1. 引言
甘蔗是广东重要的经济作物之一,广东是我国第三大甘蔗产区,相比于广西和云南蔗区,广东蔗区甘蔗生产上最突出的问题就是低糖分,近两年产糖率都不到10%,而广西和云南产糖率均达12%以上。对于如何提高广东蔗区甘蔗糖分,各方甘蔗从业人员都在努力尝试不同办法来提高糖分 [1] [2] [3]。通过化学制剂来调控甘蔗生长增加甘蔗糖分是一个重要手段,在国内外均有研究,特别是甘蔗主要生产国家如南非、美国、巴西和古巴等国家从20世纪50年代开始在甘蔗增糖剂(或催熟剂)从20世纪50年代开始应用方面开展大量研究,已经非常成熟且持续应用很多年。目前国内在甘蔗上开展增糖应用研究最多的化学产品是乙烯利 [4] [5],其次就是草甘膦(增甘磷) [6] [7],前者是常用的水果催熟剂,通过促进甘蔗成熟来提高糖分,后者是一种除草剂主要成分,通过低浓度的喷施甘蔗叶面使甘蔗生长受到抑制从而累积糖分,二者对于喷施应用的浓度或者用量要求较高,浓度太低没有效果,浓度太高会产生副作用造成减产等不利影响。另外还有植物激素类产品、养分元素 [8]、氨基酸及其他化学合成类产品 [9] [10] [11]。甘蔗由于植株较高,后期人工难以喷施,曾有研究利用轻型飞机进行大面积喷洒取得 [12] 一定效果,但是由于飞行管控严格以及对于地势、面积、操控等各方面原因难以推广应用 [13] [14]。也有通过地埋式滴灌来进行增糖剂应用的研究报道 [15],但是滴灌成本高,在甘蔗生产上并未大面积普及应用。如今随着无人机在农业航空领域逐渐推广应用,其在甘蔗增糖剂喷施应用上成为最佳方式 [12] [16] [17],而利用无人机进行甘蔗增糖剂喷施应用的相关研究鲜有报道。因此,本研究选择不同种类的增糖剂通过无人机喷施应用在广东粤北蔗区开展试验,为甘蔗增糖剂在广东蔗区应用提供参考。
2. 材料与方法
2.1. 供试甘蔗品种与增糖剂
供试品种为粤引11 (YY11)和粤糖94-128 (YT128),前者为国外引进品种,大茎种,中熟,糖分中等,后者为广州甘蔗糖业研究所自育品种,细茎种,迟熟,糖分偏低。
供试增糖剂包括:1号增糖剂:主要成分为40%乙烯利,水剂;2号增糖剂:主要成分为30%草甘膦异丙胺盐,水剂;3号增糖剂:主要成分为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),粉剂配制成水剂;4号增糖剂主要成分为中微量营养元素液体肥,水剂;5号增糖剂主要成分为氨基酸液体肥,水剂;6号增糖剂为从古巴引进的FITOMAS增糖剂,主要成分为制糖有机废液等,水剂。
2.2. 试验设置
试验设计试验采用随机区组设计,3次重复。试验共设7个处理:CK(清水对照);T1,1号增糖剂(稀释1000倍);T2,2号增糖剂(稀释1000倍);T3,3号增糖剂(稀释500倍);T4,4号增糖剂(稀释500倍);T5,5号增糖剂(稀释500倍);T6,6号增糖剂(稀释1倍)。
田间种植试验地设在广东韶关市翁源县官渡镇东三村,属于亚热带季风气候,年平均气温20.6℃,年总积温7434℃,年平均降雨量1693.9毫米。试验田行长20 m,行距1.2 m,5行区,每小区面积120 m2。2017年12月20日种植,每亩下种量为8000芽。2018年平均气温较常年偏高,降水量偏少,日照偏多。9月30日至10月8日、10月10日至20日出现了两次寒露风天气过程。2018年11月1日开始增糖剂喷施处理。所用无人机型号为大疆MG1S,设定每亩喷施量为1 L,距离叶片顶部1米高度,喷头总流量0.8 L/min,采用手动模式飞行。
2.3. 调查项目
在喷施后30天及60天分别对甘蔗进行取样分析糖分,每个小区随机砍收6条甘蔗作为一个样本混合榨汁分析蔗糖分和还原糖分含量,糖分检测送广东茂源糖业公司化验室进行。收获测产时统计小区总条数,并对甘蔗株高、茎径进行调查,每个小区随机测量30株。收获后60天对宿根发株情况进行调查,统计苗数。
