呂 博，孟慶忠，張 成，曹 陽，韓光明，張勝昔，房 健，易先達

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所/農(nóng)業(yè)部長江中游棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，武漢 430070；2.新疆生產(chǎn)建設兵團第五師農(nóng)科所，新疆雙河 833400；3.新疆雙河水控農(nóng)業(yè)發(fā)展集團有限公司，新疆雙河 833400)

0 引 言

【研究意義】棉花在我國國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位[1]。新疆已成為我國最大的棉花基地和優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地[2]。2019年全國棉花種植面積333.92×104hm2(5 008.8×104畝)，棉花總產(chǎn)量588.9×104t，其中新疆地區(qū)棉花種植面積為54.05×104hm2(3 810.7×104畝)，棉花產(chǎn)量為500.2×104t，占全國棉花總產(chǎn)量的84.9%[3]。新疆棉區(qū)多數(shù)地區(qū)采用連作栽培模式進行集約化大面積種植，常年大量施用化肥且地膜污染嚴重，導致棉田土壤耕性和肥料利用率下降，嚴重影響棉花產(chǎn)量，不利于棉花產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展[4-5]。【前人研究進展】施用復合微生物肥能夠改善土壤理化性質(zhì)，平衡土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)，增加土壤有機質(zhì)含量，促進土壤養(yǎng)分從無效態(tài)向有效態(tài)轉(zhuǎn)化和釋放的效率，提升作物對營養(yǎng)元素的吸收和利用，改善作物生長勢，并在一定程度上提高作物的產(chǎn)量[6-7]。邵玉林等[8]通過微生物肥料多點對比試驗，發(fā)現(xiàn)微生物肥料可使棉花結(jié)鈴數(shù)增多，單鈴重增加8.3%～12.7%，產(chǎn)量增長幅度8.2%～25.5%。陸巖等[9]研究了2個試驗點復合微生物菌肥對棉花生物學性狀和產(chǎn)量的影響，證實微生物肥能夠提高棉花結(jié)鈴率，增加干物質(zhì)積累，提高棉花的產(chǎn)量7.2%～7.7%?！颈狙芯壳腥朦c】新疆棉區(qū)由于連作和施用化肥較多，導致棉田土壤耕性和肥料利用率下降，影響棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。在施肥效果的評價過程中，僅僅通過單一生長指標或產(chǎn)量指標無法綜合確定最佳施肥量。研究復合微生物肥對棉花生長與產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】采用主成分分析法進行數(shù)據(jù)降維和綜合分析。研究施用不同濃度復合微生物肥后對棉花株高、根長、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量等指標進行測定，并利用棉花生長與產(chǎn)量相關(guān)指標數(shù)據(jù)進行相關(guān)性和主成分分析，分析復合微生物肥對棉花生長與產(chǎn)量的影響，為棉田復合微生物肥的精準施用提供科學理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2019年在新疆生產(chǎn)建設兵團第五師金博種業(yè)中心試驗基地內(nèi)進行(E 82°34′94″，N 44°86′2″)，屬溫帶干旱荒漠氣候，干旱少雨，年均降水量90 mm，年蒸發(fā)量1 558 mm，年均氣溫10.8℃，年日照時數(shù)2 924 h以上，無霜期160 d。土壤類型以灰漠土為主，有部分粘土和砂土[12]。土壤有機質(zhì)為7.87 g/kg、堿解氮54.7 mg / kg、速效磷7.24 mg/kg，速效鉀304.91 mg/kg、pH為7.79。供試棉花H208-44，供試復合微生物肥為白龍珠(山西凱盛肥業(yè)有限公司生產(chǎn)，解淀粉芽孢桿菌有效活菌數(shù)≥2×108/g，N+P2O5+K2O=8.0%，有機質(zhì)≥40%)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗共設5個處理：不施用復合微生物肥(T0)、施用復合微生物肥150 kg/hm2(T1)、300 kg/hm2(T2)、450 kg/hm2(T3)、600 kg/hm2(T4)。每小區(qū)2膜，小區(qū)長10 m，寬4.5 m，每個處理3次重復，共15個小區(qū)，采用隨機區(qū)組排列。在棉花播種前，將不同處理的復合微生物肥料作為底肥一次性施入。試驗期間采用滴灌方式進行適時適量灌水，且每個小區(qū)均采用相同的管理方式。5月25日至8月25日，共滴灌10次，隨滴灌追施尿素40 kg/667m2、大量元素水溶肥(N∶P2O5∶K2O=6∶30∶30)28 kg/667 m2。

