第三章 植物生长调节剂的
使用技术与评价
第一节 植物生长调节剂使用的特点和影响因素
2001年起国家将植物生长调节剂列入农药进行管理,其作用对象为植物(主要为农作物),与杀虫剂、杀菌剂和除草剂等农药类似,并且需要充分考虑药剂本身、植物(作物)对象、使用技术和环境条件等影响作用效果的多个因素,并且需要遵守农药使用的一般原则。然而,由于植物生长调节剂直接作用于植物,对植物生长发育相关的许多性状如作物节间伸长、果实膨大等性状的调节,既要能解决生产问题,又能保障作物高产,且不影响农产品品质。因此,科学使用植物生长调节剂,需要了解植物生长调节剂的作用特点和影响药效发挥的主要因素。
一、植物生长调节剂作用特点
1.不同植物生长调节剂作用效果不同
每种植物生长调节剂具有特定的一种或多种功效。由于不同种类的调节剂在化学结构、作用原理等方面存在很大差异,因而其作用效果也不相同,有时甚至截然相反,如植物生长促进剂和植物生长延缓剂对植物生长的影响就存在显著的差异。另外,虽然同一类调节剂的作用效果相似,一般没有质的区别,但由于各方面的原因(如吸收、运输、代谢、受体等)却存在量的差异。如植物生长延缓剂中,不同药剂在相同浓度时对某一作物的效果不同,生产上若要达到相同效果,使用的浓度通常存在差异。以不同植物生长延缓剂降低小麦株高效果为例,特效烯(tetcyclacis)的效果较好,只需2.8×10-5mol/L就能使小麦株高降低50%,而甲哌(DPC,缩节安)的效果较差,使小麦株高降低50%的浓度高达6.3×10-2mol/L,较前者高出数千倍。
2.同一种植物生长调节剂对不同作物或不同品种的效果不同
由于不同植物形态结构、生理和生长发育特点不同,对外源施用的植物生长调节剂的反应不一,使用同样剂量的同种调节剂会有不同效果,因而生产上应用时需要根据植物特点和反应确定适宜的剂量。例如缩节安在棉花上效果明显,一般每亩使用3~5g,使用浓度不超过300mg/L;而小麦对甲哌不敏感,使用到40g/亩反应仍不明显,使用成本较高。小麦、玉米对多效唑反应敏感,可用作防倒剂,棉花对多效唑敏感,使用技术要求很严格,不宜盲目推广。
同一种植物生长调节剂甚至对同一作物不同品种效果也不同。例如苹果品种橘苹表现出能耐高浓度的2,4-D,在浓度高达1000mg/L时仍然不表现出反应;相反布雷姆利实生品种对5mg/L的2,4-D即表现出强烈的生长反应,500mg/L浓度可使植株致死。这是因为橘苹体内含有一种酶,可脱去2,4-D脂肪侧链的羧基,而布雷姆利实生品种体内没有这种酶。乙烯利诱导瓠瓜产生雌花,早熟品种用100mg/L,中熟品种用200mg/L,晚熟品种用300mg/L。另外诱导柑橘类花果疏除的适宜萘乙酸浓度是300~500mg/L,这个浓度比疏除苹果、桃、梨、橄榄和杏所用的浓度高10~20倍,这可能与柑橘类果树可迅速形成结合态生长素有关。
3.植物生长调节剂的浓度效应
植物生长调节剂的有效浓度多为每升几毫克到几百毫克,每公顷用量多为几十至几百克。如芸薹素内酯在生产上的使用浓度一般为0.01~0.1mg/L,每公顷使用有效成分总量一般0.2~2.0g,属超低用量农药。这与一般化肥、杀虫剂、杀菌剂不同。
不同植物甚至不同品种、不同器官,对同一种植物生长物质敏感性不同。剂量合适则效果好,过低或过高则效果不佳,甚至还会有副作用。通常植物的根、茎、叶对生长素的反应浓度显著不同。植物生长调节剂应用于作物上浓度效应很明显:如使用2,4-D处理番茄花蕾时,10~15mg/L可防脱落、促坐果,浓度过高会造成空心、裂果和畸形果,从而降低产量和品质;比该浓度更低的2,4-D都会引起棉花、大豆等阔叶敏感作物上发生“鸡爪叶”、茎扭曲等受害症状;100~500mg/L能抑制生长与萌发;高浓度(1~2g/L)可杀死许多双子叶杂草,可以用作除草剂。所以在使用植物生长调节剂时要严格掌握浓度和剂量,不可随意增加。