含糖量(t/hm2) = 蔗糖分 × 产量
宿根发株率(%) = 宿根出苗数/收获时总条数 × 100%
数据采用Microsoft Excel2013和SPSS19.0进行统计分析,差异显著性采用LSD法方差分析。
3. 结果分析
3.1. 不同增糖剂对甘蔗农艺性状及产量的影响
根据表1所示的结果可以看出,与对照相比,1号增糖剂对两个甘蔗品种的株高有一定的负面作用,稍低于对照,但差异不显著,对茎径没有明显影响,其他增糖剂对两个品种株高和茎径均没有负面作用。因此,1号增糖剂对甘蔗产量跟对照相比有轻微降低,但统计差异不显著,其他处理产量跟对照相比均持平或者稍有提高,其中5号增糖剂对产量的增加幅度相对最大,但所有处理产量差异均不显著。
Table 1. Effects of different sucrose promoter on agronomic characters and yield of sugarcane
表1. 不同增糖剂对甘蔗农艺性状及产量的影响
注:同列数据后字母不同则表示存在显著性差异(p < 0.05)。
3.2. 不同增糖剂对甘蔗工艺成熟前期糖分的影响
从甘蔗工艺成熟前期的糖分检测结果(表2)可以看出,不同增糖剂对甘蔗品种YY11的蔗糖分产生了不同程度的提升作用,其中1号、3号、4号、5号和6号增糖剂的蔗糖分显著高于对照处理,而2号增糖剂的蔗糖分虽也有提升,但跟对照相比差异不显著。同时,2号、3号和5号增糖剂处理的还原糖分比对照处理显著降低(p < 0.05),1号、4号和6号增糖剂处理还原糖分跟对照无显著差异。对于YT128来说,所有增糖剂处理的甘蔗蔗糖分均显著高于对照,同时除1号增糖剂外其他所有处理还原糖分比对照显著降低(p < 0.05)。
Table 2. Effect of different sucrose promoter on sugar content of sugarcane in the early stage of technological maturity
表2. 不同增糖剂对甘蔗工艺成熟前期糖分的影响
注:同列数据后字母不同则表示存在显著性差异(p < 0.05)。
3.3. 不同增糖剂对甘蔗工艺成熟中后期糖分的影响
从甘蔗工艺成熟中后期的糖分检测结果(表3)可以看出,不同增糖剂对甘蔗品种YY11的蔗糖分均产生了显著的提升作用,所有增糖剂的蔗糖分均显著高于对照处理,其中最高的的为5号增糖剂。同时,除3号增糖剂处理外其他增糖剂处理的还原糖分比对照处理显著降低。对于YT128来说,4号增糖剂处理的甘蔗蔗糖分均显著高于对照,其他处理与对照相比差异不显著。同时1号、4号和5号增糖剂处理还原糖分比对照显著降低(p < 0.05)。
Table 3. Effect of different sucrose promoter on sugar content of sugarcane in the middle and later stage of technological maturity
表3. 不同增糖剂对甘蔗工艺成熟中后期糖分的影响
注:同列数据后字母不同则表示存在显著性差异(p < 0.05)。
3.4. 不同增糖剂对甘蔗含糖量的影响
不同增糖剂对单位面积甘蔗含糖量影响的结果如表4所示,首先,对于YY11这个品种,在喷施增糖剂30 d后,跟对照相比,所有增糖剂处理对于甘蔗含糖量均有一定的提升,其中5号增糖剂处理YY11含糖量比对照提升了8.58%,在喷施增糖剂60 d后甘蔗含糖量进一步增加,但跟对照处理相比增幅有所降低,其中最高的为5号增糖剂处理,比对照提高6.62%。对于YT128来说,处理30 d后,所有增糖剂对于甘蔗含糖量均有一定提升,同样是5号增糖剂处理含糖量最高,比对照提升了12.64%,但统计差异不显著。喷施60 d后,含糖量最高的仍是5号增糖剂处理,比对照提高了9.87%,另外1号增糖剂处理反而比对照下降了0.96%。