1.2.2 指標測定

棉花吐絮期在各個試驗小區(qū)內(nèi)(長勢均勻一致的地段)定點選20株調(diào)查株高、根長、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)，并測定棉花單鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用WPS Office Excel 2019軟件對各處理試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計整理，利用SPSSv19.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析、相關(guān)性分析和主成分分析[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用復合微生物肥對棉花生長的影響

研究表明，各處理株高表現(xiàn)為T2>T3>T1>T4>T0，不施用復合微生物肥的對照處理T0與T1、T2、T3、T4比較差異達到顯著水平(P<0.05)，其中T2和T3處理的株高顯著高于其它處理，分別達到77.89和76.65 cm，比對照分別提高9.17%和7.44%。各處理根長表現(xiàn)為T2>T4>T0>T3>T1，T1～T4處理的根長與對照處理T0無顯著差異。各處理果枝數(shù)表現(xiàn)為T2>T3>T4>T1>T0，其中T2和T3處理的果枝數(shù)顯著高于其它處理，分別為9.13和9.10，比對照分別增加9.60%和9.20%。各處理單株鈴數(shù)表現(xiàn)為T3>T4>T2>T1>T0，其中T2、T3和T4處理的單株鈴數(shù)顯著高于對照，分別為7.12、7.25和7.17，增長幅度分別達到4.91%、6.88%和5.65%。表1

2.2 施用復合微生物肥對棉花產(chǎn)量的影響

研究表明，T3>T2>T4>T0>T1，其中T3處理顯著高于其它處理，單鈴重為5.27 g，比對照處理增加4.98%。各處理籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)為T3>T2>T4>T1>T0，其中T2，T3和T4處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于對照，分別為6 293.75、6 475.75和6 136.05 kg/hm2，比對照處理分別增加11.06%、14.28%和8.28%。各處理皮棉產(chǎn)量表現(xiàn)為T3>T2>T4>T1>T0，其中T2和T3處理的皮棉產(chǎn)量顯著高于對照，分別為2 718.60和2 804.70 kg/hm2，比對照處理分別增加13.06%和16.64%。均值由高到低T3>T2>T4>T1>T0，而各處理間在P<0.05水平上沒有顯著差異。表2

2.3 棉花生長與產(chǎn)量指標的相關(guān)性和主成分

研究表明，株高與單鈴重和衣分均無顯著相關(guān)性，而與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；果枝數(shù)分別與單鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；單株鈴數(shù)與單鈴重和衣分均無顯著相關(guān)性，而與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；棉花根長與單鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量均無顯著相關(guān)性。表3

表3 棉花生長與產(chǎn)量指標的相關(guān)性Table 3 Correlation analysis of cotton growth and yield indexes

從6個分析指標中提取的主成分F1和F2累計貢獻率大于95%，能夠充分反映指標變量的絕大部分信息。依據(jù)主成分系數(shù)、主成分得分計算各處理綜合得分，T1、T2、T3和T4處理的綜合得分均高于T0處理，綜合得分排名依次為T3>T2>T4>T1>T0，其中T3處理綜合得分最高，分值為2.309 8，而T0處理綜合得分最低，分值為-2.949 4。復合微生物肥施用量為450 kg/hm2時，對棉花生長和產(chǎn)量的綜合促進效果最佳。表4

表4 各處理主成分得分與綜合得分Table 4 Principal component score and comprehensive score of each treatment

