我国棉花脱叶催熟技术研究进展

本文对棉花脱叶剂的作用机制、脱叶催熟剂种类及使用技术进行了总结分析，旨在为机采棉脱叶催熟剂的科学使用和棉花产业的可持续发展提供一些借鉴和参考。

一、棉花脱叶催熟剂作用机理及其种类

（一）棉花脱叶催熟剂作用机理

棉花叶片的自然脱落是棉花植株体内发生的一系列生理生化变化的结果，常与叶片衰老相关，植物激素平衡的变化对叶片脱落过程中起着重要的作用。处于衰老的叶片中，促进脱落的乙烯和脱落酸的含量增加，而抑制脱落的生长素含量下降，在离层两端生长素浓度梯度逐渐消失，从而离区对乙烯变得敏感，最终导致叶片脱落。

化学脱叶技术是机采棉农艺配套技术的关键环节和重要前提，其原理是特定化合物能够抑制生长素功能的发挥，同时促进或者诱导乙烯产生，进而促进叶片离层的形成，最终达到脱叶目的。外源喷施脱叶剂后可以促进棉花体内脱落酸的生成，有利于棉花叶片脱落，且脱落酸含量与脱叶剂效果呈正相关。外源施用乙烯或乙烯利也可以促进棉花叶片脱落，未完全展开的幼叶和较老的叶片对乙烯比较敏感，而生理功能叶片和完全展开的叶片对乙烯的敏感性较低。功能叶片没有衰老信号诱导下，未发生生理生化变化，在使用低剂量脱叶剂时不足以引起叶片脱落，增加脱叶剂使用剂量时则会造成叶片枯而不落。最近Xu 等的研究表明细胞分裂素和乙烯信号相互作用共同调控棉花脱叶。

棉铃开裂的生理基础是棉铃铃柄基部维管束形成一个软木层阻止水分进入棉铃，维管束组织中的内层与心皮（铃壳）之间发生分离。棉铃开裂之前，乙烯释放量显著提高，至棉铃出现明显裂缝时，乙烯释放量达到高峰，之后迅速下降。韩碧文等研究结果表明，棉铃开放与铃壳内过氧化物酶活性升高呈正相关，据此推测乙烯能够提高过氧化物酶活性，从而生长素降解加速，导致棉铃中乙烯和生长素平衡受到破坏，促使棉铃开裂。

（二）棉花脱叶催熟剂的种类

选择合适的脱叶催熟剂是保障棉花产量和质量的关键因素。通常可将棉花脱叶催熟剂分为三类：干燥剂、脱叶剂和催熟剂。

1.干燥剂。干燥剂可以引起植物细胞破裂，促进植株干枯、落叶[33]。百草枯是一种快速灭生性除草剂，对叶绿体膜破坏力极强，以致光合作用和叶绿素合成很快终止，对棉花具有一定的脱叶和催熟作用，通常将低剂量（154～461 g·hm－2）百草枯与其他脱叶剂混合使用增强对棉花的催枯作用；若百草枯剂量过高会导致棉花叶片枯而不落，并对未成熟棉铃造成伤害。由于百草枯对高等动物的毒性问题和没有有效的解毒剂，自2016 年7 月1 日起，禁止百草枯水剂在国内销售和使用。

氯酸盐是一种具有强烈氧化作用的物质，可以降低植物叶片的光合作用、呼吸强度和蒸腾强度，低剂量时可以作为棉花脱叶剂使用，高剂量时与百草枯一样具有催枯作用。在美国部分地区，棉花生育后期遇到低温时，常选用氯酸盐进行脱叶、催枯。

2.脱叶剂。脱叶剂能够使棉花叶柄基部形成离层，促进叶片脱落。按照作用方式，可分为激素型和除草剂型，或是两类物质的混配使用。激素型脱叶剂的特点是刺激产生乙烯或者抑制生长素的运输，以噻苯隆及其相关复配产品为代表。

噻苯隆属于杂环芳香脲类化合物，是一种具有特殊植物生长调节作用的化合物。噻苯隆不直接伤害棉花叶片，通过棉花叶片吸收，影响植物乙烯、生长素和脱落酸的平衡，促进棉花茎叶和叶柄之间形成自然离层，叶片在棉花枯萎前脱落，避免采收时枯叶碎屑污染棉花。噻苯隆属于接触性脱叶剂，无内吸传导作用，药液必须喷洒全面，尽可能接触到所有的棉花叶片，才能保证达到良好的脱叶效果。但施药时的气候状况对噻苯隆脱叶效果有显著的影响，日最低温度低于12 ℃基本无效果。

