種子球化處理、播種密度和播期對(duì)直播棉生理特性及生長(zhǎng)發(fā)育的影響

謝章書(shū), 廖良秀, 李 侃, 楊 丹, 周成軒, 朱方歌, 許豆豆, 劉愛(ài)玉, 周仲華

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生理與分子生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410128;2.衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,湖南 衡陽(yáng) 421299)

棉花素有植物“白金”之稱[1],是重要的經(jīng)濟(jì)作物、戰(zhàn)略物資和生產(chǎn)原料[2]。中國(guó)是世界上棉花產(chǎn)量最高的國(guó)家,棉花主要種植于長(zhǎng)江流域、黃河流域和西北內(nèi)陸等地區(qū)。湖南省位于長(zhǎng)江以南,熱量充足、降水充沛等得天獨(dú)厚的農(nóng)業(yè)氣候特點(diǎn)和區(qū)位優(yōu)勢(shì)使其成為中國(guó)最南端的棉花主產(chǎn)省[3],“江花出楚中”更是湖南省農(nóng)民快樂(lè)植棉的生動(dòng)寫(xiě)照。湖南省種植棉花擁有悠久的歷史和傳統(tǒng)[4],在保障中國(guó)棉花供給安全和促進(jìn)農(nóng)民脫貧增收中發(fā)揮了重要作用[5]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備逐漸開(kāi)始代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工作業(yè),使得種植管理得到簡(jiǎn)化,勞作強(qiáng)度得到減輕,農(nóng)藝農(nóng)機(jī)之間相互融合,從而實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)輕簡(jiǎn)化和機(jī)械化,因此現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備化已經(jīng)成為棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[6]。機(jī)械精播、綠色經(jīng)濟(jì)施肥、集約輕簡(jiǎn)育苗、節(jié)水灌溉、集中成鈴調(diào)控和采收等被認(rèn)為是棉花輕簡(jiǎn)化栽培的關(guān)鍵技術(shù)[7]。一播全苗、壯苗是棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),但是棉花種子直播入土后,土壤中的病菌、蟲(chóng)害往往會(huì)造成棉種遲發(fā)、壞死,并引發(fā)苗期病蟲(chóng)害大面積發(fā)生,造成出苗率下降、棉苗素質(zhì)低,對(duì)棉花產(chǎn)量、品質(zhì)有較大影響。通過(guò)種子播前處理以提高出苗率、棉苗素質(zhì)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)[8],以種子包衣、丸(粒)化等為代表的種子播前處理技術(shù)不斷應(yīng)用在棉花生產(chǎn)中[9]。近年來(lái),受到農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和種植經(jīng)濟(jì)效益等因素的影響,種子、農(nóng)藥、水肥等重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素價(jià)格上漲,尤其是勞動(dòng)力成本大幅上漲,使中國(guó)的植棉成本優(yōu)勢(shì)不斷弱化;昂貴的包衣成本,復(fù)雜的丸(粒)化工藝制作流程,進(jìn)一步增加了棉花種植成本,導(dǎo)致棉花種植面積不斷減少。此外,棉花屬于子葉出土型植物,吸附在棉種殼上的包衣劑或丸(粒)化劑隨著棉苗子葉、胚芽的伸長(zhǎng)而滯留在土壤表層,往往具有較短的時(shí)效性,或者不能在棉花種子萌發(fā)和后期幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中繼續(xù)發(fā)揮作用[10]。傳統(tǒng)的種子包衣及丸(粒)化處理都是作用于單粒棉種,無(wú)法在生產(chǎn)種植上形成有效的“種子匯集”,實(shí)現(xiàn)多粒種子萌發(fā)成苗。因此,進(jìn)一步探索棉花種子播前處理技術(shù)、提高出苗率、實(shí)現(xiàn)種子帶肥帶藥入土、延長(zhǎng)肥藥持效期,對(duì)于實(shí)現(xiàn)棉花的機(jī)械化播種和保障植棉安全非常重要。

