孫桂蘭，馮克云，趙欣欣，王占彪，李亞兵

(1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，河南安陽 455000；2. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，蘭州 730070)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國的主要經(jīng)濟(jì)作物、纖維作物和油料作物之一[1]，施肥是棉花增產(chǎn)的重要途徑，施用化肥可增加棉花單株鈴數(shù)，降低蕾鈴脫落率，提高棉花產(chǎn)量[2-3]。棉花種植中需使用大量化肥，然而，化肥的大量施用會造成諸多環(huán)境問題[4-9]。長期施用化肥可能造成土壤養(yǎng)分流失、土壤氨揮發(fā)和溫室氣體排放量增加。研究棉田合理的施肥措施對減少化肥用量，提升棉田土壤質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有機(jī)肥中含有大量的氨基酸和有機(jī)質(zhì)，以及氮、磷、鉀等植物生長所需的養(yǎng)分，可以優(yōu)化根際細(xì)菌，改善土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，提高土壤的連續(xù)生產(chǎn)能力等，對環(huán)境的負(fù)面影響較小[10-11]。目前，有機(jī)肥主要分為糞尿肥、堆漚肥、雜肥以及野生綠肥和栽培綠肥4大類。我國農(nóng)作物種植面積廣闊，產(chǎn)生的作物秸稈、栽培綠肥數(shù)量龐大。但是，我國秸稈、綠肥、商業(yè)有機(jī)肥等有機(jī)肥利用率較低[12]。有機(jī)肥替代化肥，能夠合理利用有機(jī)肥資源，是實(shí)現(xiàn)中國化肥零增長目標(biāo)的重要途徑[13]。而生物有機(jī)肥是在普通有機(jī)肥的基礎(chǔ)上加入了菌群，除具有有機(jī)肥可對土壤增肥的效果外，還具有增菌的作用[14-15]。近年來，國內(nèi)外關(guān)于有機(jī)肥對番茄、辣椒、馬鈴薯、小麥、水稻、豇豆等作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響有諸多報(bào)道[14, 16-20]。【本研究切入點(diǎn)】關(guān)于有機(jī)肥對棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響鮮有報(bào)道。研究有機(jī)肥替代化肥對棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究有機(jī)肥替代化肥對棉花生育期、各生育時(shí)期營養(yǎng)器官和生殖器官干重、葉面積指數(shù)、花鈴期光合速率、產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響，通過施用有機(jī)肥來替代化肥，實(shí)現(xiàn)化肥減量，為我國棉花生產(chǎn)的化肥減施與可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2017年在甘肅省敦煌市肅州廟村(E 94.64°，N 40.18°)進(jìn)行。試驗(yàn)地屬甘肅河西走廊內(nèi)陸棉區(qū)，該區(qū)地處黑河、疏勒河、石羊河流域，海拔低于1 300 m的內(nèi)陸河灌區(qū)，屬于西北內(nèi)陸特早熟棉區(qū)，該地區(qū)海拔1 138 m，年平均氣溫10.5℃，年平均降雨量39 mm，蒸發(fā)量2 486 mm，無霜期145 d，是典型的大陸干旱性氣候。試驗(yàn)地土壤為灌淤土，各處肥力均勻。耕層土壤基礎(chǔ)理化性狀：有機(jī)質(zhì)含量13.4 g/kg、全氮0.62 g/kg、堿解氮48 mg/kg、有效磷27.89 mg/kg、速效鉀191 mg/kg。供試作物棉花，品種為隴棉3號。列出供試肥料的種類。表1

表1 試驗(yàn)所用肥料Table 1 Fertilizer used in the test

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理(T2處理的施肥用量為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶施肥用量)，每個(gè)處理重復(fù)4次，共計(jì)24個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組分布排列。小區(qū)長8 m，寬4.8 m，小區(qū)面積38.4 m2。每小區(qū)種12行棉花，地膜覆蓋栽培，株距15 cm，行距40 cm，播種密度為16.7×104株/hm2。灌水及其它田間管理同當(dāng)?shù)卮筇?。?

表2 各處理中施肥種類及用量Table 2 Types and dosages of fertilizer applied in each treatment

1.2.2 測定指標(biāo)

調(diào)查記載各處理生育期、葉面積等生育動(dòng)態(tài)；調(diào)查各處理的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子。

測量葉長和葉寬，按葉面積=葉長×葉寬× 0.75計(jì)算葉面積指數(shù)。

干物質(zhì)重量將棉株分成營養(yǎng)器官和生殖器官兩部分，采用烘干法測定。

棉花產(chǎn)量測定：每小區(qū)選定中間2行，調(diào)查成鈴數(shù)。收獲10株絮鈴，測定鈴重和衣分，計(jì)算產(chǎn)量。

在花鈴期(7月10日)上午10:00利用開放式氣體交換LI-6400光合儀測定各處理主莖功能葉(倒3葉)的光合速率，每個(gè)小區(qū)連續(xù)測定5株，結(jié)果取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和作圖均采用Excel 2013完成，用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代化肥對棉花生育期的影響