敌草隆属于内吸传导性的苯基酰胺类和苯基脲类除草剂，具有一定的触杀活性，通过阻止植物制氧以及光电子转移来抑制植物的光合作用。敌草隆作为除草剂与噻苯隆复配，能够有效加快棉花叶片的焦枯速度，提高低温条件下的脱叶效果。需警惕的是，敌草隆在土壤中的半衰期大于300 d，能够通过土壤淋溶作用导致水域生态环境的污染。作为一种氯代有机物，敌草隆还具有较强生物富集作用，对鸟类、哺乳类动物甚至是水中的无脊椎动物均具有显著的毒害作用。与此同时，由于氯代基团的存在，敌草隆具有很强的毒性和抗生化降解能力，还具有环境持久性、生物累积性、长距离迁移能力，并且对人类健康和生态环境造成极其严重的危害，因此被欧盟确定为优先有害污染物。此外，通过不同的机制杀伤或者杀死植物的绿色组织；同时刺激乙烯的产生，从而起到催熟和脱叶的作用的物质均可用于棉花脱叶催熟。如噻节因是兼具激素和除草剂活性的脱叶剂，能够抑制负责气孔开关蛋白的合成，气孔失去控制后导致棉花叶片迅速失水。脱叶磷则对叶片的栅栏组织具有较强的伤害作用。唑草酯通过产生自由基而伤害细胞膜。除此之外，吡草醚、嗪草酸甲酯、氟胺草酯、环丙酰草胺及植物毒素冠菌素也可用于棉花脱叶。表1 列出了国内外用于棉花脱叶的药剂及药剂组合。

3.催熟剂。乙烯利作为催熟剂在棉花生产上得到了广泛的应用， 它直接促进棉株的乙烯生成，加快棉铃的发育并促进成熟，从而引起叶片脱落和棉铃开裂吐絮。乙烯利的催熟效果优于其对棉花的脱叶效果。乙烯利与脱叶剂混配使用，可以协同加快棉花叶片的脱落

表1 棉花脱叶催熟剂主要种类

我国是世界重要优质棉生产基地，也是世界上最大的农药生产国， 棉花脱叶剂市场巨大，脱叶剂原药和制剂成为登记热点。以噻苯隆原药为例，自拜耳股份公司2005 年取得农业农村部农药检定所农药登记的噻苯隆原药生产登记后，共计11 家企业先后获批噻苯隆原药登记证。

从制剂角度分析，2009 年有6 个棉花脱叶剂制剂产品取得登记后，此后脱叶剂制剂产品登记呈现出逐年增加的趋势，2017 年有22 个脱叶剂制剂产品获得登记。由于制剂产品的生产工艺及相关条件较容易实现，相信后期仍会有大量的脱叶剂产品获得登记。

虽然获批登记的脱叶剂产品数量众多，但从剂型角度看，获批脱叶剂剂型主要集中在悬浮剂和可湿性粉剂，另有少量水分散粒剂、可分散油悬浮剂和微乳剂。制剂种类存在同质化严重的问题，不利于产业发展。

脱叶剂制剂产品数量庞大，但有效成分种类却极为单一。取得登记的90 个脱叶剂制剂产品中，其中88 个产品以噻苯隆为主要有效成分，噻苯隆单剂产品达到46 个， 噻苯隆和敌草隆复配产品为40 个；另有1 个噻苯隆、敌草隆和乙烯利三元复配；1 个噻苯隆和乙烯利复配的产品；另外2 个是以吡草醚为有效成分的产品。

总体来说，目前国内市场脱叶剂种类繁多，但有效成分种类、 有效成分含量和剂型同质化十分严重，造成恶性竞争，不利于脱叶剂乃至棉花产业的发展。其次，近年来植保无人机喷施棉花脱叶剂发展迅速，对脱叶剂的剂型及喷施技术提出了新的要求，但缺乏与之配套的飞防专用制剂。

二、棉花脱叶催熟剂喷施时间

棉花脱叶催熟剂的施用时间对棉花产量和品质具有直接的影响。因此，确定棉花脱叶催熟剂的施用时机非常关键，需要均衡考虑产量和品质之间的关系。目前，棉花生产中确定脱叶催熟剂施用时间的方法主要有以下5 种。生产上常用一种以上的方法去验证或确认另一种，将这些方法结合起来可以提供最佳的脱叶催熟剂施用时间[52]。