本研究擬在課題組前期盆栽試驗(yàn)的基礎(chǔ)上[11],利用木薯改良型淀粉、硅藻土、凹凸棒土、膨潤(rùn)土和基質(zhì)對(duì)棉花種子進(jìn)行球化處理,以未球化處理的棉花種子為對(duì)照,通過(guò)大田試驗(yàn),探究棉花種子適宜的播期和播種密度,以期最大程度實(shí)現(xiàn)“一粒種子,一棵苗”,為長(zhǎng)江流域油(麥)后直播棉輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化栽培提供技術(shù)指導(dǎo)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2021年5月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園科研基地(現(xiàn)為岳麓山實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目建設(shè)中心)開(kāi)展試驗(yàn)?；赝寥罏榧t黃壤,耕作層土壤pH值為6.4,有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量分別為6.4 g/kg、0.7 g/kg、2.5 g/kg,速效磷、速效鉀含量分別為7.7 mg/kg、97.7 mg/kg。試驗(yàn)前翻曬土壤并用多菌靈進(jìn)行消毒處理,以消除其他微生物對(duì)試驗(yàn)造成的影響?；谇捌谘芯拷Y(jié)果(圖1),采用種子處理(A,主區(qū)因素)、播種密度(B,副區(qū)因素)、播期(C,副副區(qū)因素)3個(gè)因素再作裂區(qū)設(shè)計(jì)。種子處理設(shè)置如下:球化種子(A1)、未球化種子(A2)。播種密度設(shè)2個(gè)水平:1 hm230 000株(B1)、1 hm245 000株(B2)。播期設(shè)2個(gè)水平:5月25日(C1)、6月5日(C2)。試驗(yàn)重復(fù)3次,田埂高約8 cm,共24個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)種植4行棉花,小區(qū)面積為20 m2(5 m×4 m),小區(qū)周圍設(shè)置長(zhǎng)、寬各約1 m的保護(hù)行。根據(jù)播種密度,挖孔精播,每孔穴深約 4～5 cm,每穴分別放置1顆棉花種子球化物(或2粒種子),用基土覆蓋后澆水,以保證試驗(yàn)的一致性和準(zhǔn)確性。在試驗(yàn)中觀察并記錄出苗情況,及時(shí)進(jìn)行間苗、補(bǔ)苗。其他田間栽培和管理方法按照湖南省地方規(guī)范《棉花栽培技術(shù)規(guī)范》(DB43/T 286-2006)[12]執(zhí)行。

A:播種前的未球化種子(左)與球化種子(右);B:播種當(dāng)天的球化種子(左)與未球化種子(右);C:播種后3 d的球化種子(左)與未球化種子(右);D:播種后6 d的球化種子(左)與未球化種子(右)。

1.2 供試材料

供試棉花種子為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所提供的常規(guī)早熟直播棉品種JX0010,試驗(yàn)前將棉花種子用濃硫酸進(jìn)行脫絨處理并曬種,精選飽滿且大小基本一致的棉籽作為試驗(yàn)材料。

木薯改良型淀粉購(gòu)買自山東華運(yùn)達(dá)新材料有限公司;硅藻土、膨潤(rùn)土分別購(gòu)買自山東川山國(guó)際礦業(yè)有限公司、廣州拓億新材料有限公司;凹凸棒土購(gòu)買自安徽天科礦物有限公司;基質(zhì)為湖南省湘暉農(nóng)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司產(chǎn)品,由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)湘暉農(nóng)業(yè)技術(shù)研究所研發(fā),其中有機(jī)質(zhì)含量≥35%,pH值5.5～7.5,主要成分為泥炭土、珍珠巖、蛭石、椰子糠、緩釋有機(jī)肥等。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

棉花出苗后,在每個(gè)小區(qū)中間行內(nèi)選擇生長(zhǎng)相對(duì)一致、具有代表性且連續(xù)的5株棉株進(jìn)行掛牌標(biāo)記,進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)定。

棉花生理生化指標(biāo)的測(cè)定。在棉花苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期4個(gè)時(shí)期,選取棉株主莖中下部棉葉用于測(cè)定SPAD值、可溶性蛋白質(zhì)(Soluble protein,SP)含量、可溶性糖(Soluble sugar,SS)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量、硝酸還原酶(Nitrate reductase,NR)活性。其中,SPAD值采用日本Monita公司生產(chǎn)的便攜式葉綠素測(cè)定儀SPAD-502PLUS測(cè)定,測(cè)定時(shí)避開(kāi)葉片中心葉脈部位,每張葉片選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定,求平均值,即為該處理的SPAD值;可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定參照Bradford法[13];超氧化物歧化酶(SOD)、硝酸還原酶(NR)活性及丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)含量的測(cè)定均用Sangon Biotech公司提供的檢測(cè)試劑盒,具體測(cè)定方法參照試劑盒內(nèi)的使用說(shuō)明書(shū)。