植物生长调节剂的应用效果与使用浓度密切相关。适宜的使用浓度是相对的,并不是固定不变的。在不同地区、作物品种与长势、生长调控的目的和药剂使用方法等情况下,都存在不同的使用浓度。浓度过低,不能产生应有的效果;浓度过高,会破坏植物的正常生理活动,甚至伤害植物。如:乙烯利在1~10g/L促进橡胶树排胶;1000mg/L催熟番茄、香蕉等;100~200mg/L诱导黄瓜雌花。
4.植物生长调节剂的时间效应
植物生长调节剂一般要在特定生育阶段使用才有效果。过早或过晚使用,不但不能达到理想效果,常会有副作用或药害。如应用植物生长延缓剂防止冬小麦倒伏,最佳时间在小麦基部节间开始伸长的起身至拔节期。使用过早,小麦刚返青,吸收能力差;使用过晚,在小麦拔节后期使用,小麦基部的节间已长成,防止倒伏的效果不佳。如果在抽穗前后使用生长延缓剂,则会影响小麦抽穗或延缓穗下节的伸长,严重影响小麦产量。所以使用植物生长调节剂时要严格遵照产品说明和要求的时间或生育期,不可随意改变。
用乙烯利催熟棉花,用药时期选择很重要,要把握好大多数需要催熟棉铃达到铃期的70%~80%(铃龄45d以上)。如果使用过早,会影响棉花品质。另外,使用乙烯利的具体日期也要特别注意,处理后要有3~5d日最高温度在20℃以上。因为乙烯利在棉花体内需要20℃以上的温度才能迅速释放乙烯,同时考虑到乙烯利的吸收和发挥作用需要几天的时间,不能过晚,否则会影响催熟效果。通常地,乙烯利催熟棉铃应掌握在枯霜期(北方棉区)或拔棉柴(复种棉区)之前15~20d进行处理。
5.植物生长调节剂存在作用期及“反跳”现象
植物生长调节剂进入植物体内,经过运输和信号转导过程,才能发挥效能。随着时间推移,调节剂代谢、降解或向环境逸散,植物体内调节剂减少,作物随生育过程敏感性变化,作物不再表现反应。使用植物生长调节剂后,从效应表现到消失的时间,一般称为调节剂的作用期(或效应期)。
植物生长调节剂作用(抑制或促进作用)消失后,植物体有时反而表现出相反的生长效果,一般称之为“反跳”现象。这是植物生长调节剂的一种普遍现象,如植物生长延缓剂作用消失后,植物某些节间(其伸长生长已处于延缓剂有效期之后)反而长于对照。以小麦上应用多效唑为例推测这一现象的原理:多效唑在抑制赤霉素生物合成时,主要抑制GA3生物合成途径中的“贝壳杉烯→贝壳杉烯醇→贝壳杉烯醛→贝壳杉烯酸”的3步氧化过程,不抑制贝壳杉烯合成,也不影响贝壳杉烯酸以后的过程。因而当赤霉素合成受到抑制时,使贝壳杉烯在植物体内有一定的积累。当多效唑抑制作用消失后,由于积累了较高水平的贝壳杉烯,赤霉素合成较多,从而促进了生长。棉花上应用DPC、果树上应用延缓剂也有类似现象。
6.植物生长调节剂的互作和配合使用
作物生长发育包括多种生理过程,调节剂一般影响某个或某些过程,有时对其他过程无效或有害。植物激素间存在各种相互作用,不同调节剂间的作用既相对独立又相互联系。合理利用两种或多种调节剂复合使用,可发挥增效作用。
(1)混合使用 利用不同调节剂的效应,同时使用,达到作用效应的加成、相乘,或取长补短,达到增效和减少副作用的目的。对茶树穗枝发根,萘乙酸促进生根但扦插后3~4个月对地上部分生长影响弱,而VB1能促进插穗生命活动。用5mg/L VB1溶液加100mg/L萘乙酸溶液处理茶树短穗插枝,相较于两者单独处理,生根早,根多而长,地上部分生长好。乙烯利能矮化玉米和防倒伏,但果穗发育明显受抑制,胺鲜酯和芸薹素内酯等植物生长调节剂能促进玉米果穗发育,减少秃尖。二者配合混用,合理密植,可兼有防倒增产作用。