1.棉铃吐絮率

棉铃的吐絮率是确定棉花收获时间最常用的方法。研究表明，吐絮棉铃分布均匀且达到60%时，进行脱叶催熟剂喷施对棉花产量和纤维品质的影响最小[53-54]。如果棉花株型比较紧凑，成铃早而集中，吐絮率达到40%时喷施脱叶催熟剂对棉花产量和纤维品质的影响较小[55]。 由于吐絮率的测定需要耗费较多的人工成本，效率较低。近年来，利用光谱的遥感技术发展迅速， 并与棉花脱叶催熟相结合，通过地面光谱、低空光谱和高空光谱相结合的方式判断棉花的吐絮情况，进而建立施药决策模型，确定喷施棉花脱叶催熟剂的时间。

2.棉铃刀切法

棉铃刀切法是利用锋利的刀片切开最上部可收获棉铃，观察其成熟度进而确定脱叶催熟剂施用时间的方法。 研究表明，采用刀切法判断脱叶催熟剂时间时，90%以上棉铃成熟后即可进行脱叶。刀切法可以直观地评估棉铃的成熟度，但评估者的主观性对判断结果影响较大， 刀片的锋利程度也会影响判断结果。此外，成熟棉铃一般难以用刀片进行横切，而且横切时可能会带出纤维；成熟棉铃种子的种皮是棕褐色的， 而未成熟种子的种皮是白色的，在成熟的种子内部，可以清晰辨别出小叶片，而未成熟种子内部包含的是凝胶状物质。

3.裂铃以上主茎节数

裂铃以上主茎节数与吐絮率法相比，主要关注于棉株上部未裂开的棉铃。倒数第5 果枝上的棉铃开裂时喷施脱叶催熟剂，产量降低不超过1%，纤维品质也不受影响。一般认为NACB 等于4 时，喷施脱叶催熟剂较为适宜，但对于密度较低或成熟偏晚的棉田，NACB 等于 3 时较为适宜。NACB 法关注未开裂的棉铃，可以估计棉铃的成熟度，可以确定损失的产量，测定NACB 也较吐絮率耗时较短。但要精确应用这种方法，必须明确有效棉铃的最终开花日期，而且该法适用于第1 果节着生棉铃的棉株和倒数第1 果枝的棉铃是可收获的植株。而对于密度较低、上部铃较多，或营养枝比例较高，以及结铃中断的地块不适宜采用该法。

由于喷施棉花脱叶催熟剂时，棉铃通常不能达到完全成熟，为了明确最优的脱叶催熟剂喷施时间，Wright等研究了不同时期使用脱叶催熟剂对棉花脱叶效果、产量和纤维品质的影响。研究发现，NACB＝6～7 时使用脱叶催熟剂， 相比于NACB＝4～5 时使用脱叶催熟剂，能够提前收获7～10 d，且对棉花产量无显著影响，对棉花品质也无显著影响。这些数据表明，当晚熟作物或收获季节气候恶化时，早期的落叶可能有利于开始早收。

4.生理生长终止后积累的热量单位

生理生长终止点，一般是指的是倒数第6 果枝 第 1 果 节 开 花的时间点，也即是NAWF＝5，这个节位上的花也被称为最后1 个有效花。研究表明，在最后1 个有效铃群体的开花期给于充足生长条件对产量有显著性的贡献。阿肯色大学农业系开发的棉花信息管理系统已采用生理生长终止后积累的热量单位，来决定田间棉花的脱叶期，生产者在棉花生长季的中期即可计划安排脱叶催熟剂的施用和棉花的收获。

按照COTMAN 的指导，当棉田的NAWF＝5 后获得超过850 DDs 时，可以进行脱叶催熟剂的施用[61]，在美国阿肯色州中部和东北部进行的重复研究证实了获得850 DDs 后可以获得较好的效果[63]。 但该法实际操作的局限性较大，由于不同地区环境变化和栽培措施的不同， 要求的DDS可能大于也可能小于472，因此在整个美国棉花带的适用性并未得到证实。