Table 4. Effect of different sucrose promoter on sugar content of sugarcane
表4. 不同增糖剂对甘蔗含糖量的影响
注:同列数据后字母不同则表示存在显著性差异(p < 0.05)。
3.5. 不同增糖剂对甘蔗宿根发株的影响
根据对甘蔗宿根发株的情况进行调查结果(图1)可以看出,各个增糖剂中只有1号增糖剂处理的甘蔗宿根发株率与对照相比有明显下降,两个品种下降幅度不一,其中YY11下降5.71%,而YT128下降7.45%,但跟对照处理差异均不显著。说明增糖剂对宿根甘蔗出苗没有不利影响。
Figure 1. Effect of different Sucrose Promoter on ratoon of sugarcane (Note: The different letter on the cylindrical graph means significant at 5%)
图1. 不同增糖剂处理对甘蔗宿根发株的影响(注:柱形图上字母不同则表示存在显著性差异(p < 0.05))
4. 讨论与结论
我国在20世纪70年代就有关于甘蔗增糖剂的研究报道 [18],80~90年代开始个有关研究单位对于不同的增糖剂在甘蔗上的应用开展了大量的相关研究 [19] [20] [21]。不同增糖剂对于甘蔗增糖的机理不同,像草甘膦盐之类的增糖剂属于抑制甘蔗生长从而促进成熟 [22],其对产量具有一定的负面影响,有些甚至会影响宿根。本研究结果表明,所有增糖剂中1号增糖剂草甘膦对于甘蔗的产量产生了副作用,不同品种比对照均有一定下降,同时宿根发株率也比对照降低。因此,在美国甘蔗生产上,其主要用在宿根甘蔗的最后一年使用。由于不同品种对于除草剂具有不同的抗性,有些品种对于草甘膦会特别敏感,容易产生药害,因此,对草甘膦敏感的甘蔗品种需要主要控制草甘膦用药量或者避免使用。乙烯利是研究最多、最深入的一个化学制剂 [23]。本研究中,2号增糖剂乙烯利对于甘蔗糖分具有一定的提升作用,但不是最佳的,可能与地域、品种及栽培管理也存在一定关系。本研究中4号增糖剂主要成分为中微量元素,5号增糖剂主要成分是氨基酸,两者都是植物吸收的养分,对甘蔗产量具有促进作用,对于糖分积累也是有利的,因此这两种处理的含糖量比对照增加幅度相对较大。
不同甘蔗品种自身的基因型决定了糖分的高低,低糖品种的糖分无论怎么调控也很难达到高糖的品种,同时不同品种对于同一种增糖剂的响应也是不同的。本研究中,两个甘蔗品种本身在农艺性状、产量及糖分上均差异很大,二者对于增糖剂的响应程度也不一样。不同增糖剂对于两个品种的蔗糖分及还原糖分的影响存在差异(表2,表3),在喷施各种增糖剂30d后,YT128的含糖量比对照提升幅度均高于YY11 (表4),同样在喷施增糖剂60 d后,YT128的含糖量比对照提升幅度也均高于YY11,因此,不同品种最合适的增糖剂可能是不一样的,在生产上应用时需要进行筛选鉴别。从喷施后不同的时间糖分结果来看,不同处理和不同品种存在一些差异。总体来说,喷施60 d后的含糖量比对照的增幅要小于喷施30 d后含糖量比对照的增幅,说明喷施后有一个最佳的收获期,处理后时间太长的增糖效果可能会打折扣,因此建议根据甘蔗的收获时间提前一个月或45天进行喷施。另外,不同区域气候、土壤以及栽培措施对于甘蔗糖分都会有影响,因此还需要进一步结合不同条件开展更多的研究试验才能确定增糖剂的施用效果及其稳定性。
本研究的结果表明,通过无人机喷施各种增糖剂对粤北地区两个品种甘蔗产量和宿根发株无不利影响,有利于提高蔗糖分,提升甘蔗含糖量。其中4号增糖剂(中微量营养元素液体肥)和5号增糖剂(氨基酸液体肥)对于两个甘蔗品种的含糖量提升幅度最大。
基金项目
广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室开放基金(2017B030314123);现代农业产业技术体系建设专项(CARS-170203)。