研究表明，在化肥減施條件下，配施普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥均能夠延長棉花全生育期，且生物有機(jī)肥用量越大，生育期越長。處理T6較不施肥T1和當(dāng)?shù)仄胀ㄊ┓蔜2，其全生育期延長6 d，較配施普通有機(jī)肥延長4 d。棉花生長前期，從播種期至現(xiàn)蕾期，除T5處理外，其他各處理所需天數(shù)一樣；棉花生長后期，現(xiàn)蕾期至吐絮期，處理T3、T4、T5和T6較不施肥處理T1和常規(guī)施肥處理T2分別延長了3、2、1和4 d。有機(jī)肥替代化肥對棉花生長前期的影響不大，但有利于棉花后期生長，同時(shí)使棉花全生育期延長。表3

2.2 有機(jī)肥替代化肥對棉花營養(yǎng)器官和生殖器官干重的影響

研究表明，不同處理對營養(yǎng)器官及生殖器官干重影響顯示，T6處理各生育時(shí)期的營養(yǎng)器官干重均顯著大于其他處理，盛花期和盛鈴期的生殖器官干重也均顯著大于其他處理。T6處理與T2處理(當(dāng)?shù)仄胀ㄊ┓?相比，棉花營養(yǎng)器官在盛花期、盛鈴期及吐絮期干重分別增加了693.0、346.5和1 526.2 kg/hm2，增幅分別為18.1%、8.0%和28.5%；生殖器官在盛花期和盛鈴期干重分別增加了32.9和363.0 kg/hm2，增幅為17.6%和28.7%。T6處理與T1處理(不施肥)相比，營養(yǎng)器官干重在各生育時(shí)期分別增加了688.5、276.3和3 531.0 kg/hm2，增幅分別為18.0%、6.3%和105.4%；生殖器官在盛花期和盛鈴期干重分別增加了76.7和684.8 kg/hm2，增幅為53.4%和72.5%。生物有機(jī)肥替代40%化肥對植物營養(yǎng)器官干物質(zhì)的積累有促進(jìn)作用，同樣對生殖器官干物質(zhì)形成也具有促進(jìn)作用。表4

表3 棉花生育期(月/日)Table 3 Cotton growth period statistics(M/D)

表4 不同肥料處理下不同生育時(shí)期棉花營養(yǎng)器官和生殖器官干重變化Table 4 Effects of different fertilizer treatments on dry weight of vegetative organs and reproductive organs in cotton at different growth stages

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)記不同小寫字母表示差異顯著(P< 0.05)
Note: Different lowercase letters behind data in the same column indicate significant difference (P< 0.05)

2.3 有機(jī)肥替代化肥對棉花葉面積指數(shù)的影響

研究表明，棉花的葉面積指數(shù)從苗期到花鈴期上升，花鈴期有最大值，隨后在吐絮期下降。在苗期與蕾期，T2處理的葉面積指數(shù)較其它處理葉面積指數(shù)高；在花鈴期，處理T3、T4、T5、T6的葉面積指數(shù)之間差異不顯著，處理T5與T1和T2之間差異顯著；在吐絮期，各處理葉面積指數(shù)差異不顯著。不施肥處理T1在各生育時(shí)期葉面積指數(shù)均較其他處理最低，施肥可以增加棉花葉面積指數(shù)。表5

2.4 有機(jī)肥替代化肥對棉花花鈴期光合速率的影響

研究表明，T1、T4光合速率最小，分別為27.2、27.5 μmol/(m2· s)，與其它處理差異達(dá)到顯著水平。配施生物有機(jī)肥條件下(T5和T6)，植株光合速率略高于當(dāng)?shù)仄胀ㄊ┓史绞?T2)，但差異不顯著。圖1

圖1 不同肥料處理的棉花主莖功能葉光合速率
Fig.1 Leaf photosynthetic rate of main stems of different fertilizer treatments

表5 不同肥料處理下不同生育時(shí)期棉花葉面積指數(shù)變化Table 5 Effects of different fertilizer treatments on leaf area index of cotton in different growth stages

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)記不同小寫字母表示差異顯著(P< 0.05)
Note: Different lowercase letters behind data in the same column indicate significant difference (P< 0.05)

2.5 有機(jī)肥替代化肥對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成影響

研究表明，對棉花產(chǎn)量構(gòu)成調(diào)查顯示，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理T2下單株鈴數(shù)最大，為10.7鈴/株；其次為配施生物有機(jī)肥處理T6，為10.3鈴/株，與其它處理T3、T4、T5差異達(dá)到顯著水平；不同施肥處理對單鈴重影響不大；T6處理下絨長最長，為29.6 mm，其次為T5和常規(guī)施肥T2；常規(guī)施肥處理T2條件下衣分最高，為40.2%。