棉花農(nóng)藝性狀的調(diào)查。于棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期測(cè)量各小區(qū)棉株的株高;于棉花蕾期、花鈴期和吐絮期調(diào)查棉株的果枝數(shù);于棉花吐絮期測(cè)量棉株的始節(jié)高度(第一果枝高度)。以上測(cè)量各重復(fù)3次,取平均值,精確到0.1。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并繪圖,用DPS 7.05進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)棉花生理特性的影響

2.1.1 SPAD值 作為決定作物產(chǎn)量潛力的重要因素,光合作用的強(qiáng)弱影響葉片葉綠素含量,而SPAD值可以在一定程度上反映葉片的葉綠素含量[14]。如圖2、表1所示,隨著棉花生育進(jìn)程的推進(jìn),不同處理的棉花葉片SPAD值先呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),在花鈴期達(dá)到最大值。在苗期,各處理組棉花葉片的SPAD值為37.5～40.8,A1B2C2、A2B1C2處理的SPAD值最高(40.8),種子處理×播種密度×播期對(duì)SPAD值具有顯著影響,A2B2C1處理的SPAD值比A1B1C2處理提高了4.26%;在蕾期,播期對(duì)SPAD值有顯著正向影響;在花鈴期,播種密度×播期對(duì)SPAD值具有顯著影響,A1B1C1處理的SPAD值比A1B2C2處理高2.58%;在吐絮期,各處理組棉花葉片的SPAD值為39.6～43.5,方差分析結(jié)果表明,各處理的SPAD值雖在不同程度上呈現(xiàn)差異,但并未有顯著差異。

表1 不同處理下棉花葉片SPAD值的方差分析結(jié)果

A1:球化種子;A2:未球化種子;B1:播種密度1 hm2 30 000株;B2:播種密度1 hm2 45 000株;C1:播期5月25日;C2:播期6月5日。同一生育期的不同處理間標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 可溶性蛋白質(zhì)含量 可溶性蛋白質(zhì)作為影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的生理指標(biāo),其含量主要與作物對(duì)干旱等逆境的抵抗能力相關(guān)[15]。如圖3、表2所示,隨著棉花生育進(jìn)程的推進(jìn),棉花葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。從苗期開(kāi)始,棉花葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量增加得較快,于花鈴期達(dá)到最大值,至吐絮期則降低。在苗期,種子處理對(duì)棉花葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量有顯著影響,A1處理的可溶性蛋白質(zhì)含量比A2處理高25.71%～27.03%。播期對(duì)棉花苗期葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量有顯著正向影響。在蕾期,播種密度對(duì)棉花葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量有顯著正向影響,B2處理的可溶性蛋白質(zhì)含量比B1處理高2.08%～5.66%。在花鈴期,棉花葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量為0.59～0.63 mg/g,此時(shí)各處理組的可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)到棉花全生育時(shí)期的最大值。種子處理×播種密度×播期對(duì)花鈴期棉花葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量具有顯著影響,A2B2C2處理的棉花葉片可溶性蛋白質(zhì)含量比A1B1C1處理高0.06 mg/g。在吐絮期,棉花葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量為0.50～0.53 mg/g。