5.开花后天数

Copur 等以棉株开花后天数为脱叶催熟剂喷施指标，发现 75 DAF（Days after flowering）和 90 DAF 后进行脱叶剂处理的籽棉产量较60 DAF后脱叶剂处理的高。过早喷脱叶催熟剂对籽棉产量有显著的负面影响。一种可能的解释是，推迟落叶允许更多的碳同化和光同化物的分配，以促进棉铃生长。90 DAF 进行脱叶剂处理时，气温下降严重，对脱叶剂药效的发挥影响较大，棉叶因低温而不能落叶，造成脱叶不彻底。因此，最佳的落叶时间为75 DA。

棉花生长发育后期， 既要脱叶又要催熟，除了上述5 种判断脱叶催熟剂喷施时间的因素之外，还需要协调棉铃发育和气温变化之间的关系；适宜的脱叶催熟剂喷施时间既能够促进棉株顶部棉铃基本发育成熟，又能满足脱叶所需的气温条件。Tian 等研究表明喷施脱叶催熟剂后，不同时间段的叶片脱落率存在显著差异，以喷施后（7.0±1.0）d 内的脱落率最高， 而且影响叶片脱落率的温度因子因时间段不同亦有较大差异。在喷施脱叶催熟剂后（7.0±1.0）d 内是实现良好脱叶效果的关键时间段，要求该时间段的最高温度大于 27.2 °C、每日≥12 °C 有效积温大于 7.0 °C·日。

三、棉花脱叶催熟剂喷施技术

科学合理的棉花脱叶催熟剂喷施技术能够提高棉花的脱叶吐絮质量，进而降低籽棉中的碎叶杂质，对解决棉花品质问题具有重要意义[67]。但在实际生产中，脱叶催熟剂的喷施往往受到多种因素的影响，其中施药器械和施药技术具有很重要的作用。从最早的人工喷施，到喷杆喷雾机喷施，再到近年来发展迅速的植保无人机喷施，棉花脱叶催熟剂的施药效率在不断的提高，对棉花的高产、稳产起到了重要的作用。

然而， 由于新疆棉花种植密度大 （行距为66 cm＋10 cm），导致棉花叶片交叉重叠严重，棉花脱叶催熟剂喷施过程中， 会造成雾滴穿透性差， 影响棉花冠层下部的脱叶催熟剂雾滴覆盖率，导致脱叶吐絮效果不佳。其次，脱叶催熟剂喷施及药效的发挥还受到多种因素的影响，如棉花品种及生长状态，施药期间的气温和光照、空气湿度和降雨等因素都对脱叶吐絮效果有着较大的影响。因此对脱叶催熟剂和科学施用提出来更高的要求，如何在多变复杂的环境条件下，通过施药技术来改善和提高脱叶吐絮效果是一个极大的挑战。

1.喷杆喷雾机喷施技术

喷杆式喷雾机是一种将喷头装载于横向喷杆或竖向喷杆上的一种植保机械，广泛应用于大田作物，具有作业效率高，喷洒效果优良等特点。应用于棉花脱叶催熟剂喷施的喷杆式喷雾机主要分为普通喷杆式喷雾机、吊杆式喷杆喷雾机和风幕式喷杆喷雾机。

普通喷杆式喷雾机具有喷射压力大、雾化性能好、穿透力强、农药利用率高、操作简单、使用安全等特点，广泛地应用于新疆棉田植保作业和脱叶催熟剂喷施作业中，具有良好的作业质量。然而，喷杆喷雾机主要采用纯液力雾化的方式从棉花冠层上方向下喷施；而新疆棉花种植密度大、棉花冠层稠密，药液雾滴无法穿透冠层到达棉花的中下部，导致药液雾滴分布不均匀，中下部叶片着药量少，影响棉花的脱叶和吐絮质量。

为了提高棉花中下部叶片的着药量，将喷头安装在吊杆上的吊杆式喷杆喷雾机逐渐取代了普通喷杆式喷雾机。吊杆式喷杆喷雾机将喷头设置于吊杆上，其作业时吊杆沉入冠层内部并能够强制回位，克服了喷头只位于植株上部的缺点，可以大幅提高棉花冠层中下部药液量的沉积，大幅提高了中下部叶片的脱落率和棉铃吐絮率。但由于棉花冠层内部枝叶稠密，不利于药液雾滴扩散，冠层内部的药液沉积分布均匀性较差，易造成脱叶不完全，影响棉花品质。

