮的影響 單位：%

2.3 檸檬烯助劑對棉花品質(zhì)的影響

棉花皮棉品質(zhì)經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測中心(安陽)檢測，結(jié)果表明，兩種施藥器械添加5%d-檸檬烯助劑后，與對照處理組棉花的上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值和伸長率等指標(biāo)均無顯著性差異，且各劑量處理間也不存在明顯的差異(表6)。說明檸檬烯助劑作為噴霧助劑，不會(huì)對棉花品質(zhì)產(chǎn)生造成損傷。

表6 不同劑量5%d-檸檬烯可溶液劑處理對棉花纖維品質(zhì)指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

研究噴霧助劑對植保器械噴施棉花脫葉催熟劑的霧滴沉積和脫葉吐絮效果的影響，對于棉花脫葉催熟劑的高效利用具有重要的指導(dǎo)意義。本文通過在植保無人機(jī)和風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)噴施棉花脫葉劑時(shí)添加不同劑量的5%d-檸檬烯可溶液劑，研究其對霧滴沉積和脫葉吐絮的影響。結(jié)果表明，添加5%d-檸檬烯可溶液劑后，能夠顯著提高棉花冠層上部和中部脫葉劑的霧滴覆蓋率，但對冠層下部霧滴覆蓋率的效果一般，添加劑量對霧滴覆蓋率影響不顯著。其次，5%d-檸檬烯可溶液劑的添加劑量和霧滴密度呈正相關(guān)關(guān)系，表明該助劑能夠顯著提升脫葉劑霧滴密度，提高脫葉劑在棉花葉片的均勻展著和對棉花冠層的穿透性，進(jìn)而提高脫葉效果。此外，5%d-檸檬烯可溶液劑的使用對棉花的品質(zhì)無顯著影響。

植保無人機(jī)和風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑時(shí)，添加檸檬烯助劑能夠顯著提升脫葉催熟劑的霧滴沉積效果，進(jìn)而達(dá)到較好的脫葉吐絮效果。同時(shí)，檸檬烯助劑對棉花的品質(zhì)無影響。這一研究結(jié)果與Xiao等[10]、阿力木江·克萊木等[28]的研究結(jié)果一致。

新疆是我國棉花的主要產(chǎn)區(qū)，現(xiàn)行種植多采用密集化方式，棉花葉片交叉、重疊嚴(yán)重，在生產(chǎn)和試驗(yàn)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，植株下部葉片不能及時(shí)脫落是導(dǎo)致整體脫葉率低、含雜率高的原因[31]。當(dāng)前兵團(tuán)乃至新疆棉花脫葉催熟劑的噴施主要依賴拖拉機(jī)等地面大型施藥機(jī)械，地面噴霧機(jī)械和植保無人機(jī)噴施棉花脫葉催熟劑作業(yè)存在中下部葉片著藥量差、霧滴蒸發(fā)和飄移嚴(yán)重等現(xiàn)象[22]。研究[22]表明，通過施藥技術(shù)改善霧滴的沉降、穿透和等性能，能夠最大程度改善棉花的脫葉吐絮效果。本研究中，添加d-檸檬烯助劑后，無論是風(fēng)幕式噴霧器還是植保無人機(jī)，噴施棉花脫葉催熟劑后的霧滴沉積和脫葉吐絮質(zhì)量均有提高。這表明該類助劑可以作為噴霧助劑，有助于提高棉花脫葉催熟劑的施用效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫葉催熟劑的減施增效。