表2 不同處理下棉花葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量方差分析結(jié)果

A1:球化種子;A2:未球化種子;B1:播種密度1 hm2 30 000株;B2:播種密度1 hm2 45 000株;C1:播期5月25日;C2:播期6月5日。同一生育期的不同處理間標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.1.3 可溶性糖含量 作物中的可溶性糖是重要的結(jié)構(gòu)物質(zhì)基礎(chǔ),其分解和代謝可以為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供能量,可溶性糖含量越高,能提供的物質(zhì)、能量就越多[16]。如圖4、表3所示,隨著棉花生育進(jìn)程的推進(jìn),棉花葉片的可溶性糖含量先呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在花鈴期達(dá)到最大值后,到吐絮期時(shí)下降。從苗期到蕾期,棉花葉片中可溶性糖含量的上升幅度較大。在苗期,各處理棉花葉片的可溶性糖含量為1.55～1.73 mg/g,方差分析結(jié)果顯示,各處理間無(wú)顯著差異。在蕾期,種子處理×播種密度、種子處理×播期均對(duì)棉花葉片中的可溶性糖含量有顯著影響,A2B2C1處理的可溶性糖含量比A1B1C1處理提高9.41%,A2B1C2處理的可溶性糖含量比A1B1C1處理提高6.44%。在花鈴期,種子處理×播期、播種密度×播期均對(duì)棉花葉片中的可溶性糖含量有顯著影響,A2B2C2處理的可溶性糖含量比A1B2C1處理高0.12 mg/g,A1B2C2處理的可溶性糖含量比A1B1C1高0.21 mg/g。在吐絮期,種子處理×播期對(duì)棉花葉片中的可溶性糖含量有顯著影響,A2B2C2處理的可溶性糖含量比A1B2C1處理高0.14 mg/g。

A1:球化種子;A2:未球化種子;B1:播種密度1 hm2 30 000株;B2:播種密度1 hm2 45 000株;C1:播期5月25日;C2:播期6月5日。同一生育期的不同處理間標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.1.4 超氧化物歧化酶活性 超氧化物歧化酶可以減少細(xì)胞中初級(jí)活性氧的產(chǎn)生,降低其對(duì)細(xì)胞的毒害作用,提高植物對(duì)非生物脅迫的耐受能力[17]。如圖5、表4所示,隨著棉花生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn),各處理組棉花葉片中的超氧化物歧化酶活性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),在花鈴期達(dá)到最大值,在吐絮期降低。在苗期,A1、A2處理的棉花葉片中的超氧化物歧化酶活性分別為113.61～119.67 U/g、86.37～90.97 U/g。在蕾期,播種密度對(duì)棉花葉片中的超氧化物歧化酶活性有顯著正向影響;B2處理的棉花葉片中的超氧化物歧化酶活性比B1處理高6.38%～9.61%。在花鈴期,棉花葉片中的超氧化物歧化酶活性為199.68～221.82 U/g,各處理之間無(wú)顯著差異。在吐絮期,播期對(duì)棉花葉片中的超氧化物歧化酶活性有顯著影響,C1、C2處理棉花葉片中的超氧化物歧化酶活性分別為155.17～167.00 U/g、126.68～148.30 U/g,C2處理的棉花葉片中的超氧化物歧化酶活性比C1處理低12.61%～22.49%。

表4 不同處理下棉花葉片超氧化物歧化酶活性的方差分析結(jié)果

A1:球化種子;A2:未球化種子;B1:播種密度1 hm2 30 000株;B2:播種密度1 hm2 45 000株;C1:播期5月25日;C2:播期6月5日。同一生育期的不同處理間標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.1.5 丙二醛含量 丙二醛是細(xì)胞膜脂質(zhì)氧化還原后的最終產(chǎn)物,可以破壞核酸、多糖和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,其含量與植物受到的脅迫程度呈顯著正相關(guān)[18]。如圖6、表5所示,隨著棉花生育進(jìn)程的推進(jìn),丙二醛含量總體不斷增加。在苗期,播期對(duì)棉花葉片中的丙二醛含量有顯著負(fù)向影響,C2處理的丙二醛含量比C1處理低5.20%～6.14%。在蕾期,播期能夠顯著影響棉花葉片中丙二醛含量,C2處理的丙二醛含量較C1處理低8.59%～9.69%(除A1B2C1處理與A1B2C2處理);種子處理×播期、播種密度×播期均對(duì)棉花葉片中的丙二醛含量有顯著影響,A1B1C2處理的丙二醛含量比A2B1C1處理低86.57 nmol/g,A1B1C2處理的丙二醛含量比A1B2C1處理低31.23 nmol/g。在花鈴期,棉花葉片中的丙二醛含量為417.49～454.01 nmol/g,各處理之間無(wú)顯著差異。在吐絮期,棉花葉片中的丙二醛含量為522.73～571.54 nmol/g,各處理之間無(wú)顯著差異。