(2)顺序使用 利用植物发育阶段性和激素作用的顺序,先后施用不同调节剂,加强对同一目标的控制效果或解决不同发育阶段的问题。要考虑作物发育程序、植物生长调节剂作用效果和作用先后。在植物根系生长发育的不同时期,受不同浓度及不同激素的影响,如不定根诱导期需要激素IAA,起始早期细胞分裂需要较多IAA,高浓度GA会抑制这个过程。在促进作物生根时要考虑在根系生长发育不同时期,不同种类激素的效应差异。研究发现,对绿茎下胚轴生根,先用IBA后用延缓剂效果最好,两者同时处理其次,先用延缓剂后用IBA效果最差。在棉花的生产上,苗期、蕾期和花铃期使用缩节安调控株型,协调营养物质分配,有利于棉花增产和品质改善;在棉花的吐絮期,施用乙烯利促进晚熟棉铃吐絮,施用噻苯隆促进棉花脱叶,利于机械收获。通过在不同的生育阶段进行系统化控,更好地调控作物生长。
二、植物生长调节剂效果的影响因素
植物生长调节剂的种类繁多,功效各异,被植物吸收、运输、钝化、降解与转化的方式也千变万化,对生长效应的影响亦相差很大,即使药剂种类相同、作物相同,在不同地区、不同季节或采取不同的使用方法,也会产生不同的效果。因此,在使用调节剂时,应根据使用目的,选择适当的药剂种类及剂型,确定使用的时期、浓度、部位和方法,从而达到预期的目的,取得更大的经济效益。
1.药剂因素
(1)植物生长调节剂的品种和药剂质量 选用不同药剂,其效应、强度、机理、理化性质等不同,药剂效果显然会不同。植物生长调节剂质量也会影响效果。植物生长调节剂生产过程中,如果存在与有效成分结构类似的化合物,竞争植物内结合位点,但生理活性相对较低,或含有靶标植物有害杂质,都会降低药效甚至有副作用。例如缩节安药品的质量对效果有影响。按照缩节安的质量标准,原药合格品为有效成分≥96%,杂质含量<1.5%。杂质含量对药效的影响不容忽视,研究发现,即使有效成分在97%以上,杂质含量超过2%就会影响药效。
(2)植物生长调节剂的剂型 植物生长调节剂剂型影响药剂存留、吸收、运输、稳定性等,对其效应影响很大。生产上要结合药剂理化特性和应用对象,设计适当剂型。例如三十烷醇在水中溶解度极低,难以被植物吸收,生产上应用效果不稳,甚至多数研究者曾否认其效果。但后来成功开发了三十烷醇乳粉剂型,提高了吸收运转效率,在生产上应用逐步扩大。赤霉素、多效唑、芸薹素内酯等的效应也有类似例子。噻苯隆作为棉花脱叶剂,油悬浮剂的效果优于可湿性粉剂,这是由于油基助剂有利于药剂的渗透和棉花叶片的吸收。
(3)其他化学成分 产品中的其他助剂如渗透剂、增效剂、展着剂、黏着剂、抗蒸腾剂等能增加植物生长调节剂的稳定性,提高吸收和利用效率。与其他调节剂品种、杀菌剂、杀虫剂、除草剂、肥料等农用化学品配合施用,也会影响效果。
2.作物因素
植物的生育期、生理状态以及形态特征等,都会影响植物对植物生长调节剂的持留、吸收、敏感性等,这与杂草对除草剂药效的影响相似。对于植物生长调节剂来说,作物对其的敏感性也是影响药效很重要的因素。
不同作物对同种或类似植物生长调节剂的敏感性不同,可能与受体数量、分布、特性和信号传导途径有关。就降低株高、防止倒伏而言,小麦、玉米、棉花各有其适用的植物生长调节剂。小麦为多效唑,棉花为缩节安,玉米为乙烯利。棉花对缩节安很敏感,小麦和玉米则不然。许多农民在小麦、玉米生产上应用缩节安降低株高防倒伏,但成本提高,效果不佳。棉花对多效唑过于敏感,因而对使用技术要求很严格。