3 討 論

復合微生物肥與普通肥料相比，不僅富含有機質(zhì)和營養(yǎng)元素，而且含有功能性有益微生物菌，可改良土壤環(huán)境，活化土壤養(yǎng)分，提高養(yǎng)分利用率，促進多種作物的生長[10-14]。盧照龍等[15]通過比較不同時期增施微生物肥對水稻生長和產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)微生物肥能夠促進水稻根系生長，加快幼苗分蘗，增強植株長勢，并在生育后期增加成穗率6.5%～14.3%，提高結(jié)實率2.2%～3.6%，增產(chǎn)幅度達到4.9%～12.2%。張志鵬等[16]通過設置施用復合微生物菌肥、復合肥、基質(zhì)和不施肥4種處理，比較不同處理下小麥在拔節(jié)期和灌漿期的株高、干物重以及收獲后產(chǎn)量，結(jié)果表明，施用復合微生物菌肥能夠使小麥株高增加3.7%～5.9%，干物重增加7.1%～10.8%，產(chǎn)量提高12.0%～13.1%。陳恒山等[17]通過在棉花上增施微生物菌肥，發(fā)現(xiàn)其對棉花生長發(fā)育具有一定的調(diào)節(jié)和促進作用，能夠使棉花生育期縮短3～4 d，果枝數(shù)增加14.0%，衣分含量增加2.5%，皮棉產(chǎn)量增長10.6%。研究中，施用復合微生物肥能夠使植株高度增加4.0%～9.2%，果枝數(shù)增加2.3%～9.6%，結(jié)鈴數(shù)增加3.5%～6.9%，單鈴重和皮棉產(chǎn)量增幅分別達5.0%和16.6%，與前人研究結(jié)果相似。而施用復合微生物肥后的棉花根長與對照相比沒有顯著差異，仍需進行重復試驗對根部干物質(zhì)積累進行測定和比較，明確復合微生物肥對根部生長的影響。

馬曉梅等[18]通過逐步回歸分析獲得了早熟陸地棉產(chǎn)量與株型性狀之間的最優(yōu)回歸模型，證明株高、鈴數(shù)、果枝始節(jié)位對產(chǎn)量性狀有顯著的直接作用，果枝臺數(shù)對產(chǎn)量有顯著間接作用。田琴等[19]對新陸早系列棉花品種產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀進行相關(guān)性分析后，發(fā)現(xiàn)衣分、單株鈴數(shù)、衣指和株高是皮棉產(chǎn)量的決定因素。研究對不同處理下，棉花生長和產(chǎn)量指標進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)分別與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與前人報道基本一致，試驗獲得的各項指標數(shù)據(jù)重復性良好，有利于增強主成分分析的可靠性。運用主成分分析法對棉花生長及產(chǎn)量指標進行研究發(fā)現(xiàn)，施用濃度為450 kg/hm2的復合微生物肥的綜合得分最高，與對照處理相比，能夠分別在株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴重、皮棉產(chǎn)量等方面起到顯著的促進作用。

有益微生物菌在土壤改良和促進作物生長的作用往往需要一定時間的積累才能表現(xiàn)出來，而施用復合微生物肥后的當年，對棉花植株生長和產(chǎn)量已經(jīng)有了顯著的影響，與傳統(tǒng)肥料相比，復合微生物肥不但能夠提供豐富的有機質(zhì)，也能快速轉(zhuǎn)化釋放土壤中的速效養(yǎng)分，促進植株生長發(fā)育[20-21]。隨著棉田連作年限的延長，復合微生物肥中的有益微生物菌群對土壤的改良作用可能產(chǎn)生疊加效應，而是否能夠?qū)γ藁ǖ纳L及產(chǎn)量起到更高水平的促進效果還需要進一步驗證[22]。研究認為復合微生物肥不僅能夠促進棉花生長、提高棉花產(chǎn)量，還具有持續(xù)培肥地力、防止土壤板結(jié)的潛在優(yōu)勢，對改良棉田土壤生態(tài)環(huán)境、提高植棉經(jīng)濟效益有良好的應用前景[23-24]。

4 結(jié) 論

施用復合微生物肥能夠改善土壤微生物環(huán)境，提高棉花對養(yǎng)分的利用率，促進棉花生長發(fā)育，顯著提升棉花的株高、果枝數(shù)和單株鈴數(shù)，并對棉花單鈴重和皮棉產(chǎn)量起到正相關(guān)的促進作用。當施用復合微生物肥濃度為450 kg/hm2時，對棉花生長和產(chǎn)量的綜合促進效果最佳。