表5 不同處理下棉花葉片中丙二醛含量的方差分析結(jié)果

A1:球化種子;A2:未球化種子;B1:播種密度1 hm2 30 000株;B2:播種密度1 hm2 45 000株;C1:播期5月25日;C2:播期6月5日。同一生育期的不同處理間標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.1.6 硝酸還原酶活性 硝酸還原酶存在于植物細(xì)胞的葉綠體和細(xì)胞質(zhì)中,可參與氨基酸的合成和對(duì)氮的吸收[19]。如圖7、表6所示,隨著棉花生育進(jìn)程的推進(jìn),棉花葉片中的硝酸還原酶活性呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。從苗期到花鈴期,棉花葉片中的硝酸還原酶活性不斷增加,在花鈴期時(shí)達(dá)到最大值,到吐絮期降低。在苗期,各處理棉花葉片中的硝酸還原酶活性為19.32～22.44 U/g,除A2B1C1處理與A1B2C1、A1B2C2、A2B1C2處理間差異顯著外,其他各處理之間無(wú)顯著差異。在蕾期,棉花葉片的硝酸還原酶活性為32.16～37.72 U/g,除A2B2C1處理與A1B1C2、A2B1C1處理間差異顯著外,其他各處理之間無(wú)顯著差異。在花鈴期,棉花葉片的硝酸還原酶活性為36.78～42.49 U/g,除A2B2C1處理與A1B1C1處理間差異顯著外,其他各處理之間無(wú)顯著差異。在吐絮期,播種密度對(duì)棉花葉片中的硝酸還原酶活性有顯著影響,B2處理的硝酸還原酶活性比B1處理低2.34%～4.08%;此外,播期對(duì)硝酸還原酶活性有極顯著正向影響,C2處理的硝酸還原酶活性比C1處理高4.78%～14.87%。

表6 不同處理下棉花葉片中硝酸還原酶活性的方差分析結(jié)果

表7 不同處理對(duì)棉花株高的影響

A1:球化種子;A2:未球化種子;B1:播種密度1 hm2 30 000株;B2:播種密度1 hm2 45 000株;C1:播期5月25日;C2:播期6月5日。同一生育期的不同處理間標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同處理對(duì)棉花農(nóng)藝性狀的影響

2.2.1 始節(jié)高度 由圖8可以看出,種子處理、播種密度和播期對(duì)棉花始節(jié)高度無(wú)顯著影響,各處理始節(jié)高度為20.4～25.3 cm,各處理之間無(wú)顯著差異。

A1:球化種子;A2:未球化種子;B1:播種密度1 hm2 30 000株;B2:播種密度1 hm2 45 000株;C1:播期5月25日;C2:播期6月5日。不同處理間標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2.2 株高 由表7、表8可以看出,在棉花各生育時(shí)期中,種子球化、播種密度和播期處理對(duì)株高具有不同影響。在苗期,種子處理對(duì)株高具有顯著影響,A1處理的棉花株高為33.10～35.80 cm,A2處理的棉花株高為25.40～28.50 cm,A1處理的棉花株高比A2處理高20.70%～30.31%;播期對(duì)株高有顯著正向影響,隨著播期的推遲,棉苗株高增加,C2處理的株高比C1處理提高3.47%～12.20%。在蕾期,棉花株高為52.60～70.50 cm,方差分析結(jié)果表明,不同因素對(duì)棉花株高無(wú)顯著影響。在花鈴期,播期對(duì)棉花株高有顯著影響,C2處理的棉花株高比C1處理高4.34%～20.98%。在吐絮期,各處理棉花的株高為107.50～123.80 cm,各處理對(duì)棉花株高無(wú)顯著影響。綜上可知,種子球化處理能顯著提高棉花苗期株高,具體表現(xiàn)為提高棉苗生長(zhǎng)速度、加快幼苗的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。播種密度對(duì)棉花全生育期株高無(wú)顯著影響,晚播能顯著提高棉花苗期、花鈴期的株高。