即使同种植物,不同品种或生态类型,对植物生长调节剂的敏感性也不同。如大穗型小麦应用20%甲·多微乳剂后穗子更大,多穗型小麦应用后则穗子更多。
3.使用技术因素
(1)施用部位 植物器官与部位不同,对植物生长调节剂反应的敏感程度不同。同一植物的不同器官反应敏感性也不同,如根对IAA浓度的反应最敏感,芽次之,茎最迟钝。2,4-D防止番茄落花,促进子房生长,需要10~20mg/L,只能涂于花上,不能洒在叶片与幼芽上,否则会引起它们的畸变。施用IAA或赤霉素防止落果,药剂的作用在于使果实成为代谢库,以促进植物营养物质向施用部位运输,故处理的部位以果柄、果实为宜。若只喷洒于叶片,则使叶片成为代谢库,将起到相反的作用。用乙烯利促进橡胶树排胶,应将乙烯利油剂涂于树干割胶口下方宽2cm处,刺激乳胶不断分泌出来,提高产胶量,否则就收不到预期效果。用萘乙酸或乙烯利刺激凤梨开花,可将药液注入筒状心皮中,直接刺激花序分化,而不是全株喷洒或土壤浇灌。
(2)施用时期 植物生长发育阶段不同,对植物生长调节剂反应的敏感性存在差异。要根据使用目的、生育阶段、药剂特性等因素,从当地实际情况出发,经过试验确定最适宜的用药时期。如乙烯利催熟棉花,在棉田大部分棉铃的铃期达到45d以上时,才有很好的催熟效果。若使用过早,会使棉铃催熟太快,铃重减轻,甚至幼铃脱落;使用过迟,则催熟的意义不大。黄瓜使用乙烯利诱导雌花形成,必须在幼苗三叶期使用,过迟用药,则早期花的性别已定,达不到诱导早花的目的。水稻和小麦的化学杀雄,以在单核期(花粉内容充实期)施药最佳,不育率在95%以上,杀雄率高。过早或过迟施药效果差,有的甚至无效。果树应用萘乙酸作为疏果剂应在花后使用,作为保果剂应在采前使用。防止小麦倒伏,应在起身至拔节前应用植物生长延缓剂进行处理。
(3)处理浓度、水量和水质 调节剂适宜的应用浓度是相对的,不是固定不变的。地区不同,作物品种、长势、目的、方法不同,调节剂的使用浓度也不同。浓度过低,不能产生应有的效果;浓度过高,会破坏植物的正常生理活动,甚至产生药害。几种植物生长调节剂浓度对作用效果的影响见表3-1。
表3-1 植物生长调节剂浓度对作用效果的影响
常见植物生长物质用量的表示方法有:
① 使用浓度 一般按有效成分的质量浓度计算应采用国际标准单位,质量用毫克(mg)等,体积用升(L)等,即mg/L。
② 单位面积使用量 是用每公顷使用的药剂有效成分量表示,对植物生长调节剂产品而言多数换算成单位面积使用产品的量。在用水稀释情况下:
单位面积用量(g/hm2)=使用浓度(mg/L)×单位面积用水量(L/hm2)×10-3
因为不同情况下处理时,用水量并不完全一样,在使用植物生长调节剂时,仅强调使用浓度或使用量是不够的,可能会对使用效果有影响。科学和准确地表示方法应同时说明使用浓度、单位面积用药量(或单位面积用水量)。一般喷施处理时,应根据单位面积需要的有效成分量,结合处理作物特点和喷药器械的性能,计算合适的用水量,配制后处理。在浸蘸处理等情况下,药剂浓度的准确性较重要。配制药液用水的质量有时也影响药剂效果。水的硬度不同,可能会影响药剂的分散、溶解、稳定性及吸收效率等。被污染的水不能用来配制药液。
(4)施用方式和次数 由于不同植物生长调节剂进入植物体的途径不同,所以施用方式就有所不同。多效唑主要通过根部吸收,所以土施效果好;缩节安主要从叶面进入植物体,所以多进行叶面喷施。
植物生长调节剂的使用次数也影响效果。增加使用次数能使药剂的持效期延长,对一些需要持续控制的性状,如株型调节等效果更显著。在棉花生产上应用甲哌(缩节安)可以控制节间伸长,延缓植株生长。20世纪80年代,中国农业大学作物化学控制研究室提出在棉花的不同生育阶段应用缩节安,可以持续控制棉花的株高,达到不徒长,不出现“高大空”的株型。