T2、T3、T4、T5籽棉產(chǎn)量差異不顯著，普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥替代復(fù)合肥和尿素，能夠獲得與常規(guī)施肥T2相應(yīng)的產(chǎn)量。T6處理下籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量均最高，與其它處理差異達(dá)到顯著水平。其中，與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥T2處理相比，籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量分別增加了33.0和8.2 kg/667 m2，增幅為10.3%和6.4%；與不施肥T1處理相比，籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量分別增加了92.9和37.7 kg/667 m2，增幅為35.8%和38.1%，用生物有機(jī)肥替代40%的化肥，能夠顯著提高棉花產(chǎn)量。表6

表6 棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成Table 6 Cotton yield and its composition

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)記不同小寫字母表示差異顯著(P< 0.05)
Note: Different lowercase letters behind data in the same column indicate significant difference (P< 0.05)

3 討 論

研究中，棉花生長前期，從播種期至現(xiàn)蕾期，除T5處理外，其他各處理所需天數(shù)一樣；棉花生長后期，現(xiàn)蕾期至吐絮期，普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥替代化肥的處理均較不施肥處理T1和常規(guī)施肥處理T2延長了。另外，從棉花盛花期、盛鈴期和吐絮期來看，化肥減施而增加生物有機(jī)肥用量的情況下，棉花3個(gè)生育時(shí)期的營養(yǎng)器官和生殖器官的干重均較其它處理大，達(dá)到顯著水平。這表明，化肥減量條件下配施有機(jī)肥可以增加肥效時(shí)間，有利于棉花后期的生長，可促進(jìn)棉花生長后期的干物質(zhì)積累，同時(shí)使棉花全生育期延長。與柏瓊芝等[17]的研究結(jié)果相似。段慶博[21]研究發(fā)現(xiàn)37.5%有機(jī)肥替代化肥處理的棉花在盛花期、盛玲期和吐絮期與常規(guī)施肥相比，均有較大的葉面積指數(shù)。研究中，40%普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥替代化肥的處理在棉花的花鈴期和吐絮期的葉面積指數(shù)均比常規(guī)施肥大。這表明，施用有機(jī)肥可促進(jìn)棉花生育后期的生長。

張睿等[22]研究表明，氮磷肥與有機(jī)肥配合施用, 對提高不同莖蘗功能葉光合速率效應(yīng)比單獨(dú)施用化肥或有機(jī)肥效果更好。研究發(fā)現(xiàn)，施肥增加了花鈴期棉花主莖功能葉光合速率，但不同有機(jī)肥替代化肥處理的棉花主莖功能葉光合速率差異不顯著，這可能是因?yàn)檠芯磕晗掭^短，沒有表現(xiàn)出所致。

研究結(jié)果表明，利用生物有機(jī)肥替代化肥提高了單鈴重和絨長，顯著提高了籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量，且生物有機(jī)肥用量越大，增產(chǎn)效果越明顯，這與張燕等[23]的研究結(jié)果一致?？赡苁且?yàn)樯镉袡C(jī)肥是一種將生物肥、有機(jī)肥和化學(xué)肥料結(jié)合起來的肥料,這種肥料具有生物肥的長效性, 微量元素的增效性和化學(xué)肥料的速效性[24]，使用過程中可以發(fā)揮3種肥料的整體優(yōu)勢。施用生物有機(jī)肥后，不僅可以改善土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，提高土壤肥力，而且可以為作物的生長提供氮、磷、鉀等多種養(yǎng)分，提高作物的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收[25-26]。這可能是生物有機(jī)肥替代部分化肥使作物產(chǎn)量增加的重要原因之一。

研究對有機(jī)肥與化肥不同配施比例對棉花生育期、營養(yǎng)器官和生殖器官干重、葉面積指數(shù)、花鈴期光合速率、產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響進(jìn)行了探究。但未探究參試肥料中含有的枯草芽孢桿菌等微生物對棉田的作用機(jī)制，還需考慮微生物對棉田棉花根部的影響，來進(jìn)一步探究有機(jī)肥對棉花增產(chǎn)的機(jī)制。

4 結(jié) 論

普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥替代化肥延長了棉花生育期，且生物有機(jī)肥量越多，生育期越長；部分有機(jī)肥替代，能夠有效增加棉花群體營養(yǎng)器官和生殖器官干物質(zhì)積累，其中T6處理，即生物有機(jī)肥替代40%的化肥，效果最明顯；與單施化肥相比，普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥替代，均能增加或不減少籽棉產(chǎn)量，其中生物有機(jī)肥替代40%化肥條件下，棉花籽棉產(chǎn)量增加10.3%，皮棉產(chǎn)量增加6.4%，能較容易實(shí)現(xiàn)化肥零增長的目標(biāo)。