表8 不同處理對(duì)棉花株高影響的方差分析結(jié)果

2.2.3 果枝數(shù) 由表9、表10可以看出,在蕾期,種子處理對(duì)棉花果枝數(shù)有顯著影響,A1處理的果枝數(shù)比A2處理多41.18%～100.00%。在花鈴期,播種密度×播期對(duì)棉花果枝數(shù)具有顯著影響,在A2處理下,B2C1處理表現(xiàn)較優(yōu);種子處理×播種密度×播期對(duì)棉花果枝數(shù)具有顯著影響,以A2B2C1處理最高,果枝數(shù)較其他處理多7.59%～45.79%。在吐絮期,各處理組棉花果枝數(shù)為12.60～16.30臺(tái),方差分析結(jié)果表明,各因素對(duì)棉花果枝數(shù)無(wú)顯著影響。綜上可知,種子球化處理能顯著促進(jìn)棉花蕾期果枝數(shù)的增加,從而增大棉花增產(chǎn)潛力。

表10 不同處理對(duì)棉花果枝數(shù)影響的方差分析結(jié)果

3 討論

3.1 種子球化處理、播期和播種密度對(duì)棉花生理代謝及農(nóng)藝性狀的影響

棉花生長(zhǎng)發(fā)育能力與棉株各項(xiàng)生理生化指標(biāo)及農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系密切[3,20]。目前尚未有種子球化處理等方面的研究報(bào)道,但是以其他方式提高種子出苗率的種子處理技術(shù)研究成果頗豐。高燕等[21]研究發(fā)現(xiàn),用適宜濃度Zn2+處理后,棉花種子發(fā)芽率、棉苗超氧化物歧化酶活性和過(guò)氧化物酶活性較對(duì)照表現(xiàn)為不同程度的提高,該處理對(duì)不同基因型棉花種子萌發(fā)后棉苗的生理生化指標(biāo)具有顯著誘導(dǎo)作用,在提高棉花種子活力方面具有顯著效果。這與本試驗(yàn)中種子球化處理能顯著提高棉花苗期可溶性蛋白質(zhì)含量、超氧化物歧化酶活性的結(jié)果相似。SPAD值、可溶性糖含量、丙二醛含量和硝酸還原酶活性同樣是表征棉株抗逆性的生理指標(biāo),在本試驗(yàn)中卻并未呈現(xiàn)出與可溶性蛋白質(zhì)含量、超氧化物歧化酶活性相似的協(xié)同變化,說(shuō)明種子球化處理這一因素主要通過(guò)提高棉苗可溶性蛋白質(zhì)含量和超氧化物歧化酶活性以增加抗逆性,進(jìn)而表現(xiàn)為促進(jìn)棉花生長(zhǎng)發(fā)育,使棉花種子“生得出”,棉苗“長(zhǎng)得好”。文俊[22]研究發(fā)現(xiàn),棉花葉片中的可溶性糖含量在整個(gè)棉花生育過(guò)程中呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),不同種植密度對(duì)棉花葉片的可溶性糖含量的影響存在差異。播種密度對(duì)棉花葉片中的葉綠素含量無(wú)顯著影響,高密度處理下的相關(guān)抗氧化物酶活性在整個(gè)生育期內(nèi)最高。朱繼杰[23]研究發(fā)現(xiàn),可溶性蛋白質(zhì)含量受到棉花品種的早熟性影響較大,隨著播期的推遲,早熟性較好的品種的可溶性蛋白質(zhì)含量提高。與文俊[22]研究結(jié)果相似的是,本研究結(jié)果表明,高密度播種(1 hm245 000株)較低密度播種(1 hm230 000株)能增加棉花蕾期的可溶性蛋白質(zhì)含量,提高棉花蕾期的超氧化物歧化酶活性,但會(huì)降低棉花吐絮期的硝酸還原酶活性。晚播能提高棉花蕾期的SPAD值及苗期的可溶性蛋白質(zhì)含量、吐絮期的硝酸還原酶活性,總體降低棉花苗期、蕾期的丙二醛含量,降低棉花葉片細(xì)胞衰老程度。