棉花冠层内部着药量与中下部的脱叶效果直接相关，为了提高脱叶催熟剂在棉花冠层内部的穿透和附着，风送气流扰动方式辅助喷施的风幕式喷杆喷雾机发展迅速。风幕式喷杆喷雾机出风口喷出的辅助气流可以增加雾滴动能、提高雾滴穿透力、减少雾滴飘移、改善雾滴雾化效果，能够显著提升棉花中上部冠层内的药液雾滴沉积分布的均匀性。但在棉花冠层稠密时，其风送气流扰动效果不佳，药液雾滴仍难以穿透冠层到达棉花下部区域，棉花中下部叶片着药量不足，无法实现叶片有效的脱落和棉铃的吐絮。

在喷杆喷雾机相关参数的研究中，秦维彩等采用响应面法构建了以横喷杆高度、吊喷杆高度和吊喷夹角等参数为设计变量，以棉花冠层平均雾滴覆盖率最大为优化目标的施药机具喷洒参数优化近拟模型，发现对棉花冠层雾滴覆盖率的影响大小依次为横喷杆离地高度、吊喷离地高度、吊喷夹角；最优喷洒参数组合为横喷杆离地高度134 cm，吊喷离地高度27.5 cm，吊喷夹角21°。这为喷杆式喷雾机喷施棉花脱叶催熟剂提供了重要的理论参考。

然而，与喷杆式喷雾机配套的压力喷头还存在“跑、冒、滴、漏”现象，雾化效果不理想、药液利用率低、药效差、农药利用率低，植株和土壤中有药液残留等问题。此外，无论是何种喷杆式喷雾机喷施棉花脱叶催熟剂，都需要大型拖拉机进行牵引，作业过程中会导致碾压棉株、撞击棉铃、拽拉棉枝、撞落已吐絮棉花等问题，提高了机械采收的损失率。

2.植保无人机的喷施技术

植保无人机以轻小型无人机为载体，由飞行平台、 导航飞控和农药喷雾设备三部分组成，并引入全球定位系统 （Global positioning system，GPS）、地理信息系统（Geographic information system，GIS）和载波相位差技术（Real-time kinematic,RTK），以“云服务、大数据”为技术背景，实现精准化植保作业。植保无人机施药技术在小麦、水稻、玉米、棉花、果树等作物上发展迅速，极大地提高了航空植保作业的质量，可有效提高农药的利用率，实现农药的减施增效，既促进资源高效利用，又有利于农产品安全和环境保护。航空植保技术在棉花上的应用主要是防治病虫害和喷施棉花脱叶催熟剂等，大面积的棉花种植，推动了植保无人机的生产与应用，同时也日益凸显出植保无人机的作业效率高、效果好、不伤苗、节约成本的特点，逐渐受到人们的广泛关注和青睐。

脱叶催熟剂的喷施效果主要以脱叶率和吐絮率进行判定，这直接关系到籽棉采收的含杂率和品质。无论是何种喷施装备，为了实现脱叶催熟剂功效的最大化，都要具备作业效率高、施药效果好、操控简单易于推广等基本要素。

四、展望

棉花生产规模化、机械化、信息化、标准化是棉花可持续发展的必由之路，机采棉栽培模式与技术的全面推广对实现棉花产业的提质增效具有重要意义。如何实现棉花的高效脱叶和吐絮，仍将是我们急需解决的关键性技术。

一是开展农艺农机相结合的棉花脱叶催熟剂机械化喷施关键技术研究。以优化棉田脱叶效果为目标，以棉花叶片对脱叶催熟剂的敏感性与棉花品种、种植模式、水肥管理、化调化控的机理性关系为基础，研究棉花产质量统一理论框架下棉田实际生产各个环节农艺技术措施与农机设备的优化调整方案，为提高棉田脱节催熟剂喷施效果提供基础。

二是开展棉花脱叶催熟剂的减施增效技术研究。 对脱叶剂的有效成分、剂量和剂型进行系统优化，特别是研发飞防专用制剂，并结合绿色助剂的合理配伍，降低脱叶催熟剂的用量、提高脱叶效果，探索出适合机采棉的脱叶催熟剂减施增效技术。

三是棉花脱叶催熟剂与智能机械化喷施装备的适配技术研究。对棉花脱叶催熟剂喷施技术与喷施装备适配技术进行系统优化，形成与智能化机械施药装备适配的脱叶催熟剂喷施技术。

作者：周婷婷、肖庆刚、杜睿、韩小强、张国强、王国宾，来源：棉花学报2020年第2期，图文编辑：天山植保，转载请注明出处！