4.环境因素
施药时的环境因素如田间温度、大气湿度和光照强度等因素,都会影响植物生长调节剂的作用效果。在一定温度范围内,植物生长调节剂的应用效果一般随温度升高而提高。这是因为温度升高会加大叶面角质层的通透性,加快叶片对植物生长调节剂的吸收;另一方面,叶片的蒸腾作用和光合作用增强,植物体内的水分和同化物质的运输也较快,这也有利于植物生长调节剂在植物体内的传导。例如乙烯利的作用直接受到温度的影响。温度高,分解速度加快,效果好;反之,进入植物体内后分解缓慢,应用效果就差。棉花生育后期应用乙烯利催熟时,必须保证至少有3d的日最高气温在20℃以上。在棉花吐絮期应用脱叶剂噻苯隆,通常会因为气温较低影响棉花植株对药剂的吸收,从而导致叶片脱落率低的结果。
空气湿度高,植物生长调节剂在叶上不易干燥,延长了吸收的时间,进入植物体内的量增多,提高应用效果。阳光下,植物气孔开放,有利于植物生长调节剂渗入;另一方面则加快了植物生长调节剂在植物体内的传导。阳光过强起反作用,而且过强的阳光常也会引起某些植物生长调节剂活性变化。所以,不宜在中午阳光过强时喷施植物生长调节剂。一般在晴天上午8~10时,下午4~6时施用为宜。另外,风、雨等因素均会降低植物生长调节剂的应用效果。通常跟其他农药处理一样,在施药后4h内遇雨需要补喷,在施药后6h内遇雨需要减半补喷。
5.栽培管理措施
植物生长发育不仅需要植物生长调节剂进行调控,还需要营养、水分、温度、光照等物质和环境条件,品种、种植方式、施肥、浇水、耕作措施等应与植物生长调节剂配合,表现出综合农艺效果(复合效应)。应用植物生长调节剂要达到理想效果,需要最佳的复合效应,必须重视改善环境与常规栽培措施的配合。例如,应用乙烯促进黄瓜多开雌花和多结瓜时,必须配合补充肥水以供应足够营养,否则容易出现瓜小、落瓜、早衰等,影响产量和品质。应用植物生长调节剂胺鲜酯·乙烯利水剂处理,防止玉米倒伏效果很好,可以降低株高,增加抗倒伏能力,但单株营养体缩小,应配合适当增加密度,才能获得更高产量。棉花的“矮密早”栽培模式就是在应用缩节安进行化学控制的基础上,配合增加密度、施肥灌溉等措施形成的综合技术体系。
下面以20%甲·多微乳剂拌种培育壮苗为例,来说明水分、温度、土壤质地及平整状况、种子质量、播期、播深、播量等因素和栽培措施对化学控制效果的影响。
(1)温度和湿度 20%甲·多微乳剂的有效作用期与温度和湿度呈负相关,即温度越高,湿度越大,有效作用期越短,而温度和湿度越低,有效作用期越长,且作用效果越强烈。因此,20%甲·多微乳剂的用量应根据当时的具体情况进行确定。若播种较早,气温较高,土壤湿度大,则宜加大用量(4~5mL/10kg种子);若播种较晚,气温下降,土壤比较干旱时,20%甲·多微乳剂用量宜减少(1~2mL/10kg种子),或者不做种子处理,待出苗后根据苗情再进行叶面喷施。
(2)播种量与播深 由于应用20%甲·多微乳剂处理种子后,发芽率和出苗率有所下降,因此生产上应适当增加播种量(10%~15%),以保证适宜的基本苗数。种子处理后由于麦苗的胚芽鞘缩短、地中茎不伸长,使幼苗顶土能力减弱、出苗期推迟。因此,在生产中应严格控制播种深度,绝不能超过3~4cm,否则易造成烂种、烂苗和黄芽苗,严重影响田间出苗率和出苗期。
(3)土壤质地和整地质量 土壤质地和整地质量与20%甲·多微乳剂种子处理后的出苗有关。黏性土壤中幼苗出土阻力大,并且20%甲·多微乳剂的降解速度较慢,因而宜减少药剂用量;由于种子处理后小麦幼苗顶土力减弱,因而更应注重整地质量,力求做到上虚下实,无坷垃,无缝隙。