株高、始節(jié)高度和果枝數(shù)作為關(guān)鍵的農(nóng)藝性狀指標(biāo),對(duì)棉花的生長(zhǎng)和發(fā)育有較大影響,合理密植和適當(dāng)推遲播期能顯著增加棉花株高和果枝數(shù)[23-24]。與種子球化處理類似的是,周秀娟[25]研究發(fā)現(xiàn),用褪黑素處理后,棉花種子的各項(xiàng)出苗指標(biāo)得到提升,同時(shí)對(duì)棉株農(nóng)藝性狀也有不同程度的改善。在本試驗(yàn)中,種子球化處理后的果枝數(shù)在棉花蕾期顯著提高,在花鈴期的影響變小,直至吐絮期呈現(xiàn)無(wú)顯著差異?？赡茉蚴乔蚧幚淼拿薹N出苗后,由于球化基料繼續(xù)在土中發(fā)生肥藥緩釋作用,提高了棉苗生長(zhǎng)素質(zhì)與抗逆能力,因此表現(xiàn)為在蕾期果枝數(shù)分化較快,棉株果枝數(shù)顯著增加。晚播可以改善棉花的農(nóng)藝性狀,提高苗期、花鈴期株高。播種密度在本試驗(yàn)中對(duì)棉花農(nóng)藝性狀無(wú)顯著影響,這與前人的研究結(jié)果[26]不同,可能由于密度設(shè)置的處理數(shù)較小,需要進(jìn)一步探究。

3.2 種子球化技術(shù)的應(yīng)用前景及作用機(jī)制

本試驗(yàn)中的種子球化技術(shù)是在前期盆栽試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行的[11],在大田中進(jìn)一步評(píng)價(jià)了這一技術(shù)的可行性,并初步探索了適宜的播期和種植密度。與本研究中的種子球化技術(shù)相似的是,近年來(lái)以種子包衣或丸(粒)化技術(shù)為代表的現(xiàn)代種子播前處理技術(shù)不斷發(fā)展[27],有效保障了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定[28]。種子包衣是以殺菌劑、殺蟲(chóng)劑、復(fù)合肥料、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等均勻地包裹種子,在其外表形成1層薄膜。種子丸(粒)化與包衣類似,可形象地稱為增加體積后的種子包衣,多應(yīng)用于小粒或質(zhì)量較輕且形狀不規(guī)則的種子[29]。種子包衣或丸(粒)化技術(shù)都致力于改善種子活力,提高種子入土后的抗逆能力,在提高出苗率的同時(shí)以適應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化為根本特征。但是棉花屬于子葉出土型幼苗,作用在種子外殼表面的丸化劑或包衣劑會(huì)由于下胚軸的伸長(zhǎng)隨著子葉頂出土面,往往不能促進(jìn)棉苗后續(xù)的生長(zhǎng)發(fā)育,雖然使棉種出苗率提高,但后期棉苗生理素質(zhì)無(wú)法得到保障,如遇倒春寒等反常天氣仍會(huì)出現(xiàn)缺壟斷行現(xiàn)象。近年來(lái),隨著化肥、農(nóng)藥等農(nóng)資和勞動(dòng)力成本大幅上升,昂貴的包衣劑或丸化劑及復(fù)雜的加工制作成本進(jìn)一步阻礙了種子包衣或丸(粒)化技術(shù)的大幅推廣和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用[30]。

本試驗(yàn)中的種子球化技術(shù)是將硅藻土、凹凸棒土、膨潤(rùn)土、木薯改良型淀粉、基質(zhì)和水充分?jǐn)嚢韬?捏成直徑3.5～4.5 cm的球狀物,并將種子包裹于其中,不但可以根據(jù)播種種植需求及作物種子的自身屬性,將一?；蚨嗔７N子以一個(gè)“球化單元”的形式進(jìn)行匯集,而且同一作物的不同品種的種子也可以在播種中實(shí)現(xiàn)匯集。此外,較大的球化物也可以在棉種“破球出苗”后繼續(xù)促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)和發(fā)育。種子球化技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化播種,還可以達(dá)到節(jié)省人力物力成本、增加植棉經(jīng)濟(jì)效益的目的。基于此,還可以根據(jù)不同植棉區(qū)域的氣候條件和栽培耕作措施等差異,合理變換各個(gè)球化物料,真正實(shí)現(xiàn)普適推廣。

