張凡魏萌涵孟亞麗楊春玲

(1.安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 安陽 455000；2.許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 許昌 461000；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇 南京 210000)

作物秸稈是重要的田間副產(chǎn)品，含有大量的營養(yǎng)元素，秸稈還田不僅可以提高資源利用率，而且可以改變土壤理化性狀，從而改善植株的生長[1,2]。我國農(nóng)作物秸稈數(shù)量年產(chǎn)量大，養(yǎng)分含量高，2015年秸稈年產(chǎn)量超7千萬t，但絕大部分秸稈被焚燒或隨意堆棄，利用率僅為33%，如果將這些秸稈全部還田，相當(dāng)于化肥用量的38.4%(N)、18.9%(P2O5)和85.5%(K2O)[3]。秸稈還田成為一種有效的秸稈利用方式，不僅能夠?qū)⒆魑锸斋@帶走的大部分營養(yǎng)元素歸還土壤、改善生態(tài)環(huán)境[4]，而且能夠提高作物產(chǎn)量[5]。

有關(guān)秸稈還田與施鉀提高作物產(chǎn)量的研究已有大量報(bào)道[6,7]。丁亨虎等[8]認(rèn)為,小麥秸稈還田增加了棉花株高和果枝數(shù)。劉冬青等[9]認(rèn)為，小麥秸稈覆蓋可以增加棉花鈴重，提高棉花產(chǎn)量。李繼福等[10]在不同土壤肥力上的研究表明，秸稈還田與施用化學(xué)鉀肥的差異與地力狀況有關(guān)。白由路等[11]在麥玉輪作模式下的研究也得出相似結(jié)論?？傮w而言，關(guān)于長江流域秸稈還田對棉花根系活力與農(nóng)藝性狀的研究較少，尚未明確秸稈還田對棉花根系活力、蕾鈴分布的影響及其與化學(xué)鉀肥的差異。本研究通過設(shè)置不同秸稈還田量和施鉀處理，分析秸稈還田與施鉀對棉花根系活力與主要農(nóng)藝性狀的影響及其二者的差異，為提高秸稈資源利用率和合理施用鉀肥供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2012年6月—2013年12月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地(E118°50′，N32°02′)進(jìn)行。試驗(yàn)田地勢平坦，地力均勻，土壤質(zhì)地為黏土，耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)12.9g·kg-1、全氮0.90g·kg-1、速效氮24.2mg·kg-1、速效磷12.1mg·kg-1、全鉀9.1g·kg-1、速效鉀154.6mg·kg-1。前茬作物為冬小麥，2012年5月收獲后，秸稈粉碎，按照不同秸稈還田量分別還田，施鉀處理秸稈不還田。

供試棉花品種為“泗雜3號”。4月25日育苗，6月5日左右移栽，秸稈于7月5日左右還田，結(jié)合中耕培壟翻埋入土，行株距為1.0m×0.3m。棉花生育期內(nèi)施氮肥240kg·hm-2(基肥40%、花鈴肥60%)，施磷肥225kg·hm-2(移栽時(shí)一次性施入)，不施鉀肥。其他田間管理措施均按高產(chǎn)栽培要求進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置秸稈不還田不施鉀肥(CK)、秸稈還田量4500kg·hm-2(W1)、秸稈還田量9000kg·hm-2(W2)、施鉀量150kg·hm-2(K1)、施鉀量300kg·hm-2(K2)5個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積10m×3.6m。秸稈還田量的設(shè)計(jì)是根據(jù)小麥產(chǎn)量和莖谷比計(jì)算而來，施鉀量的設(shè)計(jì)是根據(jù)秸稈產(chǎn)量及含鉀量折算而來。秸稈還田處理：冬小麥?zhǔn)斋@后將秸稈全部移出，粉碎、稱重，按照小區(qū)面積還田相應(yīng)量的秸稈；施鉀處理：冬小麥?zhǔn)斋@后將秸稈全部移出，不還田，按照小區(qū)面積于移栽時(shí)一次性施入相應(yīng)量的鉀肥。

1.3 試驗(yàn)測定指標(biāo)與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀調(diào)查

于棉花花鈴期開始，各小區(qū)連續(xù)選取10株掛牌，每隔15d調(diào)查1次，對其果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)、株高、蕾鈴數(shù)、蕾鈴脫落率等農(nóng)藝性狀進(jìn)行記載，直至成熟收獲。