硅藻土作為一種沉積巖,主要成分為二氧化硅(SiO2),其吸附能力強(qiáng)、密度低、無(wú)毒、混合性好及易獲得等特點(diǎn)使其被廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物的復(fù)合肥料中[31],施用硅藻土可以改善作物的結(jié)構(gòu)狀態(tài),對(duì)耕作層起到軟化作用,在土壤中還能保持水分,延長(zhǎng)肥效藥效時(shí)間和改良土壤,提高作物產(chǎn)量[32]。凹凸棒土作為一種礦質(zhì)黏土,具有吸附、懸浮、分散以及低比重等特性,還具有良好的相容性和防霉性,已被證明與肥料施用可以促進(jìn)萌發(fā),提高作物生長(zhǎng)速度[33]。凹凸棒土還具有儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉和環(huán)境友好等經(jīng)濟(jì)實(shí)用特點(diǎn),在不同作物的不同生長(zhǎng)階段施用還可以減少成本,提高肥料的利用效率[34]。膨潤(rùn)土作為一種土壤調(diào)節(jié)劑,具有高陽(yáng)離子交換能力,可以保持土壤肥力,促進(jìn)作物生長(zhǎng)[35]。胡麗華[36]研究已證明,膨潤(rùn)土可以提高棉籽的發(fā)芽率,并且在田間種植中發(fā)現(xiàn)1 hm2土地配施0.5～1.5 t膨潤(rùn)土,能使棉花增產(chǎn)1.5%～4.8%。趙雪淞等[37]通過(guò)研究不同膨潤(rùn)土施用量對(duì)花生連作產(chǎn)量和根際土壤肥力的影響發(fā)現(xiàn):施用膨潤(rùn)土后花生葉片酶活性得到明顯提高,對(duì)花生增產(chǎn)也具有促進(jìn)作用。前人研究結(jié)果[38]證明,木薯淀粉具有生物可降解性、相容性和無(wú)毒性等特點(diǎn),可作為替代品應(yīng)用于各種合成聚合物中。木薯淀粉改性后的材料可以在土壤中促進(jìn)肥料的釋放和作物對(duì)養(yǎng)分的吸收,在對(duì)抗病原體、控制病蟲(chóng)害以及促進(jìn)作物生長(zhǎng)中具有廣泛的應(yīng)用前景[39]。本試驗(yàn)中,在水的作用下,凹凸棒土、膨潤(rùn)土和硅藻土充分溶解,并分散附著在顆粒較大的基質(zhì)中,后者在木薯改良型淀粉的黏結(jié)下成球,包裹著種子入土,給棉籽營(yíng)造了可以抵御部分生物和非生物脅迫的一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的“內(nèi)環(huán)境”。一方面凹凸棒土可以吸附土壤周圍的水分,并防止球化物在土壤中發(fā)生霉變。硅藻土保持了球化物的水分,種子吸水膨脹破殼出苗,基質(zhì)中椰子糠、蛭石等較大的無(wú)機(jī)物較為疏松,促進(jìn)了棉苗下胚軸“破球”伸長(zhǎng)。另一方面,球化物裂開(kāi)后繼續(xù)保留在幼苗根系周圍并分散在土壤中,膨潤(rùn)土可以保持根系周圍土壤肥力,硅藻土能延長(zhǎng)基質(zhì)中的肥效時(shí)間,木薯改良型淀粉的黏度則隨著時(shí)間的推移下降,最終無(wú)害化生物降解為水和二氧化碳。因此,本試驗(yàn)中的球化處理技術(shù)能在促進(jìn)種子提高出苗率的同時(shí),為出苗后棉苗生理素質(zhì)的改善奠定物質(zhì)基礎(chǔ),使種子“不僅出苗率高,幼苗還長(zhǎng)得好,長(zhǎng)得快”。

4 結(jié)論

將硅藻土、凹凸棒土、膨潤(rùn)土、木薯改良型淀粉、基質(zhì)和水按8∶8∶8∶13∶93∶171的質(zhì)量比混勻后充分?jǐn)嚢?捏成直徑3.5～4.5 cm的球狀物,并將棉花種子包裹于其中。結(jié)果表明,種子球化處理可以使棉花苗期可溶性蛋白質(zhì)含量提高,超氧化物歧化酶活性提高,在增強(qiáng)幼苗抗逆能力的同時(shí),種子球化處理的棉花株高較未處理顯著增加,說(shuō)明棉苗生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程加快,進(jìn)一步體現(xiàn)為蕾期的果枝數(shù)增加。綜合來(lái)看,種子球化處理可以提高棉苗的生理素質(zhì),改善棉花生理代謝,促進(jìn)棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),改善源庫(kù)關(guān)系,在實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí),為長(zhǎng)江流域植棉輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化栽培奠定了理論基礎(chǔ)。