1.3.2 根系活力測定

分別于7月15日、8月15日、9月15日每小區(qū)取2株植株樣后挖出棉花根系，放入網(wǎng)袋中，在田間用較大的水流將根系上的大部分泥土沖刷掉，然后將根系帶回實(shí)驗(yàn)室，用去離子水小心清洗，再挑揀2mm左右的根尖，用TTC法測定根系活力[12]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 17.0和Excel 2020進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析，用Origin 15進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田與施鉀對棉花蕾鈴分布及農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 不同果枝部位鈴數(shù)

與對照相比，秸稈還田和施鉀均顯著提高了不同果枝部位鈴數(shù)，見表1。2012年秸稈還田處理較對照鈴數(shù)分別提高了74%(下部)、18.7%(中部)、131.8%(上部)，2013年秸稈還田處理較對照鈴數(shù)分別提高了64.2%(下部)、11.1%(中部)、27.0%(上部)；施鉀處理2012年較對照鈴數(shù)分別提高了91.8%(下部)、45.3%(中部)、127.3%(上部)，2013年較對照鈴數(shù)分別提高了81.0%(下部)、23.7%(中部)、69.3%(上部)?？梢钥闯?，秸稈還田和施鉀處理主要提高了上部和下部果枝鈴數(shù)，且秸稈還田處理提高鈴數(shù)的幅度不及施鉀處理。不同秸稈還田量之間在上、中、下部果枝的鈴數(shù)差異不顯著(2012年中部果枝除外)，不同施鉀量之間表現(xiàn)亦是如此。年際間趨勢一致，但隨秸稈還田量和施鉀量的增加，鈴數(shù)呈增加趨勢。

表1 秸稈還田對棉花不同果枝部位鈴數(shù)的影響

2.1.2 蕾鈴動態(tài)

2a試驗(yàn)中棉花蕾鈴動態(tài)及處理間趨勢一致，以2013年數(shù)據(jù)為例，見圖1?？梢钥闯?，棉花蕾鈴數(shù)呈先升高后降低趨勢，在8月15日左右達(dá)到最大值。與CK比較，秸稈還田和施鉀處理提高了棉花發(fā)育各時(shí)期的蕾鈴數(shù)，且隨秸稈還田量和施鉀量的增加差異加大。秸稈還田與施鉀處理間比較，W2處理各時(shí)期蕾鈴數(shù)與施鉀處理差異較小，而W1處理明顯低于施鉀處理。從7月15日起，秸稈還田和施鉀處理棉花蕾鈴數(shù)即高于CK，至吐絮期差異達(dá)到最大，蕾鈴數(shù)分別增加了44.7%、55.8%。從整個(gè)生育時(shí)期來看，秸稈和施鉀處理在7月15日—8月1日間的蕾鈴增速高于CK，W1與CK處理的最大蕾鈴數(shù)差異較小，但顯著低于W2和施鉀處理，9月1日以后，秸稈和施鉀處理蕾鈴數(shù)基本不變，CK處理仍緩慢降低。

圖1 秸稈還田與施鉀對棉花蕾鈴動態(tài)的影響

2.1.3 不同果枝部位鈴重

與對照相比，秸稈還田和施鉀處理均增加了不同果枝部位鈴重，見表2。2012年秸稈還田處理較對照鈴重分別增加了13.50%(下部)、29.74%(中部)、18.50%(上部)，2013年秸稈還田處理較對照鈴重分別增加了12.41%(下部)、21.27%(中部)、46.71%(上部)；施鉀處理2012年較對照鈴重分別增加了18.51%(下部)、29.61%(中部)、19.25%(上部)，2013年較對照鈴重分別增加了17.22%(下部)、34.42%(中部)、63.82%(上部)?？梢钥闯?，2012年秸稈還田和施鉀處理以中部果枝鈴重增加幅度最大，2013年以上部果枝鈴重增加幅度最大。2012年不同秸稈還田量之間上、中、下部果枝鈴重差異均不顯著，2013年差異顯著，W2顯著大于W1處理；不同施鉀量之間2a上、中、下部果枝鈴重差異均不顯著。由變異系數(shù)也可以看出，2012年中部果枝鈴重變化幅度較大，2013年上部果枝鈴重變化幅度較大。

表2 秸稈還田對棉花不同果枝部位鈴重的影響

2.1.4 主要農(nóng)藝性狀

與對照相比，秸稈還田處理增加了棉花株高6.33%(2012年)，次年差異不顯著，見表3。2012年和2013年2a平均秸稈還田處理果枝數(shù)、果結(jié)數(shù)、蕾鈴數(shù)較對照分別提高9.63%、28.46%、37.37%，施鉀處理果枝數(shù)、果結(jié)數(shù)、蕾鈴數(shù)較對照分別提高13.37%、41.43%、61.67%；可以看出，秸稈還田果枝數(shù)、果結(jié)數(shù)、蕾鈴數(shù)的提高率小于施鉀處理。與對照相比，秸稈還田處理平均使棉花蕾鈴脫落率降低12.36%，施鉀處理平均使棉花蕾鈴脫落率降低14.32%，秸稈還田與施鉀處理間差異不顯著。由變異系數(shù)可以看出，在各農(nóng)藝性狀中，單株蕾鈴數(shù)的變異幅度最大。

表3 秸稈還田對棉花主要農(nóng)藝性狀的影響

2.2 秸稈還田與施鉀對棉花根系活力的影響

根系是植物吸收養(yǎng)分的重要器官，根系活力是反映根系生命力的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小直接影響植株的生長狀態(tài)[13]。在本研究中，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，棉花根系活力呈先升高后降低趨勢，見圖2。與對照相比，秸稈還田和施鉀處理均顯著提高了棉花根系活力，而且隨秸稈還田量和施鉀量的增加，根系活力顯著提高。綜合2a試驗(yàn)結(jié)果來看，蕾期、花鈴期、吐絮期秸稈還田處理較對照分別使棉花根系活力提高了65.49%、49.72%、121.97%，達(dá)顯著性差異；施鉀處理分別提高了96.64%、76.35%、184.63%，差異顯著。可見，秸稈還田處理提高根系活力的幅度小于施鉀處理，且以吐絮期提高幅度最大。秸稈還田與施鉀處理比較發(fā)現(xiàn)，2012年處理間差異較小，2013年差異加大。年際間各生育時(shí)期棉花根系活力總體呈下降趨勢。

圖2 秸稈還田對棉花根系活力的影響

3 結(jié)論與討論

植物的根系是吸收器官和合成器官，根的生長情況和活力水平直接影響植物地上部的生長和產(chǎn)量水平[14]。潘晶等[15]、張素瑜等[16]研究認(rèn)為，秸稈還田可以提高作物的根系活力，有利于延緩根系衰老。本研究也得到類似結(jié)果，秸稈還田與施鉀均促進(jìn)了棉花根系活力的提高，提高了棉花的株高、果枝數(shù)和果節(jié)數(shù)，維持生育后期較高的蕾鈴數(shù)和根系活力，降低蕾鈴脫落率。這與王紅妮等[17]認(rèn)為的秸稈還田條件下根系活力先降低后升高的研究結(jié)果不同。究其原因?yàn)?，王紅妮等研究中秸稈還田量為1500～4500kg·hm-2，低于本研究中4500～9000kg·hm-2的秸稈還田量，而秸稈還田量過小時(shí)，秸稈養(yǎng)分不能及時(shí)釋放，使得秸稈還田效果具有一定的延后性[18]。

李繼福[10]等研究認(rèn)為，秸稈還田與施用化學(xué)鉀肥效果相當(dāng)，甚至有替代的效果。本研究也得到類似結(jié)果，在2012年的試驗(yàn)中，無論秸稈還田量4500kg·hm-2還是秸稈還田量9000kg·hm-2，其提高根系活力與增加蕾鈴數(shù)效果均可達(dá)到施鉀水平；在2013年秸稈還田的效果卻不及施鉀。究其原因?yàn)椋狙芯渴窃诓皇┾浄蕳l件下進(jìn)行的，隨著試驗(yàn)?zāi)晗扪娱L，土壤鉀虧缺加劇，秸稈鉀含量已不能滿足作物生長需要，導(dǎo)致其還田以后的促進(jìn)效應(yīng)不及鉀肥。關(guān)于秸稈還田長期的試驗(yàn)效果，仍待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

在本試驗(yàn)條件下，秸稈還田與施鉀均可提高棉花果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)、蕾鈴數(shù)，降低蕾鈴脫落率，提高棉花根系活力，延緩后期棉花根系衰老，且隨秸稈還田量的增加，效果愈明顯，但隨試驗(yàn)?zāi)攴莸难娱L，秸稈還田的促進(jìn)效應(yīng)不及施用鉀肥。